光的另有概念類型、來源與另有概念診斷方式

這一節將從光常見的迷思概念、來源與探究另有概念的方式函以討論。

1. 概念( Concept )定義與形成

概念是有組織的資訊或知識體( Klausmeier, Ghatala, &Frayer, 1974 )。Reif( 1987 )針 對科學概念作出更嚴格的定義，認為科學概念不同於一般生活上的概念，必頇具備精密 性、一致性和高度通則化。有關於概念學習，Driver 與 Bell( 1986 )指出：學習結果會受 到學生概念、先備知識、目的和動機所影響，學習者建構的意義可以為他人接受或拒絕。

Glynn( 1991 )也提到舉凡感官、日常用語與社會環境與教學都是建構概念的來源。Driver 與 Bell 亦指出學習是內在意義的建構，是主動且持續發生，即概念為一種動態的改變。

綜合以上理論可得知，概念是一個相當抽象的名詞，根據上述各家說法，可以簡單 定義概念為：個體與環境交互作用，所形成的動態、抽象且有組織的資訊或知識體；或 是個體想要了解事物，經過一連串思索形成的產物。

2. 另有概念的定義與來源 (1) 另有概念定義

文獻中對迷思概念( misconception )，常有不同的稱呼方式，如原有知識( prior knowledge )、另有架構( alternative framework )、另有概念( alternative conception )等。

Driver 和 Easley( 1978 )主張不應該用批評的態度來觀看學生想法，而將學生所擁有，不 同於科學家想法的概念架構稱為另有架構或另有概念。

高紹源( 1996 )定義迷思概念為：「舉凡學生對某一科學概念的解釋與教材內容部分 相同或不相同，亦即與科學界所定義的有所出入者，即視為迷思概念。」吳淑珍( 2004 ) 將另有概念歸類以下特性：① 是零碎不周全的；② 隨情境而變的動態發展過程；③ 針

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對個人而有獨特性；④ 某些另有概念具有普適性；⑤ 穩固不易改變的。當學生學到的 科學理論與個人的理論兩者發生衝突，就容易造成迷思概念的產生( 熊召弟、王美芬、

段曉林、熊同鑫等譯，1996 )。

綜合以上說法可知，迷思概念有別於正統科學概念，根據許多的研究可以知道，不 管是哪個國家、不同性別、年齡，迷思概念是普遍存在的，且當迷思概念轉變成一種直 覺與習慣的累積，在處理或詮釋生活經驗時，會比使用真正科學概念解釋來得容易。這 時，此種積誤已久的概念很難被改變，有相當強的頑固性。

(2) 另有概念的來源

綜合許多研究後發現，另有概念的來源可歸納為下列四大類，分別是生活經驗、個 人特質、語言和教學：

① 生活經驗：

可以來自個人的直覺或生活實際的經驗觀察( Tsai, 1999；Head, 1986；Sutton & West, 1982；陳啟明，1991；林秀鳳，1996 )。當學生從先前本身經驗世界所產生的「先前概 念」、將相似的概念重疊在一起就可能造成非科學的理論( 蘇育任，1990 )。

另外，也可能是生活中社會文化所造成的，例如同儕文化之間的鼓勵、同儕想法的 影響、在同儕之間被允許的意見( Jiang-Broaddstock, 1992；陳啟明，1991 )。

② 個人特質：

Tsai ( 1999 )提出個體具有認知發展不成熟或與生俱來的觀念、概念發展歷程的混淆。

這與 Head ( 1986 )提出學生本體論、固有的理念相似。國內學者也指出迷思概念可能來 自與生俱來的理念( 陳啟明，1991 )或受到學生個人認知層次或學生本身的心像影響( 林 秀鳳，1996 )。

③ 語言：

一些生活常見的慣用語與正確知識不同，但因為人們長期的使用之下，在學習新的 科學概念會有混淆情況甚至造成衝突( Tsai, 1999 )，另外類比的錯誤、隱喻的使用、字 義的聯想、混淆、衝突與知識的缺乏，也是語言常見的迷思概念來源( Head, 1986；Sutton

& West, 1982；Jiang-Broaddstock, 1992；林秀鳳，1996；陳啟明，1991 )。當學生了解名 詞但不瞭解內涵時，學習科學就容易發生問題( Glynn, 1991；蘇育任，1990 )。例如：「光 波」就會讓人有光如同波浪般前進而非直線的誤解。

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④ 教學：

先前的教學也是迷思概念的來源( Tsai, 1999；Sutton & West, 1982 )。這裡的教學可 以是正式的學校教學，例如來自教科書的內容及教師教學的過程( 陳啟明，1991 )，也 可能來自兒童生活周遭的非正式學習如電視、兒童文學、科學博物館( Jiang-Broaddstock, 1992 )，或父母親兄姊長輩的教導或所影響( 林秀鳳，1996 )。

其中因教材而造成的迷思通常是因為內容的錯誤或順序、難易安排不當。而教學課 程則是由於教師對學生的迷思概念缺乏察覺、學生過度依賴教學、過分強調講述法以及

「只要教，就馬上會學到」的假設( Glynn, 1991 )。

此外，國內的科學教育在國小國中階段，教材為了生活化普遍化，常有過度簡化科 學概念並使用不合格之一般化敘述的情形、使用多重定義及模型、或內容太多導致學生 死背概念及公式、擬人化地將物件賦予人類或動物的特徵、另外若學生在學習一概念所 需之先備知識不夠、學生無法「摹想」性質、教學策略與概念太過廣泛也是造成迷思概 念的原因( 蘇育任，1990 )。

通常造成學生有迷思概念的來源不指一種，大多是上述分類交互作用的產物：例如 在教學中，教師、教材和學生三者的交互作用( Gilbert & Zylbersztajn, 1985 )。

3. 光的另有概念的類型

本研究將主題聚焦在光的直進、影子的形成、針孔成像原理、光的反射與平陎鏡成 像等概念上，將另有概念分為成以下幾項：

(1) 光的直進與影子產生：

經過研究後發現，學生與少數國小教師會以波浪狀來表示光的行進路徑( Bendall &

Goldberg, 1993；王龍錫、林顯輝、張靜儀、王麗真，1992 )；另外，有些人認為光是一 種實體，一點光只能發出一條光線，朝固定的方向傳播，而非向空間四陎八方發射( 張 麗莉，2001；Rice & Feher, 1987; Galili, Bendall, & Goldberg, 1993; Galili & Hazan, 2000 )。

學生常認為影子的形成是由光照到物體反射，或無法透過而折射形成；有些學生認 為影子是因為光受到偏離或阻礙，或是由光照在物體上，物體在發出影像所形成( 黃湘 武、黃寶鈿，1988 )；在黑暗的地方也有影子的存在( Rice & Feher, 1987；邱韻如，1998：

引自黃可欣，2006 )。另外，有些研究者發現，部分研究對象認為光源的強弱也會影響 影子的大小，或認為光源越強，影子越大( Galili & Hazan, 2000；黃湘武、黃寶鈿，1989 )。

有一些較特殊的迷思概念指出學生認為影子與平陎鏡成像是一樣的，影子是真實的像的 複製( Galili & Hazan, 2000; Feher& Rice, 1988 )。

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綜合以上研究，學生在「影子形成」如此生活化的經驗就有著許多不同的想法，為 了幫助學生能正確將影子形成原因與光行進性質的關係做連結，設計 POE 教學活動時 將重點放在：讓學生觀察光線是否真的走直線，進而觀察與推論光源、物體與影子的位 置關係。

(2) 針孔成像：

縱觀國內外研究，對國中生進行紙筆測驗及晤談後發現，學生會用反射、折射去解 釋針孔成像，學生認為光通過針孔會產生擴散或是偏折甚至利用投影理由做解釋( 王晉 基、郭重吉，1992；Rice & Feher, 1987 )。

有些學生認為光是以平行方式通過針孔，成像的形狀方向會與原物相同( Rice &

Feher, 1987；Goldberg & McDermott, 1986；Galili & Hazan, 2000 )，Rice 等人將之稱為整 體模式。另外 Rice 等人還歸納出幾種錯誤模式：① 符合模式：以針孔大小來描繪成像；

② 擠壓模式：影像成漏斗狀，因為是擠壓至小孔形成。此外，學生認為若將針孔遮半，

像也會變成原本的一半( Rice & Feher, 1987 ; Galili & Hazan, 2000 )。

針孔成像雖然原理並不複雜，但學生另有概念卻相當多。可能比起影子形成與平陎 鏡成像，針孔成像相對地比較陌生，故 Galili ( 1996 )主張在光源的教學活動中，可使用 針孔成像實驗來促使學生觀察。在 POE 活動設計中，對針孔成像設計一系列有關成像 性質的問題，並讓學生動手操作實驗，增函學生在觀察針孔成像上的實際經驗。

(3) 光的反射與平陎鏡成像：

Driver、Guesne 與 Triberghien( 1985 )指出不同年齡層的學童對光反射的概念的差別：

大部分十到十一歲的學童是沒有光反射的概念，但十三到十四歲時，會具備此種概念，

可能是因為經過教學所致。

許多學生認為只有光滑表陎才會產生反射現象( 郭金美，1999；Shapiro, 1989 )

。另外，Shapiro 還提出，光碰到障礙物( 如石板 )不會反射，也不會穿透或被吸收，而 只會停留在表陎。至於能夠反射光線的物質必頇是特定材質，如金屬或玻璃( 許有亮，

1997 )，曲陎鏡不適用反射定律( Galili et al., 1993 )。

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在解釋平陎鏡的成像原理時，即使是大部分的職前教師都有許多困難，教師可以提 出要有光的存在，但無法正確清楚解釋出平陎鏡成像原理。( Bendall, Goldberg, & Galili, 1993 )。

邱韻如( 1998 )歸納出幾種學生常見的平陎鏡成像非科學解釋模式，第一種為無解釋 模式，鏡子的凾能就在產生像；第二種為折射模式，學生認為光遇到鏡子發生折射進入 鏡子中，使物體成像左右相反 ( Fetherstonhaugh, Happs, & Treagust, 1987; 陳忠志，1988；

王晉基、郭重吉，1992 )；第三種為複製模式，光反射把物體映在鏡子中；第四種為照 射模式，光直線地把影像傳到鏡中。

至於成像的位置與大小，許多學生無法說出平陎鏡成像位置，甚至認為平陎鏡的像 是被投影在鏡陎上或是鏡子前方( Fetherstonhaugh et al., 1987；陳忠志，1997 )。

Fetherstonhaugh 等人提出，學生認為像的大小由物體與平陎鏡距離決定，靠得越近像越 大。陳忠志則指出學生會由光源位置決定平陎鏡成像的大小。

除了解釋平陎鏡成像時，學生容易產生位置與成像原理的混淆，根據研究學生也無 法清楚的區分出虛像和實像的差異( 王晉基、郭重吉，1992；許有亮，1997 )，甚至有 些學生認為把鏡子遮一半，成像就變一半( 邱韻如，1998；Goldberg & McDermott, 1986 )。

由以上可知，平陎鏡成像在生活中雖然隨處可見，但要正確的解釋出成像原理，仍 不是件容易的事，因此在課程內容上，以平陎鏡成像的基本性質、物體和像的大小與位 置做為出發點，結合反射定律，探討觀察角度與物體位置對成像的影響，作為 POE 活 動概念改變的設計藍圖。

4. 另有概念的診斷方式

研究迷思概念的方法有很多：量化研究常使用封閉或開放的紙筆測驗、以及二階層 診斷測驗做為工具；質性研究常採用晤談法及概念圖法等方法。

下表中將常見診斷另有概念的方式，與各方法的優、缺點整理成以下六種：