本章共分為四節，第一節敘述研究背景與動機，第二節說明研究目的與待答 問題，第三節說明研究範圍及限制，第四節針對重要名詞做解釋。
第一節 研究背景與動機
日常生活中有一些熟悉的機械設施，例如腳踏車、打蛋器等，這些是科技教 育中增長興趣的課程，但是卻鮮少有人研究小學學生對這些機械設施的概念和推 理能力。然而這些知識是重要的，因為他們提供了一扇窗，去了解孩童有關架構
（structure）和功能（function）之間的推理（reasoning）關係，這些正是科學推 理上的一種基本表徵（Lehrer,1998），例如皮亞傑（Piaget）提出了同化
（assimiliation）、調適（accommodation）和平衡（equilibrium）的觀點，來說明 個體在處理周圍的事物時，統合運用身體及心智方面等各種功能，來解釋兒童面 對問題時的內在認知的處理歷程（張春興，1989）。因此個體運用科學知識及推 理能力去解決個人生活或專業生活中所面臨的問題，正是科學素養所強調的面向 之一。
一個學生在推理一個科學現象時，可以用人類的資訊處理系統的成分來發展 他腦中的個人心智模式，基本上學生要常常面對一個含有疑問、觀察和結論的問 題解決環境。學生要進行一些認知過程，並在他腦中的工作記憶區創造出關聯 性，而這些對於問題、觀察或結論都會產生衝擊，當學生在推理時，它會描繪出 適當的事實、原理和技能，並將它們儲存於腦中的長期記憶區，學生這一連串科 學推理的產物就是個人的表徵。
從心理學的定義，推理思考是只對某些已知的跡象根據邏輯的思考原則，推
用實驗結果去解釋發生的現象或推測可能發生的事。
由此可見，推理能力是學童接受科學教育重要環節之一，因此，研究者以一 個教學現場的教師，進行國小六年級學童推理能力的探究，希望能對學生推理表 徵的研究有所幫助，進而提昇教師課程安排或教學的參考。
九年一貫課程教育是台灣邁向新世紀的教育改革課程，其課程理念以生活為 中心，配合學生的身心能力發展歷程；尊重個性發展，激發個人潛能；培養科學 智能，以適應現代生活需要（教育部，2003）。在科學與技術中，機械運動是直 觀、簡單、也最便於觀察的現象之ㄧ，這是很早就得到研究的一種運動形式。
因此，人們要從生產和生活中遇到的各種機械運動現象抽離出客觀規律，必定 要有相當複雜的提煉、簡化實驗和理論研究的過程。 Lehrer 和 Schauble (1998) 提到觀察齒輪運轉是直接且明確的，換句話說，齒輪設備不像計算機或者縫 紉機， 齒輪的運轉是可以直接視察，齒輪設備沒有隱藏的部分，其運動的傳 送是可看見的，所以適合探索學童的推理能力，而且齒輪在玩具與日常生活中 是常常可見的，也是工業中重要的科學技術之一，例如齒輪式的時鐘、腳踏車、
錄音機、攪拌器等均是運用齒輪原理的簡單機械，學童可以從日常生活的接觸來 了解與進行齒輪的相關推理活動。
本研究以齒輪為主題，利用齒輪轉向、咬合齒輪組的傳動、是否有機械利益 等題目，探究學童原有的認知，和觀察齒輪實際操作後的解釋是否一致？如果一 致，那推理的理由是什麼？如果解釋有衝突時，其推理的論點何在？學童內在心 智架構是否存有一些推理表徵？都是值得研究探討的問題。我們收集學童面對 齒輪操作問題晤談時呈現的資料，經由分析齒輪問題的變化和他們的產生解 釋的判准，來探究學童的推理表徵。