本研究旨在運用問卷得知教育大學學生對「大氣壓力」與「表面張力」的先備知識，
再運用「序列性 POE」的理論策略來探討教育大學學生對「大氣壓力」與「表面張力」的 自然科學解釋能力與先備知識的相關性，最後再探討不同背景的學生在科學解釋的能力上 是否有差異性，也以此提供科學教育教學教師實施教學的參考。待答問題如下：
1.教育大學學生中理工背景與非理工背景對於「大氣壓力」與「表面張力」有關的自 然現象的先備知識是否有差異？
2.教育大學學生中理工背景與非理工背景學生的「先備知識」與其「科學解釋能力」
的關連性為何？
3. 教育大學學生中理工背景與非理工背景學生在去除先備知識之後，「科學解釋能 力」有何差異？
第三節 名詞解釋
一、科學解釋
本研究探究之科學解釋以「大氣壓力與表面張力」的解釋能力為主，研究者自行發展 紙筆測驗－「大氣壓力、表面張力」實驗調查，以此測驗成績做為學生科學解釋能力的指 標。
二、序列性 POE（Sequential Predict-Observe-Explain; S-POE）
序列性 POE 就是指預測-觀察-解釋這三個過程是具有序列性的，這個連續的過程可以 進一步了解學生對科學概念的理解程度，是片段性的或是真的能深入一貫性的理解。S-POE 與 POE 都有預測-觀察-解釋這三個過程，而 POE 是經由這三個過程讓學生去理解迷思之
處，由一開始學生進行預測，並解釋原因，再觀察其結果，從這個過程了解差異性。而 S-POE 是設計數個前後具有關聯的特定事件，讓學生依據預測-觀察-解釋這三個過程，完成所有 事件的說明及解釋。本研究設計之 S-POE 實驗如第三章第三節表 3-3-4 所示。
三、先備知識（prior knowledge）
本研究探究之先備知識主要為大氣壓力與表面張力的概念，並自行發展之紙筆測驗－
「大氣壓力、表面張力之概念調查」，以此測驗成績做為學生先備知識的指標。
第四節 研究範圍與限制
一、研究範圍
1.本研究對象範圍涵括全國教育大學(含嘉義大學、台南大學、台東大學)之學生，在 各教育大學中抽取理工學系與非理工學系各一班,研究樣本共 694 人。
2.本研究的內容只包含大氣壓力與表面張力的相關之科學概念。
二、研究限制
1.本研究的研究對象為教育大學的學生，不宜將研究結果推論到其他學校的學生。
2.本研究中的「大氣張力」與「表面張力」的科學概念成就測驗是以大英百科全書中 提及大氣柱施加於單位面積上的力。通常用水銀氣壓表量度，在水銀氣壓表中水 銀柱高度所表示的重量同大氣柱的重量，進行設計。再徵詢指導教授及兩位自然 科學學系教授的意見後修訂而成，並且由初試後修正再作為正式使用。S-POE 測 驗則是由劉月智（2007）的研究晤談結果進行分析，作為命題中選項設計的基礎。
本研究僅限於教育大學學生生有關「大氣壓力」與「表面張力」的科學概念及科 學解釋的差異，故不宜將研究結果推論至其他科學概念上。
第貳章 文獻探討
本章節分為三個部份，首先就 POE 做基本介紹包括國內及國外的 POE 實徵研究進行闡 述以及 S-POE 的設計原則，其次再詳述科學解釋的意涵及國內外科學解釋的實徵研究，然 後說明先備知識的重要性及其與科學概念的關連性。
第一節 POE 的理論基礎及實徵研究
一、POE 的介紹
（一）POE 的定義
POE 是 Prediction-Observation-Explanation（預測-觀察-解釋）的縮寫，是一種藉 由教學者設計預測-觀察-解釋三步驟之任務，以探究學生認知理解情形的教學策略。POE 是由 DOE 改良而成的，是由 Pittsburgh 大學的 Champagne, Klopfer, 與 Anderson 於 1980 年發展的 DOE（Demonstration – Observation – Explanation ）晤談策略開始，加以 改良而來的。DOE 開始發展是用來探討大一學生學習古典力學時，對於物體運動（motion）
的原有想法。其實施步驟如下（王淑琴、郭重吉，1994）：
1.施測者先將一系列之示範實驗的儀器裝置完成，並將運用到之儀器設備的操作方式 加以說明。
2.要求學生以書面方式預測此示範實驗可能發生的變化，並應用個人的知識以及相關 經驗，說明預測的理由。
3.於未觀察示範實驗的結果前，讓學生觀看其他同學所做的預測與解釋，並要求學生 指出其他同學的回應中，是如何使用概念。
4.要求學生比較自己的想法與他人的想法有何異同。
5.接著施測者進行示範實驗，要求學生進行觀察，並將其觀察結果描述出來。
6.讓學生討論其預測與觀察結果間之相異處。
7.進一步亦可讓學生親自動手做實驗，並描述其所觀察到的現象，然後再次提出解釋 說明。
Pittsburgh 大學的 Champagne, Klopfer, 與 Anderson 所發展的 DOE 並未強調預測 的成份。但後來 White 與 Gunstone（1981）認為若未提出預測的理由，就如同在概念圖 上少了連結似的，此部份可顯示理解的價值消失，而預測的理由不僅能呈現學生原本的認 知結構，也可引發學生的學習興趣，因此特別強調預測階段可以了解學生的概念，應是教 師要專注的重點，所以將 DOE 的晤談方式重新發展應用，而設計成 POE 之教學策略，做為 改進教學的方法。
（二）實行 POE 的目的
教師在進行教學時，常常使用提問的方式來引出學生對某概念或某特定事件的動機或 檢視學生了解的程度，但針對提出問題的過程或方式所得到的結果可能有其侷限，而 POE 的實行也是一種檢視學生了解程度的方式，首先會讓學生進行「預測-觀察-解釋」的過程，
其過程中能清楚的知道學生對某特定事件的了解程度解能藉由觀察實際的現象改變自我 原先的概念，是一種具連貫性的教學過程。
Bruce (2000)認為：實施POE的活動，不只是學齡大的學生才能進行，舉凡學齡前的 學生（幼稚園）至大學生皆可，POE幫助我們能思考幾個方向：
1.在進行POE之前要先書寫或討論，可讓學生真正的充分去思考、反省他們自己在做 什麼，時間的提供會使其學生對其特定現象的想法會更深入。
2.POE的第一個階段「預測」會讓學生對某特定事件更有興趣且具有參與感，尤其是 當自己的預測與大多數人不一樣時，會更有興趣了解。
3.此活動為教學提供一個好的開場，此開場能讓學生或小組具有良好的互動，使其增 加相互對話的行為。
4.某一特定事件進行的過程，能讓學生做為更深入探究的基礎。
White 與 Gunstone（1992）也指出進行POE的目的是用某一特定真實情境或事件來了 解學生的認知結構和知識能力的應用，過程中要學生進行預測且要具有理由，其中並不強
林鼎富 2002 國小
張麟偉 2005 國小
洪淑淩 2007 國小
Fekete 與
二、S-POE 的基本介紹
（一）S-POE 的定義
S-POE 意指序列性的預測－觀察－解釋，其設計方式是運用前後有相關性的數個特定 事件或現象，要求學生對每一個特定的事件、現象，按照預測－觀察－解釋之步驟，依序 完成對此數個特定事件、現象的解釋與說明。S-POE 的設計除了具有 POE 本身的功用之外，
將數個相關性的實驗組成的序列性 POE，更能深入探究學生對某項特定概念的了解程度，
以及學生如何應用既有的知識提出科學性的解釋。
（二）S-POE 之設計理念
S-POE 之設計理念源自於許良榮教授（2005），S-POE 不僅可以如同單一的 POE 實驗一 樣，做為探測學生對科學概念的認知情形，亦可用來深入了解學生是否能夠運用相同或相 似的科學概念，解釋相關的自然現象。
（三）S-POE 的設計原則
本研究以及許良榮（2005）之 S-POE 設計原則為：
1.S-POE 中所涵括的實驗，必須具有相互關聯性，其現象的解釋涵蓋相同的科學概念。
2.所有實驗所涵括的科學概念，總計以不超過三個為原則，以達到探求學生之「科學 解釋能力」的目標。因為涵蓋的科學概念過多，將不容易歸納、推理學生的前後之 解釋的一致性。
3.每個後續實驗，只改變前一個實驗的一個變因，以達能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」，以避免學生對於後續實驗落入單純的「猜測」，而失去探究學生之「解 釋一貫性」的目的。
5.每完成一個實驗（POE），才進行後續的實驗（POE），並要求學生不可再修改先前實 驗（POE）已完成的作答。
S-POE 的設計原則是具有連貫性的，藉此設計原則將理解學生對某特定概念的了解程 度，希望學生不再只是學習到零碎性的知識，也希望藉由學術上的研究能落實至教學實務 面，讓實務教學者參考並改進之。
第二節 科學解釋之意涵
一、科學解釋的定義
科學解釋一詞包括科學與解釋，科學解釋是解釋的一種，是指對自然世界中現象或事 件發生的原因作出說明或解釋（ Chin ＆ Brown,2000）。科學解釋是探究科學之事過程中 的產物，內容包含主張、證據、和推理三部分。科學解釋能夠反映出科學知識發展的價值 及信念（ Driver, Newton, ＆ Osborne,2000； Sandoval, 2003； Kuhn ＆
Reiser,2004），過程中也能幫助學生理解事件發生的原因，進而進入探究的過程（ Kuhn ＆ Reiser,2004），因此在科學探究的過程中，科學解釋能力是不可或缺的一環。
科學解釋經常以敘述、書寫的方式（ narrative form , written）呈現出來。不同 於科學描述（ scientific description），科學解釋的書寫方式被認為是一種特殊的語言 類型，但這兩種方式皆為科學寫作形式。在科學教室中，科學描述或是報告（reports）
皆是較常出現的寫作方式（Sutton,1992）。
科學解釋的解釋項中必須包含普遍性定律，解釋項必須包含普遍定律－定律條件，解 釋項必須包含經驗內容－經驗特徵條件，組成解釋項的句子必須是真的－真理條件，從解
科學解釋的解釋項中必須包含普遍性定律，解釋項必須包含普遍定律－定律條件，解 釋項必須包含經驗內容－經驗特徵條件，組成解釋項的句子必須是真的－真理條件，從解