國小科學教師解釋融貫性之分析

在本節中，研究者將依據國小科學教師之訪談內容，深入探討其對於「大氣 壓力、表面張力」相關的自然現象，所提出之一系列的解釋理由，其解釋理由之 間是否具有解釋融貫性。

在五個 S-POE 的實驗活動中，實驗一的主要目標在於探討受訪教師是否具備

「大氣壓力」的基本科學概念，著重於受訪教師的科學解釋能力，故於此不納入 討論範圍中；再者，研究者將針對單一變因的兩個實驗，實驗二與實驗三，實驗 二與實驗四，實驗三與實驗五，分別進行「解釋融貫性」之探討，依據各個實驗 活動改變「單一變因」的準則，分析受訪教師對於前後實驗活動改變一個變因的 結果，其所提出的解釋理由是否符合「解釋融貫性」的要求，而在其他實驗之間，

因同時包含兩個變因以上，故於此不作探討。

一、教師於實驗二與實驗三之解釋融貫性

茲將國小科學教師於實驗二與實驗三所提出的理由整理歸納如下表 4-5-1 所 示：表格中歸納了 20 位國小科學教師針對實驗二與實驗三實驗結果所提出的理 由，在「解釋融貫性」項目下，分成「預測」與「解釋」兩個子項，符號○代表 符合解釋融貫性，符號 X 代表不符合解釋融貫性，括號（ ）則為附註說明。

例如：T103—預測—X(未提及表面張力)，表示教師 T103 在實驗二的解釋理由中 提及「表面張力」的因素，但在實驗三的預測部分的理由卻未提及「表面張力」

的因素，顯示教師 T103 在實驗三「預測部分」的理由與實驗二解釋的理由未能 符合解釋融貫性的原則。

表 4-5-1 國小科學教師於實驗二與實驗三「解釋融貫性」之分析表

實驗三 解釋融貫性

研究 對象

實驗二

解釋理由 預測理由 解釋理由 預測 解釋

T001 水壓、大氣壓力、

表面張力三者受

表面張力大小相同，水 壓的差異，杯子右側水

同預測理由

○ ○

力均勻分佈於平

有關，表面張力承

起，水不會流下 ，造成表面張力被破 如：教師 T001、T102、T011 和 T118 於實驗二中以「表面張力」的因素解釋水不 會流下，接續實驗三，除了考量杯子傾斜造成水壓的差異（杯子右側水壓大）的 原因外，仍舊能夠連結到「表面張力」的因素，認為水壓的差異破壞了表面張力，

因此水會流下來，顯示其解釋符合解釋融貫性之原則，節錄訪談內容如下：

T118：……我認為應該是網子的孔徑比較小，所以彼此的表面張力，造成水 附著在一起。（實驗二）

T118：水壓會破壞它的表面張力，造成表面張力被破壞以後，水就流出來了。

因為它高度不同，水壓不同。（實驗三預測、解釋理由）

此外，教師 T006、T011、T016 和 T119 在實驗二中提及：水不會流下是因為 紗網上產生的「表面張力」的因素所致，針對實驗三，教師 T011 和 T119 接續「表 面張力」的概念，皆認為杯子傾斜後，表面張力被水的重量加以破壞，無法承受 水的重量，水即流下；教師 T006 則是認為大氣壓力破壞了表面張力，此外，教 師 T016 僅說明表面張力在杯身傾斜後遭破壞，卻未說明原因，節錄訪談內容如 下：

T011：因為這個網狀的孔剛好比較小，所以剛好會讓這水在網子上形成表面 張力，所以可以承受水裡面的重量。（實驗二）

T011：傾斜的話…那它的表面張力就會被水的重量給破壞掉，所以水就會往傾 斜的地方流下來。（實驗三）

值得一提的是，教師 T005 在實驗二提及紗網的表面張力作用如同實驗一塑 膠片的功能，針對實驗三，在「預測」階段延續表面張力的概念，認為表面張力 阻擋水流下，而在「解釋」階段則是認為表面張力不足以支撐水的重力，水即流 下。由其解釋的歷程可知，這位教師所持的想法是以「表面張力」為核心概念來 進行不同階段的解釋，顯示其符合解釋融貫性的原則，節錄訪談內容如下：

T005：會不會是這個紗網的張力作用很像是剛剛實驗一的那個塑膠片一樣 的功能…。（實驗二）

T005：……因為應該還是會有表面張力，所以水不會流出來。

（實驗三預測理由）

T005：…而因為水往低處流，重力的關係，所以表面張力無法支撐住水的重 量，所以水就會流下來了。（實驗三解釋理由）

2. 在實驗三「預測」理由提及表面張力，「解釋」理由未提及表面張力

部分教師在實驗二的部分以「表面張力」進行解釋，在實驗三「預測」的 部分亦能延續使用「表面張力」的概念提出理由，但在「解釋」的部分卻忽 略了「表面張力」的因素，例如：教師 T104 和 T114 在實驗二的部分皆提到：

「表面張力」的作用如同實驗一的塑膠片一般，水不會流下，接續在實驗三 中，他們於「預測階段」所提的理由符合解釋融貫性，連結了「表面張力」

的因素提出說明，認為水壓不平均，破壞了「表面張力」，所以水會流下來。

但在「解釋階段」所持的理由卻忽略了「表面張力」的因素，取而代之的是 以「大氣壓力」的觀點提出解釋，由此可見，兩位教師在「解釋階段」所提 出的理由未能符合解釋融貫性。茲舉訪談內容如下：

T114：水沒有掉出來的解釋是，它因為表面張力堵住了所有的空氣進去的密 封，它就掉不出來了。（實驗二）

T114：……因為水會就是破壞它的表面張力，就等於說它不是一個完整的平 面．．．沒有堵住那個洞口就對了。（實驗三預測理由）

T114：…空氣進去…裡面氣壓變大，就跟外面平均了…..那平均了之後，水 的重量就沒有人來撐了。（實驗三解釋理由）

3. 在實驗三「解釋」理由提及表面張力，「預測」理由未提及表面張力

教師在實驗二的部分以「表面張力」的概念進行解釋，在實驗三「預測」的 部分卻忽略了「表面張力」的因素，而在「解釋」的部分又持續以「表面張力」

的因素提出解釋，例如：教師 T120 針對實驗二的部分同時以「表面張力」和「內 聚力」兩個因素進行解釋水不會流下的原因，接著在實驗三「預測階段」所提出 的理由卻未能延續此兩種概念，改以水壓小於大氣壓力的觀點解釋水不會流下，

而在「解釋階段」卻又回到以「表面張力」和「內聚力」兩大因素來進行解釋，

檢視其訪談內容，推測該名教師對於「表面張力」和「內聚力」的概念模糊不清，

故經常混用。由其歷程可知，教師 T120 在實驗二與實驗三的部分，僅於「解釋

階段」提出的理由符合解釋融貫性的要求。節錄訪談內容如下：

T120：就是跟表面張力跟內聚力有關係，…因為它網膜夠小，形成類似塑 膠片的封閉系統這樣子。（實驗二）

T120：就是一樣，不管它怎麼傾斜，它的水柱高度還是沒有大於大氣壓力啦！

（實驗三預測理由）

T120：…那照理講你傾斜拿的話，…水壓應該會侷限於在其中哪一點，所以 造成這邊的內聚力或表面張力被破壞掉這樣子。

（實驗三解釋理由）

4. 在實驗三「預測」和「解釋」理由皆未提及表面張力

部分教師在實驗二的部分以「表面張力」進行解釋，但在實驗三的部分卻未 能延續使用「表面張力」的概念提出理由，顯示這些教師提出的解釋未能符合解 釋融貫性的原則，例如：教師 T103、T110、T012 和 T115 在實驗二的部分皆提及

「表面張力」的因素造成水不會流下，其中教師 T012 更提到了「毛細現象」的 概念，認為毛細現象、表面張力與大氣壓力三者的作用，使得水不會流下。在實 驗三的部分，這些教師卻未能延續「表面張力」的因素提出解釋，例如：教師 T103 改以「大氣壓力」無法平均從底部支撐住水，水即流下；教師 T012 則是完全忽 略了表面張力與毛細現象的因素，僅針對杯子傾斜，空氣進入，水即流下進行解 釋；而教師 T115 則是進一步提到「水壓」的差異以及氣壓的因素使得水流下來，

但卻未能連結其在實驗二中所持的「表面張力」的觀點。綜合上述可知，其在實 驗三所提出的理由，無論是在預測或是解釋階段均未能符合解釋融貫性。節錄訪 談內容如下：

T012：水把網子給阻擋住了。那有可能是毛細現象….我現在又想到了一個 表面張力的一個東西把它封住了。（實驗二）

T012：…所以就是會有液體的流動，氣體直接流動。所以它裡面不會有水。

就是說拿起來，它裡面是不會有水含在裡面的。（實驗三預測、解釋理 由）

（二） 以「大氣壓力」因素解釋實驗二

1. 在實驗三「預測」和「解釋」理由皆有提及大氣壓力

部分教師在實驗二的部分以「大氣壓力」進行解釋，且在實驗三的部分亦 能延續使用「大氣壓力」的概念提出理由，顯示其解釋符合解釋融貫性的原則，

例如：在實驗二的部分，教師 T008 和 T113 皆認為紗網縫隙小，因此能受到「大 氣壓力」均勻的支撐，故水不會流下，同時他們在實驗三的部分，延續「大氣 壓力」的概念，認為杯子傾斜，大氣壓力作用在紗網上的力即不平均，故水會 流下，由此可見，他們所持的解釋觀點均圍繞於「大氣壓力」的因素，因此符 合解釋融貫性，雖然其解釋並非正確的科學解釋，節錄訪談內容如下：

T113：你這樣直接拿起來的時候，那它的下來的那個壓力…每一個的面都能 很均勻，很均勻的受到那個大氣壓力阿…。（實驗二）

T113：…杯子傾斜會形成高度差…大氣壓力給它的力應該就不平均了，所以它應該 是水會流下來。（實驗三預測、解釋理由）

2.在實驗三「預測」理由提及大氣壓力，「解釋」理由未提及大氣壓力

教師在實驗二的部分以「大氣壓力」進行解釋，在實驗三「預測」的部分 亦能延續使用「大氣壓力」的概念提出理由，但在「解釋」的部分所提出的理 由卻忽略了「大氣壓力」的因素，例如：教師 T009 在實驗二的部分以「壓力比 較大小」的觀點提出解釋，認為大氣壓力較杯內的水壓大，因此水不會流下，

而在實驗三「預測階段」的部分，仍舊以「壓力比較大小」的想法提出解釋，

而在實驗三「預測階段」的部分，仍舊以「壓力比較大小」的想法提出解釋，