另外,學生覺得物體重量大小也會影響飛行時間,認為物體的重量愈大,落下 的速度將會愈快(Gunstone & White, 1981)。Za’rour(1975)也發現學生會認為重物 會比輕物落下時間短,但落下時間不會與重量成反比。此外,學生也會認為較重的 物體落下加速度較大(Oliva, 1999)。
而學生對於拋體運動軌跡概念的研究中,McCloskey(1983)設計一個水平拋射 直方向受到地球的吸引作用,故物體以等加速度落下」。Mcdermott(1984)也發現 學生會認為物體移去水平力後,其水平速度會立刻消失,物體也變為垂直落下。
全中平(1994)的研究發現學生認為物體向上運動時,若作用力大於物體重 量,則會使物體向上運動;而當重力大於此作用力時,物體會開始往下降。另外,
學生也會認為物體作拋體運動,當物體達到最高點時,此時就沒有力作用在物體上
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(Finegold & Gorsky,1991;Galili & Bar,1992)。
Halloun 與 Hestenese(1985)及 Hestenes、Wells 與 Swackhamer(1992)的研 究指出,學生使用獨立(isolated)的物理公式,或許不會出現問題,一旦加入環境 條件的描述,方程式所表達的含意就可能被忽略或混淆。
簡順永(1999)利用紙筆測驗和晤談來研究高中二年級自然組學生的「力與運 動」基本概念認知現況及解題策略,其研究發現解題成功的學生具有清楚的基本概 念,並具有專家解題策略的特質;解題失敗的學生也具有基本概念,但在解題策略 上,則顯得較為不會運用,或是學生的「另有架構」造成解題困擾。另外,有部分 學生學習方式為只會背誦公式,並套用公式進行解題,雖然解題成功,但是經過晤 談後發現其基本概念仍然模糊不清。在研究者在自身教學經驗裡,發現學生熟悉
「純量」的運算,但在「向量」的概念與應用較為不熟練,Hestense et al.(1992)
的研究結果顯示,學生習慣將速度以純量的方式計算物理問題,無法將速度正負值 與物體運動方向的概念相互聯結。
運動學中常常使用線圖(kinematic graph)來描述位置、速度、或加速度與時間 關係,在曲線圖理解的研究結果發現,許多學生對於圖形的基本意義,了解相當有 限,若進一步將曲線圖轉與其他表徵轉換(如方程式),則更加困難(Kramarski &
Mevarech, 1997;Leinhardt, Zaslavsky, & Stein, 1990)
Brasell 和 Rowe(1993)調查 12 年級學生對運動學圖形態度和以電腦方式呈現運 動學圖形時,學生詮釋運動學圖形能力情形。研究發現學生對圖形的態度大致為正 向,認為圖形是有用處的,並且具有趣味性。而學生詮釋運動學圖形時易產生圖像 錯誤,並容易混淆斜率與高度的概念。另外,學生認為物體速度變慢時,代表物體 的速度為負值。
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Beichner(1994)欲瞭解學生在運動學圖形的表現,發展一份測驗「Test of Understanding Graphs in Kinematics(TUG-K)」,針對運動學圖形題發展研究設計 21 題有關運動學圖形的問卷,目的為探討學生在位置-時間圖、速度-時間圖、加速度-時間圖的困難情形。其研究發現學生在各種關係圖中,以位置-時間圖的表現最好,
在加速度-時間圖的表現最差,並且學生容易忽略物體運動方向與速度的關係。另 外,學生在詮釋運動學圖形中,常有幾點的錯誤詮釋方式,如圖形視為圖像(graph as picture)、斜率與高度混淆(slope/height confusion)、非原點斜率錯誤、無法解釋圖 形面積所代表的意思。
由以上研究可以發現,學生在運動學中具有許多另有概念並運用至物理解題 上,造成解題困難。若能找出學生在解題中所使用的另有概念類型,就可針對學生 解題時所要注意的地方有哪些,方能有效的幫助學生解決問題。另外,運動學常常 使用數據圖表來表示物體的運動狀態,不同表徵的轉換,也是學生學習物理時,所 面臨的主要困難之一,而過去的研究多著重在各物理量與時間的關係上,或是要求 學生由題意敘述畫出拋體軌跡圖,較少關注於拋體運動軌跡圖呈現的試題上。但是 學生在判讀軌跡圖數據時,是否會產生解題困難,或是在使用解題策略上會有何關 聯,在過去的研究中並未有定論,因此,本研究欲深入探討學生在判讀拋體運動軌 跡圖與學生解題策略與困難的關係,期望可對教師的有效教學課程上能有所貢獻。
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