科學(xué)數(shù)學(xué)教育教材之研發(fā)初探：電磁學(xué)考題數(shù)位媒體教學(xué)

.建國(guó)科技大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系；.建國(guó)科技大學(xué)通識(shí)教育中心 溫坤禮 曹建祁 游美利 張益銘

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科學(xué)數(shù)學(xué)教育教材之研發(fā)初探：電磁學(xué)考題數(shù)位媒體教學(xué)

1.建國(guó)科技大學(xué)電機(jī)工程學(xué)系；2.建國(guó)科技大學(xué)通識(shí)教育中心 溫坤禮1曹建祁1游美利2張益銘2

本文研究電磁學(xué)相關(guān)考題的相關(guān)教材，研發(fā)完成了一套易懂及具有白話文說(shuō)明的基本電磁學(xué)相關(guān)考題電腦輔助教學(xué)系統(tǒng)，并且更一步發(fā)展成電機(jī)專(zhuān)業(yè)課程輔助教材。

電磁學(xué) 二十四小時(shí) 2D Flash 電腦輔助教學(xué) 電機(jī)專(zhuān)業(yè)課程輔助

0 緒論

綜觀電磁學(xué)的發(fā)展史中，一定會(huì)發(fā)現(xiàn)所有的電磁定理，均是由物理學(xué)家們所提出的理論一步一步地累積而成。因此在一般傳統(tǒng)的電磁學(xué)教材中，主要是先說(shuō)明物理現(xiàn)象后，再轉(zhuǎn)換成數(shù)學(xué)模式(畢德顯，1983；周克定，1985；吳劍秋，1996；張啟陽(yáng)，1999；謝芳生，2001)，這和目前東方的思考模式：只要答案，不要過(guò)程相比較，有著許多的差異，學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)電磁學(xué)時(shí)，往往造成困擾甚至產(chǎn)生排斥感。再加上目前教育的型態(tài)均以歐美為主，所使用的書(shū)籍均為歐美的思考模式；先加諸數(shù)學(xué)方法于學(xué)生身上后，再以大量的習(xí)題演算至熟練為止(張持忠，1989：Hiziroglu，2004)，此點(diǎn)對(duì)大學(xué)電機(jī)電子學(xué)門(mén)的學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)亦造成極大的不適應(yīng)性。但是在電機(jī)電子的領(lǐng)域內(nèi)，電磁學(xué)除了是主要的基礎(chǔ)學(xué)科外，也是各級(jí)重要考試的科目，學(xué)生非學(xué)而且非懂不可(呂輝宗，溫坤禮，1996)。

迄至目前島內(nèi)外的研究中，對(duì)于數(shù)位教材之研發(fā)的研究是相當(dāng)?shù)亩?You，2011)，但是對(duì)電磁學(xué)制作輔助教材，只有但是利用電腦輔助的不多，并且是以基本之教材為主(物理教學(xué)示范實(shí)驗(yàn)教室，2012：陳義成，2002；2005)。對(duì)于整合電腦及考題而言并并未發(fā)現(xiàn)。因此本文以以近四十年之臺(tái)灣高考考題為藍(lán)本加以正確解答(呂輝宗，溫坤禮，1999；Staff of Research & Education Association，1985)，再利用2D-Flash發(fā)展一套電腦系統(tǒng)(Shih，2009)，完成了一套易懂及具有白話文說(shuō)明的基本電磁學(xué)相關(guān)考題電腦輔助教學(xué)系統(tǒng)，科學(xué)教育的實(shí)踐上可以說(shuō)是先例

本文第二節(jié)為研究方法之說(shuō)明，主要說(shuō)明課程設(shè)計(jì)及研究步驟。作用原理及設(shè)計(jì)及涵義。第三節(jié)為系統(tǒng)之實(shí)際實(shí)做，將整各教學(xué)軟體之電腦畫(huà)面加以顯示。實(shí)際之實(shí)驗(yàn)及數(shù)值之取得。最后則將結(jié)果做一結(jié)論及提出未來(lái)研究之建議。

1 研究方法

1.1 課程設(shè)計(jì)

主要設(shè)計(jì)為24小時(shí)的電機(jī)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)輔助課程，分別說(shuō)明如下：

(1) 教學(xué)目標(biāo)：針對(duì)大學(xué)的通識(shí)教育。

(2) 教學(xué)方法: 分成兩大部分，第一部分為基本的數(shù)學(xué)觀念傳輸，第二部分為教師與學(xué)生的雙向討論及溝通。

(3) 教學(xué)材料: 植基于二十四小時(shí)的教學(xué)時(shí)間，總共開(kāi)發(fā)12個(gè)單元的課程材料，并且以電腦之型式呈現(xiàn)。

整體的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 整體架構(gòu)圖

1.2 研究步驟

(1) 首先根據(jù)相關(guān)之?dāng)?shù)學(xué)教材，研究基本電磁學(xué)相關(guān)考題的內(nèi)容及物理意義，如表一所示。

(2) 根據(jù)所得到之資料，收集基本電磁學(xué)中所涵蓋的12個(gè)單元，構(gòu)成總體的教學(xué)題材，如表二所示。

表2 本文所選取的12個(gè)單元

(3) 將12個(gè)單元的教學(xué)題材轉(zhuǎn)化成電腦檔案之型式。

(4) 利用2D Flash，將已經(jīng)轉(zhuǎn)化成電腦檔案型式之12個(gè)單元的教學(xué)題材做超連結(jié)，建構(gòu)教學(xué)網(wǎng)頁(yè)系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)實(shí)作

2.1 系統(tǒng)軟硬體需求

(1) 軟體：Windows XP 或更高階版本；螢?zāi)唤馕龆?024×768以上；Acrobat Reader 8.0或更高階版本。

(2) 硬體：CPU: Intel Pentium3 1 GHz / (或同等級(jí))。RAM: 512 M以上，四倍速CDROM or/ DVD。

2.2 系統(tǒng)操作

(1) 起始畫(huà)面；(2) 主選單；(3) 各個(gè)故事目錄；考題選目錄：考題一：庫(kù)倫定律；考題二：電場(chǎng)；考題三：電位；考題四：電容；考題五：電流；考題六：電阻；考題七：磁場(chǎng)；考題八：磁通；考題九：電感；考題十：介面條件；考題十一：馬克斯威爾方程式；考題十二：電磁力；(4) 發(fā)展史：發(fā)展史-1；發(fā)展史-2；（5) 制作人員；(6) 緣起；(7) 參考文獻(xiàn)。

3 結(jié)論

由于在一般的教學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，要對(duì)電磁學(xué)的考題做加以詳細(xì)的解析，并不是相當(dāng)容易的。因此本文所提出之構(gòu)想及成果可以達(dá)成容易地初步了解電磁學(xué)的考題，達(dá)到教學(xué)互動(dòng)長(zhǎng)的功能，因?yàn)樵陔姶艑W(xué)的研究領(lǐng)域上，具備計(jì)算及解題能力的知識(shí)是相當(dāng)重要的。經(jīng)由本文的整合，可以得到幾項(xiàng)之重要成果：

(1)收集電磁學(xué)的考題之過(guò)程及了解本質(zhì)內(nèi)容。

(2)建構(gòu)科學(xué)教育之輔助教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)踐數(shù)位教學(xué)，提升傳統(tǒng)科學(xué)教育的層次。

(3)深入了解電腦化處理之過(guò)程及概念。

至于本文的限制性為只有提出基本電磁學(xué)的單元，其他再往下的電磁波部分并未詳列。因此本文以初探做為主題。在未來(lái)的研究上，除了完整地利用超連結(jié)功能，詳細(xì)的說(shuō)明其他與電磁學(xué)學(xué)相關(guān)的單元之外，也可以將目前未解決之問(wèn)題加入，輔助構(gòu)成一整年六學(xué)分(108小時(shí))課程。目前正處于21世紀(jì)的人工智慧時(shí)代，后續(xù)的工作可以加入有聲系統(tǒng)及動(dòng)畫(huà)裝置，甚至應(yīng)用于網(wǎng)路上，會(huì)有更大的教育功能及商機(jī)。

致謝：

本文之所以能夠順利完成，特別感謝建國(guó)科技大學(xué)通識(shí)教育中心及電機(jī)系亦提供相關(guān)之設(shè)備及經(jīng)費(fèi)，特此一并志謝。

[1] 畢德顯 (1983).電磁場(chǎng)理論.北京：電子工業(yè)出版社.

[2] 周克定 (1985).工程電磁學(xué)導(dǎo)論.武漢：華中理工大學(xué)出版社.

[3] 張持忠 (1989).應(yīng)用電磁學(xué).臺(tái)北：全華圖書(shū)公司.

[4] 吳劍秋 (1996).基礎(chǔ)電磁學(xué).臺(tái)北：全華圖書(shū)公司.

楊譯：...This is not the teacher I have in mind who can pass on the truth...[5]151-153

[5] 呂輝宗，溫坤禮，(1996).工程電磁學(xué).臺(tái)北：高立圖書(shū)公司.

[6] 張啟陽(yáng) (1999).電磁學(xué).臺(tái)北：東華書(shū)局.

[7] 呂輝宗，溫坤禮，(1999).歷屆高考電磁學(xué)解答.臺(tái)北：儒林圖書(shū)公司.

[8] 謝芳生 (2001).工程電磁學(xué).臺(tái)北：東華書(shū)局.

[9] 陳義成 (2002).電磁學(xué)及其電腦輔助教學(xué)(CAI).北京：科學(xué)出版社.

[10] 陳義成 (2005).電磁學(xué)及其電腦輔助教學(xué)(CAI)習(xí)題詳解.北京：科學(xué)出版社.

[11] 物理教學(xué)示范實(shí)驗(yàn)教室 (2012).http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/ phpBB/viewforum. php?forum=66.

[13] Shih, W. M. (2009). Flash CS4: in jumping website, Taipei, Flag Publishing.

[14] Staff of Research & Education Association, (1985). The Electromagnetics Problem Solver, USA.

[15] Wiki (2012). http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page

[16] You, M. L. et. (2011). The Story of e in Science Education. The 2011 International Conference on e-Commerce, e-Administration, e-Society, e-Education, and e-Technology, pp. 2398-2413.

溫坤禮，建國(guó)科技大學(xué)電機(jī)工程系，臺(tái)灣感性資訊學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)及Journal of Grey 總編輯。

游美利，建國(guó)科技大學(xué)通識(shí)教育中心副教授及人文社會(huì)組組長(zhǎng)。

曹建祁，建國(guó)科技大學(xué)電機(jī)系教師。

張益銘，建國(guó)科技大學(xué)通識(shí)教育中心教師。