研究發展與方法

如上所述，本研究採質性研究法，主要的目的在於經由 POE 策略及一 系列推理活動來探究國中二年級學生對於影子概念，並判斷學生的概念是 屬於正確的科學概念或是另有概念。採用 POE 有一個重要的目的，就是讓 每個人都提出自己的預測，以及支持這像預測的理由為何？另外並由 POE 活動單以及晤談過程所收集到的資料來探究國二學生的推理策略及推理 的歷程。

推理活動進行過程之中，會請學生以前觀察活動所觀察到的現象，就 影子的形成先行述說他的概念，並就實驗進行過程中依學生的假設、預 測、觀察、評估來對學生的推理類型及推理策略進行分析。

因此為了研究需要，研究者參考文獻（邱韻如，1998）及研究目的發 展出了「推理實驗活動裝置」、「POE 活動單」、「晤談大綱」。「推理實驗活 動裝置」並在指導教授的建議下逐次修正，經初試之後再行改良以便能更 符合研究實際的需要。

以下分別就「POE 活動單設計」、「推理活動實驗裝置」、「晤談大綱」

敘述發展過程

一、 推理實驗 POE 活動單設計（附錄一）

推理實驗 POE 活動單分為兩個部份，第一個部份為前觀察活動單，第 二個部份為活動觀察。前觀察活動單主要的目的是想藉由要求學生觀察將 燈光照在物體上投射在牆上的影子，並經由 POE 活動單及晤談的方式來了 解學生對於成影概念為何？也就是為何會有影子的產生？從問卷及晤談 所蒐集到的資料來分析學生的成影概念屬於科學概念、另有概念或是直覺 概念，同時也作為分析學生第二部份活動所展現的推理歷程及類型的依 據。接著便依序展示活動一到活動四的裝置，並對學生提出問題，請學生 先預測結果。同時請學生說明是根據怎樣的概念、使用怎樣的方式去做這

樣的預測，接著將之記錄在活動單上。待研究分析時再與第二部份的實際 觀察結果相互比較。第二部份則為推理實驗活動的實際觀察，請學生觀察 結果並與前預測做比較。如果與前預測不同，請學生就不同的部份提出解 釋何以會有落差？原因是什麼？提出對自己的預測跟解釋的評估；若相 同，也請學生對於自己的推理做出解釋與評估，

此一過程最主要的目的在於研究者利用晤談的方式讓學生說出成影 的概念，並讓學生利用他的概念去做預測、推理。例如：為何會有影子？

在 POE 觀察活動單時再次提問當有兩種顏色的燈光照射在積木上時，牆上 會是怎樣的狀況？並藉此做推理及預測。最後再與觀察結果做比較及反 思、比對，預測與觀察結果是否有衝突？若有則對落差做出解釋，並對推 理策略及歷程做出評估；若無，亦請學生對於自己的推理過程做出解釋及 評估，說明何以會是正確的。White 和 Gunstone（1992）在 Probing Understanding 一書中也提到要求學生進行預測，就比較有可能讓學生真正 的運用知識，他們所預測的內容也比較貼近學生個人的信念。之所以需要 提出預測，就是因為事件並未被完整描述，因此，便更有可能使學生必須 應用知識去推論答案。學生也比較有可能衡量如何把物理學的知識運用在 真實的情境上。因此在這個階段會特別要求學生對於預測的原因及所持的 理由、運用的概念詳細說明。

張美玉和吳玉明（1999）研究不同學習型態學生的解釋、推理及問題 解決能力，研究之主要發現有以下幾點：

（一）、自然科的學習涉及許多科學概念，教師讓學生有猜測和解釋的機 會，可以幫助學生澄清科學概念。

（二）、影響學生預測、解釋以及推理能力的因素有：（1）教師的引導。（2）

舊經驗的影響。（3）和同儕相互辯證的結果。（4）閱讀課外書籍 的有無。（5）個人意願，以及（6）分組討論的結果。

因此讓學生進行預測以及解釋不僅可以較貼近學生個人的信念，同時

也可以幫助學生澄清自我的科學概念。

二、 推理實驗活動內容設計

（一）推理實驗活動裝置說明

White 和 Gunstone（1992）建議在 POE 活動中，研究者要有一個 讓學生進行預測的情境，不能只是純粹的猜測，而要設定一個學生能發現 意義情境，情境所呈現的問題對學生來說要是真實的，因此採用日常生活 常用東西，而不要用實驗室中的器材。

因此本研究所使用的推理活動裝置是一般坊間可以買到附有燈罩的 活動式可調式檯燈，如圖（3-1-1）所示。

圖 3-3-1（實驗活動器材－檯燈）

另外購買紅、黃、藍、綠等四種顏色的燈泡如圖（3-1-2）所示供推 理活動時使用。活動進行時便將檯燈打開，並用燈光照射在積木上，使影 子能投影在牆壁上，而此投射之影子便是學生所要觀察的。被燈光照射之 物體為兩片積木所組成，尺寸大約為長 10 公分、寬 5 公分，積木則由棉 線固定懸吊在鐵架上。

圖 3-3-2（實驗活動器材－燈泡）

如圖（3-3）所示，將鐵架連接在一起，使用固定支架固定在桌上，並 在中間綁上棉線以作為積木的支撐。積木則使用兩片相夾住棉線，如此一 來就不需用綁的方式固定積木，也可避免有其他的影子投射在牆壁上影響 學生作答。

圖 3-3-3（實驗活動器材－積木與固定架）

當檯燈打開時，光線照在積木上，由於被積木擋住的區域沒有光線照 射，因此與其他被燈光光線所照射到的地方相比，被擋住的區域為一陰暗 地帶，此即為我們所看到的影子。

初次試驗時，發現會有無法對焦的情況，與指導教授討論之後發現應 是檯燈與牆壁之間的距離所造成。因此在接下來的活動中會在活動開始前 先找出適當之距離，讓學生能清楚的觀測到影子的顏色，避免有因無法對 焦之情形發生以致於造成學生判斷困難。

（二）推理實驗活動內容

本研究的推理活動實驗的設計原則為：

一、推理活動中所涵括的實驗，必須具有相互關連性，其現象的解釋涵蓋 相同的科學概念。

二、要提供一個受試者可以預測，而且能基於個人理解進行推理的情境或 實驗，若純粹只是猜測則將失去其價值。

三、要提供真實情境與問題給受試者，才有助於POE的效果，至少必 須提供受試者一些支援的線索或說明。

四、要讓受試者的觀察是直接可行的，亦即觀察的實驗結果是清晰可 見的。

五、每個後續實驗，只改變前一個實驗的一個變因，以達能深入探討學生 對於單一變因的推理能力。

六、在完成一個 POE 實驗後，才進行後續的 POE 實驗，允許學生修改先 前實驗的解釋。

本研究以改變「光」源條件的不同，來達到操縱「影子」的變化，使 學生運用兩項概念來進行推理，並對學生推理歷程及策略進行深入的探 究。推理活動實驗共分為兩個部份，第一個部份為概念引介；第二部份則 為四個推理活動。概念引介旨在了解學生對於成影的概念為何，並分析其 概念為科學概念、另有概念或是直覺概念。四個推理活動是主要是要觀察

學生如何以此概念引介階段所得之概念作為根據去進行推理，並能獲得足 夠的資訊以進行分析學生之推理歷程。根據以上所述之原則設計了以下五 個活動，活動與活動之間只會改變一項變因，並讓學生進行預測、觀察及 推理。所有活動分述如下：

首先為概念測試：將儀器架好，如圖（3-1-4），先放上積木，並告知 學生會用紅色燈光照射，請學生預測會產生黑色或是紅色的影子，並請學 生說明理由。

圖 3-3-4（實驗活動器材配置組）

接著用紅燈照射，投影在牆上之後，請問學生看到什麼顏色的影子，

並請學生再次說明解釋為何會這樣，跟前面的預測有什麼不同的地方？以 及為何會產生影子。接著進入 POE 活動：

活動一：將活動裝置裝設好，然後請學生先觀看，當有兩盞檯燈時，一邊 為紅光，一邊為綠光時，同時照射在物體上，請學生預測會有怎樣的 狀況，也就是會有幾個影子？什麼顏色？並解釋何以會做這樣的預 測？所持有的理由為何?根據什麼樣的概念去做這樣的預測。接著進行 實際觀察，請學生紀錄下觀察的結果。並說明觀察結果與先前的預測

是否相同？若不同，請說明並解釋預測與觀察的結果何以會有不同？

根據什麼理由？

活動二：將活動裝置裝設好，然後請學生先觀看，當有兩盞檯燈時，一邊 為黃光，一邊為綠光時，同時照射在物體上，請學生預測會有怎樣的 狀況，也就是會有幾個影子？什麼顏色？並解釋何以會做這樣的預 測？所持有的理由為何?根據什麼樣的概念去做這樣的預測。接著進行 實際觀察，請學生紀錄下觀察的結果。並說明觀察結果與先前的預測 是否相同？若不同，請說明並解釋預測與觀察的結果何以會有不同？

根據什麼理由？

活動三：將活動裝置裝設好，然後請學生先觀看，當有兩盞檯燈時，一邊 為紅光，一邊為綠光時，同時照射在物體上，如果綠燈往左移動，請 學生預測影子會是怎樣的狀況？哪個顏色的影子會移動?會往哪個方 向移動? 並解釋何以會做這樣的預測？所持有的理由為何?根據什麼 樣的概念去做這樣的預測。接著進行實際觀察，請學生紀錄下觀察的 結果。並說明觀察結果與先前的預測是否相同？若不同，請說明並解 釋預測與觀察的結果何以會有不同？根據什麼理由？

活動四：將活動裝置裝設好，然後請學生先觀看，當有兩盞檯燈時，一邊

活動四：將活動裝置裝設好，然後請學生先觀看，當有兩盞檯燈時，一邊