探討簡單機械之問題情境結構

由表 2-2-3、表 2-2-4 可知，各版本的相異處：

一、南一版最早接觸力的相關概念，國編版最晚接觸。

二、編寫架構和教材編排順序不同。

三、內容的深度和廣度有差異。

相同處：皆在國小六年級時有槓桿相關概念之單元課程。

由於本研究實驗學校之六年級自然與生活科技課本採用翰林版，故以翰林版為參考 可知，學生在學習本研究單元之前應已具備力對物體的作用、力的測量、摩擦力之 概念的能力，並以本單元的學習內容為基礎，進行簡單機械概念之學習。

第三節 探討簡單機械之問題情境結構

教師在教授簡單機械中的槓桿概念時，常以實驗器材輔助教學，學生可藉由動 手操作槓桿實驗器了解槓桿原理，有助於在面臨問題情境時探索出實驗結果，建立 槓桿概念。

參考 Siegler(1976)所提出的學生面對槓桿問題時，會使用到四種解題規則之 一，對應研究者在真實情境的槓桿實驗器操作，將槓桿帄衡之問題情境結構整理如 下表 2-3-1 所示：

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表 2-3-1

Siegler 之槓桿解題規則及對應之問題情境表

規則 對應之問題情境

一

如果兩邊的重量相同，將預測槓桿會帄衡；

正確例子

錯誤例子

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如果重量不同，將預測重量較大的一邊會往下傾斜。

正確例子

錯誤例子

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二

如果一邊的重量較多，將預測重量較重的一邊會往下傾斜；

正確例子

錯誤例子

如果兩邊的重量相同，會預測距離較大的一邊往下傾斜。

正確例子

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三

如果兩邊的重量和距離都相同，將預測槓桿會帄衡；

正確例子

如果兩邊的重量相同，會預測距離較大的一邊往下傾斜；

正確例子

如果兩邊的距離相同，會預測重量較大的一邊往下傾斜；

正確例子

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如果重量較大且距離較遠的是同一邊，就預測重量較大的一邊往下傾斜。

正確例子

如果一邊的砝碼較多，另一邊距離較遠，就思考混亂或猜測答案。

四

當一邊的砝碼較多，另一邊距離較遠，就計算重量和距離的乘積，並預測 力矩較大的一邊會往下傾斜。

正確例子

由表 2-3-1 可知：正確的解題規則會對應到正確的答案，而不正確的解題規則 有時也會對應到正確和錯誤的答案，由此可知，錯誤的解決規則有時可以解決某些 問題情境，但無法解決所有的問題情境。

規則一〜四的思考流程如下圖 2-3-1、圖 2-3-2、圖 2-3-3、圖 2-3-4 所示：

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圖 2-3-1 規則一之思考流程

圖 2-3-2 規則二之思考流程

圖 2-3-3 規則三之思考流程

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圖 2-3-4 規則四之思考流程

Siegler(1976)還分類了六種槓桿題型，用來研究學生在面對槓桿問題情境時會用 到的規則，以下是研究者整理題型所對應的槓桿實驗器操作如下表 2-3-2 所示：

表 2-3-2 六種槓桿題型

題目類型 內容說明

第一類帄衡題 支點左右兩端的砝碼數量與距離都相同。如圖 2-3-5。

第二類重量題 支點左右兩端的距離相同，但砝碼數量不同。如圖 2-3-6。

第三類距離題 支點左右兩端的砝碼數量相同，但距離不同。如圖 2-3-7。

第四類衝突重量題 一端砝碼數量較多、距離較短，另一端砝碼數量較少、

距離較遠，砝碼數量較多的一端會往下傾斜，如圖 2-3-8。

第五類衝突距離題 一端砝碼數量較多、距離較短，另一端砝碼數量較少、

距離較遠，距離較遠的一端會往下傾斜，如圖 2-3-9。

第六類衝突帄衡題 一端砝碼數量較多、距離較短，另一端砝碼數量較少、

距離較遠，槓桿兩端會帄衡，如圖 2-3-10。

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圖 2-3-5

圖 2-3-6

圖 2-3-7

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圖 2-3-8

圖 2-3-9

圖 2-3-10

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