人類天生就有探究因果關係的傾向。Goswami 等發展心理學家們發 現，兒童在五歲或更早，就會利用事件發生的順序來推論某事件導致了另 一事件（羅雅芬譯，2003）。Hogan 和 Fisherkeller（2000）指出：「我們用 推理去建構知識，我們也用知識去推理」。兒童和科學家都會追問關於宇宙 本質的基本問題和無數他人看似全然細微無意義的問題，所以兒童經常被 比擬為科學家，這個「兒童就像科學家」的比喻激發了許多人研究兒童如 何形成假設、產生實驗以及解釋他們的資料；同樣的，只有當孩童能夠認 識假設和證據之間的關係時，他們對因果的了解才能推動科學與邏輯性思 考的發展，但是兒童和科學家的問題解決仍然有相當大的差異。兒童對科 學推理中的證據和理論的區分能力如何？Siegler 和 Alibali 等心理學者研究 發現兒童通常無法區分事件的結論是經由觀察導出的，還是他們先前本身 信念所產生的，所以，實驗導出的結果和先前信念不一致時，他們特別難 以解釋（林美珍譯，2004）。
從西元1970 年後，科學教育轉移到對個體的重視，此後，無論東西方 的科學教育，都在其領域中發展探究教學課程（歐陽鍾仁，1988）。科學教 育逐漸將建構知識主體回歸到學生身上，讓學生有時間和機會去面對問
題、解決問題，科學的學習不再只是科學知識和概念的記憶，而轉向強調 科學探索能力和問題解決能力的養成。（丁信中、洪振方、楊芳瑩，2001）。
因此現今的學生在科學學習中，推理能力的建立是必要而刻不容緩的。
Hogan 和 Fisherkeller（2000）更強調專家和生手科學思考的差別是科 學知識本身，而不是推理能力；雖然專家和生手在知識基礎上真的有重要 的差別，但卻無法解釋為何同為生手的學生面對一個他們同樣不清楚的主 題，卻在思考和學習上有著不同的差別。舉例來說，有些生手的學生能比 別人更易克服自己的天真(naive)概念，以統整新資訊及對現象有更全面且 綜合的了解。此類生手的學生事實上是具有較強的推理技能、後設認知能 力，以及投入有用的認知，而不是擁有較多的先備知識或較高的基礎認知 能力（Klaczynski & Gordon, 1996; Kuhn & Pearsall, 1988, 2000; Stanovich &
West, 1998）。因此，在教學中加入「推理」的要素是目前科學教育所提倡 的。
美國科學促進協會（American Association for the Advancement of Science，簡稱 AAAS, 1989）提出十三種科學過程技能，推理為基本過程 技能之一（王美芬、熊召弟，2005）。其中，八個基本過程技能所包含的「觀 察」、「預測」和「推理」，和五個統整技能包含：「形成假設」、「鑑認變因」、
「解釋資料」等，即是科學探究和推理的重要技能。AAAS 提出的 Projedct 2061，也認為「科學」即是「探究」，其教育目標便是培養美國全民具有科 學素養，並能用科學過程解決問題，為達此目的，必需學習科學的過程技 能，培養推理能力。（NRC, 2000）。
現行的九年一貫課程綱要，國小自然與科技領域課程中的基本理念也 提到－學習科學，就是讓我們學會如何去進行探究活動：學會觀察、實驗、
歸納、研判，特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習，使我們獲得處 理事務、解決問題的能力。（教育部，2003），所以在三～九年級的科學過 程的能力指標中皆包含觀察、歸納和推論的指標。由此可知，在國內亦相
重視學生的科學過程能力的培養。但是二００七「國際數學與科學教育成 就趨勢調查」（Trends in Mathemtaics and Science study ,簡稱 TIMSS）結 果指出，雖然台灣學生科學表現居全球第二，計算能力優於美國，可是推 理能力卻顯得不足（國科會，2005），而調查研究也指出，台灣學生「正 向態度」與「自信心」成績亦低於國際平均（陳政帆，2006）。從建構學 習的觀點來看，要讓學生真正從事科學探究學習，並從中得到推理等科學 技能和喜悅的成果，現今台灣的科學教學實務上，尚有一段差距需要來彌 補。
二、 研究動機
Bullock（1991）發現三、四年級學生的確擁有某些系統性的推理技巧。
研究者在科學教學中也發現：學生在課堂上的科學探究的過程並非能力不 足，對於科學知識普遍都能理解、記憶並充份討論、發表的情況下，在實 驗課程中，學生卻常常無法連結實驗結果和自己學過的科學知識，對於實 驗目的、控制變因、如何改變操縱變因？欲觀察何種結果？都不甚明暸，
最後大部分學生都是把教科書敘述套用在學習評量上，但是對真正實驗結 果，尤其和課本結果不符合者，學生所採取的策略是忽略它，或者用一些 另有概念來解釋；學生們表現出不相信自己面對的證據，反而是依賴教科 書權威的解釋，此態度和科學史中科學家的創作相反，著實令人疑惑。
為了解學生的概念和推理過程，Gunstone 和 White（1992）在 Probe Understanding 一書中談到如何探究學生理解的問題，其中提到「預測-觀察 -解釋」的方法，簡稱 POE 策略，提供一個理解學生概念和推理的有效方 法，評量學生如何應用自己的知識來推理解決問題，正符合本研究的需要，
所以本研究採用POE 策略流程配合實驗和晤談方法來進行。
此外，在幾何光學課程的安排中，成影概念通常被認為是相當簡單的 學習單元。然而，很多研究顯示，絕大多數的中小學生，對影子形成的概
念都存有很多的另有概念，本研究從建構觀點出發，藉由邱韻如（1998）
的活動設計，發展了以成影概念為主題的一系列推理實驗活動，在整個活 動過程中，學生經由本身概念及問題的引導和觀察現象產生認知衝突，在 概念的重整與自我協調中，學生如何形成推理，進而達成概念的改變。研 究者結合 POE 策略設計了一系列影子變色的推理實驗，探討國小六年級 生的成影的另有概念、推理類型及推理過程，以作為教學上幫助學生提昇 科學概念理解和推理能力的參考。