預測結果與預測理由之分析

五個 POE 實驗活動為本研究的晤談主題，藉由這五個有相關性的實驗讓學生依序進行

「預測-觀察-解釋」之步驟，以了解學生對自然現象的想法與科學解釋。研究者於每個實 驗的預測階段，除了要求每位學生回答「水是否會流出來」外，亦同時讓學生為其預測結 果進行理由說明，而本節之目的即為分析 30 位國中學生分別於此五個實驗中提出的預測 與預測理由。並且研究者於正式晤談結束後，詢問學生是否曾於學校的自然課堂上做過這 五個實驗，30 位學生皆表示未曾動手操作過，但是學生都明白表示有看過實驗一的相關圖 片出現於自然課本上，至於其餘四個實驗的圖形則未曾見過。因此，學生提出的預測理由 與解釋代表他們個人對這些自然現象的看法與觀點。

一、S-POE 實驗活動的預測結果分析

30 位國中學生於五個 POE 實驗活動之預測階段的表現，以實驗一的預測正確率最高，

30 位學生的預測結果皆是正確的；實驗二的預測正確率最低，有 18 位學生預測正確，12 位學生之預測是錯誤的。茲將 30 位學生於這五個 POE 實驗活動之預測階段所呈現的正確 率結果列表如 4-1-1：

表 4-1-1 S-POE 預測階段之正確率分析一覽表

實 驗 設 計 預測正確 預測錯誤 合計 POE 實驗一 30 人

（100%） 0 人

（0%） 30 人

（100%）

POE 實驗二 18 人

（60%） 12 人

（40%） 30 人

（100%）

POE 實驗三 24 人

（80%） 6 人

（20%） 30 人

（100%）

POE 實驗四 27 人

（90%） 3 人

（10%） 30 人

（100%）

POE 實驗五 27 人

（90%） 3 人

（10%） 30 人

（100%）

由上述的正確率分析表中可知，每個 POE 實驗活動之預測階段的正確率皆有達到 50%

以上。針對參與晤談之每位學生分別於五個 POE 實驗的預測正確率情形，則詳列於附錄二。

二、POE 實驗一的預測理由分析

30 位學生對此實驗的結果預測皆是正確的，皆預測「塑膠杯內的水不會流出來」。而 且 30 位學生皆以「大氣壓力」為解釋之開端。由此看來，這些參與晤談的國中學生都會 運用「大氣壓力」之科學術語，說明實驗一之預測理由。摘錄其中 1 位被晤談者之說明：

●運用大氣壓力進行說明

B09：因為塑膠片的下面有那個大氣壓力在往上壓，往上推。

雖然 30 位學生都對此實驗不陌生，而且他們的預測理由皆為「因為大氣壓力的作用，

致使塑膠杯內的水不會流出來」，不過，每位學生對於大氣壓力如何作用，以致於杯內的

水不會流出來之觀點，卻是不盡相同的，甚至於部分學生提到的預測理由是不正確、不恰 B04、G01

G04

（一）學生提出之預測理由符合實驗一的科學性解釋

30 位學生所提出的預測理由中，有 9 位學生說明的預測理由與實驗一之科學性的解釋 一致。其中編號 B07、B11、B14、G09 與 G12 等 5 位學生提出之預測理由類似於研究者在 S-POE 實驗活動設計裡所提出之科學解釋，只是編號 B07 之學生以「承受水的重量」取代

「支撐水的重量」，所以在表 4-1-2 中單獨表示。另外，研究者使用之塑膠杯的高度約為 11 公分，所以塑膠杯內裝滿水後，杯內之水給予塑膠片的壓力的確小於外界的大氣壓力，

而編號 B13、G03，以及 G07 等 3 位學生就是以大氣壓力與杯內水壓力之大小進行比較為其 預測理由。至於編號 B08 的學生則是提出杯內水的高度沒有超過大氣壓力所能支撐的水柱 高之預測理由。這樣的預測理由亦是正確解釋實驗一的說明之一，因為一大氣壓可支撐約 76 公分之水銀柱高度，換算為支撐的水柱高度，則約 10 公尺，而塑膠杯的高度僅約 11 公 分。茲將學生的預測理由摘錄如下：

●大氣壓力支撐水的重量

G12：因為大氣壓力垂直往上壓那個塑膠片，然後撐住水的重量，水就不會滴下 來。

●大氣壓力承受住水的重量

B07：大氣壓力向上作用在那個塑膠片上，然後導致塑膠片有辦法就是承受住水 的重量。

●大氣壓力大於水壓

G03：因為塑膠片受到向上的大氣壓力的作用，然後（停頓一下），大氣壓力比 水壓大，所以水不會流出來。

●大氣壓力支撐水壓

G07：因為我覺得大氣壓力把那個塑膠片承受住啊，然後大氣壓力支撐了水壓，

水就不會流出來了。

●大氣壓力可支撐的水柱高度

B08：因為會有大氣壓力把那個塑膠片支撐住，而且那個水的高度還沒有超過大 氣壓力所能支撐的那個範圍高度（大概 10m），然後就不會讓水流出來。

（二）學生提出之預測理由並未完全以科學語言表達或是不完整

其餘 21 位學生提出的預測理由裡，其中有 9 位學生的理由說明與上述的 9 位學生相 較之下，就顯得不夠完善。其中編號 G10 與 G13 這 2 位學生提到大氣壓力抵住（抵抗）塑 膠片與水的重量，學生以「抵抗、抵住」等較為生活化的字詞，做為理由的一部分，顯示 出學生了解該自然現象，只是在說明理由之際，未能完全以科學話語呈現。另外編號 B01、

B05、B09，以及 B12 等 4 位學生提出的理由未包括塑膠片的部份，顯示這些學生的理由並 不完整。而編號 G02、G14 與 G16 這 3 位學生提到的理由是不僅忽略了塑膠片的重量，並 且夾雜生活化的用語。以下摘錄學生之理由說明：

●大氣壓力抵住塑膠片與水的重量

G10：就是因為大氣壓力由下面往上壓，然後抵住那個塑膠片和水的重量，所以 水不會漏出來。

●大氣壓力支撐水的重量

B01：因為有大氣壓力支撐住水的重量。

●大氣壓力抵制水的重量

G02：因為它（整個塑膠杯）是一個密閉的空間，塑膠片上面是水的狀況，下面 有個大氣壓力可以抵制水的重量，所以水不會流出來。

●大氣壓力抵擋水壓

G14：因為它外界的大氣壓力可以抵擋住它水的壓力，就是水往下的壓力，它可 以給它往上的力，把它擋住。

●大氣壓力大於水壓

B05：裡面的水壓沒有大於外面的一大氣壓力，所以水不會流出來。

（三）學生提出之預測理由為不恰當或不正確

至於另外的 12 位學生中，其中有 10 位所提出的預測理由為「大氣壓力等於水的重量

（大氣壓力與水的重量達成平衡）」，或是「大氣壓力等於水壓（大氣壓力與水壓達成平衡）」 之類型。不論是相等或是平衡，皆為不恰當的理由說明，顯然這些學生不僅忽視塑膠片的 重量，而且對於外界大氣壓力與塑膠杯內水的重量（或是水壓）的大小之別，有錯誤的認 知。而另外的 2 位學生之中，其中 1 位是提到「大氣壓力壓塑膠片，所以水可以把塑膠片

吸起來」的說法，這就顯現出此位學生並不了解大氣壓力的意義與作用。另 1 位則是提出

「大氣壓力支撐水的重量，加上水的表面張力把塑膠片與塑膠杯的空隙填滿」，可是實驗 一與表面張力並無關聯性，顯然此位學生的預測理由是不恰當的。以下將摘錄部份學生提 出之理由：

●大氣壓力等於水的重量

B10：向上的大氣壓力跟水的重量，向下，相等。

●大氣壓力與水的重量成平衡

G05：大氣壓力向上作用在整杯水，然後整杯水的重量向下，然後平衡在這裡。

(指著塑膠片)

●大氣壓力與水壓相等

B04：就是杯中裝滿裡面的水，向下的壓力，就等於外面的大氣壓力去壓塑膠片 的力量相同，所以說，水不會流出來。

●大氣壓力與水壓成平衡

G06：因為外界的大氣壓力，向上，跟裡面水給予塑膠片的壓力，向下是相等的

，所以呈平衡。

●大氣壓力使水有吸力

B06：就是大氣壓力會壓那個塑膠片，因為是大氣壓力，所以有水可以把塑膠片 吸起來，所以就不會掉下來。

●大氣壓力與表面張力

G08：因為大氣壓力可以支撐水的重量，再加上水的表面張力把塑膠片跟塑膠杯 的空隙填滿，導致水不會流出來。

（四）小結

雖然其中的 21 位學生於其預測理由中所運用的科學術語，是和提出的預測理由符合 實驗一之科學解釋的那 9 位學生並無太大的差異性，但從其理由說明的內容可以看出，這 21 位學生的預測理由是較不完整，或是不恰當的。而部份學生提出之理由不夠詳細的原 因，或許是由於學生將塑膠片視為實驗的器材之一，所以於說明時未將其重量考慮在內。

至於在運用生活化的語詞方面，或許是因為學生對於使用科學語言來表達其想法的方式還 不夠熟練，所以學生運用科學語言來回應問題的能力還需再加強。此外，學生對於實驗結

果可以做出正確預測，但提出之預測理由卻是不恰當或不正確，可能是在科學教學過程 中，教師以口述方式向學生解釋一大氣壓約可支撐 10 公尺高的水柱，而未運用具體實例 幫助學生了解其意義，對學生而言，這項知識是以形式、非脈絡的方式呈現，此科學知識 以孤立的單元存在於其知識體系中，不易將它與實驗一進行連結，反而容易憑藉生活經驗 的直覺來提出其預測理由。因此，學生雖可提出正確的預測，但其理由卻不一定符合科學 性的解釋。

三、POE 實驗二的預測理由分析

（一）預測實驗結果錯誤之理由分析

30 位參與晤談的學生裡，有 12 位學生預測錯誤，而且這 12 位對此實驗預測錯誤的學 生皆有提到「因為紗網有洞，所以水會流出來」，很顯然地，學生對此實驗之預測理由偏 向於直接的觀察，而未經過仔細的思考。茲將學生針對實驗二預測「塑膠杯內的水會流出 來」所呈現之預測理由整理如表 4-1-3：

表 4-1-3 學生於實驗二提出之預測（水會流出來）的理由與人數一覽表 科學術語 預 測 理 由 學生代號 人 數 合 計

紗網有洞

B06、B10 B11、B12 B14、G02 G05、G07 G10、G11

G12

11 人

（36.67%）

大氣壓力 紗網有洞，且杯內與杯外的大氣壓

力相等 B09 1 人

（3.33%）

12 人

（40.00%）

12 位學生裡，有一位學生還提出了因為紗網有洞，使得杯內與杯外的氣壓會相等，所

12 位學生裡，有一位學生還提出了因為紗網有洞，使得杯內與杯外的氣壓會相等，所