研究對象之電磁概念

本研究的電磁鐵推理實驗結合了POE活動，在POE活動中，學童會使用既 有的概念來進行預測或解釋，當預測與觀察不一致時，學童會修正或者是改變 既有的概念，來對於預測與觀察的不一致提出解釋。在本節中，研究者整理歸 納了研究對象在預測與解釋活動中所提出的說法，分析其主要判斷之依據，並 將其主要判斷之依據分為四大類，這四大類分別是：「電學」、「磁學」、「電 磁鐵」及「直覺概念」。

在表4-1-1 中的第一欄為概念類型、第二欄為各概念類型的概念編碼、第 三欄為各概念的內容描述、第四欄為持有該概念的次數、第五欄為持有該概念 的次數的百分比。如表4-1-1 所示：

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第三碼英文字母：AC表示另有概念，SC表示科學概念，GC代表直覺概念。

圖 4-1-1 各類推理實驗判斷依據使用次數

研究者根據表 4-1-1 的統計結果，將各大類推理依據被使用的總次數整理 如圖 4-1-1 所示，為各類推理實驗判斷依據的使用次數，橫軸表示研究對象所 使用的四個類型的判斷依據，縱軸表示每個類型被使用的次數。研究者從圖 4-1-1 中得知，研究對象最常以「電磁鐵」為推理依據，共 127 次，佔了 37.03%，

其次是以「磁學」為推理依據，共 122 次，佔了 35.57%，也有研究對象以「電 學」為推理依據，共 30 次，佔了 8.75%，或者是直覺臆測，共 64 次，佔了 18.66%。

由此可以看出有部分研究對象是以日常生活經驗或是以直觀現象來作為推理 的依據；有部分研究對象是以在課堂上所學習的概念來作為推理的依據；也有 部分研究對象對於實驗裝置全然陌生的情境下，使用直覺臆測。茲將各類推理 依據所包含的概念，舉比較具代表性的概念與實例詳述如下。

一、 研究對象在電磁鐵推理實驗進行推理的依據

（一）以「電學」作為推理的依據

1.「電池反接之後，電流的方向改變」的科學概念，以 1-1SC 表示。

在電學方面，S02 在 E4 階段，解釋電磁鐵的磁極發生改變的原因是因為 電流方向改變了，而 S02 提出電流改變的原因是因為他發現電池反接，所以

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他持有「電池反接之後，電流的方向改變」的科學概念，以 1-1SC 表示，此 概念被使用了 16 次，佔了 4.66％，也是以「電學」為推理依據的三個概念 中，被使用最多次的一個。茲將研究對象所持的概念列舉如下：

S02E4：電磁鐵的磁極產生改變的原因是因為電流方向改變了……。

2.「電池和磁鐵一樣，本身具有磁力，也具有 N 極和 S 極，而且 N 極和 S 極會像電流一樣流動。」的另有概念，以 1-2AC 表示。

S03 在 E3 階段時，認為電池和磁鐵一樣，本身具有磁力，也具有 N 極 和 S 極，而且 N 極和 S 極會像電流一樣流動，然而根據電學的角度來說，電 池的外殼具有磁力，具有 N 極和 S 極，但是 N 極和 S 極不會像電流一樣流 動，因此 S03 所持的概念是不正確的，列為另有概念，以 1-2AC 表示，此概 念被使用了 12 次，佔了 3.50％。茲將研究對象所持的概念列舉如下：

S03E3：電池和磁鐵一樣，分成 N 極和 S 極，電池正極流出 S，電池負極 流出 N……。

3.「從電池正極流出來的電流會吸引指北針的 N 極；從電池負極流出來的電 流會吸引指北針的 S 極。」的另有概念，以 1-3AC 表示。

S19 在 E4 階段時，認為從電池正極流出來的電流會吸引指北針的 N 極；

從電池負極流出來的電流會吸引指北針的 S 極，列為另有概念，以 1-3AC 表 示，此概念被使用了 2 次，佔了 0.58％。茲將研究對象所持的概念列舉如下：

S19E4：從正極流出來的電流會吸引指北針的 N 極；從負極流出來的電流 會吸引指北針的 S 極……。

綜合上述，有相當多研究對象能運用「電池反接之後，電流的方向改變」

的科學概念來作為推理的依據。研究者發現研究對象都是在第三個推理實驗或 是第四個推理實驗才以「電學」作為推理依據。在研究對象所提出的概念當中，

以「電學」作為推理依據的概念被使用了 30 次，佔所有概念提出次數的 8.75%。

（二）以「磁學」作為推理的依據

1.「同極相斥，異極相吸」的科學概念，以 2-1SC 表示。

有多數學童使用「同極相斥，異極相吸」的概念來進行預測或解釋，這是 正確概念，也是本推理實驗的一項重要的關鍵概念，列為科學概念，以 2-1SC 表示，此概念被使用了 83 次，佔了 24.20％，也是所有推理的依據當中，被使 用最多次的一個，在這個科學概念中，學童的「吸引」概念遠多過於「排斥」

概念，可見兒童的概念多半來自生活中的直觀經驗。茲將研究對象所持的概念 列舉如下：

S12P2：根據第一個觀察知道電磁鐵的左端為 S 極，再根據異極相吸的原 理，所以會吸引電磁鐵左下方指北針的 N 極……。

2.「同極相吸，異極相斥」的另有概念，以 2-4AC 表示。

S11 在 E3 階段時，提出「同極相吸，異極相斥」的概念，這是不正確的 概念，列為另有概念，以 2-4AC 表示，此概念被使用了 1 次，持此概念的學童 僅有 1 人，雖然 S11 在第二個推理實驗正確歸納出電磁鐵磁極的分佈，但是因 為在第三個推理實驗中電池反接，S11 無法從肉眼看出磁極也會跟著改變，又 堅信所看到的實驗結果，顯示學童會相信自己所看到的現象，會修改抽象的科 學概念來解釋親眼所見的現象，所以科學教育者要多讓學童在實際操作的環境 下學習科學原理，如此一來才不會讓學童對抽象的科學概念產生似是而非的感 覺。茲將研究對象所持的概念列舉如下：

S11E3：看到指北針的 N 極被電磁鐵右端的 N 極吸引，我覺得應該是同極 相吸，異極相斥……。

3.「單就指北針與電磁鐵的相對位置來判斷指北針 N 極的指向」的另有概念，

以 2-2AC 表示。

S05 在 P1 階段時，認為當指北針放在電磁鐵的右上方時，指北針 N 極就 會指向右上；S08 在 E1 階段也認為當指北針放在電磁鐵的右上方，則指北針的 N 極就會指向右上；S07 在 P4 階段時認為當指北針放在電磁鐵右下方時，指北

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針的 N 極就指向左上，所以當指北針放在電磁鐵左上方時，指北針的 N 極就會 指向右下；由以上三位學童所持的推理依據得知，「單就指北針與電磁鐵的相 對位置來判斷指北針 N 極的指向」，這是不正確的概念，因此列為另有概念，

以 2-2AC 表示，此概念被使用了 18 次，佔了 5.25％。茲將研究對象所持的概 念列舉如下：

S07E4：當指北針放在電磁鐵右下方時，指北針的 N 極就指向左上，所以 當指北針放在電磁鐵左上方時，指北針的 N 極就會指向右下。

4.「欲判斷指北針的 N 極或 S 極會被電磁鐵吸引，端視哪一極比較靠近電磁鐵」

的另有概念，以 2-6AC 表示。

S24 在 P2 階段時，認為欲判斷指北針的 N 極或 S 極會被電磁鐵吸引，端 視哪一極比較靠近電磁鐵，這是不正確的概念，因此列為另有概念，以 2-6AC 表示，此概念被使用了 8 次，佔了 2.33％。而且 S24 在 P2 階段時，以此概念 進行了後面三個推理實驗的預測，都與實驗結果一致，顯示以另有概念來預 測，也有可能與實驗結果一致。茲將研究對象所持的概念列舉如下：

S24P2：左下角指北針的 N 極比較靠近電磁鐵，所以會比較「快」被電磁 鐵吸引……。

5.「強大的地球磁場會使指北針的 N 極指向真正的北方，所以指北針不大會受 到電磁鐵的影響」的另有概念，以 2-3AC 表示。

S26 在 P1 階段時，認為強大的地球磁場會使指北針的 N 極指向真正的北 方，所以指北針不大會受到電磁鐵的影響，這是不正確的概念，因此列為另有 概念，以 2-3AC 表示，此概念被使用了 7 次，佔了 2.04％。茲將研究對象所持 的概念列舉如下：

S26P1：強大的地球磁場會使指北針的 N 極指向真正的北方，所以指北針 不大會受到電磁鐵的影響……。

6.「指北針有一半是鐵製的，另一半不是鐵製的。」的另有概念，以 2-5AC 表

示。

S13 在 P1 階段時，認為指北針的 N 極是鐵製的，但 S 極不是鐵製的，這 是不正確的概念，因此列為另有概念，以 2-5AC 表示，也被使用了 5 次，佔了 1.46％。茲將研究對象所持的概念列舉如下：

S13P1：指北針的 N 極是鐵製的，但 S 極不是鐵製的，…….所以指北針的 N 極會被電磁鐵的右端吸引……。

綜合上述，在磁學相關概念方面，若以次數來論，科學概念提出的次數佔 全部磁學概念提出次數的 68.03％，而另有概念大概佔了三成，但就種類來論，

磁學方面的另有概念確實比電學和電磁鐵的另有概念還要多，這可能是因為學 童對於磁鐵較為熟悉，所以在預測或解釋的活動中，會使用他們較熟悉的概 念，對於不熟悉的電磁鐵進行推理，但因為學童不熟悉磁場的概念，大多都是 使用「磁性」或「磁力」，所以會造成錯誤的類比或者是錯誤的演繹，而形成 另有概念；學童提到「吸引」的概念遠多過於「排斥」的概念，這大概是受到 日常生活中磁鐵的用途所影響，可見兒童的概念多半來自生活中的直觀經驗。

在研究對象所提出的概念當中，磁學概念被使用了 122 次，佔所有概念提出次 數的 35.57％。

（三）以「電磁鐵」作為推理的依據：

1.「電磁鐵的 N 極和 S 極是同時存在於電磁鐵的兩邊。」的科學概念，以 3-1SC 表示。

S18 在 E2 階段中認為電磁鐵具有兩種磁性，一半為 S 極，一半是 N 極，

這是正確概念，列為科學概念，以 3-1SC 表示，此概念被使用了 68 次，佔了 19.83％。這是本推理實驗的一項重要的關鍵概念。茲將研究對象所持的概念列 舉如下：

S18E2：電磁鐵一半為 S 極，一半是 N 極……。

S02P3：根據第二個實驗知道電磁鐵左端為 S 極，右端為 N 極；所以會吸

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引右下角指北針的 S 極……。

2.「電磁鐵和電池一樣，具有正極和負極，電磁鐵的正極會吸引指北針的 N 極，

電磁鐵的負極會吸引指北針的 S 極」的另有概念，以 3-2AC 表示。

而有學童認為電磁鐵和電池一樣，具有正極和負極，電磁鐵的正極會吸引

而有學童認為電磁鐵和電池一樣，具有正極和負極，電磁鐵的正極會吸引