第四章 研究結果與討論
第四節 國小三年級學童在磁力POE推理活動中概念與推理過程對
本節旨在探討在磁力 POE 推理活動中之某種概念、某種活動與某種推理對於 預測實驗結果的影響。討論對預測結果的影響時，若以學童是否過關來作為判斷 的依據時，研究者發現在活動一中，只有 6 人闖關成功。在活動二中，只在第二 次操作時有 3 人闖關成功；在活動三中，也只 3 人闖關成功。因此若以闖關成功 與否來探討學童預測的結果時，會只有分析到少數學童。因此，研究者在探討學 童的預測結果時，以預測一致的步數大於不一致的步數，來分析學童的概念與推
理過程對於預測結果的影響，即以預測結果的正確率達 50%以上為基準來分析與
二次操作時的科學概念比第一次操作時多。在正確率達 50%以上的學童中，
沒有人持「同極相吸，異極相斥」的概念。除了活動二第一次操作以外，直 覺概念皆在 40%以下。
（二）在第二類型概念中，預測正確率達 50%以上學童的科學概念亦大於另有概念 與直覺概念。在此類型的科學概念中，學童持吸引概念的比率比持排斥概念 的比率多。活動一中持吸引概念的比率為 88%，活動二概念從活動一到活動 二的第二次操作，學童的科學概念持續增加，但活動三相較於活動一至到活 動二的第二次操作，科學概念的比率則較少，但其第二次操作時的科學概念 比第一次操作時多。在正確率達 50%以上的學童中，沒有人持「同極相吸，
異極相斥」的概念。除了活動二第一次操作以外，直覺概念皆在 40%以下。
（三）在第三類型概念中，預測正確率達 50%以上學童的科學概念亦大於另有概念 與直覺概念。在此類型的科學概念中，學童持「磁鐵可吸引附近的磁鐵」的 比率比「磁鐵可排斥附近的磁鐵」之概念的比率多。在活動一與活動三第二 次操作時，才有學童持有直覺概念。
（四）在第四類型概念中，預測正確率達 50%以上學童的另有概念大於科學概念。
在活動一至活動三，持有另有概念的學童達 80%以上，大部分預測正確率達 50%以上的學童認為一般物質對磁鐵的磁力會有影響。
從表 4-11 中，研究者亦發現活動二與活動三的第二次操作持有科學概念的人數 比率皆高於第一次操作。在此活動裝置時，學童較易使用吸引的概念來預測與解釋，
較少使用排斥的概念。除了第四類型概念外，在預測正確率達 50%以上的學童中，
持有科學概念的比率大於持有另有概念與直覺概念的比率。所以，若學童持有較多 的科學概念，則預測的正確率也較高。而在第四類型中，學童持有較多的另有概念，
可能是學童用「空氣」、「光」等經驗，在受到物體阻擋時，光與空氣也會受到阻隔 物的影響，學童使用了錯誤的類比推理，因此在第四類型中，學童的另有概念多於
科學概念。
貳、磁力 POE 活動中的科學概念、另有概念與直覺概念對預測實驗結果之影響 在活動一至活動三的推理活動中，基於與「概念對預測結果的影響」有一致性、
預測步數的一致步數大於不一致步數（研究者視為預測成功）且易於統計，因此研 究者亦以學童預測正確率大於 50%的學童，來探討科學概念、另有概念與直覺概念 對預測實驗結果之影響。
一、活動一之概念對預測實驗結果之影響
活動一之裝置為將圓形磁鐵放置成圖 4-2，並且在磁鐵迷宮上方放一隻粘有磁 鐵（N 極向下）的玩具蝴蝶。讓蝴蝶從起點往下飛後，再由左到右飛（用彈性線將 蝴蝶往右慢慢拉），讓學童預測蝴蝶會怎麼飛，並從哪一個門飛走呢？研究者由對學 童預測、觀察與解釋之晤談中，獲得資料，進行分析後，在本活動中學童在預測與 解釋時所呈現的概念有：1.同極相斥、異極相吸。2.磁鐵愈多，磁力愈大。3.磁鐵 間不必接觸，即可相吸或相斥。4.磁力能透過一般的物質，吸引或排斥磁鐵。5.磁 場的範圍是立體的，非平面的。我們將以上之概念分為科學概念（S）、另有概念（A）
與直覺概念（G），來探討這些概念在活動一中預測結果正確率之影響。
圖 4-2 3X2 磁鐵迷宮圖 起點
N S
S 2N 2S
S
猴門
象門
猪門
獅門
馬門
1 2 3
4 5 6
在活動一的 POE 磁力推理活動中，由表 4-12 可以看出能預測出 100%正確率的 學童佔了 30%，正確率 60%的學童佔了 10%，正確率 40%的學童佔了 15%，正確率 20%的學童佔了 20%，而無法預測出一步的學童佔了 25%。因此我們可知活動一的 模組，可正確預測 40%以上的學童佔了 40%，表示只要稍加推理，學童皆可對磁力 POE 推理活動中裝有磁鐵之蝴蝶，作其位置的預測。但是我們也發現了，仍有 60%
的學童無法預測出兩步以上的正確推理結果。表示本活動對於學童推理能力有一定 的鑑別度。
在蝴蝶的各步數對於預測正確性的比較方面：在活動一的第磁力 POE 推理活動 中，第一步的預測結果的正確性最高，有 12 步，佔活動一預測一致步數的 22%，接 著在第二至五步則有逐漸下降的趨勢，此現象應與第一步可以走的方向較單純，只 有三個路徑可選擇，因此預測正確性也較高。
在所有的學童中，有六個學童可以完全正確的預測出結果，但也有五位學童無 法預測出任何一步正確的結果，值得我們探究其中學童所持的磁力概念與推理類型 為何？學童 S01、S05、S06、S09、S11 與 S16 等六位皆能正確預測出蝴蝶飛行的五 步，學童 S02、S04、S17 與 S18 等四位無法正確預測出任何一步，以下探討此十一 位學童的概念對預測正確性的影響。
表4-12 活動一預測結果表
學童代號 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 與題目一 致步數
S01 1 1 1 1 1 5
S02 0 0 0 0 0 0
S03 1 0 0 0 0 1
S04 0 0 0 0 0 0
S05 1 1 1 1 1 5
S06 1 1 1 1 1 5
S07 1 1 1 0 0 3
S08 1 1 0 0 0 2
S09 1 1 1 1 1 5
S10 0 0 1 0 0 1
S11 1 1 1 1 1 5
S12 0 0 0 0 0 0
S13 1 0 0 1 0 2
S14 1 0 0 0 1 2
S15 1 1 0 0 1 3
S16 1 1 1 1 1 5
S17 0 0 0 0 0 0
S18 0 0 0 0 0 0
S19 0 0 1 0 0 1
S20 0 0 1 0 0 1
總計（次） 12 9 10 7 8 46
百分比（%） 26% 20% 22% 15% 17% 100%
（一）學童S01、S05、S06、S09、S11與S16等六位完全與預測一致之學童科學概念、
另有概念與直覺概念與概念類型之統計：
表4-13 活動一與預測結果完全一致之學童概念類型
學童代號 科學概念 另有概念 直覺概念 概念類型 預測結果 正確率 S01 S3,S5 A1,A4 G2 2S2A1G 100%
S05 S1,S2,S3,S5 A4 4S1A 100%
S06 S1,S2,S3,S5 A4 4S1A 100%
S09 S1,S2,S3,S5 A4 4S1A 100%
S11 S1,S2,S3,S5 A4 4S1A 100%
S16 S1,S2,S3,S5 A4 4S1A 100%
在上表中，S1代表第一類型科學概念，S2代表第二類型科學概念……；A1代 表第一類型另有概念，A2代表第二類型另有概念……；G1代第一類型直覺概念，
G2代表第二類型直覺概念……，以此類推。由表4-12發現，在活動一中能完全與預 測一致的6位學童中，有5位皆為4S1A型（即為擁有4個科學概念與1個另有概念），
只有1位為2S2A1G型（即擁有2個科學概念、2個另有概念與1個直覺概念）。因此 科學概念愈多，預測的正確性也愈高。
（二）學童S02、S04、S17與S18等四位完全與預測結果不一致之學童科學概念、
另有概念、直覺概念與概念類型之統計：
表4-14 活動一與預測結果完全不一致之學童概念類型
學童代號 科學概念 另有概念 直覺概念 概念類型 預測結果正確率
S02 S5 A4 G1,G2,G3 1S1A3G 0%
S04 S1,S2,S3,S5 A4 4S1A 0%
S17 S1 G1,G2,G3,G5 1S4G 0%
S18 S5 A4 G1,G2,G3 1S1A3G 0%
由表 4-14 發現，在活動一中完全與預測不一致的 4 位學童中，有 2 位為 1S1A3G 型（即擁有 1 個科學概念、一個另有概念與 3 個直覺概念），一位為 4S1A 型（即 擁有 4 個科學概念與 1 個另有概念），一位為 1S4G 型（即擁有 4 個科學概念與 1 個另有概念）。除了 4S1A 型的學童之外，其餘 3 位學童的科學概念皆只有一個，
另有概念皆 3 個以上。學童 S04 為 4S1A 型，但是其預測與實驗結果完全不一致，
因為該學童在剛開始進行磁力 POE 活動時，可能過於緊張，將蝴蝶 N 極向下的方向 弄錯，記成蝴蝶是 S 極向下，所以該生所有步驟皆與預測時的答案相反。因此在探 討活動一完全與預測不一致之學童概念類型時，須將該學童的情形排除。因此，我 們可以發現學童的科學概念愈少，直覺概念愈多，則預覺結果的正確性也愈低。
比較表 4-13 與 4-14 亦發現，在兩個極端的情形中，另有概念的多少並無明顯的 差別。可能是若干學童所持的另有概念較接近科學概念，如以「同性相斥，異性相 吸」所持的概念所預測出來的結果接近以「同極相斥，異極相吸」。因此，在活動 一中，另有概念的數量對於預測結果的正確性並無明顯差別。
二、活動二第一次磁力 POE 活動之概念對預測實驗結果之影響
起點
象門
獅門 猴門
猪門
馬門
1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
圖 4-3 4X3 磁鐵迷宮圖
活動二之裝置為將圓形磁鐵放置成圖 4-3，並且在磁鐵迷宮上方放一隻粘有磁 鐵（N 極向下）的玩具蝴蝶。把 20 個磁鐵放在下面 1-12 的位置裡（可以不必用完，
每個位置最多可放兩個磁鐵，最少放一個磁鐵），讓蝴蝶從起點往下飛後，再由左到 右飛（用彈性線將蝴蝶往右慢慢拉），要讓蝴蝶由入口經過 1-2-6-10-11-12-8 到猪 門的路線，讓學童預測這些磁鐵要如何放置，蝴蝶才會照著規定的路線飛。研究者
在本活動中學童在預測與解釋時所呈現的亦為：一、同極相斥、異極相吸。二、
磁鐵愈多，磁力愈大。三、磁鐵間不必接觸，即可相吸或相斥。四、磁力能透過一 般的物質，吸引或排斥磁鐵。五、磁場的範圍是立體的，非平面的。我們將以上之 概念分為科學概念（S）、另有概念（A）與直覺概念（G），來探討這些概念在活動一 中預測結果正確率之影響。
在活動二的第一次 POE 磁力推理活動中，由表 4-15 可以看出能預測出 50%正 確率的學童有 10 位，佔了 50%，正確率 0%的學童有 2 位，佔了 10%。若以與題目 一致步數總合除以全部步數總合做為學童的平均預測正確率，則可得到活動二第一 次磁力推理活動的學童平均預測的正確率，為 38%。因此活活動二的模組的難易度 適中，學童皆可對磁力 POE 推理活動中裝有磁鐵之蝴蝶，作其位置的預測。
在蝴蝶的各步數對於預測正確性的比較方面：在活動二的第一次磁力 POE 推理 活動中，第一步與最後一步預測結果的正確性最高，各有 13 步，各佔活動二第一次
在蝴蝶的各步數對於預測正確性的比較方面：在活動二的第一次磁力 POE 推理 活動中，第一步與最後一步預測結果的正確性最高，各有 13 步，各佔活動二第一次