面对高考普通高级中学体育班必修科目基础物理课程纲要.docx

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面对高考普通高级中学体育班必修科目基础物理课程纲要

普通高級中學體育班必修科目「基礎物理」課程綱要

（草案）

壹、課程目標

普通高級中學體育班必修科目「基礎物理」課程欲達成之目標如下：

一、銜接國民中小學九年一貫課程自然及生活科技學習領域教材，進一步介紹物理學的基本知識，使學生認識一般物理現象的因果關係和其間所遵行的規律。

二、介紹物理學的基本精神及物理學的範圍，引起學生對大自然的好奇，激發學生追求事物原理的興趣，同時使學生體認物質科學的發展對人類生活和環境的影響與其重要性，啟發學生在科學創造及應用上的潛在能力。

三、藉由師生互動與實驗活動，養成學生良好的科學態度，使其熟悉科學方法，提升學生縝密思考、探索真理及解決問題的能力。

貳、核心能力

體育班基礎物理課程所培養的學生核心能力如下：

1、推理及分析能力。

2、以歸納及演繹的方法來界定並解決問題的能力。

參、時間分配

體育班基礎物理課程於高一實施，為二學分之課程，可彈性安排於第一學期或第二學期實施，每週授課二節為原則。

肆、教材綱要

高級中學基礎物理一

主題

主要內容

說明

備註

參考

節數

一、緒論

1.物理學簡介

1-1簡介物理學探討的方向及其涵蓋的範疇。

1.5

1-2簡要陳述物理學的演進。

‧避免單純以條列的方式來呈現物理史。

可以藉由某幾位關鍵人物的貢獻來說明物理是實驗與理論相輔相成的學問，及其與人類文明發展的關係。

2.物理量的單位

2-1介紹國際單位系統。

二、物質的組成

1.生活中常見的物質，無論是氣態、液態或是固態都是由微小的原子所組成的。

1-1說明原子的大小。

2.5

1-2從原子觀點解釋固態、液態及氣態之間的差異。

◇1-3說明我們現在已經有技術可以直接觀察到原子、甚至「移動」原子。

簡單說明由於我們對於原子與分子的理解加深、以及技術的進步，使得奈米科技有很大的發展空間。

‧不在這個階段介紹太專業的名詞，如「掃描電子顯微鏡」、「場發射顯微鏡」等；祗要說明我們目前有適當的技術便可。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

2.原子與原子核的組成

2-1說明原子內部有帶正電的原子核，原子核外有電子環繞。

2-2說明原子核的大小。

◇2-3說明原子核內有質子與中子，質子帶正電，中子不帶電。

簡單說明質子、中子是由夸克所組成的。

‧不須說明夸克的種類及所帶電荷。

本節的主要目的僅在於讓學生認識「夸克」這個「常識性」名詞。

‧可以說明至目前為止，我們還未在實驗上發現比電子及夸克更為基本的東西。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

三、物體的運動

1.物體運動的軌跡

1-1說明位置、位移、速度、加速度的意義。

‧可以用一維運動為例，介紹必要的（速度、加速度）公式與計算。

主要是將國中階段已經學過的基本概念做複習，以便加深印象。

5

2.牛頓運動定律

2-1說明質量代表物體運動慣性之大小、慣性定律、力對物體運動狀態的影響、以及運動方程式（

）的意義。

‧不涉及軌跡數學式。

僅以敘述方式說明我們可由運動方程式求得物體運動軌跡。

2-2說明日常生活中常見的摩擦力及彈簧力的性質。

‧一方面複習國中所學，一方面以這些熟悉的力為例，說明力會改變物體運動狀態。

例如：

如果沒有摩擦力，一個等速前進的物體將以等速度持續前進。

‧配合示範實驗一：

摩擦力的觀察。

3.克卜勒行星運動定律

3-1簡單介紹克卜勒三大定律發現的歷史背景及內容。

‧此處介紹克卜勒行星運動定律的目的是以此為例，讓學生知道物體軌跡的確遵循已知的明確規律，而這些明確的規律對於常人來說可能是極不明顯的事。

如果不是克卜勒的緣故，我們可能還要摸索不知多久的時間才能知道這些規律。

‧可說明克卜勒定律是克卜勒累積前人觀測資料之歸納性結果。

四、物質間的基本交互作用

1.重力

1-1說明帶質量的物體之間有萬有引力，以及此力大小與物體間距離的平方成反比。

‧可寫出萬有引力平方反比公式。

3

1-2說明可以從牛頓運動方程式及平方反比重力解釋克卜勒行星運動定律。

‧不推導任何數學式。

‧可略加說明由牛頓運動方程式與平方反比重力解釋克卜勒定律是演繹式之推導，及前節克卜勒之歸納式為研究科學之兩種重要方式。

2.電力與磁力

2-1說明帶電荷的物體之間有靜電力。

原子內帶負電的電子與帶正電的原子核之間有相吸的庫侖靜電力，因此電子及原子核才會組合成原子。

電子與電子之間則有相互排斥的靜電力。

‧將國中階段已經學過的基本概念做複習，以便加深印象。

‧可寫出靜電力平方反比公式。

2-2說明磁鐵間有磁力、簡介磁力線與磁場的概念。

‧將國中階段已經學過的基本概念做複習，以便加深印象。

◇3.強力與弱力

◇3-1說明質子與質子、質子與中子、中子與中子之間有「強力」，因此能束縛在一起形成原子核。

但是其作用力範圍很短，祗限制在原子核大小的尺度內，因此我們在日常生活中感覺不到它的作用。

‧此處強力與弱力的概念均僅做定性介紹。

‧可強調強力可以克服質子及質子間的相斥靜電力。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

◇3-2說明單獨的中子並不穩定，會自動衰變成質子及其他粒子，某些原子核也會有類似的衰變。

我們無法以重力、電力、磁力或強力來解釋中子的衰變現象，因此我們得知自然界中還有另外一種交互作用，我們稱它為「弱交互作用（或弱力）」。

由於弱交互作用存在，中子才會衰變。

弱力作用的範圍比強力作用的範圍更短。

‧在介紹完弱力後，可以做個總整理，說明自然界的基本作用力可分為重力、電力與磁力、強力、弱力。

物質間一切的交互影響都是由這幾種基本交互作用所綜合而成的。

‧說明我們日常生活中所經驗到的各種力量，例如：

摩擦力、各種「接觸力」（用手推桌子、地板把桌子撐住）、彈性力、氣體分子碰撞容器壁產生的壓力來源等等，若從原子的觀點來看，其來源其實都是電力與磁力的作用。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

五、電與磁的統一

1.電流的磁效應

1-1說明電流會產生磁場。

介紹安培右手定則。

‧祗做定性的介紹，不推導任何數學公式。

‧配合示範實驗二：

載流導線的磁效應。

3

2.電磁感應

2-1介紹法拉第感應定律。

由電磁感應來說明電與磁是不可分割的現象，因此我們把電力以及磁力統稱為電磁力。

說明馬克士威把電磁力所遵守的定律全部整理在一起，因此人們稱這些方程式為馬克士威方程式。

‧祗做定性的介紹，不推導任何數學公式。

‧不需要具體說明方程式的形式。

簡單指出，馬克士威方程式讓我們能以定量的方式描述電磁現象。

‧配合示範實驗三：

電磁感應。

六、波

1.波的性質

1-1說明波速、頻率、波長的關係（數學式）。

‧將國中階段已經學過的基本概念做複習，以便加深印象。

6

1-2以簡單的例子（如：

水波、聲波）及圖示的方式說明波的反射、折射、干涉與繞射現象。

‧祗做定性的介紹，不推導任何數學公式；不提折射定律的數學形式。

以圖示方式介紹干涉現象。

1-3利用聲波介紹都卜勒效應。

‧祗做定性的介紹。

2.光與電磁波

2-1介紹歷史上關於光的兩個主要理論：

微粒說、波動說。

‧祗做定性的介紹，不推導任何數學公式。

2-2介紹光的反射及折射現象。

‧不推導任何數學公式。

2-3介紹光的干涉及繞射現象。

‧介紹楊氏雙狹縫干涉實驗。

‧配合示範實驗四：

楊氏雙狹縫干涉。

2-4說明由於有電磁感應現象，電磁場可以在空間中傳播，從而形成所謂的電磁波。

介紹馬克士威從他的方程式預測了電磁波的存在，而且計算出電磁波的速度即為光速。

科學家因此認知光即是電磁波。

介紹電磁波譜及在日常生活中的應用。

‧簡單指出，我們可以利用馬克士威方程式來計算出電磁波在真空中傳播的速度。

僅須簡要說明電場、磁場之交互感應及傳播。

‧可強調電磁波乃前節馬克士威方程式之重要推論。

七、能量

1.能量的形式

1-1簡介力學能、熱能、光能、電能、化學能等各種形式的能。

‧有關各種能量及能量間轉換避免做定量推導及計算。

5

1-2介紹克氏溫標（絕對溫標）。

說明溫度越高代表物體中原子的平均動能越大。

2.能量間的轉換與能量守恆

2-1舉例說明各種能量間的轉換，以及能量守恆的觀念。

介紹質量及能量可以相互轉換的概念。

介紹E=MC2的公式。

3.核能

3-1簡述原子核的分裂及核能發電並介紹輻射安全。

3-2簡述原子核的融合及核能。

‧可提及太陽能來自核融合。

4.能量的有效利用與節約

4-1簡介能源的有效利用及再生，並舉例說明日常生活中如何節約能源。

八、量子現象

1.光子與電子以及所有微觀粒子都具有波粒二象性

1-1簡介光電效應，說明光具有粒子性。

引入E＝ｈν公式。

‧定性說明如果我們將頻率夠高的光照射到某些金屬上，便可以將電子打離金屬表面。

光電子的產生祗和入射光的頻率有關而和光的強度無關。

‧說明光是由一顆顆的光量子所組成的，每顆光量子的能量和光的頻率成正比。

4

1-2舉例說明光電效應在日常生活中之應用。

1-3簡介雙狹縫電子干涉現象，藉此說明電子具有波動性。

‧定性介紹物理學家在1961年才成功完成的雙狹縫電子干涉實驗。

此一實驗的概念及光學中的楊氏干涉實驗完全相同，可明確的呈現電子的波動性。

◇1-4指出牛頓運動定律在微觀（原子）尺度下並不適用；此時適用之理論稱為量子論。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

◇2.原子光譜

◇2-1說明原子外圍的電子只能具有特定的能量，稱之為能階。

‧可簡單指出能階的存在及電子的波動性有密切關聯。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

◇2-2說明電子可以經由吸收或發射特定能量（頻率）之光子由一個能階躍遷到另一個能階，從而引入原子光譜之概念。

‧不涉及任何數學推導。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

◇2-3說明不同的原子有不同的光譜；經由測量一個物體發出的原子光譜，我們可以推論出它的組成成分。

‧此小節為選擇性教材，可依實際教學狀況參酌教授。

九、宇宙學簡介

1.星體觀測及哈伯定律

1-1簡介人類對星體的觀測。

‧僅做常識性介紹。

2

1-2簡介宇宙中各種結構（如：

太陽系、星系、星系團等）的尺度。

‧僅做常識性介紹。

1-3由測量遠方星體之光譜與已知元素光譜之對比（紅移現象），我們得到哈伯定律。

天文學家因此推論星系間之距離與時俱增。

我們生活在一個正在膨脹的宇宙中。

‧說明可以用都卜勒效應來約略詮釋哈伯定律及膨脹宇宙的關係。

2.宇宙起源

2-1簡介宇宙演化的歷史。

‧僅做常識性介紹。

‧可簡介霹靂說及宇宙微波背景輻射。

總時數

32

附錄一、現代科技

1.現代科技簡介

1-1簡介雷射、半導體、超導體及其應用。

‧僅做常識性介紹。

‧簡介台灣相關產業。

1-2簡介液晶、電漿及其應用。

1-3簡介奈米科技及其應用。

高中基礎物理一示範實驗活動

項目

示範實驗名稱

配合主題

一

摩擦力的觀察

主題三：

「物體的運動」中日常生活中的力。

二

載流導線的磁效應

主題五：

「電與磁的統一」中電流的磁效應。

三

電磁感應

主題五：

「電與磁的統一」中的法拉第電磁感應。

四

楊氏雙狹縫干涉

主題六：

「波」中的光的干涉。

伍、實施要點

一、教材編選

（一）編寫教材時，應注意與國民中小學九年一貫課程的銜接，並注意教材內容應具時代性及前瞻性。

（二）普通高級中學體育班基礎物理教材之編選，應依照本教材綱要之規範，銜接國民中小學九年一貫課程自然及生活科技學習領域教材之內容，配合學生之數學能力，妥善編排組織成適合學生認知能力和激發學生學習興趣的教材。

教材編輯時，可自訂篇、章、節等順次和標題名稱，但必須涵蓋教材綱要中各主要內容。

（三）基礎物理之教材內容應理論和應用並重，以使學生能活學活用科學知識。

（四）教材之編寫，原則上，各單元應以示範實驗或學生的舊經驗引領，以引起學生學習的動機，經由歸納或演繹的過程，導出科學知識。

教材的敘述應著眼於闡明知識的形成過程，以培養學生發現和解決問題的能力。

（五）教材之組織應兼顧與高中數學科、化學科、地球科學科、和生物科等相關學科之間的相互配合。

（六）教材份量應與教學節數相配合。

內容應前後呼應，重要概念宜分層次，由淺而深，由具體而抽象，在不同單元中重覆呈現，使學生能充分理解並習得完整的概念。

（七）教材中的專有名詞和人名翻譯，應以教育部公布之物理學名詞為準，遇有未規定者，則參照目前國內科學刊物及習慣用語，妥為譯註，且與高中其它相關學科相配合。

課本中初次出現的專有名詞或外國人名，在同一頁中應附原文，人名並應附國名及生歿年，書後加印中英名詞對照表及索引。

（八）教科書各單元教材之後，應編列習題，由學生自行解答，以收練習之效。

（九）教科書應隨同編有教師手冊，供教師參考。

教師手冊之內容除了明列教學單元目標、教學時間之外，應提供教學必要的參考資料、習題解答和示範實驗活動的詳盡說明；必要時，得提供教學媒體之製作資料或成品。

（十）各單元教材之設計，應兼顧認知、情意和技能等方面的教學目標。

在認知方面，包括觀察、研判、推論、預測等心智活動能力的培養及科學概念的習得等；在情意方面，包括實事求是的工作態度培養，細心耐心的工作精神陶冶等；在技能方面，包括實驗操作技能，及各種實際執行活動能力的習練等。

（十一）文字敘述，力求流暢易讀，淺顯易懂，版面應做美工專業設計，多附精美的圖說和彩色照片，以吸引學生喜愛閱讀，激發其讀書之興趣。

（十二）在各章節間或在書後，應酌列與教材有關的補充資料，例如科學家的傳記、最新科技進展等；尤其是第二主題「物質的組成」、第四主題「物質間的基本交互作用」、第八主題「量子現象」、與第九主題「宇宙學簡介」等，因增添了以往教材綱要所沒有的新內容，教科書可適當增列延伸閱讀資料（例如國內外相關專業網站或書籍、文章），供老師及學生參考。

（十三）教材綱要標有「◇」者為選擇性教材，「◇」應於該章節之前標示，並於編輯大意中說明「◇」的意義。

二、教學方法

（一）教師在教學前應參考教師手冊及體育班課程綱要，編寫教案。

教案之設計，應考量體育班學生之起點行為，亦應顧及個別差異，對於學習較快或較慢之學生，應實施「充實教學」或「補救教學」。

（二）教師在每一新單元教學時，應以學生日常生活之體驗，及既有之知識或經驗為基礎，多舉實例以引起學生學習的動機，進而引導學生發現問題，推理分析，歸納或演繹，以迄問題之解決，達成習得新知識或新概念的教學目標。

在實驗活動中，應儘量讓學生親手操作，以熟練實驗技巧，並提供學生自我發揮之創造空間，教師從旁協助，善加引導。

（三）教師教學時，不應單以知識的傳授為重點，尤應注意教導學生在科學方法的應用和科學態度的培養。

科學方法包括觀察、分類、測量、傳達、數字的運用、時空關係的運用、預測、推理、解釋資料、控制變因、建立假設、設計實驗等項。

科學態度則指互助合作，尊重他人意見，忠於數據，實事求是等項。

（四）教師教學時，應積極鼓勵學生質疑發問、共同討論，以營造生動有趣的教學氣氛。

討論時，可採小組活動方式，以促進同學間合作及互助的學習。

教師宜多運用各式教學媒體和資訊設備以加強課堂教學之成效。

（五）教師教學時，應著重科學概念的生活運用，切忌灌輸零碎、片斷的知識。

（六）教師教學時，應本因材施教，有教無類的精神，運用教學的藝術和輔導的技巧，充分掌握每一學生的學習動態，激發其潛能，不放棄任何一位學生。

（七）教學完畢後，教師應做自我評量及學生學習成就評量，逐步修訂教案，使教學計畫更趨完善，教學得以相長。

三、教具及有關教學設備

（一）設有體育班之學校，實驗教學設備應比照普通班設備標準。

（二）實驗室及實驗活動場所應注意通風、安全措施和環境污染防制。

實驗所損耗的器材，應儘速修護或補充。

（三）除設備標準中所規定之視聽教學媒體外，各校宜鼓勵教師自製教具，或由教學研究會集體創製，並推廣之，以分享教學經驗。

（四）學校應供應每位教師教師手冊，並宜多訂購與日常生活有關之物理參考書籍、科學期刊和雜誌供師生借閱，以做為學習之參考。

四、各科教材或單元間的聯繫與配合

與本科關係最密切的學科為數學、化學、地球科學和生物，任課教師應熟悉體育班相關學科之課程綱要與內容，並透過體育班相關教學會議，集合各相關科目任課教師，共同研討配合方案，以求科際間縱向及橫向之間的聯繫。

五、教學評量

（一）為瞭解學生之學習狀況和成就，教師應適時進行「形成性評量」和「總結性評量」，以評估學生學習成就和診斷教學得失，並加以補救及調整，俾達成預期的教學目標。

（二）評量方式除紙筆測驗外，並應考評學生所做習題和學習報告，以及課堂討論和實驗活動的表現，綜合評估學生的學習成就和能力。

（三）評量之內容，應以教學目標和學習行為目標為導向。

在認知方面，按記憶、理解、應用、分析、綜合、評鑑等不同層次，設計評量試題，題型宜生動活潑，並求難易適中；在情意方面，著重科學精神和科學態度的表現；在技能方面，則考查實驗操作的技巧和設計的能力。

（四）平時考查之項目可以多元化方式進行如閱讀報告、蒐集資料等方式行之。

在報告和研究方面，應著重生活運用、資料查尋能力、與體育專長相關之物理原理應用。

在實驗方面，則著重在實作能力及思考能力的培養。

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