科學解釋能力分析

本研究將受訪者在四個 POE 實驗中，預測階段（P 階段）及解釋階段

（E 階段）的解釋，根據其解釋完整性，進行編碼，得到解釋能力分數，

並以受訪者在預測階段（P 階段）及解釋階段（E 階段）的解釋能力的平 均分數，作為解釋能力的分數。

首先，先探討受訪者在實驗前預測的正確性，接著探討受訪者在預測 階段（P 階段）及解釋階段（E 階段）的解釋能力，最後探討不同背景受 訪者解釋能力。

一、 預測正確性分析

(一) 預測正確分析結果

在本研究中，受訪者於四個 POE 實驗中之預測正確性分析如表 4-1-1。

由表 4-1-1 顯示在四個 POE 實驗的預測中，全部都預測正確的，有 4 位；

答對 3 個，有 5 位；答對 2 個，有 6 位；答對 1 個，有 5 位。

受訪者的平均預測正確題數為 2.4 題，平均正確率為 60%，顯示所有 受訪者的平均答對率達 50%以上。

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表 4-1-1 預測正確性分析

預測正確題數 4 題 3 題 2 題 1 題 正確率(%) 100% 75% 50% 25%

人數(人) 4 5 6 5

(二) 不同 POE 實驗之預測正確性分析

個別的 POE 實驗之預測正確性分析結果如表 4-1-2。由表 4-1-2 可見 POE1（痱子粉）預測正確的人次最少（9 人，45%）；POE3 預測正確的人 次最多（19 人，95%）；而 POE2 和 POE4 的預測正確率皆為 50%。

進一步分析受訪者在預測錯誤所提出的理由，POE1 預測錯誤的 11 個 人中有 7 人認為「痱子粉會受洗碗精影響而向內聚集」，此 7 位受訪者皆 為非理工背景，例如：

N08：因為洗碗精本身是黏稠性的，會黏住那個粉，讓靠近洗 碗精的粉向內聚集。

N09：洗碗精本身黏黏的，會黏住那個粉，讓洗碗精周圍的粉 會沾在上面向內聚集。

POE4 預測錯誤的 10 人當中有 6 人的理由為「表面張力」（例如 N09，

S19），但解釋錯誤；3 人提出「泡泡膜擴散」的理由（例如 N2）。

N09：因為泡泡膜有表面張力，能撐多開就撐多開，所以還有 泡泡膜的那邊會把線推過去。

S18：一開始的受力是平衡的，把一邊戳破後只是另外一邊，

另一邊泡泡的表面張力就會往外，繩子就會往破掉的地 方移動。

N02：還有泡泡膜那邊的泡泡膜會有擴散作用，因此會往多出

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來的空間去擴散，所以線會往被戳破的那邊移動。

POE4 預測正確的 10 人當中有 3 人的理由也是提到「表面張力」並正 確的指出表面張力為向內聚集的拉力，此 3 人皆為理工背景。

S14：泡泡膜有個像表面張力的拉力，而去拉動那條線，往還 有泡泡膜的方向移動。

S15：當兩邊都有泡泡膜時，泡泡膜就像表面張力一樣，兩邊 都會想要把線往自己這邊拉，所以一邊破掉後就會打線 往還有泡泡的地方拉。

S19：因為空氣沒有表面張力這方面受力都很平均，但是一體 的表面張力比較大，會產生拉力，維持它的最小體積，

當戳破一邊的泡泡時，表面張力就會讓泡泡聚集在一起，

會讓線往還有泡泡的一方移動。

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表 4-1-2 不同POE實驗之預測正確性分析

POE1 POE2 POE3 POE4 正確題數 正確率

N01 Ｘ ○ ○ Ｘ 2 50%

N02 Ｘ Ｘ ○ Ｘ 1 25%

N03 Ｘ Ｘ ○ ○ 2 50%

N04 Ｘ Ｘ ○ ○ 2 50%

N05 ○ Ｘ ○ ○ 3 75%

N06 Ｘ Ｘ ○ ○ 2 50%

N07 ○ Ｘ ○ Ｘ 2 50%

N08 Ｘ Ｘ Ｘ ○ 1 25%

N09 Ｘ Ｘ ○ Ｘ 1 25%

N10 Ｘ Ｘ ○ Ｘ 1 25%

S11 ○ ○ ○ ○ 4 100%

S12 ○ ○ ○ Ｘ 3 75%

S13 Ｘ ○ ○ Ｘ 2 50%

S14 ○ ○ ○ ○ 4 100%

S15 Ｘ ○ ○ ○ 3 75%

S16 ○ ○ ○ Ｘ 3 75%

S17 ○ ○ ○ ○ 4 100%

S18 ○ ○ ○ Ｘ 3 75%

S19 ○ ○ ○ ○ 4 100%

S20 Ｘ Ｘ ○ Ｘ 1 25%

答對人次 9 10 19 10

正確率 45% 50% 95% 50% 平均正確率：60%

(三) 不同背景受訪者之預測正確性分析

不同背景受訪者之預測正確性分析整理為表 4-1-3。不同背景受訪者分 為理工與非理工大學生各十位，由表 4-1-3 顯示，理工背景受訪者之正確 率合計為 77.5%；非理工背景受訪者合計為 43%；不同背景受訪者預測正 確性合計相差了 34.5%。

從各別實驗觀察，除了 POE4 的正確率理工與非理工學生相同外，其

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他 POE 實驗的正確率皆為理工背景學生高於非理工學生。可見理工背景學 生的預測正確率比非理工背景更佳。

其中 POE2（迴紋針）的正確率相差了 80%，唯一一位預測錯誤的理 工背景受訪者認為洗碗精會帶著迴紋針到處跑；而非理工背景有九位受訪 者預測錯誤，其中三位皆認為迴紋針會在原地靜止不動，其他六位則認為 會移動。

表 4-1-3 不同背景受訪者之預測正確性分析

POE1 POE2 POE3 POE4 合計

理工 70% 90% 100% 50% 77.5%

非理工 20% 10% 90% 50% 43.0%

二、 「預測階段」與「解釋階段」之「科學解釋能力」分析

（一）P 階段與 E 階段「科學解釋能力」之分析

本研究中預測階段（P 階段）及解釋階段（E 階段）之解釋能力分析 如表 4-1-4。P 階段解釋能力分數總平均為 1.30 分，E 階段總平均為 1.39 分，兩個階段的總平均分數為 1.35 分；E 階段解釋能力平均分數比 P 階段 解釋平均分數高，但是皆未達「提出正確理由但解釋不完整」（2.0 分）水 準。

20 名受訪者中，有 7 名受訪者在 E 階段的解釋能力分數高於 P 階段，

其中，有兩名受訪者（S14、S20） E 階段的分數比 P 階段高了 0.5 分，其 他 5 名則提高了 0.25 分；11 名受訪者，P 階段解釋分數與 E 階段相同，只 有 2 名受訪者（S17、S18），E 階段解釋能力分數比 P 階段低（皆為 0.25 分）。

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各實驗的 P 階段至 E 階段的解釋能力分數變化別為：POE1（1.10 分

→1.15 分）、POE2（1.45 分→1.55 分）、POE3（1.10 分→1.10 分）、POE4

（1.50 分→1.75 分）；除了 POE3 以外，其他實驗 E 階段解釋能力分數都 比 P 階段高。

（三）「科學解釋能力」與「預測正確率」之分析

將四個 POE 實驗「預測正確率」與「科學解釋能力」得分進行分析，

並由表 4-1-5 可得知，POE 實驗預測正確率的高低和科學解釋能力的得分 之間有兩種不同的情形：

1. 預測正確率高低和解釋能力高低不同

POE3 的預測正確率為 95％，是四個 POE 實驗中最高的，但其解釋能 力分數為 1.10 分，是四個 POE 中最低分的，低於整體平均 1.35 分。

2. 有相同預測正確率，但解釋能力不同

POE2 和 POE4 的預測正確率皆為 50%，而在解釋能力分數方面，POE2 得分為 1.5 分，高於整體平均；POE4 的解釋分數為 1.63 分，高於整體平 均，也是全實驗中得分最高的。

表 4-1-5 四個POE實驗之「解釋能力」得分和預測正確率

POE1 POE2 POE3 POE4 平均 解

釋 能 力

P 階段 1.10 1.45 1.10 1.50 1.30 E 階段 1.15 1.55 1.10 1.75 1.39 平均 1.13 1.50 1.10 1.63 1.35 預測

正確率 45% 50% 95% 50% 60%

三、 不同背景受訪者之科學解釋能力分析

本研究中受訪者之背景分別為理工與非理工，不同背景之受訪者人數

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想到磁鐵，因此認為迴紋針不會受到洗碗精的影響，所以不會移動；但在 觀察過後 E 階段的解釋改變為：洗碗精將迴紋針分子與分子間的鍵結破壞 後而使其下沉。

而受訪者 S12 在 P 階段的預測解釋認為泡泡膜會擴散，因此繩子會往 破掉的一方移動；但於 E 階段的解釋則改變為：泡泡膜有一種內聚力是為 了不讓泡泡瓦解破掉，所以搓破一邊泡泡後，還有泡泡膜的一邊就會向內 縮，使繩子往有泡泡膜的一方靠近。

N03：（P 階段）看到迴紋針就想到磁鐵，應該是和磁力有關，

和洗碗精無關，因此不會受到洗碗精的影想，所以不會 動。

（E 階段）迴紋針的成分和洗碗精產生排斥，因此他會移 動，最後因為迴紋針的成分結構被破壞，分子與分子間 的鏈被破壞掉後就沉下去了。

S12：（P 階段）原本兩邊都有泡泡，但一邊破掉了，還有泡泡 的一邊就會想要往外面擴散，所以繩子會往破掉的那 邊彎。

（E 階段）泡泡膜會有一種往內聚集的力量，不要讓泡泡 拉這麼開，因為泡泡拉很開分子就會瓦解破掉，所以一 邊破掉，還有泡泡的一邊就會向內縮，所以繩子會往還 有泡泡膜的方向偏移。