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高中生在平面向量線性組合的認知結構

本小節說明六位個案學生在後測中的表現,筆者先依個案學生各自的狀況 做質性描述,接著依個案學生在各題的表現給予評分,附上「學習表現示意 圖」,該圖將學生的表現經評分後分成 5 等,呈現在起源分解簡圖中;最後再跨 個案統整說明,並提出研究中發現的教學議題討論。

一、 S1 後測之表現

見附錄 8 的評分表,後測原本共有十五題,因為類題 3 題併入對應題號一 起處理,只剩下基礎 5 題和進階 7 題共十二題。若以滿分 24 分來看,S1 拿到 23 分,答題成功率至少為 95%。見附錄 1,本研究主要在探討「向量的線性組 合」,因此只會針對進階題的答題狀況來討論。見進階第 1 題,他能以坐標表示 法清楚辨別OP⃑⃑⃑⃑⃑ 是否能夠以及如何寫成OA⃑⃑⃑⃑⃑ 、OB⃑⃑⃑⃑⃑ 的線性組合。見進階第 2 題,第

(1)小題裡他從圖形判別AP⃑⃑⃑⃑⃑ 是否能寫成AB⃑⃑⃑⃑⃑ 、AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的線性組合並估算係數; 第

(2)小題除了以圖形判別AP⃑⃑⃑⃑⃑ 是否能寫成AB⃑⃑⃑⃑⃑ 、AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的線性組合,必要時他能轉換 表徵並且輔以坐標表示法求解。見進階第 3 題,他能分析幾何圖形,將一向量 PQ⃑⃑⃑⃑⃑ 拆解成AP⃑⃑⃑⃑⃑ 、AQ⃑⃑⃑⃑⃑ 表示,再改寫成AB⃑⃑⃑⃑⃑ 、AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的係數積。見進階第 4 題,他利用平 行線截等比例線段做出三角形,並寫出比例,推導出分點公式; 他利用圖解的 方式,相當簡潔清楚。見進階第 5 題,他將題目範圍內的圖形有系統的畫出,

利用平移掃過所求圖形。筆者認為他應已具備線性組合 Object 概念,才能一次 處理兩個變數組成的向量。見進階第 6 題,他按照題目敘述,依序找出 P、Q、

C 點坐標。見進階第 7 題,他原本畫出一平行四邊形,欲向他人說明時即發現 自己圖形有誤,代入特定數點,即確認圖形為通過 B 點、斜率為-1 的直線,他 很確定答案是正確的,但無法說明。此外,他會代入特定點,確認圖形有一定 趨勢,依固定比例變化; 但教師問學生BP⃑⃑⃑⃑⃑ 向量時,他立刻發現BP⃑⃑⃑⃑⃑ 會在線上並且 平行於同一方向(向量); 他嘗試以不同的方式說明,但無法釐清想法。最 後,教師讓學生寫類題第 7 題,他找出 x+2y=1 時AP⃑⃑⃑⃑⃑ =xAB⃑⃑⃑⃑⃑ +yAC⃑⃑⃑⃑⃑ 的 P 點圖形是一 直線; 他除了代特定點,也利用 BP 向量確認圖形確實沿一直線前進,而教師也 進一步分享斜角坐標的想法。

102 圖 4- 38 S1 後測表現示意圖

二、 S2 後測之表現

見附錄 8 的評分表,後測原本共有十五題,因為類題 3 題併入對應題號一 起處理,只剩下基礎 5 題和進階 7 題共十二題。若以滿分 24 分來看,S2 拿到 17 分,答題成功率至少為 70%。見附錄 2,本研究主要在探討「向量的線性組 合」,因此只會針對進階題的答題狀況來討論。見進階第 1 題,他以向量平行與 否來判別OP⃑⃑⃑⃑⃑ 是否能寫成OA⃑⃑⃑⃑⃑ 、OB⃑⃑⃑⃑⃑ 的線性組合。見進階第 2 題,他在第(1)小題 裡線性組合的式子是正確的,但在向教師解釋時發現自己的圖形畫錯,這可能 是因為他只記得要圍出平行四邊形,卻一時忽略AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的方向。他在第(2)小題 裡則是圍出平行四邊形後再估計AB⃑⃑⃑⃑⃑ 、AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的係數,教師提示說可以藉由坐標化求 出更精確的值,學生只在圖形裡標上點坐標後就停筆,完全忘記前一題才利用 坐標解過題目。筆者認為他在解題時得到的經驗似乎是獨立的,沒有主動從向 量幾何連結到向量坐標。見進階第 3 題,他先嘗試了一會兒即將向量做拆解,

事後表示在改寫成係數積時,雖然書寫著式子的左邊,卻同時去想式子的右邊;

筆者認為這樣的錯誤,可能是因為不專心而將𝐴𝐵̅̅̅̅的1

4看成3

4。見進階第 4 題,他 以 OP 為對角線做出一平行四邊形,再利用平行線截等比例線段得出分點公 式,最後在這一題順利將OP⃑⃑⃑⃑⃑ 向量拆成其它向量的加法、係數積。見進階第 5 題,他算出 x,y 為極值時的向量終點坐標,可惜最後的計算是錯誤的。此外,

算式中誤將𝑢⃑ 、𝑣 寫成𝑥, 𝑦,筆者發現他習慣使用心算,相對地也容易因此粗 心。見進階第 6 題,他依題目敘述將文字符號表徵轉為圖形,在最後一句將文 字表徵轉為圖形時出錯。他在說明時先文字敘述轉為圖形,找出距離𝐶、𝑂距離 後再考慮方向,最後就寫出正確坐標。見進階第 7 題,他先點出數個點並且猜 測出圖形是一直線,但是無法說明理由。之後教師給予一題「圖為鉛直線」的

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類題,他從向量坐標觀察出圖形確實為一直線。再回到本題時教師要求從兩分 量的關係觀察圖形,但因為是學生尚未學過的參數形式,所以最後在將代數表 徵轉為圖形時還是由教師直接講述說明。

圖 4- 39 S2 後測表現示意圖

三、 S3 後測之表現

見附錄 8 的評分表,後測原本共有十五題,因為類題 3 題併入對應題號一 起處理,只剩下基礎 5 題和進階 7 題共十二題。若以滿分 24 分來看,S3 拿到 18 分,答題成功率至少為 75%。見附錄 3,本研究主要在探討「向量的線性組 合」,因此只會針對進階題的答題狀況來討論。見進階第 1 題,他將題目的向量 坐標以幾何形式討論,從向量坐標是否成比例來判斷是否平行,並且使用施力 方向來說明OA⃑⃑⃑⃑⃑ 、OB⃑⃑⃑⃑⃑ 的合力可沒有可能是OP⃑⃑⃑⃑⃑ ,他在說明時表示理論上應該用二 元一次方程式來解題。在第(2)小題裡三向量平行時,他能一一從OA⃑⃑⃑⃑⃑ 的係數 去找出所對應的OB⃑⃑⃑⃑⃑ 係數,但學生似乎想找出更一般的表達,教師也許可提供參 數的形式來說明。另外,他考慮了坐標、幾何、物理實例,他的說明豐富且表 徵連結轉換頗為流暢; 他能用幾何直觀與二元一次方程式來解答本題,選擇出 最快速簡潔的方式來第理。見進階第 2 題,他在第(1)題裡利用圖解,並且從 P 點回推得到AB⃑⃑⃑⃑⃑ 、AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的係數;在第(2)題裡他原本也想用圖解,卻發現係數 不易判斷出確切的值,接著改以向量坐標化、二元一次方程式求解,但在解方 程式時漏看一個負號而算錯。本題他也是選擇了最簡潔有效的方式,若無法解 答則會適時調整策略。見進階第 3 題,由於題目中有格子,他利用坐標化解出 此題。教師要求試著不看格子去解題並給予類題 4,他將向量拆解成其它向量 相加減就卡題了; 教師提醒使用係數積來改寫,學生隨即成功答題,並將第 4 題再以拆解的方式改寫一次,接著才完成本題。他在第一階段中曾自行想出係

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數積的拆解方法,但當時沒想到以向量加法拆解; 在總結性評裡則恰恰相反,

他雖然具備這些概念,但在需要時未必能夠靈活使用。見進階第 4 題,他利用 平行線截等比例線段來圖解完成本題。見進階第 5 題,他先從極限值開始畫出 點,但把係數皆為正、皆為負兩種情況各自框起來。教師要求先固定𝑥的值再畫 出1

2≤ 𝑦 ≤ 1的圖,他將𝑥為定值的線段往±𝑢⃑ 平移來畫出所求區域。接著,教師 給予只有一個變數𝑦時的類題,他先是畫出一個平行四邊形,在向教師解釋時就 發現自己的錯誤,自行修正依題目範圍朝±𝑣 方向畫出線段即完成圖形,並且想 出兩個變數時的處理方式,他利用平移的方式掃出題目所求之平行四邊形。見 進階第 6 題,他認為本題利用國中學過的東西就可以解題,筆者認為學生有後 設認知的想法。他在最後曾誤以為3𝐶𝑄⃑⃑⃑⃑⃑ = 𝐶𝑂⃑⃑⃑⃑⃑ ,但在解釋時就發現自己的錯誤,

因此又花時間重新解讀最後一句話,才求出正確的點坐標。見進階第 7 題,處 理2𝑥 + 𝑦 = 2時,他最初只想到正數並且認為0 ≤ 𝑥 ≤ 1、0 ≤ 𝑦 ≤ 2; 筆者認為 從代數表徵轉到口語文字,再轉為代數的過程時曲解了原意。教師給他一題類 似題,他找出特殊點後,教師提示坐標化並將向量坐標代入式子裡; 最後他得 到𝐴𝑃⃑⃑⃑⃑⃑ = (1, 1 − 4𝑦),觀察後確認圖形為一直線。

圖 4- 40 S3 後測表現示意圖

四、 S4 後測之表現

見附錄 8 的評分表,後測原本共有十五題,因為類題 3 題主要用以輔助線 性組合部分題目故不予採計,只剩下基礎 5 題和進階 7 題共十二題。若以滿分 24 分來看,S4 拿到 17 分,答題成功率至少為 70%。見附錄 4,本研究主要在 探討「向量的線性組合」,因此只會針對進階題的答題狀況來討論。見進階第 1 題,他欲從平行來判斷OP⃑⃑⃑⃑⃑ 能否寫成OA⃑⃑⃑⃑⃑ 、OB⃑⃑⃑⃑⃑ 的線性組合。他記得OA⃑⃑⃑⃑⃑ 、OB⃑⃑⃑⃑⃑ 平行,

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但OP⃑⃑⃑⃑⃑ 不平行它們的話就無法寫成其線性組合。但是他在判斷平行時有錯誤的比 較方式,似乎只記得可比較兩向量 x 分量與 y 分量之間的關係。教師提醒平行 可從係數積下手,學生說出「OB⃑⃑⃑⃑⃑ 會等於-3/2OA⃑⃑⃑⃑⃑ ,但OP⃑⃑⃑⃑⃑ 沒有等於-3/2OA⃑⃑⃑⃑⃑ 」錯誤的 比較方式。之後,他由第(1)小題訂正的經驗,發現第(2)小題寫錯,並訂 正。見進階第 2 題,本題為幾何呈現向量AP⃑⃑⃑⃑⃑ 是否能拆成AB⃑⃑⃑⃑⃑ 、AC⃑⃑⃑⃑⃑ 的線性組合,他 先坐標化後求出係數,再從圖形檢驗答案是否正確; 他能以兩不同兩個表徵切 入,但解題關鍵卻以坐標表徵為主。見進階第 3 題,他將向量拆解成加法與係 數積,並且改寫成題目要求的形式。筆者認為他需要不同向量之間元素關係的 理解,能以整體看待找出關係,亦即基模的連結較強。見進階第 4 題,他最初 無法從幾何圖形推出分點公式,藉由類題第 4 題的練習,在給出確切比例時,

學生就可以處理將「內分點向量」拆成兩向量的線性組合; 筆者認為此處顯示 S4 由 A→P。回到此題時,因為前面確切數值解題經驗,學生可以自行推導出 內分點公式。筆者認為這兩題顯示了學生從 Action 到 Process 不是立即的過 程,我們無法從學生能做特定的操弄即斷言他具有某概念的 Process;另一方 面,也有可能是符號的抽象程度太高,以致學生無法思考題目為何。見進階第 5 題,他“記得”圖形是平行四邊形,但答案錯誤。在此題裡,當

學生就可以處理將「內分點向量」拆成兩向量的線性組合; 筆者認為此處顯示 S4 由 A→P。回到此題時,因為前面確切數值解題經驗,學生可以自行推導出 內分點公式。筆者認為這兩題顯示了學生從 Action 到 Process 不是立即的過 程,我們無法從學生能做特定的操弄即斷言他具有某概念的 Process;另一方 面,也有可能是符號的抽象程度太高,以致學生無法思考題目為何。見進階第 5 題,他“記得”圖形是平行四邊形,但答案錯誤。在此題裡,當