本章分成四節，分別說明本研究的研究設計、研究對象、研究流程、
研究資料收集與分析。
3.1 研究設計
在學習新知識的時候，很多學生往往只注意到自己所理解的那部分，
即使在學習後，學生往往也堅持自己認為對的概念，因而扭曲了對新概念 的理解。學生存在這種問題，老師應該正視並想辦法解決。
Piaget 和 Inhelder（1969）認為，學習的產生是因為個體要適應環境而 改變其內在認知結構，其作用的方式有兩種：一是同化（Assimilation），
一是順應（Accommodation）。前者指當學生在學習新知識時，將新經驗 或新事物納入已有的認知結構中；後者指原有的認知結構不足以吸納新知 識時，學習者必須改變原來的認知結構以順應外界的要求。在學習過程 中，主體正是通過同化和順應兩種機制達到與環境的平衡。依照皮亞傑的 觀點，學習者舊概念改變的過程也就是其認知結構改變的過程，即個體的 知識建構是同化和順應的認知建構過程與「原有平衡一不平衡一新的平 衡」的認知發展過程的統一。
學生對科學概念理解和轉變過程是比較複雜的，通過引導學生借助認 知衝突並去查找衝突的原因，去正視診斷原有的知識架構，讓學生表達自 己「先備概念」獲得的緣由，並去解釋判斷它與科學概念之間的差異，這 將會有助於學生對概念理解的轉變，建立正確的科學概念。為此，White 和 Gunstone 認為可以嘗試採用 POE 策略，讓學生去觀察自己周圍的世界 並加以詮釋，來評測他們的先備概念，並促進其迷思概念的轉變，可以對 光的反射也會有正確的認知。
White & Gunstone（1992）提出訪談就是對話，可透過對其過程的掌
控而瞭解學生的理解及推理依據。透過解釋所顯露出的即學生的理解本 質，White & Gunstone（1992）同時指出若經歷過事例訪談，有真實情境，
學生在推理和解釋上會較為容易。
根據Gunstone & White（1981）發展的 POE 策略，依據現實環境探討
「六年級學生科學推理表現」，希望六年級學童借著類似的推理任務實 驗，以增強其歸納推理的能力，所採用之工具經由閱讀相關文獻，與指導 教授、和一位同學討論，編制其雛形，設計光的反射推理實驗模組，在學 生記錄部分設計活動單，POE 過程中，研究者和研究對象進行一對一半結 構式訪談，紀錄並確認學生真實想法，以及分析推理表現是否達到歸納推 理的能力。學生POE 活動單如附件所示。
我們選擇光作為我們的中心主題因為它提供了很多好處，第一個好處 是實踐中的：這個主題涉及的相對簡單的概念，孩子們可以在用相對簡易 的設備的研究中瞭解。另外，發展關於光的科學知識給我們帶來了對我們 不能直接體驗的世界的樣子形成概念的挑戰——這對很多科學學習來說 是個關鍵因素。
發展科學知識經常需要觀念的改變，它使我們達到以新的方式觀察我 們的物質世界。學生們必須認識到事物並不總是如它們看起來的樣子——
這本身就是一個很大的觀念上的飛躍。光學學習給了孩子們一個可達到的 機會來不同的看待世界，並且向他們的現有觀念挑戰。我們看到我們周圍 的世界因為光從物體反射到我們眼睛裏，而我們並沒有感覺到我們看到的 是反射光的結果。
在進行以POE 策略所設計的光反射推理實驗時，研究者對受試者進行 個別訪談，並在每一個子實驗前，請同學先寫下推理的想法和理由，而在 實驗完畢後，請同學再次寫出所觀察到的現象的解釋。在資料的處理方 面，除了研究者外，另外也請了兩位老師(各有十四年和六年的自然科學教 學年資)協同分析，希望藉由分析者的三角檢定，以獲得可信度較高的研究 資料。
在POE 活動的設計方面，本研究就考慮到受試者在中年級時已學過光 的單元，但尚未學過光的反射定律，是以本研究中的POE 推理實驗，是從 中年級教材做加深的自編設計（附錄一）；另由於只有一個班級受測，是 以利用POE 的訪談策略，讓學生去推理並解釋自己所看到的現象。
本研究設計了五個POE 活動，其中前四個活動用雷射光從不同的角度 射入鏡子，請學生預測及觀察光反射的角度，反射角是以量角器測量（附 錄一），在觀察到光的反射角後，請學生解釋其預測與觀察間的異同，並 請學生說明理由。由於入射角和反射角存有相等的關係，因此這四個實驗 的結果是具有規律性的，研究者想瞭解國小六年級的學生是否能發現這個 規律性？另外，他們會如何描述這個規律性？他們會使用與科學家類似的 語言或是另有自己的描述方式？換句話說，這四個活動可以讓學生進行光 反射實驗的推理，研究者想瞭解受試者會歸納出什麼樣的結論。
在前四個活動之後，研究者想瞭解學生是否能運用其結論於新情境，
是以設計了第五個活動，此活動將鏡子傾斜20 度，再以 20 度的角度射入 雷射光，讓學生預測光反射的角度。雖然鏡子傾斜，但光的反射定律並不 會改變，入射角仍然會等於反射角，然而，國小六年級的學生是否能瞭解 鏡子傾斜所產生的效應？他們會不會有不同的想法？這些是本研究想探 討的問題之一。
進行研究期間，教學者會對受試者進行個別訪談、錄音及收集學習單 數據，並和其他兩位自然科老師共同分析學生的推理過程，以及他們如何 應用自己建構的結論，去預測新的情境所產生的現象。
3.2 研究對象
本研究的研究對象為台中市某國小六年級某班級學生，該校位於衛星 市鎮，且學校為常態編班，學生的自然科成績也接近常態的分佈。在研究 對象中，男生有15 位，女生有 15 位，共 30 人。
3.3 研究流程
本研究在提出構想及進行文獻收集與閱讀後，首先確定研究方向為探 討國小六年級學生對於光反射實驗的推理表現，然後根據主題設計 POE 推理實驗，經過兩次的初探測試與修正，最後完成五個POE 活動的設計（附 錄一），之後，對受試者施測，最後進行分析與歸納本研究的發現與結論。
研究流程如圖3-3-1 所示。
收集文獻
確定主題
確定實驗設計
發展POE活動單 選取研究對象
施測
結論
圖3-3-1 研究流程
3.4 研究資料收集與分析
本研究的目的著重于學童的概念與推理能力運用情形，因此本研究採 用半結構式深度訪談法來進行資料蒐集的工作。
3.4.1 半結構式深度訪談法
本研究採用半結構式深度訪談法（semi-structured in-depth interview），
是希望可藉此深入瞭解研究對象主觀的認知歷程和經驗，而取得本研究所 需要的大部分數據，其目的在於透過訪談發現一些重要的因素，以及瞭解 學生的想法。
3.4.2 資料蒐集
為了減少人為干擾的因素，在活動期間，研究者以不具引導性的問題 對受試者做錄音訪談，也設計學習單，請他們在觀察及操作前、後各寫下 自己的想法。最後研究者將錄音帶轉成逐字稿，與學習單互相參照以分析 學生的推理表現。
3.4.3 資料分析
針對訪談資料的處理，研究者將訪談內容轉譯成逐字稿，並予以編 碼，依據受訪者之看法，仔細分析資料，藉以分析國小六年級學生對於光 反射實驗的推理表現，編碼方式如表3-4-1。
表3-4-1 半結構式訪談編碼說明
注記 說明
MH021001008
M：男同學；
H：自然科成績在班級平均成績以上；
02：學號為 2 號學童；
1001008：100 年 10 月 8 日測試。
研究者及兩位協同研究者會將學生的訪談記錄進行個別分析，以瞭解 他們在POE 活動中的推理表現，分析後研究者將與協同研究者討論彼此的 分析結果，最後提出本研究的結論。