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1、如何應付新高中物理科選修課題的教學,湯兆昇香港中文大學物理系/科學教育促進中心,本講座的簡報可於以下中大物理園的網址下載：http:/www.hk-phy.org/teacher/talk/4-3-06.ppt中大物理系為中電和港燈設計的能源效益教材套試用版的網址：http:/www.hk-phy.org/energy/index_e.html教授天文學之課題及活動分享(2004 年 12 月 17日)簡報可於以下中大物理園的網址下載：http:/www.hk-phy.org/astro/tcs.zipMVA 軟件可於以下中大物理園的網址下載：http:/www.hk-phy.org/mvas
2、,聯絡我：湯兆昇(2609 6400,sstongcuhk.edu.hk),新高中物理科的選修課題,天文學和航天科學(Astronomy and Space Science)原子世界(Atomic World)能量和能源的使用(Energy and Use of Energy)醫學物理學(Medical Physics)天文、原子、能源、醫學應用所學的物理內容，解決問題在情境下教授物理,選修課題內容的一些特色,簡介近代物理、新科技、物理發展史例：天文、原子簡介物理在生活、現代社會的重要應用例：能源、醫學培養興趣引起學習動機、鼓勵探究例：天文(觀星活動)具分析性的內容，保持課程有一定的嚴謹性例：
3、天文中利用牛頓力學和能量守恆定律作軌道計算,選修課題的好處？,填補了中學生對近代物理發展缺乏了解的真空所學的物理不只是三百年前的發現，科學正不停發展已有的理論在新時代帶來新的發現使學生領略物理與日常生活及環境息息相關例：能源使用對環境的影響例：物理發展對醫學技術的影響,選修課題的好處？,培養在不同的情境下利用物理知識解決問題的能力例：應用牛頓定律於太陽系、太空船，行星、星系的新發現例：比較不同醫學造影技術，波動原理應用於超聲波掃描等技術鼓勵以不同類型的學習活動提高學生興趣和能力例：實驗、電腦模擬、天文觀測、真實環境進行探究.,選修課題引起的疑惑？,內容及名詞不熟悉，看似艱深例(醫學)：超聲波掃
4、描：簡要描述 A-掃描及二維 B-掃描.例(能源)：使用改進能源效益的建築材料：定義建築材料的 U 值，並用此值解決問題.建築外殼結構的 OTTV值.並用此值解決問題例(能源)：描述何以混合車能改進電動車的性能,選修課題引起的疑惑？,教學深度及廣度難以掌握例(天文)：宇宙結構：以10 的次方的方式，描述不同空間尺度下宇宙的重要特徵.用基本天文述語描述宇宙.例(天文)：牛頓萬有引力定律和軌道運動：說出橢圓軌道情況下的開普勒第三定律，並用此定律描述彗星.太空船.例(天文)：多普勒效應：明白多普勒效應，並用 f/f=vr/c 來確定天體相對於地球的徑向速度.用徑向速度曲線確定作圓形軌道運動的天體的軌
5、道半徑、速率和週期,選修課題引起的疑惑？,某些高深概念難於教授，學生可能只是背誦例(原子)：粒子還是波：確認電子和光的波粒二象性、描述電子和光皆顯示出波和粒子的性質例(天文)：描述黑體輻射曲線的形狀，以及理解恆星顏色與表面溫度的關係例(天文)：恆星演化：描述星雲、原恆星.黑洞等的性質例(天文)：宇宙膨脹：.理解哈勃定律是宇宙膨脹的結果.,選修課題引起的疑惑？,未來中六生人數多，學生能力參差選修課程內容過多，課時不足某些內容缺乏實驗，涉及的現象難於觀察例如天文(天氣、光害問題)、醫學(不能在醫院做示範)、原子(需要大專儀器？),我的分享.,試舉例說明某些課題內容，根據.我的了解(與有關仝工溝通+
6、物理內容、課程的掌握+個人猜想)我的原意(起草天文學和航天科學時的原意、教學經驗分享)如何幫助學生了解、如何教授？以甚麼問題評核學生？,名詞疑惑的例子：A-掃描,B-掃描?(醫學),1,2,3,4,5,發送脈衝,CRO,傳感深測器(transducer probe),發送器,率產生器,Y,X,時基產生器,接收器,補償器,2,1,3,4,5,反射脈衝(具時差),身體內介面,(Time gain compensator),名詞疑惑的例子：A-掃描,B-掃描?(醫學),傳感深測器(transducer probe),振幅,光點強度,A-掃描,B-掃描,名詞疑惑的例子：A-掃描,B-掃描?(醫學),傳
7、感器列陣,即時影像,醫學物理的模擬實驗？,CRO,考試時可要求學生利用醫學數據作簡單計算,名詞疑惑的例子：U 值,OTTV?(能源),d,熱傳導方程：,名詞疑惑的例子：U 值,OTTV?(能源),建築物外殼的 OTTV(Overall Thermal Transmittance Value)：,牆壁傳導帶來的熱功率,窗戶傳導和透過窗戶的輻射帶來的熱功率,香港政府的指引：OTTV 35 Wm-2,名詞疑惑的例子：U 值,OTTV?(能源),發現 OTTV 值過大，問學生原因，並建議改善方法,典型問題：已知,求建築物的 OTTV,問是否符合最低要求,例：透過窗戶的熱功率 Qwindow/t 很大建
8、議：利用雙層玻璃減低熱傳導、光譜選擇性玻璃阻擋紅外線，讓大部份可見光通過,解決不熟悉課題的疑惑,方法,例子,嘗試把不熟悉的課題內容、名詞，分解成基本的物理概念，逐一解釋,U 值,OTTV 熱傳遞的方式、熱傳導方程、減低熱傳遞的方法,超聲波 A-掃描,B-掃描 超聲波的特性、波在介面反射的時差和強度、CRO 的最基本應用,超聲波反射的時差、強度計算U 值,OTTV 值的計算,補償器如何作運作.,建築技術中減低熱傳遞的方法、減低熱傳遞有助節能.,難解釋概念的例子：恆星顏色與表面溫度,描述黑體輻射曲線的形狀，以及理解恆星顏色與表面溫度的關係,溫度高 粒子平均動能高 碰撞產生較多光波、光波能量較高 恆
9、星較亮、顏色偏藍 溫度低.較暗、顏色偏紅,作定性解釋，以生活例子了解，舊課程也有類似例子(X射線光譜),開普勒定律從牛頓時代到現代,說出橢圓軌道情況下的開普勒第三定律，並應用此定律描述彗星.太空船.說出.應用：略去推導，著重應用及計算,2a,a=半長軸,T 以年為單位，a 以 AU為單位,開普勒定律從牛頓時代到現代,哈雷彗星(NASA),送太空船至火星,習題？試題？,明白多普勒效應，並用 f/f=vr/c 來確定天體相對於地球的徑向速度,多普勒效應,推導光的紅移需要使用相對論，不可能在中學課程教授,用徑向速度曲線來確定作圖形軌道運動的天體的軌道半徑、速率和週期,多普勒效應,一旦接受了這些概念，
10、便可以明白很多天文學上的新發現，包括黑洞，太陽系外行星等,不必推導圓周運動和簡諧運動的關係，只需定性了解曲線的成因(電腦模擬輔助),多普勒效應+牛頓定律 M87星系的超級黑洞,A,B,M87 星系中心附近氣體的光譜紅/藍移(NASA),M 比太陽質量大十億倍以上！(可作試題？),難解釋概念的例子：太空船上的無重狀態,明白太空船上的無重狀態，是在引力作用下加速度與質量無關的結果,引力作用下加速度與物體質量 m 無關,物體自由下落時無重，是因為承托著物體的平台與物體以相同加速度 a 下落，使承托力 R=0,難解釋概念的例子：太空船上的無重狀態,難解釋概念的例子：波和粒子二象性,利用電腦模擬示意地解
11、釋電子顯示出波的性質.,來源：www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/two-slit2.html來源：www.colorado.edu/physics/2000/schroedinger/two-slit3.html,光的雙縫實驗,電子的雙縫實驗,難解釋概念的例子：黑洞.宇宙膨脹.,描述星雲、原恆星.黑洞等的性質.理解哈勃定律是宇宙膨脹的結果.,星系光譜紅移的示意圖,課時不足！考慮從課程中刪除？,教授難解釋的課題,方法,例子,了解課程的要求，不要把課題想像得過深抓住重點，利用學生熟悉的原理及例子解釋,黑體輻射曲線的形狀、恆星的溫度和顏色等，可以圖
12、表定性解釋,太空船上無重是自由下落的結果,同樣物理定律應用於行星、彗星、太空船、太陽系外行星、黑洞,只可推導圓形軌道的開普勒定律、無法推導光波的多普勒效應，但其在天文的應用範圍極廣,電子的波粒二象性、宇宙膨脹,相關資源,微波爐中水分子受微波的電場振動(能源),X-射線的 CAT 掃描(醫學),來源：Physics 2000 網站(Copyright,University of Colorado)http:/www.colorado.edu/physics/2000/index.pl,電子躍遷原子能階(原子),相關資源：混合汽車=內燃機+電動機,需要猛烈加速時，除汽油內燃機的動力外，電池推動發動
13、機，提供額外動力制動時，部份的動能轉換成電能，儲存於電池內備用,來源：http:/.hk/showroom/prius2003/kce_4.html,相關資源：利用 MVA 軟件模擬木星衛星的運動,http:/www.hk-phy.org/astro/tcs.zip,相關資源：能源效益教材套試用版,http:/www.hk-phy.org/energy/index_e.html,中大物理系、中電、港燈、教統局、機電工程署、教育城六個機構合力興建18 個能源效益的主題，分為五個範疇：(1)能量的產生，(2)家居能源效益，(3)商業/工業能源效益，(4)運輸的能源效益(5)另類能源文字(中文 120,000 字,英文 60,000 字)Flash 動畫 25,影片20,學習活動 20網上互動問題、大量圖片、真實照片,相關資源：能源效益教材套試用版,Thank You,
