從「力圖分析評量」分析學生所具有之力學迷思

除了透過「力與運動物理觀念評量」可檢測學生於牛頓力學所具有的迷思概念。

本研究也從學生在「力圖分析評量」中所歸納出的解題特徵，逆向推測出學生可能具 有的力學迷思概念，並與從「力與運動物理觀念評量」所得到的結果作比較。

一、 學生易將運動方向和加速度方向混淆

在「力與運動物理觀念評量」中被檢測出具有「運動學迷思」的學生，容易把運 動方向、位移、速度、加速度、合力等概念混淆，對照表1 所檢測的所有「運動學迷 思」，其中以類別編號為運6 的「最後所施加的作用力決定運動方向」被檢測到的比例 最高，似乎學生容易將力和運動方向兩種概念混淆。

但在「力圖分析評量」中，統計學生的作答情形並分析晤談記錄後，發現學生最 易犯下的「運動學迷思」卻為將物體的運動方向和加速度方向混淆。以「力圖分析評 量」中的第16 題(答對率 65.21%)、第 17 題答對率(78.26%)為例，兩題均為斜向拋射運 動，學生答對率甚高，都能確實判別運動方向和受力方向而不會將其混淆，卻都有高 達25 人(54.34%)認為加速度跟物體水平運動的方向相同。

「力圖分析評量」的結果與張慧貞(2007)所提出的結果一致，對學生而言，「加速 度」的方向之判斷對學生來說是一項困難的任務。研究者推論，可能有許多學生根本 不知何謂「加速度」的方向，無從判斷其方向，只好跟題目中最容易判斷之「運動方 向」做連結。

多數學生無法清楚辨別運動方向與加速度方向之間的差異。但此項迷思對於其它 作用的影響，似乎並沒有直接的關聯。以「力圖分析評量」第 16、17 題為例，在力圖 分析中，學生就算誤判了加速度的方向，仍能正確判斷其受力情形。

二、 「衝力迷思」在不同的情境(題目)中，影響的程度也不同

(一) 直線運動中，學生最容易認為運動方向有作用力影響，曲線運動則否

研究結果顯示，在「力與運動物理觀念評量」中，檢測到學生選擇與「衝力迷 思」有關的選項之比例高達40.76%。原以為不少學生會具備「衝力迷思」，即學生會 認為運動方向上會有個「衝力」用以維持物體的運動。但在晤談學生的過程中，發現

學生並非在所有情境下都認為在運動方向上，會有個作用力，以第10 題為例，將 A 木 塊置於粗糙的B 木塊上，推著 B 木塊等速前進，在全部 46 位學生中，有 27 人認為 A 木塊應受到水平方向的作用力(實際上不受力)，比例高達 58.70%，由此可見此迷思影 響之劇。

但在不同情境下，如斜拋運動(第 16 題、第 17 題)，在全部 46 位學生中，第 16 題 有11 位學生，第 17 題中僅有 6 位學生，認為物體前進的方向上有受力，比例只分別 佔了23.91%與 13.04%，遠遠未達 40%。圓周運動(第 18 題~第 20 題)就更明顯了，第 18 題和第 19 題都僅只有 2 位，第 20 題則僅只有 1 位學生認為在運動方向上會有個作 用力，比例分別只佔了4%與 2.1%。

原本高達58.70%的迷思，到了「斜拋運動」和「圓周運動」，迷思影響的比例竟 然明顯下降。意即學生們在不同的情境下，有不同的解題想法，因而選擇了不同的答 案。第四章第三節中，3 號學生在晤談中也明確指出，第 18 題和第 19 題，她之所以用 不同的方式回答這兩題，是因為這兩題都是「圓周運動」，而圓周運動的向心力必須指 向圓心，而非物體行進方向。

究竟為何在斜拋運動和圓周運動時，學生受衝力的影響會變小，研究者認為可能 原因有二，其一為兩者的運動軌跡並非直線。似乎運動軌跡並非為直線時，學生會將 其視為不同的情境，需用不同的方式解題(如向心力)，因此較不易被「衝力迷思」影 響。其二為此兩個運動在九年級上學期的國中理化課本中均有被提及，圓周運動甚至 還被獨立出來為一個小單元，因此也有可能是因為教科書的編排方式，有獨立提及此 兩種運動，因此學生會將此兩個運動視為特例，採用不同的方法解題。

(二) 光滑的平面上，學生較不易受到「衝力迷思」影響

如上述所提及之第10 題，多數人認為置於 B 物體上方的 A 物體，在行進方向上 會有個作用力(58.70%)。但類似情形的第 8 題，46 位學生中僅有 8 位認為物體在水平 方向上有受力，比例只佔了17.39%。迷思影響的比例也明顯下降，意即學生可能又將 其視為不同的情境。從學生2 號和 3 號的晤談結果和「力圖分析評量」的作答中，可

找出些蛛絲馬跡。

2 號和 3 號學生在第 8 題都能正確判斷受力情形，但第 10 題時卻又都判斷錯誤。

在「力與運動物理觀念評量」中被檢測出具有「衝力迷思」的兩人，在晤談時都指 出，第8 題看到題目寫物體置於「光滑」水平面時，就都直接得到物體不受摩擦力，

會維持「動者恆動」的結論；但在第10 題時反而認為物體置於「粗糙」水平面，反而 推測物體會到摩擦力影響。

研究者認為很有可能是「光滑」二字使得學生改由牛頓慣性定律的角度來看題 目，如同文獻中所提及的Thornton 與 Sokoloff (1998)雪橇實驗，就算學生具有「衝力 迷思」，只要對慣性定律有著最基礎的認識，不受力時動者恆動，仍然能正確答題。

況且，九年級上學期的國中理化課本，也對伽利略的斜面實驗有多加說明：球自 斜坡上滾下時，若地板為「光滑」無摩擦，則球會以等速度運動的狀態繼續前進。因 此學生之所以能答對第8 題，很有可能是因為受到教材編排影響，將其視為一個特 例，採用不同的方法來解題。

(三) 學生之迷思多數並未完全符合「衝力迷思」之特徵

根據Clement (1982)所提出的「衝力迷思之基本假設」。多數學生認為「運動方向 上有個作用力，使物體維持運動的狀態」，只符合其中一項特徵； 但另一項特徵「同 方向的作用力若消失，則物體的速度開始遞減。」卻並未被檢測出來。

學生在「力圖分析評量」中所分析之力圖多為靜止狀態或只探討物體運動瞬間的 受力情形，由於學生不需考慮物體後續如何運動，只需單純判斷該物體「瞬間」之受 力情形，因此也不容易去檢測作用力若消失之後，學生的想法，因此此項特徵，對於 力圖分析的結果，影響並不大。

三、 「作用力與反作用力的迷思」對學生的力圖分析影響甚少

本研究中在「力與運動物理觀念評量」測得學生持有「作用力與反作用力迷思」

的比例在所有迷思中居冠，高達43.48%，可見學生容易持有「作用力與反作用力迷 思」，但在進行晤談及分析學生的力圖分析之後，卻發現該類迷思對學生進行力圖分析 的影響遠小於前面所提及的「衝量力迷思」，詳細說明將列於第四節中，對於極具「作 用力與反作用力的迷思」的學生，其力圖分析的模式。

在「力與運動物理觀念評量」被檢測出具相同迷思的學生，其「力圖分析評量」

中常會得到不同的結果。研究者做出以下推論：其一可能是學生並未意識到題目是相 同類型的題目，只是套用在不同的情境。因此會受到不同的迷思概念影響，而作出不 同的判斷。其二可能是因為部份題目(如「力圖分析評量」第 17 題)曾經出現在課堂 上，或是學校考試曾考過此概念，學生面對相同情境下，由於課堂上已經教師解釋級 澄清迷思，較能運用所學作出正確判斷而不被迷思概念影響。