S-POE 預測階段理由之分析

S006、S008 S105、S106 S107

表 4-2-1 （續）

POE 實驗一

實驗情境：杯子放入水中，以薄的塑膠片壓在杯口，

拿出水面。手移開後，水不會流出。 學生代號 人次(%) 空氣壓力等於水的壓力，平衡，不受重力 S007 1（5%）

大氣壓力往上支撐，水有向下的力量，表面張力介

於中間吸住塑膠片 S001 1（5%）

水跟塑膠片密合，表面張力的作用；加上水分子間

的吸引力，大氣壓力往上推 S002 1（5%）

水分子間有吸引力，水有表面張力跟內聚力 S009 1（5%）

預測結果 正確所持 的理由

水分子間有吸引力，表面張力吸住塑膠片 S010 1（5%）

空氣壓跟水壓，比外面的大氣壓力重 S004 1（5%）

預測結果 錯誤所持

的理由 裡面的水（壓）大於外面的大氣壓力 S003、S005 2（10%）

註：字體灰底為正確的科學解釋

由表 4-2-1 與晤談結果發現，理工背景學生有 17 人（85%）能正確預測「水不會流 下來」，其中，有 15 人（75%）以「大氣壓力」的因素進行解釋，符合科學解釋有 9 位，

其餘學生忽略塑膠片的存在，而提出不完整或不恰當的預測理由。其中，提及「大氣壓 力大於水的壓力（或重力）」與「大氣壓力壓著（支撐）塑膠片」的人數最多，均有 5 人(25%)，共 10 人(50%)。另外，部分學生會同時考慮「大氣壓力」與「水壓」的因素，

其所提出大氣壓力與水壓的關係有「大氣壓力大於水壓」、「大氣壓力等於水壓」（S007）。

【大氣壓力大於水的壓力（或重力）】

這五位學生能恰當的使用「大氣壓力」科學術語加以解釋，認為大氣壓力大於水 的壓力（或重力），也在晤談過程中提及大氣壓力是 76 公分水銀柱高， 76 公分乘以 水銀的密度 13.6^g_cm³ =1033.6^g_cm²；同時提及要注意塑膠片需完全密合，不能有空隙 讓空氣進入。解釋恰當，完整說明大氣壓力與水壓的關係。

S006：裡面是水壓，外面是大氣的壓力。因為壓力不同的關係，壓力的 大小，大氣壓力比較大，是76cm汞銀；（ 指著水的部分）這個 壓力是它的底面積乘上高，所以大氣壓力比較大。只要空氣跑進 去就會使得這個水壓，裡面就會跑進去氣體，導致這兩個相通，

有空氣跑進去，塑膠片就會掉下來，這個地方必須完全緊密的。

【大氣壓力壓著（支撐）塑膠片】

這些學生能恰當提及「大氣壓力」科學術語，說出此情境大氣壓力支撐著塑膠片的 情形，為恰當的預測理由。

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。

此外，有 2 人(10%)未提及大氣壓力，而以「水分子間有吸引力，水有表面張力或 內聚力的作用」來解釋水不會流下來。這與許良榮（2006）所做的研究有類似之處，學 生會以「水的內聚力吸住了塑膠片」來解釋，顯示學生出現誤用科學概念的情形。

S009：內聚力。

R：內聚力，你可以再說清楚一點，內聚力。

S009：喔~就是水有…氫鍵吧！然後就會吸在一起嘛。…(略)就表面張力 跟內聚力囉！

預測錯誤者有 3 人，其皆提及「大氣壓力」與「水壓」，所持之理由是「外面的大 氣壓力小於裡面的水壓、空氣壓」，所以水會流下來。對於大氣壓力的數值大小概念不 正確，為不正確的預測理由。

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。

二、非理工背景學生於 POE 實驗一預測階段理由之分析

由表 4-2-2 可以看出，非理工背景學生在 POE 實驗一之預測階段提及的科學術語有

「大氣壓力」、「地心引力」、「重力」、「水壓」、「附著力」與「浮力」等，其中有 7 人（35%）

N004、N006 N009、N012 N013、N105

6（30%）

「水壓或水的重量」，為提出不恰當的預測理由。

【大氣壓力等於水壓】

N003：大氣壓力跟裡面水柱的壓力，應該剛好吧…調和，不會直接掉下 來吧。

【大氣壓力大於水壓】

N101：應該是水的壓力跟大氣的壓力互相的抵消之後，水就不會流下 來。…（略）應該是大氣的壓力會大一點，所以水才不會流下來。

【外面的大氣壓力大於裡面的大氣壓力】

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，大氣壓力幾乎等於零，…外面是壓力比它大，會堵住杯口。

非理工背景學生有 9 人(45%)以「水（或杯子）吸住塑膠片、塑膠片吸住杯口」為 依據，來判斷水會不會流下來。此為直觀的判斷，認為塑膠片在杯口之處會產生吸附現 象，導致水（或杯子）會吸住塑膠片或塑膠片吸住杯口，其中則以「水吸住塑膠片」為 理由的人數最多，有 6 人。這些學生提出不恰當的預測理由。

【水（或杯子）吸住塑膠片】

N009：離開水面的剎那，水已經將塑膠片吸附在杯緣，所以把手拿開，

也不會掉下來，也不會漏出來。

【水擠壓，塑膠片吸住杯口】

N007：水有壓力…受到水的壓力擠壓，所以導致塑膠片會黏在杯口上，

吸住杯口，所以移出來的話，因為杯口已經吸住了，壓力應該還 在杯口跟塑膠片中間，會吸住，不會分開來。

預測錯誤的 4 位學生均未提及「大氣壓力」的因素，而提出不恰當的預測理由。其 中，有 3 人（15%）提及「地心引力」的作用，認為地心引力的作用會使塑膠片或水往 下掉，意即地心引力的作用會讓物品往下掉。例如請 N005 進一步說明地心引力，只能

說出「水和地球的作用」。

N005：因為在水裡面是會有水的壓力，到外面就沒有，所以水就會流出 來。

R：為什麼？

N005：地心引力，然後水就會往下流。…（略）水跟地球作用喔。

小結：

理工背景學生有 17 人（85%）能正確預測「水不會流下來」，其中，有 15 人（75%）

以「大氣壓力」的因素進行解釋，符合科學解釋有 9 位，其餘學生忽略塑膠片的存在，

而提出不完整或不恰當的預測理由。同時，出現誤用「表面張力」、「內聚力」等科學概 念的情形。而預測錯誤學生所持之理由是「外面的大氣壓力小於裡面的水壓、空氣壓」，

提出不正確的預測理由。

非理工背景學生在預測階段所持之理由，只有 7 人（35%）以「大氣壓力」的因素 來進行解釋，符合科學解釋僅有 1 位，其餘學生提出不完整或不恰當的預測理由。由此 可見，學生無法連結真實生活情境與物理情境，對生活中存在的大氣壓力現象所知不 多，對於大氣壓力的數值大小也不清楚。預測錯誤的 4 位學生均未提及「大氣壓力」的 因素，而提出不正確或不恰當的預測理由。同時，學生出現會使用「吸住」、「消失」、「緊 壓」等日常生活用語來解釋現象，顯現出非理工背景學生缺乏關於「大氣壓力」的科學 知識。

貳、POE 實驗二預測階段理由之分析

POE 實驗二水不流下來的科學解釋為「因為水的表面張力使紗網的作用如同上 POE 實驗一的塑膠片，避免空氣進入杯子」。分別將理工背景學生與非理工背景學生對於 POE 實驗二所持之理由歸納整理如表 4-2-3 與表 4-2-4，並加以分析。

一、理工背景學生於 POE 實驗二預測階段理由之分析

S104、S105 4（20%）

紗網有孔洞 S005、S108

S011

3（15%）

有孔洞，沒有東西去堵住孔 S002、S012 2（10%）

有孔，大氣壓力不平均，水的內聚力往下拉 S106 1（5%）