學生解釋類型之分析

此節將依五個 POE 實驗的順序分析理工與非理工背景學生的解釋類型。大學生的 解釋類型分類先參考 Dagher 和 Cossman（1992）研究結果所提出的十種解釋類型：類 比的、擬人化的、功能的、溯源的、機械的、形上學的、實用的、理性的、套套邏輯（循 環論證）的與目的論；接著，將無法歸於 Dagher 和 Cossman（1992）研究的解釋類型 者，再從晤談結果歸納出之四種解釋類型：科學型、似科學型、生活經驗型、直覺型；

最後，將無法歸於上述類型者歸為「其他」此解釋類型。

壹、POE 實驗一解釋類型之分析

一、理工背景學生於 POE 實驗一解釋類型之分析

依據表 4-3-1，與參照晤談資料，歸納出理工背景學生於 POE 實驗一的解釋類型，

如表 4-4-1：

表 4-4-1 理工背景學生於 POE 實驗一解釋類型分類結果表

解釋類型 科學型 直覺型 擬人化的 其他

學生代號 S003、S006、S008 S011、S102、S105 S106、S107、S108

S005、S007 S009、S012 S101、S104

S010 S001、S002 S103、S004 人次（%） 9（45%） 6（30%） 1（5%） 4（20%）

由表 4-4-1 可以看出，理工背景學生於 POE 實驗一出現的解釋類型，有科學型、直 覺型、擬人化的、其他等四種類型，分析如下：

（一）科學型：學生的解釋符合科學家與教師所公認的的想法，運用恰當的科學概 念，提出與情境相符之合理解釋者屬之。在本研究的結果中，共有 9 人歸於 此類型，其中有 5 位學生能以「大氣壓力大於水壓」來進行解釋，不僅考慮 水壓的大小，而且提及大氣壓力等於是 76 公分水銀柱高，可換算成

1033.6 cm2

gw ，意思就是杯子中的水高於 1033.6 公分，水才會流出來；亦提及 塑膠片需完全與杯緣完全密合，才能避免空氣的進入。這些學生能以正確的 科學概念進行解釋，並考慮實驗情境中的影響因素，使得解釋完整，符合科 學家的想法。此外，S011 與 S108 以「大氣壓力支撐塑膠片」來解釋，S003 與 S102 以「水的重量沒有比大氣壓力大，大氣壓力擠壓在塑膠片上」來解釋，

解釋符合科學家的想法。例如：

S008：大氣壓力比裡面的水的重量還要大，力量還要大。…（略）水超 過我忘記那個數據了，是76公分的水銀柱高，76乘於13.6。

（二）直覺型（intuitive）：國外 Touger et al.（1995）以 45 位大學生為對象所得的 研究結果類型之「直覺的」解釋類型，此解釋類型中，學生極少使用正式物 理語言。本研究發現理工背景學生出現「極少使用正式物理語言」進行解釋 的類似情形。如果解釋是未經思考、以直觀的角度來解釋，例如：提出「所 有的作用力相等、維持在平衡狀態時，水不會流下來；未維持在平衡狀態，

水會流下來」，將歸類於「直覺型」。在本研究的結果中，理工背景學生有 6 人歸於此類型，如「水太重，就吸不到」（S009）、「水沒有那麼多，就沒有 那麼重，水就不會流下來；水很多，就比較重，就會流出來」（S104），是 以直觀的角度來解釋；「空氣壓力剛好等於水的重量，兩個力相等，就平衡，

兩個力平衡，水就不會流下來」（S007）、「這時候呈現平衡狀態，只要不去 擾亂的話，塑膠片就不會掉下來」（S012），是認為維持在平衡狀態時，水 就不會流下來。

S007：空氣壓力會把塑膠片跟水的壓力剛好會平衡，所以不會因為重力 掉下來。空氣壓力剛好會等於水的重量，兩個力相等，就平衡，

兩個力平衡。

（三）擬人化的（anthropomorphic）：一個現象藉由將人類的特質歸因於非人類的 作用者上稱之。本研究將含有情緒的語詞，如喜歡、討厭，人為意識的語詞，

如想要，與有目的行動（行為）的語詞，如抵抗、對抗等來解釋自然現象，

歸於擬人化的解釋。理工背景學生 S010 於 POE 實驗一出現了「水分子之間 會有吸引力，會想要一直聚在一起」的解釋，水分子有類似人類的思考能力：

意圖聚集在一起。

S010：水分子之間會有吸引力，會想要一直聚在一起，表面張力很強，

就會吸住這個塑膠片。

（四）其他：歸納學生的解釋類型後，如果學生的解釋理由無法歸於上述的幾種解 釋類型時，當學生提及「大氣壓力」、「表面張力」等科學術語，對整個情境 未進一步說明清楚，或解釋不恰當與不完整者，歸於此類型。在 POE 實驗 一的結果中，將理工背景學生 S103、S001、S002、S004 歸於此類型。因為 他們提及「表面張力的作用」，在此情境中以「表面張力」的因素進行解釋 是不恰當的。

S103：水應該有表面張力，然後把它吸住，所以就不會掉下來，大氣壓 力也是往上。

二、非理工背景學生於 POE 實驗一解釋類型之分析

依據表 4-3-3，與參照晤談資料，歸納出非理工背景學生於 POE 實驗一的解釋類型，

如表 4-4-2：

表 4-4-2 非理工背景學生於 POE 實驗一解釋類型分類結果表 解釋類型 科學型 生活經驗型 直覺型 擬人化的 其他 學生代號 N005

N104

N006、N012 N102、N105

N003 N001、N009 N013、N103

N002、N004、N007 N008、N010、N011 N014、N015、N101 人次（%） 2（10%） 4（20%） 1（5%） 4（20%） 9（45%）

由表 4-4-2 可以看出，非理工背景學生於 POE 實驗一出現的解釋類型，有科學型、

生活經驗型、直覺型、擬人化的、其他等五種類型，分析如下：

（一）科學型：在 POE 實驗一的結果中，將非理工背景學生 2 人歸於此類型。其 中， N005 能以「大氣壓力大於水壓」來進行解釋，亦提及外面的空氣會壓 住塑膠片和水；N104 則認為「水壓向下，大氣壓力往上支撐塑膠片」，提及 恰當的科學術語，解釋與情境相符，對大氣壓力與水壓如何作用，有進一步

的說明，此 2 人簡短的解釋符合科學家的想法。例如：

N005：因為裡面沒有空氣了，所以外面的空氣會壓住塑膠片和水；大氣 壓力比水壓大，所以水就不會流出來。

（二）生活經驗型：在晤談過程中，學生以日常生活的實例來說明科學現象，無法 解釋此科學術語的意義者屬之。在 POE 實驗一的研究結果中，將非理工背 景學生 4 人歸於此類型。N102 以洗澡拿杯子玩水的經驗來說明「水吸住塑 膠片」的情形；N006 以塑膠吸盤製品的作用現象來解釋「水吸住塑膠片」

的情形；N012 以旅遊去泰國搭乘香蕉船或水上摩托車看到的情形與感受來 說明水有表面張力並吸住塑膠片，可感覺到海水的阻力與衝擊力，認為這就 是水不會流下來的原因。再進一步向 N105 提問：水為什麼會吸住塑膠片？

N105 以「杯子已滿水的狀態，可以繼續倒水，達到一定範圍後，水才會流 下來」來說明，舉出了有關「表面張力」的實例。例如：

N102：外面會有空氣，往上推擠的力量吧！我也不太懂原理，以前洗澡 的時候會玩，把杯子放到水裡面，杯子拉起來的時候，就發現水 會跟著被拉到水面上。

（三）直覺型：在本研究的結果中，將非理工背景學生 N003 歸於此類型。N003 認為「大氣壓力跟裡面水柱的壓力，剛好調和，因此水不會流下來」，此看 法以「平衡」的觀點來進行解釋。

N003：大氣壓力跟裡面水柱的壓力，應該剛好吧…調和，照理來講不會 直接掉下來。

（四）擬人化的：在本研究的結果中，非理工背景學生有 4 人歸於此類型。非理工

背景學生於 POE 實驗一出現了「大氣壓力向上，地心引力往下，互相抵抗」

（N001）、「大氣壓力可以承受住水的重量」（N103）、「水的張力緊緊抓著塑 膠片」（N009）、「水一直想要出去，外面的空氣也想要進去，兩個人沒有辦 法打開」（N013）等擬人化的解釋。例如：

N013：水一直想要出去吧，因為外面的空氣也想要進去，這兩個人就沒 有辦法打開了。

（五）其他：在 POE 實驗一的結果中，將非理工背景學生 9 人歸於此類型。

這些學生有的雖提及「大氣壓力」的因素，但無法進一步說明清楚；有 的認為「水或空氣會吸住塑膠片」，解釋不恰當，也無法進一步說明清 楚。

N010：那個大氣壓力作用在這邊，那水就一直被往上推，所以它不會掉 下來。

貳、POE 實驗二解釋類型之分析

一、理工背景學生於 POE 實驗二解釋類型之分析

依據表 4-3-5，與參照晤談資料，歸納出理工背景學生於 POE 實驗二的解釋類型，

如表 4-4-3：

表 4-4-3 理工背景學生於 POE 實驗二解釋類型分類結果表 解釋類型 科學型 直覺型 擬人化的 其他 學生代號 S008、S012

S102、S104

S001 S005

S006、S010 S105、S106

S002、S003、S004、S007 S009、S011、S101、S103 S107、S108

人次（%） 4（20%） 2（10%） 4（20%） 10（50%）

由表 4-4-3 可以看出，理工背景學生於 POE 實驗二出現的解釋類型，有科學型、直 覺型、擬人化的、其他等四種類型，分析如下：

（一）科學型：在 POE 實驗二的研究結果中，有 4 人能以「大氣壓力」、「表面張 力」的因素提出與科學家想法相符的解釋，故將此 4 人歸於此類型。他們認 為「表面張力形成薄膜，大氣壓力支撐住，使水不流下來」，在此情境水在 紗網上形成表面張力，可避免空氣進入，似塑膠片的作用，同時，大氣壓力 能夠支撐水的重量，此 4 人的解釋與情境相符且完整、合理。

S104：表面張力成形一個膜，大氣壓力再把它撐著，所以水就不會流出 來。

（二）直覺型：在 POE 實驗二的研究結果中，理工背景學生如以「平衡」的觀點 來進行解釋，或將相關的作用力以直觀方式，如「等於」、「相等」來進行解 釋者屬之。研究結果顯示出有 2 人歸於此類型，S005 認為「裡面水壓跟外 面的大氣壓是平衡的」，S001 則認為「表面積因為被方格切開，壓力會分 散比較平均，比較平衡，可以把水擋住」。此 2 人認為整個情境維持在平衡 狀態時，水就不會流下來。

S005：裡面水壓跟外面的大氣壓還是一樣，是平衡吧。這邊的水壓〈指 著紗網〉跟剛塑膠片的情形很相似，兩個是一樣的，所以水就不 會流出來。

（三）擬人化的：在 POE 實驗二的研究結果中，將 4 人歸於此類型。理工背景學 生於 POE 實驗二出現了「表面張力抵消水的重量」（S006）、「表面張力隔絕 了空氣和水，使空氣進不去」（S105）、「水的表面張力在紗網的小格子裡可 以內聚在一起」（S010）、「水好像還蠻團結，會凝聚在一起」（S106）等擬人

化的解釋。這些敘述顯示出，理工背景學生以有目的的意圖，如「團結，凝 聚在一起」、「內聚在一起」，或具有目的行為的語詞，如「隔絕空氣和水」、

「抵消」來解釋自然現象。例如：

S106：水好像還蠻團結，它會凝聚在一起，可以分散壓力。

S106：水好像還蠻團結，它會凝聚在一起，可以分散壓力。