多媒體促進互動教學－ - 國立臺灣大學psroc.phys.ntu.edu.tw/bimonth/v28/544.pdf物理雙月刊（廿八卷三期）2006 年6 月 544 多媒體促進互動教學－ TEAL

物理雙月刊（廿八卷三期）2006 年 6 月 544

多媒體促進互動教學－

TEAL 普通物理的實施與成效

文/湯兆崙、黃鼎凱、蔡宜君

摘 要

國立中正大學與美國麻省理工學院 (MIT)合作，引進 TEAL（Technology-Enabled Active Learning）普通物理教

學改進課程，其目標主要是利用新穎互動式科技教室和電腦多媒體技術，激發學生合作以及主動學習普通物理，以

克服因傳統被動式學習所造成之諸多弊病。本文將介紹 TEAL 在 MIT 與引進中正大學(CCU)後的實施經驗與成效

一、前言

近十年來，被動式的大班普通物理教學所衍生的

種種問題 [1]早已引起廣泛的研究 [2，3]。普通物理

是理工科系一年級必修的課程，一般分為理論講授與

實驗兩部分，每週各上課三小時，課程目標為介紹物

理科學的方法與應用，但是現今教學大都偏向訓練學

生演繹、分析、以及計算能力，鮮少培養學生獨立思

考、發揮創意、團隊合作以及動手解決問題的能力。

普物教材常涉及複雜的數學與計算，由於對於物理中

的某些原理和觀念 (如電磁學) 無法親眼目視或體

會，使得學生在學習物理時產生理解的困難。由於傳

統大班教學特色是講述式的教學，教師與學生間鮮少

互動，因此教師無法確實掌握學生的學習狀況來因材

施教; 間接地學生在教學過程中遇到困難，也無法獲

得立即的協助，致使在教學過程中出現極大的認知斷

層。此外，上課過程被動沉悶，學生參與感不足；實

驗和理論課程分開上課，彼此間沒有直接的銜接；被

迫強記事實，而不知其發展歷程或關聯；尤其對於一

些抽象難懂的物理概念，若無適當的教學工具或教

法，更是難以體會理解。這些都是現今普物教學急待

解決的問題。

由於近年來資訊科技與網路技術的蓬勃發展，使

得過去不易理解的物理概念可以具像化，成為普物教

學革新的途徑之一[4-8]。教育上的研究已經證實，學

生若能合作並且主動參與課堂上的教學，所得學習成

效最佳。同樣面對上述普物教學的困境，MIT 的物理

系教授 John Belcher 與教育學者 Y. Dori 於 2000 年提

出了 TEAL/Studio Physics 普物課程改進計畫 [7]，為

上述難題尋求解決的方案。MIT 自 1999 年起，在微

軟 (Microsoft) 五年二千五百萬美元的贊助下，執行

iCampus 計畫，以科技教育和數位學習，改善現行教

育，希望藉此證明近代科技的融入，可以使學生有較

佳的學習成果。TEAL 計畫自 2000 年起在 iCampus

及其它基金會的支助下，投入數百萬美元，建造一個

新穎互動式的 TEAL 教室，以現代科技激發主動學

習，讓學生以高度互動和合作的方式，在動手實作的

環境中學習。大幅修改了傳統以講述和演習為主的教

學方式，讓學生更滿意這些課程，有更佳的學習成就，

並降低不及格率和增進學生對抽象概念的理解。其教

學特點與成果深受肯定與效法。

中正大學自 2001 年開始與 MIT 開始合作，並於

2004 年引進了 iCampus 計畫，共同合作開發教學軟

體與教材，以提昇物理教學水準。目前中正大學的

TEAL（以下簡稱 CCU TEAL）教室也於 2005 年 9 月

正式啟用，除了實驗器材外，從教材引進、上課方式、

教室規劃等軟硬體設計，大都仿照 MIT 的 TEAL 計畫

（以下簡稱 MIT TEAL）。CCU TEAL 目前以物理系一

年級的普通物理課作測試，由於實驗用的儀器目前尚

未齊全，所以實驗課仍然是分開上課。未來待實驗器

材補足，即可以享受與 MIT 同等的上課方式及教材。

本文以下將介紹 MIT TEAL 和 CCU MIT 在教學設

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施、方法與評量等方面之成果與經驗。

二、TEAL 計畫特色與課程設計

TEAL 計畫特色與課程內容在文獻中已有報導

[9，10] 。簡言之，TEAL 以學生主動學習的教學法為

核心，在同一教室內，經驗講課、演習和實驗等三種

不同形式的整合式教法。其特色是: (1) 以互動式多媒

體物理教室，透過影片視覺動畫模擬等新科技，使得

抽象的概念具體化，並營造學生主動參與學習的氣氛

和環境，提昇學生基礎科學之抽象概念和實驗動手能

力; (2) 透過同儕間分組合作學習，可在互動的歷程強

化學生的認知參與，同時，能力較強的組員也可扮演

引介(mediate)其他組員的角色，認知參與以及科學知

識的引介都是呼應建構主義的論點; (3)以數位網路進

行課前預習、作業指定與繳交，並配合課後小考，評

估教學與學習之成效。

在課程設計方面，MIT TEAL 課程安排是採 2-2-1

的方式安排，也就是每週一至週四（一、三或二、四）

安排兩天各兩小時的正式課程，週五則是一小時的演

習課時間。CCU TEAL 目前是以 75-75-60 的方式安

排：每週一與週三，兩天各 75 分鐘的正式課程，週一

下午有一小時的演習課時間，但未來 CCU TEAL 將以

調整上課時間與 MIT TEAL 同為 2-2-1 模式安排為方

向。

為符合上述教學目標與特色，TEAL 採用的教學

方法主要是由「小型演講 (mini-lectures)」、「多媒體科

技」、「小組問題」、及「課程教材」等四大部分所建構

而成 [14]。多媒體科技的教學包含桌上型實驗、示範

實驗、視覺動畫模擬、個人及時作答的概念題庫 PRS

(Personal Response System, PRS)等; 小組問題包含家

庭作業、演習課題目、網路線上作業; 而課程講義包

含教科書、講義和補充資料。在 TEAL 上課，理論教

學與實驗是融合為一體的，教師可彈性應用各種教

法，依據授課的主題，事先設計歸劃每一教法的次序

與所需時間，再經由講授(20-25 分鐘)、實施 PRS(10-15

分鐘)、展示動畫模擬(10-15 分鐘)、小組演習題(20-30

分鐘)、示範實驗(10-15 分鐘)、桌上型實驗(90-120 分

鐘) 、演習課(60 分鐘) 、總結(10-15 分鐘)等活動，讓

學習活動能涵蓋被動接收與主動建構兩者，且教材也

統整了理論與實驗。

為了修改傳統被動式講授方式，TEAL 課程安排

不同之處，就是教室的規劃設施，需要一個與眾不同、

具備新資訊科技與設備的互動式空間，讓學生願意回

到教室，重燃學習興趣。此教室基本要求是: 能激起

學生的合作與主動學習動機、無學習死角的環境、以

及有助於師生同儕間的互動學習。基於此種理念，MIT

的 TEAL 教室 (見圖一）課桌採用圓桌式設計，環繞

著位於教室中央的老師講台排列，每張桌子可坐九位

學生，九人又分成三小組，每一小組都配備有一台筆

記型電腦（見圖三），方便與教師課程同步學習、討論

上課教材、以及擷取分析實驗數據。同時還具有上網、

觀看多媒體視覺動畫及個人回應式的即時投票系統，

方便老師判斷課堂中學生的理解程度等多種特色。老

師的講台則位於教室中央處，配備有實物投影機、各

式直交流電源和控制器等設備，此樣設計是為了使學

生看到老師在課堂的教學操作與示範活動，尤其是一

些不適合於小組桌上型實驗的大型實驗活動。教室周

圍皆環繞著為每一小組設置的黑板，可做為師生討論

或教室成員的即席意見發表，而每一黑板都可以藉由

不同角度所設置的攝影機，投射到大銀幕上，讓教室

內全體人員看到。在黑板之間又放置許多銀幕，將授

課內容投射其上。當全班同學們共同討論時，亦可將

正在答問或報告中的同學，予以攝影投影在銀幕上。

至於 CCU TEAL 教室（見圖二和圖三） 則是由

三間傳統教室合併而成，區隔成教學區與器材準備

區。設計理念和 MIT TEAL 雷同，差異處是 MIT 教室

有 13 張圓桌，而 CCU TEAL 有 11 張，最多可容納

99 人。但教室設計的主要目的，皆是建立一個完整的

視訊與討論環境，授課教師不必固定在同一地點，可

以隨時走動授課，不管是講課、實驗、還是討論，在

TEAL 教室完全適用，對於師生間的互動可以大為提

升。

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圖一 MIT TEAL 教室的電腦虛擬實景圖

圖二 CCU TEAL 教室的電腦虛擬實景圖

圖三 CCU TEAL 教室內部的虛擬實景圖

三、學習理論基礎

TEAL 教學法的主要精髓，是希望藉由科技技術

促使學習者，能夠主動探索知識，改變以往處於被動

位置的角色。從教育觀點視之，恰巧與建構主義與情

境學習的想法，不謀而合。首先在建構主義方面，認

為教師是促進學生學習的角色，是幫助學生的引導

者、輔導者、諮詢者，而學生依自己的經驗，主動去

探索、建構知識，並透過本身賦予意義後，和舊有的

學習經驗與新概念，相互結合。因此教師教學時，必

須不斷思考建構主義下的學科學習環境，藉由多樣化

的學習內涵與資訊科技使用，將知識內涵根據學生個

別化需求，讓學生能重新建構其知識。因此，理想的

教學環境應符合以下原則 [11]：

1. 學習必須是學習者藉由獨立認知與團體互動，主

動建構而得的過程。

2. 必須營造和諧與溫馨的學習環境，以誘導學習者

願意表達出自己的想法。

3. 增進學習者知識建構中的獨立認知。

4. 提供適合學習者合作學習的環境。

5. 尊重學習者個別的差異，包含性向與能力。

本計劃中之教學改革，是根據「情境化學習」和

「統整式學習」兩項意涵：

（1）情境化學習

根據建構理論，學習者會根據既有的概念與經

驗，去詮釋新理論的意義，情境化教學是提供學習者

科學理論對應的真實情境，以促使學習者能夠從具體

的現象中，詮釋理論的意義。所以，提供具體實例(情

境化)式概念發展的必要因素，而不僅僅是錦上添花、

可有可無的教學工具。

（2）統整式學習

統整式教學或協調式教學重視知識之間的統整，

新知識的學習透過具體的情境，而賦予概念意義，也

需透過相關知識的統整而而組織成更堅韌的概念架

構。因此在整個學習過程，學習者不只是針對單一概

念作累積，同時也必須學習統整，協調相關的知識與

概念，以促進繁雜的解決問題能力，學習者所獲得的

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知識將不是單一而支離破碎，而是整體解決問題的能

力。

綜合上述教育理論，可以瞭解到 TEAL 教學法的

教學立意所在。更重要的是，TEAL 教學法使用電腦

多媒體科技，實踐上述兩項理論，因為電腦多媒體具

有下列優點[12]：

1. 可提供聲音、圖片、動畫影片等，透過介面多元

的管道模擬真實情境。

2. 可將情境事件情節濃縮表現，或刻意安排較不易

的情境。

3. 使用者透過人機介面與模擬情境互動，建構學習

者本身的知識。

因此，建構理論與情境式教學藉由多媒體的支

援，發揮了資訊融入教學的作用 [13]，使整個教學有

了更多的發揮空間。也因此我們可以在後文中發現

TEAL 協助學生學習抽象的概念具有極大的成效，關

鍵就是電腦多媒體促使概念具體化，以達到情境學習

的效果。

四、教材單元實例

下文將舉數個實例，介紹各種用於 TEAL 教室的

教材與教法，以具體示範說明其特點與實用性，我們

將重心放在電磁學的磁場與力的交互作用、法拉第定

律 (Faraday’s Law) 以及冷次定律 (Lenz’s Law)，原因

是很多學生對於學習磁力的計算、通量變化引起的，

有相當的困難，而 TEAL 的教材在這方面的開發較豐

富也較能引起學習興趣。

(1) 小型講課教學

首先，在口頭講課方面，教師利用投影片搭配板

書，講解與評論磁場的來源、磁場定義、相關定律與

範例、磁通量及其變化、感應電動勢的產生、感應電

場和時變磁場的關係。例如，以一個磁偶極在磁場中

受力的運動為例，可以利用冷次定律說明磁鐵相對於

一迴路線圈運動時，即在迴路上產生感應電流; 而電

流的方向，可經由維持磁通總量的不變性來決定，並

進而說明兩者間的作用力，或是先推導亥姆霍茲線圈

產生的磁場，包括單一圓環形線圈、同向或反向電流

的亥姆霍茲線圈所產生的磁場。接著再計算磁鐵所受

的磁力及磁力矩，並探討相關的物理現象。而這些教

學可再經由影片、視覺動畫模擬、PRS、示範實驗、

桌上型實驗等不同教法，進一步強化學生的概念，以

及理論與實驗的融合。圖四即是本範例的 3D 視覺動

畫，也是 TEAL 著名的一個桌上型實驗。圖中的白色

小圓盤磁鐵可視為一個磁偶極，而磁場係由圖中所謂

的亥姆霍茲線圈所提供。

圖四 磁偶極受磁力的桌上型實驗 3D 模擬動畫

(2) PRS 題目

『PRS 時間』，讓學生利用身邊和家中電視遙控

按鈕類似的裝置，回答選擇各種觀念問題，授課老師

可藉此精確即時掌握，學生對課堂講授內容的理解程

度與上課成效，對學生觀念不足之處，進行有效的補

強指導。以下是一個和磁偶極受磁力相關的 PRS 範

例。

PRS 問題：

圖五是我們時常可以在物理教科書(例如，R. A.

Serway ， J. W. Jewett ， Physics for Scientists and

Engineers，圖 29.1，第 896 頁，第六版，Brooks/Cole，

2004 年)上看見，環繞於磁鐵四周磁場的圖形，請問

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你認為此圖是完全正確無誤的嗎？請回答是或否。

圖五 PRS 問題：一個磁鐵四周的磁場圖形

相信絕大部分的人都會選擇「是」的答案，因為

教科書上圖形確實是這樣，但是正確答案為「否」！

原因是極接近磁鐵的磁力線從磁鐵 N 極出去再回至磁

鐵 S 極是沒有問題的，但是那些由磁鐵 N 極延伸出去

至更遙遠距離的磁力線，會確實再回到磁鐵 S 極嗎？

圖六提供了一個有力的解答，圖中所示是一個放置在

桌面的指南針的磁力線圖，可以觀察到由指針 N 極出

發的磁力線將會先與地磁磁場相連，而非回到指針 S

極，也藉此現象發揮指南針的效果。

圖六 置於地磁中，指南針的磁力線分佈

藉由以上 PRS 問題，可以發現，PRS 對於學生理

解一個定律或釐清一個物理教科書上誤植的觀念問

題，其即時回饋的方式，對於學生在概念的學習上是

非常有助益的。

(3) 視覺動畫教學

在教師講解與 PRS 作答之後，學生對於課程應該

已經有初步的認識，但是要讓學生對於現象有更進一

步的瞭解，接著將會利用視覺動畫模擬的教法來加

強。例如，圖七(a)、(b)、(c)、(d)是影片式模擬動畫，

分別是在小型講課教學中提過的，單一圓環形線圈、

同向、或反向電流的亥姆霍茲線圈所產生的磁場線、

以及磁鐵向下掉落一帶電流圓形線圈線的磁力線交互

作用圖。這些動畫將抽象電磁場，以實際圖形呈現，

可以充分向學生解釋上述不同結構的磁場函數圖形，

以及磁鐵受磁力時，場線實際變化的具體現象。圖八

則將上述教學，製成互動式視覺動畫的操作，利 Java

Applet 提供學生實際自由操作電腦的機會，以調整不

同參數(如電流大小與方向)，獲得不同數值結果，讓

學生可以觀察磁場和力的交互作用的變化。

（a）單一圓形線圈 （b）同向電流

（c）反向電流 （d）懸浮線圈

圖七 TEAL 視覺動畫教學集 (見本文)

圖八 磁偶極在磁場中運動的 Java Applet

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視覺動畫模擬演練完畢後是小組討論與例題演

算，教師將會請各小組輪流於身旁黑板演練於課前已

經指定好，與課程內容相關的練習題，同樣的每一位

同學都可以藉由投影設備看見各小組代表的演算內

容，並可以在同學講解時提出疑問，一起討論題目有

困難的部分。限於篇幅，不在此舉例，有興趣者，可

以在 TEAL 網站下載 [7] 。

(4) 桌上型實驗

TEAL 所設計的桌上型實驗，都可以在教室中的

圓桌上，每三位同學一組，在助教的協助下完成。這

些實驗強調在同一個講課的教室即可實行，不像傳統

物理實驗課程，須到專屬的實驗室操作。實驗內容強

調與講演教材進度配合，使得實驗與教學課程緊密結

合。避免學生上完相關物理，過了許久才能有機會操

作相關概念的實驗。TEAL 還以動畫呈現與該實驗相

同的模擬畫面，除了動手以外，更可藉由動畫看到實

驗中無法看到的現象，如電場、磁場或力量的變化。

如圖九(左)所示，是一個真實的錄影畫面，實驗者將

磁鐵在線圈中移動產生變化的磁通量，使線圈產生感

應電動勢，而此感應電動勢可藉由右下角的儀器顯示

出來。圖九(右)則是一個和此實驗相關的動畫，學生

可藉由動畫中所呈現的磁力線在線圈中的變化情形，

體會到手中操作的磁鐵和線圈所產生的交互作用，並

瞭解到磁通量的變化是產生電動勢的主因。將實驗與

動畫結合，藉由動畫顯示實驗所無法呈現的抽象概

念，是此種教材的特色之一。

圖九 法拉第感應電動勢的實驗影片(左)與動畫(右)

另舉一例，桌上型實驗可採用圖四的磁力實驗，

讓學生實際量測和繪製單一圓環形線圈、同向或反向

電流的亥姆霍茲線圈所產生的磁場及磁場梯度的函數

圖形，以及磁偶極的磁力與磁力矩。或是以圖十的掉

落中的磁鐵展現對應的物理現象。

圖十 掉落中的磁鐵之實驗影片(左)與動畫(右)

五、數位網路教學

TEAL 課程很重要的一環就是數位網路教學，

MIT TEAL 的 網 路 教 學 系 統 建 構 在 以 下 的 網

址:http://web.mit.edu/8.02t/www/，除了包含上課教材

外 ， 還 包 含 了 3D 視 覺 模 擬 網 站 ：

http://web.mit.edu/8.02t/www/802TEAL3D/，其內容包

含了向量場、靜電學、靜磁學、法拉第定律、光學等

單元，所有 3D 視覺模擬動畫都是由 MIT TEAL 團隊

根據實際的物理現象利用 Java Applet、3Ds Max 等技

術繪製而成，其中 Java Applet 的動態模擬互動教材，

可以應用在許多電磁學的內容描述上。學生藉由控制

畫面中的物體，移動或旋轉以便可觀察到該物體與電

磁場交互作用的行為，這些模擬實驗，也允許學生輸

入數據，觀看該現象後來的發展，使學生藉隨著時間

演化的物理行為，產生正確的概念，而不光靠方程式

本身，想像動態的抽象物理現象。CCU TEAL 課網路

教 學 系 統 是 建 構 在 中 正 大 學 網 路 教 學 系 統 ：

http://140.123.23.6。中正大學網路教學系統是通過美

國國防部資安認證等級的系統，其結合線上即時教

學、成績系統、課程網頁等功能，能夠提供給學生更

多的學習資源與幫助。且同時我們已經將 MIT TEAL

3D 視 覺 模 擬 網 站 全 中 文 化 ， 建 構 在 網 址 ：

http://140.123.23.6/mit/MIT/ ， 網 站 採 中 英 對 照 的 方

式，減低學生面對全英文網站的恐懼，提升學習的興

趣與效率。

物理雙月刊（廿八卷三期）2006 年 6 月 550

表一 MIT TEAL 班級實驗組與控制組前後測增益比

組別名稱 擴增後 2003 年 TEAL 春季班

2001 年初始 TEAL 秋季班

控制組 2002 年春天

傳統講述式班級 人數 增益比<g> 人數 增益比<g> 人數 增益比<g>

整體 514 0.52± 0.22 176 0.46± 0.26 121 0.27± 0.31 起點行為程度較高 40 0.46± 0.33 58 0.56± 0.29 19 0.13± 0.43 起點行為程度中等 176 0.55± 0.22 48 0.39± 0.26 50 0.26± 0.34 起點行為程度較低 298 0.51± 0.19 70 0.43± 0.22 52 0.33± 0.20

六、教學成就評量與學生回饋

MIT TEAL 實施至今六年以來，就採用一套嚴謹

的學習成效評量系統，至今一直在持續改善中。TEAL

採用各種可行的評量技術包含傳統的紙筆測驗、問

卷、演習題、小組討論題目、學前與學後的概念性測

驗等 [14]。表一是 MIT TEAL 班根據其班級的沿革所

做 一 系 列 前 後 測 增 益 比 （ relative improvement

measure，其定義為 <g> =（後測%－前測%）/（100

－前測%））[4] 的數據，分為實驗組與控制組兩組，

實驗組是 TEAL 教學班，包含了 2001 年兩班共 176

人和 2003 年五班共 514 人; 而對照組則是傳統講述式

班級，包含 2002 年兩班共 121 人。結果顯示：（1）實

驗組增益比明顯勝過控制組（0.46 > 0.27）（2）2003

年實驗組增益比高過 2001 年實驗組（0.52 >0.46）。(3)

傳統班級的增益比約 0.25，而 TEAL 互動班級約 0.5，

和採用其它類似教學法的研究統計是一致的[4]。這代

表 TEAL 課程相較於傳統講述教學對於學生的助益是

明顯有效的。但是此數據仍有以下研究限制需要討論：

1. 實驗組出席率為 80%，但是控制組為 50%。

2. 兩組上課教材不盡相同，實驗組教材綜合分析與

概念的學習，但是控制組教材則為傳統式的分析

與計算。

3. 控制組參與前後測是用自願式，但是實驗組是強

制式，並且與其學期成績相關的。

4. 實驗組是否因為霍桑效應（Hawthorne Effect）造

成的？即學習成效的改進只是因為學生對 TEAL

課程的新鮮感－而造成特別的投入與肯定。

以上限制都是未來 CCU TEAL 執行類似測驗時值得

借鏡注意的。

然而 MIT TEAL 的執行過程中除了上述限制外，

並非完全沒有遇到其他困難。2001 年及 2002 年原本

開設的 TEAL 班級僅提供有志於主修物理的學生選

修。但由於成效良好，於是 2003 年春季擴充班級，修

習人數由 90 人增加為 500 人，但在期末學生問卷調

查，正反評價不一。其關鍵處仍在於學習環境，必須

因應人數的增加，而適度的調整與改善，根據 2003

年的反應，2004 年春季班進行下述的變革：

1. 課前提供密集訓練課程，熟練教學技巧：由於快

速增班，原先慣於講述式教學的教師，因為不擅

長多媒體教學，無法得心應手的傳達物理概念，

反而使學生無法得到實質的助益。因此必須加強

授課教師與助教的多媒體教學的訓練。

2. 加強異質性分組的執行：依學前測驗的結果，瞭

解學生的起點行為，混合不同程度的學生為一

組。即區分高、中、低程度三種分類，每一類各

取一名學生組成一組，這種設計方式與「三個臭

皮匠勝過一個諸葛亮」的理念不謀而合。於分組

時拉大組員程度的異質性，才不致出現組員間程

度落差過大的問題。

3. 整合實驗教材，適度減少實驗量：TEAL 初期每

學期安排 22 個實驗單元，造成學生過重的負擔，

現已減少至 15 個。

4. 課程設計上，提供更多同儕合作學習的訓練。

5. 增加更多教學的相關人員，提昇師生比，減輕授

課負擔，增加輔導品質。

以上 MIT TEAL 所發現的問題都是值得我們深思借

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鏡，或許現在 CCU TEAL 還在實驗階段，但未來這些

都是有可能遇到的問題。

另一項統計是 TEAL 於 2001 年秋天與 2003 年夏

天，針對各種教學法對學生課業的助益所佔的比重，

所做的問卷調查。教學法大致分類分別為小型演講、

多媒體課程（包含桌上型實驗、視覺動畫模擬、PRS

等）、小組問題（包含回家作業、演習課題目）、課程

講義等四類。調查結果 (見圖十一) 發現學生對於教

師傳統講述方式依賴的比重大幅下降，多媒體課程微

幅下降，小組問題所佔比例明顯上升，而課程講義的

重要性也向上提升。對於這樣的結果，我們可以發現

提升學生的演繹、計算、獨立思考能力還是要注重題

目的實際演練，但是多媒體輔助教師，帶起學生學習

興趣的功效，是不容否定的。反倒是傳統講述式教學，

在未來教學所佔份量必會逐漸下降。

圖十一 各種教學法對學生課業的助益所佔的比重

CCU TEAL 部分雖然目前學生準確的前後測分析

數據尚未完備，但是根據所使用的 FCI（Force Concept

Inventory）評量工具，後測相較前測有明顯的進步 (約

增加 15%)。而且教室啟用後的第一年，學生學期平

均成績進步約增加 20%，和 MIT TEAL 第一年的成果

大致是一致的。但實驗的成效與統計，仍待長期的觀

察測試與更多的數據。尤其是臺灣學生的學習文化與

態度和美國學生並不完全相同。此外，我們針對第一

年參與 CCU TEAL 的學生，就各種教學法對學生課業

的助益，進行五點式量表的問卷調查。調查結果發現，

問卷中前述各項教學法與教學設計都得到學生超過八

成的滿意度肯定，證明多數學生認為 TEAL 是對他們

的學習有實質幫助的。然而仍然有部分問題各約有 5

﹪的學生持不同的意見。綜合分析其原因如下：首先，

PRS 系統對於協助教師瞭解學生課堂學習狀況有明顯

幫助，但如學生沒有跟上進度或是對課程理解程度不

夠等因素都會造成學生有 PRS 沒有幫助的感覺。其

次，課堂小組習題演練、演習課的小組問題注重的是

小組合作的互相協助，但是台灣的學生自高中對於合

作學習的訓練相較於美國的學生是較貧乏的，也因此

造成少數學生會對要合作學習的課業感到排斥。再

者，異質性分組是否徹底也是一個重要的因素，因為

異質性分組不夠徹底，容易造成小組間學習成就距離

過大，較低學習成就的小組其學習動機相對就比較

小，自然不認為合作學習對其學習有所幫助。面對這

些問題我們提出以下改進策略：

1. 每學期開始先針對參與 TEAL 教學的學生舉辦

「學前訓練」，讓學生在 TEAL 課程前能夠先熟

悉整個學習環境、各項學習媒體的操作與課堂流

程。

2. 參與 TEAL 課程的老師與助教都必須經過多媒

體教學的課前訓練才能夠授課，避免因為對教學

媒體不熟悉的因素，影響教學品質。

3. 根據前測資料徹底執行異質性分組的工作，並且

對學生進行合作學習的認知教學，讓學生能夠快

速融入合作學習的學習步調。

4. 矯正學生在高中時代面對講述式教學的學習態

度，建立積極自主的學習觀。

七、結論與展望

總結多年來 TEAL 在兩地的實施成效與經驗，雖

然互動式的教學法確實可以大大提升教學的成效與樂

趣，但其成功與否，最大的挑戰仍在教師與學生雙方

的態度與意願。簡言之，在教師方面：首先必須讓教

師相信互動式教學確實優於傳統式講課 /演習的教

物理雙月刊（廿八卷三期）2006 年 6 月 552

學。其次，授課老師需具有足夠的熱誠，願意花費更

多時間，引導協助學生並與學生互動。最後，接受多

媒體訓練，專精各種 TEAL 教學法和新科技的應用。

總之，師生間的互動將是關鍵，教師必須願意在教室

走動，勤與學生接觸互動，適時掌握氣氛與節奏，教

學一氣呵成。至於學生方面：必須先說服學生，主動

參與學習確實可以提高學習效果。其次，學生要課前

預習，充分準備，善用教室設備與互動技巧，以同組

間的合作學習，共同解決問題。最後，尊重珍惜前人

累積的知識，得來不易，要善加學習把握。

從 TEAL 實施至今，我們從中學得許多不同層面

的經驗。首先，雖然歷年的前後測增益比或是學生的

評價，都是正面與肯定，但是每一個創新教學法，都

必須經歷無數次嚴格的實際現場教學考驗，以及調整

修正，才能符合師生的實際需求。國外成功案例的引

進，必須依現時教學環境做適度的變通。TEAL 也不

例外，TEAL 教學法至今仍持續在改進與調整中。依

據多年的經驗與學生的問卷調查，我們知道，MIT 與

中正大學的學生都一致希望能夠加強小組分組的異質

性。但是對於桌上型實驗方面，MIT 的學生希望降低

比例，但是中正大學學生卻盼望能夠更增加。這現象

應該與兩地學生的學習背景有著很重要的關係。也因

此中正大學將 TEAL 引進之後，絕對不是完全的複

製，仍然要多傾聽學生的需求，搭配 MIT 分享的教學

經驗，將 TEAL 的整體課程設計改善的更完整，更符

合台灣的教學與學習文化與生態。其次，任何教育改

革必須有一套真金不怕火煉的評量系統，詳實依據具

體教學成效的定量數據，以便推論評斷，這項創新是

否真的比舊有的教學法，具有相同甚至更好的結果。

再者「工欲善其事，必先利其器」，任何教學的改革理

念在施行前必須有充份準備。TEAL 未來於課前必先

更注重種子教師的訓練，以及教導學生如何適應這個

新穎的教學方式。最後，任何創新教學法的成功與否，

其成敗關鍵，仍在師生雙方的意願與共識。

對於長期習慣被動式教學模式的台灣學生，

TEAL 課程可以轉變其以往學習方式，從過度偏重聽

課與記憶，成為主動思考討論與互助合作。且 TEAL

教學模式並不侷限於物理教學，也適用於其他學科。

因此，未來我們願意分享 TEAL 的相關教材，協助有

意願進行 TEAL 課程的學校。在橫的層面：傳授 TEAL

經驗與教材於更多大專院校，改進基礎科學的教育。

而縱的層面：落實中等學校的互動式科學教育，加強

與伙伴學校之合作，包含開發適合中等學校的 TEAL

實驗教材、舉辦 MIT-TEAL 系列的營隊、推動 TEAL

教室的建置等。深耕培育基礎科學的教育人才，傳播

TEAL 的科學種子，實質轉變台灣的基礎科學教學。

運用資訊科技的多媒體互動式物理教學，正值方

興未艾之際，未來極有可能成為主流，屆時就像現今

的網際網路一般，成為各級學校不可或缺的一部分。

希望本文的介紹與經驗，能起拋磚引玉之效，引起更

多有興趣的學校，進行類似的基礎物理教學改進。

致謝

本文作者感謝 MIT 物理系教授 John Belcher 的

多方協助，提供相關圖片和資料。同時感謝逢甲大學

張慧貞教授的細心審稿與寶貴建議。也感謝教育部顧

問室「基礎科學教育改進計畫」及「基礎科學前瞻性

人才培育計畫」在經費上的協助。

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作者簡介

湯兆崙，美國德州大學奧斯汀分校物理博士，現任職

國立中正大學物理系。

E-mail：[email protected]

黃鼎凱，國立中正大學數學系學士。

蔡宜君，國立中正大學教育研究所碩士班研究生。