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第861期
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【2018/4/1 】 |
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百聞更要一見--與國家太空中心有約的「福衛五號」教學
文/簡麗賢 北一女中物理教師 |
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高中的物理學課程介紹克卜勒「行星運動三大定律」及牛頓「萬有引力定律」的內涵，教師除了能介紹物理學家的生平故事及定律的數學關係式外，如何闡述萬有引力的作用與「人造衛星」的原理和任務，更是教師可淋漓盡致發揮的主題，不僅能引起學生學習動機，更能提升學生的學習成效。
如果教師的課程設計得宜，與「人造衛星」相關的素材俯拾即是，包含人造衛星如何升空，如何繞地球運轉，軌道高度包含低軌道和高軌道，什麼是「地球同步衛星」，衛星的結構包含哪些，衛星的任務有哪些，衛星的周期和軌道速率和什麼因素有關，什麼是「全球衛星定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)」等，這些都是結合生活與科技的題材，意義大，價值高。
筆者教授萬有引力與人造衛星的單元時，除了介紹物理原理和相關基本概念外，也適時引入新聞時事報導，透過電視新聞臺記者與新聞主播的報導，了解臺灣自製的「福衛五號」遙測衛星於2017年8月25日在美國加州的空軍基地發射升空，正式執行國土監控、地震監測等勤務。
有效的物理教學除了教師要充分備課，準備教具和教學媒體，善用口語表達能力外，若能結合校外參訪，教學成效如虎添翼，必能讓學生愛上學習，期待上課，最重要的是將抽象的物理概念因參訪的課程設計而具體化。例如教授高中物理學的人造衛星單元，能結合參訪國家太空中心，教學成效非常好，學生反應特別「有感」，因為他們看到實體的人造衛星，也能模擬人造衛星運行的實境。
筆者為了結合物理教學與校外參訪的功能，今年初即構思計畫，上網預約參訪國家太空中心，提出校外教學申請書，並蒐集與整理有關「福爾摩沙衛星五號」的相關資料與電視新聞報導，並取得國家實驗研究院於去年製作完成的「永不妥協」紀錄影片，作為校外參訪的教學資源，以及學生參訪前的預習功課。當完成一切程序，包含與國家太空中心的溝通協調、租用交通車、辦理校外教學的保險、行前教育宣導等，即於二月底開學初正式展開物理教學結合參訪國家太空中心的課程。
國家太空中心位在新竹科學園區內，參訪課程分成三部分，包含衛星實體結構介紹、參觀製作人造衛星實驗室、衛星遙控中心等，教學過程中包含互動與太空情境模擬、提問與解答等，接近一百分鐘的參訪課程讓學生既驚豔又驚喜，笑聲不斷，沒有冷場，不僅能從提問中解惑，也能從猜猜答案中獲得一包「福衛五號紀念乖乖」及人造衛星自組裝紀念紙卡。
參訪太空中心後，學生大抵知道，一枚人造衛星要經過振動測試、噪音震動測定、電磁干擾和相容性檢測、質量特性測試及熱真空測試等多項檢測，這些檢測儀器就在一個挑高數層樓的超大空間裡執行，並經歷周期測試，這種場景只在電影《地心引力》或《關鍵少數》中看到。完成一顆自製人造衛星相當不易，可說「看似平凡最奇崛，成如容易卻艱辛」。「福衛五號」更是歷經多重艱辛，突破困境，才由國人自製完成，堪稱「臺灣之光」。
十二年國民基本教育即將在108學年度實施，新課綱課程強調核心素養，以自然科教學與評量而言強調科學素養導向，能結合生活與時事。以今年一月下旬的大學學測試題而言，已出現素養導向的試題，考驗考生的閱讀理解和科學素養。例如自然科試題即出現去年熱門新聞「福衛五號」的題目，提供試題如後：
臺灣首枚自主研製的高觧析度遙測衛星福衛五號於2017年8月25日順利升空至距地表720公里處繞地球作接近圓軌道運轉。一般在此高度繞地心等速圓周運動的衛星，其週期約100分鐘。已知地球半徑約為6400公里，若為特殊目的發射一枚新衛星，使其沿圓軌道繞地球一周所需時間約為800分鐘，則此新衛星離地面的高度約為多少公里?
這一題的設計目標在評量考生是否知道物理學說、定律等，是否能理解著名的「克卜勒行星運動第三定律」，也就是「週期定律」，了解衛星繞地球運轉時「平均軌道半徑(近似橢圓的半長軸)的立方與週期的平方成正比」(比值為一定值)。如果考生確實知道上述物理定律的內容，應能解得該枚新衛星距離地面的高度很接近22000公里，也就是答案比720公里高很多。
有句話說：「百聞不如一見。」我要說：「百聞更要一見。」如果教學過程能結合參訪太空中心，相信學生對人造衛星更有感覺，對國家發展衛星科技的願景，能理解與期待；甚至在參訪過程中思考與提問，更能了解人造衛星的相關原理與概念，對於回答上述的學測自然科物理試題感覺一定相當親切，答題必然胸有成竹。
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