第四章 研究結果與討論
第三節 S-POE 解釋階段理由之分析
第二節已敘述、分析研究對象在 S-POE 預測階段所持的理由，此節將研究對象在解 釋階段所持的理由作分析，以 POE 實驗一為例，先歸納分析理工背景學生在解釋階段 所持的理由，再將理工背景學生於預測階段與解釋階段所持的理由作比對，分析預測結 果錯誤的理工背景學生在預測階段與解釋階段所持理由之變動，結果列於表格中，並加
以分析，預測結果正確的學生所持的理由則不加以贅述，依此方式歸納分析非理工背景
S006、S008 S105、S106 S107
由表 4-3-1 可以看出，理工背景學生於 POE 實驗一解釋階段所持的理由有 18 人
（90%）以「大氣壓力」的因素來進行解釋；有 2 人未提及「大氣壓力」，而以「水分 子間有吸引力」與「表面張力」來進行解釋。
（一）提及與大氣壓力相關的理由
有 18 人在實驗一對自然現象的解釋能運用「大氣壓力」科學術語進行解釋，從其 解釋理由當中，可以分為「提及水壓或水的重量」、「提及表面張力」、「整個情境呈平衡 狀態」、「其他」等類別，以下將分別說明之。
1. 提及大氣壓力與水壓或水的重量
理工背景學生有 9 人同時提及「水壓」的因素，並使用「>、=、<」的數學符號用 語進行解釋，說明大氣壓力與水壓的關係。其中有 5 人提及「大氣壓力大於水的壓力（或 重力），塑膠片需完全密合，以免空氣進入」，且在晤談過程中也能明確說出大氣壓力等 於 76 公分水銀柱高，其中以 S106、S107 將 76 公分水銀柱高換算 1033.6 cm2
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，顯示其 明瞭科學概念的意義，解釋完整。
S106：因為這裡有大氣壓力，四週都有大氣壓力，把塑膠片撐著，所以 水不會流出來。…（略）水的壓力，應該要比大氣壓力還高，片 子才有可能掉下來。…（略）每平方公分要1033.6公克重，水才 會大於大氣壓力的力量，水會宣洩下來。
有 2 人提及「裡面的水壓等於外面的大氣壓力」，認為水不會流下來，是因為水壓 等於大氣壓力，兩個力剛好相等，使塑膠片維持在平衡狀態，不會掉下來。
S005：因為裡面的水壓其實跟外面的大氣壓力一樣，就剛好是兩個力，
外面的大氣壓力對塑膠片是往上的力，裡面的水壓剛好是往下的 力，剛好兩個相等，所以水不會流出來，塑膠片保持在平衡狀態。
有 2 人提及「水的重量沒有比大氣壓大，大氣壓力擠壓在塑膠片上」，解釋恰當，
但對大氣壓力的大小了解不夠，無法清楚說明大氣壓力是 76 公分水銀柱高或是等於 1033.6 cm2
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。
S102：因為大氣壓力擠壓在塑膠片上面，水的重力沒有比大氣壓力的抵 抗力來得大，所以塑膠片不會掉下，水不會流出來。
R：要多大呢？
S102：已經忘記了。以前高中有上過說水銀汞柱比較容易看出來，用水 沒有辦法做出這麼長的玻璃管能夠支撐，讓它立起來。
2. 提及大氣壓力與表面張力
有 3 人同時提及「大氣壓力」與「表面張力」來進行解釋，以「大氣壓力往上支撐」
來解釋是正確的，以「表面張力」來進行解釋是誤用科學概念。此 3 人認為表面張力的 作用發生在塑膠片與杯口接觸之處，水能夠吸住塑膠片，使塑膠片與杯口密合。
S001: 如果表面張力有確實吸到，就不會；表面張力作用在杯子杯子跟
塑膠片交界處。…（略）大氣之中也有氣壓往上，撐在塑膠片，
大氣壓力的方向可以往上，這邊就有往上撐的力量，…就是表面 張力介於中間把它吸住，不會掉下來。
3. 提及大氣壓力，且整個情境呈平衡狀態
有 3 人提及大氣壓力往上作用，整個實驗情境呈現平衡狀態，S012 與 S104 提及水 的作用，大氣壓力與水呈現平衡狀態；而 S004 則認為裡面呈現平衡狀態，外面的大氣 壓力獨自呈現出平衡，兩者各自呈現平衡狀態，未提及整個情境是否呈現出平衡狀態。
S104：因為沒有空氣跑進去，不會破壞平衡。…水這樣下去，大氣壓力 這樣上去，兩個力量一樣大，平衡，保持那個狀態。
S004：杯子裡面的水，還有接觸的的地方，像真空一樣把東西吸附，裡 面是真空的狀態，裡面自己已經是形成一個平衡狀況，什麼壓力 我不知道，外面都是相同，因為不會差多少的壓力，暫時把它讀 解成相同，就是平衡。
4.其他
有 3 人提及此情境有大氣壓力的作用，其中有 2 人認為「大氣壓力支撐塑膠片」， 解釋與實驗情境符合。另外，S101 認為「塑膠片不能有空隙，外面的大氣壓力較大」，
因果關係未說明清楚，解釋不完整。
S101：裡面的氣壓是零，外面是一大氣壓，塑膠片那邊不能有空隙， 外面的大氣壓力比較大，導致塑膠片不會掉下來，水不會 流下來。
（二）未提及大氣壓力，而提及表面張力
有 2 人以「水分子間有吸引力」與「表面張力」來進行解釋，未提及「大氣壓力」。 在 POE 實驗一的情境中，應以「大氣壓力」來進行解釋，顯示誤用科學概念的情形。
S010：我覺得因為水的表面張力把塑膠片吸住了。… (略)水分子之間會 有那個…吸引力，會想要一直聚在一起。他們表面張力很強，會吸 住這個塑膠片。
二、預測錯誤之理工背景學生於 POE 實驗一觀察後修正解釋之分析
將理工背景學生於 POE 實驗一預測階段與解釋階段所持的理由作比對，同時參照 晤談資料，分析預測結果錯誤的學生所持的理由之變動，結果整理如表 4-3-2：
表 4-3-2 預測錯誤之理工背景學生於 POE 實驗一修正之解釋 學生代號 預測階段的理由 解釋階段所持的理由
S003 裡面的水大於外面的大氣壓 水的重量沒有比大氣壓大，大氣壓力擠壓 在塑膠片上
S004 空氣壓跟水壓，比外面的大氣壓 力重
水和接觸處像真空般吸附東西，裡面形成 平衡狀況；外面的大氣壓力都相同，平衡 S005 水壓大於外面的大氣壓 水壓等於大氣壓力一樣：塑膠片保持在平
衡狀態
由表 4-3-2 可以看出，理工背景學生在解釋階段所持的理由與預測階段比較後，學 生會修改原持有理由的一小部分，使其解釋符合觀察到的結果或現象。例如 S003 將所 持的理由，從原先認為是「裡面的水大於外面的大氣壓」，稍微修正為「水壓沒有比大 氣壓大」，以符合觀察到的結果。
S003：因為裡面的水比大氣壓力還大…。（預測階段理由）
S003：裡面的水會給板子這樣向下的力量，大氣壓力會四面八方給力 量，…（略）可能水的重量沒有比大氣壓力大。（觀察後解釋）
另外，S004 觀察階段看到水不會流下來，則將理由修正為「杯子的水就像真空一 樣吸附東西，形成平衡狀況」，與其原本的想法「空氣壓跟水壓，比外面的大氣壓力重」
顯得更無法清楚的解釋，解釋理由不恰當。
S004：因為空氣壓跟水壓，比外面的大氣壓力重，應該會把水推下來。
（預測階段理由）
S004：杯子裡面的水，還有接觸的的地方，像真空一樣把東西吸附，裡 面是真空的狀態，裡面自己已經是形成一個平衡狀況。（觀察後解 釋）
三、非理工背景學生於 POE 實驗一解釋階段理由之分析
N002、N006 N011、N012 N013、N105
6（30%）
（一）提及與大氣壓力相關的理由
有 9 人在實驗一能運用「大氣壓力」科學術語進行解釋，從其解釋理由當中，可以 分為「提及水壓或水的重量」、「大氣壓力往上撐」、「其他」等類別，以下將分別說明之。
1. 提及大氣壓力與水壓或水的重量
非理工背景學生於 POE 實驗一解釋階段有 5 人以「大氣壓力」與「水壓或水的重 量」的因素進行解釋；非理工背景學生在國中階段已學習過大氣壓力的概念，課本中對 大氣壓力的大小有詳細的陳述，經過一段時間後，發現非理工背景學生對於大氣壓力的 瞭解已模糊，無法正確說出大氣壓力的大小等於 1033.6 cm2
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，以簡短的方式來進行解 釋，呈現出無法應用之前所學習過的科學概念來進行解釋，與 Pallrand（1996）的研究 結論：「學生似乎無法應用他們之前所學過的一切來進行解釋」相似。
N005：因為裡面沒有空氣了，外面的空氣會壓…壓住塑膠片和水，…（略）
大氣壓力比水壓大，所以就不會掉下來。
2. 提及大氣壓力
大氣壓力的作用是四面八方的，在此情境中，大氣壓力能夠往上支撐塑膠片，使其 不會因重力而落下。非理工背景學生有 3 人認為大氣壓力向上作用，其中 N001 與 N102 認為除了大氣壓力的向上推擠外，同時提及水吸住了塑膠片，使水不會流下來，顯現出 會使用「吸住」此日常生活用語來進行解釋。
N001：除了水的吸力外，大氣壓力向上呀！因為地心引力，所以水會往 下移…大氣壓力會往上，它們兩個會互相抵抗。
3.其他
N008 認為水不會流下來是因為「外面的大氣壓力大於杯子裡面的大氣壓力」，
未提及水的重量，解釋不完整。
N008：因為杯子外面的大氣壓力大於杯子裡面的大氣壓力，杯子裡裝滿 了水，氣壓力幾乎等於零，…外面是壓力比它大，會堵住杯口。
（二）未提及「大氣壓力」的理由
有 11 人未提及「大氣壓力」的因素進行解釋，從其解釋理由當中，分為「提及水 的作用」、「其他」兩類，以下將分別說明之。
1. 未提及「大氣壓力」，而突顯水的作用
有 9 人以「水的作用」來進行解釋，例如「水吸住塑膠片」（有 6 人）、「水的張力 緊緊抓著塑膠片」（N009）等，顯示出非理工背景學生對科學現象無法恰當使用科學術 語或科學概念來進行解釋，而以「吸住」、「集中」、「推擠」、「抓著」等日常生活用語來 進行解釋或描述現象，未作因果關係的推論，解釋不恰當，亦不完整，因此，需加強非 理工背景學生對自然現象的解釋與應用科學概念的能力。此結果與 Zuzovsky 和 Tamir
（1999）的研究結果相似，學生的解釋傾向不完整的、很少使用科學術語，而且時常提 出描述的解釋，並非因果關係的解釋。
N009：有水的張力在表面這邊，塑膠片的部份，它就是緊緊抓著塑膠片。
N009：有水的張力在表面這邊，塑膠片的部份，它就是緊緊抓著塑膠片。