PhET 互動式模擬教材

線上課程對於教師來說,最困難的地方就在於概念的演示。少了課堂中手舞足蹈的動作協助,只剩簡單的畫面,又有哪些東西能協助我們呈現複雜的知識概念呢?

這邊分享的是一套行之有年的軟體(記得我當學生時有操作過…當時介面還沒現在這麼好…網路也很慢…)PhET,並看看有哪些東西可以使用?哪些東西又能用在生活科技的課程中呢?

PhET(Physics Education Technology)是由美國科羅拉多大學博多分校(Colorado University, Boulder)物理教育研究實驗室(The Physics Education Research Group)的Carl Wieman教授所發展的計劃。(2001年以「玻色–愛因斯坦凝態」的驗證獲得諾貝爾物理學獎)這個計畫以 GPL 授權為基礎,發展教學用的操作示範軟體,供教師及學生自行操作學習。

由於這個平台發展了非常久,在進去PhET的網站後會看到許多物理、化學、數學、生物以及地球科學的教學實驗可供使用。

https://phet.colorado.edu/en/simulations/browse

我們可以先點入上方的連結,進入網站裡面。然後選擇Filter,就可以幫我們篩選出不同科別的模擬項目。這邊先以生活科技比較相關的物理類別進行模擬,如電學的開關項目「Circuit Construction Kit: DC」。

這裡我們可以看到在這個項目下只提供了一些簡單的操作,如燈泡、電池、電線、能當導線的不同物質(其實任何物質都能導電,只是多數材料沒辦法讓電子輕易地移動)。這就是這個平台中的操作有趣的地方,每個模擬就專注於一個實驗,因此教師可以針對不同的課程尋求不同的模擬項目,而不用擔心在一次課程中因為介面太繁雜而產生學生學習上的認知負荷。

 

我們先玩看看這個教學模擬,因為每個教學模擬的樣子都是依據各個實驗情境進行所設計的,因此這邊的操作和說明只作為這個模擬為主。

先將物件從左邊拉入右邊,按下開關後燈就會亮了。而在這個示範中他還有電子流方向(可在右邊改為電流方向)

而在這個示範中,我們還能將原本的導線更換為其他的物件,如一般我們不會嘗試讓人體作為導線,這裡我們可以做個簡單的模擬,當今天手指接觸時當今天手指接觸時,用一般的電池會有什麼樣的反應呢?

這邊我們發現換成手指後,燈泡並未亮起。而這部分很合理,因為當今天手指是乾的時候,手指本身的電阻很高(這邊系統預設手指本身的電阻很高(這邊系統預設為100000歐姆,十萬歐姆),因此本身為不良導體,但如果有汗水、鹽分等,則會讓電阻大幅下降,發生觸電危機。

那如果我們嘗試增加電壓讓手指導通呢?

另外,也可以將手指換成保險絲。

當然,這些操作都只限於「Circuit Construction Kit: DC」這個模擬範例,但基本上可以讓我們介紹不同物質的電阻、基本的迴路,以及導線的電阻、電池的內電阻以及理想與現實燈泡的差異。而其他還有一些我個人覺得在生科上可用的範例,整理在下面供大家參考。

Circuit Construction Kit: AC」:前面的直流電改為交流電模擬。

Balancing Act」:可以做簡單的可以做簡單的翹翹板模擬,學習力矩平衡的概念。

Resistance in a Wire」:導線中的電阻模擬,可以調整線徑、長度以及電阻常數來作出不同的電阻值。

Ohm’s Law」:歐姆定律的模擬,修改電壓和電阻,可以產生不同的電流(電流一直都是被動的唷)。

Color Vision」:不同光線的視覺辨識。

Capacitor Lab: Basics」:電容說明。

其他的雖然和生科關係不大,但是大家依舊可以玩看看,個人覺得這是一個很好的觀念釐清教學網站,另外他也有iOS和Android的模擬App,但要付費,我個人是有下載(33元),也提供給大家參考囉。

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