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問 題；第三節為名詞釋義；第四節是研究範圍與限制。
第一節 研究背景與動機
美國研究委員會（National Research Council, 簡稱 NRC）於 1996 年所提出 的美國國家科學教育標準（National Science Education Standards, NSES）中，認 為科學乃是關於證據的一個邏輯推理的過程。美國科學促進學會 (American Association for the Advancement of Sciences，簡稱 AAAS) 於 1993 年也提出科 學教育的主要目標之一在於促進學生的科學推理能力。在我們的日常生活中，
經常會使用推理能力，例如：看到早上有霧，我們可能會推論今天是晴朗的天 氣。推理能力是屬於一種高層次的認知能力，它能協助個體清楚的知悉所處環 境的因果事件，不論是日常生活中，或是學校的課業表現裡，推理能力都是一 項相當重要的能力，因此，培養中小學生具有推理能力，一直是教育界努力的 目標（涂金堂，1999）。Zimmerman（2000）認為，在科學課室中，若要讓學 生得到完整的學習，就必需要發展學生的科學推理能力。根據學生基礎素養國 際研究計畫（Programme for International Student Assessment，簡稱 PISA）、國 際數學與科學教育成就趨勢調查（Trends in International Mathematics and Science Study，簡稱 TIMSS）以及促進國際閱讀素養研究（Progress in International Reading and Literacy Study 簡稱 PIRLS）等國際性評比結果顯示：
台灣學生科學素養整體成績名列前茅，但得分的分佈偏重理解，應用與推理部 分仍須加強，此等將不利國民素養及國家競爭力的提升。所以培養學生的推理 能 力 ， 已 經 成 為 現 今 教 育 的 重 要 目 標 之 ㄧ 。 國民教育階段九年一貫課程總綱（教育部，2003）對於如何培養推理能力
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有更明確的說明。課程綱要中明確指出，自然科學學習所培養之國民科學素 養，依其屬性和層次來分項，分成過程技能、科學認知、科學本質、科學態度、
思考智能、科學應用等，而上述的過程技能，其實就是科學探究過程中的各種 心智運作能力，包括觀察、比較與分類、組織與關連、歸納與判斷、傳達、五 大類（王美芬、熊召弟，2006）。在十大基本能力中，「主動探索與研究」，
提到基於對自然現象不斷的探索，養成求真求實的精神，另外還可以具備觀 察、蒐證、歸納、研判及推理的能力。
由此可知，推理在科學教育中扮演舉足輕重的角色，所以瞭解目前國小學 童的推理過程，是值得探討的主題。科學教育的主要目的是要讓學童瞭解這世 界的物理和自然事件，而不是要讓學童記憶大量的事實（Mayer, 1987/1997），
如果要達到這個目的，促進學童的學習效果，科學教師必須要增強學生的推理 能力，而且不是只有在乎學童是否答對，而應該要重視學童得到答案的過程，
也就是重視學童的推理過程。Krulik 和 Rudnick（1993,1996）認為推理在思考 的歷程中，高於記憶之層次，其階級由低而高包含基本的思考、批判性思考以 及創造性思考。Coles 和 Robinson（1989）認為推理思考兼具批判性思考和創 造性思考的思考模式，其中批判思考屬於分析性質。由以上幾位學者的論述，
我們可以知道批判性思考是推理的一部份。Methembu（2001）認為使用 POE 策略可以提升學生的批判性思考技能，義大利科學家伽利略說：「一切推理都 必須從觀察與實驗得來。」因此，我們可以設計一個實驗，讓學童可以透過觀 察與實驗進行推理；而 POE 活動的第三個步驟為解釋（Explain），美國科學 促進協會（AAAS）所定義的「解釋資料」意涵為：組織資料並提出結論，能 對觀察所得給予合理的解釋，目的在進一步產生推理、預測及假設。由此得知，
科學性的解釋以推理為基礎，建立以證據和邏輯證明為基礎的關係，所以我們 可以利用 POE 策略來探討推理過程。
近代發現電、磁之間的交互作用，對人類的生活產生重大影響，而屬於電
磁交互作用的電流磁效應，更是大量的應用在通訊科技和工業上，例如電話和 馬達；本研究應用了電流磁效應的原理，發展出電磁鐵推理實驗的裝置，電流 和磁場本來就看不見也摸不著，而且電流磁效應的原理對於國小四年級的學童 來說，既抽象又複雜，好在電流磁效應的現象顯而易見，例如：載流導線附近 的磁場會讓指北針偏轉、電磁鐵可以吸引小鐵釘，可讓學童實際操弄與觀察現 象； White 與 Gunstone（1992）認為POE活動的設計重點為要讓研究對象能 直接清晰的觀察實驗結果，而電流磁效應的現象顯而易見，也可以讓研究對象 能直接清晰的觀察實驗結果。所以本實驗裝置結合POE策略，希望對電流磁效 應的現象有更深入的瞭解。
基於以上所述，研究者欲利用POE策略，探討國小四年級學童在電磁鐵推 理實驗中所呈現的另有概念及推理過程，以作為日後教學之參考。
第二節 研究目的與問題
一、研究目的：
本研究主要目的在於運用POE策略及個別晤談方式，來探究國小四年級學 童在電磁鐵推理實驗中所呈現的另有概念及推理過程。依研究背景與動機，本 研究希望可以達到下列目的：
(一) 以POE策略探究國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中所呈現的概念。
(二)以POE策略探究國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中所呈現的推理類型。
(三)探究國小四年級學童之電磁鐵推理實驗的推理過程及概念與預測實驗結果 的關係。
二、待答問題：
依上述研究目的，本研究提出待答問題如下：
(一)國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中所呈現的概念為何？
(二)國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中所呈現的推理類型為何？
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(三)國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中，所呈現推理過程及概念與預測實驗 結果的關係為何？
第三節 名詞釋義
以下就本研究提及之相關名詞加以解釋：
一、POE策略
POE策略是依照Predict (預測)-Observe (觀察)-Explain (解釋)三個步驟，在 真實情境中讓研究對象對實驗結果進行預測，並說明支持預測的理由，接著觀 察實驗過程與結果，最後對其觀察結果與先前預測的不一致處，作出適當的解 釋。本研究中所使用的POE策略，是一種探討學童推理過程的方法，而不是一 種教學策略。
二、推理
張春興（2003）指出，推理（reasoning）是指在思維時遵循著某種邏輯法 則，以已知的事實或假設條件為基礎，推演出有效結論，從而對事理間之關係 獲得理解的歷程。教育部國語辭典(2009)對推理的定義為：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」。本研究所謂的推理是指學童用來預 測以及解釋電磁鐵推理實驗所使用的推理方法與過程。
三 推理類型
本研究所指之推理類型，是指學生學生在電磁鐵推理實驗的POE 活動中，
依據自己背景知識或邏輯來預測和解釋的方法，其中包括：演繹、歸納、類比、
直覺臆測四種類型。將各推理類型定義如下：
（一） 演繹推理(deductive reasoning)
演繹推理是根據已知的事實或假設條件推演出結論的推理方式。當學童
以一個特定的概念或原則來進行思考，推測結果，則將其視為演繹推理。
（二） 歸納推理 (inductive reasoning)
歸納推理是根據觀察多個事例所得經驗為基礎，歸結出一概括性的結 論，藉以作為解釋或預測類似事件可能發生之依據。
（三） 類比推理（analogical reasoning）
類比推理是指從兩個特殊事物間發現其有一種或多種類似之處，將以往 的經驗用於解決目期問題的方法。不同於歸納推理之處，是類比推理有 一明確的類推對象或事物。
（四） 直覺臆測
直覺臆測係指根據直觀知覺直接判斷，或者只是描述所看到的現象，無 法清楚表達合邏輯的理由。
研究者發現，研究對象於POE 活動之預測與解釋階段，所提出的理由與解 釋，並不一定是單一概念或單一推理類型，所以在分析概念與推理類型時，研 究者先將學生所提及的概念逐一分析列出，再根據其所運用的概念分析研究對 象所採用的推理類型。
第四節 研究範圍與限制
本研究之範圍與限制如下：
一、 本研究採質性研究法，因考量到人力、時間、經費等種種因素之考量，
並沒有朝隨機、大樣本方向之取樣方式。本研究以彰化縣某國小四年級 某班共 28 位學童為研究對象，研究結果不宜推論至其他地區的學童。
二、 本研究所探討的電磁鐵實驗推理過程，以本研究所設計的電磁鐵推理實 驗模組為範圍，研究結果不宜推論至學生對其他電磁學的推理過程。
三、 本研究之結果僅適用於本研究設計內容範圍內的解釋，以供未來研究 者、教學者或課程編排者參考，研究結果不宜作過多推論。
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