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學測物理(上)：科學態度與方法、物質與運動

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作　　者╱

施百俊、許華書、盧政良

出版社別╱

小五南

書　　系╱

學習高手

出版日期╱

2020/12/01 (1版 1刷)

I S B N ╱

978-986-522-315-1

書　　號╱

ZC1A

頁　　數╱

152

開　　數╱

正20K

定　　價╱

320 (特價 253)

　　108課綱啟用後，大學考招制度將於111學年度隨之變革。教學與命題將轉為「素養導向」——生活化、脈絡化、跨領域，與以往截然不同。
　　本書即是針對大學學測自然科中的「物理」科目，提供的一劑大補帖。
￭本書師資強項：由大學物理系教授；雄中王牌物理教師；跨領域專家、大學專辦招生的教務長共同編寫。
￭本書內容涵蓋：學測物理前三章：科學態度與科學方法、物質的組成與交互作用、物體的運動。
￭本書適用層級：無論自然組、社會組的考生都不可錯過。

施百俊
國立屏東大學文化創意產業學系教授兼教務長。臺大商學研究所博士、康乃爾大學電機工程碩士、77學年度大學聯考物理全國前1%錄取臺大電機系。
著有《經營文化創意產業：由財務管理出發》、《故事與劇本寫作》（均五南出版）……等數十本著作。得獎無數，為國內重要的跨領域專家。

許華書
國立屏東大學應用物理學系教授兼研發長。成大物理系博士。高中喜歡物理只是因為不喜歡背東西。大學於高雄師範大學就讀就開始學著怎麼弄懂跟教很難搞的物理，目前也仍於實驗室中繼續搞新穎材料的物理。
雖然已經累積了一些著作發表，但仍然持續不斷與充滿驚喜和驚訝交替的物理發現奮戰。

盧政良
國立臺大物理博士、高雄中學物理教師、高師大兼任助理教授、物理教育學刊副主編、探究與實作學會理事長。
致力於物理教學精進、指導學生專題研究與科學競賽培訓、舉辦科工館寒暑期科學營隊、中學資優班科學探究課程、教師共備社群共學成長。
常年協助IYPT國手培訓、兩岸交流示範教學、協辦物理辯論賽、高中探究實作競賽，持續於各研討會、刊物發表文章，分享教學經驗。

01 科學的態度與方法
02 物質的組成與交互作用
03 物體的運動
04 認識學科能力測驗：普通高中學生最重要的一場測驗


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Chap 1 科學的態度與方法
「物理」(Physics)是科學的一個分支，屬於自然科學的範疇。根據教育部國語辭典，物理是指｢事物的道理。」也就是自然界萬事萬物的因果關係，「why?」
這個定義包山包海，恐怕會嚇著人。我們也沒那麼大的企圖，想在一本小書中，去講萬事萬物的道理。我們的所將著墨的物理範圍更小，只限於高中物理（高中生應該懂的物理），甚至小到「學測物理」，也就是大學入學學科測驗所要考的範圍罷了，大致分為：力學、熱學、電磁學、光學與近代物理等五大領域。（這不用背）
這本書以下所有的章節，都會先附上相對應108課綱中的主題、次主題與學習內容等說明。請務必先詳細閱讀，以了解學習重點。坊間的許多參考書都忽略了這件事，以至於同學很容易搞錯學習重點（標錯重點）。比如，在1-1中，課綱很明確的告訴你要搞懂「理性」、「客觀」……這幾個觀念，「避免單純以條列的方式來呈現物理史……」。我們卻沒看見坊間相關參考書用這個方式寫的。因此，我們將會逐條補足這個部分。
接著，是內容主文。我們儘量以「簡要淺白」的文字說明該章節的主要內容；再穿插一些問題讓同學思考，避免單向的灌輸。大部分的思考問題都是素養導向題型，有「參考」解答，不一定有標準答案。因為素養導向的學習，就是要培養解決開放式問題的能力，沒辦法建立一個蘿蔔一個坑的SOP(Standard Operation Procedure)標準作業流程。
最後，還會有跨領域學習的小主題方塊，連結人文、社會、管理、生物、哲學、歷史……等領域，供同學橫向學習。期待大家都能應付學測物理的挑戰。
好吧，那我們就開始吧！

1-1 科學的態度與方法
本節對應課綱
主題次主題學習內容學習內容說明
科學、科技、社會及人文（M）科學在生活中的應用（Mc） PMc-Ⅴc-3 科學的態度與方法。
3-1 介紹科學家面對問題時，所持思考方式與態度，例如：理性、客觀、好奇心、避免妄下決斷等。

3-3說明現代世界經常面對跨學科的挑戰，並非侷限於單一學科的探究。
� 避免單純以條列的方式來呈現物理史：可藉由幾位關鍵物理學家的貢獻，來說明物理是實驗與理論相輔相成的學問，及其與人類文明發展的關係。
本節所對應課綱中可有的學習表現：
ah-Ⅴc-2 對日常生活中所獲得的科學資訊抱持批判的態度，審慎檢視其真實性與可信度。
an-Ⅴc-1 了解科學探究過程採用多種方法、工具和技術，經由不同面向的證據支持特定的解釋，以增強科學論點的有效性。
an-Ⅴc-2 了解科學的認知方式講求經驗證據性、合乎邏輯性、存疑和反覆檢視。
ah-Ⅴc-2 對日常生活中所獲得的科學資訊抱持批判的態度，審慎檢視其真實性與可信度。

「科學」一詞源自拉丁文「scientia」，意為「知識」。「是一種系統性的知識體系……強調預測結果的具體性和可證偽性……科學也不等同於尋求絕對無誤的真理，而是在現有基礎上，摸索式地不斷接近真理。」這段定義中有四個重點：
1.科學是一種系統性的知識體系，它不是零散的、互有關聯的知識。比如說，「蘋果從樹上往下掉」、「潮起潮落」和「月亮繞著地球跑」可以用同一套運動力學解釋（系統化），而且互相有關聯。
2.科學要具體化，不只是空泛的、抽象的論證。它論述具體存在的事物、並且有「可操作性」。比如說：科學不談鬼神，因為沒有具體證據證明其存在。科學也不處理抽象的哲學問題，比如：「我思故我在」。
3.科學要有「可證偽性」。這一點解釋起來比較複雜，各種科學哲學的論證也沒有定論。簡單的說，一個科學理論要能被科學社群所接受，前提是必須能被證明是錯誤的。
4.最後一點和可證偽性相關，科學不等於絕對無誤的「真理」。而是一個探究、接近的過程。反過來說，那些聲稱不可被推翻、永恆為真、「只要信，不要怕」的真理。不能算是科學。
科學追求自然的真理，但並非人人都需要成為科學家。在基礎物理學習中，必須從對物理的發展及內容中，學習到科學的態度與方法，來了解科學是不斷的如何進展及修正，來讓人們理解理應不變的自然法則，及因應變動快速的社會發展。並且領悟到現有科學發展的限制及合理的應用科學知識。
具體而言，科學的態度與方法包含以下幾項：理性、客觀、好奇心、避免妄下決斷等等。一一說明如下：
理性（Rationality）是指人類能夠運用理智的能力。相對於感性(Sensibility)直接經由感官產生感覺與情緒，理性注重以審慎的態度，根據公認的邏輯(logic)規則，推理出合理的結論。「避免妄下決斷」也是理性運作的結果。現代年輕人的有個遊戲術語叫做「腦衝」，只憑一時衝動來行事，很容易招致不良的後果。遇到問題，必須運用理性，詳究其前因後果，才能做出合理的決策。
客觀（Objective）則是指從不同觀點或角度來思考或判斷某件事物的合理性。相對於主觀(Subjective)以自身為出發點來思考或判斷事物，客觀性著重「換個角度看世界。」
好奇（Curiosity）或是好奇心是對新的事物有興趣，會想要探索、研究及學習的特質。一般認為，好奇心隨著年紀漸增而減退。但人類社會中也有少數人，始終對新事物感到好奇，那些人就是推動歷史最重要的動力，其中包括發明家、藝術家，還有科學家。
美國科學促進學會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)對於21世紀所需科學素養提出定義，範圍並非只限單一領域，必須包含數學、技術、自然科學、社會科學等科目的科學素養及態度：
1. 熟悉自然世界並同時理解其多樣性及統一性。
2. 瞭解科學中關鍵的概念及原理。
3. 能理解數學、科技、科學不同學科間的依存性。
4. 知道科學、數學、科技是人類發展的結果。並理解其可應用和限制之處。
5. 具備科學方式思考的能力。
6. 能應用科學知識及思考方式於個人及社會目的。

另一方面，也希望大家了解幾個科學的本質及探究的過程：
1. 暫時性：從物理學發展中了解變動中的科學知識與認知。
2. 經驗性：從重要的實驗中了解以觀察經驗為主的科學發展。
3. 理論的建構：從物理學發展中，理解科學知識建構的過程依探究實作得到觀察來做推論，包括個人觀念、創造思考。
4. 個人主觀與創造性：科學知識包含人類的推論、想像力和創造力。
5. 社會性：從物理學發展中理解知識的建構需得到社群的認同。

基礎物理課程也希望從科學發展史上探究實作過程的實驗設計，來引領大家學習。科學方法可以是：
1. 進行觀察
2. 提出假說
3. 實驗驗證
4. 成果發表
5. 分享/確認可重複性

而科學態度則體現在客觀、虛心、誠實、好奇心、延緩判斷、批判評鑑與適當懷疑等 11。對科學態度的定義也會隨著時代而改變。
（以上均不用背）
不論從古典物理或近代物理的發展史中，都可以不斷看到科學家們秉持科學態度，運用科學方法，增進社會大眾對自然的理解；更進一步，跨出自然科學的領域，促使社會獲得新的發展。甚至，相關的進步還能回饋到自然科學的領域，形成正向循環。試舉兩例：
(1)近期人工智慧、物聯網甚至是量子電腦等資訊科技的進步，皆不只牽涉到資訊軟硬體（軟體是數學、邏輯等形式科學、而硬體是電子電路、電磁學），也牽涉到能源的議題（熱力學的框架）——為了使資訊運算能迅速且有效率，將會需要大量的能源，或開發新型的節能電子元件。
(2)目前推展的再生能源，如太陽光電能、風力發電等，不單純只是能源議題。若放大眼光，檢視周遭環境與生態，就會發現太陽光電會有侵占可耕地的問題、廢料汙染環境的問題；而風電會影響鳥類、魚類移動，也會產生影響人類生活的低頻噪音。因此，在設計上，就要考慮如何對環境友善（environment-friendly），才能夠稱為真正的綠色能源。
這些問題的回答都需要透過前述所提的科學態度及科學方法，做出審慎的評估。