台大物理系實驗課程建議

我認為台大物理系實驗課程最主要的問題,可以歸為「系上預期修完所有必修實驗的學生應具備什麼能力?」我在大學部做了兩個專題,都是實驗方面的。也因為做了這兩個專題,我發現有許多我後來認為應是基本,物理系畢業生應具備的實驗能力,是我在系上必修課沒有、或少經訓練的。

第一是「使用與保養儀器的能力」。

B01的必修實驗有五個:「普物實驗上、下」、「電子學實驗一」、「基礎物理實驗」、「近代物理實驗」(B02以後電子學改為選修),在這五個實驗課中,助教、教授較少(或沒有)向學生清楚說明儀器應如何使用,大部份的狀況是解釋完(或沒有解釋)實驗的流程後,即讓學生「自行探索」。我同意「試誤學習」是實驗教育必經之路,但應是讓學生清楚了解「手上的工具如何使用」的前提下進行。

有些儀器操作簡單,的確讓學生自行閱讀手冊即可(如三用電表),但是有些儀器操作較複雜,即使勉強能顯示資訊,要微調至最佳的狀態仍須了解原理與技巧。舉例而言,示波器是很多實驗都會用到的儀器,但其背後原理與操作門檻較高。我對示波器的認識是做專題時,實驗室的學長花了兩小時講解與示範後才學會,其細節絕非單純閱讀操作手冊可獲得。可惜的是,我發現許多沒有跟實驗專題的同學,在大三以後對示波器的認識仍止於「按AutoSet」而已。

另一個重點的是保養。五門實驗課中幾乎都未提到儀器保養的問題,而基物、近物實驗中,光學儀器多,保養問題也就更明顯。比方說,近物實驗單光子實驗有使用光電倍增管(PMT),PMT在通電時不能接觸室內光線,但我注意到許多同學在通電下仍打開遮罩。長期而言,儀器的精準度必受到影響。又或者,光學桌如何調整,光學鏡面應使用何種拭紙擦拭等等。這些保養問題助教事前未說明,事後也未制止。就算課程上使用的儀器耐操,長期未說明儀器使用注意事項的狀況下,學生未培養慎重的態度,而多半僅憑猜測儀器使用方式進行。

做為對照的是普通化學實驗。普化實驗對於每種儀器如何操作、藥品拿取規則,助教都有嚴格規範。


第二是「數據分析與撰寫報告的能力」。

數據分析的方法在五門實驗課中,只有普物實驗第一堂課助教有教如何用Excel作圖,以及基物實驗第一堂課時,教授有教導如果做數值微分。其它課則幾乎沒有教導數據分析該如何進行。我同意數據分析很難是短短時間,透過板書教學一口氣培養的,也因此最好的教育機會是藉由「實驗報告」。

以普化實驗為例:實驗結報中,若有效位數、單位標錯,必定會被助教指正,這也是撰寫實驗報告的重點。而學生也在一來一往不斷被訂正的過程中,建立起撰寫普化實驗結報的格式。而在五門實驗課中,結報幾乎都有「很晚才發回」、「沒有具體回饋」、「少被指正錯誤」的狀況。

我發現,許多同學的報告有「作圖不當(座標軸太小太密,難以閱讀,單位沒標)」、「參考資料引用不當、或沒有引用」、「使用錯誤的統計方法」等等。這些重點都是專題時,學長姐、教授嚴格要求的,但在必修課中並無此訓練。

總結而言,在實驗課課前沒有教導、課後沒有要求的狀況下,除非學生利用其它資源自修,否則必修課大多只能帶同學認識各個實驗流程。但我認為最重要也最需培養的是,重要儀器(如示波器)的操作方式與撰寫報告的能力,這才是帶得走的能力!

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