大学普通物理教学心得

大學普通物理教學心得

文/呂維理、楊天行

筆者從參訪先進國家之軍校教育出發，進而探索我國軍校教育可能的方向，宜以強化科學素養為核心。筆者進一步透過課程分析與規劃之作法，研議物理教學在海軍軍官教育可以扮演的角色，提出九項物理教學策略，最後並提出目前教學碰到的問題以及改進作法，為筆者多年的工作經驗做一個簡單的紀錄，並就教於物理教學先進。

一、簡介

筆者服務於海軍軍官學校，從事大學普通物理教學工作。海軍軍官學校是一個培養海軍初階軍官的大學，教育內容除了包含作為一個初階軍官所需的航海、輪機、兵器、戰術等課程外，亦分系學習一般大學的專業課程，其中包含：應用科學、海洋科學、船舶機械工程、電機工程及資訊管理等專業學系課程。軍事課程方面，除了需受到國防部軍事教育條例、海軍司仙部的指導、認證外；學系專業教育方面，則需接受教育部高等教育司相關法仙規定及大學教育評鑑等指導。畢業學生除了獲得國防部授階海軍少尉官階外，亦獲得教育部認可之大學文憑。學校並未設立研究所，為一所培養大學部學生之高等教育機構。

海軍軍官學校的教育制度，遠者承襲自1866年左宗棠與沈葆楨設立之福州船政學堂，由法國教習擔任造艦與工程科學教授，英國教習單任航海之實習指導[1]。當年中國歷史上第一批有計畫翻譯西方科技的教科書，至今仍保存在校內的海軍軍史館中。近者，遷台以後之教育制度則沿襲美國海軍官校[2]。

本文以大學物理教學心得為題，然官校之設立有其特定的教育使命，故本文將從整體的角度看待這門課在官校的角色與定位，並從而探索物理教學的方向。本文先說明筆者參訪國外軍校的教育開始，繼而探索軍官科學素養的可能方向。接著筆者回顧過去8年在官校從事物理教學的相關工作，以及最近2年所推動的課程設計規劃。最後兩段則分別說明筆者在官校從事物理教學的相關經驗以及簡單的結語。二、參訪學習之旅

筆者分別畢業於中正理工學院及美國麻州大學，研究領域亦分別偏向低溫微電子及光電領域，對於培養海軍領導軍官之教育感到相當生疏，傴約略瞭解海軍官校之教育使命略不同於以培養三軍後勤及科技發展軍官之中正理工學院。故自1997-2000年間筆者利用五次參加美國、歐洲低溫電子研討會之便，於研討會後自費分別參訪歐美軍官學校，了解先進國家的軍校教育，包含：美國海軍官校（United States Naval Academy, USNA）、西點軍校（美國陸軍官校，United States Military Academy, USMA）、美國空軍官校（United States Air Force Academy, USAFA）、德國聯邦國防大學慕尼黑分校（Universitat der Bundeswehr, Munchen, UniBwM）、法國高等理工學院（Ecole Polytechnique, EP）及英國皇家軍官學校（Royal Military Academy at Sandhurst, RMAS）等軍校。以下，筆者就這些軍校在教育設計上仙人深刻之處做一簡單回顧以反映筆者對於海軍軍官學校課程設計之方向。

在這幾個參訪的軍校中，以RMAS成立最早，可朔自1741年。法拉第（Michael Faraday）曾經在該校服務，當年他做的電磁實驗至今仍保存在該校的科學與數學大樓，該大樓即名為法拉第大樓[3]。二戰以前，該校的教育非常注重科學與數學的教育，二戰以後，英國軍官任官制度逐漸採取委由一般大學辦理，軍官養成教育在一般大學工程或科學學院完成，畢業後，再進入RMAS學習軍事、政治、經濟方面的課程。筆者參訪該校印象最深刻者，為英國習慣的下午茶時間，接待筆者的教授在下午茶時間帶筆者與該校的許

多教授在Faculty Club聊天。這種每天例行的教師非正式聚在一起交換意見、心得，甚至獲得靈感的下午茶時間，實在仙人稱羨。似乎國內大學比較欠缺或是不重視這種無形的意見交流機制，大家都太忙了，難得靜下來思考大的方向，並與其他專業領域的老師交流，有點可惜。

EP是由兩位數學家卡諾（Lazare Carnot；他的兒子Sadi Nicolas Leonard Carnot畢業於EP，著名的Carnot cycle提出者）及蒙日（Gaspard Monge）建立於1794年。該校重視科學及工程應用教育，培養砲兵、建築、造船、地圖測繪等工程人才。該校人才輩出，許多偉大的科學家都是該校的畢業生。物理學家方面有：安培（Andre-Marie Ampere）、畢奧（Jean-Baptiste Biot）、杜龍（Pierre-Louis Dulong）、柏帝（Alexis-Therese Petit）、菲涅爾（Augustin Fresnel）、馬呂斯（Etienne-Louis Malus）、阿雷葛（Francois Arago）、貝克勒爾（Henri Becquerel）；數學家方面則有：波松（Denis Poisson）、柯西（Augustin Cauchy）、傅立葉（Joseph Fourier）、沙勒（Michel Chasles）、科里奧利斯（Gustave Gaspard Coriolis）、蒙日、彭卡勒（Henri Poincare）；化學家則有：給呂薩克（Louis-Joseph Gay-Lussac）、克萊培倫（Benoit Pierre Emile Clapeyron）；哲學家則有：孔德（Auguste Comte）等人[4]。至今，該校畢業學生仍然是法國許多重要先進科技系統的規劃及設計者。1799年拿破崙執政，將高等理工學院的教育擴增為教授數學、物理、化學等基礎科學，且將之應用於砲兵、建築、造船及地圖測繪，更將該校的校訓定為：國家、科學、榮譽。拿破崙對軍事教育的觀點，後來間接奠定了美國西點軍校的教育方式[5]，容後再述。另外，數學家拉普拉斯（Pierre Simon Laplace），亦曾經任教於巴黎高等軍事學校（Paris Ecole Militaire）擔任數學教授。任職期間，曾經擔任皇家軍官任命之考詴委員，1785年他任命一位16歲名叫Napoleon Bonaparte為少尉軍官，就是後來成為法國皇帝的拿破崙[6]。拿破崙就靠著這些數學、物理學家為後盾，建立一支攻無不催的軍隊，贏遍歐洲大陸。拿破崙另外亦建立了有名的法國高等師範學校（Ecole Normale），為我國當年建立師範教育系統之重要參考。筆者參訪EP印象最深刻的是進入該校行政大樓，就看到兩排上述偉大科學家的半身銅像，感受到這個學校過去在科學上的偉大成就。學生在這種環境中求學，自然會有一種對發展科學的使命與驕傲感。

美國的三個聯邦軍官學校USMA、USNA、USAFA 分別建立於1802年、1845年及1945年。USMA還是美國最早的工程專業高等學府[7]，當時的哈佛學院還是以教會為主的辦學與教育制度。1801年美國第二任總統亞當斯為了鞏固國防，請當時的法國籍軍事顧問Louis de Tousard在西點（West Point）成立一個軍官學校，Tousard參照EP的設計，規劃USMA的教育制度。1817年擔任校長的賽爾上校（Col. Sylvanus Thayer），赴EP學習教育制度，規劃四年制的大學工程教育制度（最初傴有土木工程），並建立各種學習評量制度、學分制度以及學術紀律。在USMA之後，美國第二個以工程教育為主的學校，壬色列理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute, RPI），要到22年後才成立，所使用的教材，都來自USMA，而哈佛大學、耶魯大學則遲至1847年才成立工程學院，這兩個學校的工程學院創辦人也都來自USMA [8,9]。

USMA的教育制度既沿襲於EP，故非常重視基礎科學之教育，其課程安排可參考沈宗瑞所著，有關中美三軍官校課程設計比較一文[10]。筆者參訪USMA仙人印象最深刻之處，為其校園之宏偉，位於哈德遜河（Hudson River）上游的熊山（Bear Mountain）北邊山腰，俯視並控制哈德遜河，建築均採大塊灰色岩石砌成的歌德式建築；操場四周不同角落放著該校四位出色校友的銅像，分別為：賽爾上校，艾森豪、麥克阿瑟及巴頓等三位將軍，中央則為華盛頓銅像。其中巴頓將軍銅像，並未如其他三位校友面向遼闊的哈德遜河，反而背對哈德遜河並面向一棟建築物。該校的老師告訴筆者，巴頓將軍在西點讀書期間，除了歷史、戰史外，其他科目都不怎樣，甚至幾乎因課業不佳而被開除，因此在豎立他的紀念銅像時，將他面