理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    掃描穿隧顯微術探究鐵誘導三溴化鉻表面形貌及電子特性的影響
    (2023) 張元儒; Chang, Yuan-Ju
    三溴化鉻(CrBr3)是著名的磁性材料,雖然磁性特性已被研究許久,但相關的表面形態與電子特性尚未完備,是近期研究的新方向。因鉻原子帶有磁性,即使三溴化鉻限縮成二維尺度仍具有穩定的鐵磁性。但是此材料的居禮溫度遠低於室溫,侷限了材料在電子元件上的發展。若能在不破壞材料磁性的條件下增高居禮溫度將必廣泛應用於各領域,這表示摻雜金屬元素形成的異質結構有望改善此限制。因此本研究利用機械剝離法與乾式轉移法製備CrBr3/HOPG異質結構,並利用掃描穿隧顯微鏡(STM)技術探究鐵誘導的三溴化鉻表面形貌以及利用掃描穿隧能譜(STS)研究電性變化。研究結果顯示三溴化鉻的形貌可區分成三種:片狀、層狀與團狀,包括單層到10層的厚度。而我們發現鍍鐵後的平臺表面出現許多2~3 nm寬的不規則紋路,且原子結構變得相當清晰,掃描穿隧顯微鏡能探測到上層與底層的溴原子以及中間層的鉻原子所形成的六邊形。在電性方面,鍍鐵造成相當大的差異,三溴化鉻的能帶間隙從1.837±0.058 eV降至0.148±0.024 eV,代表鐵原子促使屬於半導體的三溴化鉻轉變成半金屬;同時,鍍鐵前後的費米能階(EF)皆偏向價帶,具有P型半導體的性質。根據實驗結果,我們的研究支持密度泛函理論對於三溴化鉻電子特性的預測,為三溴化鉻在自旋電子學領域的研究開啟新頁。
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    二維材料二硫化鈮表面結構與電性初探
    (2022) 黃祺翔; Huang, Chi-Hsiang
    二硫化鈮是屬於金屬性二維材料中的過度金屬二硫族化物,雖然理論學家已經對於二硫化鈮有許多報導,但在奈米級的表面相關影像卻非常少,可能源自於對二硫化鈮表面掃描時要取得清晰的影像並不容易,需要有相當的掃描經驗與對掃描影像的後續處理才能取得較清晰的二硫化鈮奈米級表面。本篇實驗透過掃描穿隧式電子顯微鏡觀察二硫化鈮機械剝離前後與曝氧5到40分鐘的表面缺陷並分析以及使用掃描穿隧能譜功能量測其不同狀態下的電性變化。觀察到隨著曝氧時間增長二硫化鈮表面上的暗點和亮點缺陷有變大的趨勢,至於在費米能階附近的電阻會隨著與氣體接觸而上升,而正負偏壓下會逐漸回到如機械剝離前的狀態。
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    運用昆拉赫振盪量測局域功函數及研究其與電子結構之相互作用
    (2010) 林俊良; Chun-Liang Lin
    利用掃描穿隧能譜術可以探測高於真空能階之後的電子結構,包括穿透共振與昆拉赫震盪都可以於能譜中顯現。在銀薄膜於矽(111)7×7表面與金(111)表面的量測中發現昆拉赫震盪的峰值強度會隨著區域的不同而有所差異,這個差異是源自於各區域對電子的穿透率不同所產生,因而可以被運用來解析介面及表面的結構。另一個具有一般性的現象也在實驗中被觀察到,那就是即便昆拉赫震盪強度是具有局域性的差異,其總強度是守恒的,此外,藉由量測銀(100)表面的昆拉赫震盪,證明了塊材的能帶結構在某個表面上的投影是與穿透背景相關的。同時,藉由觀察銀薄膜在金屬基材上的穿透共振可以了解穿透共振會受到介面電子結構的影響,其發生與介面電子結構是否具有「類能隙特徵」有很大的關連性。另一方面,觀察銀/金(111)、銀/銅(111)與鈷/銅(111)三個系統的昆拉赫震盪,我們證實了薄膜與基底間的功函差異並非最低階峰值的能量平移,反而應該是存在於高階中的固定能量平移,因此高階的昆拉赫震盪可運用於精確地量測薄膜的功函數,故可用來量測具有量子井態的鉛島之震盪的功函數,從六層到十五層的實驗結果中發現其量測到的震盪形式與先前理論計算的結果相當吻合,由於鉛是一層一層地成長,我們發現功函數的增減與鉛島中已佔據的量子井態增減相關。最後,同樣是藉由掃描穿隧能譜術,碳六時薄膜在金屬基材上從費米能階到超過真空能階的電子結構被清楚地解析出來,結果顯示除了一般熟知的最低未填滿分子軌域加一(LUMO+1)及加二(LUMO+2)之外,一些額外與「超級原子分子軌域」相關的次能帶也顯現出來,甚至是在超過真空能階之後,我們認為碳六十分子薄膜的電子軌域之極限應該不是真空能階,而是電子游離能。此外,我們也發現能譜中在超過游離能之後的額外特徵,此特徵應該是屬於電子受到分子薄膜干涉的結果。
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    利用掃描穿隧顯微鏡探討在硒化銦上未氧化表面和氧化表面之介面接合處的電子特性
    (2018) 羅子嘉; Luo, Zih-Jia
    硒化銦在其表面氧化後,會與塊材產生PN接面(PN junction)。當光子入射至PN接面時,會產生電子電洞對且會因為空乏區產生的內建電場而分離,促使光伏特效應(photovoltaic effect)產生的功率提升。且硒化銦備受關注的一點是其氧化表面可以透過調控氧化因素來改變光反應(photo responsivity),且有研究表示光反應會隨著氧化程度上升,所以硒化銦很有潛力做為光探測器(photo dectector)。 硒化銦的表面形貌和電性都非常容易受到氧化影響。在氧化後硒化銦表面形貌會變得較粗糙而電性表現上會呈現更N-type的行為且能隙更大。當硒化銦氧化到達一定程度後其表面最終會生成三氧化二銦。就此形成硒化銦和三氧化二銦的異質結構(heterostructure)。根據其他巨觀的量測推測硒化銦和其表面的氧化層間會有載子轉移的現象。 為了證實上面的論述,本研究是由掃描穿隧顯微鏡探討二維層狀半導體材料硒化銦表面經過機械剝離法處理前後所形成之介面接合處(interface junction)所發生的電子特性改變的現象。並進一步從掃描穿隧能譜的曲線分析微觀尺度下呈現出介面接合處有載子轉移現象,此現象為氧化層抓走底下硒化銦塊材的電子,並且氧化層內的電洞會填補到硒化銦裡。
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    在高中數理資優班實施STS 化學教育之研究
    (2005) 蔡曉信
    本研究以台北市某公立高中數理資優班的高一學生為對象,在「化學專題研究課程」中, 選擇「水溶液」、「色素」及「界面活性劑」三個主題發展STS (science-technology-society) 教學模組,從模組學習中引導學生深入探討化學的學科內涵,寓學習於真實情境中。藉由合 作學習,讓學生從建構科學概念的理解、精熟基本實驗操作技能及科學過程技能的過程中, 培養從事基礎科學研究的能力。 為了評量此課程設計的教學成效,本研究採用「歷程檔案」作為主要的評量工具,收集 學生在教室內學習的表現,透過這些資料,教師可以看出學生在化學專題研究課程的成長與 改變,並藉此探討在數理實驗班化學課程中實施多元化評量的可行性。 研究結果顯示歷程檔案評量可以從各種角度去瞭解學生學習的情形,掌握學生由多樣化 的學習方式所呈現之多元智能表現。藉由適當的課程及評量設計可引導學生對自己的學習成 果負責,並且讓學生更主動地參與評量的過程。 將STS 理念融入化學專題研究課程,有助於提升高中數理資優班化學專題研究課程的教 學效能,開發完成的STS 模組能提供有關教學人員應用於實際教學上,對於國內基礎科學研 究人才的培育應能發揮實質的效益。
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    STS教學活動對於國中九年級學生創造力的影響-以「暖暖包」、「伏打電池」教學為例
    (2009) 林劍池
    本研究之目的是探討「暖暖包」與「伏打電池」的STS(Science,Technology& Society)模組教學對於國中九年級學生創造力之影響。 本研究採準實驗研究法,樣本取自台北縣某國中九年級的兩個班級學生共67人,實驗組33名學生接受每週一節課約一學期的STS教學,對照組34名學生接受一般傳統教學。實驗組學生所得的科學概念測驗成績採配對t檢定分析,而實驗組及對照組學生的威廉斯創造力測驗成績則採單因子共變數分析。由於樣本並非來自隨機取樣,所以實驗結果不宜過度推論。 本研究之結果如下: 一、科學概念測驗部分:在STS教學活動之後,實驗組學生的知識層面有明顯的成長。使用「暖暖包」模組的學生,其科學概念前、後測分數的差異達25.45分,針對其平均值差異進行t檢定後,結果顯示達顯著差異(t=12.17,p<0.05);使用「伏打電池」模組的學生,其科學概念前、後測分數的差異達37.27分,針對其平均值差異進行t檢定後,結果顯示達顯著差異(t=9.68,p<0.05)。綜合上述,可說明STS教學對學生科學概念的提升確實有幫助。 二、創造性思考活動部分:實驗組的學生在流暢性、開放性、獨創力、精密力、標題部分及創造性思考活動整體表現均顯著高於對照組的學生(p<0.05),而在變通力部分與對照組的學生無顯著差異。 三、創造性傾向量表部分:實驗組學生在想像力部分顯著高於對照組的學生(p<0.05),而在冒險性、好奇性、挑戰性部分及創造性傾向量表整體表現與對照組的學生無顯著差異。 四、情意量表部分:大多數學生對於STS教學持正面肯定的態度。 根據研究結果顯示,STS教學對於國中九年級學生創造力的提升是有所助益的。
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    STS模組教學對國中社團學生科學概念學習之研究以植物染膠體溶液為例
    (2008) 黃瑞鳳
    STS科學教育理念是「人在經驗情境中科學之敎與學」,九年一貫的精神是培養學生「帶得走的能力」,鄉土教育是培育「鄉土情懷」,綜合三者教育理念,研究者設計以學生在生活中常見的事、物為主,開發「植物染」、「膠體溶液」兩個教學模組,對桃園縣楊梅鎮某國中社團學生約三十人進行STS模組教學,其目的是希望學生能將學科內容與生活事物相連接,經由模組活動引導學生學習相關的科學概念,期望學生日後能主動探索事、物,並對科學產生興趣。。 研究者設計STS模組進行教學及編製與其學習內容相符合的成就測驗,再以S-P表分析學生經STS模組教學後其科學概念學習的情形。其結果如下: 1、 在植物染模組教學後學生的平均通過率增加37%;膠體溶液模組教學後平均通過率增加24.5%,因此社團學生的科學概念有明顯進步。 2、 在植物染STS模組教學活動後,一年級學生的科學概念進步較明顯,在膠體溶液STS模組教學活動後,三年級學生的科學概念進步較明顯。 3、 在「植物染」、「膠體溶液」STS模組教學活動,其實驗操作部份只給予引導性題目,不給實驗步驟、不提示實驗結果,讓學生自行探索。同學們對這種教學方式持正面肯定。 4、 STS模組教學後經由S-P表分析得知中、低學習成就的學生進步情形較為顯著。
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    STS融入教學對國中生創造力與問題解決能力之影響
    (2003) 周岱學
    我國新學制,九年一貫課程之精神,在於培育出具有預測未來、理智判斷、高創造力、不斷學習、反應迅速、解決問題…等能力的新世代公民。而STS(Science,Technology&Society)科學教育的教學目標之一,就是在於培養學生的創造力和解決問題的能力,所以只要能將STS教學落實在新學制的課程中,便能達成我國九年一貫教育改革的課程目標。 本研究之目的鑑於九年一貫課程的實施,因此想藉由此研究來探討將STS教學理念融入國中課程中,對於國中生在創造力、和解決問題能力方面會有何影響。 過去在對國中生所作的STS教育研究中,許多研究都是受限於時間太短,以至於無法作較長時間的觀察,所得到的推論也較受大眾的質疑。因此,本研究之實驗方法是將STS融入教學之時間延長為一個學期,希望藉由本研究所作出來的結果,更具實驗意義和參考價值。 本研究之實驗對象為台北市某國中三年級「小班教學精神實驗班」之學生,因並非隨機取樣之樣本,故實驗結果不能作過度推論。 研究結果以共變數分析方法得知實驗組學生在創造力測驗-「威廉斯創造性思考活動」和解決問題能力測驗-「托尼非語言智力測驗」上的得分均顯著(p<.05)高於對照組的學生。 根據研究結果,我們可以得知,將STS教學理念融入國中課程中,對於培養國中生的創造力及解決問題能力是相當有幫助的。這對於九年一貫的課程革新是一個相當正面的鼓勵。