POE 的理論基礎與相關研究

一、POE 的意義及起源

POE（Predict -Observe-Explain）是「預測－觀察－解釋」的簡稱，是一 種藉由教學者設計「預測－觀察－解釋」三步驟之任務，以探究學生認知理 解情形的教學策略。POE 起源自於美國 Pittsburgh 大學 Champagne、Klopfer 和 Anderson 於 1980 年所設計的 DOE （Demonstrate-Observe-Explain）概念 晤談教學策略的研究工具。此概念晤談策略首先對學生進行紙筆測驗，再由 教師示範實驗活動（Demonstrate）讓學生觀察（Observe），隨後要求學生回 答測驗裡的問題並提出說明（Explain），當時有些 DOE 的問題情境會要求學 生於觀察之前先對該項實驗的結果進行預測。後來 White 和 Gunstone（1992）

發現若能在活動前先進行預測的活動，不但能呈現學生原有的認知結構，還 能提高學生的學習興趣，因此便將 DOE 策略改良為 POE

（Predict-Observe-Explain）教學策略，以期提高教學效益。

許良榮（2005）更進一步的利用前後具有關連性的數個 POE 策略，發展 出「序列性 POE （Sequential Predict-Observe-Explain；S-POE）」策略，S-POE 意指序列性的預測－觀察－解釋，其設計方式是利用前後具有關連性的數個 特定事件或現象，要求學生對每一個特定的事件、現象，依序完成對它的預 測、觀察與解釋。此策略可以除了可以了解學生科學解釋的特徵，亦可用來 深入了解學生每個相關聯的現象之間的解釋是否具有解釋的融貫性。

二、POE 的實施

POE 在實施上，由學生決定所持的理由來解釋他們所認知的科學概念，

在 POE 活動開始前，需讓學生明確的了解自己所要預測的事件，此時可允許 學生提出各種相關疑問，活動的實施過程可分為下列三個步驟（White &

Gunstone, 1992）：

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進行 POE 時，要考慮下列原則（White & Gunstone, 1992）：

要提供學生一個可以預測，並能以個人理解進行推理的情境或實驗，

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許多研究（如表 2-5-1、表 2-5-2）顯示 POE 策略廣泛的應用在科學教育 上，能協助教師探索學生的先前概念或另有概念, 在國內方面，以 POE 策略 設計推理活動探究學生概念理解、推理過程，探討主題有磁力、拋射體、滲 透作用、影子等概念的研究（曹永彬，2009；周孟勳，2011；張綾娟，2011；

黃瑜珮，2012 等）。在國外方面，則有應用 POE 策略診斷化學概念（Methembu, 2001）、季節與月相的另有概念（Kucukozer, 2008）、酸鹼概念（Kala, Yaman

&Ayas, 2013），及鹽的溶解另有概念（Kibirige, Osodo & Tlala, 2014）等研究。

在科學教育的活動之前，教師若能了解學生的先前概念，並以此作為教學策 略擬定及改進的指標，方能設計有效的教學活動。

除了診斷先前概念、迷思概念之外，研究發現，使用 POE 教學策略，可 以提昇學生科學概念的理解，亦是設計概念改變教學有效的策略之一。黃贊 樺（2011）以 POE 教學策略結合科學解釋文字鷹架，探討學生在光學概念改 變的影響；翁靖婷（2011）及 Keleş & Demirel（2010）以 POE 教學策略改變 學生對於光的另有概念。Cinici & Demir（2013）則是以 POE 教學策略探討學 生「滲透作用」概念改變的情形。在 POE 策略中，預測的理由不僅能呈現學 生原本的認知架構，學習者解釋其預測和觀察結果之間的矛盾的歷程，具有 認知衝突（cognitive conflict）的特色，於此，再藉由教學的引導，有助於改 善其另有概念。

此外，有些研究運用多媒體結合 POE 教學策略，在國內學者方面，楊凱 悌、邱美虹、王子華（2009）將數位影音融入 POE 教學策略，應用於改善國 小高年級學童在脊椎動物分類之另有概念的效益情形，研究發現，國小高年 級學童對於脊椎動物之分類，多按其知覺到動物的原型加上明顯特徵來將之 分類，因而產生許多另有概念；透過數位影音融入 POE 教學，有助於改善其 對脊椎動物分類之另有概念。利用 POE 策略融入資訊教學設計，還能引發學 生的學習興趣、可以促進學生的思考，更能提高學習動機及興趣，提升學生

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學習成效。陳瑩雯（2013）利用 POE 動畫教學法複習「燃燒與滅火」的知識，

無論是對全體學生或不同學業成就學生而言，在「燃燒與滅火學習成效測驗」

之前後測的比較上，皆達到顯著性的差異，表示學生利用 POE 動畫教學法複 習，能有效提升學生的學習成效。Kearney, Treagust, Yeo & Zadnik（2001）將 POE 策略融入電腦多媒體教學，設計十六個關於力與運動概念的 POE 電腦學 習方案，探討不同學校 10、11 年級師生，對於電腦化 POE 活動的看法，並 建議有效運用多媒體進行科學學習的方法。

POE 策略亦用來探究科學解釋的情形（許良榮、羅佩娟，2009；黃贊樺，

2011；Zacharia, 2005）。許良榮（2005）由 POE 策略發展出序列性 POE 策略

（S-POE），以探討受訪者在數個相關連的 POE 實驗中的解釋融貫性，巫少 岑（2007）、陳嘉蕙（2007）和劉月智（2007）以其設計之「大氣壓力、表 面張力」序列性 POE 策略，分別探討國小科學教師、國中生及大學生的科學 解釋能力及解釋融貫性。Costu, Ayas & Niaz（2010）更以 POE 發展出的 PDEODE 教學策略（predict-discuss-explain-observe-discuss-explain）探討學生 概念改變的情形，及學生對於蒸發概念學習的成效。

POE 策略亦用來融入教學，協助教師改善教學，提昇教師教學專業。陳 均伊、張惠博、楊巽斐和鄭一亭（2006）針對一位資深的地球科學教師，探 討其教學信念，並基於所面臨的教學問題，嘗詴實施 POE 教學，給予學生較 多討論與思考的時間，進而提昇教學成效。陳俐娟（2008）探討一位非理工 背景之國小自然科教師，學習與運用 POE 教學策略後，教學知能的轉變，研 究結果發現，個案教師在運用 POE 教學策略時，因為對該教學策略的不熟悉 及學科內容知識薄弱，產生教學上的困難；POE 教學課程實施後，課程能獲 得學生的認同，激發學生的學習興趣及思考能力。

綜合國內外 POE 相關實徵研究，可以發現 POE 策略常用於探求受詴者在 某一現象之理解情形，其中以物理現象的研究居多，如槓桿、浮力、光學、

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磁力等科學現象（陳海玲，2007；紀薰順，2010；Keleş &Demirel, 2010；陳 宗佑，2011）。在化學方面，則有氧化還原、酸鹼概念等主題的研究（李明 修，2011；Kala, Yaman &Ayas, 2013 等）。唯大多數 POE 的研究以學生對象 居多，以教師為研究對象之研究並不多（Gunstone & White, 1992；巫少岑，

2007；陳琍娟，2008），未來之相關研究方向，亦可針對教師科學概念、科 學解釋能力的部分加以深入研究。

考量 POE 策略設計要能提供受訪者可以預測，並能以個人理解進行推理 的情境或實驗，「重心、平衡」是生活中常聽到的語詞，但是其中詳細的原理，

多數人並不是很清楚。普通高級中學物理教科書（2008）提到「重心」應符 合兩個力學的要求：（1）重心所受重力=所有質點所受重力之合力=物體的總 重量。（2）重心所受的力矩=所有質點所產生的力矩和。邱韻如（2010）指出

「平衡」意指「靜力平衡（Static Equilibrium）」，同時包含移動平衡（外力和 為零）及轉動平衡（外力矩和為零）兩個條件，必頇對各種力的性質有充分 的瞭解與掌握，以及力矩、轉動與支點的選擇有相當的認識，絕非僅靠「合 力等於零」或「合力矩等於零」就可以解題的。因此，本研究以「重心、平 衡」原理，設計五個 POE 實驗，每個實驗間只改變一個變因，欲以這五個 POE 實驗探討不同背景之國小教師對於「重心、平衡」現象的解釋情形，以探討 國小教師的科學解釋能力。

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表 2-5-2 國外 POE 之實徵研究

年代 研究者 研究對象 研究重點

1992 Gunstone &

White 教師

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年代 研究者 研究對象 研究重點

2013 Kala, Yaman

&Ayas 國中生

以三個 POE 的問題和半結構式訪 談探討國中生對於酸鹼概念的理 解情形。

2014

Treagust, Mthembu &

Chandrasegar an

國中生 應用 POE 教學策略提升學生學習 氧化還原概念的理解。

2014

Kibirige, Osodo &

Tlala

10 年級

探討 POE 策略對於 10 年級學生在 鹽的溶解的另有概念及概念改變 的情形。

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