第肆章 研究結果與討論
第一節 雙層診斷測驗結果分析
雙層診斷測驗題目共 13 題，將學生填答分布以百分比統計表呈現，
總人數為 74 人，每題分析結果以縱軸表示第一層(現象)，以橫軸為第二 層(理由)，正確選項以「※」記號加註，雙層完全答對以斜體樣式表示，
底端再依照兩層結果分成四類統計：「＋，＋」表示現象、理由均答對、「＋，
－」表示現象答對、理由答錯、「－，＋」表示現象答錯、理由正確以及
「－，－」表示現象、理由均答錯。教學前後的整體表現選擇「＋，＋」
的比例平均從 38％增加到 57.28％，選擇「＋，－」的比例平均從 25.38
％下降到 17.56％，選擇「－，＋」的比例平均從 8.07％到 7.93％，而 選擇「－，－」的比例平均從 31.27％下降到 20.96％，表示在教學後，
學生對於光學概念的理解是有進步的(表 4-1-14)。本節共分為五部分，
前四部分依序分析各子概念「光與視覺」、「光的本質」、「光的反射」、「光 的折射」的填答結果，第五部分再進行綜合討論，統計結果如下：
一、 「光與視覺」部分的雙層診斷測驗結果
1. 學生在第二題、第七題、第十二題的前後測填答分布詳細結果見 表 4-1-1、4-1-2、4-1-3。
<前測 2;後測 1> 如果你站在一個完全黑暗、沒有光、也沒有窗戶的房間中，請問你可以看到不 發光的物體嗎?
□(甲)可以 □(乙)不可以 理由是因為:
□(1)因為眼睛會發出光線，所以可以看到物體
□(2)因為從眼睛可以發出視線到物體，所以可以看到物體 □(3)因為物體會發出模糊的影像到眼睛，所以可以看到物體 □(4)因為房間內沒有光讓物體反射，所以眼睛看不到物體 □(5)其他:_____________________________
表 4-1-1 第二題概念填答結果
理由
(1) (2) (3) ※(4) (5) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
(甲) 4.05 0 16.22 4.05 6.76 2.70 2.70 0 2.70 0 32.43 6.75
※(乙) 1.35 0 1.35 0 0 0 64.86 93.24 0 0 67.56 93.24 合計 5.41 0 17.57 4.05 6.76 2.70 67.56 93.24 2.70 0 100 100 前測(＋,＋) 64.86 ％ (＋,－) 2.70 ％ (－,＋) 2.70 ％ (－,－) 29.73 ％ 後測(＋,＋) 93.24 ％ (＋,－) 0.00 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 6.76 ％
<前測 7;後測 3> 一天晚上阿福經過公園，聽到草叢裡有聲音，他想看清楚草叢裡有什麼，他的 上方有兩盞燈(如圖)，在只能讓其中一盞燈打開的情況下，他應該開哪一盞燈，才能夠看清楚 草叢裡面到底有什麼東西呢?
□(甲)選 A 燈 □(乙)選 B 燈 理由是因為:
□ (1)光照亮草叢，眼睛便能主動看到草叢，產生視覺
□ (2)光照到草叢，然後帶著影像到達眼睛，產生視覺
□ (3)光照到草叢，草叢會把光反射到眼睛，產生視覺
□ (4)光照到眼睛，然後眼睛將光照到草叢，產生視覺
□ (5)其他:_____________________________
表 4-1-2 第七題概念填答結果
理由
(1) (2) ※(3) (4) (5) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
※(甲) 22.97 14.86 28.38 12.16 39.19 71.62 0 0 0 0 90.54 98.64 (乙) 4.05 0 1.35 0 2.70 0 1.35 1.35 0 0 9.45 1.35 合計 27.02 14.86 29.73 12.16 41.89 71.62 1.35 1.35 0 0 100 100 前測(＋,＋) 39.19 ％ (＋,－) 51.35 ％ (－,＋) 2.70 ％ (－,－) 6.75 ％ 後測(＋,＋) 71.62 ％ (＋,－) 27.02 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 1.35 ％
<前測 12;後測 7>.在天氣晴朗陽光普照的日子裡，早上升旗時你站在學校操場上，可以看見物 體嗎？
□(甲)可以 □(乙)不可以 理由是因為:
□ (1)因為太陽光照在物體上，然後帶著影像進入眼睛產生視覺
□ (2)因為太陽光照在物體上，物體對它產生反射，此反射光再進入眼睛產生視覺
□ (3)因為太陽光會先到達眼睛，眼睛再將光反射出來照到物體上產生視覺
□ (4)因為太陽光把物體照亮，眼睛就可以看到被照亮的各種物體
□ (5)其他:_____________________________
表 4-1-3 第十二題概念填答結果
理由
(1) ※(2) (3) (4) (5) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
※(甲) 31.88 5.48 46.38 78.08 8.70 8.22 13.04 8.22 0 0 100 100
(乙) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
合計 31.88 5.48 46.38 78.08 8.70 8.22 13.04 8.22 0 0 100 100 前測(＋,＋) 46.38 ％ (＋,－) 53.62 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 0.00 ％ 後測(＋,＋) 78.08 ％ (＋,－) 21.92 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 0.00 ％
2. 學生對於「光與視覺」的理解
(1) 從第 2 題第一層結果得到教學前已有 67.56％的學生有光與視 覺的連結，了解在完全黑暗中是無法看到東西，在教學後更進 步到 93.24％的比例了解視覺的產生與光有關係。
(2) 教學前學生缺乏光與視覺的關聯，認為眼睛是視覺唯一的必要 條件，因此在第 2 題第一層選擇現象時，有 32.43％的學生認 為在「完全黑暗」的環境中依舊可以看到物體，解釋的理由有 少數認為眼睛會發光(第 2 題理由選項 1)或是物體自動發射影 像到眼睛(第 2 題理由選項 3)，而其它陳述的理由有「等眼睛 適應黑暗後就能看到」、「眼睛在黑暗的地方瞳孔會放大，盡量 讓自己看到」等。
(3) 在教學前，有許多學生具有視線說(發射理論)的另有概念，這 些學生認為能看見物體是因為眼睛會發出視線到物體，所以在 黑暗中仍可以看見物體，但經由教學後比例降低許多(第 2 題理 由選項 2：16.22％4.05％)。
(4) 對於光與視覺的關係，大部分學生都能了解到前提必須有光照 亮物體，所以在第 7 題第一層選擇現象時，教學前有 90.54％
的學生認為必須打開 A 燈，教學後更達到 98.64％的比例，但 在第二層選擇理由時，在教學前只有 39.19％，教學後達到 71.62％能做出正確的解釋，指出視覺是物體將光反射進入眼睛 所產生。
(5) 即使知道光與視覺的關聯，但是對於其中的機制，學生最常具 有的另有概念，稱為觸發模式，不論在教學前以及教學後，皆 有較高的比例。常見的特徵有三種：
a. 第一種認為只要光把物體照亮，眼睛便能主動視物(第 7 題理 由選項 1：27.02％14.86％、第 12 題理由選項 4：13.04
％8.22％)。
b. 第二種認為光照亮物體時，將影像帶入人眼(第 7 題理由選項 2)：29.73％12.16％、第 12 題理由選項 1：31.88％5.48
％)。
c. 有部分學生對於光與視覺的關聯，認為是光先照到眼睛，眼 睛再去看物體或反射光到物體產生視覺(第 7 題理由選項 4)：1.35％1.35％、第 12 題理由選項 3：8.7％8.22
％)。
二、 「光的直進」部分的雙層診斷測驗結果
1. 學生在第一題、第四題、第八題、第九題的前後測填答分布詳細 結果見表 4-1-4、4-1-5、4-1-6、4-1-7。
<前測 1;後測 5> 你認為光會移動嗎?
□(甲)會 □(乙)不會 理由是因為:
□ (1)光是一種照亮後的狀態，不會移動，光只能充斥在照亮的地方
□ (2)光只會往特定方向直線前進，一但照到物體後就停止不動
□ (3)光持續在動，可朝四面八方直線前進，遇到物體會產生反射
□ (4)光持續在動，而且光的路徑是可彎曲的，遇到物體會繞過去
□ (5)其他:_____________________________
表 4-1-4 第一題概念填答結果
理由
(1) (2) ※(3) (4) (5) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
※(甲) 2.82 0 7.04 1.35 69.01 82.43 5.63 0 0 0 84.50 83.78 (乙) 7.04 0 5.63 10.81 0 5.41 1.41 0 1.41 0 15.49 16.22 合計 9.86 0 12.67 12.16 69.01 87.84 7.04 0 1.41 0 100 100 前測(＋,＋) 69.01 ％ (＋,－) 15.49 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 15.49 ％ 後測(＋,＋) 82.43 ％ (＋,－) 1.35 ％ (－,＋) 5.41 ％ (－,－) 10.81 ％
<前測 4;後測 8> 有甲、乙、丙三個窗戶(如圖)，將燈泡打開後，請問從哪幾個窗戶可以看到「發 光的燈泡?」
□(甲)只有甲窗可以 □(乙)只有乙窗可以 □(丙)甲乙窗皆可 □(丁)甲乙丙窗皆可 □(戊)甲乙丙皆不可以看到
理由是因為:
□ (1)光是一種照射後的狀態，因甲窗太高照不到，丙窗又被擋到，只能從乙窗看到
□ (2)光會往四面八方直線前進，遇到牆壁時會產生反射
□ (3)光會往四面八方照射，即使遇到牆壁，光線會繞過它繼續前進
□ (4)光只能往特定方向直線前進，因此遇到牆壁後，光線就停止不動
□ (5)其他:_____________________________
表 4-1-5 第四題概念填答結果
理由
(1) ※(2) (3) (4) (5) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
※(甲) 0 0 28.77 35.62 2.74 1.37 15.07 28.77 2.74 1.37 49.32 67.13 (其他) 5.48 0 21.92. 21.92 6.85 6.850 10.96 2.74 5.48 1.37 50.69 32.88 合計 5.48 0 50.69 57.54 9.59 8.22 26.03 31.51 8.22 2.74 100 100 前測(＋,＋) 28.77 ％ (＋,－) 20.55 ％ (－,＋) 21.92 ％ (－,－) 28.77 ％ 後測(＋,＋) 35.62 ％ (＋,－) 31.51 ％ (－,＋) 21.92％ (－,－) 10.96 ％
<前測 8;後測 9>有一棵樹，下午時太陽在樹的西邊(如圖)，請問陽光照射到樹以後會有什麼情 形發生?
□(甲)會產生影子，影子在西邊 □(乙)會產生影子，影子在東邊 □(丙)不會有任何影子產生 理由是因為:
□ (1)影子是因為樹被陽光照射後，自己發射影像在地上而形成
□ (2)具有影子是物體的本性，所以本來就有影子，只是影子在陽光下會更清楚
□ (3)影子是陽光照到樹，無法透過去，被折射到別的地方
□ (4)影子是沒被擋住的光線繞過樹到地上而形成
□ (5)影子是因為陽光被樹阻擋，無法透過而形成
□ (6)其他:_____________________________
表 4-1-6 第八題概念填答結果
理由
(1) (2) (3) (4) ※(5) (6) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
(甲) 0 2.70 0 1.35 0 1.35 0 0 0 0 0 0 0 5.40
※(乙) 17.57 8.11 4.05 6.76 22.97 16.22 8.11 6.76 45.95 55.41 1.35 1.35 100 94.61 合計 17.57 10.81 4.05 8.11 22.97 17.57 8.11 6.76 45.95 55.41 1.35 1.35 100 100 前測(＋,＋) 45.95 ％ (＋,－) 54.05 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 0.00 ％
後測(＋,＋) 55.41 ％ (＋,－) 39.20 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 5.40 ％
<前測 9;後測 10> 承上題，如果將時間改成完全沒有光的夜晚，這棵樹會不會有影子?
□(甲)會 □(乙)不會 理由是因為:
□ (1)沒有光就不可能有影子
□ (2)有物體就有影子，只是黑暗中無法看見
□ (3)其他:_____________________________
表 4-1-7 第九題概念填答結果
理由
※(1) (2) (3) 合計
現象 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測
(甲) 0 1.35 16.22 9.46 5.41 0 21.63 10.81
※(乙) 74.32 86.49 4.05 2.70 0 0 78.37 89.19 合計 74.32 87.84 20.27 12.16 5.41 0 100 100 前測(＋,＋) 74.32 ％ (＋,－) 4.05 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 21.63 ％ 後測(＋,＋) 86.49 ％ (＋,－) 2.70 ％ (－,＋) 1.35 ％ (－,－) 9.46 ％
2. 學生對於「光的本質」的理解情形
(1) 對於光的本質，常見的另有概念為學生認為光照到物體就停 止，在教學前後都有一定的比例(第 1 題理由選項 2：12.67％
12.16％、第 4 題理由選項 4：26.03％31.51％)，而且在 教學後不但沒有減少，反而有增加的趨勢。
(2) 教學前，少數學生認為光是一種狀態(第 1 題理由選項 1：9.86
％0％、第 4 題理由選項 1：5.48％0％)或認為光的路徑是 可彎曲的(第 1 題理由選項 4：7.04％0％、第 4 題理由選項 3：
9.59％8.22％、第 8 題理由選項 4：8.11％6.76％)，但在 教學後有減少的趨勢。
(3) 在第 4 題的後測表現，有 57.54％理由正確，雖然了解光是直 線前進，但卻只有 35.62％的學生能將回答出正確現象，有些 學生會以乙、丙窗被擋住為理由，顯示學生只能說出觀察到的 現象與結果，無法應用已知道的理論或基本性質去解釋現象。
(4) 對於影子的形成原因，在教學前後仍常見的另有概念與國內外 的研究都很類似，詳細結果分析如下：
a. 光照到物體，物體被激發產生影子(第 8 題理由選項 1：
17.57％10.81％)。
b. 光遇到物體被折射而產生影子，認為影子是由一種「暗 光」形成(第 8 題理由選項 3：22.97％17.57％)。
c. 物體本身就具有影子，只是可能在晚上看不到、或因為 影子是黑色的、或影子微弱到看不見等理由，而這些學 生都將影子具體化，視影子維物體的所有物(第 8 題理 由選項 2：4.05％8.11％、第 9 題理由選項 2：20.27
％12.16％)。
(5) 從第 9 題結果得知，教學前已有 74.32％的學生了解光與影子 有連結，教學後則達到 87.84％，但對於影子的真正成因，前 測到後測的比例從 45.95％進步到 55.41％，提醒教師在教學時 仍必須說明清楚，讓學生真正了解光與物體的關係，以及影子 的真正意義與成因。
三、 「光的反射」部分的雙層診斷測驗結果
1. 學生在第三題、第十三題(與面鏡成像原因與結果相關題目)、第五題、
第十題(與反射定律相關題目)的前後測填答分布詳細結果見表 4-1-8、4-1-9、4-1-10、4-1-11。
<前測 3;後測 4> 如右圖所示，大雄站在鏡子前，請問他能夠從這面鏡子看到自己從頭到腳的直 立全身嗎? □(甲)可以 □(乙)不可以
理由是因為:
□ (1)只要人在鏡子前面，站遠一點就可以看得到全身
□ (2)根據折射原理，鏡子不夠大，至少要人身高的一半以上
□ (3)根據反射原理，鏡子不夠大，至少要人身高的一半以上
□ (4)鏡子要和人一樣大，光線才可以將人的影像傳到鏡子上
□ (5)鏡子要和人一樣大，才夠讓整個人投影上去
□ (6)其他:_____________________________
表 4-1-8 第三題概念填答結果
理由
(1) (2) ※(3) (4) (5) (6) 合計
現象
前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 前測 後測 (甲) 35.62 32.43 1.37 2.70 0 4.05 0 0 2.74 0 0 0 39.73 39.18
※(乙) 10.96 1.35 12.33 8.11 12.33 43.24 10.96 5.41 12.33 1.35 1.37 1.35 60.28 60.81 合計 46.58 33.78 13.70 10.81 12.33 47.29 10.96 5.41 15.07 1.35 1.37 1.35 100 100 前測(＋,＋) 12.33 ％ (＋,－) 47.95 ％ (－,＋) 0.00 ％ (－,－) 39.73 ％
後測(＋,＋) 43.24 ％ (＋,－) 17.57 ％ (－,＋) 4.05 ％ (－,－) 35.13 ％
後測(＋,＋) 43.24 ％ (＋,－) 17.57 ％ (－,＋) 4.05 ％ (－,－) 35.13 ％