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三、情境三:靜止的物體放在山丘上面

以下為此情境下問題 11 的敘述:

有一石塊靜止在山丘上,但不穩定,假如有人推它,它就會掉下來。

請問有力施在這石塊上面嗎?

本試題所要測驗的概念為物體靜止,但是放置在尖端,屬於不穩定的 平衡。物體在還沒掉下來前的狀態,

因為靜止,所以所受的力正確解釋為「地心引力」與「支撐力」。此情 境下學生的回答有下列數種,力的種類與人數如表 4-2-4 與圖 4-2-9 所示。

分析力的數量如圖 4-2-9 所示,沒有人認為物體在此情況不受力。認為受 一種力的最多,有 43 人,佔 61%,其次是「兩種力」,最少人數比例的為 三種力與四種力,各佔所有人數比例 4%與 6%。

表 4-2-4 學生回答問題 11 之力的種類統計表

力的種類(人數) 力的解釋編碼(人數) 總人數(%)

不受力 0 0

1(4) 2(1) 3(21) 3.1(3) 4(14) 一種力 5(1) 6(1) 7(1) 9(2) 10(2) 50(61%)

1,2(1) 1,3(4) 2,3.1(1) 3,4(10) 3,5(2)

兩種力 3,6(4) 3,10(1) 4,6(1) 24(29%) 三種力 1,3,4(2) 1,3,5(1) 3(4%) 四種力(含以上) 1,3,6,10(1) 1,3,4,10(1) 1,3.1,4,6(1) 1,2,3,3.1,4,6(1) 3,4,5,6(1) 5(6%)

四種力(含以上) 6%

兩種力 29%

三種力 4%

一種力 61%

圖 4-2-9 情境三:學生回答力的總數之人數比例圖

從一種力的種類分析,發現佔比例最大的是地心引力,為 51%,表示 超過半數的學生認為受到一種「地心引力」的影響,這是典型的迷思概念。

「靜止的物體只受到一種力之作用,此力為重力」(Kruger et al., 1992;

Palmer, 2001;Thijs,1992)。第二多數為「人推力」,這個情境是說「有一石 塊靜止在山丘上,但不穩定,假如有人推它,它就會掉下來」,但是有一 些學生,會把人推物體的動作聯想在一起,認為只受到人的推力,石塊就 會掉下來。其餘比例較小的,也是具有片段不正確的想法。

4:人推力 29%

6:摩擦力 2%

7:動力 2%

5:地面支撐力 2%

10:其他力 4%

1:大氣壓力 8%

2:風力 2%

3:地心引力 51%

圖 4-2-10 情境三:一種力的種類與人數比例圖

兩種力的分析中,如圖 4-2-11,比例最多的人,持有「3+4」即「地心 引力+人推力」的想法,表示具有典型迷思概念與受到題目情境敘述的影 響,以致有如此地解釋,並沒有考量到即使不穩定的平衡所具備的條件。

比例第二多數為「3+6」與「1+3」,皆為 17%,其解釋為「地心引力+摩 擦力」與「大氣壓力+地心引力」,前者的宣稱「石塊受到地心引力,山 丘上會有泥土,石塊會有部分陷入泥土中,會有摩擦力的現象」。後者是 認為「在地球上因為有空氣,因此有受大氣壓力的力,以及地球具有吸引 物體的地心引力」。其餘的比例都很低,也是缺乏正確的平衡概念。唯一 正確的是持有「3+5」,即「地心引力+地面支撐力」,有 2 人,佔該族群 8%,有靜力平衡的概念。

1,2

4% 1,3 17%

2,3.1 4%

3,4 42%

3,5 8%

3,10 4%

4,6 4%

3,6 17%

圖 4-2-11 情境三:兩種力的種類與人數比例圖

三種力有兩種類型,「1+3+4」與「1+3+5」分別為 2 人與 1 人。這兩 種類型為前面兩種力「3+4」與「3+5」分別再加上「1」即大氣壓力。

四種力的有五種類型,每一種類型都只有 1 人,所以算是很零星的個 案,前面四種都持有「大氣壓力」與「地心引力」,有的會加上「人的推 力」,有的則是「摩擦力」,這可以併成一種混合的迷思概念。另一種型有 1 人是「3+4+5+6」,即是「地心引力+人的推力+地面支撐力+摩擦力」, 這種解釋符合科學解釋,從水平方向考慮,有兩個互相抵擋的力,從鉛直 方向考慮,也是有平衡的觀念,從解釋可以確認此學生,持有科學上對平 衡物體的解釋。

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