本研究採質性研究法，研究是依據國小自然與生活科技領域中關於「影 子」和「光的顏色」的單元的內容，透過一系列推理活動設計搭配POE 策 略，探討在「影子變色」活動中，國小六年級學生對影子改變現象的另有 概念和推理過程；活動中採用半結構式晤談，先收集國小六年級生對影子 的原有概念、再看實驗過程中他們如何假設、預測、觀察和評估，最後分 析其成影概念、推理類型及推理過程；為收集廣泛而有效的資料，本研究 依照收集到的相關文獻，循序開發研究所需的研究工具。首先參考文獻（邱 韻如，1998）設計一組影子變色推理實驗的活動裝置，再發展出「國小六 年級影子變色推理實驗POE 活動單」、「國小六年級影子變色推理實驗晤談 大綱」，一面並進行初探研究，一方面改良研究工具，另一方面精進晤談巧，
以期在學生進行活動中配合晤談方式收集資料，能深入探討研究問題。
為了探究國小六年生對於影子變色推理實驗的推理過程，本研究在實驗 前要求學生「預測」實驗結果，然後讓學生透過觀察和紀錄來評估自己的預 測與觀察結果之間的差異；當學生形成自己暫時理論（假設）後，接著再進 行下一個活動的「預測」。經由一系列推理性的實驗和 POE 活動，來了解
受試者經由「假設、預測、觀察、評估」的推理過程中概念呈現與改變和推 理類型。
在推理實驗活動中，研究者以錄音、訪談、錄影及研究日誌的方式蒐集 資料，針對受試國小六年級學生所出現的假設、解釋進行分析；依據受試者 所持之推理類型及概念呈現情形，來瞭解受試國小六年級學生對於科學現象 的推理過程，本研究之研究發展和設計內容分述如圖3-1-1所示：
前活動預測
學生提出假設
（背景知識概念依據）
實驗處理（觀察活動）
學生解釋評估結果 （調和認知衝突）
學生進行次活動預測
圖3-1- 1 研究架構圖
一、 推理實驗活動裝置發展 簡易模組一：
研究者依據POE 活動，設計出一系列可以造成和一般認知不同的影子 變色推理實驗活動。研究者先用兩枝相同的手電筒測試，為方便辨識，在 桌面上鋪上一大張白紙，紙上放一個半徑約2.5 公分，高約 8 公分的積木，
準備紅、黃、綠、藍、紫(市面上僅有)五種顏色的玻璃紙，剪出長、寛各 8 公分的正方形，將正方形玻璃紙套在手電筒上用橡皮筋固定，打開手電筒 後就可以各發出紅、黃、綠、藍、紫五種顏色的光，將手電筒朝向積木左 右兩邊擺放，利用五種光的組合，我們在暗房中可以安排用任意兩種光照 射積木，則可以呈現不同顏色的影子，舉例來說：假如我們用左邊綠色玻 璃紙發出綠光，和右邊紅色玻璃紙發出紅光的組合，一起照向積木，會發 現左邊的影子呈現綠色，右邊影子呈現紅色，觀察者可能也會發現綠光照 射下所產生的影子為紅色，紅光照射下產生的影子是綠色。如圖3-1-2：
圖3-1- 2 左右兩邊不同燈光照射下，產生不同顏色的影子
由於手電筒的照度不夠，而且光線會發散，用黃色玻璃紙產生黃光照 並不易判別，此外，初探研究時，學生會在觀察活動中會拿手電筒直接由 上而下照射積木，會顯現色光的照射路徑，學生因此想法會受到限制，而 集中在色光混合，並沒有考慮色光和影子的相關，為讓實驗不有所偏頗，
研究者在指導教授建議下參考科學博物館3D 立體成像裝置及澳洲光學實 驗組，改變實驗設計如下，稱為實驗模組二。
實驗模組二：
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。
在指導教授建議下，研究者決定將積木影子投射在白色牆上，並改善 光源發散問題，於是選用二個有燈罩可調光式抬燈，並選用10W 的紅、綠、
藍、紫色等彩色燈泡及一個 100W 較亮的白熾燈泡，將積木用細線黏好垂 吊在支架上，把抬燈左右夾在桌上，二個抬燈光源都集中投射向積木，形 成類似一個點光源投射的樣子，實驗活動器材和裝置如圖3-1- 3 及 3-1- 4：
圖3-1- 3 實驗活動器材圖 圖 3-1- 4 研究裝置配置 二、 活動內容設計
（一）推理實驗活動之設計原則
依據White 和 Gunstone（1992）在 Probing Understanding 一書中預測 -觀察-解釋中的實例，再配合推理實驗設計的精神，本研究設計著重以下 要點：
１、POE 的基本考量是要提供學生一個能夠做出預測的情境，並且此 預測結果是根據個人的理解並推理而得。純粹猜測是沒有價值的。
２、提供學生一個真實的問題情境，並讓學生可以找到相關性的脈絡，
才有助於 POE 和推理效果。若問題對學生而言為非真實性的，至
少應提供學生一些真實世界的支援線索、材料或說明。
３、盡可能讓 POE 的觀察結果清楚可見，也就是說要讓學生的觀察 直接可行。
４、預測的方式可讓學生進行選擇，或是應用開放的反應模式，讓學 生直接表達自己的想法。
５、光影推理實驗活動所涵括的實驗，必須具有相互關連性，其現象 的解釋涵蓋相同的科學概念。
６、所有實驗所涵蓋的科學概念，總計以不超過三個為原則，因為涵 蓋的科學概念過多，將不容易歸納、推理學生的前後解釋概念。
７、每個後續實驗，只改變前一個實驗的一個變因，以達成深入探討 學生對於單一變因的推理評估。
８、在學生完成一個實驗活動的說明之後，必須明確讓學生知曉每一 個實際「實驗結果」，以避免學生對後續實驗落入單純的「猜測」，
而失去探究學生之推理的功能。
９、每完成一個 POE 活動，才進行後續的 POE 活動。
本研究用「光」為操縱變因，「影子」為應變變因，涵蓋「色光」和「影 子」兩因素的概念，藉由改變光源的條件產生不一樣的影子，不僅將深入 了解學生對相關概念的理解，並欲以探討學生推理過程為本研究的目的。
（二）光影推理實驗活動設計
本研究設計五個推理實驗活動，每進行一個活動，均改變一個變因，
首先是喚醒記憶活動：用紅色燈光照射積木，活動一是增加一盞藍色燈光，
成為一紅一藍兩盞燈；活動二是將活動一的燈光改為綠色和紫色；活動三 是將活動二的燈光改為紅色和100W強力燈泡；活動四則是將活動三的積木 改為球和球棒形物體，燈光改成一紅一綠。茲將五個光影推理實驗活動內 容與目的整理如表3-1-1。
表3-1- 1光影推理實驗內容與目的
表3-1- 2 光影推理實驗設計圖與科學解釋
表3-1- 3 實驗設計與呈現結果
活動內容設計 問題 科學現象
喚醒記憶活動 在紅光照射下，
請問你在牆上會 看見什麼現象？
活動一 改成左邊用藍
光，右邊是紅 光，請問你在牆 上會看見什麼現 象情況？
活動二 改成左邊用綠
光，右邊是紫 光，請問你在牆 上會看見什麼現 象情況？
活動三 改成左邊用比較
強的一般燈光，
右邊比較弱紅 光，一般燈光是 紅光強度的10 倍，請問你在牆 上會看見什麼現 象情況？
活動四 改成左邊用綠
光，右邊是紅 光，但是用兩個 積木，一是球，
一是球棒，請問 你在牆上會看見 什麼現象情況？
三、 活動單設計及晤談大綱
（一）POE 活動單
為配合前述 POE 活動之預測、觀察、評估等階段進行，研究者設計發 展「POE推理實驗活動單」；分別為：喚醒記憶活動及四個推理活動，喚醒 記憶活動意欲探求研究對象對成影過程及影子所持有之概念為何；其餘四個 推理活動根據 POE 原則、活動目標及教材內容等，將之修訂為適合本研究 所使用之「國小六年級影子變色推理實驗POE活動單元一～四」，意欲評測 受試學生如何利用推理過程來建構成影概念。透過活動單的記錄，受試學生 可以清楚明白的呈現內心想法，研究者藉此得以大量蒐集研究對象的推理過 程。活動單初步定案之時，請國小自然科老師審視其可辨讀性，將疑義部分 修正以進行預試並修改。
本研究進行時同時針對 POE 活動單內之問題陳述進行訪談，整個過程 採一對一方式同時進行活動及訪談，實施時間約為三十分鐘，視受試學生答 題狀況作調整，訪談過程在徵得受試學生同意後使用錄音、錄影全程記錄，
並筆記關鍵語句；為確實知道受試學生的想法，避免受試學生所呈現出的概 念與研究者所解讀的產生誤差，研究者依受試學生在活動單上的答題情況及 施測時反應提出問題，鼓勵受試學生直接表達心中的想法，研究者覆述並再 次確認受試學生答題的理由及解釋為何。晤談重點在於瞭解受試學生於活動 單上所述的推理過程，倘若晤談中覺察受試學生前後回答有不清楚或矛盾之 處，則就其概念與所觀察之現象產生衝突之處直接發問加以深入了解和澄 清，直至確認受試學生存在的真正想法。研究者除了隨時紀錄受試學生所提 之推理相關過程，並針對受試學生所填答之活動單中的推理過程的概念變化 進行深入晤談，讓學生用口語回答以補充文字敘述之不足，豐富資料的蒐集 作為事後研究分析之用，最後將錄音、錄影內容轉譯為逐字檔案，從中找出 受試學生的推理之概念變化和推理類型以便進行歸類及探討。