研究動機

孩子們在外面玩耍時往往會對看起來是新奇的事物好奇，並且可能會 提出諸多問題，例如：這是什麼東西？它能做什麼？它可以摸嗎？我能用 它作什麼？為什麼會是這樣的情況？當然這些問題很多是蘊含一定的科 學道理的，也會是科學家們真正想探究的。但是孩子畢竟不是科學家，關 於世界是如何運轉的好奇心使得孩子們相對容易去從事科學的活動，觀察 和思考是把孩子們帶入科學殿堂的有力工具，但是在孩子們不經意間從事 的觀察和推理，卻與科學家們受過訓練的努力之間有非常多的不同。

我們如何幫助學生發展科學已知的思想和方法？向學生介紹科學文 化工具，以及科學知識生產背後的價值和信仰。而身為教師的我們也意識 到，即使是在低年級，孩子們能夠成功的承擔這樣的學習挑戰。通常在正 式學習新的科學概念時，學童已經通過平時對日常生活中某一些現象的觀 察和體驗形成了一些個人化的意識概念，這些概念往往被稱之為先前概念

（葉辰楨，2000）。事實上，學童頭腦中的「先備概念」對新概念的學習 會產生不同的影響，有時會對學習具有正面的效果，能幫助新概念的理解 學習；而有時則會產生負面作用，妨礙新概念的建立。學生先前的生活經 驗很多也都是對的，但是這些經驗都是學生個體的生活經驗，這些經驗形 成的概念往往是片面、模糊的、甚至有可能是與科學概念相違背的迷思概 念（misconception）（許良榮、王瓏真，2003）。

根據邱美虹（2000）的研究可知，學生在學習自然與生活科技的概念

時所遭遇的困難非常多，因為學生的學習背景並不是一片空白，學生在進 行自然科學的學習之前，已經具有許多生活科學的先備知識，並由於概念 本身是抽象的、複雜的、且有時是與生活經驗不一致的，是以在進入科學 教室學習時，學生要改變既有的舊概念是很困難的。因此，一般的中小學 生在學習科學概念時，學習成效大多不佳，有時更往往造成迷思概念的產 生。如果能在他們學習科學知識時，引入一些有效且可引發學生學習動機 的學習媒介，而此媒介是學習者日常所熟悉的，將可有效的提升學習者的 科學概念學習成效（吳宏達、陳淑華，2006）。

在九年一貫課程中，自然與生活科技的課程目標中提到：培養探索科 學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣；學習科學與技術的探究方法和 基本知能，並能應用所學於當前和未來的生活，以及培養獨立思考、解決 問題的能力，並激發開展潛能（教育部，2003）。因此，我們的教育目標 之一即是培養學生主動學習、探究、推理、應用知識去獨立解決問題的能 力。在經過數年的實施與修正後，甫推出兩年多的100 課綱，明確的將分 段能力列出，其中與本研究相關的三項如下：

1.過程技能：增進科學探究過程之心智運作能力；

2.思考智能：對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思 維能力，以及資訊統整能力；

3.科學應用：應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力（教育部，

2009）。

這三項主要是強調學生培養推理與探究能力的重要性，可以看出教育 的方向是提高學生的個人能力，而提升學生推理能力是教師刻不容緩的任 務之一。

另一方面，在全球性的學生成就評量調查中，PISA 國際評量計畫（The Programme for International Student Assessment，簡稱 PISA）在 2006 年測 驗—科學測驗之結果，從第三名至第七名的測驗成績其實並沒有顯著差 異，亦即加拿大、臺灣、日本、紐西蘭等表現相近，但和前兩名的芬蘭與

香港卻有明顯差距，因此臺灣還有很大的進步空間；而另一項 2003 年 TIMSS 國際數學與科學教育成就趨勢調查中，臺灣科學部分的成績雖然名 列第二，但是此成績僅限於國小四年級和國中二年級，而國小六年級卻沒 有列在施測樣本中，因此對於國小六年級的科學探究及推理的能力，僅能 作間接的推測。

研究者認為在進行類似推理的教學模式前，應先瞭解其科學推理的能 力，因為科學推理能力的不同可能會造成不同的推理表現。目前國內外相 關科學推理的文獻多著重於科學推理技能或推理測驗設計之探討，較少著 重於學童科學推理能力與表現的研究。

POE 的活動是預測（predict）-觀察（observe）-解釋（explain）的過 程（White, 1988），如圖1-1-1，而美國科學促進協會（AAAS）所定義的

「解釋資料」一項，內容是組織資料並提出結論，能對觀察所得給予合理 的解釋，目的是在進一步產生推理、預測、假設，因此我們可以利用POE 活動觀察、研究學童推理的表現。

圖1-1-1 POE 活動的過程

光學題材在國內外中小學自然課程都是極重要的領域，環顧與人類生 活相關的科技產品莫不與光學概念有重要的關聯性（謝明錦，2003）。通

過調查發現國小學童對於「光」迷思概念最常見的有：光可彎曲行進、能 看到物體是來自於直接察覺、在完全黑暗環境中，人亦能視物、物體位置 在鏡子範圍內，才能從平面鏡中看到成像、水具有放大的功能以及水會折 射等迷思概念（王盈琪、王美芬，2006）。在光學題材中，「光反射」現象與 日常生活息息相關，例如鏡中的影像、湖畔的倒影、光纖的通訊等，故學 童可能會從生活中的觀察發展出一些關於「光反射」現象的想法，但由於

「肉眼」觀看物體時受「知覺」因素的影響，他們從日常生活中發展出來 的想法與科學家的想法可能未必相同。因此本研究以「光反射」為題材來 分析學童的相關概念，除了可瞭解學生的想法外，也有助於科學教師進行

「光反射」單元的教學。

「光的反射定律」是基本的物理概念之一，也是日常生活經常發生的 現象。光的反射牽涉到物體表面的性質和光的特性等概念，現行的國民 中、小學教材有關光的單元或主題，範圍甚廣且分散在各個教學單元，在 九年一貫課程「自然與生活科技」學習領域課程綱要中，八年級的教材內 容要項包含教導學生認知光的反射定律：

(1) 反射光線與入射光線、法線在同一平面內；

(2) 反射光線與入射光線分居法線兩側；

(3) 反射角等於入射角。

以上三點可以精簡的描述為「三線共面、法線居中、兩角相等」的概 念，教學者可根據此三要件介紹常見的鏡面反射（reflection）以及散射

（scattering）等原理。國小六年級學生對光的認識還不是很透徹，對於光 的反射具有多樣性的迷思概念，因此本研究聚焦於探討他們對光反射的迷 思 概 念 與 其 推 理 的 表 現 。 另 一 方 面 ， 在 文 獻 中 並 未 發 現 以 POE

（Predict-Observe-Explain）策略探究學生對光反射定律的研究，因此本研 究嘗試運用POE 策略來探究學生對光反射的迷思概念，以作為教師改進教 學、促進學生學習效果、與增進學生推理能力的參考。如果老師能瞭解學 生的推理表現，便能夠趨近瞭解學生在腦中思考的歷程，從而進行適當的

探究式教學設計，除了提升學生學習的興趣外，也可培養學生的思考與推 理能力。