本節根據各實驗學習單的分類規準，分析學生在每個實驗的預測、
解釋活動的作答內容。
一、 實驗 1-2 概念改變歷程
本實驗依據 POE 教學策略，分為預測、觀察、解釋三個活動，實驗 內容是以雷射光平行射入三種不同的透鏡（雙凹、平凸、雙凸、平凸透 鏡），觀察雷射光通過時的偏折情形。
（一）實驗 1-2 預測活動
＜預測活動＞
＊ 請你預測當雷射光分別通過下面四種透鏡時的路徑，勾選出你的答案後，請在「理由」
欄中寫下你選這個答案的理由。
透 鏡
a b c d
□a1 □b1 □c1 □d1
□a2 □b2 □c2 □d2
請 在 四 個 選 項 中 勾 選 出
□a3 □b3 □c3 □d3
□a4 □b4 □c4 □d4 答
案
□ 其它 □ 其它 □ 其它 □ 其它
理 由
圖 4-7 實驗 1-2 學習單（預測活動）
圖 4-7 為預測活動學習單，學生在預測活動必須勾選出答案，並寫出 支持的理由。將學生在預測活動作答內容分為七種類型，其分佈情形如 表 4-17：
表 4-17 學生在實驗 1-2 預測活動作答類型的分佈情形
類型 N（％）
正確類型（一）
正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光 性質。
5（14.7）
正確類型（二）
以判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、
聚光性質。
3（8.8）
8（23.5）
表 4-17 學生在實驗 1-2 預測活動作答類型的分佈情形（續上頁）
類型 N（％）
錯誤類型（一）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，
但卻對應錯誤。
5（14.7）
錯誤類型（二）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚 光性質對應正確，但在平凸透鏡的外觀及 散光、聚光性質對應錯誤。
11（32.4）
錯誤類型（三）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚 光性質對應正確，但在平凸透鏡提到有一 邊是平的，所以雷射光會直線射出。
5（14.7）
錯誤類型（四）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，
卻對應錯誤且有些部分以「反射」來解釋 原因。
4（11.8）
未提供解釋
只寫出觀察的現象，未進一步解釋原因。 0（0）
其它 1（2.9）
26（76.5）
如表 4-17 所示，在預測活動時，正確類型的學生佔 23.5％（正確類 型一與正確類型二之和），他們能正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光 性質或是判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、聚光性質。以 S03 為例
（正確類型一），如下頁圖 4-8：
透 鏡
a b c d
理 由
因為它中間比較 細，所以光會散 開。
因為他中間比較寬 像 一樣，所以 光會聚集。
因為中間比較寬，
所以光會聚集。
因為中間比較寬，
所以光會聚集。
圖 4-8 S03 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S03 在實驗 1-2 學習單的預測活動中，四個答案均勾選正確且在四個 理由欄中能正確根據透鏡外觀來判斷散光、聚光性質。
另外，在迷思概念部分高達 76.5％的學生有迷思概念（錯誤類型一、
二、三、四、五及其它之和），此與黃文吟（1999）研究相似，多數學生 在解釋有關透鏡折射等相關問題時，頗感困難。Anderson 與 Karrquist
（1983）的研究也發現學生對折射問題的解釋，常不能確定光進行的方 向，也就是當光由一介質通過另一介質時，不知其偏向何方。在錯誤類 型中，有 14.7％的學生為錯誤類型（一）；32.4％的學生為錯誤類型（二）； 14.7％的學生為錯誤類型（三）；11.8％的學生為錯誤類型（四）。
錯誤類型（一）的學生，以 S11 回答為例（圖 4-9）：
透 鏡
a b c d
理 由
因為鏡面向內，所 以光線會集中。
因為鏡面一凹一 凸，凸的在前面所以 會散開。
因為兩面都是凸 的，所以光線會散 開。
因為鏡面一凹一 凸，凹的在前面所 以會集中。
圖 4-9 S11 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S11 運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，但判斷的依據有別於科 學概念，由自身發展出一套準則因而無法將透鏡對應到正確的性質。
錯誤類型（二）與錯誤類型（三）的學生為正確概念與錯誤概念並 存，他們大都能在雙凹（圖 a）、雙凸（圖 c）透鏡理由說明中包含透鏡 外觀的描述並正確對應到散光、聚光性質，而在平凸透鏡（圖 b、圖 d）
的理由說明中包含透鏡外觀的描述卻錯誤對應散光、聚光性質。錯誤類 型（二）的學生以 S16 為例（圖 4-10）：
透 鏡
a b c d
理 由
因為上下兩邊較 凸，中間較凹，所 以會散光。
因為光由較平的面 出來，所以會散光。
因為上下兩邊較 尖，中間較寬，所 以會聚光。
因為光由較圓面 出，所以聚光。
圖 4-10 S16 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S16 對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光性質對應正確，但不 了解平凸透鏡的聚光性質。
錯誤類型（三）與錯誤類型（二）不同的是錯誤類型（三）的學生 在平凸透鏡（圖 b、圖 d）受到實驗 1-1 雷射光平行通過長方形稜鏡的影 響，認為透鏡只要有一邊是平的，光就會平行通過，以 S04 回答為例（圖 4-11）：
透 鏡
a b c d
理 由
由實驗 1-1 得知中 間內凹光線會擴 散。
由四方鏡實驗看出 光會平行通過平面 物體。
由實驗 1-1 得知中 間形狀凸出光線會 會聚。
由四方鏡實驗看 出光會平行通過 平面物體。
圖 4-11 S04 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S04 應用實驗 1-1 所觀察到的現象來回答，在圖 a、圖 c 均能勾選正 確答案並說明正確，而在圖 b、圖 d 卻誤用實驗 1-1 雷射光平行通過長方 形稜鏡的觀察來說明。
從錯誤類型（二）與錯誤類型（三）學生的回答可以發現到大部分 學生能在圖 a、圖 c 以透鏡特徵中間厚旁邊薄、中間薄旁邊厚來解釋聚光、
散光，但在圖 b、圖 d 卻很少用此概念來回答，造成此結果的原因可能是 圖 a、圖 c 是學生較為常見的雙凹、雙凸透鏡，而圖 b、圖 d 的平凸透鏡 則較為少見，加上學生未經實際實驗，因此就算實驗 1-2 的概念在國中課 本內容已有提及，但學生仍不易理解。
錯誤類型（四）的學生具有兩種以上的錯誤概念，以 S06 為例（圖 4-12）：
透 鏡
a b c d
理 由
中間較瘦，光往內 折射。
中間較高，光往外折 射。
圖形對稱，光會直 線前進。
中間比外面高，光 會反射。
圖 4-12 S06 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S06 在理由中部分包含透鏡外觀的描述卻錯誤對應散光、聚光性質，
以及部分用反射來回答此種折射問題，此跟 Anderson 與 Karrquist（1983）
的研究發現類似，不論學生是否學習過光學，均難以區分光的反射與折 射，常會以反射解釋光的折射現象。
（二）實驗 1-2 解釋活動
在預測活動完成後即進行觀察活動，觀察後有些學生會發現其預測 與觀察所看到的結果不符合，這其中可能就會產生認知衝突，學生需在 解釋活動寫下調適的過程。將學生在解釋活動作答內容分為七種類型，
其分佈情形如表 4-18：
表 4-18 學生在實驗 1-2 解釋活動作答類型的分佈情形
類型 N（％）
正確類型（一）
正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質。 17（50.0）
正確類型（二）
以判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、聚 光性質。
6（17.6）
23（67.6）
錯誤類型（一）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，但 卻對應錯誤。
0（0）
錯誤類型（二）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光 性質對應正確，但在平凸透鏡的外觀及散 光、聚光性質對應錯誤。
0（0）
11（32.4）
表 4-18 學生在實驗 1-2 解釋活動作答類型的分佈情形（續上頁）
類型 N（％）
錯誤類型（三）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光 性質對應正確，但在平凸透鏡提到有一邊是 平的，所以雷射光會直線射出。
0（0）
錯誤類型（四）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，卻 對應錯誤且有些部分以「反射」來解釋原因。
0（0）
未提供解釋
只寫出觀察到的現象，未進一步解釋原因。 11（32.4）
其它 0（0）
如表 4-18 所示，經過觀察後，在解釋活動為正確類型（正確類型一 與正確類型二之和）的學生有 67.6％。值得注意的是在迷思概念部分，
經過觀察後有 32.4％的學生為未提供解釋，他們無法完整解釋自己的想 法，以 S10 回答為例（表 4-19）：
表 4-19 S10 實驗 1-2 學習單（解釋活動）
學習單題目 學生作答內容
解 釋 活 動
你發現實驗結果與你所預測的 結果是否符合？你認為符合或 不符合的理由是什麼？請寫在 下面。
不符合。沒想到不論是左邊凸還是 右邊凸，左邊平還是右邊平，發射 出去都會聚焦。
S10 認為觀察結果與自己的預測不符合，但又無法解釋觀念為何，僅 能寫出觀察到的現象。此類型的學生雖在預測與觀察活動間產生認知衝 突，但在短時間內仍無法適當的調適，此與林嘉琦（2005）、邱彥文（2001）
研究結果類似，有些學生經過觀察後，若觀察結果與預測不符合時，往
往僅以觀察到的現象來解釋，無法作較為深入的說明。
（三）小結
學生在實驗 1-2 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形如圖 4-13，卡方考驗結果如表 4-20：
圖 4-13 學生在實驗 1-2 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形 23.5
0 0
8 23.5 1-2 41.2
12 35.3
26 76.5 總和 N
％
22 64.7
12 35.3
34 100
＊
100%
預測 解釋
人數百分比
正確 錯誤
如圖 4-13 所示，經過觀察後，在解釋活動作答正確（正確類型一與 正確類型二之和）的學生明顯增加，從 23.5％（預測活動）變成 67.6％
（解釋活動），達到顯著改變（P＜.05），有迷思概念的學生從 76.5％（預 測活動）減為 32.4％（解釋活動），其中需要注意的是未提供解釋的學生 明顯增加（下圖 4-14），從 0％（預測活動）變為 32.4％（解釋活動），很 多在預測活動為錯誤類型（錯誤類型一、二、三、四）的學生，在觀察 活動發現實驗結果與自己的預測不符合，但又無法解釋觀念為何，僅能 寫出觀察到的現象（錯誤類型五），這種情形在預測活動為錯誤類型（二）
的學生最為明顯，從下頁表 4-21 可發現在預測活動為錯誤類型（二）的 學生有 11 位，觀察後有 3 位變為正確類型，其餘的皆變為未提供解釋。
圖 4-14 學生在實驗 1-2 預測與解釋活動中各類型分佈的變化情形
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
預測 解釋
人數百分比
正確類型一 正確類型二 錯誤類型一 錯誤類型二 錯誤類型三 錯誤類型四 未提供解釋 其他
表 4-21 學生在 1-2 預測活動各作答類型到解釋活動的變化情形 14.7
0 14.7 正確 11.8
1 14.7 錯誤 23.5
0 0
11 32.4 錯誤 11.8
0 14.7 錯誤 11.8 1-2 50.0
6 17.6
0 32.4
0 0
34 100 註：各概念類型說明如下：
1.正確類型（一）：正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質。
2.正確類型（二）：以判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、聚光性質。
3.錯誤類型（一）：運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，但卻對應錯誤。
5.錯誤類型（三）：對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光性質對應正確，但在平凸透鏡
5.錯誤類型（三）：對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光性質對應正確，但在平凸透鏡