第一章 緒論
第二節 研究目的與問題
本研究希望透過 POE 策略的方式，以「影子變色」POE 推理實驗來了解 國中二年級學生對於影子及影子變色的概念為何?由其在活動過程之中所陳 述的對於影子的形成及影子變色的現象的預測與結果的解釋，去歸納其相關 的概念及推理的過程，並經由此一過程能瞭解學生的概念、推理類型、推理 過程間的關係與相互作用的影響。研究問題如下：
1. 國中二年級學生對於影子與影子變色的概念為何?
2. 國中二年級學生對於影子與影子變色的推理類型為何?
3. 國中二年級學生對於影子與影子變色的推理過程為何?
4. 國中二年級學生的影子與影子變色概念與推理過程間有何關聯及影 響？
第三節 名詞解釋
一、POE 策略
POE 策略係指使用 P(Predict：預測)、O（Observe：觀察）、E（Explain：
解釋）此三個步驟的教學策略及方式，此一策略可以清楚的了解學生對於某 一概念的認知、理解以及推理過程(White & Gunston, 1992)。首先要求學生對 於事件的結果先進行預測並說明預測的理由，接著進行觀察及描述實際所觀 察到的現象，最後就預測的結果及實際觀察到的結果之間的落差，進行調適 以及解釋。
二、影子與影子變色概念
在本研究中，影子概念所指的是在前活動中，學生所使用來解釋影子是 如何形成的概念；影子變色概念是指學生在 POE 推理活動中，所使用來解釋 影子為甚麼會變色的概念。
三、另有概念
本研究所指的「另有概念」乃依據建構主義之觀點，指學生以個人日常 生活經驗、學校學習或其他途徑，對於現象或概念所產生與之認知，而這些 認知與當今科學家所認同的看法與信念不同者。
四、推理類型
本研究所探討的學生推理類型是指學生在進行 POE 活動時，所採用的推 理方式，而本研究所採用的推理類型，是參考張春興(1992)所整理的「歸納 推理」、「演繹推理」和「類比推理」，外加「直覺臆測」 等四種類型進行分 析。
五、推理過程
本研究所指「推理過程」，是指學生在影子變色推理實驗中之 POE 活動中，
對於所觀察到的現象，依據自己原有的知識、概念所陳述之解釋，分析其所 用之推理類型，在整個活動中所呈現的改變。所以在本研究中科學推理過程 包含學生利用推理能力來解決問題時所呈現出來的推理類型，其結果將由概 念來表徵，其方法將由推理策略來表現。
第四節 研究範圍與限制
本研究採質性研究法，由於受到研究時間、人力與物力等因素的影響，
因此研究的範圍與所受到的限制如下：
一、 研究範圍：
（一） 本研究採立意取樣，僅針對苗栗縣某國中二年級某班學生為研究對象 來進行，對象為二十九人，因此對於研究結果不宜過度推論。
（二） 本研究以學生學習及生活經驗為主，並相信學生皆有推理的能力，其 他相關生活背景不在考慮範圍之內。
（三） 本研究結果僅適用於研究對象在本研範圍內所做之推論。
二、 研究限制
（一） 本研究採 POE 策略的半結構式晤談，假設研究對象均有能力且願意 充分表達自己的意見。
（二） 本研究以「光影變化」概念為範圍，對於其他光學概念不宜做過度 之推論。
第二章 文獻探討
本章節為針對與本研究相關之文獻討論與分析，以下分為四個章節討 論：第一節探討 POE 策略；第二節探討概念與另有概念；第三節為成影概 念研究；第四節則是討論推理。
第一節 POE 策略
一、POE 策略的起源1980 年美國 Pittsburgh 大學 Champagne、Klopfer 和 Anderson 設 計了「DOE」(Demonstrate-Observe-Explain)，DOE 的主要目的是希望藉 由此一晤談策略來探討學生的相關概念。這策略分為幾個部分，先對學生 實施紙筆測驗，接著由教師示範實驗活動讓學生進行實際觀察，最後則由 學生回答測驗上的問題並提出說明（Champagne, Klofer & Anderson, 1980），當時有些 DOE 的測驗會要求學生於觀察之前先對實驗的結果進行 預測。
王淑琴（1993）將 Champagne、 Gunstone 和 Klopfer(1985)等人發 展的 DOE 概念晤談教學策略的實施方法整理如下：
（一）裝置好一系列的示範實驗儀器，並說明所用到儀器之操作方法。
（二）請學生預測示範實驗可能發生的現象，並且說明他們之所以如此預 測的理由。
（三）在未觀察實驗示範前，讓學生看其他同學所作的預測及解釋，並請 學生指出他人的答案中是使用到哪些概念。
（四）請學生比較自己的想法和其他同學想法異同之處。
（五）施測者進行示範實驗，要求學生仔細觀察，並將他們的觀察描述出
（六）請學生討論他們所作的預測和觀察到的現象有何不同之處。
（七）進一步也可讓學生親自操作實驗，描述他們所觀察到的現象，並請 他們再次提出解釋。
Gunstone 和 White (1981)發現讓學生進行「預測」的活動，除了能 提高學生的學習動機；其預測的理由也反映出學生原本的認知結構。所以 他們認為「預測」對於瞭解學生概念及提升教學成效十分重要，基於上述 理由，便將 DOE 策略改良為 POE 教學策略，以期提高教學效益。White 和 Gunstone (1992)提出了 POE 策略運用於探究學生概念之改變，其策略的 主要步驟有三：
（一）預測：學生運用其原有的知識去預測一個事件的結果，其預測必須 要有其支持的理由，才能提出。
（二）觀察：在事件完成之後，學生去描述觀察到的結果。
（三）解釋：由學生解釋他的預測和觀察結果之間的矛盾，通常他會遇到 困難，教學者要鼓勵學生去考慮所有的可能因素；此時鼓勵 是重要的，因為學生在這個步驟中會展現出他們對於事件的 理解。
因此，DOE 教學策略雖然與 POE 教學策略相當類似，但也不全然相同，最 主要的差異點在於 POE 教學策略較為強調預測這一階段的重要性，但 DOE 教學策略則否。
二、POE 策略的目的
教育的重要目的之一，是要讓學生學會如何運用學來的知識，去解釋 事件與經驗，在課堂中「問問題」是一種常見的策略，其目的就是要檢視 學生應用知識的情形，而 POE 則是一種對應用知識能力的測量(White &
Gunstone,1992)。因此 POE 比「問問題」更為直接，當我們在提問問題時，
很可能我們的問題之中就會含有對答案的暗示。對學生來說，他的學習也 只是重複操作某一概念來對教師所提的問題做出解釋，這樣的情境學生根 本不需思考。但 POE 所強調的「預測」的部份，與問問題相比，更能讓學
生運用知識去做推理，使用推理去做出解釋，也經由推理讓我們更能了解 到學生所學的知識是如何被運用在真實的情境之中。
葉辰楨(2000)認為，運用 POE 模式，由於作「預測」較少受到「什麼 是正確答案？」的想法影響，運用此一策略，也可使得低成就以及平時不 善表達的學習者較能在教師與同儕鼓勵下發言；而在實驗活動中使用 POE 模式，學習者參與課程和投入的程度亦有所提昇。例如「不同重量的兩個 球，在同樣高度下，哪一個先落下？」這種一般性的問題，在 POE 的過程 中，學生也較有可能以實際觀察到的現象，去評估所學的物理知識如何運 用到真實的情境中(White & Gunstone, 1992)。
李家銘（2001）也發現低成就學生在進行實驗時，由於其實學習成就 就及學習態度的影響，通常只是動手操作而沒有進一步的動腦思考。但若 使用POE策略來進行教學活動，他們的電學概念會有明顯進步，其中最有 意義的是「預測後的解釋和觀察後的解釋」，因為這樣的解釋行為讓學生 會動腦思考問題的答案並評價自己的概念，進而增進學習的成效。
POE 最重要的關鍵是讓學生自己決定推理、預測、解釋所抱持的理由，
在許多活動的經驗中，學生經常由日常經驗或是以曾學過的知識去支持他 們的理由，甚至應用跟科學家相異的觀念去解釋現象。這說明了 POE 比一 般的策略更能探測學生用來解釋科學現象的信念(White & Gunstone, 1992)。
三、POE 策略的實施
Bruce (2000)的研究顯示，許多不同概念、不同階段的科學學習活動 中、都可以運用 POE 策略來作為學習策略，同時 POE 策略也可以很成功的 應用在從幼稚園(利用繪畫與交談)到大學前後的課程，它可以幫助我們思 考幾個方向：
（一）當課程中所學習的是學生有共同興趣的學習材料上，POE 策略提供 科學課程或課堂討論一個很好的導引。
（二）POE 策略可以讓教學者能觀察學生活動的歷程，作為進一步研究、
改進寫作能力或形成性評量的基礎。
（三）由於書寫 POE 活動單需要時間，所以它可以讓學生放慢腳步去思 考，他們正在做什麼？想什麼？因為學生必須去思考這些有趣的現 象與可能的理論來加以解釋。
（四）「預測」這個動作會增加學生的參與感，這會讓大部分的學生對於 真實的實驗現象更有興趣，特別是當學生自己的預測與多數人的預 測不同的時候。
（五）POE 策略的相關教學活動可以成為學生進一步探索科學原理的基 礎，例如觀察到的現象有何差異？實驗可以提供哪些解釋？
然而，Bruce (2000)也提到如果 POE 活動的主題是學生較少經驗的主 題，當要他們進行預測時，學生可能會任意猜測，誤以為學習的目標就是 要回答出老師們心中持有的答案，這是需要特別注意的地方。
「預測－觀察－解釋」是晤談策略的一種延伸（邱美虹，2000），是用 以探測兒童應用知識能力的測量工具，藉由對研究對象完成此三步驟的過 程來探究受試者對概念的想法與概念改變的歷程。
邱美虹（2005）接著更提出 POE 實施步驟如下：
（一）首先向學生說明實驗程序，並讓學生觀看實驗裝置，接著請學生就
（一）首先向學生說明實驗程序，並讓學生觀看實驗裝置，接著請學生就