『動能、位能與能量』概念與學生另有概念

單元教學的核心，首先要瞭解本單元的教材主要概念及其次要概念與細目，

接著再瞭解學生另有概念。而本節將另有概念對應主要概念內容，然後在教學進 行中，把主要概念教授清楚，並從學生的另有概念，對症下藥，以期能以科學史 教學的方式改變與解決學生的另有概念。

一、教材的概念分析：

（一）主要概念參考：『教育部九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域 之教材內容要項』教材歸類屬於『自然界的作用』課題中的『改變與平衡』主題，

並著重在『能的形態與轉換』。而與教授討論後，將本教材歸納出四個主概念：

1.能的特性與形態、2.能的轉換、3.動能、4.位能。

（二）次要概念參考：『教育部九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域 之教材內容細目』與『南一版，康軒版，翰林版的教材重點』

1.能有多種的形態：動能、位能、熱能、核能等不同『能』的形態。

2.能量的特性：能量不占有空間，不具有質量，具有作功能力。

3.能的形態可轉換：對物體施力作功，即是能量的轉換。

4.動能和位能可以相互轉換。

5.外力作功會造成物體運動快慢的改變。

6.動能的大小和物體的速率及質量有關。

7.物體因為距離地面有高度差而具有的能稱為位能。

8.重力位能的計算，和基準面與物體的高度及質量有關。

9.物體的彈力位能和物體的形變大小有關。

10.重力位能是抵抗重力而儲存的能量。

二、學生另有概念：

黃秀珍（2003）提到國內對於能量的概念研究，鮮少提到與動能與位能，且 在劉俊庚（2002）的教學策略與學生另有概念之文獻中，有關『動能、位能與能

量』的學生另有概念部分，也僅提到『生命與動物活動才能引起能量』『人們能 藉由肉眼，顯微鏡，電子顯微鏡看見能量』，國內針對『動能、位能與能量』的 另有概念的研究是少之又少。但查了國外文獻，發現當學生學過『動能、位能與 能量』單元後，新的認知會與舊的概念之間的交互作用，產生現今專家不認同的 科學觀點（另有概念）。如：動能與物體的速度無關（Horton, 2001），速度增加 一倍，動能就會增加一倍（NSTA, 2002），重力位能只取決於物體的高度（AAAS, 1993；NSTA, 2002），重力位能是位能的唯一形式（NSTA, 2002），只有移動的東 西有能量（Horton, 2001；Necati, Muammer & Fikret, 2008；NSTA, 2002），能量 守恆表明能量應該被儲存，但也認為能量會用完（NSTA, 2002），能量之間的轉 變，能量會真正消失。能量消失或者在它的變換期間破壞（AAAS, 1993；NSTA, 2002）。甚至在國內力與運動的另有觀念研究也發現了學生的動能另有概念，如：

學生具有『力可以從一個物體『傳入』另一個物體內，使物體產生運動』。以手 力將球垂直往上拋，球離開手以後，球上的手力會逐漸消失（陳淑筠，2002；鄭 茹芬，2002）。而從這些另有概念中不難發現多數不只單一文獻有記錄到，因此 為免學生重蹈覆轍，這些都該是教師在教學現場應要注意的細節，也是教育工作 者需要幫學生澄清的重點。

三、教材主要概念與學生另有概念

學生另有概念的成因可能是受到原有環境的思考模式影響，使每個人在學習 新事物時的反應，會以著自己原本既有的思考模式與邏輯判斷，去解釋所接觸的 科學現象（邱美虹，2000）。Head（1986）也提過學生另有概念可能成因（一）

由日常生活經驗與觀察，（二）由教學類比所產生的概念混淆，（三）來自運用不 當的隱喻，（四）由自己的文化，（五）來自一些自己原始想法所影響（引自彭泰 源，1998）。

將『動能、位能與能量』單元教材主要概念與學生的另有概念整理如表 2-3-1，以提供學習單設計時，該注意的教學重點。

表 2-3-1 另有概念與『動能、位能與能量』單元概念關係

只有移動的東西有能量（Horton, 2001；

Necati, Muammer & Fikret, 2008；NSTA, 2002）。

只有生命的東西有能量（Horton, 2001；

Necati, Muammer & Fikret, 2008）。

『能量』和『力量』是相同的物理量（Horton, 2001；Neset, 2005；NSTA, 2002；鄭茹芬，

2002）。

生命與動物活動才能引起能量 （Necati, Muammer, & Fikret, 2008；劉俊庚，2002）。 能源是僅限於某些特定的來源 （ NSTA, 形式和它的變換（AAAS, 1993；Necati, Muammer & Fikret, 2008）。

力可以從一個物體『傳入』另一個物體內，

使物體產生運動』。以手力將球垂直往上 拋，球離開手以後，球上的手力會逐漸消 失（陳淑筠，2002；鄭茹芬，2002）。

能量守恆表明能量應該被儲存，但也認為 能量會用完（NSTA, 2002）。

能量之間的轉變，能量會真正消失。能量 消失或者在它的變換期間破壞（AAAS, 1993；NSTA, 2002）。

施多少力量就獲得多少動能（黃秀珍，

動能與物體的速度無關（Horton, 2001）。

速度增加一倍，動能就會增加一倍（NSTA, 1993；NSTA, 2002）。

重 力 位 能 是 位 能 的 唯 一 形 式 （ NSTA,