一、教科書力學單元介紹
在九年一貫課程實施後，課程標準由課程綱要取代，且教科書不再由國立編譯 館編輯，而是開放由民間出版社根據課程綱要編訂，經由教育部審核後，由各學校 選擇用書。雖然自然科課本版本略有差異，然而章節安排大致上是相同的。
在力學單元中，教科書首先介紹力的意義與形式，說明力雖然無法直接觀察，
但可從物體受力之後所產生的形變或運動狀態改變，察覺力的作用過程。藉由日常 生活中的實例說明力的效應，如球受力之後形狀改變以及靜止的帆船受力之後而前 進。並按照力的效應是否需要接觸物體，而將作用力區分為接觸力與超距力，例如 彈力屬於接觸力而磁力則屬於超距力。
其次則是介紹力的測量及單位，由彈簧秤的長度改變，來說明力的大小與單 位。並藉由實驗的操作，瞭解虎克定律的內容。
接著說明力的平衡條件，例如：懸掛在彈簧下的砝碼，因靜止不動，可知它處 於力平衡狀態，此時彈簧向上之拉力與砝碼所受的重力互為平衡力，兩力大小相 等，方向相反。此時彈簧秤的讀數，即是彈簧向上拉力的大小。最後介紹力的合成 與分解，：在一直線上的兩力，如果方向相同，其合力的大小就是兩力相加，方向 指向它們的共同方向。如果兩力的方向相反，其合力的大小就是兩力相減，方向沿 著較大力的方向。
其中在坊間常用的三種版本中，只有一個版本介紹了力圖的繪製，（如圖2-6-1）
其餘版本則並未在課文內容中介紹力圖概念。
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圖2-6-1 教科書介紹力圖之內容
二、教科書浮力單元介紹
在介紹浮力概念之前，會先利用生活中的實例，說明物體在液體中，會受到一 個向上的作用力，使得水中的物體會變輕，這個作用力則稱為浮力（如圖2-6-2）。
圖2-6-2 教科書介紹生活中浮力作用的實例
然後說明浮力等於物體在空氣中的重量減掉物體在液體中的重量。
即浮力（B）＝W空氣－W液體
另外從實驗操作，說明阿基米德原理的內容。藉由物體沒入液體中的體積變 化，說明物體在液面下體積與浮力的關係。並將同一物體放入不同密度的液體，說
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明浮力與液體密度之間的關係，最後推論浮力的公式 浮力（B）＝排開的液體重量
＝物體在液面之下的體積 × 液體的密度
三、基測浮力試題分析
為瞭解學生再學習浮力單元中，必須具備哪些概念？因此藉由分析歷屆國中基 本學力測驗的自然科試題，以瞭解學生必須掌握的相關概念及能力。以下為歷屆試 題中，有關浮力概念的試題分析。
（一）90年第2次國中基本學力測驗自然科第24題
圖2-6-3 90年第2次國中基本學力測驗自然科第24題
本題所應用的概念為：
由阿基米德原理可知，物體所受的浮力等於物體排開的液體重量。因為雞蛋甲 在液面之下的體積最小，所以排開的液體最少，因此所受到的浮力最小。
（二）91年第2次國中基本學力測驗自然科第51題
圖2-6-4 91年第2次國中基本學力測驗自然科第51題
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本題所應用的概念為：
物體靜止在水面時，形成力平衡狀態，故浮力等於物重，亦等於排開液面下同 體積的物體重。此時海水密度大於淡水，輪船會上浮些，在海水下的體積減少，但 排開的海水重等於船的重量。
（三）93年第2次國中基本學力測驗自然科第48題（見圖）
圖2-6-5 93年第2次國中基本學力測驗自然科第48題
本題所應用的概念為：
磅秤的讀數為所有物體的重量總和減掉排開的水重。另外由阿基米德原理可 知，物體所受的浮力等於物體排開的液體重量。所以排開的水量等於物體所受的浮 力，又因為物體靜止於水面，形成力平衡狀態，則物體的浮力等於物體的重量，因 此排開的水體積為30cm3。
（四）94年第2次國中基本學力測驗自然科第51題
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圖2-6-6 94年第2次國中基本學力測驗自然科第51題
本題所應用的概念為：
首先必須判斷物體的浮沉狀態，因為甲和乙物體的密度小於液體密度，所以會 形成浮體，而浮體浮力等於物重，因此B甲＝30gw、B乙＝40gw；而丙物體的密度大於 液體密度，所以會形成沉體，由阿基米德原理可知，B丙＝20gw。
（五）96年第1次國中基本學力測驗自然科第52題
圖2-6-7 96年第1次國中基本學力測驗自然科第52題
本題所應用的概念為：
由阿基米德原理可知，物體的浮力等於排開液體的重量。因此該球所受的浮力 為100gw，又因為物體的重量為160gw，當物重大於浮力時，物體會形成沉體。
（六）96年第2次國中基本學力測驗自然科第47題
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圖2-6-8 96年第2次國中基本學力測驗自然科第47題
本題所應用的概念為：
甲、乙兩物體相疊之後會浮於水面，形成平衡狀態，則甲、乙物體的重量會等 於受到的浮力。再根據阿基米德原理，浮力會等於排開的液體重。可列出下列等式：
V×D甲＋V×D乙＝V×1，消去V後得到D甲＋D乙＝1，因為D甲大於0.5g/cm3，所以D乙小於0.5 g/cm3。又因為乙物體的密度小於0.5g/cm3，所以拿走甲物體後，乙物體沒入水中的 體積將會小於一半體積，故沉入水中的高度將會小於h。
由歷屆基測試題可知，浮力單元為常考的概念之一。學生必須具備力平衡概念 以及阿基米德原理，才能處理較為複雜的變化題型。因此是否具備辨識物體所受作 用力的能力，進而應用力平衡概念處理浮力問題，應是學生在學習浮力單元，必須 注意的課題之一。
因此，由歷屆基測試題中可以發現，浮力單元為一個重要的單元。而在處理浮 力相關問題時，必須具備力平衡和阿基米德原理應用的能力。然而在應用力平衡概 念判斷物體浮力與其他作用力之間的關係，應該先具備辨識能辦釋出物體所有作用 力的能力。然而，多數的教科書並未將力圖繪製編排到課程內容中，學生是否具備 繪製力圖和辨識作用力的能力呢？所以本研究想延續夏秋蘋先前的研究，藉由力圖 的繪製，來瞭解學生是否具備辨識作用力的能力。並進一步探討在不同的浮沉情境 中，學生應用力平衡概念處理浮力相關問題的情形。
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第參章 研究方法
本章將就本研究的研究設計、研究對象、研究工具、研究過程與資料處理等方 面加以說明。