第肆章 研究結果與討論
第二節 科學解釋內容與類型之分析
研究者於學生提出預測理由後，立即操作該實驗，便於讓學生觀察實驗結果，並在學 生觀察結束後，接續進行 POE 的第三步驟-解釋。在解釋階段裡，學生針對實驗觀察所得 之結果，提出一個合理的解釋說明，對於預測實驗結果錯誤之學生，或是觀察完實驗結果 後，有了不同的想法而針對預測理由進行改變的學生，亦於解釋階段提出經過調適
（reconcile）後的解釋說明。而本節除了探討 30 位學生於解釋階段提出之科學解釋內容 外，亦將學生提出的解釋進行分析，並歸納出這些解釋所屬之類型。以下將依序探究學生 於這五個實驗所呈現的解釋說明與其解釋類型。
一、POE 實驗一之科學解釋內容與類型的分析
（一）解釋階段之解釋說明的分析
由於 30 位學生對實驗一提出實驗結果之預測皆為正確的，而且這些學生於觀察完實 驗結果後，都認為預測理由無誤，無須再進行補充說明或修正預測理由，所以此 30 位學 生在解釋階段所提出之科學解釋與其預測理由是相同的。茲將學生提出之科學解釋依據科 學術語分類並整理如下表 4-2-1：
表 4-2-1 學生於實驗一提出之科學解釋與人數一覽表
科學術語 解 釋 內 容 學生代號 人 數 合 計 大氣壓力向上壓住塑膠片，並且支
撐住水的重量 B11、B14
G09、G12 4 人
（13.33%）
大氣壓力作用在塑膠片上，導致塑
膠片可以承受住水的重量 B07 1 人
（3.33%）
大氣壓力抵住（抵抗）塑膠片與水
的重量 G10、G13 2 人
（6.67%）
大氣壓力支撐住水的重量 B01 1 人
（3.33%）
塑膠杯是一個密閉空間，塑膠片下
面有大氣壓力可以抵制水的重量 G02 1 人
（3.33%）
大氣壓力 水的重量
向上的大氣壓力等於向下的水重 B10、G15 2 人
（6.67%）
11 人
（36.67%）
大氣壓力 B04、G01
G04
（二）解釋說明的類型分析
茲將學生於實驗一所提出之解釋說明與文獻中提及之解釋類型進行對照，而歸納分析 出學生的解釋類型如下：
1.科學型：學生提出之解釋說明符合該實驗現象之科學性解釋。
本研究的目的之一是探討學生對自然現象所提出之科學解釋的類型，於是以科學 型的解釋來說明學生提出的科學解釋與該實驗現象的科學性解釋相符。共有 9 位 學生針對實驗一所提出的解釋說明內容與此實驗之科學性解釋相吻合，而這些解 釋說明共可歸納出 3 種不同的說法，這 3 種說法分別為「大氣壓力向上壓住塑膠 片，並且支撐住（承受住）水的重量」、「大氣壓力向上壓住塑膠片，而且比杯內 的水壓大」，以及「大氣壓力支撐住塑膠片，而且杯內水的高度沒有超過大氣壓 力所能支撐水的高度（約 10 公尺）」。一大氣壓的大小約為 1kgw/cm2，學生將其 與高約 11cm、半徑約 3.7cm 之圓筒狀塑膠杯內的水比較，其結果必為大氣壓力遠 大於杯內之水與塑膠片的重量和或是杯內的水壓，因此學生提出的這 3 種科學解 釋可以正確地解釋實驗一之現象，此即為科學型的科學解釋。茲摘錄其中 1 位學 生之解釋如下：
●大氣壓力承受住塑膠片與水的重量
B07：大氣壓力它作用在那個塑膠片上，它表面積這樣撐起來以後，它整個產生 的力量足夠承受住水的重量，應該會比水的重量還來得大，然後承受住，
所以說水不會流出來。
●大氣壓力支撐水壓
G07：因為大氣壓力把那個塑膠片承受住，然後大氣壓力支撐了水壓，水就不會 流出來了。
●大氣壓力可支撐的水柱高度
B08：因為會有大氣壓力把塑膠片支撐住，而且水的高度還沒有超過大氣壓力所 能支撐的範圍高度（大概 10m），就不會讓水流出來。
2.擬人化：學生提出的解釋說明是運用人類情緒或有目的之意圖的語彙對大氣壓力之
作用進行說明。
部份學生提及之解釋內容包含「抵擋、抵制、抵住、抵抗」等字詞，雖然其目的 是為了解釋大氣壓力的作用方式，但大氣壓力僅是一科學術語，並非人類個體，
所以在學生的解釋說明裡，賦予大氣壓力有目的之意圖的用語，即為擬人化的科 學解釋。這類的科學解釋呈現出學生明瞭該實驗的原理，不過，學生既已經歷過 正式的科學課程學習，應練習將自己的角色定位為科學家，並使用科學語言來表 達自己對科學現象的想法。以下摘錄學生之解釋內容：
●大氣壓力抵抗塑膠片與水的重量
G13：外面的大氣壓力有抵抗塑膠片，還有水的重量，以防它流出來。
3.直覺型：學生提出的解釋說明是運用到「兩力平衡」的直接想法，而忽略了真正的 數值關係。
Touger et al.（1995）根據研究結果提出了直覺的（intuitive）解釋可能為疏 忽的反應。本研究即以直覺型的解釋來說明學生提出的科學解釋雖涵蓋適當的科 學術語，但卻忽略了術語間的正確數學關係，而這就如同學生應用其在日常生活 中的經驗，物體若有受力而呈現靜止狀態，則代表力量之間達成平衡的方式來解 釋大氣壓力與杯內之水間的大小關係。學生於預測階段所提出的預測理由為「大 氣壓力等於水壓」，以及「大氣壓力等於水的重量」，待學生觀察完實驗結果後，
仍以此 2 種說明做為其科學解釋，其原因可能為實驗結果顯現出整個系統的確維 持在靜止狀態，而且水也沒有流出來，整體感覺就像是內外力量相等似的，但這 是直覺而已，學生忽略了大氣壓力之數值絕對是大於杯內之水與塑膠片的重量和 或是杯內的水壓。因此將這些說明大氣壓力與杯內之水與塑膠片的重量和或是杯 內的水壓的關係是「相等」或「平衡」之科學解釋列為直覺型，共有 10 位學生 提出的科學解釋呈現此種類型。將學生的解釋說明摘錄如下：
●大氣壓力與水壓達成平衡
G06：因為外界的大氣壓力跟裡面水給予塑膠片的壓力是相等的，所以呈平衡。
●大氣壓力與水的重量成平衡
G05：大氣壓力向上作用在整杯水，然後整杯水的重量向下，平衡在塑膠片處。
4.其他：部份學生提出的解釋說明未提及塑膠片的重量，屬於不完整的解釋內容。其 中有 1 位學生提出大氣壓力的作用是讓水與塑膠片相吸，為不正確之解釋。另外還 有 1 位學生將表面張力之科學術語一併呈現在實驗一的科學解釋中是不正確的。
（三）小結
共有 9 位學生提出的解釋說明可以正確說明實驗一之現象，而有超過二分之一的學生 在觀察完實驗結果後，提出之解釋說明仍不完整或是不恰當，甚至於部份的解釋說明還出 現明顯的錯誤，例如：大氣壓力讓水與塑膠片相吸等。由此可見，學生說明此實驗的科學 解釋能力需要再加強。另外，研究者將學生於 POE 實驗一所提出的科學解釋進行整理與分 析後，可得科學型、擬人化，以及直覺型等三種解釋類型。而無法歸入於此 3 種類型的解 釋說明則列為「其他」，部份學生所提出的解釋內容則可能同時具有擬人化與直覺型這 2 種類型。
二、POE 實驗二之科學解釋內容與類型的分析
（一）預測錯誤之學生提出的科學解釋
在實驗二的預測階段，共有 12 位學生預測錯誤，而這些學生於觀察實驗結果後，分 別提出自己對此實驗的想法與科學解釋，將這 12 位學生提出之科學解釋依據科學術語分 類並整理如下表 4-2-2：
表 4-2-2 預測錯誤之學生於實驗二提出的科學解釋與人數一覽表
科學術語 解 釋 內 容 學生代號 人 數 合 計 表面張力
大氣壓力 水的表面張力覆蓋在紗網的隙縫
，而且大氣壓力支撐住水的重量 B14 1 人
（3.33%） 1 人
（3.33%）
大氣壓力抵制水的重量 G02 1 人
（3.33%）
大氣壓力 水的重量
向上的大氣壓力等於向下的水重 B10、G05 2 人
（6.67%）
3 人
（10.00%）
水填補了紗網的縫隙，而且大氣壓
●大氣壓力支撐水壓
G07：或許是那個水填補了那個紗網之間的縫隙，然後於它那個水杯的口所承受 的大氣壓力，就是大氣壓力支撐了水壓，跟實驗一是一樣的，所以水就不 會流出來。
●大氣壓力等於水的重量
B10：我覺得還是因為向上的大氣壓力等於向下的水的重量。
●大氣壓力的作用
G10：因為大氣壓力由下往上的作用力，所以它就把網子沒有攔住的水把它抵住
，所以水沒有流出來。
G11：就是因為它也是有大氣壓力在壓它，所以它水也不會流出來，雖然它有洞。
●大氣壓力變大
B11：實驗一有一個塑膠片，大氣壓力是施力於那個塑膠片，然後實驗二的話，
可能直接把大氣壓力施在水上。因為實驗一，還有個塑膠片可以阻擋那個 水流出來，可是實驗二是只有紗網，然後紗網上還有洞，代表那個水要流 出來，可能會比較容易，也就是需要比較大的力。
●水黏在紗網上
B09：可能是網子的洞太小了，然後水有吸附力就黏在那個網子上，而且因為它 跟實驗一的大氣壓力是一樣的，都會撐住水，然後水就不會掉下來了。
●水分子間的拉力
B06：紗網上的水互相牽制住，就是互相附著在表面上，然後會拉住其他的水分 子，讓它不會流下來。
（二）30 位學生提出之科學解釋的分析
將 18 位預測正確之學生於解釋階段所提出的解釋說明，與其在預測階段提及之預測 理由相互比較後發現，兩者之間並無明顯的差異，只是編號 G08、G13、G14、B08、B13 等 5 位學生在其預測理由中加入大氣壓力之作用，以做為其科學解釋，而且 G08 與 B08 這 2 位學生呈現的解釋說明是將預測理由略做修正。另外，編號 G09 之學生將「大氣壓力支撐 水的重量」的預測理由修改為「大氣壓力等於水重量」，以做為科學解釋。以下將學生提
將 18 位預測正確之學生於解釋階段所提出的解釋說明，與其在預測階段提及之預測 理由相互比較後發現，兩者之間並無明顯的差異，只是編號 G08、G13、G14、B08、B13 等 5 位學生在其預測理由中加入大氣壓力之作用，以做為其科學解釋，而且 G08 與 B08 這 2 位學生呈現的解釋說明是將預測理由略做修正。另外，編號 G09 之學生將「大氣壓力支撐 水的重量」的預測理由修改為「大氣壓力等於水重量」，以做為科學解釋。以下將學生提