實驗組視覺 實驗組本質
第四節 學生光學的心智模式
本節共分為四部分，探討學生在各子概念「光與視覺」、「光的本質」、
「光的反射」、「光的折射」心智模式的類型，以及在前測、後測、延宕測 驗心智模式的分布情形與演變的途徑。
一、 「光與視覺」部分
1. 視覺心智模式的類型：
Selly (1996) 提出了9種視覺模式，分別是共同放射、刺激照 射、簡單照射、發射與反射、二段式接收、主要接收、二段式接收 發射、光海與雙重照射(詳細解釋見表2-1-1)。根據本研究的研究結 果，將學生對於視覺的心智模式類型修改為八大類型：科學模式、
科學有瑕疵模式、科學有瑕疵＋其他模式、共同放射模式、刺激照 射模式、二段式接收模式、科混模式、以及混合模式，依照學生所 使用的解釋原因來做分類，詳細類型特徵見表4-4-1。
表4-4-1 學生對於視覺的心智模式類型與類型特徵 心智模式
類型 類型特徵
特徵圖示
(S：光源、O：物體、E：眼睛、實線代表光 的前進，虛線代表視線或其他意義)
1.科學模式
光源照射物體再反射到眼 睛產生視覺，因此在黑暗中 無法看見東西，必須在有光 源的環境下，才能看見物 體。
2.科學有瑕疵
8.混合模式
無一致的解釋
※主要混合模式為在有光 時同時具有共同放射與二 段接收模式，而在無光時，
認為眼睛會發出視線
2. 視覺心智模式的分布：
將實驗組與控制組學生在前測、後測與延宕測驗，各種視覺產生心 智模式的人數分布，以百分比呈現，結果見表4-4-2與圖4-4-1、
4-4-2。
表4-4-2 實驗組與控制組的視覺心智模式分布百分比(％)
實驗組(人數百分比％) 控制組(人數百分比％) 心智模式類型
前測 後測 延宕 前測 後測 延宕
1.科學模式 29.7 51.4 48.7 21.6 70.3 43.2
2.科學有瑕疵模式 2.7 0.0 5.4 8.1 0.0 5.4
3.科瑕＋其他模式 10.8 5.4 8.1 2.7 2.7 2.7
4.共同放射模式 8.1 10.8 18.9 8.1 10.8 8.1
5.刺激照射模式 0.0 2.7 5.4 0.0 5.4 0.0
6.二段接發模式 13.5 16.2 5.4 21.6 5.4 24.3
7.科混模式 16.2 8.1 0.0 10.8 5.4 5.4
8.混合模式 18.9 5.4 8.1 27.0 0.0 10.8
主要
模式 科學科學科學 混合科學科學
(1) 實驗組在前測、後測與延宕測驗人數分布最多的模式分別為 科學模式科學模式科學模式(29.7％51.4％48.7
％)；控制組在前測、後測與延宕測驗人數分布最多的模式分
(2) 在教學前，學生的先備知識，實驗組分布以科學模式(29.7
％)為主要類型，依序為混合模式(18.9％)、科混模式(16.2
％)、二段接收發射模式(13.5％)、以及科瑕＋其他模式(10.8
％)，比例皆為10％以上；控制組分布以混合模式(27.0％) 為主要類型，依序為科學模式(21.6％)與二段接收發射模式 (21.6％)，由結果發現學生會隨著問題的情境改變而呈現動 態不一致的想法，因此統整起來學生的心智模式類型很多樣 化。教學前，實驗組(29.7％)與控制組(21.6％)學生都約有 四分之ㄧ的學生對於視覺的產生具有科學模式。
(3) 實驗組經由教學後，心智模式的分布有了變化，比例大幅減 少的模式有混合模式(18.9％5.4％)與科混模式(16.2％
8.1％)，而科瑕＋其他模式(10.8％5.4％)也有些微減 少，大幅增加的有科學模式(29.7％51.4％)，表示經由教 學，有較多的學生對於視覺的產生能更符合科學模式。
(4) 控制組經由教學後，心智模式的分布亦有改變，比例大幅減 少的模式有混合模式(27.0％0.0％)與二段接收發射模式 (21.6％5.4％)，而科學有瑕疵模式(8.1％0.0％)與科混 模式(10.8％5.4％)也有些微減少，科學模式(21.6％
70.3％)產生了非常大幅度的增加，表示經由傳統教學對於 視覺模式的建立非常有幫助，但是到延宕測驗時，控制組在 科學模式的分布降低為43％，表示經由傳統教學的講述，學 生接受後很容易獲取知識，但是也很容易隨著時間而衰退。
(5) 在教學後，實驗組(51.4％)與控制組(70.3％)的分布都以科 學模式為主要類型，表示學生在教學後有一半以上的學生能 以科學模式來解釋視覺的產生。實驗組的其他模式分布依序 為二段接收發射模式(16.2％)與共同放射模式(10.8％)，控 制組的其他模式主要為共同放射模式(10.8％)，結果顯示學 生在教學後都了解看見物體的前提是必須有光源照射物體，
但對於光源照射後的路徑，也就是光、物體與眼睛的連結仍 持有錯誤的想法，因此教師必須針對這部分去改善教學，以 免造成學生的誤解。
(6) 在延宕測驗，實驗組分布以科學模式(48.7％)為主要類型，
依序為共同放射模式(18.9％)；控制組分布以科學模式(43.2
％)為主要類型，依序為二段接收發射模式(24.3％)與混合模 式(10.8％)，表示學生在經過教學一段時間後，仍有約二分 之ㄧ的學生對於視覺的產生持有科學模式。
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1.科 學模式
2.科學有瑕疵模式 3.科瑕＋其他模式
4.共同放射模式 5.刺激照射模式
6.二段接發模式 7.科
混模式 8.混
合模式
人數百分比(%)
前測 後測 延宕
圖4-4-1 實驗組視覺的心智模式分布圖
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
1.科學模式 2.科學有瑕疵模式
3.科瑕＋其他模式 4.共同放射模式
5.刺激照射模式 6.二段接發模式
7.科混模式 8.混合模式
人數百分比(%)
前測 後測 延宕
圖4-4-2 控制組視覺的心智模式分布圖
3. 視覺心智模式的演變途徑：
(1) 實驗組在前測、後測與延宕測驗的模式固定未改變的模式有科 學、二段式接收發射與混合模式，控制組在前測、後測與延宕 測驗的模式固定未改變的模式為科學模式。實驗組與控制組的 的主要演變途徑皆為科學科學科學，由於學生差異性太大 以及樣本數少，因此演變途徑結果非常多樣化，故不顯示5％以 下的演變途徑，詳細情形見表4-4-3。在視覺產生的心智模式演 變中，發現兩組學生皆容易從共同放射與二段接收發射模式轉 向科學模式，也容易從科學模式迴歸成這兩種模式，因此教師 若能在教學中強調這兩種模式與科學模式的差異性，相信必能 減少學生另有概念的產生，也能促使學生的心智模式愈來愈接 近科學的心智模式。
表4-4-3 視覺的心智模式演變途徑 視覺
部分
實驗組 前測後測延宕
控制組 前測後測延宕
主要 演變 途徑
科學科學科學(18.9％) 共同放射科學科學(5.4％) 二段接發科學科學(5.4％) 科混科學共同放射(5.4％)
科學科學科學(13.5％) 科學科學二段接發(5.4％)
科瑕科學科學(8.1％) 共同放射科學科學(5.4％) 二段接發科學科學(5.4％) 二段接發科學二段接發(8.1％)
科混科學科學(5.4％) 未改變
模式
科學(18.9％) 二段式接收發射(2.7％)
混合(2.7％)
科學(13.5％) 主要演變途徑在5％以下的變動不顯示
(2) 將實驗組與控制組學生在教學前後的心智模式演變結果整理如 下圖4-4-3、4-4-4，從兩組前後測的表現，發現在學習過程中，
藉由豐富化及概念修正，學生的心智模式會從Vosniadou(1994) 提出的初始模式，慢慢趨向科學模式。
圖4-4-3 實驗組學生視覺心智模式的前測後測演變途徑 (前測/後測/延宕學生的百分比)
圖4-4-4 控制組學生視覺心智模式的前測後測演變途徑 (前測/後測/延宕學生的百分比)
二、 「光的本質」部分
1. 光的本質心智模式的類型：
學生在光的本質部分，依照學生對光是什麼以及影子是怎麼樣 形成的兩大概念去分類，將心智模式類型分為七大類型：科學模式、
科學有瑕疵模式、科學＋其他模式、光觸發模式、光彎曲模式、狀 態模式、混合模式，依照學生所使用的解釋原因來做分類，詳細類 型特徵見表4-4-4。
表4-4-4 學生對於光的本質心智模式類型與類型特徵 心智模式
類型 類型特徵
特徵圖示
(S：光源、O：物體、實線代表 光的前進)
1.科學 模式
光從光源發出後會持續直線前 進，遇到物體無法透過去產生反 射，所以在物體背後會形成影子 2.科學有
瑕疵模式 ( 簡 稱 科 瑕模式)
光從光源發出後會持續直線前 進，遇到物體後會停止不動，所 以在物體背後會形成影子
3.科學＋
其他模式
光從光源發出後會持續直線前 進，但對於影子的形成解釋原因 錯誤
(1)影子是光觸發物體產生的 (2)影子是暗光繞過物體產生的 (3)影子是光被物體折射產生的 4.光觸發
模式
光從光源發出後遇到物體，會使 物體直接或反面發射影子到屏 幕(由物體產生影子)
5.光彎曲 模式
光從光源發出後遇到物體會繞 過去(並無光線直線前進的概 念)，因此光的路徑是可彎曲 的，而沒被擋住的暗光繞過物體 到屏幕會形成影子
6.狀態 模式
光是一種狀態，不會移動，充斥 在亮的地方，物體與生具有影 子，沒光與影子的連結
7.混合 模式
無一致的解釋
※主要的混合模式為對光的本 質不一致，但對影子的形成同時 具有光彎曲與光觸發模式
註：科學＋其他在前、後、延宕測驗的總比例：包括科學＋影子本性論6.1％、
科學＋影子由光觸發4.1％、科學＋影子由暗光形成5.4％、科學＋影子是光被物 體折射6.8％，且在前、後測變動不大，因此將全部歸為一類為科學＋其他類
2. 光的本質心智模式的分布：
將實驗組與控制組學生在前測、後測與延宕測驗，各種光的本 質模式的人數分布，以百分比呈現，結果見表4-4-5與圖4-4-5、
4-4-6。
表4-4-5 實驗組與控制組的光的本質心智模式分布百分比(％) 實驗組(人數百分比％) 控制組(人數百分比％) 心智模式類型
前測 後測 延宕 前測 後測 延宕
1.科學模式 10.8 27.0 24.3 18.9 32.4 18.9
2.科學有瑕疵模式 32.4 35.1 40.5 27.0 37.8 32.4
3.科學＋其他模式 21.6 24.3 13.5 27.0 8.1 21.6
4.光觸發模式 13.5 5.4 5.4 10.8 8.1 18.9
5.光彎曲模式 0.0 2.7 8.1 5.4 2.7 0.0
6.狀態模式 10.8 5.4 5.4 5.4 10.8 2.7
7.混合模式 10.8 0.0 2.7 5.4 0.0 0.0
主要
模式 科瑕科瑕科學 科瑕科瑕科瑕 科學＋其他科瑕科瑕 (1) 實驗組在前測、後測與延宕測驗人數分布最多的模式分別為
科瑕模式科瑕模式科瑕模式(32.4％35.1％40.5
％)；控制組在前測、後測與延宕測驗人數分布最多的模式分 別為科瑕模式與科學＋其他模式科瑕模式科瑕模式 (27.0％37.8％32.4％)。
(2) 由前測的結果發現學生對光的先備知識，實驗組分布以科瑕 模式(32.4％)為主要類型，依序為科學＋其他模式(21.6
％)、光觸發模式(13.5％)；控制組分布以科瑕模式(27.0％) 與科學＋其他模式(27.0％)為主要類型，依序為科學模式 (18.9％)與光觸發模式(10.8％)。表示學生對於光的本質，
在教學前對於光已有許多接近科學的認知。
(3) 實驗組經由教學後，心智模式的分布有了變化，混合模式 (10.8％0％)、光觸發模式(13.5％5.4％)與狀態模式 (10.8％5.4％)都有減少的情形，而科學模式(10.8％
27.0％)則大幅增加。
(4) 控制組經由教學後，心智模式的分布亦有改變，科學＋其他
(5) 在教學後，實驗組(35.1％)與控制組(37.8％)的分布都以科 瑕模式為主要類型，而持有科學＋其他模式的比例分別為 24.3％與8.1％，表示學生在教學後有一半的學生雖然了解光 從光源發出後會持續直線前進，但卻不清楚光遇到物體後的
(5) 在教學後，實驗組(35.1％)與控制組(37.8％)的分布都以科 瑕模式為主要類型，而持有科學＋其他模式的比例分別為 24.3％與8.1％，表示學生在教學後有一半的學生雖然了解光 從光源發出後會持續直線前進，但卻不清楚光遇到物體後的