學生之力學迷思與力圖分析解題特徵之關聯

一、 極具「運動學迷思」的學生，將不屬於力的概念視為力的比例偏低

數名學者(Hestenes, et al., 1992；Thornton & Sokoloff,1998)都認為學生會將「運 動」視為一種力，但本研究根據「力圖分析評量」中，學生的作答與晤談結果，發現 具有「運動學迷思」的學生，會將運動視為作用力的情形反而偏低，尤其在斜拋運動 中，多數學生都能正確判斷物體在空中僅受到向下作用的重力，與運動方向無關。

蔡興國等人(2011)則認為學生會將「合力」視為一種力，合力為所有作用力作用在 一物體上相互抵銷或疊加後所產生的結果，並非如同重力、繩子張力、正向力一樣為 力的來源。不少學生在作力圖分析時會將合力也視為作用力的一種並納入考量，導致 最後畫出不正確的力圖。但本研究根據「力圖分析評量」中，學生的作答與晤談結 果，四名極具「運動學迷思」的學生未曾在力圖上額外標註合力，意即極具「運動學 迷思」的學生也並未如同文獻所述，將合力額外視為作用力。

二、 極具「運動學迷思」的學生，對於加速度方向的判斷有著極大的障礙

張慧貞(2007)曾指出學生容易誤判加速度的方向，且容易忽略由加速度逆推得合力 的逆向因果關係。本研究中「力圖分析評量」也得到了相同的結果，極具「運動學迷 思」的學生，常常無法正確判斷物體的加速度方向，且更不用說從加速度推得合力方 向的逆向因果關係，學生連從合力推得加速度方向的正向因果關係也都忽略了。

且多數學生所判斷的加速度，多半與速度方向相同，推測學生可能是直接將速度 與加速度混淆之故。晤談中也有學生認為：加速度使得物體在運動方向上的速度產生

改變，因此運動方向上應該要有個加速度。

三、 僅具「衝力迷思」的學生，在粗糙面及直線運動的題目中較易受迷思影響

Clement(1982)認為，學生會假設物體在運動方向上會有個作用力，用以維持物體 的運動，是為「衝力迷思」。原以為不少具備「衝力迷思」的學生會認為運動方向上會 有個「衝力」用以維持物體的運動。但在晤談學生的過程中，發現學生並非在所有情 境下都認為物體在運動方向上會有個作用力，以第10 題為例，將 A 木塊置於粗糙的 B 木塊上，推著B 木塊等速前進，三位學生都認為在水平面上會有作用力影響，且難以 接受此時無須水平作用力，由此可見此迷思在直線運動上影響之劇。

但在「力圖分析評量」第8 題，具有「衝力迷思」的三位學生，對於等速度在光 滑平面上滑行的木塊，均表示是看到了「光滑」二字，利用慣性定律判斷物體所受之 合力為零，推斷沒有水平方向的推力。因此推測，並非全如Clement(1982)年所認為，

學生在任何時刻都會假設運動方向上有作用力，學生可能會因為關鍵字或特殊情況，

而排除運動方向上的作用力。且自「力圖分析評量」第15 題至第 20 題的斜拋或圓周 運動中，具有「衝力迷思」的三位學生，均能正確判斷受力方向，表示在運動軌跡為 曲線的運動中，學生似乎不受此迷思影響。

四、 少數極具「作用力與反作用力迷思」的學生，會將反作用力視為「平衡力」

Whiteley(1996)曾指出，學生會將作用力與反作用力作用於同一物體上，因而誤以 為有多餘的力作用在物體上。但在「力與運動物理觀念評量」中，極具「作用力與反 作用力迷思」的學生共有7 人，此 7 人卻只有一位學生(晤談學生 5 號)在「力圖分析評 量」中將作用力與反作用力標示於同一物體上，其它6 人則完全沒有類似的情形。此 與 Whiteley(1996)所描述的情形不同，作用力與平衡力混淆的比例極低。反觀在「力與 運動物理觀念評量」中，不具「作用力與反作用力迷思」的學生共有13 人，卻不只一 人曾將作用力與反作用力標於同一物體上。

至於為何研究結果與Whiteley(1996)所描述的情形不同，研究者額外統計了 46 名 學生在「力圖分析評量」中，將「反作用力」與「平衡力」混淆的題目，扣除前面所 提的晤談學生5 號，其它人將「反作用力」與「平衡力」混淆的情形，分散於各題且 發生的次數非常稀少，部分題目僅有一人發生混淆的情形(且都不同人)，只有少數集中 於第6 題(3 人)、第 9 題(2 人)、第 11 題(5 人)，如圖二十八所示。

圖 二十八 學生較易將「反作用力」與「平衡力」混淆的題目

三個題目共通的特性為，題目都出現至少2 個物體，如第 6 題的手和板擦、第 9 題的兒子和媽媽、第11 題的 B 木塊和 A 木塊，且兩物體相對位置均為左右，而非上 下分部。另外14~17 題，扣除晤談學生 5 號，則完全沒有人將「反作用力迷思」運用 在這幾題中，因此研究者推斷，題目中若出現超過一個以上的物體，則學生比較有機 會將「反作用力」視為「平衡力」。

觀察九年級國中教材，各版本課本對於「作用力與反作用力」與「平衡力」並未 做詳細的區別，難免會使得部分學生誤將「作用力與反作用力」歸類到「平衡力」。

但既然作用力與平衡力混淆的比例極低，教師們在教學時，只需進一步做釐清及強調 兩者之間的區別，應可使學生不致於受到此迷思影響。

五、 極具「作用力與反作用力迷思」的學生在力圖分析時，並不會受到優勢原則影響

Hestenes 等人(1992)指出學生主要力學迷思概念之一為優勢原則：速度較快的一 方，或質量較大的物體會有較大的作用力，但本研究中，從晤談內容及學生所作的力 圖分析中，發現學生在進行力圖分析時，都不會受到「優勢原則」此迷思概念的影 響。目前推論的原因，可能是因為學生在進行力圖分析時，幾乎都只討論一個物體的 受力情形，不需要同時去比較兩個物體的受力大小，因此就不會被「優勢原則」所影

等速度運動 等速度運動

A B

第 6 題 第 9 題 第 11 題

響。

六、 極具「作用力與反作用力迷思」的學生，在分析力圖時，並不會將作用力忽略

Savinainen 等人 (2005)指出，力是一種交互作用，兩物體之間產生交互作用時，

必同時產生作用力與反作用力，學生常忽略其中之一的存在。本研究在分析學生的力 圖分析時，並沒有發生學生將作用力忽略的情形，推論原因，可能是題目在設計上，

只要求學生一次(一題)只判斷一個物體的受力情形，並不需要同時判斷兩個物體的受力 情形。但往往學生可能忽略的力，都是作用在其它物體上的反作用力，恰巧本評量並 未要求學生分析同一題裡其它物體的受力情形。因此最後結果與Savinainen 等人 (2005)的研究成果不同。