國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士學位夜間在職進修專班碩士論文
指導教授：葉聰文 博士
國小「自然與生活科技」教科書
電磁學概念之內容分析
An Analysis on electromagnetics Concepts in
Nature Science and Life Technology Textbooks for
Elementary Schools
誌 謝
回顧三年前，僥倖考上台中教育大學科學教育推廣學系，抱著一顆忐忑不安 的心情，開始在職進修的生活。幸運的，經過三年的努力與歷練，終於完成學業， 要感謝的人實在太多，其中最要感謝的非葉聰文教授莫屬！ 感謝老師在繁忙之餘仍悉心指導，不厭其煩的協助我完成研究，使我在面臨 瓶頸時，能順利過關。除此之外，更要感謝您總是耐著性子陪我們聊生活瑣事， 每一次愉快的 meeting 不僅可以疏壓，更讓我們克服了不安與恐懼，繼續完成人 生中的「第一本著作」！種種恩情點滴在心頭，沒齒難忘。其次，非常感謝口試 委員王盈丰教授與林建隆教授在百忙之中仍願意抽空審查我的論文，並提供寶貴 的建議與指導，使本研究得以修改而更臻完善。 接著感謝家人在進修期間對我的鼓勵與體諒，使我能無後顧之憂，順利完成 學業；感謝仲群老師讓我免費搭了兩年的便車；感謝建宏老師不嫌麻煩免費當我 的英文老師；感謝雅惠老師幫我分擔教學工作；感謝素玫、瓊瑤、麗香、千惠的 加油與打氣，更要感謝學校同仁的協助與幫忙，使我能兼顧工作與學業。 最後，感謝最佳拍檔～怡芳，能和你結為好友，是三年來最大的收穫，在電 腦桌前和你東南地北的聊，是抒解壓力的最佳良藥。因為有你，研究生涯的日子 充滿豐富的回憶，這種一起為了夢想而努力的感覺真好！ 我想要感謝的人實在太多了，在此獻上我最誠摯的感謝，感謝所有一路上幫 助陪伴我的每一個人，謝謝您們！ 清慈 謹誌 九十九年六月摘 要
本研究採用「內容分析法」（content analysis）分析國小「自然與生活科技」 不同版本教科書中電磁學概念呈現範圍的差異。本研究利用「電磁學專家概念 圖」、「電磁學概念命題陳述表」、「電磁學概念單元分析表」等工具分析各版本電 磁學概念與電磁學概念單元設計之差異性。研究結果如下：各版本教科書皆涵蓋 九年一貫課程綱要所規定的電磁學相關概念；版本所含概念總數為：H 版（16 個），T 版（13 個），K 版（13 個），N 版（12 個）；單位概念教學時數（教學總 時數除以概念總數）為：T 版（1.5 小時/個），H 版（2.2 小時/個），K 版（2.2 小 時/個），N 版（1.5 小時/個）；歸納法佔活動方法百分比例為：H 版（100％），N 版（100％）， K 版（95％），T 版（82％）；每頁平均圖形幅數：K 版（4.3 幅/ 頁），T 版（4.0 幅/頁），N 版（3.4 幅/頁），H 版（2.7 幅/頁）；各版本的物理屬 性相近。 關鍵詞：國小「自然與生活科技」教科書、電磁學概念、內容分析Abstract
We employ the content analysis method to analyze the differences of
electromagnetics concepts contained in four published versions of textbooks of Nature Science and Life Technologies. We utilized the Electromagnetics Expert Concept Maps, the Electromagnetics Concepts Description Table, and the Electromagnetics Concept Unit Analysis Table. We analyze the differences in the distributions of electromagnetics concepts and electromagnetics concept units contained in the textbooks. The result as follows: All of the textbooks in use cover all the ideas on electromagnetics regulated by Grade 1-9 Curriculum Guidelines. The H version contains 16 electromagetic expert concepts; the T and K versions 13 each and the N version 12. Teaching hours on each concept (total teaching hours divides by
electromagnetic expert concepts) as follows: the T version 1.5 hr/each, the H version 2.2 hr/each, the K version 2.2 hr/each and the N version 1.5 hr/each. All of the text books emphasize the inductive method in terms of operational procedure. The proportion as follows: the H and the N version 100% each, the K version 95%, and the T version 82%. The numbers of photographs used in the text books are: 4.3 photos / page in K version, 4 photos / page in the T version, 3.4 photos / page in the N
version and 2.79 photos / page in the H version. In addition to paper quality, all the text books are similar in terms of mechanical properties.
Key words: textbooks of science and technology in life, concepts of electromagnetics, content analysis
目 錄
摘 要...I Abstract ...II 目 錄...III 表 目 錄...V 圖 目 錄...VII第一章 緒論...1
第一節 研究背景與動機...1 第二節 研究目的與待答問題...3 第三節 名詞解釋...3 第四節 研究範圍及限制...5第二章 文獻探討 ...7
第一節自然與生活科技教科書...7 第二節 概念圖...12 第三節 內容分析法...19 第四節 電磁學概念相關研究...23第三章 研究方法與設計 ...25
第一節 研究方法...25 第二節 研究架構...28 第三節 分析對象...29 第四節 分析工具...38第五節 分析流程...47 第六節 資料處理...48
第四章 研究結果 ...51
第一節 各版本教科書呈現之電磁學概念範圍之分析...51 第二節 各版本教科書中電磁學概念之呈現方式之分析...86 第三節 各版本教科書之物理屬性之分析...94第五章 結論與建議 ...101
第一節 結論...101 第二節 建議...103參考文獻...105
附錄...113
附錄一 各版本「電磁學概念相關單元之呈現分析表」...113 附錄二 九年一貫命題陳述與概念圖命題陳述交叉核對表...115 附錄三 各版本電磁學相關概念呈現方式分析說明表...116表 目 錄
表 2-1-1 國小教科書評鑑規準項目比較表...9 表 2-1-2 自然與生活科技領域教科書在內容屬性方面的相關研究...11 表 2-2-1 概念圖對教學者與學習者在不同階段中涵蓋的意義...15 表 2-2-2 以概念構圖為教學策略之相關研究...17 表 2-2-3 概念構圖在評量上的相關研究...19 表 2-4-1 電學與磁學的相關研究...23 表 3-3-1 分析教科書之基本資料...29 表 3-3-2 九年一貫課程綱要中的電磁學概念...30 表 3-3-3 「自然與生活科技」領域各版本教科書「電磁學」概念單元一覽表...32 表 3-3-4 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（T 版） ...33 表 3-3-5 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（H 版） ...33 表 3-3-6 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（K 版） ...34 表 3-3-7 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（N 版） ...36 表 3-4-1 九年一貫課程綱要之電磁學概念命題陳述表...42 表 3-4-2 電磁學概念之命題陳述...44 表 3-6-1 評分者間一致性分析表...50 表 4-1-1 各版本「電磁學概念相關單元之呈現分析表」...51 表 4-1-2 各版本「電磁學概念相關單元之電磁學概念範圍命題陳述分析表」...53 表 4-1-3 九年一貫命題陳述與概念圖命題陳述交叉核對表...55 表 4-2-1 各版本「電磁學概念相關單元之教學時間之分析表」...89 表 4-2-2 各版本電磁學相關概念呈現方式—操作活動之分析...90 表 4-2-3 各版本電磁學概念相關單元之電磁學概念圖形呈現分析表...92 表 4-3-1 「自然與生活科技」各版本教科書的版面設計分析表...94 表 4-3-2 各版本「自然與生活科技」教科書的紙質分析表...98圖 目 錄
圖 3-1-1 教科書傳播來源圖...26 圖 3-2-1 研究架構圖...28 圖 3-4-1 電學概念分析圖...39 圖 3-4-2 磁學概念分析圖...40 圖 3-4-3 電磁作用概念分析圖...41 圖 3-4-4 勞倫茲力概念分析圖...41 圖 3-5-1 研究流程圖...47 圖 4-1-1 各版本「電的基本概念」量尺...57 圖 4-1-2 各版本「磁的基本概念」量尺...62 圖 4-1-3 各版本「電與磁的交互作用」概念量尺...68 圖 4-1-4 各版本「電磁學概念」總量尺...73 圖 4-1-5 「T 版」電學概念分析圖 ...74 圖 4-1-6 「T 版」磁學概念分析圖 ...74 圖 4-1-7 「T 版」電磁作用概念分析圖 ...75 圖 4-1-8 「H 版」電學概念分析圖 ...77 圖 4-1-9 「H 版」磁學概念分析圖 ...77 圖 4-1-10 「H 版」電磁作用概念分析圖 ...78 圖 4-1-11 「K 版」電學概念分析圖 ...80 圖 4-1-12 「K 版」磁學概念分析圖 ...80 圖 4-1-13 「K 版」電磁作用概念分析圖 ...81 圖 4-1-14 「N 版」電學概念分析圖 ...83 圖 4-1-15 「N 版」磁學概念分析圖 ...83 圖 4-1-16 「N 版」電磁作用概念分析圖 ...84第一章 緒論
本研究之目的旨在探討各版本國民小學九年一貫課程「自然與生活科技」學習領域 教科書裡，有關電磁學概念之範圍。本章共分為四節，依次分別為第一節研究背景與動 機，第二節研究目的與待答問題，第三節名詞解釋，第四節研究範圍及限制。第一節 研究背景與動機
為了提升國民素質，增加國家競爭力，教育改革是必要的。我國近年教育史上重大 的改革是民國八十九年發展「國民中小學九年一貫課程綱要」，強調國民教育階段的課 程應以學生為主體，以生活經驗為重心，培養現代國民所需的基本能力。而「電」或「磁」 與學生的日常生活息息相關，是經常會接觸到的科學現象，關於此兩種現象在國小教科 書中的內容如何編排、如何呈現、及其是否妥適等問題，則為科學教育工作者值得關心 的議題。 教育部（2003）指出，教材編輯、審查及選用除選用審定版教科書外，學校得因應 地區特性、學生特質與需求，選擇或自行編輯合適的教材，自編自選教材。因此在「國 民中小學九年一貫課程綱要」的「自然與生活科技」學習領域中，明列了關於「電與磁」 的分段能力指標，在各審定版教科書裡是否確實依據上述能力指標進行編排，其課程設 計是否以學生為主體，以其生活經驗為重心，這些均是教學者在挑選教科書過程中應經 常關切的議題。 「教科書」是「教」與「學」之間重要的橋樑，不但是教學者從事教學過程中重要 的參考工具，亦是學習者獲得知識的主要來源之一。陳明印（2000）指出，教科書是達 成教育目標的重要途徑，因此自政府將教科書開放後，教學者除了擁有自編教材的選擇 外，亦需肩負起挑選教材的重責大任。在眾多審定合格的版本中，教學者應具有足夠的 專業素養，挑選合宜的教科書。本研究特別針對此部分詳加探究，期許能供教學者未來壹、教科書對自然科教學的重要性 幫助學生建立正確的科學知識是教師重要工作之一，但如何才能幫助學生建立正確 的科學知識呢？「工欲善其事，必先利其器」，王彩芬（2004）指出教科書是教師和學 生在教與學過程中主要的參考資料。Yager（1983）亦指出科學教師亦有相當程度地依 賴教科書的內容進行教學活動。因此，國小自然科學的課程與編排是否合乎學生的心智 發展？課程內容是否會幫助學生建立正確的科學概念（葉誌鑑，2001），皆是值得關注 及探討的課題。因為學生在學校所接收到與科學相關的學習多數均由教科書提供，所以 教科書可說是學生在學校學習科學的媒介與基準。由此可知教科書在自然科教學的過程 中，確實扮演重要的角色。 九年一貫的課程綱要公布後，我國教科書的編輯皆以「九年一貫課程綱要」及「基 本能力指標」為依據，除了採用審定本外，政府亦鼓勵教師自編教材，給予教師相當大 的彈性與空間，希望學生透過這樣的學習，能建構正確的知識，增加學習的興趣。但在 評選教科書的過程中，對於教科書的內容是否能達到預期的教學目標，或是否有符合課 程綱要之要求，教學者是否已有充分瞭解？因此教科書的內容編寫是值得長期的探究與 分析，本研究希望藉此分析結果提供教學者評選教科書的參考依據，期能對教學者有所 助益。 貳、電磁學概念的重要性，及其在生活中的應用 我們的生活環境裡電與磁的現象隨處可見，例如能吸附在冰箱上的磁鐵、天花板上 的電燈亮了、客廳電風扇中馬達的轉動、廚房裡使用微波爐加熱食品等現象，均和我們 的生活息息相關，且幾乎每天都會接觸到。但「電」和「磁」的概念比水流等具體事物 抽象，無法直接觀察而需藉助間接現象來瞭解其存在的事實。 在九年一貫的教育體制下，不同的階段有不同的能力指標，自國小一、二年級開始， 就安排學生能夠察覺磁鐵是會吸引含鐵物體；國小三、四年級開始，「自然與生活科技」
流導線產生磁場的現象，讓學生知道指北針的偏轉是磁針與磁場（地磁或導線通以電流） 交互作用的結果，因此目前市面上各版本多數透過磁鐵讓學童認識磁學；透過電池、燈 泡認識電學；透過馬達認識電磁學，在這過程中，學童究竟習得多少電磁學的相關概念？ 是否有達到既定的分段目標？顏婉幸（2000）指出：經過教學，學生能確實將所學的概 念應用在日常生活中的比例並不高，且原本的迷失概念仍存在。因此協助學生學習電磁 學概念，增進生活能力是小學課程中關注的焦點。
第二節 研究目的與待答問題
本研究主要目的在探討各版本國民小學九年一貫課程「自然與生活科技」學習領域 教科書裡，有關電磁學概念之範圍，包含（1）電的基本概念，（2）磁的基本概念，（3） 電與磁的交互作用等內容；以及電磁學概念之呈現方式與教科書物理屬性。希望藉此研 究結果能做為各國小教師選定「自然與生活科技」教科書，以及出版商編撰「自然與生 活科技」教科書之參考。 本研究欲探討的待答問題包括： 一、 各版本教科書中，「電磁學概念」的內容分佈範圍為何？ 二、 各版本教科書中，「電磁學概念」之呈現方式為何？ 三、 各版本教科書之物理屬性為何？第三節 名詞解釋
本研究所涉及的重要名詞界定如下：壹、國小「自然與生活科技」教科書
「教科書」在台灣中華書局發行的《辭海》中，其定義為：「依照法定科目，選擇 適當教材，編輯成書，用以教授學校學生者，稱教科書」。之學生課本；廣義的教科書則包括課本、學生習作、教學指引，以及隨同於各科課本使 用之各種媒體教材。 在本研究中所指的「自然與生活科技」教科書，是表示經國立編譯館審核通過，且 於九十八學年度有效期限內，可以出版供國小學童使用之各版本「自然與生活科技」教 科書，包含課本（含教師版專用本）、習作、e-book、教學指引或教師手冊。
貳、電磁學概念
本研究所指電磁學概念，其內容限定為：（1）有關電荷、電場、電流的概念；（2） 有關磁鐵、磁場的概念；（3）有關電與磁的交互作用，包括電磁感應與電流磁效應。 本研究只根據與電磁學比較直接相關的概念做分析，並不包括水溶液的導電性，化 學電池與電解，或能源的開發、利用與應用及其他會出現相關的電磁學概念。參、呈現方式
本研究所指的「呈現方式」是針對本研究所選用的十二冊「自然與生活科技」教科 書中，內含「電磁學」相關概念的十二個單元裡，就「教學時間」、「操作活動」與「圖 形呈現」三個部分而言。肆、物理屬性
本研究所指的「物理屬性」是一般學科教科書評鑑架構研究中的向度，包含本研究 所選用的十二冊「自然與生活科技」教科書中，其「版面設計」、「紙質種類」與「印 製裝訂」三個部分而言。第四節 研究範圍及限制
壹、研究範圍
本研究對象為國民小學中、高年級「自然與生活科技」學習領域教科書。根據九年 一貫教科書審定資訊網資料顯示，目前通過審定之國小「自然與生活科技」教科書，且 在九十八學年度有效期限內的教科書共有四種版本，分別是育橋文教事業股份有限公司 所出版（以下簡稱 T 版）、翰林出版事業股份有限公司所出版（以下簡稱 H 版）、康 軒文教事業股份有限公司所出版（以下簡稱 K 版）、南一書局企業股份有限公司所出版 （以下簡稱 N 版）。貳、研究限制
基於時間、人力、研究樣本等多項因素之考量，本研究存在的限制如下： 一、 現行國小課程之安排並未涵蓋所有電磁學概念，本研究僅就國小部分（1）電的 基本概念，（2）磁的基本概念，（3）電與磁的交互作用等內容加以探討。 二、 本研究的分析對象為國民小學中、高年級「自然與生活科技」教科書，並於九十 八學年度供國小學童使用之審訂版本為限，選定 T 版、H 版、K 版、N 版四個版 本。其內容涉及「電磁學」相關概念的部分有十二冊，合計十二個單元為本次研 究的分析對象。本研究不是對整體的教科書做評比，故不宜做過度推論。第二章 文獻探討
本章依序文獻資料，探討與本研究相關之教育理論與研究。全章共分為四節，第一 節探討自然科教科書的意義、選用及相關研究；第二節探討概念圖的理論、基礎、意義 及在國小自然科教學的相關研究；第三節探究內容分析法的定義及應用；第四節探討電 磁學概念相關研究。第一節 自然與生活科技教科書
不論是教師的教學或學生的學習，教科書的重要性是無庸置疑的。瞭解教科書編寫 的內涵及特色，不但可以使教學者避免選用不當的教科書，更能協助學習者使其學習更 有效率。以下分別就教科書的意義及重要性、教科書的選用與評鑑、自然與生活科技教 科書的相關研究三部分加以探討：壹、教科書的意義及重要性
在不斷變遷的社會裡，為了使每個人都具備足夠的能力來適應現代科技生活，教育 是最快速的捷徑（魏明通，2005）。長久下來，教科書在教學活動中一直扮演知識傳遞 者的角色，其內容決定了大部分課堂裡所教導的主題與觀念，並決定了這些主題以何種 方式呈現，因此教科書不僅是教師課堂教學的依據，亦是學生在學習過程裡一樣重要的 指標，其內容設計之優劣對師生進行教學活動時的影響甚鉅。 民國 78 年以前，我國中小學教育一直是由政府編排統一的教科書，無形中限制了 教師的教學與學生的學習。民國 78 年後為了因應社會多元化、教育自由化的趨勢，政 府逐步將中小學教科書開放，改由民間編輯，政府審定，並於民國八十六年成立「國民 中小學課程發展專案小組」，開始進行新的教育改革。九十學年度開始，正式實施九年 一貫課程。也是課程發展、教學和評量實施的標準依據。在自然與生活科技領域裡，為闡述學生學 習的內涵與實施原則要項，當中提到： 一、本課程綱要為自然與生活科技學習領域的學生學習之主要內涵與實施原則，學校 應以此內涵與原則安排適當的教學情境和教材，進行有效的教學活動，激勵學生 學習，以達成課程目標，增進自然與生活科技學習領域的分段能力。 二、依課程總綱說明，學習領域為學習之主要內容，而非學科名稱，無論教材選編或 教師進行教學皆應掌握統整之精神，並視學習內容之性質，實施分科協同教學。 由上述得知，教師教學時應將教科書視為一種教學資源，而非唯一內容，對生活周 遭的各種知識、文化、價值也應帶入教學中，並且因應社會變遷調整課程內容，加入社 會趨勢及新興議題，以利學生獲得基本能力和知識（黃政傑，1998）。 藍順德（2006）將教科書的主要性質歸納如下：（1）教科書是達成教學目標的工 具，是課程與教學間的主要聯結，其內容傳承文化遺產與知識精華，是師生對話的橋樑， 是學生在課堂上獲得知識的主要來源。（2）教科書的架構設計應依其學科知識邏輯的 順序安排，並應符合學生發展與學習需要。鄭世仁（1992）指出：教科書不但能傳遞文 化的精華，塑造社會的價值，對於個人的知識發展和國家文化水準的提升，也都扮演著 不容忽視的角色。因此在中小學階段的學習歷程裡，教科書是最主要的學習資源與工 具，不但決定教學活動的主要內容，進而還影響教師的教學與學生的學習，因此教科書 的選擇與應用在教學過程中是相當重要的一環。
貳、教科書的選用及評鑑
教科書在中小學教學活動中一直扮演著重要的角色，不但決定了多數教師的教學內 容，其品質良莠亦會影響到教師的教學品質，因此如何判斷教科書是否合宜成了教師重 要的專業能力。 一本好的教科書涵蓋了教育理念、教學目標等因素，但因涉及個人主觀的影響，任何教科書都不可能達到盡善盡美的地步（梁榮財，1995）。九年一貫課程開放後，我國 的教科書採用審定制，其教科書由民間依據國家公布的課程標準與綱要進行編輯後，再 送經政府審查，經審查合格的教科書才能作為師生的教材。因此為了維持教科書的品 質，發展一套嚴謹的教科書審查標準是必要的，而教師也可依此標準選用適合的教科書。 教科書是學生學習的主要資源，以達成學生有效學習為目的，因此所包涵的知識必 須經過選擇、編排，以增進學生學習效果為最終目標（藍順德，2006）。為了確保國民 教育的教育目標能夠達成，我們需要一套嚴謹的教科書審查標準，雖然至今其標準仍不 斷修正，但基本的要項大致相同。下表 2-1-1 為藍順德（2006）綜合各學者專家對國小 教科書評鑑規準項目的比較： 表 2-1-1 國小教科書評鑑規準項目比較表 研究者 及年代 學科及 性質 內容屬性 教學屬性 物理屬性 發行屬性 可讀性 其他 黃政傑等 （1994） 國 中 小 審 查標準 選材及組織 符合課程 教學設計 物理屬性 發展資料 文句可讀性 社會 價值 黃政傑等 （1995） 國 中 小 審 查標準 教材內容 符合課程 教學設計 物理屬性 發展資料 文句可讀性 社會 價值 歐用生等 （1996） 國 小 評 鑑 標準 內容特性 教學特性 物理特性 出版特性 許國忠 （1997） 國 小 自 然 評鑑標準 內容屬性 教學屬性 物理屬性 出版屬性 歐用生等 （1999） 九年一貫 審查規準 結構與內容 教學與評 量 編印設計 文句使用 其他 教育部 （2003） 九年一貫 評鑑指標 學習內容 內容組織 課程目標 教學實施 出版特性 輔助措施 資料來源：藍順德（2006），“教科書政策與制度”，五南出版社，122~133。
藍順德（2006）自陳明印（2000）的論文中整理出各屬性內容，並分述如下： 一、內容屬性：指教材的實際內容，包括選材的適切性、教材的組織性以及教材的呈 現方式等。 二、教學屬性：指和「教」與「學」有關之設計。包括使用者適合度、教學設計、學 習評量、學習資源等。 三、物理屬性：係指教科書的外觀、圖文設計及印刷。包括版面設計、舉例插圖、紙 張、印刷、裝訂等。 四、發行屬性：指教科書出版發行特性。包括發行者、作者、研發過程、價格、行銷、 教具、附屬材料、售後服務等。 五、可讀性：指教科書內容文字之文法結構、文句流暢、句子長短、字彙深淺、表達 方式等。 教科書評鑑的主要目的是協助教師選用適合的教科書，而多數教科書評鑑規準是就 整本教科書分析而訂，因此教師可依評鑑基本原則，檢討教材內容的設計是否有效達成 課程的教學目標。因本研究是針對教科書中之特定概念來分析評鑑，所以著重在內容屬 性的分析。
參、自然與生活科技教科書的相關研究
教科書內容的分析一直是我國教科書研究的主流，約佔全體六成，其中以學科概念 分析的研究在 1979～2004 年間共有 154 篇，旨在檢視各學科重要概念在教科書中的呈 現，以語文類科最多，其次就屬自然類科和社會類科（周珮儀，2005）。研究者整理近 五年有關國小自然與生活科技領域教科書針對其內容屬性的相關研究，列表整理如表 2-1-2：表 2-1-2 自然與生活科技領域教科書在內容屬性方面的相關研究 年代 研究 者 研究目的 研究方法 2009 劉馥 姬 本研究希期以自然科學教育課程，對我國國中小學之 教育政策以及教科書內容之演變進行研究。 歸納法、文獻 內容分析法 2008 王琇 瑩 本研究分析國小自然與生活科技領域第三學習階段 「科技的發展」能力指標在各版本教科書分布的情 形，以及探討現行各版本教科書「科技的發展」的內 容並比較現行各版本教科書之間的差異。 內容分析法 2008 陳錦 廣 探討國小自然與生活科技教科書插圖：占用之教 科書版面篇幅、在學生文章學習所扮演的功能與分 類、設計的潛在可能缺失。 內容分析法 2008 葉家 恩 瞭解海洋概念在現行國民小學自然與生活科技領域教 科書中所出現之比率及呈現內涵之情形。 內容分析法 2007 蔡連 福 分析比較我國國小七十三、八十三年國編版自然科、 社會科；九十三年自然與生活科技領域、社會領域之 四、五、六年級教科書融入 STS 議題的狀況。 內容分析法 詮釋性研究 法 2007 古淑 鈴 比較現行國小自然與生活科技教科書所含過程技能類 型，及其過程技能編排是否符合兒童的認知發展順序。 內容分析法 2007 許雅 婷 分析高年級自然與生活科技領域教科書中各種不同導 向的探究教學及科學過程技能的內容，來了解編者如 何安排探究相關的學習。 內容分析法 2007 陳子 聖 從「內容組織」、「教學實施」及「學習內容」等三個 面向來進行國小高年級各審定版自然教科書之內容分 析。 內容分析法 2006 呂紹 海 分析目前國內四個主要版本國小自然與生活科技教科 書中的科學史內容。 內容分析法 2006 彭春 探討我國國小四、五、六年級及國中一年級自然與生 文獻分析法
蓮 活科技教科書之內容。 內容分析法 2006 劉俊 宏 分析九年一貫課程國民小學各版本「自然與生活科技」 教科書所包含電路學概念的範圍及呈現的方式，並檢 視各版本教科書之物理屬性。 文獻分析法 內容分析法 2005 呂文 靜 分析國小各版本「自然與生活科技」教科書有關光的 概念之分布範圍、光的概念之呈現方式並檢視各版本 教科書之物理屬性。 文獻分析法 內容分析法 2005 李佩 蓉 探討各審定本教科書關於「化學反應」、「氧化與還原」 及「酸、鹼、鹽」三個主題內容中「過程技能」、「科 學與技術認知」與「思考智能」等能力指標呈現情形 及教科書中關於「化學反應」、「氧化與還原」及「酸、 鹼、鹽」三個主題內容的縱貫聯繫之情形。 內容分析法 2005 陳秀 玲 探討國中小「生活課程」及「自然與生活科技領域」 教科書中，「生物多樣性」概念之融入情形。 內容分析法 2005 楊明 璋 探討我國小學「自然與生活科技」教科書中，所呈現 的力學概念的範圍及其呈現方式，並探究各版本教科 書之物理屬性。 內容分析法 由此可見，以內容屬性所做的教科書研究大致可分為四類：1.分析各審定本內容之 差異，2.針對某特定單元或概念做詳盡的分析，3.比較國內外不同教科書或新舊版本教 科書之內容差異，4.以特定年級為樣本，並分析其內容差異。本研究以特定的電磁學概 念為研究內容，將目前市面上四種常見的版本做詳盡的比較，並分析其異同處。
第二節 概念圖
概念圖是一個可以分析教科書概念呈現情形的工具，透過概念圖來研究教科書中概 念呈現的關係，並檢視教科書內是否存有錯誤的概念（楊明璋，2005）。以下就概念圖 的理論基礎、概念圖在自然科教學的意義、概念構圖與概念圖在國小自然科教學的相關研究三部分加以探討：
壹、概念圖的理論基礎
1970 年代，美國康乃爾（Cornell）大學教授 J. D. Novak 與其同事，為了研究兒童 科學概念的知識結構與改變歷程，以 Ausubel 有意義的學習理論為核心，認為學習必須 賦予意義，才能使學習的效果持續長久，因而發展出一套「概念構圖」（concept mapping） 學習策略（方朝郁，2005）。簡單地說，概念構圖就是在教學前後各給予一組概念，然 後要求受試者將這些概念運用適當的連結語把他們連結起來，以成為一幅概念圖（Novak ＆Gowin，1984）；因此「概念構圖」是一種由概念建構而成的圖形組織，是一種學習 的歷程，經過這樣的歷程，建構完成的圖形叫做「概念圖」（黃瓅慶，2006）。 概念圖是一種融合許多重要學習理論的學習工具，包括： 一、有意義的學習（meaningful learning） 教育心理學家 Ausubel 將概念視為一種具層次性的結構，居結構上層者應為 super-ordinate concept，代表個人對事物的整體知識，而居於下層者為 subordinate concept，代表個人對事物的細部記憶。因此概念圖中的概念階層結構，即是源自於 Ausubel 的理論，其認知同化學習理論中，有意義的學習是概念構圖的原始理論基礎。 二、認知心理學的理論 學習者在發展概念圖時，須先選擇重要的概念後，再根據其性質、屬性及從屬關係 加以歸類並排序，進而透過聯結線和聯結語建立概念間的關係，因此其發展過程中，呈 現出學習者的心智思考歷程，是一種符合認知學習的學習策略（張庭翊，2002）。 三、知識表徵與後設認知 透過後設認知的學習，可以使學生成為一個有效而主動的學習者，進而增進學習遷 移（transfer）與保留（maintenance）（Gagn’e, 1985）。Novak 和 Gowin（1984）亦認 為學習者在概念構圖的過程中，必須將所瞭解的命題架構（proposition frameworks）進行外在化（externalize）。因此概念圖在科學教育上亦可以作為後設認知的學習工具， 使學生能夠針對所學的概念加以修正與補強。 四、建構主義的學習觀 當學習者以概念圖做為學習工具時，可以幫助新舊知識的聯結，並且隨著學習內容 的增加，學習者可以持續增添、調整或重建概念圖的架構（張庭翊，2002）。Novak（1990） 認為透過概念圖除了可以瞭解學習者現有的知識結構外，亦可從不斷改變概念圖的過程 中，充分觀察個體知識結構的變化。
貳、概念圖在自然科教學的意義
概念圖（concept maps）是一種二維向度的知識表示法，透過命題形式的概念圖， 不僅能夠表徵所欲教學和學習的概念及其概念間的連結關係（Novak＆Gowin，1984）， 也能展示構圖者對於概念的理解和組織的形式，所以能夠做為教師課程設計的教學工具 與學生學習成效的評量工具。 黃萬居（1993）指出概念圖具有三大特性：（1）階層性的結構、（2）各個概念間 均以連接字連接、（3）愈上層概念概括性愈大（余民寧，1997）。概念圖不僅能呈現 知識內容的關係，也展示了構圖者對於概念組織的形式具有其獨特性（黃鴻博，1998）， 當學習者運用概念構圖到各科目時，能夠進行有意義的學習，尤其是在自然科學領域中 （江淑卿，1997）。 Naidu（1990）指出，每一個概念圖代表學習者對於學習材料的主觀意義表徵，亦 是學習者所偏好理解、組織學習材料的方式。概念圖不僅是有效的評量工具，在繪出及 使用概念圖的過程中，亦能以圖示展示課程範疇的概念結構，將課程基本結構具體展 現，釐清並展現各個相關的概念與主題、以及概念分支之間的關係，並指出可能存在的 缺失與偏頗，因此最佳的利用方式應是在教學與學習活動中適當地融入概念結構（林達 森，2003）。由上述可知，概念圖對師生而言都是一個相當有力的教學與學習的工具（黃鴻博，1998）。 概念圖的實施，不僅對學習者有意義，對教學者也有不同的含意，研究者根據文獻 整理分析出概念圖對教學者與學習者在不同階段中涵蓋的意義，如表 2-2-1： 表 2-2-1 概念圖對教學者與學習者在不同階段中涵蓋的意義 對 象 時 間 內 容 教 學 前 ‧ 幫助教學者確定教學的概念範圍，避免教學者因個人記憶而遺漏。 ‧ 協助教學者瞭解學習者已經存在的錯誤概念或迷失概念，讓教學者可以 透過教學活動給予適當的概念改變。 教 學 中 ‧ 教學者可以有效診斷出學習者在學習過程中出現的錯誤概念。 ‧ 提供學習者一個概念學習的參照鷹架。 教 學 者 教 學 後 ‧ 做為後設認知的檢測工具，評量學生的學習成效。 ‧ 協助教學者當作補救教學的診斷工具。 學 習 前 ‧ 瞭解即將學習的概念全貌。 ‧ 偵測已經存在的錯誤概念或迷失概念。 學 習 中 ‧ 藉由概念圖診斷出學習者的問題，並經由概念再學習的同化或調適，讓 學習者將既有概念變成正確的概念網絡。 ‧ 概念圖能當成學習者學習時的指引，協助學習者瞭解某概念或關係在整 個學習過程中的地位與關係，並主動連結新舊知識。 ‧ 透過小組合作，在建構概念圖的過程中，能夠增進學習者之間的互動。 學 習 者 學 習 後 ‧ 做為複習課程知識的工具。 ‧ 檢視自己的學習歷程與進步的軌跡，增進學習的效果。 ‧ 針對自己的概念做修正或補強，降低對教科書的依賴，其角色也將由被 動轉為主動。 由表 2-2-1 得知，概念圖對於教學者與學習者在不同的階段中，均有不同的意義，
但檢視將概念圖或概念構圖做為教學或學習策略的相關研究中，並非所有結果都是肯定 的，例如： 一、 接受概念構圖策略的學生與接受一般教學的學生，其自然科學習成就測驗並無顯著 差異。（葉明山，2006） 二、 以概念構圖為後設認知策略，整體而言對「自然科學習成就」並沒有顯著的提昇效 果。在「自然科學習持續效果」方面，對高、中推理能力學生而言，則無顯著的影 響。（蔡天民，2002） 除此之外，亦有研究顯示概念圖並非理想，例如： 一、 學生對概念圖學習後的幫助都有正向的見解，但多數人反應不喜歡寫概念圖。（黃 勤惠，2009） 二、 經由簡報呈現專家概念圖教學，無法促進學生概念的了解。（吳雪菁，2002） 概念圖可以把複雜的概念變簡單，幫助學生的思考能力，但其難易度需符合學生程 度，內容要能夠讓學生理解，如此才能有效提升學生學習成效，達成課程目標，促進有 意義的學習（方朝郁，2005）。因此，研究者建議，要將概念圖實際應用在教學上時， 必須先讓學習者有充裕的時間瞭解概念圖，並學習建構屬於學習者本身的概念圖，當學 習者懂得利用概念圖進行學習時，這樣才能增進概念圖的效用。
參、概念圖與概念構圖在國小自然科教學的相關研究
近十年來，利用概念構圖作為教學策略或利用概念圖為學習工具的相關研究十分豐 富，是目前科學教育界應用相當廣泛的一種教學策略與學習工具，除了被應用在科學教 育的範疇外，更逐漸擴充到其他的學科領域。 概念構圖可以應用在科學教育的教學、課程設計與動態評量。概念圖亦可作為「認知診斷」的工具，評量學習者知識形成及其變化外，或當作「後設認知策略」或啟發式 的教學工具，讓學習者透過概念圖組型區辨並思考概念與概念之間的關係，並進而將這 些概念有層次、有組織地統整起來（陳嘉成、余民寧，1996）。因此以下研究者將概念 構圖與概念圖所做的相關研究進行探討。 一、以概念構圖為教學策略的相關研究 依表 2-2-2 研究者發現：經過概念構圖的教學，學生在概念連結上有顯著的提升， 不僅能組織自己的知識，並能用特定的事件舉例來說明概念，進而把迷思概念改變成與 科學家一致的概念，減少迷思概念的產生，同時經過概念構圖的教學，學生獲得的概念 保留量較多，因此在學習成效或學習評量上都有明顯的進步。 表 2-2-2 以概念構圖為教學策略之相關研究 作者 （年代） 研究名稱 研究結果摘要 黃惠鈴 （2006） 概念構圖教學對國小四 年級學童自然與生活科 技 學 習 成 效 之 研 究 - 以 「校園的昆蟲」為例 「概念構圖教學」對自然科教學與自然科的學習 成就具有正面效果。 鄒永裕 （2006） 概念構圖教學對國小學 童科學閱讀理解能力影 響之研究 實驗組的學童經過概念構圖閱讀教學後，其科學 閱讀理解能力測驗的平均得分，明顯高於控制組 的學童。 盛嘉惠 （2006） 概念圖教學策略對國小 四年級學童月亮空間概 念的研究 1. 概念圖的教學策略能夠將學生迷思概念改變 成與科學家一致的概念。 2. 學童在教學後於月亮的空間概念所具有的迷 思概念顯著減少。 葉明山 （2006） 應用概念構圖策略於小 學科學寫作之研究 1. 整體而言，以概念構圖為寫作策略，對概念聯 結有顯著提升效果。 2. 接受概念構圖策略的學生與接受一般教學的 學生，其概念聯結與寫作品質、記憶保留均有
顯著相關。 王薰巧 （2004） 國小自然與生活科技領 域課程運用概念構圖之 研究 1. 經過概念構圖教學活動後，多數學生都學會建 構屬於自己的概念圖，成績也進步了。 2. 學生的構圖表現與其學習成就，及構圖表現與 智力之間均有極顯著的正相關。 3. 多數學生喜歡學習概念構圖，且認為學習概念 構圖並不難；並認同合作學習構圖對自己學習 自然與生活科技領域課程及其他課程有幫助。 古淑珍 （2004） 在國小高年級自然與生 活科技領域實施概念圖 教學之行動研究 1. 概念圖教學實施在國小五年級自然與生活科 技領域是可行的。 2. 概念圖教學後，學生在學習成就上有顯著的提 升。 徐欣郁 （2004） 概念構圖教學策略融入 國小自然與生活科技課 程及教學之研究：以國小 中年級學童植物構造及 其功能概念為例 學童在進行概念構圖的教學策略後，在學習上有 明顯的進步，不僅能組織自己的知識，並用特定 的事件舉例來說明概念外，其繪製的學習後概念 圖在概念詞引用的豐富度、概念連結的數量及命 題的正確性都有明顯的進步，因此概念構圖在自 然科教學上，可以提供學生幫助，並且在學習上 達到效果。 黃福興 （2003） 概念構圖應用於科學文 章閱讀教學之研究 閱讀概念圖教學可以增進學生對科學文章閱讀 理解的理解能力，且學生對此教學的感受均持正 面態度。 時德平 （2001） 概念構圖教學策略與食 譜式教學法對國小五年 級學童「電與磁」的概念 學習之比較性研究 學生在概念圖的學習策略上所獲得的概念保留 量較多。 二、概念構圖在動態評量上的研究 依表 2-2-3 研究者發現：透過概念構圖的動態評量方式，有助於學習者更瞭解整個 單元的概念脈絡，引導學習者主動建構知識概念並澄清原有迷思概念，提供學習者主動 學習的能力，並有助於學習者凝聚學習的注意力。
表 2-2-3 概念構圖在評量上的相關研究 作者 （年代） 研究名稱 研究結果摘要 顏君叡 （2008） 以概念構圖的動態評量探 究國小五年級學童之概念 學習 以概念圖之動態評量澄清學童「空氣與燃燒」、 「力與運動」主題的另有概念是有成效的。 王淑玉 （2007） 以 概 念 構 圖 之 動 態 評 量 （CMDA）策略探究國小 四年級學童「光」概念的 概念學習 透過 CMDA，教學者能深入探究學習者的概念 架構，察覺學習者學習狀況；引導學習者主動 建構知識概念並澄清原有迷思概念，提供學習 者主動學習的能力，有助於學習者凝聚學習的 注意力。 李俊璋 （2006） 以概念構圖之動態評量策 略 探 究 國 小 六 年 級 學 童 「聲音」概念的概念學習 1.CMDA 有助於針對學習者的個別差異，使學 習者更能瞭解整個單元的概念脈絡。 2.教學者利用活動後的 CMDA 幫助學生回憶實 驗中較關鍵的命題，對於連結較弱或混淆的部 分，能增強連結並順利達成概念改變。 王光平 （2004） 以概念構圖之動態評量策 略 探 究 國 小 六 年 級 學 童 「燃燒」概念的概念學習 CMDA 運用在教學上時，可以提供學童概念構 圖的技巧並增強學習動機，釐清對概念的瞭解。 概念構圖不僅能應用在教學策略、學習策略及動態評量上，亦能應用在課程發展過 程中。透過概念圖對教科書內容進行概念分析，可以掌握教科書所提供的訊息與學生所 習得的知識是否有落差存在（余民寧，1997）。因此本研究發展一專家概念圖，協助研 究者分析國小自然與生活科技教科書在電磁學方面的概念，期能提供教師做為參考。
第三節 內容分析法
徐宗國（1998）認為：內容分析法是一種研究方法。楊孝濚（2002）指出，內容分析法已被廣泛的應用在社會及行為科學中，是一種主要的資料分析方法。楊慧文（1998） 亦指出：內容分析法是目前多數學者在分析教科書時所使用的研究方法。近年來內容分 析法已成為一種常用的教育研究方法，研究對象擴及教科書的課程材料，而教材分析則 是當前課程研究的重要領域之一（黃光雄、簡茂發，1991）。周珮儀（2005）年分析國 內 1979 年到 2004 年間共 401 筆教科書實徵性研究（不包括純作理論探討或理念介紹 者），其中有 241 筆的研究方法是內容分析法。 根據資料顯示，內容分析常用來比較各年代新舊版本內容，瞭解各主題在教科書發 展過程的演變，而教科書的內容探討更是九成以上都會運用到內容分析法，因此內容分 析法是一種普遍使用於分析教科書的研究技術（曾郁庭，李隆盛，2005）。
壹、內容分析法的定義
十八世紀在瑞典為了分析「錫安歌集」，因此促成內容分析法的誕生。自 1930 年 代以後，隨著宣傳分析和傳播研究的發展，內容分析法已被廣泛的使用，現在也已成為 傳播學術與其他社會科學重要的研究之一（王石番，1989）。 Neuman（1997）認為：內容分析是一種蒐集與分析文件內容的技術，其中內容是 指文字、圖片等任何可以用來溝通的訊息，文件則是指任何書面的、可讀的、與口述的， 可作為溝通媒介的東西，如書籍、報紙等。因此，王文科等（2007）指出：內容分析法 （Content Analysis）亦稱為資訊分析（informational analysis）或文獻分析（documentary analysis）。 歐用生（1997）指出：內容分析法是一種透過量化的技巧及質性的分析，對文件內 容進行客觀有系統的研究與分析，藉以推論產生該文件內容之環境背景及意義的研究方 法，雖然內容分析是透過量化的分析過程，但其推論的質性分析仍相當有價值。因此陳 靜怡（2004）指出：內容分析並不是純粹的「量化分析」，而是以傳播內容中「量」的 變化來推論「質」的變化，因此可以說是一種「質」與「量」並重的研究方法。由此可知，內容分析不只是一種資料的收集方法，而且是一個完整的研究方法（J. W. Bowers， 1970）。 王文科（2003）提到：在許多領域的研究中，常需透過文獻獲得資料，因此內容分 析研究法便有其價值與採用的必要，其類別大致可分為： 一、概念的分析（conceptual analysis） 為了釐清教育概念，可採取的作法，將描述概念的精義或一般的意義、確認概念的 不同意義，或在各種例子中描述概念的適當用法。 二、編輯或編纂（edition or compilation） 文獻的編纂與出版，可按年代順序保留下來，對以後的研究有所助益。 三、描述性敘述（descriptive narration） 針對某事件作描述性敘述，依年代告知其始末的故事。雖然重點在於描述事件的細 節，但事實上，它是故事的延續性與流程的綜合。 四、詮釋性分析（interpretative analysis） 將某教育事件與該期間內其他事件的關連性相互結合的作法，在較寬的脈絡中進行 分析。 五、比較分析（comparative analysis） 把當時與其他期間教育事件的相似性與差異性，作質的比較分析，此種分析可以標 示一致的趨勢、一系列獨特的情境，或開展新方向。 六、普遍性的分析（universal analysis） 透過學理的或哲學的分析，歷史的例證、過去趨勢的規則，以及事件的順序所提議 的命題，皆可用來解釋教育事件的進程。 研究的方法有許多，研究人員針對不同的需要，而選擇不同的方法。本研究目的是 要瞭解各版本「自然與生活科技」教科書在電磁學概念上的差異，是屬於概念的分析，
貳、內容分析法在教科書分析上的應用
王文科（2003）指出：當研究對象樣本很大時，以內容分析法為研究方法，不但省 時，成本亦較低，同時品質佳、穩定度高。因此內容分析法在教育研究上有其用處，但 亦有其缺點和困難，歐用生（1989）指出，透過內容分析法分析教科書時，易遭遇以下 困難： 一、內容分析法是依選定的分析單位，加以量化的操作，然後顯現出數量的差異，再探 求差異的意義，但只重視個別變項的操作，容易忽略質的部分。 二、內容分析法是以字、句、主題、項目等為分析單位或類目，因此會有「斷章取義」 之嫌。 三、分析教科書時，僅就顯現出來的部分加以分析，若不深入探討「潛在課程」的層面， 無法瞭解何以呈現這些教材，而不呈現另一種教材。 四、分析教科書時，易僅注意「能說出的語言」，忽略「不能說出的語言」。 內容分析對於改進教育或社會的實務方面，或增添重要知識方面而言，都能發揮效 用（王文科，2003），因此應謹慎使用，研究者彙整歐用生（2003）的論點，列出以下 幾點： 一、將欲分析的內容其概念應清楚定義，讓文件在蒐集時能齊全沒有遺漏，瞭解文件的 全貌，在分析的過程裡才不會產生偏差。 二、同一份文件，可能因研究者不同的偏見而有不同的解釋，因此在分析的過程裡，研 究者應加以鑑定或檢核。 三、除了「量」的分析外，應加強「質」的研究。 四、搭配其他方法一起使用，例如調查法、觀察法、個案研究法等，更能瞭解課程的實 施情形，達到更好的研究效果，對於課程革新有更大的助益。本研究針對國小各版本「自然與生活科技」教科書中有關電磁學概念的差異做分 析，發展一專家概念圖與命題陳述表為研究工具，邀請另一位評分員協助本研究進行效 度檢定。邀請專家檢視本研究工具求研究之客觀與縝密。
第四節 電磁學概念相關研究
電與磁是互相關連的概念統稱電磁學概念。電與磁的概念在小學課程中已有相當份 量的安排。但從國內外科學教育相關研究發現，即使電與磁的現象在日常生活中相當普 遍，但其概念並不容易學習，且產生迷失概念的現象亦相當普遍，因此期能透過本研究， 協助教學者選擇適切的教材，協助學習者學習電與磁的相關概念。下面列出近幾年在國 小「自然與生活科技」教學上，有關電學與磁學的研究文獻如下： 表 2-4-1 電學與磁學的相關研究 作者（年代） 研究摘要 劉志宏 （2003） 研究發現發現學生在電路學習前之概念相當缺乏，傾向以主觀的臆測 方式來說明所遭遇到的問題，如視電為物質，以物質來解釋電的流動。 彭懋琳 （2003） 發現國小六年級學童在磁極、電流通路、地磁、電磁鐵及電動機等電 與磁概念上均有許多的迷思概念。 王嘉德 （2004） 對於「電與磁」，學童在教學前的概念可以說幾乎空白。 楊進忠 （2005） 探究國小六年級學童電磁概念的學習成效、概念學習歷程與優缺點。 張麟偉 （2005） 學生在「電磁鐵」的概念學習上，存有一些另有概念。而在此種教學 模式中，可以引發學生的原有概念，並促進概念學習。 劉俊宏 （2006） 1. 國民小學各版本「自然與生活科技」教科書所包含電路學概念的範 圍與九年一貫課程綱要的規定不完全相同。2. 各版本教科書之電路學相關概念單元教學時間差異亦頗大。 楊天平 （2007） 研究發現國小高年級學童電學迷思概念類型可分為： 1. 平常生活中的例子和其他領域概念的不當類比 2. 過度使用電池數除以電燈數之比值大小來判定燈之較亮與否 3. 先前不當之迷思概念轉移。 林雪蓉 （2007） 探討國小四年級學童學習電學概念所形成的迷思概念，分為：電池、 電路與電流、燈泡串聯、燈泡並聯、電池串聯、電池並聯等六方面。 林志芳 （2007） 探討如何將中國磁學科技史料融入國小自然科教學。 黃高泰 （2008） 發現透過師生互動下的 5E 教學模式可以使學生在電學概念改變具有 中度的實驗效果。 綜上所述，研究者發現國小電學或磁學的相關研究普遍偏向探究學童的迷失概念， 透過這些研究，可以瞭解國小學童在「電磁學」部分涵蓋了許多迷失概念，例如磁極、 電流通路、電磁鐵及電動機等；另外有部分研究是透過教學，探討學生在學習電學或磁 學的過程中，其相關概念如何轉換。 學童之所以在電磁學方面產生迷失概念，可能原因在於這些知識太過抽象，雖然前 人研究發現學童容易對電磁學概念產生迷失，但「工欲善其是，必先利其器」，要減少 學童在電磁學方面的迷失概念，必須先瞭解國小「自然與生活科技」教科書裡所涵蓋的 電磁學概念有哪些，近年來在電學或磁學的相關研究並不少，卻僅劉俊宏在 2006 年針 對九年一貫課程國小｢自然與生活科技｣教科書的電路學部分做了內容分析，因此研究者 希望透過電磁學相關概念的分析，提供教學者未來挑選教科書的參考，對教學者能有所 助益，同時在教學現場裡能有效減低學童產生的迷失概念。
第三章 研究方法與設計
本章共分為六節，分別是研究方法、研究架構、分析對象、分析工具、分析流程與 資料處理。主要闡述本研究的研究方法、研究架構，並說明分析教材之選取方式與分析 工具建立方式，最後呈現整個研究的流程。第一節 研究方法
本研究針對研究目的，採用內容分析法探討現行國民小學「自然與生活科技」學習 領域中，各版本教科書中關於「電磁學」概念的涵蓋範圍與呈現方式，並檢視各版本教 科書之物理屬性。其概念範圍涵蓋（1）電的基本概念，（2）磁的基本概念，（3）電 與磁的交互作用。 壹、內容分析法的設計模式 根據楊孝濚（2002）提出分析的設計模式共有六種： 一、同一來源，不同時間的傳播內容。 二、同一來源，不同情境的傳播內容。 三、同一來源，不同對象的傳播內容。 四、同一來源，不同傳播內容的相關。 五、不同來源，傳播內容之分析－針對傳播者的差異。 六、不同來源，傳播內容傳播表現的成效。 本研究採用第五種模式，分別以 T 版、H 版、K 版、N 版等四種不同版本教科書為 傳播來源，經過相同時間後，產生四種內容 X1、X2、X3、X4。（T、H、K、N 表示不同版本教科書；X 表示不同內容） T H K N X1 X2 X3 X4 圖 3-1-1 教科書傳播來源圖 貳、內容分析法的研究步驟 本研究之內容分析的步驟如下（歐用生，1997）： 一、選定分析對象 在內容分析的抽樣中，必須注意母群體的完整性，但因教科書母群體並不多，因此 採以市面上於九十八學年度供國小學童使用之審訂版本為限。 二、建構分析類目 類目是內容歸類的標準，柏雷遜（Berelson，1952）將類目分為兩大類：（1）說什 麼（what is said）：用以測量內容的實質，包括主題、方向等。（2）如何說（how it is said）：用以測量內容的形式，包括敘述的形式，策略等。本研究欲研究各審 定版的電磁學概念，因此採用第二種分析類目。 三、界定分析單位 分析單位是內容量化時依循的標準，內容分析的單位最常使用的有：課、章、段、 詞、句、頁等單位，各種分析單位均應配合研究的目的而設定。 本研究「電磁學概念」之分析採特定章節為分析內容，因此以提及電磁學及相關內 容之文字為分析單位。 四、設計內容分析類目表 研究者根據電磁學專家概念圖（圖 3-4-1 電學概念分析圖、圖 3-4-2 磁學概念分析
圖、圖 3-4-3 電磁作用概念分析圖）建立電磁學相關概念之命題陳述（表 3-4-1、表 3-4-2），以探求教科書中其電磁學概念之呈現方式，其詳細的內容分析類目依不同 的分析對象而有所不同，將在第四章詳細介紹。 五、依定義將分析內容編碼 王文科（2003）指出：在內容分析中，用以計數或量化資料的方法，主要有四種， （1）簡單的二元編碼、（2）類別在文獻中呈現的次數、（3）某類別在文獻中占 有的空間或篇幅、（4）陳述具的強度。 本研究將根據研究工具裡的「各版本電磁學概念相關單元之呈現分析表」將欲分析 的資料計數或量化。 六、建立信度與效度 內容分析雖然強調客觀與系統的方法，但是在決定分析單位、分析類目時難免會涉 及主觀的決定，因此此處的重點放在評估分析者信度，而不是文獻間信度的評估（王 文科，2003）。 七、進行資料分析 質的分析主要在探討文件中所隱含的意義，而研究者常因某些理由把原始資料做轉 換或變動，這些情形應盡量避免，在資料分析的過程中，務必保持原始資料的原貌。 八、撰寫研究報告 透過文字與圖表的方式呈現各版本「自然與生活科技」教科書在電磁學概念的分布 範圍與差異，並說明各教科書間物理屬性的異同。
第二節 研究架構
本研究主要利用內容分析法來探討國小中、高年級自然與生活科技學習領域中，各 審定本中關於：（1）電磁學概念涵蓋之範圍，包含：電的基本概念、磁的基本概念與 電與磁的交互作用；（2）電磁學概念之呈現方式，以及（3）教科書的物理屬性。本研 究架構圖如下： 圖 3-2-1 研究架構圖 T 版 翰林版 康軒版 N 版 電磁學概念 呈現方式 教學時間 操作活動 圖形呈現 物理屬性 版面設計 紙質種類 印製裝訂 電磁學 概念範圍 電荷 磁極 電磁感應第三節 分析對象
本研究之研究對象為教育部審定通過之九十八學年度國民小學「自然與生活科技」 學習領域教科書，已經出齊第一冊至第八冊之四種版本，分別為 T 版、H 版、K 版和 N 版，其內容涉及「電磁學」相關概念的部分有十二冊，共十二個單元，為本次研究主要 的分析對象，其中有部分的分析內容需以教師手冊或教學指引為依據，協助本研究的分 析（見表 3-3-1），為了研究的客觀性，後面皆以代號表示各版本名稱。 表 3-3-1 分析教科書之基本資料 編號 出版公司 冊次 出版年月 修訂版年月 A 育橋文教事業 股份有限公司 第二冊 民國九十八年二月 初版 - B 育橋文教事業 股份有限公司 第三冊 民國九十一年六月 初版 民國九十三年五月 修訂版 C 育橋文教事業 股份有限公司 第六冊 民國九十七年二月 初版 - D 翰林出版事業 股份有限公司 第一冊 - 民國九十七年八月 修訂三版 E 翰林出版事業 股份有限公司 第三冊 - 民國九十七年八月 修訂一版 F 翰林出版事業 股份有限公司 第七冊 - 民國九十七年八月 修訂一版 G 康軒文教事業 股份有限公司 第一冊 民國九十七年九月 初版 - H 康軒文教事業 股份有限公司 第四冊 民國九十二年二月 初版 民國九十八年二月 第七版I 康軒文教事業 股份有限公司 第七冊 民國九十三年九月 初版 民國九十七年九月 第五版 J 南一書局企業 股份有限公司 第一冊 民國九十七年六月 初版 - K 南一書局企業 股份有限公司 第三冊 民國九十三年八月 初版 民國九十七年六月 修訂版 L 南一書局企業 股份有限公司 第七冊 民國九十五年八月 初版 民國九十七年六月 修訂版 電磁學概念的應用範圍相當廣泛，在日常生活中隨處可見，如發電機、電動機等均 是。研究者將九年一貫「自然與生活科技」學習領域課程綱要中有關電磁學概念的部分， 彙整如下： 表 3-3-2 九年一貫課程綱要中的電磁學概念 課題 主題 次主題 主要內容 教材內容細目 年級 物質各具性 質 2a.察覺物質各具性質（例如不同物質雖 然大小相同，輕重卻不同；導熱性不 同；有的易溶於水有的不易；有的硬 脆有的可延展）。 三、四 1自然界的組成與特性 12物質的組成與特性 121物質的形態與性質 探測物質的 性質 3a.實驗發現物質性質各自不同（例如有 的易導電有的不易；有的易導熱有的 不易；水溶液的酸鹼性）。 五、六 215運動 與力 力的作用形 式 4d.知道力會以「場」分布的形式存在（例 如重力場及磁力場）。 七、八、九 2自然界的作用 21改變與平衡 217能的形 態與轉換 能與能的形 態 4b.認識「能」有不同形態，而且能的形 態可以轉換。 七、八、九
磁鐵 1a.察覺磁鐵會吸引含鐵的物體，且能隔 空或透過紙、木片、玻璃來吸引鐵 釘。 一、二 簡單電路 2a.利用電線、電池或金屬物質接成通 路，可使燈泡發光、馬達轉動。 三、四 磁性 3a.察覺磁鐵具有兩極，同性極相斥，異 性極相吸。 五、六 載流導線 產生磁場 3b.知道指北針的偏轉是磁針與磁場（如 地磁或導線通以電流）交互作用的結 果。 五、六 靜電現象 4a.探討靜電現象（如摩擦起電、靜電感 應、感應起電）。 七、八、九 電路連結 4b.探討電路中，電壓、電流與電阻的關 係。 七、八、九 電流的效應 4c.探討電流的熱效應。 七、八、九 22交互作用 222電磁作用 電與磁的關 係 4d.探討電與磁的關係（如電流會產生磁 的作用、磁場的改變會感應出電流、 載流導線在磁場中會受力）。 七、八、九 通路 2d.利用電線、電池接成通路驅動玩具馬 達。 三、四 用電安全 3d.知道利用物體的導電性，在用電時避 免危險。 五、六 用電安全 4c.瞭解電力供應與輸送的大概情形，知 道如何安全的使用家用電器。 七、八、九 4生活與環境 42生活中的科技 421電機與機械應用 發電機與電 動機工作原 理 4d.製作直流電動機，並知道由電動機反 向操作就成為發電機。 七、八、九 上表只根據與電磁學比較直接相關的概念來呈現，並不包括水溶液的導電性，化學 電池與電解，或能源的開發、利用與應用及其他會出現相關的電磁學概念。
國民中小學九年一貫課程，自九十學年度起由國民小學一年級開始實施，在「自然 與生活科技」學習領域中分為四階段，第一階段為一至二年級、第二階段為三至四年級、 第三階段為五至六年級、第四階段為七至九年級，其中一至二年級將自然與生活科技學 習領域與社會、藝術與人文統合為「生活」課程（教育部，2003）。在一至二年級的生 活課程裡，安排了讓學生察覺磁鐵會吸引含鐵的物體，而三至六年級的「自然與生活科 技」學習領域的課程中，亦安排了其他與電磁學相關的課程，本研究僅探討「自然與生 活科技」領域中與電磁學比較直接相關的概念，並將各版本有關電磁學概念之單元整理 如下表 3-3-3，其各版本相關單元目標或概念整理如表 3-3-4、表 3-3-5、表 3-3-6、表 3-3-7。 表 3-3-3 「自然與生活科技」領域各版本教科書「電磁學」概念單元一覽表 版本 單元 冊次 名稱 T 版 H 版 K 版 N 版 第一冊 - 奇妙的磁鐵 磁力 力的作用 第二冊 生活中的力 - - - 第三冊 燈泡亮了 燈泡亮了 - 電路 DIY 第四冊 - - 通電的玩具 - 第五冊 - - - - 第六冊 力的世界 - - - 第七冊 - 電磁作用 電磁作用 奇妙的電磁世界 第八冊 - - - -
表 3-3-4 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（T 版） 冊數 單元名稱 單元目標或概念 第 二 冊 生活中的力 1. 認識磁力的作用。 2. 能比較磁力的大小。 第 三 冊 燈泡亮了 1. 從遊戲活動中，發現電線連接電池和燈泡的兩端，形成電的通 路後，使小燈泡亮。 2. 透過尋找小燈泡不亮的原因，察覺影響通路的其他因素。 3. 藉由連接小燈泡、小馬達及製作開關等活動，再次讓兒童察覺 通路的概念。 4. 藉由連接小燈泡或小馬達及開關來製作玩具，瞭解電池在玩具 中的應用，培養兒童應用科技的能力。 5. 認識電池的串聯和並聯。 6. 能發覺電池的串聯和並聯會影響燈泡的電度。 7. 認識生活中各種不同種類的電池，以及它們的用途。 第 六 冊 力的世界 1. 藉由觀察、實驗，知道磁鐵具有兩極，並能覺察同名極相斥、 異名極相吸；知道指北針是磁鐵，受地磁影響，指向南、北方。 2. 透過實驗，察覺電能生磁，並能利用此原理製作電磁鐵。 透過調查和閱讀活動，認識生活中應用墊磁鐵的物品。 表 3-3-5 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（H 版） 冊數 單元名稱 單元目標或概念 第 一 冊 奇妙的磁鐵 1. 複習磁鐵能吸鐵製品的特性 2. 察覺磁鐵有「同極相斥、異極相吸」的特性。 3. 觀察磁鐵靜止時所指的方向。 4. 察覺磁鐵隔著物品還能吸引鐵製品。 5. 察覺磁鐵在生活中有不同的用途、將磁鐵應用在生活上。 6. 察覺有些磁鐵設計時，兩旁附加了鐵片。 7. 察覺磁鐵加了鐵片可以增強磁力。 8. 能發表曾經看過或玩過的磁鐵玩具。 9. 能設計磁鐵玩具。 10. 自訂比賽規則並進行遊戲。
第 三 冊 燈泡亮了 1. 能連接電池、電線和燈泡，使小燈泡發亮。 2. 認識通路、斷路的概念。 3. 試驗能讓燈泡更亮的方法。 4. 操作電池及燈泡的串聯和並聯。 5. 認識導體和不良導體。 6. 學習製作簡易開關。 7. 認識會動的玩具中，裡面裝有電路和小馬達的構造。 8. 了解電池正負極位置的改變，小馬達轉動的方向也會改變。 9. 能應用電路、簡易開關和小馬達，製作小馬達玩具。 10. 透過蒐集、討論，認識生活中常見的電池。 11. 了解電池的用途。 12. 能知道在必須使用電池的情況下，應儘量使用太陽能電池和充 電電池。 第 七 冊 電磁作用 1. 知道影響指北針指針偏轉的原因。 2. 了解指北針的指針是由磁鐵製成的。 3. 認識地磁，並了解地磁是造成指北針指向固定的主因。 4. 透過實驗，了解電能產生磁性。 5. 透過實際操作，製作電磁鐵。 6. 透過實際操作，了解電磁鐵的磁極和性質，以及如何增強電磁 鐵的磁力。 7. 認識生活中應用電磁鐵的物品。 8. 利用電磁鐵的原理製作玩具。 表 3-3-6 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（K 版） 冊數 單元名稱 單元目標或概念 第 一 冊 磁力 1. 察覺磁鐵能吸鐵製的物品。 2. 藉由操作活動，察覺磁鐵兩端的磁力比中間部位強。 3. 藉由設計實驗，比較不同磁鐵的磁力大小。 4. 察覺磁鐵有兩極，同極相推斥，異極相吸引。 5. 運用同極相推原理進行將磁鐵推高的遊戲。 6. 察覺用磁鐵靠近鐵粉可以形成圖案。 7. 透過製作玩具的過程，培養創造思考與設計製作的能力。 8. 知道生活中應用磁鐵設計的物品。 9. 察覺磁鐵使用時有不同的設計。
第 四 冊 通電的玩具 1. 認識電池、電線和燈泡的構造。 2. 學習通路、斷路的概念。 3. 試驗燈泡和電池的串聯與並聯的接法 4. 認識導電和不導電的物品 5. 練習製作開關和會發光的玩具 6. 察覺小馬達可使玩具活動。 7. 使用電池、電線和小馬達設計玩具。 8. 試驗電池連接方向與小馬達轉動方向有關。 9. 察覺電能幫我們做許多事。 10. 知道電器的功能和用電注意事項。 第 七 冊 電磁作用 1. 察覺指北針的指針箭頭永遠指向北方。 2. 由操作中發現指北針的指針和長條型磁鐵都有兩極，並且同極 相斥、異極相吸。 3. 知道地球具有磁性，使指北針的指針箭頭指向北方。 4. 學習利用身邊的物品自製指北針，培養認識物品屬性的能力。 5. 能指出自製指北針的缺點，並加以改善。 6. 察覺通電的電線靠近指北針，會使指針偏轉。 7. 經由推理思考，發現通電的電線會產生磁力。 8. 察覺通電的線圈靠近指北針，會使指針偏轉。 9. 經由推理思考，發現通電的線圈會產生磁力。 10. 從操作中發現通電的線圈內放入鐵棒，磁力會增強。 11. 透過討論發現電磁鐵和磁鐵的相同和不同之處。 12. 探討電磁鐵磁力的強弱和線圈多少的關係。 13. 藉由實驗發現影響電磁鐵磁力的強弱的因素。 14. 學習規畫比較電磁鐵磁力大小的實驗步驟，並負責執行操作。 15. 察覺用通電的線圈，可以做成會動的玩具。 16. 能找出日常生活中應用電磁鐵原理的物品。 17. 體認日常生活中巧妙的工具是科學原理的應用。 18. 認識與電生磁概念有關的科學家故事。
表 3-3-7 各版本教科書「電磁學」概念單元名稱及目標一覽表（N 版） 冊數 單元名稱 單元目標或概念 第 一 冊 力的作用 1. 指出生活中磁鐵的應用。 2. 能說出磁鐵具有磁力。 3. 指出磁鐵會吸鐵製的物品。 4. 磁力是有方向性的。 5. 由實做指出磁力會吸引和排斥，有方向性的特徵。 6. 由實作指出不同磁鐵可以吸引的迴紋針數不同，故磁力有大小的 特徵。 第 三 冊 電路 DIY 1. 認識燈泡、電池和電線的構造。 2. 說出通路的具體概念。 3. 依據通路的原則， 推想使兩個燈泡都能發光的接法電路圖。 4. 透過實作，驗證自己推想的電路圖。 5. 比較各種電路，並說出燈泡亮度和接法的關係。 6. 比較燈泡在通路中的接法，指出兩個燈都很亮的，當去掉其中一 個，另一個仍能發亮（仍是通路）。兩個燈泡亮度都很弱的，去掉 其中一個即形成斷路。 7. 歸納前列兩個燈泡的通路連接方法，並能以串聯和並聯的名詞說 明之。 8. 認識電池內部含有化學物質可以供電。 9. 實作後說明電池串聯的接法和功效。 10. 觀察各種生活中使用的電池。 11. 做好電池的回收工作。 12. 設計一個簡易的測電裝置。 13. 由實際測試，說出導電體與非導電體。 14. 能說出把非導電體包覆在導電體外使用的實例。 15. 以手電筒為例，說明開關在電路中的功能。 16. 實作一個開關一個燈的燈籠電路。 第 七 冊 奇妙的電 磁世界 1. 知道指北針的指針最後都會朝向南北。 2. 察覺磁鐵有兩極，同性極相斥、異性極相吸。 3. 推論指北針的指針是小磁鐵。 4. 能了解指北針的基本構造。 5. 能設計與製作簡易的指北針。 6. 知道指北針的指針就是小磁鐵。 7. 知道地球的內部好像有一支棒狀大磁鐵，稱為地磁。
