研究發展與方法

第一節 研究發展與方法

本研究依據Gunstone與White（1981）所發展之POE策略，探討國小四年 級學童對於電磁鐵推理實驗所使用的推理類型和呈現的推理過程。所採用之 研究工具係參考國內外相關研究文獻，類似序列性POE（許良榮，2005）的 設計，期間經三次初探研究，再與指導教授及兩位在職進修專班同學研究討 論後，依相關研究結果設計電磁鐵推理實驗及POE 活動單。在POE 活動進 行的過程中，研究者與研究對象，進行個別的一對一晤談，確認學生的想法 及探知其推理過程。以下就研究工具：「電磁鐵推理實驗POE活動單設計」、

「電磁鐵推理實驗裝置」、「晤談大綱」分述如下：

一、電磁鐵推理實驗POE活動單設計

McGinn 與Roth（1998）的研究指出，部分學生在紙筆測驗中，能採用 科學概念進行解釋，惟在動手操作的情境下，仍以其另有概念為主要判準。

Fellows（1994）也宣稱，為瞭解學生的思考過程與另有概念，可分析學生撰 寫的解釋與文件資料。本研究根據POE 策略實施原則、研究目的及國內外 相關文獻等，發展出本研究所使用之「電磁鐵推理實驗POE活動單」（附錄 一~附錄四，以下簡稱POE活動單）。在進行正式研究之前，研究者在不同 於正式研究的樣本班級進行兩次試探性研究，在兩次試探性後與指導教授、

兩位在職進修專班同學針對初探結果與發現的問題進行研討後，改良POE活 動單。

本研究的電磁鐵推理實驗結合POE策略，分為四個POE活動，研究者提 供一個真實可觀察的實驗裝置，依序展示第一個活動到第四個活動的實驗裝 置，也要確定學童知道要觀察的重點為何，並對學童提出問題，請學童先預 測實驗結果，同時也請學童說明是依據怎樣的概念來做出這樣的預測，接著 請學童將預測的實驗結果紀錄在POE活動單上。再來研究者開始操作實驗裝 置，請學童進行實際觀察，並將觀察結果記錄在POE活動單上。然後請學童 與之前的預測作比較，如果實驗結果與之前的預測不一致，請學童就不一致 處提出解釋，如果實驗結果與之前的預測一致，也要請學童對於自己所持的 概念做出解釋，說明為什麼會一致。

二、電磁鐵推理實驗活動內容設計

（一）電磁鐵推理實驗裝置說明

因為POE活動設計的原則為要提供學童一個可以能夠直接進行預測與 觀察的真實情境，不能只是憑空猜測，雖然電流磁效應所牽涉的電流和磁場 都是抽象複雜又難以觀察的，但是電流磁效應讓電磁鐵周邊所產生的磁場會 讓指北針產生偏轉，而且指北針的偏轉是可以直接觀察，也易於觀察，方便 記錄；基於上述幾點，所以本實驗裝置，如圖3-1-1所示，是依據國小自然與 生活科技課本康軒版第七冊第四單元活動二電磁鐵所改良研發而成。實驗裝 置包含指北針一個、逆時針方向纏繞150圈漆包線的鐵釘一支、1.5伏特AA 電池一顆及電池座一個。在實驗裝置通電後，經過電線與漆包線的電流，會 在電線與漆包線的周圍形成磁場，會使指北針產生偏轉，若改變電流的方向

（將電池反接），根據安培右手定則，電磁鐵的磁極會改變；指北針的指向 也會隨之改變。當電池正接時，將指北針放在電磁鐵的右上方、左下方；當 電池反接時，將指北針放在電磁鐵的右下方、左上方，請學童進行預測。

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圖3-1-1 電磁鐵推理實驗裝置圖

（二）電磁鐵推理實驗活動內容

本研究的推理活動實驗的設計原則有下列幾點：

1. 確認研究對象是否了解所要觀察的現象為何。

2. 提供研究對象一個真實且可直接觀察的情境，並提出問題，請研究 對象進行預測，因為單純的猜測是沒有意義的。

3. 每個後續實驗，只改變前一個實驗的一個變因，以期能夠深入探討 研究對象對於單一變因的推理能力。

本研究藉著改變電池的接法，讓電流的方向改變，繼而改變電磁鐵的磁 場，來操縱指北針N極的指向，讓研究對象進行推理。根據上述，設計了以 下四個活動，活動與活動之間，只會改變一個變因，並讓研究對象進行預測 與觀察，活動內容分述如下：

活動一：將實驗裝置（如圖3-1-1）裝設好，請學童觀看並且預測，當 電池通電時，放在電磁鐵右上方的指北針N極會指向哪裡？然後請學童提出 預測的理由。接著進行實際觀察，請學童記錄下觀察的結果。並且說明觀察

的結果與之前的預測是否一致？如果不一致，請試著說明觀察的結果與預測 有何不一致？並解釋為什麼會不一致。

活動二：請學童觀看並且預測，當電池通電時，放在電磁鐵左下方的指 北針N極會指向哪裡？然後請學童提出預測的理由。接著進行實際觀察，請 學童記錄下觀察的結果。並且說明觀察的結果與之前的預測是否一致？如果 不一致，請試著說明觀察的結果與預測有何不一致？並解釋為什麼會不一 致。

活動三：電池反接，請學童觀看並且預測，當電池通電時，放在電磁鐵 右下方的指北針N極會指向哪裡？然後請學童提出預測的理由。接著進行實 際觀察，請學童記錄下觀察的結果。並且說明觀察的結果與之前的預測是否 一致？如果不一致，請試著說明觀察的結果與預測有何不一致？並解釋為什 麼會不一致。

活動四：電池反接，請學童觀看並且預測，當電池通電時，放在電磁鐵 左上方的指北針N極會指向哪裡？然後請學童提出預測的理由。接著進行實 際觀察，請學童記錄下觀察的結果。並且說明觀察的結果與之前的預測是否 一致？如果不一致，請試著說明觀察的結果與預測有何不一致？並解釋為什 麼會不一致。

三、晤談大綱

（一）第一個實驗：指北針放在電磁鐵的右上方

1.電路通電之後，請你預測指北針的N極指向？你預測的理由是什麼？

2.實驗結果和你預測的一樣嗎？你覺得是什麼原因，會有這樣的結果？

（二）第二個實驗：指北針放在電磁鐵的左下方

1.電路通電之後，請你預測指北針的N極指向？你預測的理由是什麼？

2.實驗結果和你預測的一樣嗎？你覺得是什麼原因，會有這樣的結果？

3.根據這二個實驗結果，你發現了什麼？其中有沒有什麼規則性?

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（三）第三個實驗：電池反接，指北針放在電磁鐵的右下方

1.電路通電之後，請你預測指北針的N極指向？你預測的理由是什麼？

2.實驗結果和你預測的一樣嗎？你覺得是什麼原因，會有這樣的結果？

3.根據這三個實驗的結果，你發現了什麼？其中有沒有什麼規則性?

（四）第四個實驗：電池仍保持反接，指北針放在電磁鐵的左上方

1.電路通電之後，請你預測指北針的N極指向？你預測的理由是什麼？

2.實驗結果和你預測的一樣嗎？你覺得是什麼原因，會有這樣的結果？

3.根據這四個實驗的結果，你發現了什麼？其中有沒有什麼規則性?