一、六年級學生對槓桿原理之理解較五年級學生的表現來得好
在「槓桿定義」的答題表現上,五年級學生對槓桿的理解存在許多的另有想 法,而六年級由於已經學習過槓桿原理課程,對於槓桿定義較為受到教學影響。
槓桿定義具有轉動的概念,即物體若能繞支點做轉動,才可稱為槓桿。五年級由 於未學習槓桿課程,具有多種自我解釋槓桿的方式,而六年級則多數以槓桿具備 支點、施力點和抗力點來定義槓桿。兩個年級對於槓桿定義,多數為不正確定義。
在「轉動概念」的答題表現上,兩個年級在移動運動的表現皆比轉動運動來 得好。整體轉動概念的表現,六年級學生顯著優於五年級學生。移動和轉動運動 的差別在於物體可否繞支點做轉動,轉動運動是指物體可以繞支點做旋轉,能理 解轉動運動,對於槓桿概念的學習才有幫助,六年級對這方面的理解較五年級好。
在「轉動條件」的答題表現上,兩個年級的表現由優至劣,依序為施力的必 要性、力臂的必要性、施力和力臂的角度關係、轉動所具有的方向性。整體轉動 條件的表現,六年級學生顯著優於五年級學生。要使物體產生轉動必須同時具有 施力和力臂,且力臂需為有效力臂,不可與施力方向平行,否則即便擁有施力,
仍無法使物體轉動。而施力和有效力臂需同時存在才能使物體轉動的這一概念,
六年級學生的表現比五年級學生來得好。
在「名詞理解」的答題表現上,施力點和抗力點的理解,六年級學生顯著優 於五年級學生,但支點的理解,兩個年級並無顯著差異存在,且表現較施力點和 抗力點的理解來得差。整體名詞理解的表現,六年級學生顯著優於五年級學生。
槓桿原理的理解,是以轉動為主要的概念。而要理解轉動概念,需先理解支點的
意義,六年學生對於支點的理解較五年級學生來得好,這也說明了六年級學生對 於轉動概念的理解較五年級佳。
在「效果判定」的答題表現上,無論是運用槓桿所帶來的效果,或三類槓桿 之效果判定,六年級學生皆顯著優於五年級學生,整體效果判定的表現亦是如 此,表示六年級學生對於施力和力臂間關係的理解較五年級學生來得好。
而在「槓桿定義」和「轉動概念」的部分,兩個年級的平均得分均較「轉動 條件」、「名詞理解」、「效果判定」低,尤以「槓桿定義」的理解,兩個年級表現 最差,表示兩個年級對於槓桿原理的轉動概念不夠清楚,但此概念卻是判定物體 是否為槓桿的重要依據。
二、六年級學生對物體是否為槓桿之判定較五年級學生的表現來得好
以十二個情境,區分非槓桿物體、第一類槓桿、第二類槓桿、第三類槓桿來 做兩個年級的答題比較,研究發現只有在第一類槓桿之表現上,五年級和六年級 學生沒有顯著差異存在;其他非槓桿物體、第二類槓桿、第三類槓桿的答題表現,
六年級學生皆顯著優於五年級學生。代表六年級學生在判定槓桿上較能接近科學 概念,找出判定槓桿的方式,而五年級學生尚未接受過正式槓桿課程,存有較為 多元的判定想法,較容易以日常生活經驗來判定。多數五年級學生對槓桿的判定 方式包括擺動、支撐、施力、省力、三點共存、轉動的想法,其中以擺動、支撐、
施力的想法最常使用;多數六年級學生對槓桿的判定方式則包括擺動、三點共 存、轉動,而以三點共存的想法最常使用。而有少數學生存在以外觀方式來判定 槓桿,或是以類似蹺蹺板構造(支點需在中間)的方式來作為判定槓桿的依據。
以下整理出兩個年級的學生心目中對於槓桿的想法:
1、槓桿是直的長型物體、平的板子、桿子、單槓。
2、槓桿需能施力在上、上面要可以坐人、上面要有重量、要可以掛重物。
3、槓桿要有支撐物(點)。 4、槓桿要能上下擺動。
5、槓桿是省力的裝置。
6、槓桿和蹺蹺板相似,支點要在中間。
7、槓桿需同時具備支點、施力點、抗力點。
8、槓桿有支點,且能繞支點做轉動。
以上想法,以第 8 個為正確概念,六年級學生多數以第 7 個想法為主要的槓 桿判定方式,原因在於六年級教科書對於槓桿的論述中有提到:有支點、施力點 和抗力點的工具叫「槓桿」。若學生不懂槓桿原理是應用轉動概念並忽略槓桿應 用時的最重要觀念在於物體能否繞支點做轉動,則他們將會對物體是否為槓桿的 判定方式產生以下錯誤觀念:誤以為物體一定要具備支點、施力點和抗力點,才 是槓桿,只要欠缺任何一點,便不是槓桿。因此,六年級學生對於槓桿判定方式,
多數以三點共存做為判定方式,其原因與課本中對槓桿一詞的論述有很大關連。
反觀五年級學生,其最常用以判定槓桿的方式中的「支撐」想法雖不是正確 概念,卻已漸漸具備支點的觀念,因此其觀念比起六年級判定槓桿方式的三點共 存想法來得正確。但支撐不可和支點劃上等號,因為支撐所具有意義是指一個物 體支撐另一個物體,為上下相對位置的固定點,而支點除了包含上下相對位置的 固定點之外,更包含其他並非上下相對位置的固定點的裝置,例如:車輪的輪軸、
轉動螺絲的螺絲起子等。
三、兩個年級學生具有八種對槓桿的想法類型
從槓桿之判定問卷整理出學生對槓桿的八種想法類型,如下所示:
A.「外觀」類型:該物體為直的長型物體、平板、桿子、單槓。
B.「施力」類型:該物體能施力、上面可坐人、上面有重量、可掛重物。
C.「支撐」類型:該物體有支撐物(點)或支撐別物。
D.「擺動」類型:該物體能上下擺動。
E.「省力」類型:該物體為省力裝置。
F.「類蹺蹺板」類型:該物體和蹺蹺板運作相似,支點在中間。
G.「三點共存」類型:該物體同時具備「支點、施力點、抗力點」。
H.「轉動」類型:該物體有支點(固定點)且能繞支點(固定點)轉動。
從二十四位學生的晤談中,發現接受晤談的五年級學生對槓桿的想法類型以
「擺動」和「支撐」類型居多,而六年級學生以「三點共存」類型居多,此結果 與槓桿之判定問卷中歸納五、六年級學生最常使用的槓桿判定依據的結果吻合。