本章將就研究背景與動機、研究目的與研究問題、名詞定義及研究範圍與限制，
分成四節敘述之。
第一節 研究背景與動機
在教育部與行政院國家科學委員會之科學教育白皮書(2003)中指出：科學教育 最少應包括科學探究能力與科學過程技能的訓練，如各種實驗操作技巧、提出假 設、設計實驗過程、收集數據、作圖、推論、反思批判思考、以及尋求累積新科學 知識等能力。九年一貫課程綱要(2003)的分段能力指標中，所列出來的思考智能也 強調推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力。另外，在九年一貫課程的十 大基本能力中，「主動探索與研究」和「獨立思考」兩項基本能力均提到推理能力 的培養。在國民中小學課程綱要（2008）的分段能力指標中，其中的思考智能亦要 求學生對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力。由以上可 見，國內的教育部門非常重視學生的推理能力。在國外，美國的「全美數學教師委 員會」（The National Council of Teachers of Mathematics, NCTM）在2000年的「數 學原則和標準」（Principles and Standards for School Mathematics）中，將推理能力 列為幼稚園到高中的學生必須學習且應具備的數學能力之一。在美國的SAPA
（Science－A Process Approach）課程中，將科學過程分為八個基本過程與五個統整 過程。八個基本過程即為：觀察、應用時空關係、分類、應用數字、測量、傳達、預測、
推理（魏明通，1996），由此可見推理是科學過程中重要的一項科學過程技能。國 內外的教育組織都如此重視學生的推理能力，值得研究者對學生的推理作更進一步 的研究。
研究者具有九年的教學經驗，擔任過一至六年級的級任老師與一年的自然與生
活科技之科任老師。在這九年中，研究者每年亦指導學童從事研究並參加科學展 覽。研究者從指導學童參加科學展覽與自然與生活領域的教學經驗中，發現了一個 非常有趣的現象：學童會對「能親身體驗的科學現象」產生很大的興趣，並因此產 生了學習的動機。在體驗科學現象之後，在上課發言時，都會有超過一半以上的小 朋友踴躍發言。
研究者發現所任教的班級中，學童自然與生活科技的成績不甚理想，其評量的 單元正包涵了磁力單元。但是磁鐵是學童最感興趣的主題(Barrow,1990/ 2000)，學 童看到磁鐵常常把玩許久。在市面上，學童可以輕易的接觸到磁鐵玩具，如釣魚 遊戲組、磁浮陀螺等。在學校，學童也常使用到磁鐵製品，例如在黑板上固定紙 類教具的長條形或圓形磁鐵、有磁性扣鈕的鉛筆盒、門與牆壁的固定座等；回到 家，家具用品亦常應用到磁鐵，如學童幾乎每日都會接觸到的冰箱門、家庭記事 板等，所以磁鐵亦是學童在日常生活中重要的物品。但研究者參考國內外的研究，
發現學童對於磁力具有許多迷思概念，例如林明軫（1994）在其研究中，發現四至 六年級學童存有磁力的迷思概念，如：「不論任何形狀的磁鐵磁極的位置都在兩端」、
「磁力是包含在地心引力之內」、「磁化的產生必需要和磁鐵摩擦」、「鐵會吸收磁鐵 的磁力」和「鐵本來就有磁力」……等等；林鼎富（2002）對國小三年級與六年級 的學童做國小學童靜磁概念之研究，亦發現學童有二十種主要的迷思概念與十種錯 誤思考模式。但是，在國內很少有對於國小三年級的學童作磁力推理實驗的研究。
相關於靜磁方面的研究也只有林明軫(1994)、鄭如琳(2000)與林鼎富（2002）等三 篇，國外較著名的學者亦只有 Barrow(1990，2000，2007)等三篇。但磁鐵超距力 概念的建立是學習五、六年級電磁鐵與電動機的基礎。因此，本研究希望透過簡單 的實驗瞭解國小三年級學童對「磁力」的認知。在研究者就讀科學教育研究所中涉 略了 POE(Predict-observe-explain)策略，發現運用 POE 策略能有效的鼓勵學童應用 自己原有的知識進行推理及解釋，也能探測出在真實情境中學生運用其原有概念及
認知結構的情形(許良榮，2006)。所以，本研究設計了以「磁力」為主題的 POE 活 動，並在活動中讓學童進行推理，藉以瞭解學童的磁力概念，並從活動過程中探討 國小學童對「磁力實驗」的推理歷程。
第二節 研究目的與待答問題
壹、研究目的
本研究旨在利用簡易磁力實驗裝置，透過 POE 策略的活動，讓學童進行預測、
操作與觀察，再由學童針對實驗結果與預測間的異同提出解釋。學童在進行一次 POE 活動之後，接著再進行推理式的 POE 活動。研究者從所收集活動單、問卷和訪談等 各項資料，加以分析，探究以 POE 策略設計之磁力活動對於國小三年級學童磁力概 念學習的影響，及學童在 POE 活動中的概念改變情形，並探討在學童的推理能力與 磁力概念的關係。
貳、待答問題
根據研究目的，本研究的待答問題設計如下：
一、學童在磁力POE活動中，呈現的磁力概念為何？
二、學童在磁力POE活動中，推理的過程為何？
三、學童在磁力POE活動中，推理過程與磁力概念間的關係為何？
第三節 名詞定義
壹、POE策略
POE策略為White和Gunstone 在(1992)所提出的Predict-Observe-Explain（預 測－觀察－解釋）策略，用來探究學童對概念的理解與改變。POE策略提供學生 一個實物實驗狀況，要求學生預測會產生何種改變，並說明改變的原因，要求學 生仔細觀察其中的改變，最後要求學生思考預測與觀察間的不同，想出可能造成 不同的原因，得到結論（Gunstone & Mitchell, 1998）。
貳、磁力概念
係指磁鐵超距力現象與兩極作用之概念。
參、推理
依據教育部國語辭典（教育部國語推行委員會，2007）的解釋，推理即為一種 邏輯的思考方式，由已知或假定的前提來推求結論，或由已知的答案結果，反求其 理由根據。凡由因以求果、由果以溯因、由現象以歸其原理、以原理說明現象等，
演繹、歸納、類比的思考活動，皆稱為推理。現運用於心理學、犯罪學、偵辦案件 上，有很大的幫助。
第四節 研究範圍與限制
壹、研究範圍
一、研究樣本的範圍
根據文獻顯示：研究學童的推理過程與磁力概念方面，在以國小三年級學童為 對象的研究並不多，因此本研究將研究對象設定為國小三年級學童，以彰化縣某鄉 村地區型的國民小學三年級某班級20位學童為研究對象。
二、研究內容的範圍
本研究所探討之概念範圍為「國民小學三年級的磁力概念」方面的三個POE實 驗情境，研究內容範圍是依據晤談與POE活動單之結果而來。
三、本研究只針對晤談中所提及之概念與推理情境做分析，不分析其它相關概念。
貳、研究限制
一、研究樣本的限制
因受到人力、時間、經費等種種因素的限制，本研究的樣本僅限於採立意取樣，
選取研究者任教學校三年級某一班全部的學童為研究對象，因此所得結果不宜過度推 論到其他對象。
二、研究內容的限制
本研究概念是關於「國民小學三年級的磁力概念」方面的三個POE實驗活動，不 宜推論學童對於其他情境上的推理過程與磁力概念。
三、研究結果的限制
本研究的研究性質是質性研究，研究的方式主要以POE推理實驗與晤談為主，因 此研究結果不宜過度推論，僅供類似研究情境之參考。
第二章 文獻探討
本章共分四節，第一節探討POE策略的理論基礎，第二節說明概念與概念改變 的相關研究與理論，第三節敘述推理的意涵與類型，第四節則介紹磁力概念及其相 關研究。
第一節 POE 策略
壹、POE的起源
1980年，Champagne、Klopfer和Anderson在美國的Pittsburgh大學最先設計了
「DOE策略」(Demonstrate-Observe-Explain strategy)，即示範-觀察-解釋的策略：他 們的做法是先對學生實施有關古典力學方面—對於物體運動的原有想法之紙筆測 驗，再由教師示範有關紙筆測驗的實驗並讓學生觀察。最後請學生回答測驗裡的問 題並提出說明，其中有些問題會要求學生在觀察前對結果進行預測，但是在整個活 動中並不特別強調。其研究發現學生即使在高中修習了至少一年的物理課，還是存 有許多有別於正統牛頓力學的概念（Champagne, Klofer & Anderson, 1980）。
1981年Gunstone和White發現若是讓學生先進行預測的活動，則可呈現出學生原 有的認知結構，並能提升學生的學習興趣與效果。於是將DOE策略前特別再加入預 測活動，即成為現今所說的POE(Predict-Observe-Explain)教學策略。1992年White 和 Gunstone（1992）提出POE策略，為預測（Predict）-觀察（Observe）-解釋（Explain）
的簡稱，將此策略運用於探究學生概念之改變。過程是由教師提供一個情境給學生，
要求學生運用其原有的知識去預測其結果，並寫下預測的理由，隨後進行實驗操作，
讓學生觀察並紀錄下觀察到的現象，最後要求學生調和、解釋預測和觀察之間的不 一致。
貳、POE的目的
White與Gunstone（1992）指出運用POE教學策略的目的是藉由真實情境來探測學
生的認知結構及應用知識的能力，強調學生對真實事件的預測及預測的理由，較少強 調正確答案與評分的問題，學生較能呈現他們真實的想法，讓學生去敘述他們所支 持的理由，學生經常以日常生活的經驗去支持他們的理由，或是應用與科學原理不同 的觀點去解釋自然界的現象。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，低成就與平時表現不善表達的學生較能 在教師與同儕鼓勵下發言。因此，經過這一些晤談，我們獲得更接近學生真實的想法 與其原有概念。在活動中，學生必須以其原有的認知結構對某些現象、某一個事件去 預測結果，其預測必須要有其支持的理由，並且要求學生提出預測的理由。在觀察實
生的認知結構及應用知識的能力，強調學生對真實事件的預測及預測的理由，較少強 調正確答案與評分的問題，學生較能呈現他們真實的想法，讓學生去敘述他們所支 持的理由，學生經常以日常生活的經驗去支持他們的理由，或是應用與科學原理不同 的觀點去解釋自然界的現象。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，低成就與平時表現不善表達的學生較能 在教師與同儕鼓勵下發言。因此，經過這一些晤談，我們獲得更接近學生真實的想法 與其原有概念。在活動中，學生必須以其原有的認知結構對某些現象、某一個事件去 預測結果，其預測必須要有其支持的理由，並且要求學生提出預測的理由。在觀察實