第四章 結果與討論
第五節 實驗組在光學概念學習上的改變情形
為能探討嵌入數位遊戲於 5E 學習環教學法前、後，學生對光學概念學習上的改 變情形，研究者針對學生在教學單元開始和結束時所填寫的學習單內容進行分析，包 括單元前後呈現想法的圖形和兩次繪圖間修正的理由。以下分別就平面鏡成像、凹面 鏡成像、凸面鏡成像、凸透鏡成像、凹透鏡成像之學習單，探討學生於學習單所呈現 的概念改變情形。
一、平面鏡成像學習單
歸納「物在平面鏡中成像情形」的學習單，發現多數學生在一開始就提出物體與 成像之左右方向相反，可能是因為日常生活中平面鏡的應用較普遍。而物距與像距相 等之關係，則較少學生注意。至於物體大小與成像大小的相等關係，僅 1 人提出此概 念，與學生晤談發現，學生認為物體距離鏡子愈遠，鏡中的成像會愈小，見表 4-5-1。
表 4-5-1 學生說明物在平面鏡中成像情形之探討
概念 學生 提出時間
物與像左右相反 S02、S06、S12、S14、S18、S19、
S21、S22、S23、S24
第一次挑戰
S27 第二次完成
物距=像距 S02、S14、S28 第二次完成
物長=像長 S28 第二次完成
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
表 4-5-2 顯示一位個案學生在平面鏡學習單中的繪圖如何由錯誤概念修正至正確 概念及其修正的理由。學生一開始只說明平面鏡成像時，物體與像之方向相反，並未
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注意到物體與鏡子之距離和成像位置與鏡子之距離的關係。經過教學後，學生再改繪 製成像情形，就可注意到物體與鏡子的距離=成像與鏡子的距離。
表 4-5-2 學生修正平面鏡學習單至正確概念之概念改變探討
學生 學習單
S02
二、凹面鏡成像學習單
歸納「物在凹面鏡中不同位置成像情形」的學習單，發現學生一開始受到先前平 面鏡成像性質的影響，認為物體所成像與鏡子相對位置和物體與鏡子相對位置相同
（物距=像距）。有部分學生認為只要是凹面鏡，不論物體所在位置為何，成像都是放 大的。經過教學後，學生可以繪出物體經凹面鏡成像的情形。部分學生對於實像、虛 像的概念仍不清楚，見表 4-5-3、表 4-5-4 及表 4-5-5。
物體在 1 倍焦距到 2 倍焦距間的成像情形學習單中，學習單之物體位置太靠近 2 倍焦距，易使學生作圖時發生錯誤，此是未來需注意的部分。
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表 4-5-3 學生說明物在凹面鏡 1 倍焦距內成像情形之探討
概念 學生 提出時間
凹面鏡放大 S02、S27、S31 第一次挑戰
物在 1 倍焦距內，成正立放大虛 像
S02、S04、S05、S06、S12、S15、
S18、S19、S21、S23、S24、S27、
S30、S31
第二次完成
成像在 1 倍焦距內 S02、S09、S15、S20、S21、S24 第一次挑戰
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
表 4-5-4 學生說明物在凹面鏡 1 倍焦距到 2 倍焦距間成像情形之探討
概念 學生 提出時間
凹面鏡放大 S02、S24、S27、S31 第一次挑戰
放大倒立實像 S02、S12、S24、S26 第二次完成
倒立縮小實像 S04、S23、S27、S31 第二次完成
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
表 4-5-5 學生說明物在凹面鏡 2 倍焦距外成像情形之探討
概念 學生 提出時間
物距=像距 S02、S15、S20、S21、S24 第一次挑戰
凹面鏡放大 S02、19、S27、S31 第一次挑戰
倒立縮小實像 S02、S12、S15、S19、S23、S25、
S27、S30、S31
第二次完成
倒立縮小虛像 S05、S29 第二次完成
以光徑來說明作圖方式 S02、S19 第二次完成
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
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表 4-5-6 顯示三位個案學生在凹面鏡學習單中的繪圖如何由錯誤概念修正至正確 概念及其修正的理由。學生一開始的繪製的光徑並未符合反射定律，經由教學後，學 生知道利用平行光經凹面鏡的反射後會聚於焦點，及由焦點發出的光經凹面鏡的反射 後會平行主軸射出來繪出正確成像。
表 4-5-6 學生修正凹面鏡學習單至正確概念之概念改變探討
學生 學習單
S05
S26
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學生 學習單
S30
三、凸面鏡成像學習單
歸納「物在凸面鏡中不同位置成像情形」的學習單，發現部分學生的先備概念就 知道物體經凸面鏡成像後會變小。學生在經過教學後，能應用反射定律的概念作圖，
推得正確的成像。部分學生具有光線會會聚於虛焦點的迷思，可能是作圖時光線經凸 面鏡反射後，發散的反射光線往後之延伸線交會於另一側虛焦點所致，見表 4-5-7。
表 4-5-7 學生說明物在凸面鏡不同位置成像情形之探討
概念 學生 提出時間
正立縮小虛像 S05、S06、S09 第一次挑戰
S03、S18、S20、S25、S26、S27、
S29、S30、S31
第二次完成
提到遵守反射定律 S06、S09、S12、S15、S20、S21、
S28
第二次完成
物經凸面鏡成像後像會變小 S12、S20、S27、S31 第一次挑戰
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概念 學生 提出時間
凸面鏡會聚焦 S15、S21、S26 第二次完成
正立放大虛像 S19 第二次完成
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
表 4-5-8 顯示一位個案學生在凸面鏡學習單中的繪圖如何由錯誤概念修正至正確 概念及其修正的理由。學生一開始只說明凸面鏡成像時，物體經凸面鏡所成之像的大 小與原物相比是縮小的，但成像之光徑圖及成像位置並未正確。經教學後學生可繪製 出物體成像之光徑圖，並得出成像性質及位置。但學生作圖時未用直尺，此為需注意 提醒學生之處。
表 4-5-8 學生修正凸面鏡學習單至正確概念之概念改變探討
學生 學習單
S12
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四、凸透鏡成像學習單
歸納「物在凸透鏡中不同位置成像情形」的學習單，發現部分學生一開始受到先 前面鏡成像的影響，認為物體經凸透鏡成像是經由反射造成，此乃反射與折射定義不 清楚所造成。部分學生受物體經凸面鏡成像性質的影響，認為物體經凸透鏡成像後會 變小。有一位學生認為雙凸透鏡兩邊的形狀相同，所以透鏡兩邊物體與像的性質會相 同，為一個較特別的迷思概念。部分學生對於實像、虛像的概念仍不清楚。部分學生 可說出光線經由凸透鏡折射後，可看到光線會往透鏡較厚的一邊偏折，而平行光經透 鏡折射後，可會聚於透鏡另一側的焦點上，此現象在課本上有圖示。經過教學後，學 生可以繪出物體經凸透鏡成像的情形，見表 4-5-9、表 4-5-10 及表 4-5-11。
表 4-5-9 學生說明物在凸透鏡 1 倍焦距內成像情形之探討
概念 學生 提出時間
正立放大虛像 S03、S05 第一次挑戰
S02、S09、S12、S19、S21、S23、
S24、S26、S27、S29、S30、S31
第二次完成
正立放大實像 S04、S28 第二次完成
反射 S14、S17、S26 第一次挑戰
折射 S18 第一次挑戰
以光徑來說明作圖方式 S25 第二次完成
因為是雙凸透鏡，所以透鏡兩邊 物與像的大小、與透鏡相對距 離、方向均會相同
S28 第一次挑戰
物體經凸透鏡成像後會變小 S27 第一次挑戰
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
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表 4-5-10 學生說明物在凸透鏡 1 倍焦距到 2 倍焦距間成像情形之探討
概念 學生 提出時間
光經折射後會往厚的一邊偏折 S02 第一次挑戰
倒立放大實像 S03、S05 第一次挑戰
S02、S04、S12、S19、S20、S23、
S24、S27、S28、S29、31
第二次完成
反射 S14、S17、S26 第一次挑戰
折射 S18 第一次挑戰
平行光經凸透鏡折射後會會聚 S15、S21 第一次挑戰
以光徑來說明作圖方式 S12、S25、S30 第二次完成
因為是雙凸透鏡，所以透鏡兩邊 物與像的大小、與透鏡相對距 離、方向均會相同
S28 第一次挑戰
物體經凸透鏡成像後會變小 S27 第一次挑戰
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
表 4-5-11 學生說明物在凸透鏡 2 倍焦距外成像情形之探討
概念 學生 提出時間
光經折射後會往厚的一邊偏折 S02 第一次挑戰
倒立縮小實像 S03、S05、 第一次挑戰
S02、S04、S12、S19、S23、S24、
S27、S28、S29、S30
第二次完成
反射 S14、S17、S26 第一次挑戰
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概念 學生 提出時間
折射 S18 第一次挑戰
以光徑來說明作圖方式 S12、S25 第二次完成
因為是雙凸透鏡，所以透鏡兩邊 物與像的大小、與透鏡相對距 離、方向均會相同
S28 第一次挑戰
物體經凸透鏡成像後會變小 S27 第一次挑戰
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄二）
表 4-5-12 顯示三位個案學生在凸透鏡學習單中的繪圖如何由錯誤概念修正至正 確概念及其修正的理由。部分學生原先完全沒有概念。有一學生原先認為雙凸透鏡兩 邊相同，故物體經凸透鏡所成之像與物體相同。部分學生受課本中呈現凸透鏡使平行 光會聚的圖形之影響，造成繪製第一次挑戰時的圖形發生錯誤。大部分學生經教學 後，可繪出正確光徑圖及成像之性質。
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表 4-5-12 學生修正凸透鏡學習單至正確概念之概念改變探討
學生 學習單
S28
S30
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學生 學習單
S09
五、凹透鏡成像學習單
歸納「物在凹透鏡中不同位置成像情形」的學習單，發現部分學生受凹面鏡成像 性質影響，認為物體經凹透鏡折射後像會變大。經過教學後，學生可以繪出物體經凹 透鏡成像的情形，且有部分學生可以說出物體離凹透鏡愈近，所形成的像愈大，表 4-5-13。
表 4-5-13 學生說明物在凹透鏡不同位置成像情形之探討
概念 學生 提出時間
物愈靠近鏡子，經凹透鏡折射所 成之像愈大
S02、S12、S20、S21、S30 作圖正確可歸納出此一性質。
正立縮小虛像 S03、S05、S09、S18、S19、S30 第一次挑戰就正確。
S02、S04、S06、S12、S15、S20、
S21、S25、S26、S27、S28、S29、
S31
第二次完成概念正確。
以光徑來說明作圖方式 S05、S25、S28 能試著以光前進的路徑來說明。
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概念 學生 提出時間
物體經凹透鏡折射後像會變大 S27 受凹面鏡成像性質影響。
（實驗組學生學習單作答原始資料如附錄）
表 4-5-14 顯示一位個案學生在凹透鏡學習單中的繪圖如何由錯誤概念修正至正 確概念及其修正的理由。學生原本認為物體經凹透鏡成像會放大，後經教學，學生可 以繪出正確光徑圖及成像性質。
表 4-5-14 學生修正凹透鏡學習單至正確概念之概念改變探討
學生 學習單
S27
六、成像學習單中的迷思概念
統整學生成像學習單，學生具有的迷思概念整理如表 4-5-15。
學生在平面鏡的學習單中提到物體與像的方向相同，而大多數學生認為物體經平 面鏡成像後，所成的像其方向與物體相反，因為人站立在平面鏡之前，故會有此一感 受，但因物體與像的方向和物體與鏡子的相對方向有關係，故應再與學生確定其配置 的方向為何。
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光學鏡種類及物體位置 迷思概念 第一次挑戰
光學鏡種類及物體位置 迷思概念 第一次挑戰