POE教學策略對國中學生光學迷思概念影響之研究
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(2) 鍵入文字]. [. 謝誌 在三年前重拾課本，回到師大化研所攻讀碩士學位，每到暑假， 搖身一變成為坐在台下聽課的學生，為了能趕上課程進度，待在圖書 館念書、讀 paper 一整天是常有的事，每天過得緊湊充實，也因此感 覺到四個暑假一轉眼兒就過了，但這些日子回到師大研究所的充電， 著時讓自己精進不少，收穫良多。能完成這本著作，首先，我要感謝 陳焜銘教授，每次和教授討論論文方向時，教授都會提供很多不同的 想法，其中，「論文首重原創性，教材加深加廣」這句話深深啟發了 我，讓我能擬出研究方向並更大膽的去設計教學教案。其次，也要感 謝口試委員姚清發教授和傅麗玉教授在百忙之中抽空指導，並給予我 寶貴的建議。再者，也要感謝經常一同念書、研讀 paper 的美螢和這 三年來的同窗好友，大家在一起上課、討論課業、聚餐的情景我一定 不會忘記的。 最後，感謝家人的關切以及老公的支持，讓我有動力完成學業； 更感謝婆婆的鼎力相助幫忙照顧寶寶，讓我在白天能無後顧之憂，全 心全意的投入論文寫作；也感謝上天給予我健康可愛的寶寶陪伴我完 成論文，讓這本論文更具意義與回憶。 能夠擁有這份榮耀，真心感謝所有關心和幫助我的人，我會更珍 惜自己所擁有的一切，謝謝你們.
(3) 摘要 本研究目的為探討不同學習成就學生的光學迷思概念差異和以 「預測-觀察-解釋」(Prediction-Observation-Explanation ,簡稱 POE) 的教學策略探究學生對光學迷思概念改變的成效。本研究以台北市某 國中九年級學生共 43 人為研究對象，先以光學概念二層式測驗為前 測，來診斷不同學習成就學生所具有的光學迷思概念類型，接著利用 依據學生所持有的光學迷思概念及 POE 教學策略設計而成的學習教 材進行教學，並在教學結束後二週進行光學概念二層式測驗後測來瞭 解 POE 教學的成效及學生概念改變的情形。研究結果發現：(1)不同 學習成就的學生可能具有類似的迷思概念。(2)POE 教學對於改善不 同學習成就學生在光學單元的迷思概念均有顯著成效。（P＜.05）(3) 本研究發現運 POE 策略讓學生本身對於某一現象，進行預測、觀察 與解釋，在學生面臨預測與觀察的結果有所衝突時，會促使學生去思 考原本概念的正確性，進而修正或改變原有的概念。POE 教學特別有 助於將學生在日常生活累積的經驗而衍生出的迷思概念，轉變成正確 的科學概念。本研究建議：(1) 教師在教授平面鏡成像的性質時，可 以使用視差法來讓學生直接觀察成像的位置。(2)大部分學生對凸透 鏡被不透明物遮蔽的成像問題，都存在著迷思概念。因此，建議教師 在教授此單元時，增加 POE 的實驗教學，讓學生能實際操作與觀察，. I.
(4) 鍵入文字]. [. 對建立學生正確的科學概念應能有所助益。. 關鍵詞：POE 教學策略、光學、迷思概念. II.
(5) 鍵入文字]. [. Abstract The purpose of this study was to explore different learning achievements of students of the optical misconceptions differences and explored the effectiveness of the POE(Prediction-Observation-Explanation) teaching strategies for students to change in the optical misconceptions. The object of study are the total of 43 ninth-grade students in Taipei .First, using the optical concept of the second floor test for the pre-test to diagnose the students of different learning achievements with the type of optical misconceptions,then designed learning materials for teaching according to optical misconceptions of the students and POE teaching strategies.After two weeks, using the optical concept of the second floor test for the post-test to diagnose the POE teaching effectiveness and the case of Optical conceptual changes of students. The results are as follows:(1) Different learning achievements of students may have similar misconceptions.(2) The POE teaching strategies significantly improve the misconceptions in the optical to students of different learning achievements.(3) This study found that students use POE strategy to predict, observe and explain a phenomenon when they faced with the prediction and observation results conflict, will encourage students to think about the correctness of the original concept, and then amend or change the original concept. POE teaching strategy is particularly helpful to students change their misconceptions derived from experience in their daily lives into the correct scientific concepts. The proposals are as follows:(1) When a teacher teaches students the III.
(6) 鍵入文字]. [. nature of the plane mirror imaging, students directly observe the location of the imaging by the parallax.(2) Most of the students have misconceptions in the image of convex shielded by opaque material.Therefore, it is recommended that teachers teach this concept using POE teaching strategies,so that students can actually operate and observe,it will be helpful to establish the correct scientific concepts.. Key words: POE teaching strategies, optical, misconceptions. IV.
(7) 鍵入文字]. [. 目次 摘要……………………………………………………………………I Abstract………………………………………………………………Ⅲ 目次……………………………………………………………………Ⅴ 表次……………………………………………………………………Ⅶ 圖次……………………………………………………………………IX 第壹章. 緒論…………………………………………………………01. 第一節 研究背景與動機………………………………………01 第二節. 研究目的與研究問題…………………………………04. 第三節. 名詞解釋………………………………………………05. 第四節 研究範圍與限制………………………………………07 第貳章. 文獻探討……………………………………………………08. 第一節. POE 教學策略及相關研究……………………………08. 第二節. 迷思概念與概念改變…………………………………16. 第三節 光學迷思概念分析……………………………………23 第叁章. 研究方法……………………………………………………29. 第一節 研究對象………………………………………………29 第二節. 研究設計………………………………………………30. 第三節 研究流程………………………………………………31 V.
(8) 鍵入文字]. [. 第四節 研究工具………………………………………………34 第五節 第肆章. 資料蒐集與分析………………………………………47. 研究結果與討論……………………………………………49. 第一節. 高中低成就學生所持的光學迷思概念類型之探討…49. 第二節. POE 教學之成效………………………………………76. 第三節 關於學生在光學迷思概念改變的情形………………81 第伍章. 結論與建議…………………………………………………91. 第一節. 結論……………………………………………………91. 第二節. 建議……………………………………………………96. 參考文獻………………………………………………………………98 一、中文部分……………………………………………………98 二、西文部分……………………………………………………102 附錄……………………………………………………………………103 附錄一 光學概念二層式測驗卷………………………………103 附錄二. POE 實驗教學學習單…………………………………114. 附錄三. POE 教學教案…………………………………………132. VI.
(9) 鍵入文字]. [. 表次 表 2-1. DOE 與 POE 的比較表………………………………………09. 表 2-2. 國內 POE 教學策略的相關研究……………………………13. 表 2-3. 國內外學者對光學迷思概念的研究…………………………23. 表 3-1 測驗卷各題所對應的迷思概念………………………………36 表 3-2. 各個實驗內容、教學目標、具體目標…………………………. 40 表 4-1. 高中低成就學生在前測第一題之迷思概念分佈情形………50. 表 4-2. 高中低成就學生在前測第二題之迷思概念分佈情形………53. 表 4-3. 高中低成就學生在前測第三題之迷思概念分佈情形………55. 表 4-4. 高中低成就學生在前測第四題之迷思概念分佈情形………57. 表 4-5. 高中低成就學生在前測第五題之迷思概念分佈情形………59. 表 4-6. 高中低成就學生在前測第六題之迷思概念分佈情形………61. 表 4-7. 高中低成就學生在前測第七題之迷思概念分佈情形………63. 表 4-8. 高中低成就學生在前測第八題之迷思概念分佈情形………66. 表 4-9. 高中低成就學生在前測第九題之迷思概念分佈情形………68. 表 4-10. 高中低成就學生在前測第十題之迷思概念分佈情形……71. 表 4-11. 高中低成就學生在前測第十一題之迷思概念分佈情形…73. 表 4-12-a. 高成就學生的成對樣本統計量與成對樣本相關………76 VII.
(10) 鍵入文字]. [. 表 4-12-b. 高成就學生的成對樣本T檢定…………………………77. 表 4-13-a 中成就學生的成對樣本統計量與成對樣本相關………78 表 4-13-b 中成就學生的成對樣本T檢定…………………………78 表 4-14-a. 低成就學生的成對樣本統計量與成對樣本相關………79. 表 4-14-b. 低成就學生的成對樣本T檢定…………………………79. 表 4-15 第一題前後測之概念改變分析表…………………………81 表 4-16 第二題前後測之概念改變分析表…………………………82 表 4-17 第三題前後測之概念改變分析表…………………………83 表 4-18 第四題前後測之概念改變分析表…………………………84 表 4-19 第五題前後測之概念改變分析表…………………………84 表 4-20 第六題前後測之概念改變分析表…………………………85 表 4-21 第七題前後測之概念改變分析表…………………………86 表 4-22 第八題前後測之概念改變分析表…………………………87 表 4-23 第九題前後測之概念改變分析表…………………………88 表 4-24 第十題前後測之概念改變分析表…………………………88 表 4-25 第十一題前後測之概念改變分析表………………………89. VIII.
(11) 鍵入文字]. [. 圖次 圖 2-1 概念改變的過程(Driver＆Oldham,1986) …………………21 圖 3-1 研究流程圖……………………………………………………33 圖 3-2 實驗 3-2 學習單………………………………………………45. IX.
(12) 第壹章 緒論 本章共分為四個小節，第一節敘述研究背景與動機，第二節說明 研究目的與研究問題，第三節為名詞解釋，第四節說明研究範圍與限 制。. 第一節. 研究背景及動機. 光與我們的日常生活密不可分，舉凡張眼視物、海市蜃樓、霓與 虹、照鏡子、影子的形成、眼鏡和照相機等各種光學儀器，都顯示出 我們在日常生活中不斷地接觸到各種光學現象。許多研究指出，學生 在學習正式的科學概念前，會受個人生活經驗的影響而累積很多對自 然現象天真的質樸想法，亦成為本身的先存概念。學生往往會把這些 概念帶進科學學習中，有的先存概念對學習具有正面效果，能幫助新 概念的理解；有的則會產生負面作用，成為迷思概念，妨礙新概念的 建立(Osborne,1983)。而科學教育的目的之一，在於幫助學生獲得正 確的概念，所以嘗試發展出一種概念改變的教學策略來導正學生的迷 思概念，確實有其必要性。 在民國 97 年新修訂的課程綱要中，中小學自然與生活科技學習 領域有關光學的教材內容細目為國小一至二年級的「光的傳播與影 像」和「色光與顏色」 ，三至四年級的「光的折射」 ，五至六年級的「影 像與視覺」 ，七至九年級的「影與像的形成」和「光的應用」等(教育. 1.
(13) 鍵入文字]. [. 部，2008)。由此可知，學生在學校教育中一直不斷地在學習和光有 關的科學概念，但相關的研究卻發現各學齡的學生對光學單元普遍存 在著迷思概念。李采褱(2003)指出，在「光與反射」上，國小高年級 學生對反射物質的認知停留於「規則反射」情況，並不具備「漫反射」 的概念，認為：「只有表面平滑或金屬物質會反射光」，並且無法指 出反射光「入射角＝反射角」。許有亮(1998)指出，國中學生常見的 平面鏡成像的另有架構有「平面鏡的成像是物體在鏡面上的投影」、 「學生普遍以一條光線作光學成像圖」。尤建捷(2008)指出，學生在 面對凸透鏡被不透明物遮蔽的成像問題時，不同情境下（遮凸透鏡上 半部、下半部、鏡心及周圍）往往表現出不同的迷思概念。為了幫助 學生將光的迷思概念引導為正確的科學概念，發展光學的教學策略是 值得探究的領域。 研究者本身已有七年的教學經歷，發現雖然學生在八年級已經學 過光學課程，但九年級時仍對光學持有許多迷思概念，例如：光照到 物體再折射到眼睛，就能看到物體了；或是在完全黑暗的環境中，等 眼睛適應後，仍可看見東西的輪廓等這些令人驚訝的想法。此外，在 教學現場國中教師使用的教學策略多為傳統講述法、電腦多媒體教學 等，但無論是哪一種教學策略，教師只著重單向的灌輸知識，並讓學 生不斷的練習題目來達到精熟學習。這樣的過程，即使學生考出好成 2.
(14) 鍵入文字]. [. 績，也不表示他們真正理解這些科學概念，且過度重視知識概念的傳 輸，使學生普遍缺乏探討與解決問題的能力，結果學生只是將片段瑣 碎的知識背下來罷了，並未達到更改迷思概念的效果。而 White 和 Gunstone 二位學者發展出一種預測、觀察、解釋 (Prediction-Observation-Explanation,POE)的教學策略，其主要步驟為 教師先要求學生對某一科學現象提出預測並說明理由，然後進行與科 學現象相關的實驗，讓學生觀察後，再對所觀察到的實驗結果做出解 釋。當預測與觀察到的結果有所差異時，學生會對先存概念感到懷 疑，但觀察到的新概念又能被合理解釋，此時，學生會願意去學習新 概念，進而將原本的迷思概念轉為正確的科學概念。 綜合以上所述，本研究運用 POE 教學策略發展光學單元的教學 活動，藉以改變學生可能存在的相關迷思概念。. 3.
(15) 鍵入文字]. [. 第二節. 研究目的與研究問題. 一、研究目的 本研究的主要目的在於探討不同學業成就的學生對「光學」單元 可能持有的迷思概念有無差異，並探究 POE 教學策略對學生學習「光 學」單元概念改變的成效。. 二、研究問題 依據上述研究目的，本研究提出下列待答問題： (一)使用 POE 教學前，不同學業成就的學生在光學單元所持有的迷思 概念有何差異？ (二)探討使用 POE 教學，對不同學業成就的學生的學習成效如何？ (三)使用 POE 教學後，對學生學習光學單元的相關迷思概念的改變情 形為何？. 4.
(16) 鍵入文字]. [. 第三節. 名詞解釋. 本研究所涉及的重要名詞說明如下： 一、POE教學策略 POE(Prediction-Observation-Explanation)教學策略指在教學 過程中運用預測、觀察、解釋三個步驟，說明如下： 學生先依據自己原有的先存概念去預測某實驗的結果，並說明理 由；然後進行實驗，再請學生描述他們所觀察到的實驗結果並提出適 當的解釋。此教學策略主要是激發學生當其先存概念與科學實驗結果 不一致時，必須設法協調預測與觀察結果之間的衝突，教師則扮演指 引的角色，鼓勵學生思考各種的可能性並加以解釋。 二、概念改變 概念改變是指學生在學習概念的歷程中，必須修正其先備概念以 符合新學習的科學觀點，即先存概念的變化狀況。本研究所指的概念 改變為：學生經歷POE教學活動後，產生概念的變化、質或量的轉變 等通稱為概念改變。 三、迷思概念 本研究所指的迷思概念為：學生在某一特定學科中，對某事件或 某現象所持有的想法與目前科學社群所公認的科學概念不同。 (Halloun ＆ Hestenes，1985) 5.
(17) 鍵入文字]. [. 四、高成就學生 指在班上自然科成績前27％～前33％的學生。 四、低成就學生 指在班上自然科成績後27％～前33％的學生。 五、中成就學生 不是高分群的學生及低分群的學生即歸為中分群學生。. 6.
(18) 鍵入文字]. [. 第四節. 研究範圍與限制. 受到空間、教材等因素的影響，本研究的研究範圍與限制如下： 一、樣本選擇的限制： 本研究的研究對象為台北市都會區某國中九年級的兩個班級學 生，並非隨機取樣，故研究的結果僅能描述研究的樣本，無法推 論母群體。 二、教材內容的限制： 本研究所使用的教材為研究者自編的光學教材，研究內容只限於 光學單元，因此推廣範圍有限，結果不宜作過度推論，僅供類似 研究情境時之參考。. 7.
(19) 鍵入文字]. [. 第貳章. 文獻探討. 本章分為三節：第一節為 POE 教學策略及相關研究，第二節為 迷思概念與概念改變，第三節為國內外光學迷思概念的文獻分析。. 第一節為 POE 教學策略及相關研究 一、POE 的由來 由White & Gunstone(1992)所發展出來的POE 教學策略，是源自 於Pittsburgh大學，當初為了探討大學一年級學生學習古典力學時， 對於物體運動(motions)所持有的原有想法，Champagne, Klopfer和 Anderson設計了DOE（Demonstration-Observation-Explanation）(示 範-觀察-解釋)研究工具(陳志偉，2004)，其過程是先對學生進行紙 筆測驗，接著教師示範實驗讓學生觀察，觀察後請學生描述他們的觀 察及回答測驗裡的問題並針對回答提出解釋。在DOE研究工具中，主 要著重在教師示範與學生解釋上；但是White & Gunstone(1992) 發 現在活動中讓學生先進行「預測」（Prediction），可以探究學生原 本的認知結構，也可提高學生的學習動機，因此強調，在實驗前先要 求學生進行預測的步驟，於是將DOE策略改良為POE （Predict-Observe-Explain）策略，希望能提高教學效益。 表 2-1 是由陳沛瑩(2004)整理王淑琴、郭重吉(1994)對 DOE 晤談所 歸納的幾項重點與 Gunstone and White (1981)所推廣的 POE 教學策 8.
(20) 鍵入文字]. [. 略做一簡單整理及比較： 表 2-1. DOE 與 POE 的比較表. DOE 研究工具 設計 與提 倡者. POE 教學策略. Champagne, Klopfer, & Anderson (1980). 主 要 內 容 敘 述. 差 異 處. Gunstone and White (1981). 首先進行紙筆測驗，接著由教 師進行示範實驗，讓學生觀 察，回答測驗裡的問題並針對 回答提出說明。有些問題會要 求學生在觀察之前即先行預測 該示範實驗可能有的結果。 1.DOE 是一種晤談的方法。 2.DOE 晤談適用於探究學生的 認知結構及另有概念。 3.沒有強調學生預測的部分。. 讓學生針對某一事件做出預 測， 接著進行實驗觀察，學生 需各自 將自己的觀察清楚的 描述出來， 最後他們必須調節 預測與觀察之 間的衝突。 1.POE 是一種教學策略。 2.POE 可用以找出學生的另有 概念、可監看學生概念改變 的歷程。 3.強調學生預測的部分。. 二、POE 的意義與目的 POE為一種教學策略，藉由三步驟：預測（Prediction）、觀察 （Observation）、解釋（Explanation）來探究學生概念了解情形。 學生一開始要先預測某件實驗的結果，並且對他們的預測提出理由， 接著描述所看到的現象，最後學生必須設法協調介於預測與觀察結果 之間的衝突（White & Gunstone, 1992）。 在課堂中提問是一種常見的策略，其目的就是要檢視學生概念了 解的程度，而POE教學策略則是另一種對概念了解程度的測量。教師 在提問時，常常在問題之中就有答案的暗示，或是學生未經思考便以 9.
(21) 鍵入文字]. [. 課文中的概念來回答，這時候學生僅是重複的解釋現象，並沒有應用 到思考，要真正了解學生的理解狀況，應是評量學生是否能應用概念 於簡單可觀察的物理現象中（Goldberg & McDermott,1987）。因此 跟問問題相比，「預測」更能貼切地讓學生運用知識去推理出一個解 釋，也更能夠評估知識在真實情境的應用情形（邱彥文，2000）。 在POE中，學生必須決定他在預測及解釋活動所抱持的理由，這 是POE教學策略的重要關鍵，學生經常基於日常生活經驗與信念來做 預測，而這些零星、片斷、不完全，甚至相互矛盾的知識經由POE教 學策略而真實的呈現出來，其有助於教學者了解學習者如何利用這些 信念來解釋他們所處世界中的真實事件（葉辰楨，2000）。 White與Gunstone（1992）指出運用POE策略的目的，是藉由某一 真實情境來探究學生的認知結構與應用知識的能力，可以了解學生如 何應用相關的概念來預測和解釋所看到的現象。因為POE教學策略強 調學生對事件的預測及預測的理由，和一般的測驗相比，比較少去強 調正確答案與評分的問題，而是要學生表達他們真實的想法，讓學生 去說明他們所支持的理由。許多POE的研究顯示，學生常常以日常生 活的經驗去支持他們的理由，或是應用和科學原理不同的觀點去解釋 自然界的現象。所以運用POE教學策略能有效的鼓勵學生用自己原有 的知識來進行推理與解釋，也能探測出在真實情境中，學生原有的認 10.
(22) 鍵入文字]. [. 知結構與應用知識的情形。 Bruce（2000）的研究指出從幼稚園階段到大學前後的課程，POE 教學策略都可以成功地進行，它可幫助我們去思考下列面向： （一）當學生寫字、討論都需要時間，所以它促使學生放慢腳步去思 考自己正在做什麼？想什麼？來解釋這些現象。 （二）進行預測這個動作提升學生參與的感受，這讓大部分的學生對 即將發生的真實事件更感到興趣，尤其是當自己的預測與其他 人不一致時。 （三）POE教學策略提供課堂討論一個很好的引導。 （四）POE的相關活動可做為學生作為進一步探究的基礎，例如觀察 到的結果有何差異？實驗可以提供哪些思考？。 （五）可以呈現學生活動歷程的記錄，以作為進一步研究、改進寫作 能力或做為非形式評量的基礎。 三、POE的實施 POE的實施包含三個步驟（White & Gunstone, 1992）： (一)預測（Prediction）：要開始實施POE教學之前，先要確認學生 都明白所要預測的情境，在教師說明活動後，允許學生詢問各種 相關的問題，好讓他 們在預測活動之前能充分了解狀況。接下 來，採用學習單或開放式口語問答的形式，讓學生提出對事件的 11.
(23) 鍵入文字]. [. 預測並說明理由。POE教學策略強調：在進行觀察之前，務必要 讓學生完成好預測活動，是基於以下兩個理由 （White & Gunstone,1992）：（1）每個學生都要表明自己是採 取哪一種知識立場，好讓教師了解其原有的知識、概念。（2） 學生不會錯失對事件的觀察，因為學生若仍處於思考或書寫狀態 中，將會影響後續觀察活動的進行。葉辰楨（2000）指出由於作 「預測」較少受到「什麼是正確答案？」的想法影響，學習成就 低落及個性較為內向不善於表達的學生較能在教師與同儕鼓勵 下發言，且在此策略下，學生有較高的投入程度，因而將此運用 於實驗活動以及教學單元中時，可增進合作學習之教學成效及作 為實驗教學的改進。 （2）觀察（Observation）：請學生觀察實驗，並具體描述他們所看 到的現象與實驗結果。根據經驗，就算是相同的活動，不同的學 生所觀察到的現象也會有所差異，為了避免學生因為別人的看 法，而改變自己的想法，故在觀察的同時，要求學生立即寫下自 己的想法。 （3）解釋（Explanation）：當學生的預測與觀察到的結果有矛盾、 衝突之處時，學生要提出合理的解釋並試著去調和這之間的差 異。此時，教師要刺激學生多方面的思考，並鼓勵他們多發言， 12.
(24) 鍵入文字]. [. 因為學生在這個步驟中會呈現出他們對於事件的理解狀況與概 念改變的情形。 四、POE 教學策略的相關研究 使用 POE 教學策略對教學成效有所幫助，表 2-2-1 為近年內在教 學上的相關研究。 表 2-2. 國內 POE 教學策略的相關研究. 作者. 題目. （年代）. 研究結論. 尤建捷 （2008）. POE 教學策略對於九年級學生學習「凸透鏡成像」概念 改變之研究 POE 教學後，學生在凸透鏡成像概念測驗得分、基本概 念題得分、迷思概念類型題得分皆有進步，達到顯著改 變（P＜.05），顯示 POE 教學對於凸透鏡成像的基本概 念，以及解決學生凸透鏡成像迷思概念均有明顯成效。. 林嘉琦 （2005）. 應用 POE 教學策略探討學習「溶解」單元概念改變之情 形 經過 POE 教學後，學生在溶液觀、擴散運動觀、溶解度 特性的概念都有所成長並提升思考層次。從學生經過預 測、觀察、解釋的概念連結情形，發現到中、低成就個 案在擴散運動和氣體溶解度部分還需要另外提供觀察 條件才能達成有效地概念連結。. 13.
(25) 鍵入文字]. [. 陳勇昌 （2007）. 以 POE 策略探究國小職前科學教師色光概念及概念改 變歷程. 本研究目的為運用 POE（Predict-Observe-Explain, POE）策略，探究 25 位國小職前科學教師的色光概念， 以及他們在 POE 活動中的概念改變歷程。POE 活動的設 計，是以白光透過有色的玻璃紙產生色光、用三稜鏡分 光、再投影至螢幕上，六種玻璃紙的顏色（紅、橙、黃、 綠、藍、紫）分別用於六個 POE 活動，由職前教師進行 前預測、再預測、觀察和解釋的活動，並以活動單和訪 談蒐集資料，加以整理、分析與歸納。結果顯示色光 POE 活動能促使受試者產生概念改變。 陳海玲 （2007）. 資訊融入 POE 教學策略對國小高年級學生槓桿概念學 習影響之研究 本研究旨在探討傳統教學與 POE 教學策略、教師示範式 與學生操作式資訊融入方式對國小五年級學生在槓桿 概念之概念改變與學習成就等學習效益的影響。結果發 現接受傳統教學與 POE 教學策略後，學生的迷思概念整 體上均有獲得顯著改善；且經過一個月後，此學習效益 仍存在，但 POE 教學策略整體的學習效益顯著比傳統教 學佳。. 林士峰 （2006）. POE 教學策略對國小六年級學生鐵生鏽的物質性質概 念改變之研究 研究結果發現：接受 POE 教學策略後，學生在「鐵生鏽 的二階層測驗評量診斷問卷」中「鐵生鏽的過程」 、 「鐵 與鐵鏽的物質性質」 、 「防止鐵生鏽的方法」三方面，正 確的答題比例上表現結果比原先來得多。多數原有迷思 概念的學生，經 POE 教學後，可修正轉變至正確的概念。 14.
(26) 鍵入文字]. [. 曾建城 （2009）. 小組論證融入 POE 教學策略對光學概念改變之研究 以 Chi 本體論概念分類， 「小組論證融入 POE 教學策略」 針對改善較質樸的物質錯誤迷思，比現行教學法來得有 效。對於不論是同類別間或跨類別間的迷思改善方面亦 有較佳的效果。. 邱彥文 (2001). 國中理化課試行 POE 教學之個案研究 從訪談以及課室觀察的資料可以發現，POE 不但可以幫 助教師診斷學生的學習狀況，從增加的活動中，可以進 一步進行教學反省與改進，幫助教師反思教學理論、促 進教師的專業成長，並落實於教學實務中。此外，學生 對於 POE 的學習情境持正向的看法，他們喜歡這樣的活 動，認為這樣的活動對理化的學習有幫助，並且可以刺 激思考與學習的好奇心。基於以上發現，研究者建議發 展適合國中課程的 POE 教學單元，透過參考、模仿或是 修改已開發的教學單元來推行 POE。此外，建立 POE 教 學資源庫，並利用工作坊等機會讓其他教師實作與檢 討，也是未來值得嘗試的方案。. 蘇育任. 利用 POE 策略探究國小學童毛細現象之概念. （2005） 本研究目的在運用策略，探究國小學童對「毛細現象」 所蘊含的可能想法，並瞭解不同年級學童的概念類型、 特徵以及差異情形。部份學童在 POE 活動之後，出現概 念改變的情形。. 15.
(27) 鍵入文字]. [. 根據以上的論文研究顯示POE教學策略是一種有效的教 學策略，特別是對科學教育，有許多的教師對POE的教學持 正向的看法，認為POE策略可以幫助老師了解學生的先有概 念，進而對症下藥，有助於學生的概念改變。. 16.
(28) 鍵入文字]. [. 第二節. 迷思概念與概念改變. 一、迷思概念 有關「迷思概念」一詞，因研究者所認定之理論觀點、研究方法 不同而有不同的稱呼方式， 在文獻中曾用過的名稱包括另有架構（郭 重吉、江武雄、謝志仁，民81）、另有概念（Alternative conception） （Hewson& Hewson, 1983; Dykstra, et. al,1992; Sequeira & Leite, 1991） 、迷思概念（misconception） （Gussarsky & Gorodetsky, 1990; 王晉基、郭重吉，民81）、錯誤概念（黃寶鈿、黃湘武，民74， 黃寶鈿，陳世雄，民82；鍾聖校，民83）等等。雖然各個學者所使用 的名稱不同，但所指的意義是差不多的， 大致上來說，其意義是指 學童從出生後，便會觀察自然界的各種現象，他們運用自己的語言和 想法來解釋這些現象，如果這些解釋無法被目前的科學社群所認同， 則稱此為迷思概念。國內外許多學者曾對迷思概念產生的原因與來源 做過研究： Driver（1981）認為兒童在成長的過程當中，勢必與周遭的人產 生互動的行為，在這互動的過程中，兒童可能由這些人的身上得到一 些有關科學的迷思概念，也有可能由兒童自己觀察自然界的現象時， 經過本身加以整理歸納後，自日常生活經驗裡得到一些他們自認為正 確卻與正統科學相矛盾的概念。 17.
(29) 鍵入文字]. [. Sutton ＆ West (1982)指出學童的迷思概念可能由四種原因產 生(1)直接的實際經驗；(2)可使用的日常語言，特別是隱喻；(3)同 儕所允許鼓勵的信念和意見；(4) 正式或非正式的教學。 Head（1986）認為迷思概念的形成原因有(1)日常生活經驗與觀 察；(2)不正確的類比所產生的混淆；(3)對字義模糊不明產生的混 淆；(4)來自同儕之間的學習；(5)來自一些固有的觀念。 Fisher（1985）分析學生在蛋白質合成問題的結果，認為學生迷 思概念產生的原因為(1)錯誤的文字聯想（word association）；(2) 對於熟悉和不熟悉的概念所做一般化和特殊化的混淆；(3)生物概念 所具有的雙重角度的衝突；(4)學生知識的不足所導致。 Glyn＆Yeany (1991/1996)指出學生迷思概念的來源主要有(1) 教師對於學童的迷思概念缺乏察覺，教師並未花很多時間來處理學生 的迷思概念。(2)日常生活的語言和隱喻，可能來自兒童故事書、家 庭成員、幼稚園、媒體等都會影響兒童建構出概念模式，發展出他們 對於世界的先有概念。(3)只有教就馬上會學到的假設，在極度依賴 講述教學、閱讀或標準化的實驗的教學氣氛下，自然科教師認為講述 時只要涵蓋有這概念，那麼學生就可以馬上學會。(4)話語用字就可 以代表理解的假設，雖然學生似乎已知道密度、浮力這些詞彙的涵 義，但是如果要求他們說這些詞彙的物理意義時，則很少人能夠真正 18.
(30) 鍵入文字]. [. 理解而加以說明。(5)教科書呈現的概念只是一種模型，實際上並未 與真實的物質相同。例如Renner 與 Marek (1988)就認為以分子或原 子的模型介紹具體學習者抽象的概念時，學習者所學的是模型，而不 是所呈現的概念。(6)過分強調講述法，由於教科書的內容過多，使 得大部分的教師只好用講述的方法進行教學，但是講述法並不是幫助 學生改變迷思概念的有效方法 (Stepans et al., 1988)，因為這種 講述法無法驗證學生自己的想法。 國內學者王美芬與熊召弟（1995）認為迷思概念可能的來源有(1) 教師對學童的迷思概念缺乏察覺心及興趣。(2)日常生活用語即隱喻 的影響。(3)教師持有「只要教，馬上會學會」的假設。(4)教師持有 「學生回答正確的字或話語，即代表了解」的假設。(5)教科書呈現 錯誤概念。(6)過分強調假設法。 林秀鳳（民85）亦提出迷思概念形成因素為(1)受日常生活的直 覺及生活用語的影響；(2)受先前知識的影響。(3)受式教學中老師的 教學、教科書中不當的插圖或文字敘述所影響；(4)受親人、兄長教 導，或同儕想法影響，或課外讀物及其他之資訊來源影響；(5)受學 生個人認知層次或學生心象影響。 綜合以上國內外學者對於學生迷思概念來源的看法可從以下幾 方面來說明：首先，學生的迷思概念是從日常生活與不正確的經驗觀 19.
(31) 鍵入文字]. [. 察而來的，是從小在學成長過程中，自己建構出來的；其次是受到同 儕、父母、兄弟姊妹，所造成的間接影響；再者，則是在學校受教育 的過程中，受到教師的教學誤導或是本身訊息認知錯誤及不當的課程 內容所造成的影響。然而，不論來源為何，當學生在面對新事物與學 習新課程時，腦海中若已存在這些屬於個人成形的理論和解釋，即迷 思概念時，常會阻礙學生對某些科學概念的學習。 (二)概念改變 概念改變經常是困難的。Hashweh（1986）指出概念難以改變的 原因，有心理因素和外在因素兩方面來。在心理因素方面：(1) 先入 概念已變成難以改變的程序性知識的形式。(2)用來了解特定情境的 概念並不是唯一的。(3)使用不當的認知過程或同化策略。(4)原先持 有的錯誤知識及信念的影響。在外在因素包括：(1)教師不知道學生 的原有想法。(2)評量的方式並未偵測到學生的先入概念。(3)教師未 能適時指正學生的錯誤概念。(4)文化背景的影響。(5)日常生活所使 用的語言之影響。(6) 日常生活經驗之影響。而學生的學習也是一種 概念改變的過程，教學者要經由教學使學生發生概念改變，首先要先 瞭解學生的先存概念和概念改變的可能性，再來應鼓勵學生根據現有 的知識架構來解釋自然現象，當解釋出現矛盾時，學生是最有機會重 新思考和調整他自己的概念架構的（耿筱曾，民88）。 20.
(32) 鍵入文字]. [. 對於學生概念改變的過程，Chang(1993)採取樂觀的看法，他認 為教學者應將同樣的問題換置於不同情境中，然後鼓勵學生在不同情 境中去推理並考慮推理過程中是否有一致性。概念改變的教學是動態 及循環式的過程，從學生描述他們的理解內容、學生重新建構他們的 理解、學生應用新的理解、到學生比較新的與舊的理解，教學流程是 動態的且循環的。概念改變教學重視學生表達自己的想法和解釋自然 現象所持的理由，也要求學生懷疑他們所持的理由，期望學生能主動 體認他們的想法和科學家的想法間的差異，為了發展基本概念以期達 到和科學家的想法相似，學生必須要重新建構他們自己的想法（Vosn iadou ＆ Brewer ,1987）。 概念改變教學策略（Zietsman ＆ Hewson，1986）是一種協助教 師發展改變學生世界觀點概念的方式。概念改變教學策略包含讓學生 面對新概念的挑戰，而這種直接面對面挑戰的結果決定於新舊概念之 間的互動情形，如果無法將新概念融入於整個概念理解中，學生會拒 絕新概念，然而如果學生察覺到需要將新概念轉化融入既有架構中， 則架構將發生改變， 並且能降低學習過程的困難度。因此，教師必 須先分析學習者的既有概念，進而判斷是否需將概念改變教學模式納 入教學中（熊召弟等譯，民85）。Smith ＆ Anderson（1981）為了 使學習者對於新概念能有較明顯的調適，提出接觸新概念時應採取以 21.
(33) 鍵入文字]. [. 下步驟：(1)提供學習者挑戰的情境， 如此可看出學習者原有概念。 (2)允許學習者在學習環境中與他人分享自己的觀點。(3)提供一個看 來像是別的但是正確的觀點。(4)提供學生對每個觀點討論的機會。 (5)協助學生探尋結果和調適。. 圖2-1 概念改變的過程(Driver＆Oldham,1986) 綜合以上的內容，我們可將概念改變視為學生將原先的想法以新 的正確概念替代或修正，而老師必須提供學生新的訊息或引起學生概 22.
(34) 鍵入文字]. [. 念衝突，讓學生能夠融合至舊有的概念中。本研究針對此觀點設計合 適的教學，以蘊含概念衝突的POE 教學活動來促使學生概念改變，期 望達到良好的學習效果。. 23.
(35) 鍵入文字]. [. 第三節. 光學迷思概念分析. 我國的光學教材在一個章節的內容會包含多點多面相的概念，可 是授課的節數約只有二至三週，大約是 10~15 節課左右，在這有限的 時間裡，既要講述新的科學概念、要進行實驗課程又要講解習題，迫 使教師在進行教學時，常只注重將一連串概念教給學生，而學生也只 能被強迫照單全收。如此往往造成學生對於光學相關概念只是表面上 的吸收，考得好成績並不代表真正理解這些科學概念，學生沒有時間 與空間去深入思考的後果，反而是可能對於迷思概念囫圇吞棗的帶 過。有鑑於此，本範圍先整理出國內、外學者研究發現學習者的迷思 概念，表 2-3 涵蓋各階段學習常見的迷思，如下： 表 2-3. 國內外學者對光學迷思概念的研究. 作者（年代） 黃子晏（2004）. 光學迷思概念內容 國中學生有關光的迷思概念：1.光存在本身會發光的 物體。2.影子的形成是光的反射。3.光被物體吸收而 產生黑影。4.物體離點光源的距離愈近影子愈小。5. 光在白天或晚上傳播不同的距離。6.夜晚所發出的光 較亮。7.光照在光亮、平滑或金屬的物體上或油滴， 才會反射。8.平面鏡成像，物體離鏡子愈近像愈大。 9.人的眼睛會發射光線到物體產生視覺。10.成像大 小與面鏡視野大小有關。11.凸面鏡會產生倒立的像。 12.光進入不同介質時，雖有折射之概念，但折射角 位置與折射方向錯誤。13.望遠鏡裝置主要是凸透， 鏡但成像位置與大小混淆不清。15.藍光照射紅色物 體呈現黑色是因光的混合。. 24.
(36) 鍵入文字]. [. 王晉基（1991）. 國中學生對『光』的迷思概念：1.學生對於實像、虛 像的問題普遍有概念上的混淆。2.學生對於折射問題 的迷思概念相當常見，對於光線由空氣中進入水中， 不曉得其行走方向。3.對於在完全黑暗環境中視物的 問題，有許多學生認為貓眼本身能發光，所以貓在黑 暗環境中亦能視物，然而人類的眼睛則不具有此現 象。. 蕭倍如(2004). 中小學學生對於光學迷思概念有：1.光會前進，但是 光遇到障礙物後，會停留在障礙物上不動。2.光通過 針孔所成影像為倒立虛像。3.人在黑暗中能視物。4 黑暗中無法視物，因為沒有光線經由物體偏折到眼 睛。5.平面鏡成像於鏡面上，物體的影像會投影到鏡 面上。6.平面鏡成像於鏡後，因為物體的光遇到鏡面 會產生折射。7.水中筷子斷了的原因是水會折射筷子 所發出的光。8.透鏡成像的原理是物體的光照射透 鏡，透鏡產生影像。9.光由空氣進入水中行進方向會 偏離法線。10.把光源調暗則影子變大。11.十字形的 電燈照射有圓孔的障礙物，則屏幕上出現十字形的亮 影。12.影子形成的原因是物體反射或偏折光線。13. 黑暗中的物體仍有影子。14.黑色的物體會發出黑色 的光。. 許有亮(1998). 國中生平面鏡成像的另有架構：1.平面鏡成像在眼睛 視物時的延伸。2.平面鏡成像位置在物體起發出光線 經平面鏡鏡面反射時的反射點。3.以像和眼睛的連線 來決定是否能從平面鏡中看到成像。4.像要落在視線 內，才可在平面鏡中看到成像。5.以物體位在鏡子範 圍內，來決定是否能從平面鏡中看到成像。6.平面鏡 的成像是物態在鏡面上的影子。7.平面鏡的成像是物 體在鏡面上的投影。8.學生普遍以一條光線作光學成 像圖。 國小中、高年級學童對「光」的迷思概念：1.光是緩 慢的、無須任何幫助即可傳遞。2.光在黑暗中比白天 傳得更遠。3.學童對反射物質的認知停留於「規則反 射」情況，並不具備「漫反射」的概念。4.只有表面 平滑或金屬物質會反射光。5.對於彩虹之成因，學童 往往無法聯想到折射。. 李采褱(2003). 25.
(37) 鍵入文字]. [. 唐明（2006）. 國小五年級學童光概念及相關迷思概念：1.光的行進 方面─光不是直進的；光會照射，但光不會動；光行 進距離受強光的影響，與晝夜有關；行進的距離和火 光能量有關。2.光和視覺方面─光照亮物體，眼睛便 能視物。3.光的反射方面─表面光滑的物體會反 射。；不具光漫射，不規則反射的概念；不認為光是 能量可以被吸收及轉換。4.光的折射方面─將折射與 反射混淆；認為水造成折射。5.影子的形成方面─影 子是物體的一部份；影子的長短和燈的高低有關。6. 光的色散方面─白光不是由色光混合而成；物體的顏 色會色光混合而成另一種顏色；物體的顏色是來自它 本身的色素呈現。. 邱建宏(2006). 高一、二學生光學迷思概念：1.認為光就像空氣一般 充滿整個空間。2.認為只要有光產生，人的眼睛就能 看的到物體。3.認為影子是光線被物體被阻擋後，由 物體發出影子的像於屏幕上。4.把眼睛視物成像的原 理誤認為眼睛會自行發出光線來造成視覺。5.認為在 完全不透光的暗室，眼睛仍可看到物體。6.認為看不 到雷射光束的原因在於雷射光的頻率不在可見光的 範圍內。7.認為物體本身的顏色與入射的色光會有加 成的效應。8.以為像生於平面鏡上，認為是物體直接 被投影上去的。9.將反射與鏡面成像看成是同一件 事，認為要像鏡面一般的材質才會反射。10.缺乏漫 射的觀念。11.在凸透鏡成像中，若透鏡的上半部被 遮住，則放置在光軸上半部的物體，因其所發出的光 線均被擋住而無法成像。12.將凸透鏡成像與針孔成 像作類比。. 竇一龍(2003). 凸透鏡折射成像另有架構類型可歸納為下列八種類 型：1.將凸透鏡遮住一部份時，有一部份的影像會消 失。2.物體發出無數條平行於(凸透鏡)光軸的光線。 3.物體發出無數條通過鏡心的光線。4.三條主要的光 線必須能夠穿過透鏡，才能「成像」。5.凸透鏡折射 成像與針孔成像的原理相似。6.透鏡中心在成像的過 程中，扮演著較透鏡四周更重要的地位。7.當一透鏡 因被遮蔽而形成兩個不相連接的透光區時，每一個透 光區都可以各自獨立的成像。8.物體經凸透鏡折射成 26.
(38) 鍵入文字]. [. 像時，像的大小，或形狀會隨著透鏡上透光區面積的 大小與形狀而改變。 何嘉峻（2003）. 是在「光源」、「光的折射」、「光與影子」概念的 得分表現上，男女生有達到顯著差異存在，男生優於 女生。同時也發現，男女學生雖然對於某些正確概念 有差異存在，但若是以迷思概念的角度來看，男女學 生差異性並不明顯。這代表著男學生在學校學習光學 的表現有時會比女生好並不代表著男學生的光學概 念都完全正確，其實男女學生對於光學的迷思概念幾 乎都有共同性，意味著教師在進行教學時，須特別注 意能針對光學相關迷思概念加以闡述，以讓學生對於 光學概念能夠徹底了解，並不是只是注重正確概念的 教學，強迫學生吸收，如此往往造成學生對於光學相 關概念只是表面上的認知，對於迷思概念仍存在學生 腦海中無法去除。. Galili (1996). 研究先前學者所探討學生對於光的概念改變，包括： 光源、透鏡成像、平面鏡的成像、以提供預防學童產 生另有概念的教學，在文中建議:在光源方面的教 學，可採用針孔成像的實驗，觀察每個物體有光通量 發散出來，經過針孔而在螢幕上生成像；對於平面鏡 成像方面的教學，可採用以兩鏡面互相垂直在其中放 置一物體要求學童判斷有幾個像；在透鏡成像方面的 教學，可將透鏡部分以不透光的物體蓋住要求學生描 述成像的結果。. Rice ＆ Feher. 關於學生對於針孔成像的認識，大部分的學生認為光 會走平行光，通過針孔形成與光源相同的像。關於學 生對於影子的概念，發現學生易以反射來解釋影子的 生成，影子是一種某物，會移動到螢幕上，將影子給 物質化。. (1987). Fether ＆ Rice (1992). 學生認為色光是主動的、色光內含顏色、色光感覺比 較暗；對於光的直進的概念，學生認為光線從一光源 出發到物體上，光與物體產生交互作用後，再產生反 射現象；光源無法發射光線於不同的方向上. 27.
(39) 鍵入文字]. [. 參考國內外光學迷思概念的相關研究與根據個人的教學經驗，整 合國中學生在學習光學單元時，常見的迷思概念，大多集中在以下幾 個方面： 一、光與視覺： 有些學生不知道光與視覺的連結，認為眼睛藉由看的過程就能看 到物體，看見東西是眼睛的功能，不需要任何機制，不認為物體的光 線被反射到眼睛而產生視覺。也有些學生認為要有光才能看見物體， 但對於視覺產生的路徑是光照亮物體，眼睛主動視物，與光線的反射 無關。 二、光的反射與平面鏡成像：. 學生普遍存在著光照在金屬、油滴、水、鏡子等光亮平滑的表面， 才會發生反射，若是粗糙的表面則無法有反射現象，此外，將反射與 鏡面成像當作是同一件事情，認為要像鏡面一般的材質才會反射，缺 乏漫反射的觀念。 對於平面鏡成像是學生在日常生活一定會經歷的現象，因此很自 然的對平面鏡成像存在一些概念，例如成像與物體左右相反，但是對 於成像的原理、成像的大小、成像的位置等卻無法正確的解釋與說 明。有些學生認為成像是由物體直接投影到平面鏡上、成像在眼睛與 物體連線的延長線上、成像的位置可能在鏡面上或鏡後。也有些學生 28.
(40) 鍵入文字]. [. 認為距離平面鏡愈近則看到的像愈大、認為自己距離平面鏡愈遠，愈 能看到自己完整的像(陳忠志，民77）。 三、透鏡成像 國中老師在教授透鏡成像單元時，常常會以幾何光學作圖法來解 釋凸透鏡的成像，作圖法中以特定的三條光線來找出成像的大小及位 置，這樣的方式反而讓學生容易產生一些迷思概念，例如，當作圖法 兩條以上的光線被擋住無法通過透鏡時，則無法描繪出成像，即表示 無法成像。也容易導致學生不知道光源上的某一點可以發出無線條光 線，而且這些光線是向四面八方進行的，因此，當凸透鏡被不透明物 遮蔽時的成像問題，有很高的比例的學生會認為當將透鏡遮住一半 時，透鏡就無法成像；也有些會因透光區域變為原來的一半，像會縮 小為原來的二分之一大小。此外，當凸透鏡被遮蔽時，學生往往只考 慮像的變化，而忽略了成像的亮度的改變。 本研究針對以上這些迷思蓋念設計國中光學之POE教學教材與編 寫光學概念二層式診斷測驗，希望能協助學生學得正確而完整的科學 概念。. 29.
(41) 鍵入文字]. [. 第叁章 研究方法 本章節主要介紹本研究的架構設計與工具發展，共分為五節，分 別為：（1）研究對象；（2）研究設計；（3）研究流程；（4）研究 工具；(5)資料蒐集與分析。. 第一節 研究對象 研究對象為台北市某國中一班九年級的學生，這些學生在八年級 上學期就已經學過南一書局出版的 99 學年度國民中學自然與生活科 技第四章「光與色的世界」，內容包括「光的直進」、「面鏡成像」、 「透鏡成像」、「光學儀器」、「光與顏色」等課程。此間學校地處 台北市的市中心，校內學生的家長多為高學歷的教育背景，具有社會 經濟地位，因此很重視孩子的教育與升學；此外，也願意多花錢讓孩 子補習與進修才藝，故孩子放學後的時間常被塞得滿滿的。而了符合 父母的期盼與要求，學生大多數都很用功，追求成績與名次，但是礙 於有限的時間，學生多傾向於記憶式的背誦學習，以求在短時間內消 化大量的知識。家長也會購買各科的參考書與測驗卷給孩子做大量的 練習題，所以多數的學生以精熟學習為主，很少有學生會主動思考與 應用所學得的科學概念。. 30.
(42) 鍵入文字]. [. 第二節 研究設計 本研究為準實驗研究法，採用單組前後測設計（One-Group Pretest-Posttest Design）。先將全班學生分為三群，分組的依據如下 所述：在八年級上學期第二次段考中，自然與生活科技課程的考試範 圍主要為第四章「光與色的世界」，以此次段考的成績為依據，本研 究將班上成績在前27％～前33％的學生，定義為高成就學生；將班上 成績在後27％～前33％的學生，定義為低成就學生；而不是高成就學 生，也不是低成就學生即歸類為中成就學生。全班學生在實施POE教 學之前，先完成「光學概念二層式測驗」前測，接著以研究者針對光 學迷思概念而自編設計的POE教學活動進行教學。並於教學後一週內 進行「光學概念二層式測驗」後測。藉由前後測所得的資料加以分析， 以了解學生在教學前後概念改變的情形及差異。. 31.
(43) 鍵入文字]. [. 第三節 研究流程 一、準備階段 研究者根據自身的教學經驗發現，學生在學習光學單元時，因為 光的不可接觸、抽象等性質，常會衍生許多迷思概念，又因為課程內 容多，常來不及搞清楚一個科學概念，老師馬上又接著教授新概念， 學生往往為了應付考試，就一知半解地將課本內容和老師所強調的重 點概念背下來。此外，本章節的課本內容多只是將科學概念敘述性的 呈現或是用幾何作圖來表示，對學生而言仍是很抽象，因此，研究者 透過閱讀相關文獻，以及和校內老師討論，來蒐集學生常見的迷思概 念並發展教學教材和測驗工具。 二、發展測驗工具 閱讀文獻，整理學生常見的光學迷思概念，自行編製「光學 概念二層式測驗」。 三、發展教材 根據文獻及教學經驗，自行編製 POE 教學策略之教材。 四、實施光學概念二層式測驗前測 在進行 POE 教學之前，先實施光學概念二層式測驗前測 五、進行 POE 教學 用研究者所設計的 POE 教學活動進行教學。 32.
(44) 鍵入文字]. [. 六、實施光學概念二層式測驗後測 在進行 POE 教學之後一週內，實施光學概念二層式測驗後測。 七、收集與分析資料 將光學概念二層式測驗前、後測所得的成績進行分析。 八、撰寫研究報告 分析資料，歸納結論，完成報告。 研究流程如圖 3-1 所示。. 33.
(45) 鍵入文字]. [. 文獻探討. 確立研究主題. 形成研究問題. 形成研究設計. 發展研究工具. 教學/教材設計. 分組實施前測. POE 教學 學習單 測驗卷. 分組實施教學. 分組實施後測. 資料蒐集完成. 資料分析. 撰寫研究結果. 完成研究報告. 圖 3-1 研究流程圖. 34.
(46) 鍵入文字]. [. 第四節 研究工具 本研究的研究工具為測驗卷及學習教材；測驗卷為「光學概念二 層式測驗」；學習教材包含「POE教學設計」與「POE實驗活動學習單」。 分別說明如下: 一、光學概念二層式測驗卷 光學概念二層式測驗卷主要是為了瞭解：在實施 POE 教學策略 前、後，學生關於光學相關概念改變的情形，作為前、後測的評量工 具。 (一)發展過程 測驗卷題目的選取範圍主要是南一版九十九學年度國中八年級 『自然與生活科技』第三冊第四章「光與色的世界」的課本內容，並 參考國立編譯館的高中教材後，取相關的概念，將此單元加深加廣後 編製而成。再根據文獻、自身教學經驗以及和同科老師交流討論彙整 出國中學生常出現的光學迷思概念，依據迷思概念設計測驗題目。初 稿完成後，經由三位學生預試，以確定題目的文句流暢、題意清楚， 閱覽無礙。並請兩位理化老師審查改正，再發展成光學概念二層式測 驗卷題正式版本（如附錄一），做為教學前、後測之用。其中，第一、 三、四、六、七、八題為研究者自編，第二、九題是改編黃可欣的碩 士論文，第五、十、十一題是取自陳忠志老師的研究。 35.
(47) 鍵入文字]. [. (二)測驗卷內容 測驗卷總共有十一題，每一題的題型皆為二層式試題，第一層與 答案有關，第二層則為第一層作答的理由，兩層皆為單一選擇題，學 生必須「答案」及「理由」二層都正確才給分，詳細內容請見附錄一。 測驗卷每一題的內容依研究者所蒐集到的迷思概念來設計題目，例 如，測驗卷第一題： 你站在一間沒有窗戶、門和地板之間也沒有任何縫隙的密室裡，整 間密室的光線只來自於前方牆上的一盞燈。將燈光打開，你看見牆 上掛了一幅畫；現在請你閉上眼睛，並關上電燈，二分鐘後將眼睛 睜開，請問你還能看見牆上的那一幅畫嗎？ 燈. 圖畫. （A）可以 （B）不可以. 你選擇該答案的理由是下列哪一個： (1)人的眼睛與生俱來的視覺功能，會主動去查覺物體的存在。 (2)即使處在黑暗中，只要過個幾分鐘讓眼睛適應黑暗後，就可以看 見東西。 (3)沒有光線照到畫，畫就沒有反射光線進入眼睛，所以看不到這一 36.
(48) 鍵入文字]. [. 幅畫。 (4)雖然看不清楚畫的內容，但是可以看出有一幅畫掛在牆上。 本題目的主要概念是「視覺的產生是因為有光線進入眼睛後，成 像於視網膜，刺激視神經所造成的視覺。」，在此情境下，學生可能 產生的迷思概念有：(1)人的眼睛本身會產生光線因而產生視覺。(2) 學生的生活經驗裡，剛剛進入暗室，眼前會一片漆黑，但過一陣子眼 睛適應黑暗後就可以看見東西了。表3-1為測驗卷各題所對應的迷思 概念。. 表 3-1 測驗卷各題所對應的迷思概念 題 號. 主要概念 1.視覺的產生是因為有. 迷思概念 1.人的眼睛會產生光線因而產生視覺. 光線進入眼睛後，成像於 (黃湘武、黃寶鈿，1989)。 一. 視網膜，刺激視神經所造 2.學生的生活經驗裡，剛剛進入暗 成的視覺。. 室，眼前會一片漆黑，但過一陣子眼 睛適應黑暗後就可以看見東西了。. 1.鏡子的成像是利用光. 1.平面鏡成像的原因是物體直接投影. 的反射原理，像的位置是 在平面鏡上 Fetherstonhaugh(1987)。 在鏡後。 二 2.視覺的產生是因為有. 2.平面鏡的成像是在鏡上或鏡前(黃 湘武、黃寶鈿，1989；黃子晏，2004). 光線進入眼睛後，成像於 3.人的眼睛會產生視覺去看到物體. 37.
(49) 鍵入文字]. [. 視網膜，刺激視神經所造 Fetherstonhaugh(1987)。 成的視覺。 光前進時遇到不同的介. 1.不是光亮的表面不會反射(江文. 質，會產生反射現象。. 雄，2003；李采褱，2003；蔡明儒， 2004) 2.只有光滑、平滑或金屬的物體表面. 三. 才會反射(江文雄，2003；李采褱， 2003；蔡明儒，2004；黃子晏，2004)。 3.油滴、金屬或是具有金屬光澤的物 體能反射光線，對於其他顏色的物 體，則不會反射光線(郭美金，1999)。. 四. 1.每一道光線都遵守反. 1.並非所有的物體都會遵守反射定律. 射定律。. (黃子晏，2004)。. 2.知道鏡面反射與漫反. 2.光的反射沒有一定方向(江文雄，. 射的差異和所造成不同. 2003)。. 的結果。. 3.鏡面反射與漫反射都會成像。. 物體的光線透過平面鏡. 1.平面鏡的成像位置，是要在眼睛視. 反射，由眼睛觀察接收. 線的延伸線上(許有亮、陳忠志，. 後，所認定像的位置是在 1997；黃鴻達，2002)。 五. 鏡後等距的位置上。. 2.平面鏡成像位置在物體發出的光線 經平面鏡反射時的反射點，也就是鏡 面上。 3.平面鏡的成像是物體在鏡面上的影 子。. 38.
(50) 鍵入文字]. [. 六 折射現象與反射現象的 定義。 題 號. 1.光從空氣進入透明的水中，只會發 生折射現象. 迷思概念. 主要概念 平面鏡所成的像和原物. 1.成像的大小與面鏡的視野大小有關. 左右相反、大小相等。. (黃子晏，2004)。. 七. 2.人離鏡子愈靠近成像愈大；愈遠成 像愈小(Goldberg ＆ McDermott， 1986)。 蠟燭發出的光有無線多. 八 條，並且向四面八方傳 播。. 1.透鏡的周圍被遮住，則所成的像只 會顯現出物體的中間部分。 2.能生成一半的像，但是亮度會相同 (王晉基、郭重吉，1992)。. 透鏡的成像大小，與面積 物體經凸透鏡折射成像時，像的大小 九. 無關和焦距有關。. 或形狀會隨著透鏡上透光區面積的大 小與形狀而改變。. 蠟燭發出的光有無線多. 1.當作圖法通過鏡心的一條光線被擋. 條，並且向四面八方傳. 住無法通過透鏡時，即表示無法成像。. 播。. 2.當凸透鏡因中間部分被遮蔽而形成. 十. 兩個以上的透光區，則每透光區可成 為一獨立透鏡，各自形成完整成像。. 十. 蠟燭發出的光有無線多. 1.透鏡只要被遮住一半，形成的像就. 條，並且向四面八方傳. 只有一半(江文雄，2003)。. 播。. 2. 當作圖法兩條以上的光線被擋住 39.
(51) 鍵入文字]. [. 一. 無法通過透鏡時，則無法描繪出成 像，即表示無法成像(尤建捷，2007)。. 二、學習教材 (一)POE教學設計 本研究運用POE教學策略，並藉此研究學生關於光學迷思概念改 變的情形。因此，所有的教學活動由研究者自編，其編製是參考南一 版教科書內容、高中國立編譯館物理實驗手冊第三冊和光學迷思概念 相關文獻後，依據POE教學策略設計而成。教學活動包含十六個實驗、 即實驗1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2、4-3、4-4、5-1、5-2、 5-3、6-1、6-2、6-3。每個實驗均由老師說明與示範，學生在一旁參 與預測和觀察的活動。 實驗1-1的教學目標為：學生能了解光的反射定律，藉由巨觀的 觀察乒乓球反射途徑來類化抽象的光的反射定律；實驗1-2的教學目 標為：知道光與視覺的關係，透過模擬一個真實的環境來讓學生了解 視覺產生的原因。實驗2-1、2-2的教學目標：為學生能知道反射現象 的種類；實驗3-1、3-2的教學目標為：學生能知道反射面的性質與成 像的關係，藉由這四個實驗讓學生了解愈光滑的表面，反射光線的方 向愈一致，是鏡像反射，能像平面鏡一樣成像。反之，愈粗糙的表面， 反射光線的方向會向四面八方散開，是漫反射，無法清楚成像。實驗 4-1、4-2、4-3、4-4的教學目標為：學生能了解各種不同物質的表面 40.
(52) 鍵入文字]. [. 都可以反射光線，藉由這四個實驗讓學生知道透明的物質也可以反射 光線。實驗5-1、5-2、5-3的教學目標為：學生能了解平面鏡成像的性 質，關於成像位置，在此特別參閱高三物理實驗課程，以視差法來證 明成像在鏡後。其實，視差法的原理不難理解，只要稍微說明一下， 並讓學生用自己的雙手去體驗視差的感覺，就可以融入實驗課程了， 學生可以藉此「看到」成像的位置在鏡後。實驗6-1、6-2、6-3的教學 目標為：學生能能了解蠟燭發出的光線有無線多條，藉此讓學生釐清 光學課程常用的作圖法，只是特殊的兩、三條光線，還有很多條光線 也會成像在同一點，因此擋住部分透鏡，只會使蠟燭某一點發出無線 多條的光被部分擋住使成像變暗，但是沒被擋住的光仍可以穿過透鏡 而成像。以上所述的科學概念，都是國中學生容易發展成迷思概念的 內容，因此發展POE教學活動，期望能提高迷思概念轉變的比率。 各實驗的內容、教學目標以及具體目標，如表3-2所示： 表3-2 各個實驗內容、教學目標、具體目標 實驗 編號 1-1. 1-2. 實驗內容. 教學目標. 利用乒乓球碰觸桌面時，觀察 能了解光的 乒乓球的反彈方向來輔助說 反射定律。 明光的反射現象與規則。. 利用紙箱來模擬一個黑暗的 知道光與視 環境，讓學生親自觀察沒有光 覺的關係。 線的情況下，眼睛是無法看見 41. 具體目標 1、能知道光反射時，其 入射線和反射線分別在 法線的兩側。 2、能知道入射角等於反 射角 1、視覺的產生是因為有 光線進入眼睛後，成像於 視網膜，刺激視神經所造.
(53) 鍵入文字]. [. 任何物體的。. 2-1. 2-2. 以三道平行的雷射光照向光 知道反射現 滑的平面鏡面上，觀察三道反 象的種類。 射光的方向是否保持平行。. 以三道平行的雷射光照向揑 知道反射現 皺的鋁箔紙的表面時，觀察三 象的種類。 道反射光的方向是否保持平 行。. 3-1. 玩偶經平面鏡成像後，移去平 能知道反射 面鏡，改放置光滑的鋁箔紙 面的性質與 後，觀察成像的變化。 成像的關係. 3-2. 玩偶經平面鏡成像後，移去平 能知道反射 面鏡，改放置粗糙的鋁箔紙 面的性質與 後，觀察成像的變化。 成像的關係. 4-1. 在桌上放置一透明光滑的玻 知道各種不 璃片，以單束雷射光射向透明 同物質的表 的玻璃片後，觀察反射光。 面都可以反 射光線 在桌上放置一透明不光滑的 知道各種不. 4-2. 42. 成的視覺。 2、發光體自行發光或非 發光體反射光線後進入 眼睛引起視覺。 1、了解鏡面反射的意義: 當平行光照在光滑的表 面上，反射後仍然是平 行光，稱為鏡面反射。. 2、了解每一道光線都會 遵守反射定律。 1、了解漫反射的意義： 當平行光照在凹凸不平 的表面時，反射光線會 朝四面八方散射，這種 現象稱為漫反射。. 2、了解每一道光線都會 遵守反射定律。 1、知道具有光滑表面的 物體，能發揮類似平面鏡 的功效，且表面愈光滑， 成像愈清楚。 1、知道具有光滑表面的 物體，能發揮類似平面鏡 的功效，且表面愈光滑， 成像愈清楚。 1、能知道光射向透明的 物質表面，除了發生折射 現象以外，也會發生反射 現象。 1、能知道光射向透明的.
(54) 鍵入文字]. [. 4-3. 4-4. 5-1. 5-2. 5-3. 6-1. 同物質的表 面都可以反 射光線 知道各種不 同物質的表 面都可以反 射光線 在桌上放置一不光滑不透明 知道各種不 的砂紙，以單束雷射光射向不 同物質的表 光滑不透明的砂紙後，觀察反 面都可以反 射光。 射光線 在桌上放置一直立的平面 了解平面鏡 鏡，將觀察者的臉移到鏡前適 成像的性質 當的距離後，觀察者右耳掛了 一只耳環，觀察鏡中的人是哪 一耳掛了耳環。 在桌上放置一直立的平面 了解平面鏡 鏡，平面鏡前後各放置一個比 成像的性 平面鏡略高但大小相同的蠟 質。 燭，移動鏡後的蠟燭，直到不 管從哪個角度看，高於平面鏡 的上半段和平面鏡內的像完 全疊合，此時鏡後物體的位置 即為成像的位置。 在桌上放置一直立的平面 了解平面鏡 鏡，平面鏡前後各放置一個比 成像的性 平面鏡略高但大小相同的蠟 質。 燭，移動鏡後的蠟燭，直到不 管從哪個角度看，高於平面鏡 的上半段和平面鏡內的像完 全疊合，此時鏡後物體的位置 即為成像的位置。 蠟燭經凸透鏡折射在屏幕上 能了解蠟燭 形成倒立實像後，用不透光的 發出的光線 黑紙將透鏡的上半部遮住，觀 有無線多 察遮住後成像的變化。 條。 霧面玻璃片，以單束雷射光射 向透明的玻璃片後，觀察反射 光。 在桌上放置一不透明但光滑 的金屬片，以單束雷射光射向 金屬片後，觀察反射光。. 43. 物質表面，除了發生折射 現象以外，也會發生反射 現象。 1、光滑的表面會發生反 射現象，而且是鏡面反 射，所以能使物體成像。 1、不是只有光滑的表面 才會發生反射現象。. 1、能知道平面鏡的成像 與物體是左右相反。. 1、能知道平面鏡的成像 不是位於鏡面上。. 1、能知道平面鏡的成像 是位於鏡子後面。 2、能知道成像到平面鏡 的距離與物體到平面鏡 的距離相等的，即物距等 於像距。. 1、能知道蠟燭發出的光 線有無線多條，作圖成像 法只用了其中的兩條光 線。 2、能知道蠟燭部分的光 線被擋住了，所以像的亮.
(55) 鍵入文字]. [. 6-2. 蠟燭經凸透鏡折射在屏幕上 形成倒立實像後，用不透光的 黑紙將透鏡的下半部遮住，觀 察遮住後成像的變化。. 能了解蠟燭 發出的光線 有無線多 條。. 6-3. 蠟燭經凸透鏡折射在屏幕上 形成倒立實像後，用寬度約1 公分、形狀為長條狀的不透光 的黑紙將透鏡的中間部分遮 住，觀察遮住後成像的變化。. 能了解蠟燭 發出的光線 有無線多 條。. 度變暗。 3、能知道成像的大小和 透鏡透光面積無關。 1、能知道蠟燭發出的光 線有無線多條，作圖成像 法只用了其中的兩條光 線。 2、能知道蠟燭部分的光 線被擋住了，所以像的亮 度變暗。 3、能知道成像的大小和 透鏡透光面積無關。 1、能知道蠟燭發出的光 線有無線多條，作圖成像 法只用了其中的兩條光 線。 2、能知道蠟燭部分的光 線被擋住了，所以像的亮 度變暗。 3、能知道成像的大小和 透鏡透光面積無關。. (二)POE實驗活動學習單 研究者選擇POE POE教學策略作為教學法，因有幾個優點： POE 一、提供真實情境，讓學生用自己的感官去探索進而概念改變 研究者以POE教學策略去設計光學實驗的真實情境，讓學生可以 親身體驗接觸、親自觀察。藉由自己的感官去探索，可以避免學生僅 針對光做抽象的思考，而觀察的結果可能和預測的想法有所衝突，此 時概念上的矛盾引起學生重新思考，同時教師從旁引導，讓學生進行 概念的改變。 二、幫助教師去診斷學生的學習狀況 44.
(56) 鍵入文字]. [. 教師在教學活動進行的過程中，請學生寫下預測的想法，詳細記 錄觀察到的情況。教學活動結束後，蒐集學生所寫的學習單，從這些 文字裡可以清楚地瞭解學生教學前、教學後的差異；可以探討學生概 念改變的發展過程；可以知道學生其他的另有概念；而教師也可以從 學生的學習狀況來修正自己的教學，讓學生能更有效率地獲得知識。 三、增加師生互動 實施POE教學活動時，每位學生都要表達自己的想法，教師應以 開放的心胸來聆聽學生的想法，鼓勵學生表達自己的意見，這樣的教 學策略可以刺激學生思考與學習，而學生也更嘗試說出自己的概念， 增加師生之間互動。 為配合POE教學活動的有效進行，研究者根據POE教學策略的原則 自編POE實驗活動學習單，每個實驗活動學習單的內容皆包含預測、 觀察、解釋三個部份。教師依照此順序進行教學，以實驗3-2的教學 為例，說明如下： 實驗 3-2 器材：平面鏡、米老鼠玩偶、捏皺的鋁箔紙 <預測活動> 預測活動>. 在桌上放置一平面鏡，於鏡前放置一個米老鼠玩偶，觀察者調 整視線的高度，使其於鏡前平視米老鼠玩偶，並能在鏡中看見. 45.
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