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數位時代的學習

Y. M. Huang
・2013/08/12 ・2225字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

如果有人問你,數位時代對你的影響是甚麼?可能很多人立刻會想到:

  • Google搜尋很方便
  • Facebook臉書分享訊息很方便
  • Line和朋友聊天不用錢

但其實數位時代對我人日常生活的食衣住行育樂都可能造成影響:

  • 食:線上點餐、找餐廳、找評價
  • 衣:線上購物、比價
  • 住:線上看房、找旅館
  • 行:線上訂票、查看公車進度
  • 育:線上閱讀、線上學習
  • 樂:線上遊戲、線上聽音樂

這裡特別要討論數位時代的學習(之前有討論過數位時代對認知的影響),這個概念在台灣並不是太新,很多人都在談,但在正規教育體系,似乎還沒有發揮甚麼樣的影響力。美國科學人八月份特別推出了一個專欄報導:Learning in the Digital Age(可瀏覽全文),在此幫大家摘錄裡面重要的訊息。這個專欄有四篇主要的文章(標題的名稱與網頁版相同,但與電子書版的標題是不同的!)

Free Online Courses Bring “Magic” to Rwanda

這篇文章特別談到了在一些學習資源匱乏的國家,結合線上資源與實體教學,如何改變人民的學習。Kepler計畫是盧安達的一個組織開啟的計畫,為了讓當地的青年有機會受教育、進而因為受教育而有較好的工作機會,他們結合了開放式線上教學的資源 (Massive Open Online Course, MOOC),搭配實體的教學,讓原本沒有辦法接受大學教育的青年,可以有機會做學習。這樣的教學法在台灣會稱為混合教學,就是搭配了線上和實體的教學,主要的目的是將被動學習的部分由線上教學取代,實體教學的部分則是讓學生可以進行較主動的學習。

混合學習的方式較單純使用MOOC有優點,因為部分MOOC的內容不具有吸引力,所以平均而言只有不到10%登記要上課的人,能夠完成全部的課程。再者,必須有人可以證實這樣的學習是有幫助的,不論是在學習或是未來職場上的幫助,否則只有極度需要受教育的人,才會想要用這樣的方式學習。Kepler計畫有幾個篩選的關卡,他們想要讓參與實體學習的人是多元的,此外是比較有潛力的,這些都是為了確保第一批接受這個計畫培訓的青年,能夠有很好的表現,讓他們可以成為計畫最好的宣傳。

Kepler計畫才剛開始,他們的願景是可以擴展到盧安達的其他城市、其他非洲國家,大家都在期待,這樣的學習成效會如何。

How Big Data Is Taking Teachers Out of the Lecturing Business

這篇在探討的是線上學習的變革,在美國一些州立大學因為預算嚴重的被刪減,所以他們必須想出一些方法來節省預算,線上學習就成了其中一個做法。學生不用到學校來學習,在線上的練習還會跟隨學生的難度去進行調整,達成適性化的設計。老師的角色則從授課為主,轉變為監督為主,以追蹤學生的學習為主要任務。這樣的改變對學生和老師都是很大的挑戰,因為都是新的一種互動方式,但有學生覺得可以用自己的步調學習,其實是相當好的一件事情。

除了經費刪減之外,美國的學校也面臨學生程度變差的問題,如何善用數位學習,提供個人化的教學,是相當有潛力的。但這樣的學習型式也非常容易被商品化,在美國就有很多奇怪的學校產生,招募了非常多的學生來進行數位學習,但其實這些學校的退學率非常的高,成效不佳。顯示,線上學習若沒有妥善的安排、規劃,其實並不是有好處的。Rovio (推出Angry Birds的公司)的行銷總長說到,利用玩樂中學習是很有效的,所以芬蘭的學校都是用這樣的方式來教育小孩,他舉了一個例子說明玩樂的重要性:在芬蘭小男生的英文會比小女生好,原因就是因為小男生喜歡玩線上遊戲,而這些線上遊戲通常是英文的!這位行銷總長也提到了我們無法完全的數位學習,因為很多東西還是需要去接觸、感覺,才會知道的。所以未來要朝結合數位與實體的方向努力。

How Technology Will Revolutionize Testing and Learning

這篇主要提到數位化對於教育提供了很多可能性,例如快速的網路、更普及的電腦設備,都讓教學的型式可以改變、提升到更高的一個層級。如何善用數位化的好處,是需要好好規劃的

Students Say Online Courses Enrich On-Campus Learning

這篇主要是訪問(由Nature期刊及Scientific American雜誌共同進行)學生對於MOOC的看法,對多數的學生來說,在MOOC上的學習並非畢業所必需的,而是一些而外的學習方式。雖然學生們對於MOOC有不錯的評價,也都願意推薦給別人去上MOOC的課程。但若問他們這樣的學習和傳統學習相比較,哪一種比較有價值,其實兩者沒有顯著的差異。另外若問他們這樣的學習方式和傳統學習那一種對他們未來職涯比較有幫助,傳統學習是勝出的

更宏觀來看,其實所有的受訪對象中,只有20%是有實際參與MOOC課程的,36%是完全沒聽過,44%是聽過但沒有參加,顯示這樣的學習型式在接受度上還有待加強。再者,參與MOOC的人,最強的動力是因為這個課程是免費的、以及他們個人的好奇心。

****
結語,數位學習是必要的,在台灣目前還有一些難關需要克服,例如學習者動機的議題、教材版權的問題、是否有配到的網路設備、適性學習系統的建置、自動評分系統的建置等等。若要在台灣進行類似Kepler計畫的問題則是,多數學習內容為英文,可能本身就是一個門檻,另外若這樣的學習,沒有辦法獲得官方認定的學歷,或是被企業認可,可能會讓很多人打退堂鼓。生產這麼多電腦設備的我們,其實在數位化學習這塊,走得很慢,教育體制的僵化,更限制了多元學習的可能性。只能靠一些民間的力量,結合不在意學歷的學生,共同來努力!

文章難易度
Y. M. Huang
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輔大心理系副教授,主要研究領域:探討情緒與認知之間的關係、老化對認知功能的影響、以及如何在生活中落實認知心理學的研究成果。 部落格網址:認知與情緒新聞網 (http://cogemonews.com)


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什麼是「造父變星」?標準燭光如何幫助人類量測天體距離?——天文學中的距離(四)

CASE PRESS_96
・2021/10/22 ・3033字 ・閱讀時間約 6 分鐘
  • 撰文|許世穎

「造父」是周穆王的專屬司機,也是現在「趙」姓的始祖。以它為名的「造父變星」則是標準燭光的一種,讓我們可以量測外星系的距離。這幫助哈柏發現了宇宙膨脹,大大開拓了人們對宇宙的視野。然而發現這件事情的天文學家勒梅特卻沒有獲得她該有的榮譽。

宇宙中的距離指引:標準燭光

經過了三篇文章的鋪陳以後,我們終於要離開銀河系,開始量測銀河系以外的星系距離。在前作<天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」>中,介紹了距離和亮度的關係。想像一支燃燒中、正在發光的蠟燭。距離愈遠,發出來的光照射到的範圍就愈大,看起來就會愈暗。

我們把「所有發射出來的光」稱為「光度」,而用「亮度」來描述實際上看到的亮暗程度,而它們之間的關係就是平方反比。一旦我們知道一支蠟燭的光度,再搭配我們看到的亮度,很自然地就可以推算出這支蠟燭所在區域的距離。

舉例來說,我們可以在台北望遠鏡觀測金門上的某支路燈亮度。如果能夠找到到那支路燈的規格書,得知這支路燈的光度,就可以用亮度、光度來得到這支路燈的距離。如果英國倫敦也安裝了這支路燈,那我們也可以用一樣的方法來得知倫敦離我們有多遠。

我們把「知道光度的天體」稱為「標準燭光(Standard Candle)」。可是下一個問題馬上就來了:我們哪知道誰是標準燭光啊?經過許多的研究、推論、歸納、計算等方法,我們還是可以去「猜」出一些標準燭光的候選。接下來,我們就來實際認識一個最著名的標準燭光吧!

「造父」與「造父變星」

「造父」是中國的星官之一。傳說中,「造父」原本是五帝之一「顓頊」的後代。根據《史記‧本紀‧秦本紀》記載:造父很會駕車,因此當了西周天子周穆王的專屬司機。後來徐偃王叛亂,造父駕車載周穆王火速回城平亂。平亂後,周穆王把「趙城」(現在的中國山西省洪洞縣一帶)封給造父,而後造父就把他的姓氏就從本來地「嬴」改成了「趙」。因此,造父可是趙姓的始祖呢!(《史記‧本紀‧秦本紀》:造父以善御幸於周繆王……徐偃王作亂,造父為繆王御,長驅歸周,一日千里以救亂。繆王以趙城封造父,造父族由此為趙氏。)

圖一:危宿敦煌星圖。造父在最上方。圖片來源/參考資料 2

回到星官「造父」上。造父是「北方七宿」中「危宿」的一員(圖一),位於西洋星座中的「仙王座(Cepheus)」。一共有五顆恆星(造父一到造父五),清代的星表《儀象考成》又加了另外五顆(造父增一到造父增五)。[3]

英籍荷蘭裔天文學家約翰‧古德利克(John Goodricke,1764-1786)幼年因為發燒而失聰,也無法說話。1784 年古德利克(John Goodricke,1764-1786)發現「造父一」的光度會變化,代表它是一顆「變星(Variable)」。2 年後,年僅 22 歲的他就當選了英國皇家學會的會員。卻在 2 週後就就不幸因病去世。[4]

造父一這顆變星的星等在 3.48 至 4.73 間週期性地變化,變化週期大約是 5.36 天(圖二)。經由後人持續的觀測,發現了更多不同的變星。其中一群變星的性質(週期、光譜類型、質量……等)與造父一接近,因此將這一類變星統稱為「造父變星(Cepheid Variable)」。[5]

圖二:造父一的亮度變化圖。橫軸可以看成時間,縱軸可以看成亮度。圖片來源:ThomasK Vbg [5]

勒維特定律:週光關係

時間接著來到 1893 年,年僅 25 歲的亨麗埃塔‧勒維特(Henrietta Leavitt,1868-1921)她在哈佛大學天文台的工作。當時的哈佛天文台台長愛德華‧皮克林(Edward Pickering,1846-1919)為了減少人事開銷,將負責計算的男性職員換成了女性(當時的薪資只有男性的一半)。[6]

這些「哈佛計算員(Harvard computers)」(圖三)的工作就是將已經拍攝好的感光板拿來分析、計算、紀錄等。這些計算員們在狹小的空間中分析龐大的天文數據,然而薪資卻比當時一般文書工作來的低。以勒維特來說,她的薪資是時薪 0.3 美元。順帶一提,這相當於現在時薪 9 美元左右,約略是台灣最低時薪的 1.5 倍。[6][7][8]

圖三:哈佛計算員。左三為勒維特。圖片來源:參考資料 9

勒維特接到的目標是「變星」,工作就是量測、記錄那些感光板上變星的亮度 。她在麥哲倫星雲中標示了上千個變星,包含了 47 顆造父變星。從這些造父變星的數據中她注意到:這些造父變星的亮度變化週期與它們的平均亮度有關!愈亮的造父變星,變化的週期就愈久。麥哲倫星雲離地球的距離並不遠,可以利用視差法量測出距離。用距離把亮度還原成光度以後,就能得到一個「光度與週期」的關係(圖四),稱為「週光關係(Period-luminosity relation)」,又稱為「勒維特定律(Leavitt’s Law)」。藉由週光關係,搭配觀測到的造父變星變化週期,就能得知它的平均光度,能把它當作一支標準燭光![6][8][10]

圖四:造父變星的週光關係。縱軸為平均光度,橫軸是週期。光度愈大,週期就愈久。圖片來源:NASA [11]

從「造父變星」與「宇宙膨脹」

發現造父變星的週光關係的數年後,埃德溫‧哈柏(Edwin Hubble,1889-1953)就在 M31 仙女座大星系中也發現了造父變星(圖五)。數個世紀以來,人們普遍認為 M31 只是銀河系中的一個天體。但在哈柏觀測造父變星之後才發現, M31 的距離遠遠遠遠超出銀河系的大小,最終確認了 M31 是一個獨立於銀河系之外的星系,也更進一步開拓了人類對宇宙尺度的想像。後來哈柏利用造父變星,得到了愈來愈多、愈來愈遠的星系距離。發現距離我們愈遠的星系,就以愈快的速度遠離我們。從中得到了「宇宙膨脹」的結論。[10]

圖五:M31 仙女座大星系裡的造父變星亮度隨時間改變。圖片來源:NASA/ESA/STSci/AURA/Hubble Heritage Team [1]

造父變星作為量測銀河系外星系距離的重要工具,然而勒維特卻沒有獲得該有的榮耀與待遇。當時的週光關係甚至是時任天文台的台長自己掛名發表的,而勒維特只作為一個「負責準備工作」的角色出現在該論文的第一句話。哈柏自己曾數度表示勒維特應受頒諾貝爾獎。1925 年,諾貝爾獎的評選委員之一打算將她列入提名,才得知勒維特已經因為癌症逝世了三年,由於諾貝爾獎原則上不會頒給逝世的學者,勒維特再也無法獲得這個該屬於她的殊榮。[12]

本系列其它文章:

天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

參考資料:

[1] Astronomy / Meet Henrietta Leavitt, the woman who gave us a universal ruler
[2] wiki / 危宿敦煌星圖
[3] wiki / 造父 (星官)
[4] wiki / John Goodricke
[5] wiki / Classical Cepheid variable
[6] wiki / Henrietta Swan Leavitt
[7] Inflation Calculator
[8] aavso / Henrietta Leavitt – Celebrating the Forgotten Astronomer
[9] wiki / Harvard Computers
[10] wiki / Period-luminosity relation
[11] Universe Today / What are Cepheid Variables?
[12] Mile Markers to the Galaxies

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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。
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