研究動機與重要性

第一章 緒論

第１章

本研究旨在探討學生對 x-t 圖的理解情形。本章旨在說明研究動機及其重要 性，並界定研究的目標及其施行的方向。全章共分成四節：第一節為「研究動機 與重要性」；第二節為「研究目的與研究問題」；第三節為「名詞釋義」；第四節 為「研究範圍與限制」。

第一節 研究動機與重要性

第1節

物體運動的過程可用文字和圖像表徵，如圖1-1-1所示。科學教科書先以文字 敘述說明物體的運動過程，之後分別用示意圖和關係圖表徵物體的運動過程。

圖 1-1-1：物體運動過程的文字和圖像表徵 (引自翰林版九上自然與生活科技領域教科書)

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在物體的位置-時間關係圖中，直線的斜率可用來表示物體的速度。直線愈 陡峭者，速度愈大。由此可看到，當物體的運動變成抽象的關係圖時，便可將物 體的運動用數學關係式描述(O'Halloran, 2005)。再進一步地藉由物理的定義及數 學的運算，可以得到新的物理量，然後又可畫出新的關係圖。例如，位置與時間 關係圖藉由數學運算可得到速度與時間關係圖，再經過運算得到加速度與關係 圖。

關係圖的理解在科學學習上有其重要性(Beichner, 1994)。在科學實驗室中，

實驗的操縱變因和應變變因分別對應的數據資料常被畫成關係圖，以看出該事件 的趨勢。而實驗是科學的主要核心，處理關係圖的能力便成為科學家的基本技能 之一。Mokros和Tinker(1987, 引自Beichner, 1994)提到關係圖有視覺識別上的便 利性，讓人方便從數據呈現的圖像看出趨勢和資料中的細微差異。由於關係圖是 非常有效的數據集合，它幾乎被老師當成一種生活用語來使用，但不幸的是，學 生並不共有這個語言，它甚至變成學生學習科學的焦慮來源(Beichner, 1994; 何 東興, 2005)。

教科書在教與學的過程中扮演重要的角色。它是學生學習的一種資源，同時 也為教師提供課程架構(周淑卿, 2008)。教科書中的圖像被視為增進學習的資源 (Reid, 1990)。許多研究證實圖像對文本的閱讀提供顯著的貢獻(Anglin & Steveens, 1987; Hayes & Readence, 1983; Mayer & Gallini, 1990; 邱月玲, 2001)，但有些研究 持提出相反的證據(Reid & Beveridge, 1986; Thomas, 1978; 張淑美, 2003)。造成差 異的原因可能是學習者特性不同、評量方式不同和圖像類型不同。

關係圖比其它圖像難解釋(McKenzie & Padilla, 1986)。運動學的圖像即以關 係圖呈現，所以本質上就是一種較難理解的圖像。再加上運動學涉及位置、速率、

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速度和加速度等概念，學生對這些概念常會出現錯誤(Brasell & Rowe, 1993;

Goldberg & Anderson, 1989; 李如斌, 2002; 邱韻如, 2005; 陳勇全, 2000; 陳秋萍, 2005)。由此可知運動學關係圖的困難度，對學生而言是很高的。

許 多 研 究 指 出 中 學 生 缺 乏 作 關 係 圖 和 讀 關 係 圖 之 能 力 (Throp,1933 ； Thomas,1933；Shaw, Padilla & Mckenzie, 1983；引自McKenzie & Padilla, 1986)，

這二種能力在科學教育裡是常見的重要技能。就運動學關係圖而言，許多研究討 論學生讀運動學關係圖的能力(Beichner, 1994; Brasell & Rowe, 1993; Goldberg &

Anderson, 1989; 李如斌, 2002; 陳秋萍, 2005)，得到一些學生常犯的錯誤類型：

(1)關係圖視為物體運動的軌跡圖(graph as picture)；(2)線段斜率與縱軸值代表的 物理量混淆；(3)未過原點的直線斜率計算錯誤；(4)各關係圖混淆。少有研究探 討學生作運動學關係圖的能力，所以本研究欲探討學生這方面的能力。

運動學的三個關係圖中，學生對運動學關係圖的理解以位置與時間關係圖的 表現較好，加速度與時間關係圖的表現最差(陳秋萍, 2005)。因此本研究欲從位 置與時間關係圖探討學生的作圖能力，以降低運動學其他物理量混淆的影響。

綜合上述，本研究欲探討學生作x-t圖的能力，藉此瞭解學生在運動學x-t圖 理解困難的原因。此外，也探討作x-t圖和讀x-t圖能力的關係。

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