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(四) 情境四:國三學生對於天體運行的動力來源的看法

學生認為要看太空人自己。

概念 11 與 12 是具有相同的內涵,回應石頭或太空人會掉到月球表面,

是同一批的學生,他們對於在月球上不論是有生命或是無生命的物體,都能 說出會受到月球引力的作用,換言之,他們具有引力概念的基本知識。

表 4-4-3 第三個情境:在月球上的物體會不會掉落在月球表面?

之學生個別問題的反應及答題(N=15)

情境三:在月球上的物體會不會掉落在月球表面?

問題 問題的反應及答題學生 10. 物體在月球上受到

月球引力作用 嗎?

Ù1. 有,只是較小(011、032、042、061、091、132、051、101、

112、141)

2. 沒有(022、071、081、122、152)

11.在月球上的太空人 手中舉起一個石 頭,輕輕放手後,

石頭會如何移 動?

Ù1. 會掉下來,因為受到月球引力影響(011、051、091、101、112、

141)

2. 往上飄,因為太空 / 月球,沒有引力(022、071、152)

3. 飄來飄去,載沈載浮,因為月球引力不夠大(032、042、061)

4. 飄走,因為月球沒有空氣,沒有引力/太小(081、122、/132)

12. 太空人站在月球表 面的隕石坑邊 緣,一段時間後太 空人會遭遇到什 麼情況?

Ù1. 掉下來,因為月球有引力(011、051、091、101、112、141)

2. 會飄走,因為月球引力不夠大(022、032、061、132)

3. 下來一點點,看他自己(042)

4. 會飄走,因為月球沒有引力(071、152)

5. 會飄走,因為沒有空氣(081、122)

Ù代表正確答案

(四) 情境四:國三學生對於天體運行的動力來源的看法

在第四個情境之天體運行的動力來源,學生個別問題的反應及答題(參 閱表 4-4-4)顯示,學生對於概念 13.「月亮為什麼不會掉下來?」有九種不 同的看法,其中較多數的學生各自持有自己的看法,其中有一類型共三位學 生(即表 4-4-4 中的第三類型)認為月球有固定的軌道,而太空中沒有空氣,

沒有重力,所以月球沒有受到地球引力的作用,故不會掉下來。另外在第四

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表 4-4-4 第四個情境:天體運行的動力來源之學生個別問題的反應及答題(N=15)

情境四:天體運行的動力來源

問題 問題的反應及答題學生 13. 月亮為什麼不會掉

下來?

1. 有固定的軌道,星球與星球之間有引力(011)

2. 有固定的軌道,離心力和地球引力產生平衡(051)

3. 有固定的軌道,太空中沒有空氣,沒有重力,沒有受到地球引 力(081、112、122)

4. 沒有受到地心引力,離地球太遠了(022、152、042、071)

5. 月球有一點引力,彼此互相吸引,另有別的星球吸引月球(032)

6. 有受到地球的地心引力,也受到其他行星吸引,所有行星加起 來的力和地球本身發出的力達到平衡(061)

7. 地球引力太小,不夠把月球吸引下來(091)

8. 月球和地球內部的引力 / 力量,剛好抵銷 / 平衡(101、132)

9. 作用力與反作用力互相抵抗(141)

14. 地球為什麼會繞者 太陽運轉?

1. 因為地球引力和太陽引力達到平衡(011、042、091、122、132)

2. 因為地球和太陽有吸引力和排斥力,因而造成地球運轉(032)

Ù3. 太陽的引力和地球的離心力達到平衡(051)

4 宇宙形成即是如此 / 固定的軌道,無法解釋(022、071、081)

5. 太陽的能量把地球吸引住。(101)

6. 太陽的引力使得九大行星有一定的軌道,行星彼此互相吸引。

(061、112)

7 作用力和反作用力互相抵抗(141)

8. 距離遠,地球有引力,會反抗太陽(152)

Ù代表正確答案

類型中,有四位學生認為月球離地球太遠了,沒有受到地心引力的緣故。概 念 14.「地球為什麼會繞者太陽運轉?」其中在第一類型:「因為地球引力和 太陽引力達到平衡」,有五位學生認為是地球引力和太陽引力達到平衡的緣 故,所以地球會繞者太陽運轉。在第四類型:「宇宙形成即是如此/固定的軌 道,無法解釋」,有三位學生利用直觀的解釋,認為宇宙是自然形成的無法 解釋。另外在第六類型中,有二位學生認為是太陽的引力使得九大行星有一 定的軌道,而行星彼此互相吸引。由學生晤談的結果,發現學生在概念 13 與 14 的回應與第三節分析學生的另有架構結論雷同,由此可知學生確實不 清楚天體運行與引力之間的關係。

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在物理學的科學概念裡,力是看不見的,發生力的作用時不需要靠介質 傳遞,而物體受到力的作用,會產生形狀的改變或是發生運動狀態的改變,

因此力對物體產生的影響可以看得見,由於產生這兩種的變化,故可以證明 物體受到力的作用。當成熟的蘋果從樹上掉下來時,蘋果在位置改變落下的 過程中,經過了運動狀態的變化,由靜止到加速度運動,因此可以證明蘋果 受到一個向下的作用力,此力是屬於非接觸力,不需要靠介質做為媒介的。

由牛頓的萬有引力定律知道,物體和地球之間有一吸引力存在,而力的方向 是指向物體和地球之間連線的質心位置,這個位置趨向地球的中心位置,在 這裡稱之為地球引力,所以蘋果會掉下來是受到地球引力的作用。

物體受到地球引力作用的值,用重量來表示,所以物體的重量值就是物 體所受的地球引力的大小。由萬有引力定律知道,物體與地心距離增加,受 到的地球引力作用會減小,所以物體在高山上受到的地球引力小於在海邊受 到的地球引力,因此小明在高山上的重量比在海邊的重量輕。又因小明向上 跳起來後,在空中的一瞬間,仍受到地球引力的影響,所以小明仍具有重量。

物體與月球之間亦存在著吸引力,物體與月球之間的整個系統與物體在 地球上一樣,所以物體在月球上會受到月球引力的作用,但因月球質量較 小,依據萬有引力定律,引力的大小與兩物體的質量乘積成正比的關係,換 言之,物體的質量減小,則引力也會跟著減小,所以同樣的物體在月球上受 到的月球引力會較小,但是太空人或者放手後的石頭仍會受到月球引力的作 用,而掉到月球表面。

月球亦會受到地球引力的影響,月球所受到的地球引力會提供月球繞著 地球做圓周運動所需的向心力,地球會繞著太陽運轉,也是同樣的道理。

在問卷調查及十五位學生在進行有關重力的深度晤談後,整理歸納為十 四個有關重力概念的問題,發現由於學生尚未正式學習過重力概念的課程,

他們對重力並非一無所知,而是他們對於重力的初始概念中,有許多的另有 概念。在每一個概念中,都有許多令人意想不到的答案出現,他們用自己的

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看法來解釋現象,但是對於同一概念中不同情境的事例,能否有一套很穩固 的看法呢?這個看法對於解釋其他類似的現象,是否具有一致性的認知架構 呢?在這裡,我們探討學生對於重力概念的心智模式,期能找出學生對重力 概念一致性的解釋模式。而這認知的基模中的概念是否容易改變,其教學策 略如何規劃、設計,就不在本研究討論的範圍了。