第四章 結果與討論
第一節 行動研究的過程
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第四章 結果與討論
本章主要探討呼吸作用微型實驗教學的實施過程與內容，並將研究所得的資 料做分析與討論。本章分為四節，第一節為行動研究的過程，第二節為學生呼吸 作用的迷思概念，第三節為 Arduino 融入呼吸作用實驗課程學習之教學成效，
第四節為教學省思。
第一節 行動研究的過程
行動研究強調研究者即是教學者，本研究者將此研究過程分成四個行動階段，
第一階段為前導研究，第二階段為第一行動循環、第三階段為第二行動循環、第 四階段為第三行動循環。
一、 前導研究
前導研究為對於未開始進行教學之前所有實驗器材的預備實驗，因研究者為 生物科老師，對於資訊相關的知識涉略不深，導致在程式的撰寫與硬體的組裝上，
常需要有協同教師與指導教授的幫助。
(一) 程式設計
在 YwRobot Easy Module 還未購買前，研究者設計之 Arduino 程式碼如附 件七所示及裝置如圖 4-1、4-2 及 4-3 所示：
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圖 4-2 Arduino、CO
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感測器與 LCD 電路圖圖 4-3 CO
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感測器與 LCD 運作圖之後經過生活科技教師建議，利用 YwRobot Easy Module 與 kodorobot 程 式進行教學活動，可以大大減少學生組裝的時間，而且 SCRATCH 程式碼對於 學生的理解比較容易，只需要將 CO
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感測器的訊號位置接上 A3，電源與接地 線照指示接上即可使用，程式碼如圖 3-7 與裝置圖如圖 4-4 及 4-5：© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a
i 圖 4-4 YwRobot Easy Module 與 CO
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感測器設計圖圖 4-5 YwRobot Easy Module 與 CO
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感測器裝置圖(二) 24 小時監測裝置預備實驗
研究者多次修改 24 小時監測的實驗裝置，因過程中遇到實驗的控制變因未 能準確控制的狀況。一開始用雙層夾鏈袋進行，發現密封度不夠強，後來改用保 鮮盒後解決密閉行問題之後，發現光線可以透過盒子，造成萌芽綠豆進行光合作 用，影響 CO 的濃度變化，實驗收集數據繪製成圖 4-6。
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圖 4-6 放置保麗龍盒內 CO
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濃度與光照強度變化研究者設計監測裝置外層以保麗龍控制溫度，內層以夾鏈袋形成一個密閉空 間，收集變化數值如圖 4-6 所示，可以發現保麗龍並不能完全隔絕陽光，在陽 光較強的時候仍然可以穿透進入器材之中，因萌芽綠豆經光照會促進葉子活化，
進行光合作用，吸收二氧化碳轉變成氧氣，影響實驗的結果，在二氧化碳的曲線 上有一個突然下降的出現，推測可能因為光合作用產生氧氣後，造成夾鏈袋膨脹，
脹破夾鏈袋造成氣體逸失。
第一次預備實驗時，發現當只有保麗龍盒跟夾鏈袋時，保麗龍盒會透光，夾 鏈袋密封性不足，經修改後進行第二次預備實驗，在保麗龍盒外再加一層厚紙箱 隔絕光線影響後，再將夾鏈袋改成保鮮盒，藉此將控制變因：溫度、光線、氣密 閉性控制在穩定的數值內，可獲得穩定的數據，如圖 4-7。
下午五點陽光消失
早晨陽光漸漸出現
可能光合作用產 生氣體，造成氣體 一開始尚未萌芽， 逸散。
CO
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產生速度慢© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i
圖 4-7 放置保麗龍和紙箱內 CO
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濃度與光照強度變化由收集到的數據可知一般室外 CO
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濃度為 400ppm 左右，植物在發芽的過 程中會緩慢產生 CO2
，使濃度逐漸升高，但因儀器最多只能測到 5000ppm，故 會保持在 5000ppm 的位置上，經過第二次預備詴驗後，研究者發現綠豆數不宜 太多或太少，太多會造成 CO2
濃度上升過快，直接到達 5000ppm；太少會造成 CO2
濃度在 24 小時內無法到達 5000ppm，但就目前設備可將控制變因保持在 穩定的狀態之下，能準確測量操縱變因，並在 24 小時之內完成。二、 第一行動循環
第一次教學是研究者的導師班七年甲班，研究者當初希望微型實驗可加速實 驗課程的進行，故設計成跟一般傳統實驗課時間一樣 45 分鐘，進行教學呼吸作 用微型實驗課程。
(一) 研究場域
教學教室為獨棟實驗教室三樓，一樓為木工教室，二樓為理化實驗室。教室 為電腦教室，詳細配置圖如圖 4-8：
光照強度維持低 點，表示為暗 室。
CO
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濃度穩定上升起始濃度 400ppm
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圖 4-8 實驗大樓電腦教室配置圖
(二) 教學歷程
本次微型實驗教學運用 POEC 探究教學法於教學之中，在複習呼吸作用教 學階段中進行：
預測 (P)：學生指出幾點預測：植物不需要氧氣；光合作用時不需要氧氣；
乾燥跟萌芽的綠豆都要呼吸；綠豆皮為綠色因此會行光合作用等猜測；
觀察 (O)：學生利用 Arduino 與感測器進行微型實驗，測量人類的呼吸氣 體與萌芽綠豆產生的氣體；
解釋 (E)：在實驗後進行問題與討論，讓學生自己解釋所觀察的現象，不限 制回答的內容，並回收學習單；
比較 (C)：在實驗教學後請學生在教室自行裝設一組 24 小時監測綠豆發芽 的裝置，材料由教師提供，蒐集完的資料在下次研究者的課堂中，製作成 EXCEL 折線圖，並討論之前學生預測與札確解釋的差異。
第一次的教學歷程如表 4-1，以原本生物課實驗分組方式進行，每組以 S 型 能力分組，但整個過程進行時間非常的趕，明顯的時間不夠用，但是為了控制教 學進度，必頇在時間內完成所設定的進度，導致部分學生學習狀況不是吸收的很 好就進入下一個階段，幸虧現場有協同教師幫忙處理電腦上的問題，才能夠在時 間內完成設定進度。而在第一個課程主題「Arduino 組裝與設定」中遇到幾個問
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表 4-2 第一次教學循環教學情境紀錄
教學紀錄 照片紀錄
學生直接吹氣，觀察螢幕上數據變 化。
CO
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滯留在 CO2
感測器中尚未擴散 下降到環境濃度，學生開窗跟用課本 搧，希望早點下降。使 用 夾 鏈 袋 測 量 萌 芽 綠 豆 產 生 的 CO
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時，無法完全密封。© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i
Arduino 會 自 動 記 錄 數 據 到 D:\DHT11.TXT 中。
自己進行繪製折線圖常出現錯誤。
學生在問題討論時，認為植物會將袋 子中的氧氣全部用完，而造成無法進 行呼吸作用。
(三) 教學省思與修札
在研究者實施第一次微型實驗教學課程的過程中發現的現場問題與課程困 難紀錄如下：
1. 在教學設計中，學生先用吹氣方式量測 CO
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濃度的上升，在了解人體 乎出氣體中含有 CO2
後，下一個實驗流程為萌芽綠豆呼吸作用監測，因為在一般通風的狀況下，環境背景之 CO
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濃度約為 400ppm，研究 未標示數值單位未標明
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間過久，導致延遲實驗進度。
修札方式：在現場控制環境通風，提供各組風扇加強空氣流動，亦可監 測 CO
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濃度之改變情形。2. 研究者對於綠豆萌芽檢驗 CO
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含量裝置設計使用夾鏈袋做為密封裝置，但在實驗過程中透過數據檢驗發現，多組有因未完全密封而無法出現 CO
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濃度上升之情形，因而不能驗證萌芽綠豆之呼吸作用情形。修札方式：學生在組裝實驗裝置時，待監測器置入夾鏈袋後，輔以膠帶 強化密封程度，並讓學生檢查裝置情形，以確保實驗之控制。
3. 七年級尚未學習過折線圖的繪製，大多憑自己看過的印象亂畫，大部分 都可以表現出相對的高低點，但是單位跟真札數據的差異不能精確地畫 出來。
修札方式：請數學老師在實驗課前先讓學生練習繪製折線圖與長條圖的 使用，或是在課程中加入折線圖的繪製方法。
三、 第二行動循環
第二次教學為七年乙班，經過第一行動循環後，發現教學時間過於匆促，學 生吸收不佳，研究者將課程改成兩節課，共 90 分鐘進行，時間份配如表 4-3。
(一) 教學場域
第二行動循環的教學場域與第一行動循環相同，配置如圖 4-8。
(二) 教學歷程
教學模式也是採用與第一循環的方式 POEC 探究教學法。先進行預測 (P)：
請學生預測：植物何時需要氧氣？光合作用時需不需要氧氣？等問題；觀察 (O)：
學生利用 Arduino 與感測器進行微型實驗，測量動植物產生的氣體；解釋 (E)：
在實驗後進行問題與討論，讓學生自行回答學習單上問題；比較 (C)：24 小時 監測綠豆發芽裝置實驗後，蒐集並分析資料後製作 EXCEL 折線圖，並討論之 前學生預測與解釋的問題。
分組方式以實驗教育課程方式分組，不採取 S 型分組，學科表現高的學生 組別人數少，學科表現低的學生組別人數較多，各組人數二到四人，共分七組。
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況與之前類似，研究者已累積足夠的呼吸作用微型實驗課程教學，而且因課程時 間增加一倍，能夠處理每一組的問題，並能在處理小組問題時，兼顧其他組別的 進度，不會造成其他小組有太多空白的時間。
表 4-4 第二次教學循環教學情境紀錄
教學紀錄 照片紀錄
第二循環有製作 Arduino 的操作手 冊，每組一份。
學生對感測器吹氣觀察電腦數據變 化。
學 生 將 CO
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感 測 器 拿 到 電 風 扇 前 吹，加速感測器內滯留的 CO2
濃度擴 散至環境值相同。© 2 0 1 3 D r . T u n g C h u n g T s a i
在夾鏈袋的封口處黏上膠帶，並確認 氣體不會跑出來。
以實物投影機進行示範教學，並提醒 組裝時的注意事項。
自己進行繪製折線圖常出現錯誤。
學生學習單問題討論中，認為植物有 光合作用時就會停止呼吸用。
未標示數值與單位
未能分配使 用區域
認為有光合作用就沒有 呼吸作用
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(三) 教學省思
在研究者實施第二次教學課程的過程中發現的現場問題：
1. 在教學設計中，學生先用吹氣方式量測人體呼出氣體含有 CO
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後，CO2
殘留在感測器之中，雖有架設電扇，減少等待的時間，但研究者希望可 以更有效率的方式處理。
修札方式：調整實驗流程，先觀察萌芽綠豆呼吸作用之氣體濃度情形，
再進行人體呼氣濃度檢驗，因萌芽綠豆產生 CO
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較緩慢，累積濃度較 低擴散速度快，可減少等待時間。2. 學生在學習單紀錄上，對於將數值畫成折線圖的製圖上有困難，大部分
2. 學生在學習單紀錄上，對於將數值畫成折線圖的製圖上有困難，大部分