學測物理（上）：科學態度與方法、物質與運動

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。

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...

《學測物理》如何服用大補帖？
在你服用《學測物理》這帖「大補帖」前，我們（也就是作者群）有幾件事要先讓你知道：
首先，這本書既不是老師上課用的「教科書」，也不是一般用來摘要重點、練習解題用的「參考書」，而是一帖「大補帖」（或綜合維他命）。大補帖既無法當飯吃，也不治病，那需要它做什麼？因為自108 課綱實施以後，大學學測講究「素養導向」命題。
這是完全不同於以往的考試方式，你用傳統方法去準備，勢必事倍功半。
「素養導向」的教育理論相當複雜，有興趣的同學可以自行上網去查。簡單來說，就是要「生活化、脈絡化、跨領域」。生活化是指知識要能在日常生活中應用；脈絡化是指必須重視知識的前後一貫與因果關係；跨領域是指知識必須與其他領域知識產生關聯，能夠綜合應用。換成白話文來說就是，課本裡講的是A（知識），希望學生能夠獲得B（素養），然後在考試中希望測出大學想要的C（能力指標）。A > B >C 是個向後包含、越來越小的子集合，可以確實的減輕學生的負擔，讓學生自主學習—這也是108 課綱的崇高教育理念。
然而，隨著課綱在爭議中匆促上路，大學的考招制度也在同步變革。在考試領導教學的臺灣，勢必衝擊每一種科目的學習與教學。「教 —學—考」三階段實務上，範圍性的層次關係卻剛好與理論設計相反：知識來自教師在課本（堂）所傳授的「文本」、素養來自學生的「生活」經驗、考題來自命題者的「想像」。而生活的範圍必然大於文本，想像的範圍必然大於生活。A < B < C 卻是一個向前包含、越來越大的母集合。
也就是說，如果你光把課堂上所教的A 學到精熟，你不一定能夠獲得所有的B 素養；而即使你擁有完整的B 素養，也不一定能夠應付更複雜的C 能力測驗。所以，在這幾年的漸進式學測改革過程中，我們會看到許多的題目，根本是課本上、參考書上、命題本上都前所未見的題型；出題範圍也五花八門、上天入地，老實說，用傳統方法—認真上課、讀熟課本、勤做習題—無從準備起。
我們三個觀察到教學現場的師生充滿「摸著石頭過河」的白老鼠心態，於是想出了「大補帖」這招—這本書除了要提供課本所應有的主要營養素，還要添加日常飲食中無法攝取的獨家配方。並且，在命題本的日常演練以外，還給你健身房的重量訓練—強身健體才是根本。
請記得這本書是大補帖，不是日常飲食。一般高中物理教科書（我們比對過三四家）一定有寫的內容，就不在本書重複了。因此，閱讀本書之前，請務必先掌握課本、課堂上老師所傳授的內容，再拿本書的內容來補充營養。如果可能，要把課本放在旁邊一起讀，效果更佳。
其次，你一定要明白，學測既然叫做「學科能力測驗」，就是只考「基本能力」。
大考中心希望各大學將學測成績當作入學的「門檻」使用，而不是拿來鑑別學生能力。
所以你會看到，近幾年來，臺大、清大等頂尖大學在個人申請階段使用學測成績篩選時，「同燈同分」的人數都很多。導致大學甚至必須舉辦第二輪、甚至第三輪的測驗，才能區分出學生的高下。因此，本書的目標在於幫助你「過門檻」，而不是「拿高分、比人強」（那是指考、分科測驗的目的）。你只要搞好基本素養，打好基礎就行了。
在最後一章，我們獨家提供了最新學測試題的分析，以及學習工具箱。只此一家，別無分號。
如何搞好基本素養？重點在於「探究與實作」。所有的現象、原理⋯⋯你都應該要問「為什麼？why?」那就是探究；所有習得的知識，都應該實際操作並在生活中應用，那就是實作。然而不可諱言，探究與實作需要客觀條件的配合，不見得每位同學都有親自應用、動手做的環境（尤其是臺灣城鄉差距大，各校資源也不相同）。於是，本書也會儘量加入這方面的大補帖——你沒做過沒關係，最起碼我們畫給你看、說給
你聽。
再來談考試策略。學測採計科目已經改成「五選四（以下）」—國文、英文、數學、自然、社會，各校系最多只能採計四科。於是在教學現場，我們看到有的同學只願意準備（最多）四科，放棄掉其他一兩科。那其實是不太明智的策略，為什麼呢？
你少一科成績，能選擇的科系就少掉幾百個，真的很可惜。再加上如前段所言，學測只考基本能力，無論你在校是自然組或社會組，大都是高一、高二都已學過的內容。
素養導向也有另一個更深的涵義，就是如果已經學會了素養，不太容易忘掉的，不可白不考。從這點出發，本書將盯緊最新高中課綱，強調素養導向、跨領域學習，即使是社會組的同學，也不會害怕物理。
最後要說明的是，本書的三位作者是市面上罕見的奇妙組合：許華書博士是國立屏東大學應用物理學系的教授兼研發長，是具有實際探究實驗經驗的物理科學家。他從大學端招生與命題的專業眼光，來提供主要理論基礎。如果將本書內容比喻成大樹，華書老師就是根本。盧政良博士是高雄中學的王牌物理老師，也可以說是高中物理教學的南霸天。他提供最新的教學方法、教材與素養導向的命題，算是本書的枝幹與花朵。而我施百俊，是國立屏東大學的教授兼教務長，極熟悉大學考招制度的變革。再加上小時候，曾經以物理資優免試保送雄中；大學聯考也考了全國前1%進臺大電機。
所學橫跨人文社會、商業管理、科技工程，負責提供一些跨領域學習的材料，也可以說是點綴本書的綠葉。我們三人一致有一個願望，希望本書能對將要參與大學學測的你有所幫助。

《學測物理》如何服用大補帖？
在你服用《學測物理》這帖「大補帖」前，我們（也就是作者群）有幾件事要先讓你知道：
首先，這本書既不是老師上課用的「教科書」，也不是一般用來摘要重點、練習解題用的「參考書」，而是一帖「大補帖」（或綜合維他命）。大補帖既無法當飯吃，也不治病，那需要它做什麼？因為自108 課綱實施以後，大學學測講究「素養導向」命題。
這是完全不同於以往的考試方式，你用傳統方法去準備，勢必事倍功半。
「素養導向」的教育理論相當複雜，有興趣的同學可以自行上網去查。簡單來說，就是要「生活化、脈絡化...

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

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