電與磁概念的相關研究

10. 持續精煉，增加效度，信度。

第三節 電與磁概念的相關研究

近年來,陸續有國內外學者相繼探討了有關他們學童電與磁的概念發展情形,其研 究結果或可提供我們作為參考,但研究的對象多為國外或國中以上的學童,研究者以為 我國國小學童有其歷史、文化及年齡生長發展環境的差異之下,與國外以及國中以上學 童有著不同結果,因此有必要對國小學童對電與磁的概念進行瞭解。現將國內、外相關 的研究結果略予說明如下:

首先研究者將在文獻收集及探討時，所得到有關國外電與磁迷思概念之研究整理 如下表 2-3-1：

研究者 研究內容 研究方法 研究對象 Borges, A. T.

(1999)

電流的心智模型，

有關個人電學概念 知識的獲得。

根 據 訪 談 的 主 題 來歸納出結論。

這篇 報 告 討論 電 的 心智 模型，以及呈現巴西學生 及專 職 人 員的 經 驗 性的 電概念的發現。

Shepardson, D. P.

Shepardson, D. P..

& Moje, E. B.

2. 學生對於圓盤形的磁鐵較不熟悉，尤其是磁極的位置。

3. 學生會認為磁鐵的兩端磁力較強（或末端），即磁極是位在兩端，但圓盤形磁鐵 並無端。

陳龍川(民 81)將直流電路方面的研究發現的迷思概念類型綜合述如下:

1.沈槽模型(Sinks model)：此類型之迷思概念，這些學生將燈泡視為一水槽，只要此 燈泡和電池之正負極連接，燈泡就被點亮。

2.電流與電位差(電壓)之因果顛倒：電流是學生電路問題之主要概念，而電位差只是 電流產之「果」而不是「因」；因此學生視電池為一供應固定電流之裝置。

3.資源消耗模型(Source –Consumer model)：學生認為有某種東西儲存在電池中，一 流到電燈泡，燈泡就消耗上東西而發光。

4.衰減模型(Attenuation model)：學生認為電流流過燈泡後會衰減，因此由電池正極流 出之電流大於流經燈泡後流回電池負極之電流，故當兩燈泡串聯時，流經第二個燈 泡之電流少於流經第一個燈泡之電流。

5.分享模型(Sharing model)：此模型與衰減類型類似，不同的是電路中之燈泡平分由 電池正極流出之電流。

6.順序推理(Sequence reasoning)：如下圖，學生認為加在燈泡前之元件會影響流經燈 泡之電流，而加在燈泡後之元件則不會影響流經燈泡之電流。

原來電路 加上電阻 R 在燈泡「前」

則流經燈泡之電流變小了

原來電路 加上電阻 R 在燈泡「後」

則流經燈泡之電流不變

7.局部推理(Local resoning)：學生無法體認到電路中某部份之改變會影響電路之其他 部份，例如:

甲圖 乙圖

學生認為流過乙圖中燈泡之電流為甲圖之一半，而沒有相到兩個燈泡並聯會使電路 上之總電阻減少為原來的一半，致使由電池流出之電流變為原來的二倍，因而流經甲 乙兩中燈泡之電流是一樣的。

美國達拉斯大學物理系網站http://phys.udallas.edu/C3P/altconcp.html 上列出了，在 物理學上學生常見的迷思概念類型，以下列出和國小電與磁概念有關部分：

23.簡單直流電路 電阻消耗電荷

電荷在通過電阻時慢下來 在電池的末端之間沒有電流

電流被用完了當它經由一個電路時 導體沒有電阻

並聯電阻大於最大電阻 電池越大顆，電壓越大 電源和能量是同樣的東西 電池可以在無中生有能量 24.磁場

磁鐵的 N 極和 S 極和電荷的正負極相同 磁場和電場相同

靜電荷能產生磁場

磁鐵的磁場並不是由電荷的流動產生的 25.電磁感應

只有磁鐵移動才能產生電流（線圈移動不能）

感應電動勢在封閉回路才能產生

磁通量（而非磁通量變化）造成感應電動勢

所有電場的電力線都必須從正電荷發出、止於負電荷

26.感應電流

二、磁力是包含在地心引力之內。

三、磁化的產生必而要和磁鐵摩擦。

四、鐵會吸收磁鐵的磁力。

五、鐵本來就有磁力。

綜合結論有以下的迷思概念:

一、在磁鐵本質上包括:

1. 鐵的東西本身就有磁力,可以和磁鐵互相吸引

2. 磁極名稱有 N 和 S 極，也有陰極和陽極，正極及負極，鐵裡面還有陰陽 兩種鐵分子。

3. 磁鐵的磁力在左右兩端比較強，所以圖形磁鐵打斷時 N-S 和 N-S 兩塊，

還會恢復成原來的樣子。

4. 磁極是在磁鐵的對稱的兩面或面積比較大的面。

二、在磁力方面有:

1. 磁力的來源是地磁或地心引力而來的。地磁包含在地心引力中，前者吸 鐵，後都也吸絕緣體。

2. 鐵粉就磁粉，有磁粉就有磁力，沒有磁粉就沒有磁力，所以鐵釘摩擦磁 鐵會帶有磁力是磁粉帶在鐵釘上。

3. 磁鐵摔斷磁力會消失或發散掉。

4. 磁棒豎立，上端的磁力會消失，下端的磁力受地心引力作用會拉直或變 大，原因是下面磁粉吸多。

5. 紙或水會阻擋磁力的進行，造成磁力減弱甚至消失，阻擋的原因是水有 水壓會抵抗磁力，就像鐵的輪船不會被吸入海底一樣。

三、在磁化現象的解釋上:

1. 迴紋針或鐵的東西會吸收磁鐵的磁力。

2. 迴紋針和鐵彼此會互傳磁力。

3. 要摩擦才會有磁力，摩擦愈久磁力愈力大。

全中平(民 85)探討國民小學二年級學童學習自然科有關簡單電路之通路及電流概 念中，發現兒童學習之後,有三分之一的學生無法了解電流概念,二成二的學童認為電 流是從電流正負極流向燈泡產生”電流相撞”之概念模式,三成七的學童可能被實驗課 本的學童圖畫導引成錯誤的電流方向概念。

謝秀月(民 82)在教材影響學生科學概念學習之初探-以國小自然科學電動機單元

為例的研究中指出,電動機單元的教科書內容及教學指引,可能致使學生與老師產有另 有想法:電動機會轉動,是因為磁鐵的相同磁極互相排斥造成的,所以電樞必須纏繞鐵 釘才可以使電動機轉動的迷思概念。

鍾聖校(民 82) 小學生在電動機方面的錯誤概念及其研究啟示，結論如下:

一、五年級學生的錯誤概念

(一)學生採用周遭媒介物的作用，來解釋電動機為何轉動。包括通電；有電路、

電力發動、開關打開了。

(二)馬達會轉是因為裡面有一種會振動的東西。

(三)採用「加長電線、清除雜物、換好一點的馬達、使用時間不要太久」等改 善周遭介物的方式，來使電動機快一點。

(四)對於「電可以生磁」的錯誤概念大致為:

1.電有磁力會跑出磁性來。

2.電流組成一種磁力的東西。

3.如同靜電，會把東西(例如頭髮)吸起來。

(五)對電樞、整流器、漆包線大致有下列誤解:

1.誤以為電樞類似電池，其中有電流可以把電傳到電動機的其他零件上。

2.誤以為整流器的功能在調整電動轉動快撮的速度。

3.誤以為漆包線在電動機的功能是 a 防止製作的人觸電；b 傳熱；c 增強 或減弱磁力。

(六)大多數學生不知熟鐵釘為何有何作用，少數學生以為熟鐵釘即磁鐵。

二、六年級學生的錯誤概念

六年級學生因上過「電動機」單元，半數會以電動機的「電樞和場磁鐵相斥 回答電動機為何會轉的問題。但深究電樞和場磁鐵為什麼會相斥」，以及涉及的

「其它配件作用為何」?就顯示出他們仍有若干錯誤概念。

(一)多數人以為電流帶著電樞跑電樞轉動後才與場磁鐵相斥。

(二)一些人以為電樞和場磁鐵相斥的力不夠大，需要電流增加電樞轉動的力 量。

(三)少數人上課後仍像五年級學生，把電樞當做類似電池的東西，認為其中有 電流可把電傳到電動機其它零件上。

(四)對整流器的錯誤概念包括:

1.視整流器為傳電的媒介，要使電流入電樞才能轉動。

2.誤以為整流哭是絕緣體，隔絕電源。

(五)對熟鐵釘的錯誤概念包括:

1.以為熟鐵釘的作用是避免磁滯，而磁滯是指電流滯留在鐵釘上。

2.以為熟鐵釘燒過後，就會有磁性，而有磁性的好是幫忙通電，使電樞轉 動力量更大。

(六)許多人在判斷「鐵釘外纏線圈，通電磁化後，某一端的磁極是什麼?」的 問題時，表現出下述迷思想法；以為跟最接近的、相連接的電池正極或負 極一樣。

以上國內研究都指學童對電與磁都存在有迷思概念。而各個對電學與磁學皆有涉 及，可是大部份研究方法是採用晤談的方式，且多數為舊課程，對新課程未有實行過，

另者診斷性工具未能確實發展，故研究乃興起研究現今國小學童電與磁概念之研究意 圖。