第四章 研究結果與討論
第一節 學生預測實驗結果與科學解釋能力之分析
本節分為兩部分，第一部分是預測結果討論；第二部分是科學解釋能力的 分析：包括整體表現、不同得分解釋能力的特徵、科學解釋能力從 P 到 E 階段 的改變情形以及不同性別間科學解釋能力是否有所差異。
一、S-POE 實驗活動之預測結果分析
本研究之研究對象為二十位國中生，研究者以個別晤談的方式進行五個 POE 的實驗活動，以下將學生針對實驗活動「P」階段的結果整理如表 4-1-1。
由表 4-1-1 可以看出，二十位學生於五個 POE 實驗 P 階段的表現，以 POE1 預測正確率最高，二十位學生的預測皆是正確的；而 POE3 預測正確率最低，
只有四位學生預測正確。以單一的研究對象來看，五個實驗皆預測正確只有一 人，對象代號為 G01；預測正確題數最少的是 G12，只有一題預測正確。除了 POE3 正確率為 20%之外，POE1、POE2、POE4、POE5，皆有五成以上的學 生能正確預測實驗結果。
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POE1「預測正確率」100%，是五個 POE 中最高的，其「解釋能力得分」
1.38，高於全體平均的 1.29；而 POE3 的「預測正確率」最低（20%），其「解 釋能力得分」1.13，低於全體平均的 1.29，亦是所有實驗當中表現最低的。
2.預測正確率高低和解釋能力高低不同
POE5 的預測正確率雖然超過五成（60%），但其解釋能力分數為 1.23，
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低於全體平均 1.29。在所有學生當中，五題皆預測正確的學生（G01），其解 釋能力得分為 1.1，低於全體平均；預測正確題數最少的學生（G12），其解 釋能力得分為 1.5，高於全體平均。
3.有相同預測正確率，但解釋能力不同
POE2 和 POE4 的「預測正確率」皆為 50%，在解釋能力分數表現，POE2 得分為 1.28，低於全體平均；而 POE4 的解釋能力分數 1.45，高於全體平均，
亦是全部實驗中得分最高的。
表 4-1-3 五個 POE 實驗之「解釋能力」得分和預測正確率
POE1 POE2 POE3 POE4 POE5 平均 P 階段 1.35 1.10 1.10 1.35 1.05 1.19 E 階段 1.40 1.45 1.15 1.55 1.40 1.39 平均 1.38 1.28 1.13 1.45 1.23 1.29 預測正確率 100% 50% 20% 50% 60%
（三）不同得分解釋能力的表現情形
將學生在五個 POE 實驗的 P 階段及 E 階段之科學解釋能力不同得分的人 次以表 4-1-4 呈現，可發現：在五個實驗當中，以 POE4 的表現最佳，P 和 E 階段的平均為 1.45，POE3 表現最差，P 和 E 階段的得分平均為 1.13。POE1 到 POE5，科學解釋能力表現以得 1 分的人次最多，達八十二人次，但從 P 到 E 階段，得 1 分的人次，從八十二人次下降到五十人次，而得 2 分的人次，從 十七人次上升到四十三人次，亦有六人次看到實驗結果之後，反而不知道如何 解釋；此外，只有 POE1 出現一次學生的解釋能力分數達到 3 分。
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表 4-1-4 科學解釋能力不同得分之人次統計 階段 得分
分
POE1 POE2 POE3 POE4 POE5 人次總計
P 階段
0 0 0 0 0 0 0
1 14 18 18 13 19 82 2 5 2 2 7 1 17
3 1 0 0 0 0 1
平均得分 1.35 1.10 1.10 1.35 1.05 1.19
E 階段
0 0 0 4 1 1 6
1 13 11 9 7 10 50 2 6 9 7 12 9 43
3 1 0 0 0 0 1
平均得分 1.4 1.45 1.15 1.55 1.4 1.39 P+E 階段總平均 1.38 1.28 1.13 1.45 1.23 1.29
（四）不同得分的科學解釋能力分析 1.解釋能力分數為 1 分的特徵
由表 4-1-4 可以看出，在 P 階段並無學生的回答得零分，顯示二十位學生，
都能根據問題，提出自己的理由，已具有表達想法的能力。不過在 P 階段中，
有八十二人次學生在解釋能力分數上只得 1 分，由此可知大多數學生對所呈現 的「重心、平衡」實驗無法提出符合現象的正確解釋理由，而從學生的訪談內 容可知，解釋能力分數為 1 分的具有以下幾點特徵，並摘錄學生的訪談資料為 例：
（1）理由錯誤：學生已經可以提出理由，但理由不是造成現象的原因；甚至 預測所提出的想法和會發生的現象不同。
B021P:因為接觸面不太平有點凹凸，所以我覺得它可能會掉。
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B045P:因為右邊的重量（綁鐵槌的木塊）比較重，所以它會往右
邊傾斜。
（2）以前經驗或直覺：學生的理由是經由以前的經驗所得，但此經驗卻是模 糊或無法詳細說明現象和經驗之間的關聯性，或是直接 根據直覺提出想法，但並未說明為什麼。
B082P:以前看過類似的東西，好像就是不會掉，可是忘記是什
麼，也不知道為什麼它不會掉。
G012P:根據直覺它彎下來好像很容易就可以平衡。
（3）只提名詞：學生的理由當中，只提科學語詞，但並未再進一步說明現象 發生的機制。
B051P：是重心的問題，但說不出來為什麼。
G041P：因為通常物體沒有支撐力，就會掉下來。
（4）單純預測會發生的現象，但未說明發生的原因為何。
G075P:因為它如果往下掉的話，這個重物的這個頭就會碰到另外
一塊，就像架了一個架子在上面，把它支撐住。
B085P:鐵鎚會把它往下拉，掉下去的時候，會把它往下拉，然後
木頭也會跟著下來。
2. 解釋能力分數為 2 分的特徵
解釋能力分數得 2 分的以 POE4 出現最多次，此實驗亦是整體解釋能力平 均得分最高的一個實驗；而進入到 POE5 的 P 階段，只有一位學生達到 2 分的 解釋能力，此實驗雖是和「重心、平衡」相關，但卻和前面四個道具長相不太 相同，全部受訪者皆未從「重心」的角度去解釋。
以下摘錄幾例解釋能力分數為 2 分的學生訪談，我們可以看出:這些學生 對現象發生提出的理由是正確的，但卻說明的不完整或模糊具有下面幾點特 徵：
（1）已具有物體是否能平衡立在手上不掉下來，受重量分佈位置影響的想法，
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但卻未進一步解釋作用機制。
B041P:因為已經沒有其他支撐力支撐它，然後上面重的地方就會
往下傾。
B022P:因為它鐵絲的重量比較集中偏向中間，所以我覺得它不會
掉下來。
（2）POE4 出現三位學生（B03、B05、G07）延續 POE3 的發現：重物的位置 若落在支撐點下方，物體就不會倒，但卻未再進一步說明為何何會影響。茲 摘錄其中兩名學生的訪談：
B034P:綁下面的螺帽剛好會彎到這一枝筆的下方，然後就會造成
它一個往下，可以支撐這一支筆，讓它左右不會掉下去；
綁上面的，它的螺帽已經在外面了，會造成它重量直接往 外面哪裡下去，所以那枝筆就會掉下去。
G074P:綁比較低的，它的重物和鉛筆支撐的點是相同位置，所以
應該可以撐住這個往外的力。
（3）POE5 有 9 名學生（B03、B05、B07、B08、G07、G09、G10、G11、G12）
從觀察到的現象利用力的作用去解釋木塊不會掉下來的原因，已具有靜力平 衡的觀念，但卻未進一步說明物體重心位置對平衡影響。
G075E:綁的這邊是一個支點，鐵鎚頭的地方，產生一個往下的重
力；另一端較短的地方，碰觸到木塊的這個地方，會產生 一個抗力，這個抗力就可以抵抗原木塊要向下的重力。
G095E：鐵鎚最底部頂著它，好像變成一個支點，鐵鎚的重力跟
老師手施的往上支撐力是一樣的，應該是某種槓桿吧，讓 它不會分離。它現在應該是靜力平衡，導致這邊不會彎曲。
3.解釋能力分數為 3 分的特徵
在所有學生中，解釋能力分數得到 3 分的，只有一次出現在 POE1 當中，
該名學生（G09）已經能從觀察實驗器材，提出符合現象發生原因的完整解釋。
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B01,B04, G02,B07,
G05 B01
提 升
1 分→2 分
B08,G07 B01,B04, B06,G02, G06,G09,
G12
B05,G01, G03,G05,
G09
B01,B06, G02,G04,
G12
B03,B05, B07,B08 G07,G09,
G10,G12 1.解釋能力下降情形：
從表 4-1-5 可看出，有七人次的學生在看過實驗操作之後，解釋能力是下 降的。其中代號 B03 的學生在 POE1 的解釋能力分數從 2 分下降到 1 分，該名
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學生在 P 階段時對物體發生的現象分別從支點的接觸面積、道具重量分佈及力 平衡三個角度去解釋，理由正確但不完整；到了 E 階段，卻認為物體會從手中 掉下去的原因是受研究者手轉動的影響，此非該現象發生的原因，因此解釋能 力從 2 分下降到 1 分。茲將該名學生於兩階段所提出的理由整理如下：
而 POE3、POE4、POE5 有六人次學生在 P 階段提出錯誤的理由，看完實 驗後因預測錯誤，在 E 階段反而不知道如何解釋看到的現象，因此解釋能力從 1 分下降到 0 分，其中以 POE3 人數最多。
代號 B01 在 POE3 及 POE5 兩個實驗在 E 階段都回答不知道，該名學生的 解釋能力整體平均為 1 分，低於全體學生平均 1.29 分，但他是唯一一位學生 在訪談結束後要求研究者是否能送他道具，亦在訪談同班同學（G06）得知，
學生 B01 訪談後在教室有操作道具的情形，茲摘錄 G06 的學生訪談如下：
R:為什麼你這個覺得它會立著？（POE3） G06:因為同學有講。
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R:同學有講，那個同學？
G06:有做測驗的。
R:做過測驗的 B01嗎？
G06:恩。
R:B01有跟你說過？
G06:他之前有拿回來給我們玩。
由此現象得知：雖然該名學生（B01）的解釋能力分數只得 1 分，且觀察 完實驗有兩次不知道如何回答，但經由 S-POE 活動的進行，是可以讓學生延 續科學研究的精神。
2.解釋能力上升情形：
從表 4-1-5 可看出：有二十七人次學生，解釋能力分數從 1 分上升到 2 分，
POE1 有兩位，POE2 有七位，POE3 有五位，POE4 有五位，POE5 有八位，
其中以 POE1 最少，POE5 最多。
在 POE1 當中，P 階段有十三位解釋能力分數為 1 分，他們解釋的特徵是 從道具外觀或是只提到科學名詞去解釋事件發生的原因，但到 E 階段，代號 B08 及 G07 的學生改從重心或力的作用去解釋，正確但不完整，因此提升至 2 分，茲將其中一位學生 B08 於兩階段所提出的理由整理如下：
而五個實驗之中最多人得分提升的 POE5，在 P 階段解釋能力分數只得 1 分的八位學生當中有五位學生（B05、B07、B08、G07、G12），只有預測可能 會發生的現象，但並未解釋現象發生的原因，兩位學生（B03、G09）用錯誤 的原因解釋，而一位（G10）只提到科學名詞；但到了 E 階段，此八位學生都
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能從力的作用去解釋，正確但不完整，因此提升至 2 分。以下摘錄其中一位學 生 G07 於兩階段的解釋理由：
（六）不同性別學生的科學解釋能力比較
不同性別學生 P 階段科學解釋能力分析結果如表 4-1-6，國中男生平均為 1.25 分，國中女生平均為 1.32 分，兩者相差 0.07 分，由獨立樣本 t 檢定的統 計結果發現：兩者的差異 t 值為 0.67，未達顯著差異（p>.05）。此結果亦可呼 應李哲迪（2009）的研究發現：整體的科學表現上，臺灣的男、女學生並無顯 著的差異。
表 4-1-6 不同性別學生之科學解釋能力 t 檢定 性別 人數 平均 標準差 t 值 P
男 8 1.25 .14
.67 .51 女 12 1.32 .26
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