研究方法與設計

本研究依據研究目的與相關理論，探討國中學生對自然現象的科學解釋內容與解釋間 的融貫性，採取質性的研究設計，以個別晤談為主來建構出原始資料，期望能藉由錄音轉 錄後所得之晤談資料的分析結果，獲得國中學生的科學解釋與解釋融貫性之結論。個別晤 談方法以 S-POE 之實驗活動為晤談主題，引出學生對自然現象的科學解釋。茲將 S-POE 之 實驗活動的發展與內容分述如下：

一、S-POE 之設計原則

White & Gunstone（1992）指出在選擇 POE 的實例時，需注意下列要點：

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 人的理解而得。純粹的猜測是沒有價值的。

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 的 效果。若此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.預測的方式可運用提供幾種可能的情況，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。

本研究所採用之 S-POE，除了將上述的幾項要點考慮在先，另外許良榮（民 94）亦論 及以下的設計原則：

1.S-POE 中所涵括的實驗，必須具有相互關連性，其現象的解釋涵蓋相同的科學概念。

2.所有實驗所涵蓋的科學概念，總計以不超過三個為原則，以達到探求學生之「解釋 融貫性」的目標。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 的融貫性。

3.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 的科學解釋能力。

4.在學生完成一個實驗（POE）的說明之後，必須明確讓學生知曉每一個 POE 的實際

「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「解 釋融貫性」的功能。

5.每完成一個實驗（POE），才進行後續的實驗（POE）。

本研究採用之 S-POE 的實驗活動，乃是涵蓋五個運用「大氣壓力與表面張力」之因素 進行解釋的 POE 實驗。S-POE 之設計，不僅欲深入了解學生對科學概念的理解情形，亦想 探討學生之前後解釋的連結關係，此兩點即為本研究之目的。

二、S-POE 之實驗活動的流程

本研究採用的五個 S-POE 實驗活動，除了實驗一之外，每進行一個實驗，均改變一個 變因，實驗二是將塑膠片改成紗網；實驗三是將實驗二垂直狀態的塑膠杯，改為傾斜方式；

實驗四是將密閉的塑膠杯底部挖一個洞，成為非密閉空間；實驗五則是將塑膠杯改成吸管。

茲將 S-POE 之五個實驗內容與目的整理如表 3-1-1，將 S-POE 的實驗設計圖、晤談的

核心問題，以及各個實驗的科學解釋，整理如表 3-1-2：

實驗四 在實驗二將紗網蓋住杯口，

杯子中的水不會流出來，此 時如果將杯子挖個洞，杯子 中的水會不會流出來？請解 釋原因。（註：水會流出來）

杯子內外之 大氣壓力平 衡，表面張 力不足以支 撐水的重 量。

實驗五

吸管

在實驗三將杯子略為傾斜，

杯子中的水會流出來，此時 若將塑膠杯改成吸管（不再 有紗網），將吸管傾斜後，吸 管中的水會不會流出來？請 解釋原因。（註：水不會流出 來）

因為大氣壓 力支撐著水 的重量，並 且吸管的口 徑小，水的 表面張力可 以避免空氣 進入。

上述即為 S-POE 之五個實驗活動的圖形與內容，其相關概念為大氣壓力與表面張力。

首先研究者擺放一張僅有 S-POE 之實驗圖形，全無任何文字的記錄紙於被晤談者面前，接 著向被晤談者提出上表中實驗一的問題，然後要求被晤談者做出預測，並說明預測理由，

待研究者了解被晤談者之想法後，接著由研究者實際操作實驗一，並由被晤談者觀察實驗 結果，最後再要求被晤談者提出其對實驗一之現象的解釋說明。接續的實驗二至實驗五即 依照實驗一的方式進行。藉由被晤談者對此五個實驗的說明過程與解釋內容，來了解國中 學生的科學解釋與解釋間是否具有融貫性。

挖洞

三、個別晤談

為確實了解學生的想法，本研究對取樣的樣本實施深入的晤談，所採取的晤談方式為

「半結構性晤談」，採用此種晤談方式的原因在於半結構性晤談兼具一定的問答程序與根 據被晤談者的反應可做深入探討兩項優點。

研究者根據 POE 策略之實施步驟，讓學生先預測 S-POE 之實驗一裡，塑膠杯內的水是 否會流出，並且說明理由，接著由研究者動手操作整個實驗過程，請學生觀察實驗結果，

然後再讓學生針對先前的預測進行修正或重新解釋，而接續的實驗二至實驗五亦皆依循

「預測-觀察-解釋」之程序。研究者於晤談當中會依照學生對 S-POE 實驗的回答與臨場反 應提出問題，讓學生以放聲思考法（thinking aloud）直接表達心中的想法，並再次確認 學生回答的內容。晤談的重點在於了解學生對 S-POE 實驗的科學解釋內容，若發現學生的 回答有研究者不清楚之處時，則研究者需加以深入的追問與澄清，直至確實明白學生存在 的真正想法為止。整個晤談過程在學生的同意下，除了全程錄音外，並準備實驗記錄紙供 學生繪圖或書寫文字，以做為事後研究分析的資料。晤談的錄音資料將轉錄為文字，以便 進行資料分析與探討。