第四章、 研究結果與討論
第三節 解釋活動結果分析
研究者將研究對象所完成的POE活動單及訪談逐字稿進行分析，本節所要 探討的是國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中，會使用哪些概念來進行解釋，
研究者將研究對象所使用的概念分為四大類型，分別為科學概念、另有概念、
另有概念和科學概念並用、直覺臆測，並統計每種概念類型在四個活動中被使 用的次數，如下表表4-3-1所示；因為POE策略著重於研究對象如何解釋預測與 觀察之間的不一致，所以本節也會探討國小四年級學童在電磁鐵推理實驗中，
當預測與觀察結果不一致時，研究對象會使用哪些概念來進行解釋。
一、每種概念類型在四個活動中被使用的次數
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在第一個推理實驗中，預測與實驗結果不一致的學童有24人之多，研究者 依據這24位學童在第一個推理實驗的解釋活動所採用的的概念類型統計如圖 4-3-1所示，從圖4-3-1我們可以發現，在第一個推理實驗的解釋活動中，最多研 究對象使用另有概念，其次是直覺臆測，再者是科學概念，最後是另有概念和 科學概念並用。將這些學童分成四大類來進行說明如下：
圖4-3-1 第一個推理實驗解釋概念人數統計圖
1.持直覺臆測來進行解釋
有7人不知道該如何解釋預測與實驗結果的不一致，有些只是將所看到的 現象描述一次，例如本實驗的觀察結果為「指北針的S極會被電磁鐵的右端吸 引，指北針的N極指向右上。」，故此類型的學童只能描述所觀察到的的現象，
但如果研究者再追問「為什麼指北針的N極不會被電磁鐵吸引？」時，此類型 的研究對象皆無法清楚表達說出合邏輯的理由也講不出所以然，此類型的研究 對象分別是S01、S07、S14、S16、S17、 S21及S23，他們皆無法清楚表達說出 合邏輯的理由，茲將研究對象所持的概念列舉如下：
S01E1：電磁鐵的右邊會吸住指北針的 S 極，不知道為什麼會這樣！
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S16 E1：不知道怎麼解釋！
S21 E1：電磁鐵有磁力，導致指北針的 N 極會指向右上。
S23 E1：指北針的 S 極被一整個電磁鐵吸引。
2.持科學概念來進行解釋：
有5人持科學概念來解釋預測與實驗結果的不一致，分別是S02、S09、S10、
S12及S20，茲將研究對象所持的概念摘要列舉如下：
S02E1：異極相吸，指北針的 S 極被電磁鐵的右端吸住了，所以電磁鐵的 右端是 N 極，左端是 S 極……。（2-1SC、3-1SC）
S12E1：根據同極相斥的原理，所以我推測電磁鐵的右端為 N 極……。
（2-1SC、3-1SC）
S20E1：根據異極相吸的原理，所以電磁鐵的右端是 N 極，左端……。
（2-1SC、3-1SC）
在這個類型中，研究者發現這 5 位學童，都繼續使用了「同極相斥，異極 相吸」（2-1SC）和「電磁鐵具有兩種磁性，一端是 N 極，一端 S 極」（3-1SC）
的科學概念來進行第二個推理實驗的預測，預測結果與實驗結果一致。
3.持另有概念和科學概念來進行解釋
有 4 人持科學概念和另有概念來解釋預測與實驗結果的不一致，分別是 S03、S18、S19、S22。茲將研究對象所持的概念摘要列舉如下：
S03E1：同極相斥，指北針的 N 極被電磁鐵排斥，所以一整個電磁鐵都是 N 極……。（2-1SC＋3-4AC）
S18E1：根據異極相吸的原理，整個電磁鐵都是 N 極，所以會吸引指北針 的 S 極……。（2-1SC＋3-4AC）
S19E1：因為電磁鐵會吸引鐵製品，指北針的 N 極不是鐵製的，不會被電 磁鐵吸引，指北針的 S 極是鐵製的，所以會被電磁鐵吸引……。
（2-5AC ＋3-7SC）
S22E1：電池本身具有磁性，從正極流出 S 極，從負極流出 N 極……根據 異極相吸的原理，電磁鐵應該是右 N 左 S……。（1-2AC、2-1SC、
3-1SC）
4.持另有概念來進行解釋
有8人持另有概念來解釋預測與實驗結果的不一致，茲將研究對象所持的 概念摘要列舉如下：
S08E1：當指北針放在電磁鐵的右上方，則指北針的N極就會指向右上。
（2-2AC）
S13E1：指北針 N 極受到強大的地球磁場(雖然旁邊的電磁鐵也有磁力，但 比不過地球磁場的磁力)影響，指向北方……。（2-3AC）
S24E1：第一個實驗中，右上角指北針的 S 極比較靠近電磁鐵，所以會比 較「快」被電磁鐵吸引。（2-6AC）
在預測與觀察結果不一致時，研究對象會嘗試以本身既有想法來解釋，可 能是科學概念，可能是另有概念，也有可能是直覺臆測。在第一個推理實驗中，
因為研究對象不熟悉電磁鐵，大多採取直覺臆測來進行預測，面對預測與觀察 之間的衝突時，研究對象們採取了多種概念來解釋，最多研究對象採用的是「同 極相斥，異極相吸」和「電磁鐵具有兩種磁性，一端是 N 極，一端 S 極」這兩 個科學概念並用來進行解釋。而在第二個推理實驗的預測活動，也繼續並用這 兩個科學概念來進行預測，把對於上一個實驗的解釋，做為預測下一個實驗的 推理依據，表示研究對象的推理依據具有前後一致性，再者，以這兩個科學概 念來作為推理的依據，實驗結果又再度的與預測一致，表示這些研究對象能從 第一個實驗的觀察中，發現其中的因果關係。以另有概念來做為解釋以及預測 的 8 位研究對象中，僅有 S04 和 S24 在第二個推理實驗做出正確的預測，其餘 持有另有概念者，在第二個推理實驗皆無法做出正確的預測。
在第一個推理實驗中預測與觀察結果不一致的 24 位研究對象中，能正確
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預測第二個推理實驗結果的有 10 人。在這 10 人當中，仍然持有對於第一個推 理實驗的解釋，來作為預測第二個推理實驗的依據，而正確預測出實驗結果的 有 8 人，這 8 人當中，有 5 人持科學概念，1 人並用另有概念與科學概念，另 外 2 人持另有概念，顯示持科學概念的研究對象做出正確預測的比例比較高。
在第一個推理實驗中，由於學童對於電磁鐵不熟悉，所以預測與實驗結果 一致的學童只有4人，分別是S05、S06、S15及S27；S05和S15是使用另有概念
（2-2AC）進行預測與解釋，S27是使用直覺概念（GC）進行預測與解釋，而 S06是使用科學概念（2-1SC）和另有概念（3-4AC）來進行推理，這四個人在 第一個推理實驗中的預測只是碰巧與實驗結果一致，但卻無法在第一個推理實 驗後確認相關的變因，而且也無法做出符合科學性的結論，所以答對的小朋友 也未必具有科學概念，但是答錯的小朋友卻能從不一致處去推理出符合科學性 的結論，為什麼會如此呢？因為學童只要看到標準答案，就會認為本來就如 此，但從不會想為什麼會這樣，也就是只知其然，不知所以然，所以POE活動 會讓受試者產生預測與觀察的衝突，讓受試者從各方面去進行推理思考，顯示 POE活動在講求標準答案的學生族群中，有它存在的價值與功能性，在科學教 育上也相當重要。
（二）第二個電磁鐵推理實驗
在第二個推理實驗中，預測與實驗結果不一致的學童有17人之多，研究者 依據這17位學童在第二個推理實驗的解釋活動所採用的的概念類型統計如圖 4-3-2所示，從圖4-3-2我們可以發現，在第二個推理實驗的解釋活動中，最多研 究對象使用直覺臆測，其次是科學概念以及另有概念，最後是另有概念和科學 概念並用。將這些學童分成四大類來進行說明如下：
圖4-3-2 第二個推理實驗解釋概念人數統計圖
1.持直覺臆測來進行解釋
有6人不知道該如何解釋預測與實驗結果的不一致，他們皆無法清楚表達 說出合邏輯的理由。
2.持科學概念來進行解釋
有4人持科學概念來解釋預測與實驗結果的不一致，分別是S06、S08、S11、
及S18，都是使用了「同極相斥，異極相吸」和「電磁鐵具有兩種磁性，一端 是N極，一端S極」的科學概念來進行解釋；茲將研究對象所持的概念摘要列舉 如下：
S18E2：根據異極相吸的原理，又根據 E1，我發現電磁鐵的左半部是 S 極，
右半部是 N 極；電磁鐵好像磁鐵棒一樣，一半為 S 極，一半是 N 極……。（2-1SC、3-1SC）
3.持另有概念和科學概念來進行解釋
有 3 人持科學概念和另有概念來解釋預測與實驗結果的不一致，分別是 S03、S13 及 S16；茲將研究對象所持的概念摘要列舉如下：
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磁鐵左端吸引，所以電磁鐵的左端是 S 極，右端是 N 極……。
（1-2AC、2-1SC、3-1SC）
S13E2：指北針的 N 極是鐵製的，……而電磁鐵會吸引鐵，所以電磁鐵會 吸引指北針的 N 極……。（2-4SC、2-5AC）
S16E2：根據異極相吸的原理，一整個電磁鐵都是 S 極，會吸引左下方指 北針的 N 極……。（2-1SC、3-1SC、3-4AC）
4.持另有概念來進行解釋
有4人持另有概念來解釋預測與實驗結果的不一致，分別是S17、S19、S26 及S28，除了S19使用了「欲判斷指北針的N極或S極會被電磁鐵吸引，端視哪一 極比較靠近電磁鐵。」的另有概念，另外3人都是使用了「電磁鐵和電池一樣，
具有正極和負極，電磁鐵的正極會吸引指北針的N極，電磁鐵的負極會吸引指 北針的S極。」的另有概念來進行來進行解釋；茲將研究對象所持的概念摘要 列舉如下：
S17E2：從第一個實驗和第二個實驗現象歸納得到，電磁鐵的正 極 會 吸引指北針的 N 極，電磁鐵的負極會吸引指北針的 S 極……。
（3-2AC）
S19E2：第一個實驗中，右上角指北針的 S 極比較靠近電磁鐵，所以會比 較「快」被電磁鐵吸引；在第二個實驗裡，左下角指北針的 N 極 比較靠近電磁 鐵，所以會比較「快」被電磁鐵吸引。（2-6AC）
在第二個推理實驗中預測與觀察結果不一致的 17 位研究對象當中，有 7 位在第三個推理實驗的預測和觀察結果一致，但是這 7 位研究對象都不是使用 科學概念作為推理的依據，有 3 位使用直覺臆測，有 2 位使用另有概念，另外 2 位並用另有概念和科學概念。
（三）第三個推理實驗
在第三個電磁鐵推理實驗中，有16人的預測與實驗結果不一致，研究者依
據這16位學童在第三個推理實驗的解釋活動所採用的的概念類型統計如圖
據這16位學童在第三個推理實驗的解釋活動所採用的的概念類型統計如圖