緒論

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

教育改革是世界各國的趨勢，不僅教學的課程內容需要改變，教學的方法、

策略也需要調整。學校教育除了要讓學生習得生活的基本能力，培養學生獨立思 考與解決問題的能力亦是重要課題。九年一貫課程的主要目標是要培養學生帶著 走的能力，而其十大基本能力中，「主動探索與研究」和「獨立思考」兩項均提 及推理能力的培養。「主動探索與研究」基本能力是以漸進而有層次的方式來達 成。主動是一種關懷和參與的意願和精神；探索是好奇心與敏感度的表現；研究 則是運用嚴謹的分析、推理與歸納等科學方法，探究問題，以發現新的事實、理 論或法則。「獨立思考」就是解題者本身獨自去做推理及解決問題的歷程。推理 是思考的歷程中，高於回憶層次之心智活動，其包含基本的思考、批判性思考，

以及創造性思考。所謂「解決問題」需要將許多已知的東西加以組織，運用這些 知能找出解決方法或途徑。推理能力除了在數學學習上有其重要性，對於學生學 習自然科學也是重要的必備能力之一。在美國教育界已有許多要求加強學生思考 和推理能力的呼聲與行動，例如：美國在1989 年在維吉尼亞州所舉行的第一次 教育高峰會，特別將思考和推理列入教學的主要目標之一。在美國的 SAPA

（Science－A Process Approach） 課程中，認為自然科學的學習，即是科學研究 的十三種過程技能：觀察、使用空間和時間關係、運用數字、測量、分類、溝通、

預測、推論、假設、控制變因、解釋數據、下定義、實驗等步驟，這些與科學家 進行科學探討的過程相符的重要技能中，從假設到驗證的歷程與邏輯推理原則不 謀而合，足見邏輯推理能力在自然科學教育上也是極為重要的課題。

推理能力是由一個或者幾個已知的判斷（知識）推演出一個新的判斷（知識）

的思維形式。對於實際的推理意義和模式，研究學者們並無定論，有些認為推理 可能是智力的一部分，也可能是問題解決的能力，或是邏輯思考的過程。在哲學、

數學、心理學、教育學等各方面的專家學者雖然對於推理各有不同的見解，但是 一致認為推理能力是非常重要的（張筱珊，2004）。

科學教育是經由科學性的探究活動，使學生獲得相關的知識與技能，養成科 學思考的習慣，依照科學方法從事探討與論證，運用科學知識與技能以解決問 題，進而形成對科學本質的認識，並建立科學精神(科學態度)。Hogan 和 Keller

（2000）指出：「我們用推理去建構知識，我們也用知識去推理」。解決問題時會 形成對問題的心智模式，而心智模式會受推理能力、知識基模、工作記憶容量、

認知發展成熟、解題策略等影響（張景媛、陳萩卿，2003）。在「國民教育階段 九年一貫課程總綱」中指出，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，其中過程技能就是科學探究過程的心智運作能力，包括觀察、比較與分 類、歸納與推斷、傳達等。學習科學，讓我們學會如何去進行探究活動，學會觀 察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批判、創造等各種能力。特別是 以實驗或實地觀察的方式去進行學習，使我們獲得處理事務、解決問題的能力，

也了解到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。

「光」的議題，自國小到國中、高中，甚至高等教育，一直是自然科學的重 要學習內容之一。而我們的生活，也與光息息相關，因為有光，使我們的眼睛能 看見千變萬化的彩色世界，可是光無形無色無味，我們必須透過它產生的作用或 影響才能明顯察覺它的存在。從國內外許多學者相關的研究發現，不同階段的學 生對於光均存有另有概念（Guesne，1985；王龍錫、張靜儀，1995；吳政勳，2003；

李采褱，2003；何嘉峻，2003；江文雄，2003；蔡明儒，2004；王玉龍，2006；

洪淑淩，2006），這些概念是如何形成或轉變，對於科學教育而言，實有必要深 入探討與瞭解，進而運用適當的教材、教法來幫助學生釐清並建立正確的觀念。

根據許多POE（Predict-Observe-Explain）的相關研究指出（Palmer, 1995；

黃雪錚，2004；陳志偉，2005；王玉龍，2006），POE策略確實能反映出學習者原 本的認知結構，也能提高學習者之學習動機。經由實驗的裝置引起學生的興趣，

讓學童能主動去建構或重組自己的概念或想法，甚至可以藉由製造概念衝突的情 境，使學童有檢視自己概念的機會（Liew & Treagust,1998）。因此，本研究希 望透過簡單的實驗裝置，運用POE策略，藉以深入瞭解大學生對於「色光」概念 的認知，並從活動過程中探討大學生對「色光混合」的推理歷程。

第二節 研究目的與問題

本研究旨在利用簡易CD 光譜儀裝置，透過 POE 策略的活動，對大學生進行 色光及色光混合概念之探究。將學生在POE 活動中，對色光所陳述的想法，及 對色光混合現象的預測與結果之解釋，歸納其相關概念並探討其推理歷程。主要 研究問題如下：

1、大學生對色光的概念為何？

2、大學生對色光混合的推理歷程為何？

3、大學生色光概念與色光混合推理類型對推理結果有何影響？

第三節 名詞釋義

一、POE 策略

活動中所採用的POE 策略分為 Predict（預測）、Observe（觀察）、Explain（解 釋）三個步驟進行，用以探究學生對概念的理解情形及推理歷程。首先要求學生 對於事件的結果進行預測並說明其理由，隨之描述他們實際所觀察到的現象，最

後必須針對觀察與預測之間的衝突加以解釋調和。

二、另有概念（alternative conception）

本研究所指的「另有概念」乃依據建構主義之觀點，指學生以個人日常生活 經驗、學校學習或其他途徑，對於現象或概念所產生與之認知，而這些認知與當 今科學家所認同的看法與信念不同者。

三、色光混合

本研究所指的「色光」，為光線經過簡易CD（compact disc）光譜儀後產生 色散作用所呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的可見光，即波長介於380 nm 與 780 nm 之間的電磁波。「色光混合」意指白色光線所含各種波長之色光，經過連 續不同顏色的透明壓克力板後所呈現的混合的現象，而此混合成分利用簡易CD 光譜儀解析出來以做觀察。因靛色在視覺效果上與藍色接近，不易區分，故本研 究只區分紅、橙、黃、綠、藍、紫六種色光。

四、推理歷程

本研究所指「推理歷程」，是指學生在色光混合之POE 活動中，對於所觀察 到的現象，依據自己原有的知識、概念所陳述之解釋，分析其所運用之推理類型，

在整個活動中所呈現的改變及意義。

第四節 研究範圍與限制

本研究採質性研究，由於受到研究時間、人力等種種因素的影響，研究的範 圍和限制如下：

一、研究範圍

（一）採便利取樣，僅針對台中某大學科學相關科系之大學部的三、四年級學生 進行調查研究。

（二）僅探究科學相關科系，未能擴及其他非科學相關科系，不考慮不同性別或 其他因素所造成的差異。

（三）僅針對晤談中所提及之概念與推理情境做分析，而其它相關概念則不予分 析。

二、研究限制

（一）本研究採半結構式晤談，假設受訪者均能充分表達自己的意見與想法。

（二）本研究晤談並非隨機抽樣取得，且樣本範圍有限，因此研究結果的分析僅 適用於所研究對象在本研究設計範圍內的解釋。

（三）本研究之內容以「色光」概念為範圍，對於其他光學概念則不宜做過度推 論。