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三、實驗組學生之力的主要迷思概念改變的原因

本研究為探討系統基模教學對高中學生之力的迷思概念改變的影響,研究 者乃針對實驗組學生產生力的主要迷思概念改變的選項進行深入晤談,探究實 驗組學生在這些選項上前後測的想法及促成力的主要迷思概念改變的原因。結 果如下:

實驗組學生在物體運動方向必受力之迷思概念改變的主因是學生於後測時 以系統基模分析物體的受力情形。以第 2 題為例,題目略述如下:一球高速射 入圓弧型管道,則球在管道內受哪些力作用?學生前測的想法為球會轉彎是因 切線(運動)方向受力;後測的想法為球會轉彎是因法線方向受力;迷思概念改變 是因以系統基模分析球的受力,可知球只受管壁施加之法線力,而無運動方向 之切線力。

研:你第 2 題前後測的答案不同,可否說明你前測及後測時的想法?

小愷:我覺得這顆球最後會沿切線方向飛出去,前測時的想法是認為有一個力會推著它一直 往運動方向動,所以會有這個力。可是後測想法是球在作圓周運動,它會轉彎是因為 有向心力,最後出去是因為有慣性。

研:可是我對你們作後測時,還沒有教你們圓周運動,你會有這樣想法的改變是因為老師有 教你們什麼嗎?是力圖?還是系統基模?還是其他?

小愷:應該是利用系統基模去分析力量,就知道運動方向並沒有力去碰球,球會飛出去完全 是因為慣性。

(訪,20137)

實驗組學生在物體運動時所受之力與速度成正比之迷思概念改變的主因是 學生於後測時以系統基模分析物體的受力情形。以第 10 題為例,題目詳見附錄 一。學生前測的想法為車子會在最高點停止是因不受力;後測的想法為因車子 在最高點後仍會向下運動,故車子在最高點仍受力量作用;迷思概念改變是因 以系統基模分析車子的受力,可知車子在最高點仍受固定的重力及正向力,故 合力固定。

研:你第 10 題前後測的答案不同,可否說明你在前測時的想法?

小能:車子在最高點的速度為零,所以合力為零。

研:那麼後測時,為什麼認為合力不是零,而是定力作用?

小能:因為車子下一秒就開始動,所以需要一個合力,由系統基模可知車子在最高點仍受固 定的重力及正向力,所以合力就固定。

(訪,20131)

實驗組學生在作用力與反作用力量值不同之迷思概念改變的主因是再次學 習牛頓第三運動定律,並非使用系統基模分析物體的受力情形。以第 21 題為例,

題目詳見附錄一。學生前測的想法為轎車推動卡車的力大於卡車推回給轎車的 力,所以卡車才會加速;後測的想法為轎車與卡車間之力是交互作用力,故轎 車推動卡車與卡車推回給轎車之力大小相同;迷思概念改變是因再次學習牛頓 第三運動定律,而與系統基模較無關係。

研:你第 21 題前後測的答案不同,可不可以說明一下你在前測時的想法?

小皓:因為轎車推動卡車加速,所以會覺得是轎車推動卡車的力大於卡車推回給轎車的力。

研:那麼後測時,為什麼會改變想法?

小皓:因為它們是作用力與反作用力,所以大小相等方向相反。

研:可是這個概念不是國中就學過了嗎?

小皓:因為很久沒有碰了。

研:那與老師所教的系統基模有關係嗎?

小皓:系統基模……,應該沒有關係,因為系統基模只知道兩者有交互作用,並不知道力量 一樣大,而是直接由牛頓第三運動定律就可以知道。

(訪,20124)

實驗組學生在物體離開施力者後,仍受慣性力維持運動之迷思概念改變的 主因是,學生於後測時以系統基模分析物體的受力情形。以第 8 題為例,題目 略述如下:網球運動員擊球過網但尚未落地前,會受哪些力作用?學生前測的 想法為球離開球拍後,球拍施於球之力仍會持續作用,所以球才會持續向前飛;

後測的想法為球離開球拍後,已無接觸球拍,故球拍已無施力於球;迷思概念 改變與以系統基模分析球在空中飛行時,只受超距力,而無接觸力有關。

研:第 8 題你前後測的答案不同,可不可以說明一下你在教學前的想法?

小睿:因為球受力有加速度才會往前飛,如果沒有推的話感覺就不會往前動了,所以運動方 向一直會有力量持續作用才對。

研:那麼後測時,為什麼會認為沒有這個力?

小睿:後來就有那個公式。

研:什麼公式?我並沒有教過與打球有關的公式呀!還是與學習到什麼東西有關?

小睿:可能與系統基模有關,與公式也有關吧!就是推導拋體運動的公式阿!後來才知道球 如果沒有接觸球拍以後,就只能受超距力作用而已。

研:那與系統基模有什麼關係?

小睿:因為高一的時候沒有分析力,所以高一的時候觀念不清楚,高二的時候教過系統基模 分析力,知道力量可分為接觸力與超距力,就比較清楚了。

(訪,20134)

實驗組學生在物體受力方向錯誤之迷思概念改變的原因與使用系統基模分 析物體受力的關係並不明顯。以第 5 題為例,題目略述如下:一男孩玩盪鞦韆 向下擺盪期間受哪些力作用?學生前測的想法為男孩向下擺盪期間會拉繩,故 男孩受一指出繞轉中心之力;後測的想法為以男孩為系統,故男孩受一指向繞 轉中心之力;迷思概念改變與系統基模的關係並不明顯。

研:第 5 題繩子張力的方向,你前後測時的答案不同,請說明一下你在前測時的想法?

小源:那時候認為是手往下拉,所以張力的方向是由 O 點指向 A 點。

研:那麼為什麼後測時,你會認為張力的方向和前測時不同?

小源:就是以男孩為系統,所以作用在男孩的張力應該是由 A 點指向 O 點。

研:所以想法改變和系統基模有關嗎?

小源:應該是有吧,雖然當時我在寫的時候沒想到,但可能下意識已經用到系統基模的概念。

(訪,20133)

綜合上述及前述概念改變比例的研究結果,實驗組學生在有關物體運動方 向必受力、物體運動時所受之力與速度成正比、物體離開施力者後仍受慣性力 維持運動的問題上,後測時會使用系統基模分析物體的受力情形,因此實驗組 學生在這些迷思概念改變的比例上,優於對照組學生。然而,實驗組學生在有 關物體受力方向的問題上,後測時並無明顯使用系統基模分析物體受力的方 向,因此實驗組學生在此迷思概念改變的比例上,只與對照組學生相同;實驗 組學生在有關作用力與反作用力的問題上,後測時並無使用系統基模分析物體 的受力,因此實驗組學生在此迷思概念改變的比例上,不如對照組學生。

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