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一、拋物線、橢圓及雙曲線的各心智模式:

本研究結果發現拋物線、橢圓及雙曲線的各心智模式可為下列幾種情形 (1) 拋物線:可分為正確的模式、火箭筒型及類拋物線型。

(2) 橢圓:可分為正確的模式、操場型及類橢圓型。

(3) 雙曲線:可分為正確的模式、雙拋物線型及類雙曲線型。

(4) 其他:圖像型。

上述的心智模式係根據本研究的質性資料抽取出來的結果,因此有可能出現 與本研究相異的心智模式存在。在拋物線方面,火箭筒型為學生將所見的拋物線 作延伸後,無法判別接下來的情形所出現的,因此學生雖口說「拋物線的開口會 越來越大」,延伸之後因認為兩端不可能有交點,而判定拋物線的兩側為平行。

橢圓中的操場型容易出現在圓錐曲線單元學過許久的學生,對橢圓的定義、外觀 因已遺忘許久,才導致操場型的心智模式出現。雙曲線中的雙拋物線型為教師們 教授此單元時,應特別提醒學生注意雙曲線與拋物線的異同。但學生對於雙曲線 的一支與拋物線的特徵容易混淆,而非利用拋物線或雙曲線所持有特殊的性質,

判別雙曲線的兩支非拋物線。研究者發現某些程度較差的學生只是將教師們提醒 過的話強記下來,因此在本研究中對雙曲線分類出雙拋物線型。類拋物線型、類 橢圓型及類雙曲線型為外觀類似(如具有開口、對稱等概念),但對幾何定義的 認識缺乏完整性,或無法在圖形延伸之後,決定圖形的走向之心智模式。最後一 個具有受圖形外觀影響型之心智模式的學生,幾個圖形經過切割、平移,認為橢 圓中能夠切割出拋物線,切割之後能夠經過平移形成橢圓;而雙曲線兩側經過平 移能夠形成橢圓。研究者猜測擁有此心智模式的學生,缺乏無限延伸的概念,及 容易受到圖形外觀的影響。此類的學生對漸近線、圖形的特徵、幾何定義等,也 較缺乏明確的概念。

二、相關概念的使用:

(1) 學生使用的「弧度」及其意義

本研究利用學生對於弧度、開口、無限延伸、對稱、漸近線及幾何定義等概 念尋找出學生對於拋物線、橢圓及雙曲線的心智模式。在本段中,研究者將針對

「弧度」概念進行討論。

本研究所指的弧度係為學生口語中的「弧度」,意為一曲線彎曲的程度,與 高中教材中所談到的弧度正確定義不同。但學生在訪談的過程中,談到弧度,也 講到弧度的大小,但是弧度這個概念在不同的受訪者口中外顯的表徵不盡相同。

在本研究中,學生使用「弧度」的時機為描述一曲線彎曲的程度,常以圖形 較寬、圖形較窄合併使用拿來描述一個曲線的彎曲程度。而程度中等以下的學生 大多以圖形描繪弧度的大小:變動較劇烈的曲線,學生稱為弧度較大的圖形;而 變動較緩和的曲線,學生稱為弧度較小的圖形。

研究者發現學生所談的弧度的概念,以及以圖形描繪出弧度大小所呈現的相 關概念與數學上所談的曲率類似,即說明一曲線彎曲的程度。根據學生的回答及 呈現的結果,學生認為三個圖形的「弧度」大小依次為雙曲線、拋物線及橢圓。

程度較好的學生描述一曲線彎曲的程度時,會以曲線上切線的變化程度作為判斷 曲線彎曲的程度,這些討論皆與數學中所談的「曲率」相似,如圓半徑的倒數為 圓的曲率;局部而言,圓的彎曲能以其切線的斜角變化衡量。

研究者推論,學生在學習的過程之中,自然而然會產生「曲率」概念,雖然 在各科的教學內容中,不一定出現曲率,但學生做某些判斷時,能夠自然的使用 這個概念。

在本研究中亦有一個有趣的發現,受訪者 B5(自、高)在訪談的過程中,利用

「弧度」的概念解釋問題時,B5 對弧度的解釋為「當 x 變動 1 單位的情況下,y 的變動不為定值,則在圖形上可產生一弧度。」研究者猜測在教學現場中,教師 對直線斜率的解釋為「當 x 變動 1 單位,y 的變化量的定值,稱為斜率」。研究 者訪談的時間為受訪者高二下學期,此時尚未學習高中數學「選修Ⅱ」中的微積 分相關概念,因此也未有微分、連續等概念。研究者猜測學生若能完全理解直線 斜率的概念,能夠更有利於學習圖形方程式或繪製多項式函數圖形。

(2)學生認為拋物線、橢圓及雙曲線三者之間可經由某種關係互相轉換。

學生在拋物線、橢圓及雙曲線三個圖形中,認為三者彼此之間可互換,即有 雙曲線的兩支為拋物線,雙曲線的兩支經過平移、旋轉之後,可形成橢圓。在橢 圓上可擷取出拋物線;若擷取的曲線相同,則經過平移、旋轉之後可形成雙曲線。

兩相同的拋物線經過平移、旋轉可形成橢圓或雙曲線。

在教學現場,教師總會在課堂上示範圓錐與平面的截痕,及在什麼樣的條件 之下截痕為拋物線、橢圓及雙曲線。之後的教材為了代數運算推演的方便(蘇惠 玉, 2008),開始由幾何定義介紹拋物線;學習過後,再經由幾何定義介紹橢圓;

最後介紹雙曲線,期間約為一個月的上課時數。研究者猜測,學生在學習之初,

對圓錐曲線單元一開始的圓錐截痕印象很深刻,大部分學生直覺的認為這三者之 間的關係密切相關。因此,若無法確實掌握幾何定義或形成截痕的條件不同的學 生,會認為三者之間能夠經由一些操作互相變換。

在這個部分中,學生直覺的認為橢圓經由切割、圖形的平移會產生雙曲線;

在一個橢圓上可切割為數個拋物線;兩相同的拋物線經過平移後可產生橢圓或雙 曲線的兩支經平移、旋轉之後可造出橢圓等。研究者猜測在這些情況之下,學生 直觀的判斷圖形的走向,卻無法區別圖形延伸後和原圖形之間的關係,因此這一 類的學生受到圖形外觀極大的影響。

三、研究者的省思

經過三個階段長時間的質性研究為主的探索過程中,研究者由不知如何起頭 到逐漸釐清整個研究的脈絡。在訪談學生的過程中,由剛開始的生疏到最後的熟 稔,在這段過程中,難免會不小心引導學生的思路,研究者在之後會更加小心。