活用遙距實驗 混合式學習照顧個別差異

「鈴……」下課鐘聲響了。以往傳統課堂實驗,受限於課時、實驗室空間等,大多只能分組進行,不是每名學生都有獨自做實驗的機會。近年有中學便善用混合式學習模式,引入遙距實驗工具,讓學生可以在家遙距操作大學實驗室的儀器。這種模式不但讓學生擁有更充分的時間,安全地完成實驗;教師亦可以因應學生的學習進度,設計不同難度的學習工作紙,因材施教。

傳統實驗限制多 誤差大量度難

以往於物理課上示範激光的「干涉現象」時,往往需要關掉學校實驗室裏所有的燈,才可勉強讓學生觀察激光通過狹縫後形成的干涉圖形,形成的圖形質素也不太理想。聖士提反女子中學物理科主任邱穎怡老師解釋,學校實驗室的環境、光源及儀器有其限制,「整個過程太黑了,學生在實驗室內看不到間尺的刻度。光波條紋灰暗、粗大、分散,要準確讀取刻度,並用作計算,根本不太可能。」邱老師認為,這些限制不僅導致所得數據的誤差較大,亦令學生難以仔細觀察激光波長及狹縫間距對干涉圖形的影響。對於坊間一些虛擬實驗平台,邱老師則認為這些平台未能讓學生經歷真實的實驗過程,「學生沒可能做不到(實驗結果),這是一個假象,甚麼技術也沒有。這些平台先改變(數據),學生讀取數據後只是完成一道已有預設答案的題目,其實沒太大意思。」

學生可透過電腦使用遙距實驗平台,安在家中亦能隨時獨自操作理大實驗室器材,並安全地進行實驗。他們可按自己的學習進度,反覆收集實驗數據,從錯誤中學習,加深記憶。
圖為理大實驗室的儀器。學生可從攝錄機的實時影像,觀察到激光在穿過不同狹縫後,顯示於屏幕及感光器上的干涉圖形,以了解激光的「干涉現象」原理。

遙控實驗環境 助學生隨時親身做實驗

數年前,邱老師開始於校內引入由香港理工大學應用物理學系研發的遙距實驗平台「Borderless Lab 365」,讓該校中四、五學生在家中也能實時控制位於理大實驗室內之儀器,並嘗試蒐集不同實驗數據。邱老師指,平台提供一個真實的實驗環境,學生可通過攝錄器材,清楚讀取並實時記錄數據。有別於傳統課堂,學生無須趕及在下課前完成實驗及抄寫數據,只需遙距實驗平台的儀器,便可無限次進行實驗。就算在深夜,學生也可獨自完成實驗,不再受時間和環境所限制,「學生若想看得更仔細或再次收集數據,也可隨意做到成功為止。實驗相對無限制,沒有框着學生學甚麼。」為照顧學生的學習多樣性,邱老師設計出不同難度的實驗工作紙,以訓練學生設計實驗及撰寫報告。由簡單的數據收集,至進階的探究實驗,邱老師會按照學生能力分發工作紙,讓他們回家完成實驗。實驗後,邱老師亦會向全班講解每份工作紙的學習重點,從而在兼顧學生學習多樣性的同時,給予每名學生平等的學習機會。即使於疫情期間,學生仍可透過平台進行實驗,「全部實驗報告也可以網上遞交、網上改、網上討論。即使完全不能外出,學習也不受影響。」

初中學溫室效應 從小培訓實驗思維

除了學習成效理想,遙距實驗亦能增加學生學習興趣。邱老師笑言,學生很喜歡親身操作儀器的感覺,「學生反應正面,第一是因為沒嘗試過(遙距實驗),第二是平台的設定讓學生感覺像控制太空船,能看到儀器在移動。」邱老師表示,鑑於遙距實驗具獨特優勢,因此在疫後仍會繼續使用該平台。該校亦已逐漸將平台應用至其他學科和班級,其中有關「溫室效應」的實驗,便已經引入至該校初中科學科。學生可以通過觀察光照下玻璃球內二氧化碳濃度及溫度的變化,了解二氧化碳在環境中的濃度對溫室效應的影響。

上圖為遙距實驗平台的操作版面,學生可以調校激光強度、波長、屏幕與狹縫間距、狹縫數量等變數,從而了解激光的干涉圖形在不同數據組合下產生的變化。

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日期及時間:
2022-12-7 (星期三):上午10時-下午6時
2022-12-8 (星期四):上午10時-下午6時
2022-12-9 (星期五):上午10時-下午5時
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*與學與教博覽同期舉行