第四章 結果與討論
第二節 S-POE「預測」階段之分析
由表 4-2-1 顯示，整體而言，在五個 S-POE 的實驗活動中，有 10 位 教師能夠正確預測其中四個實驗結果，而有 6 位教師能正確預測其中三個 實驗結果，能完全正確預測五個實驗結果的則有 4 位教師。由上述可知，
在全部的受訪教師中，有 4 位國小科學教師（20％）能完全預測正確實驗 結果，而有 16 位教師（80％）未能完全正確預測五個 S-POE 實驗活動的 結果。
由上表可知，依據教師在五個實驗中，其分別能正確預測所佔的人數 比例多寡，排序如下：實驗一 20 人（100％）、實驗五 19 人（95％）、實 驗四 17 人（85％）、實驗三 16 人（80％）、實驗二 6 人（30％）。亦即在 實驗一的部分，能正確預測的教師最多，比例達 100％，全部 20 位教師皆 能對結果作出正確的預測；而在實驗二的部分能對實驗結果做出正確預測 的人數最少，有 6 位教師（30％）。再者，除了實驗二的部分以外，在實 驗一、三、四、五的部分，有八成以上的國小科學教師皆能正確預測實驗 結果。
二、「預測」階段理由分析
本研究共有五個與「大氣壓力、表面張力」有關的 POE 實驗，將受訪 教師之訪談內容整理歸納成表格，本節將依據國小科學教師針對五個 S-POE 實驗「預測」結果之分佈情形作深入探討。
(一) POE 實驗一：
實驗情境為將杯子放入水中，再以薄的塑膠片壓在杯口，一起將杯子拿出 水面，將手移開後，實驗結果為塑膠片不會掉下來，且杯子中的水也不會流出，
請國小科學教師針對此實驗結果說明理由。
POE 實驗一正確的科學解釋為：「大氣壓力往上支撐住塑膠片與水的重 量，水即不會流下」。茲將國小科學教師於 POE 實驗一「預測」階段所提出 的理由整理歸納如下表 4-2-2 所示：
表 4-2-2 國小科學教師於 POE 實驗一「預測」階段所持的理由
T102、T103、T006、
T008、T012、T114、
T016、T119
8（40％）
杯子外面的大氣壓力大於裡面的 水壓，大氣壓力往上支撐住塑膠片
T104、T005、T007、
T110、T115
5（25％）
大氣壓力支撐住塑膠片，水柱高未 達 1033.6 公分時，水不會流下來
T113、T120 2（10％）
杯內裝滿水，沒有空氣，大氣壓力
1. 預測正確的理由
（1）以「大氣壓力往上支撐住塑膠片」為理由
深入分析這十八位教師說明的理由，可以發現雖然他們提及了「大 氣壓力往上支撐了塑膠片」的想法，但其背後支持的概念卻有所不同，舉 例而言，持有「大氣壓力往上支撐住塑膠片與水的重量」的理由者最多，
有 8 人（40％），而持有「杯子外面的大氣壓力，其壓力大於裡面的水壓，
大氣壓力往上支撐住塑膠片」之理由者次之，有 5 人（25％）。列舉訪談 內容如下：
T102：大氣壓力把塑膠片頂住，所以水不會往下流，塑膠片隔開 水和空氣。
T114：那大氣壓力是來自四面八方的，所以從下面也可以頂住，克 服了水跟塑膠片的重量。
T005：…………裡面的大氣壓力和外面不一樣，我覺得應該是杯子 外面的大氣壓力比較大，所以將塑膠片頂住了，也因此杯中 的水不會流出來。
值得一提的是，有兩位教師皆以「大氣壓力支撐住塑膠片，水柱高未 達 1033.6 公分時，水就不會流下來」此一理由提出說明。節錄其訪談內 容如下：
T113： 我們知道大氣壓力如果在 25℃的時候是 1033.6cmHg，如果 以水的密度來換算的話，意思就是說可以推到 1033 公分這 麼高，水的高度沒到 1033.6 公分的時候，它這個就不會掉…
因為我只知道大氣壓力支撐它而已。
T120：因為大氣壓力是 1033 點多…所以說 1033…就是水要到 達 10 公尺，才會大於大氣壓力。
（2）以「吸力吸住塑膠片」為理由
另一方面，有 2 位教師（10％）提出的說明是不恰當的，認為杯中的 水不會流下來與「吸力」吸住塑膠片有關，或者認為塑膠片本身具有「吸 力」可以吸住水，由此顯示國小科學教師有誤用科學概念的傾向。節錄其 訪談內容如下：
T001：表面張力在塑膠片跟杯子交接的那個地方吸住塑膠片，然
T104、T114、T119 3（15％）
與紗網粗糙程度與縫隙大小有關係，因為
T008、T016
4（20％）
因為紗網有縫隙，水的重力作用（水 壓）
T118、T120 2（10％）
紗網縫隙的大小 T115 1（5％）
因為紗網有縫隙，空氣進入杯中，杯
T119：像現在是用網子代替墊板嘛，但網子有空格，網子的空 格會有表面張力，所以是網子代替了墊板，它還是屬於 一個完整面。
2. 預測錯誤的理由
（1）以「紗網有縫隙」為理由
在預測錯誤所持的理由中，提到「紗網有縫隙，所以水會流下」相關 之理由預測結果的有 10 人（約 50％），顯示有半數的科學教師會以直觀的 角度進行預測和說明。其中持有「紗網有縫隙，無法將水與空氣隔開，所 以水會流下來」的理由者最多，有 4 人（20％），而持有「因為紗網有縫 隙，水的重力作用（水壓），所以水會流下來」之理由者次之，有 2 人（10
％）。茲列舉訪談實例內容如下：
T008：因為它有縫隙，所以水可能會流出來。
T118：因為水的重力，紗網有縫隙，所以水會掉下來。
（2）以「表面張力」為理由
而雖然有 2 位教師（約 10％）以「表面張力」之因素提出說明，但其 提出的理由卻是不恰當也不完整的。節錄其訪談內容如下：
T001：力的來源有：水壓、大氣壓力、表面張力………就是 水跟水之間的支撐力夠的話，水應該就不會流下。
T005:因為那個網子，好像上面會有表面張力，可能會稍微 阻礙水流出來，但是我覺得水最後還是會流出來。
(三) POE 實驗三：
本實驗情境為以紗網蓋住杯口，將杯子放入水中，此時將杯子略為傾斜拿 出水面，實驗結果為杯子中的水會流出來，請國小科學教師針對此預測實驗結果 並且說明理由。
POE 實驗三正確的科學解釋為：「杯子傾斜後，表面張力因水壓的差異而 被破壞(右側底部壓力較大)」。茲將國小科學教師於 POE 實驗三「預測」階
段所提出的理由整理歸納如下表 4-2-4 所示：
T102、T104、T118 3（15％）
水的重量不平均，會傾向杯子 的一邊（右側），破壞了表面張 力
T011、T119 2（10％）
空氣進入杯中，水破壞了表面 張力
T114、T016 2（10％）
表
T001、T115 2（10％）
紗網上的各點受到大氣壓力支 撐的力量不同
T103、T008、T113 3（15％）
杯中的大氣壓力加上水壓，大
的理由」兩方面個別進行分析與探討如下：
1. 預測正確的理由
（1）以「表面張力被破壞」為理由
在預測結果正確所持的理由中，能夠提及「表面張力被加以破壞」此 理由預測結果佔的比例最多，有 8 位教師（約 40％），但其中僅有 3 位（15
％）能夠提出恰當且完整的解釋，其所持理由為「水壓變得不平均（水壓 的差異），破壞了表面張力」。節錄其訪談內容如下：
T102：杯子一傾斜，水壓就不平均，傾斜比較下面的地方，它的 水壓就比較大。水壓比較大，就會突破那種所謂的表面張 力可以負荷的程度。
此外，一共有 4 位教師（20％）其說明之理由分別為「水的重量不平 均，會傾向杯子的一邊（右側），破壞了表面張力」、「空氣進入杯中，水 破壞了表面張力」，雖然能提出恰當的解釋，但是卻欠缺完整性，未能提 出「水壓」此一科學語詞。節錄其訪談內容如下：
T119：傾斜會使它那個表面張力的薄膜受到破壞。受到破壞的原因 可能是力量（水的重力）就沒辦法平均分散，變成比較深比 較重。
T114：如果是這邊傾斜的話，因為它水會就是破壞它的表面張力，
就等於說它不是一個完整的那個．．．沒有堵住那個洞口就 對了。
（2）以「水壓的差異」為理由
另一方面，有 3 位教師（15％）雖然持「水壓差異」的觀點說明預測 的理由，卻未能提及「表面張力」的因素，顯示出教師的解釋並不恰當，
缺乏完整性。節錄其訪談內容如下：
T007：…………斜面水的壓力會集中在下面的地方，也就是說上 面這一邊空的時候水壓比較低的時候，大氣壓力就會從這邊 進去，所以水就會流出來。
T001 ：對網子來說………杯子裡的水壓對它來說就不一樣，水就 有可能流出來………這裡(杯子右側)水壓大，水就會往水 壓大的這邊流出來。
（3）以「大氣壓力差異」為理由
值得注意的是，有 3 位教師（15％）是以「大氣壓力差異」的觀點進 行說明，認為「杯子傾斜之後，紗網上的各點受到大氣壓力支撐的力量不 同」，完全沒有考慮到表面張力與水壓的因素，顯示這些科學教師針對實 驗活動難以提出恰當和完整的解釋。節錄其訪談內容如下：
T103：杯子傾斜時，會造成大氣壓力沒有辦法很平均的從下面施 在上面，………那水就會從比較弱的地方流下來。
T113：這個點到這裡有一個高度差…所以作用在這兩個力（大氣壓 力）就不平均了，大氣給紗網的力應該就不平均了，所以水 會流下來。
2. 預測錯誤的理由
（1）以「杯子傾斜與否」為理由
在預測錯誤所持的理由方面，有 2 位教師認為水是否會流下來與「杯 子是否傾斜」無關，雖然已提出某些科學語詞說明，但卻未能提出完整且 符合因果關連的解釋，其所持的理由分別為：
T005: 因為有表面張力，所以水不會流出來。
T120: 不管它怎麼傾斜，它的水柱高度還是沒有大於大氣壓力的高 度啦!
(四) POE 實驗四：
本實驗情境為以紗網蓋住杯口，將杯子底部挖個洞，讓空氣可以進入 杯子，將杯子放入水中，接著拿出水面（未傾斜），實驗結果為杯子中的 水會流出來，請國小科學教師針對此預測實驗結果並且說明理由。
POE 實驗四正確的科學解釋為：「杯子內外大氣壓力平衡，表面張力的 力量不足以撐住水的重量」。茲將國小科學教師於 POE 實驗四「預測」階 段所提出的理由整理歸納如下表 4-2-5 所示：
表 4-2-5 國小科學教師於 POE 實驗四「預測」階段所持的理由
T005、T110 2（10％）
杯子內外大氣壓力平衡，水的 重量往下
T113、T114、T017 3（15％）
杯子內外大氣壓力平衡，大氣
T001、T118 2（10％）
大氣壓力將杯中的水壓下 T102 1（5％）
T009、T115 2（10％）
杯子
註：灰底字為符合科學解釋。
由表 4-2-5 所示，在實驗四的部分，有 17 位教師（85％）能夠正確 預測實驗的結果，而有 3 位教師（15％）預測錯誤。茲將受訪教師於「預 測」階段所提出的理由，分為「預測正確所持的理由」與「預測錯誤所持 的理由」兩方面個別進行分析與探討如下：
1. 預測正確的理由
1. 預測正確的理由