1.1 課程理念

競爭激烈與全球一體化經濟的出現、科學與科技的急速發展, 以及不斷增長的知識基礎, 將持續為人們的生活帶來深遠影響。面對這些轉變帶來的挑戰, 物理科與其他選修的科學科目一樣, 為學生提供一個終身學習的平台, 提升學生的科學素養, 以及讓他們掌握科學與科技領域內的基要科學知識和技能。

物理學是基礎的自然科學之一, 研究自然界的定律, 以及眾多物理現象之間的種種關係和行為。透過學習物理學, 學生可獲得與生活相關的概念和過程的知識。在了解物理學與生活的關係及其內在美的同時, 修讀物理學也有助學生進一步認識物理學在其他領域內的實際應用。藉着鞏固的物理學基礎, 學生能夠鑑賞物理學的內在美及其定量本質, 以及明白物理學在工程學、醫學、經濟學和科技世界等不同領域中所擔當的角色。再者, 學習有關物理學創新的貢獻、及由此衍生的議題和難題, 都有助學生建立一套科學、科技、社會和環境四方面相互連繫的整體觀念。

本課程旨在提高學習物理學的趣味性和實用性, 並建議運用實際生活情境來引入物理學的知識。課程會因應學生的不同能力和志向, 採用多元化的情境、學與教策略及評估方法, 藉此激發學生的興趣和動力。結合其他的學習經歷, 使學生能夠應用物理學知識, 了解物理學與其他學科的關係,覺察科學、科技、社會和環境四方面相互關聯的時事議題, 從而培養他們成為盡責的公民。

1.2 課程宗旨

本課程的宗旨是為學生提供與物理學相關的學習經歷, 培養學生的科學素養, 以便學生積極投身於迅速變化的知識型社會之中; 使他們在與物理學相關的領域中進一步學習或為就業作好準備, 並成為科學與科技的終身學習者。

本課程的宗旨是讓學生︰

  • 對物理世界產生興趣, 保持對物理世界的好奇心和求知欲;
  • 建構及應用物理學的知識, 鑑賞物理科學與其他學科之間的關係;
  • 藉與物理學相關的情境了解和鑑賞科學的本質;
  • 掌握進行科學探索的技能;
  • 培養科學性、批判性和創造性的思考能力, 以及在單獨或在與他人協作的情況下, 解決與物理學有關問題的能力;
  • 理解有關物理學議題的科學語言, 並能與他人交流觀點;
  • 在與物理學有關的議題上, 作出明智的判斷和決定;
  • 關注物理學對社會、道德、經濟、環境和科技的影響, 以及養成負責任的公民態度。

1.3 與初中課程及中學畢業後出路的銜接

物理科是科學教育學習領域內的選修科目之一。本課程是初中科學科( 中一至中三) 課程的延續, 並以過往中學物理科課程的精要為基礎, 加以發展。它為學生提供均衡的學習經歷, 讓學生藉此發展在科學教育中「能量與變化」和「地球與太空」兩個學習範疇所需的科學知識和理解、技能和過程, 以及價值觀和態度。圖1.1 說明各學習範疇的相互關係。

1.1 科學教育學習範疇圖示

高中學制提供多條路徑銜接專上教育及就業, 使每位學生均有機會踏上成功之路。圖1.2 說明可行的路徑:

1.2 升學及就業的各種路徑

本課程有助學生將來在大專院校繼續進修與科學有關, 或其他重視本課程內的基礎物理學知識、技能, 以及價值觀和態度的學位或副學位課程。在本科所學有關日常生活應用的物理學知識和技能可幫助學生有效地研讀各種與職業相關的課程。此外, 在本科所學到的邏輯思維和解決問題的技能亦令學生在就業上更具競爭力。

中一至中三科學科

中四至中六物理科

中四至中六組合科學科

四年學士學位 副學位及

職業相關課程專業資格

升學 / 就業

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1. 學 與 教 次 序

物理學的基要在於創生概念、模型和理論, 它們必須具有內在的一致性, 以及與觀察所得相配。概念或原理是知識的特殊形式, 用以幫助學生對物理學的理解。為了改善物理科的學與教, 以及關注學生在學習上的困難和誤解,建議採取建構導向方式進行物理科的學與教。用情境例子聯繫關鍵概念可以使學生進行有意義的學習。學生在日常生活中經驗物理世界, 時常有着大量的直觀。以學生熟悉的情境發展概念, 可提供機會讓他們更能理解這些直觀。此外, 從物理學已發展的歷史過程來聯繫關鍵概念, 教師可較容易預期和理解學生的直觀, 而這些直觀有可能就是歷史上一直爭論的問題。某些建議課題應滲入整個課程內, 使學生認識不同課題之間的內在聯繫。而編排課程次序的原則是以某些有具體內容的課題和不大困難的概念作為學習的開始, 之後進入較為抽象和艱深的課題。例如, 學生在學習氣體分子運動模型之前, 必須先理解動量的概念。

某些課題,例如「溫度、熱和內能」、「熱轉移過程」、「物態的改變」、「位置和移動」、「力和運動」、「作功、能量和功率」以及「光」等,提供了大量具體和與情境相關的例子, 有助學生在中四建構有關概念。這些情境化的例子讓學生把課堂和課本上討論的概念和理論與日常所觀察到的現象聯繫起來。教師可以用概念組合的方法, 例如概念圖, 幫助學生學習物理學。學生往往認為直觀與牛頓的運動定律並不一致, 從而使學習二維拋體運動更為複雜。為了確保有意義的學習, 教師需了解學生的已有知識,並將困難解構成易行的小步驟。學生可在不同階段重溫所學到的知識。例如, 教師可以在中四介紹力和運動的初步基本概念, 到了中五再進一步探討這些概念。

本課程提供彈性的架構, 學校可以配合學生的需要設計學習次序。教師可以考慮是否採用所建議的次序。進而言之, 教師可以憑專業判斷來設計最適切學生需要的教與學的次序。同樣, 不同的學校可以採用不同的次序,讓不同能力組別的學生均能受益。通過必修和選修部分不同課題的學習,讓學生建立起物理學中更為複雜且遞進的概念。教師可參考圖 1 的教學次序建議。

1 物理科課程教學次序建議

除了以上所提供的建議外, 教師亦可考慮以下的建議為特定組別的學生規畫課程。

(1) 課程組織

學習各課題的重要原則之一(尤其在中四時)是要找出深淺程度最適合學生的簡易題材。例如, 學習熱的概念時, 在中四應先學習一些基本的關鍵意念, 而其他較複雜的內容, 宜調到較後的時間才學。同時, 課程應在廣度和深淺度取平衡, 讓學生了解學習內容。教師應決定適當的簡易程度,施教次序和步伐, 幫助學生建構課題中與科學原理最吻合的模型。

圖2為一個簡化圖, 顯示出熱、溫度和內能的關係。溫度差引起熱的流動且引致溫度改變或物態變化。用分子運動模型說明熱流增加分子的內能。粒子的內能可以是動能和勢能, 而溫度則是分子平均動能的量度。本圖示可以視為一個概念圖, 其中每個箭頭表示格中相關概念之間的關係。須強調的是, 學生必須預先具備某些知識, 如「力和運動」中的動能和勢能, 從而理解粒子內能的概念。因此「熱和氣體」可以與「力和運動」的學習結合進行。

2 熱、溫度和內能的關係概念圖

(2) 主要課題的整合

本課程包括必修和選修部分,必修部分在中四和中五時學習; 認識物理學的基礎概念後, 學生須從選修部分選擇兩個課題學習。選修課題引入和延伸關鍵性的概念, 可以作為引起學生興趣的載體。例如, 波、光和聲音在「波動」中的知識和概念, 它們的本性和性質, 可延伸到「醫學物理學」中, 當中以非電離和電離輻射醫學影像學為延伸部分。延伸部分的學習具挑戰性, 可以提升學生的能力。這種編排次序的目的是避免學生在短時間內吸收大量抽象的概念, 尤其是在高中學習的初階。但是, 學生可在中五年級重溫以前學過的知識。有些教師或會把有關波動的概念一氣呵成地介紹出來; 也有些教師或會把課程中的「波動」和「醫學物理學」的內容並行施教。這種組合也可用於「電和磁」與「能量和能源的使用」、「力和運動」與「天文學和航天科學」, 以及「放射現象和核能」與「原子世界」。

(3) 探究研習和主要課題的整合

探究活動已經被確認為物理學教育的核心和特別部分。理論、實驗和實際應用的相互影響是物理學進步的基礎。教師可以鼓勵學生透過個人經驗和與同學協作的探究活動來建構知識。如果學生有足夠的時間和機會作互動和反思,就能獲得有意義的學習,進而提高和提升共通能力。對學生來說,「物理科探究研習」可提供學習機會, 並在探究中應用知識, 解決真實的問題。將探究研習的經驗與課程中不同部分的學習作整合, 有助學生獨自學習, 成為終身學習者。對數學有興趣的學生或會嘗試用數據作模擬。為了照顧這類學生的需要,教師可以將選修課題( 例如「天文學和航天科學」)的學習與探究研習並行。在模擬活動中, 學生可以探究假設與現象預測的關係。這不但有助於學生應用物理學概念去分析及解決問題, 還可以發展學生的各種共通能力。教師也可以採用其他學與教的策略, 例如讓學生通過蒐集資料, 批判地閱讀, 自我學習新知識, 討論和探究等來解決問題,幫助學生掌握知識和理解在「能量和能源的使用」課題中的探究研習。這種整合方式也適用於其他必修和選修部分, 包括「原子世界」和「醫學物理學」。

2. 調 適 課 程 以 照 顧 學 生 的 多 樣 性

本課程需因應學生在不同方面, 如興趣、學業水平、志向以及學習模式進行調適。對學習物理學有更大興趣或能力出眾的學生, 需要在本課程指引外設定更具挑戰性的學習目標。課程的設計和推行, 一方面應以照顧能力較強的學生,避免剝奪他們的學習機會,並同時能盡展他們的潛能為原則;另一方面, 對於只能掌握本課程指引內部分而非全部概念及技能的學生,教師需設計和推行能促進他們學習的課程。本課程指引的設計, 已預留空間, 讓教師可為學生決定各課題的恰當深度。簡言之, 本指引希望能成為規畫課程的參考, 而非應付所有學生需要的單一處方。

本課程可以不同的方法作調適, 例如集中學習必修部分的課題, 而對選修課題僅作涉獵。這建議並不是剝奪學生深入學習本課程的機會, 而是鼓勵學生集中學習, 以便建立堅實的基礎知識及技能。為照顧學生的多樣性而調適課程時, 教師可考慮下列的建議:

  • 如 學 生 難 於 掌 握 整 個 課 程 , 教 師 可 與 學 生就必修部分的所有課題商討,決定適當的學習深度。圖3.7 列出必修部分的延展課題,這些延展課題在認知上有相當高的要求,學生可能需要額外的支援才能掌握當中的必要知識和理解有關的課題:

3 必修部分的延展課題

  • 若 學 生 明 顯 難 於 掌 握 整 個 課 程 , 教 師 和 學生可討論並另作安排, 例如投放較少的努力於選修部分, 甚或完全跳過選修部分的學習。在照顧學生的多樣性時, 教師可根據上述的設計方法調適課程; 在評估課程時, 應以下列的指引為參照:
  • 課 程 配 合 總 的 宗 旨 和 學 習 目 標
  • 課 程 內 容 應 有 廣 度 且 均 衡
  • 學 習 目 標 是 可 達 至 的 , 而 非 要 求 過 高
  • 學 習 活 動 應 是 有 趣 的 和 能 讓 學 生 感 到 愉 快

3. 彈 性 運 用 學 習 時 間

本課程的授課時間為270 小時, 佔整體課程總課時的十分一。教師宜靈活地處理學習時間, 以幫助學生達到課程的各項目標。由於學生的興趣廣泛, 有些學生或會對某些課題特別感興趣, 希望深入探討,教師可讓他們多花時間學習。有些學校或會選擇調配較多課時, 讓學生學習必修部分, 以確保他們在研習選修部分前, 已充分掌握所需的基礎知識和技能。至於十六小時的探究研習, 應有效利用, 以促進學生的學習和發展全面的能力。學校亦可在學校時間表中設定半天或整天的活動環節( 與各學習領域共同分配) , 進行野外考察、參觀或科學探究等需時較長的學習活動。

 

內容

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