國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士學位碩士論文
指導教授：許良榮 博士
科學魔術套件發展研究：
以視覺的科學魔術為例
A Study of the Development of Science Magic
Package：An Example of Vision
研究生：許瑋玲 撰
誌謝
轉眼間，我已經渡過了兩年半的研究所生活，這一路上交加交雜著歡笑與淚 水，現在一股歡心的味道漸上心頭，卻伴隨著一點不捨！ 在研究所的這段日子，要感謝的人很多，能順利的的完成學業最感謝的就是 我的指導教授－－許良榮老師。老師不管是在課業上或是生活上都非常的關心我， 在我徬徨無助時給我鼓勵，讓我勇敢向前；在我快樂的時候，分享我的喜悅；遇 到困難時，給與方向指引，無論在課業上或生活上都是我良好的典範。 再者要感謝口試委員──游淑媚教授與台灣師範大學科教所的楊文金教授， 謝謝游老師和楊老師百忙之中撥空前來指導我的論文，在口試的時候，不吝嗇給 與教導與指正，使論文可以更臻完備。也要感謝系上所有的老師們，謝謝你們無 私的傾囊相授，才能使我求學的路上平穩又充實！ 感謝研究團隊的季如、羿萱和靜文，很喜歡和你們一同 meeting 的那些時光， 大家一起互相討論求進步，你們一路上的扶持與鼓勵，熱心的提供我方法，並適 時的加油打氣，讓我每次跟你們聊完都更有動力去完成論文研究。也謝謝研究所 的學長姊、同學、學弟妹們，大家一起上課的那些日子也是我寶貴、難忘的回憶 之一。 最後要感謝的是我身邊的好友們，盈利、婷婷、怡芳、淨惠以及堃哲，無時 無刻的幫我加油打氣，在最繁忙的時候，幫忙打點瑣碎的雜事，讓我可以無後顧 之憂；在茫然的時候，有人可以傾訴，迅速的找到定位與方向。 研究所這段日子，使我視野開拓不少，謝謝所有曾經幫助、支持與關心我的 人，謝謝你們，謝謝！ 瑋玲 謹誌 2014.01.21I
摘要
本研究目的為發展以及推廣視覺的科學魔術套件，研究過程分為發展階段和 推廣階段，發展階段由研究者分析文獻資料來設計套件內容，再經受試者實作和 專家審查等歷程，多次修訂套件內容以完成視覺的科學魔術套件發展。在推廣階 段，研究者藉由科學園遊會、國中教師推廣和國小校園推廣等活動，以收集問卷 資料的方式來了解大眾、教師和學生對套件的觀點。再將問卷資料作描述性統計 分析，並綜合訪談、觀察記錄和問卷資料，作三角校正，研究結果如下：（1）歷 經四個版本的修訂，共發展完成奇幻視覺之旅、消失的小妖精、數字魔法秀和魔 幻變色鏡四項視覺科學魔術套件；（2）參與實作的大眾、教師和學生肯定本本套 件具有驚訝性和趣味性，且操作簡易，現象明顯，並有助於了解相關科學原理， 願意介紹他人玩本套件；（3）教師同意說明書的敘述淺顯易懂，且用於教學的使 用意願高。（4）國小中、低年級的學生經驗和能力較為不足，需要旁人引導與協 助使用本套件。最後，根據研究結果，提出教師對教學活動之實施和有興趣者未 來研究之建議。 關鍵詞：發展與推廣、科學魔術套件、視覺II
Abstract
The purpose of this study was to develop and disseminate the science magic package about the vision. The process of this study was divided into the design stage and the dissemination stage. At the design stage, the researcher analyzed literatures concerned to design the package then revised by students' practicing manipulation and experts’ review. At the dissemination stage, the package was disseminated at a ‘Science Carnival’ and elementary school classrooms, and was introduced to the teachers of junior high school. In the meanwhile we collected the data of interview and questionnaires to realize the responds of students and teachers. Analyze the data of interview, observation and questionnaires, the major findings of this study were: (1) we developed four science magic packages about the vision, includes ‘Voyage in Vision Illusions’, ‘Vanishing Leprechaun’, ‘Amazing Number Change’ and ‘Magic Color Change’. (2) students and teachers who participated in the dissemination stage thought the package was surprising, interesting, with obvious effect and could be easily manipulated, and was hence popular and contributive to understanding scientific fundamentals. (3) the teachers thought the instruction manual was plain and they’d like to use the package in classroom. (4) 1st to 4th grade students possess insufficient experiences and abilities, so teachers and parents should provide assistance. Finally, according to the results, the researcher proposed further suggestions on teaching and future developments with the package.
III
目錄
摘要 ...I 目錄 ... III 表目錄 ... V 圖目錄 ... VI 第一章 緒論 ... 1 第一節 研究背景與研究動機 ... 1 第二節 研究目的與研究問題 ... 3 第三節 名詞解釋 ... 4 第四節 研究範圍與限制 ... 5 第二章 文獻探討 ... 7 第一節 魔術 ... 7 第二節 科學魔術 ... 11 第三節 「視覺」相關科學魔術與原理探討 ... 13 第三章 研究方法與設計 ... 23 第一節 發展架構 ... 23 第二節 研究方法 ... 25 第三節 研究對象 ... 28 第四節 研究工具 ... 29 第五節 資料蒐集與分析 ... 31 第四章 研究結果與討論 ... 35 第一節 奇幻視覺之旅套件發展 ... 35 第二節 消失的小妖精套件發展 ... 52 第三節 數字魔法秀套件發展 ... 63IV 第四節 魔幻變色鏡套件發展 ... 75 第五節 科學魔術套件推廣 ... 91 第五章 結論與建議 ... 101 第一節 結論 ... 101 第二節 建議 ... 105 參考文獻 ... 107 一、中文文獻 ... 107 二、翻譯書 ... 108 三、英文文獻 ... 108 附錄 ... 111 附錄一 專家審查問卷（奇幻視覺之旅） ... 111 附錄二 專家審查問卷（消失的小妖精） ... 113 附錄三 專家審查問卷（數字魔法秀） ... 115 附錄四 專家審查問卷（魔幻變色鏡） ... 117 附錄五 科學園遊會問卷 ... 119 附錄六 國中教師推廣問卷 ... 120 附錄七 國小校園推廣問卷 ... 122 附錄八 奇幻視覺之旅說明書定稿 ... 123 附錄九 消失的小妖精說明書定稿 ... 126 附錄十 數字魔法秀說明書定稿 ... 128 附錄十一 魔幻變色鏡說明書定稿 ... 131
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表目錄
表 2-2-1 一般魔術與教學導向的科學魔術之比較 ... 12 表 3-5-1 資料代碼 ... 31 表 4-1-1 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡規格 ... 39 表 4-1-2 奇幻視覺之旅第二版套件圖卡規格修訂情形 ... 46 表 4-1-3 奇幻視覺之旅專家審查結果 ... 51 表 4-2-1 消失的小妖精專家審查結果 ... 61 表 4-3-1 數字魔法秀專家審查結果 ... 74 表 4-4-1 魔幻變色鏡專家審查結果 ... 90 表 4-5-1 科學園遊會問卷的年齡分布情形 ... 92 表 4-5-2 科學園遊會問卷結果（N=99） ... 92 表 4-5-3 國中教師推廣問卷結果（N=27） ... 94 表 4-5-4 國小校園推廣問卷結果一（N=397） ... 96 表 4-5-5 國小校園推廣問卷結果二 ... 97 表 4-5-6 不同推廣活動共通題目之統計結果 ... 99VI
圖目錄
圖 2-3-1 反射定律 ... 14 圖 2-3-2 鏡子兩兩互相垂直 ... 15 圖 2-3-3 試著用各種珠子和亮片組合成不同的圖案 ... 15 圖 2-3-4 光的折射 ... 16 圖 2-3-5 硬幣看不見了 ... 16 圖 2-3-6 硬幣好像浮起來了 ... 16 圖 2-3-7 光直線前進 ... 17 圖 2-3-8 光線折射 ... 17 圖 2-3-9 折射率大時容易發生全反射 ... 17 圖 2-3-10 數字 88 ... 18 圖 2-3-11 數字 88 變成 92 ... 18 圖 2-3-12 「數字魔法秀」的折射與全反射原理 ... 18 圖 2-3-13 二個螺帽一前一後相疊 ... 19 圖 2-3-14 竹筷穿過左邊的螺帽了 ... 19 圖 2-3-15 二個不完整的螺帽（1） ... 20 圖 2-3-16 二個不完整的螺帽（2） ... 20 圖 2-3-17 15 個小妖精 ... 20 圖 2-3-18 14 個小妖精 ... 21 圖 2-3-19 14 個小妖精 ... 21 圖 2-3-20 15 個小妖精 ... 21 圖 3-1-1 發展架構 ... 24 圖 4-1-1 奇幻視覺之旅第一版說明書 P.1 ... 36 圖 4-1-2 奇幻視覺之旅第一版說明書 P.2 ... 37VII 圖 4-1-3 奇幻視覺之旅第一版說明書 P.3 ... 38 圖 4-1-4 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 A-1 ... 39 圖 4-1-5 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 A-2 ... 39 圖 4-1-6 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 B-1 ... 40 圖 4-1-7 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 B-2 ... 40 圖 4-1-8 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 B-3 ... 40 圖 4-1-9 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 C-1 ... 40 圖 4-1-10 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 C-2 ... 40 圖 4-1-11 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 D-1 ... 40 圖 4-1-12 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 D-2 ... 41 圖 4-1-13 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 E-1 ... 41 圖 4-1-14 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡 E-2 ... 41 圖 4-1-15 奇幻視覺之旅第二版說明書修訂情形之一 ... 43 圖 4-1-16 奇幻視覺之旅第二版說明書修訂情形之二 ... 44 圖 4-1-17 奇幻視覺之旅第二版說明書修訂情形之三 ... 45 圖 4-1-18 奇幻視覺之旅第二版套件圖卡修訂情形之一 ... 46 圖 4-1-19 奇幻視覺之旅第二版套件圖卡修訂情形之二 ... 46 圖 4-1-20 奇幻視覺之旅第三版說明書修訂情形 ... 47 圖 4-1-21 奇幻視覺之旅第四版說明書修訂情形之一 ... 49 圖 4-1-22 奇幻視覺之旅第四版說明書修訂情形之二 ... 49 圖 4-2-1 消失的小妖精第一版說明書 ... 54 圖 4-2-2 消失的小妖精第一版套件圖卡 ... 55 圖 4-2-3 消失的小妖精套件圖卡 A、B 對調情形 ... 56 圖 4-2-4 消失的小妖精第二版說明書修訂情形之一 ... 57 圖 4-2-5 消失的小妖精第二版說明書修訂情形之二 ... 57
VIII 圖 4-2-6 消失的小妖精第三版說明書修訂情形 ... 59 圖 4-2-7 消失的小妖精套件圖卡修訂情形 ... 62 圖 4-3-1 數字魔法秀第一版說明書 P.1 ... 64 圖 4-3-2 數字魔法秀第一版說明書 P.2 ... 65 圖 4-3-3 數字魔法秀第二版說明書修訂情形之一 ... 67 圖 4-3-4 數字魔法秀第二版說明書修訂情形之二 ... 67 圖 4-3-5 數字魔法秀第二版說明書修訂情形之三 ... 68 圖 4-3-6 數字魔法秀第三版說明書修訂情形 ... 70 圖 4-3-7 數字魔法秀第四版說明書修訂情形之一 ... 72 圖 4-3-8 數字魔法秀第四版說明書修訂情形之二 ... 72 圖 4-4-1 魔幻變色鏡第一版說明書 P.1 ... 77 圖 4-4-2 魔幻變色鏡第一版說明書 P.2 ... 78 圖 4-4-3 魔幻變色鏡第一版說明書 P.3 ... 79 圖 4-4-4 魔幻變色鏡第一版說明書 P.4 ... 80 圖 4-4-5 魔幻變色鏡第一版說明書 P.5 ... 81 圖 4-4-6 魔幻變色鏡第二版說明書修訂情形之一 ... 83 圖 4-4-7 魔幻變色鏡第二版說明書修訂情形之二 ... 83 圖 4-4-8 魔幻變色鏡第二版說明書修訂情形之三 ... 84 圖 4-4-9 魔幻變色鏡第二版說明書修訂情形之四 ... 84 圖 4-4-10 魔幻變色鏡第二版說明書修訂情形之五 ... 85 圖 4-4-11 魔幻變色鏡第二版說明書修訂情形之六 ... 85 圖 4-4-12 魔幻變色鏡第三版說明書修訂情形之一 ... 87 圖 4-4-13 魔幻變色鏡第三版說明書修訂情形之二 ... 87 圖 4-5-1 科學園遊會推廣套件之情形 ... 92 圖 4-5-2 國中教師推廣之情形 ... 94
IX
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第一章 緒論
第一節 研究背景與研究動機
魔術，俗稱戲法，是人們喜愛的一種娛樂方式，有著悠久的歷史（王瑞良， 2008）。近年來，電視綜藝節目上或其他公眾場合，常常出現魔術的表演，廣受 社會大眾的喜愛。而這些公開的魔術表演，目的在於魔術現象所引起的效果，並 不對觀眾解釋其魔術現象之成因。劉錫印（2004）指出，魔術的特點可以概括為 新、奇、快，即：構思新穎、現象奇怪、手法神速。徐岳川（1996）認為魔術在 大眾的心目中是神奇、有趣、不可思議的現象，因為魔術主要強調神秘性、娛樂 性。劉錫印（2004）認為從某種角度看，魔術就是一種藝術化的科學，它留給人 們的記憶會保存很長的一段時間，在閒暇之時，人們會繼續回味那些道理，而這 種動力是用其他方法難以得到的。魔術在帶給人們高雅的藝術享受時，也同時自 發地進行著科學教育。劉錫印（2004）指出，近年來，一些有遠見卓識的魔術師 已經深切地感到魔術與科學的共通共融，創作了許多有推廣價值的科學魔術，並 在青少年中主動開展了以《科學與魔術》為題的普及活動，受到熱烈歡迎。 維基百科（2009）對於「魔術」一詞，狹義的定義是一種以特殊的技巧跟設 備，營造錯覺和認知偏誤，以娛樂觀眾，使他們覺得不可思議的表演藝術。廣義 的定義是泛指各種以專業技巧或知識展示出讓人覺得歡笑、不可思議的藝術的活 動。大英百科全書（2009）則記載：魔術也是一項藝術表演，以技巧假裝做出似 乎不可能之事。 「魔術」與「科學」之結合，是科學教育中值得重視的面向。劉錫印（2004） 指出魔術並不注意觀眾對表演中運用的科學道理是否理解，它所追求的是現象引 起的效果。周鳳文（2007）指出仔細觀察魔術表演，可以發現十之八九的魔術都 僅是用表演的手法加上魔術道具所產生的效果，極少出現含有科學原理的成分在，2 而科學原理的成分的意思就是使用一些物理或化學變化的魔術，此類的魔術技巧 稱為「科學魔術」。傅騰龍與經寶恕（1988）說明「科學魔術」是在魔術表演中 運用到自然的變化及迷思導引，魔術本身具有科學原理，但是又不同於化學或物 理實驗，必須用獨特神秘的外套把簡單的原理包藏起來，讓人覺得不可思議。許 良榮、王家美與許瑋玲（2012）也提到科普導向的科學魔術和一般魔術最大的不 同是：「科學魔術」的目的是企圖引起民眾的學習興趣，進而期望觀賞者能瞭解 引起現象變化的科學原理與概念為目標，而非一味的避免民眾破解。 雖然科學魔術在台灣屬於起步階段，但是魔術的風潮逐漸擴展到科學教育的 場域，已經頗為明顯。例如國立自然科學博物館的販賣部，展售魔術用品和道具； 而以「科學魔術」為題的書籍也頗為常見。例如《魔法宅即變──80個科學魔術 玩透透》（林懿偉，2002）；《趣味的科學魔術》（林慶旺，1993）；《77個不可思議 的科學魔術》（王蘊潔翻譯，2001）……等等。國外的相關書籍的出版亦頗為蓬
勃，例如《Magic Science: 50 Jaw-Dropping, Mind-Boggling, Head-Scratching Activities for Kids》（Wiese，1998）；《It's Not Magic, It's Science!: 50 Science Tricks that Mystify, Dazzle & Astound》（Buttitta, La Baff, & Lundgren，2007）；《Science
Magic Tricks》（Shalit，1998）……等等。而文獻中，也有很多學者肯定科學魔
術在教育中的價值，例如：許良榮等人（2012）指出科學魔術對於學生或民眾的 吸引力，是引發學生學習動機或是促進民眾接近科學的有效路徑之一，值得學者 與教師未來持續發展。傅騰龍與經寶恕（1988）說明藉由魔術的呈現以提高學生 的興趣，並學習魔術中內涵的科學原理，是推行科學普及和寓教於樂的良好工具。 方金祥與劉奕萱（2008）亦提及藉由科學魔術的表演，可以吸引學童的專注力以 及可以幫助學童來認識科學及獲取科學知識。由此可知，科學魔術在學校科學教 育層面和社會科學教育層面具有相當值得肯定的功能。 市面上雖然有許多有關於科學魔術的相關書藉，但研究者在製作過程中，經 常發現準備相關的材料過於耗時或材料細小繁瑣，甚至是因為材質不同而失敗，
3 時常興致勃勃的開始，卻敗興而回。陳明賢（2005）提到，教材的準備是老師在 教學現場中常見的困擾。王聖捷（2011）也提到，初任教師常遇到輔助教學工具 功能不足，而造成教學上的困擾。因此引發研究者思考，如果能在科學魔術的開 發過程中能提供相關的材料包，不僅可以減少收集材料的時間、又可以保證材料 材質、提高科學魔術的成功率，這對老師、一般社會大眾都是一項福音。 在各項科學魔術中，視覺相關的科學魔術是值得重視的一個面向，因為在中 小學的課程中，光與視覺的概念是相當重要的一環，包含反射、折射等。而且在 文獻中也顯示學生以光學為基礎學習相關科學概念，而光學相關概念的學習也經 常會有需要設計教學以促進學生對光學相關概念之學習。因此，如何藉科學魔術 發展視覺相關的科學魔術套件是值得我們努力的一個方向。
第二節 研究目的與研究問題
一、 研究目的 基於上述動機，本研究目的為發展與推廣出一套以「視覺」為主的科學魔術 套件。藉由研究者自行撰寫說明書來引導教師與社會大眾自己動手操作和表演科 學魔術，學習相關科學原理；以及篩選適合的套件材料來提高科學魔術的成功率。 再透過推廣活動蒐集教師、學生與社會大眾的意見，以作為日後進行「視覺的科 學魔術套件」商品化可行性之評估。 二、 研究問題 （一） 在發展階段，如何設計視覺的科學魔術套件？ （二） 在推廣階段，學生對視覺的科學魔術套件之觀點為何？ （三） 在推廣階段，教師對視覺的科學魔術套件之觀點為何？4
第三節 名詞解釋
一、 科學魔術 本研究所謂的科學魔術採用許良榮、黃佳媛與楊婷婷（2010）之敘述，「科 學魔術」包含的必要特徵是：（1）現象的變化不是表演者利用特定道具或經過 練習的技法而產生，而是一種「自然界的變化」，此種變化可以經由合理的解釋 予以說明，亦即：科學性解釋。（2）觀賞者必須對於現象的變化，產生疑惑、 訝異的知覺；因此同一個科學魔術對於不同年齡或學習階段的觀賞者，未必都可 稱之為科學魔術。 二、 科學魔術套件 本研究發展的科學魔術套件以「視覺」為主題，共有四項，為「奇幻視覺之 旅」、「消失的小妖精」、「數字魔法秀」和「魔幻變色鏡」。內容分別包含「材料 包」與「說明書」二部分。材料包即為製作科學魔術成品所需之零件，說明書則 敘述科學魔術成品的製作方式、魔術的表演方式與科學原理之說明。 三、 觀點 本研究問題二和研究問題三中，分別提到學生與教師對視覺的科學魔術套件 發展之觀點，其中「觀點」是指本研究設計的問卷所欲探討學生和教師對視覺的 科學魔術套件之：驚訝度、趣味性、現象明確性、操作性、可理解性、知識性、 推廣性、製作的難易程度；而針對教師，欲探討的面向除了上述，還增加了本套 件在教學上的應用、建議與修改之意見。5
第四節 研究範圍與限制
本研究以四個與「視覺」相關之科學魔術為主題作研究，分別為奇幻視覺之 旅、消失的小妖精、數字魔法秀、魔幻變色鏡，研究結果不宜推論至其他主題。 另一方面，研究對象未經隨機抽樣，研究結果不宜推論至母群體或其他族群。
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第二章 文獻探討
本研究目的為發展「視覺的科學魔術套件」之材料包，內容包括「奇幻視覺 之旅」、「消失的小妖精」、「數字魔法秀」和「魔幻變色鏡」四個科學魔術。藉由 說明書的設計來引導教師與社會大眾自己動手操作和表演科學魔術，學習相關科 學原理；並篩選適合的套件材料以提高科學魔術的成功率。因此本章就上述內容 分為三小節，分別為第一節魔術，第二節科學魔術，第三節「視覺」相關科學魔 術與原理探討。第一節 魔術
一、 魔術的起源 張德鑫（2006）指出在西方，魔術起源於巫術，在15、16世紀時魔術師的表 演被認為是巫術，因此被處以死刑。大英百科全書（2009）則說明在15、16世紀 時，魔術師不受尊敬，有時還受到迫害，在16世紀末，對女巫的迫害到了大屠殺 的地步。對於魔術的誤解，在1584年Reginald Scot（1538-1599）出了一本書《The Discovery of Witchcraft》（巫術探索），將魔術的技巧和被認為邪惡的巫術力量做 區別，揭發了許多魔術的手法，這也是西方最早的一本魔術書籍，此著作讓人們 了解魔術和巫術的區別。 到了19世紀，隨著劇院的興起，魔術師找到了新的舞台。最早將魔術帶進戲院，並在劇院打出名號的魔術師，是被稱為「北方的大巫師」（The Great Wizard
of North）的蘇格蘭魔術師John Henry Anderson（1814-1874）。他的創新表演風格，
影響了後世眾多的魔術師。魔術師將巧手結合燈光和舞台效果，展開了魔術的新 紀元。
Yolanda-yangl（2009）表示在西洋魔術傳入之前，中國魔術就叫戲法。戲法， 即民間傳統的魔術。根據維基百科（2009）的說明，魔術在中國有悠久的歷史，
8 在漢代已有「魚龍蔓延」、「東海黃公」等成型魔術。而歷史上最早的魔術紀錄是 在埃及，大約在西元前2600年，也就是距今四千多年前。文獻上記載了一位名叫 德狄（Dedi of Dedsnefu）的魔術師，受召為法老王進行表演。他能將鵝的頭砍下， 而斷了頭的鵝依然能走動，最後再把頭接回去恢復為原本的鵝。古希臘的神殿也 利用了魔術的原理，例如祭師打開神殿大門時，風箱會吹向地面，祭臺上便出現 了火焰，還有應用風管製造的會說話的神像。而真正其歷史表演的紀錄則可追溯 到1世紀時，此戲法在中世紀時大受歡迎，被魔術師們廣泛表演於市集中。當時 的魔術師被稱為雜耍者（Juggers），這些四處旅行的表演者與樂師、詩人、特技 表演者到村莊的空地上以簡單的戲法娛樂村民。 二、 魔術的功能與效果 大英百科全書（2009）記載：魔術是一項藝術表演，以技巧假裝做出似乎不 可能之事。而維基百科（2009）說明魔術，又稱幻術、障眼法、掩眼法、戲法等， 狹義的定義為一種以特殊的技巧跟設備，營造錯覺和認知偏誤，以娛樂觀眾。廣 義的定義為泛指各種以專業技巧或知識展示出讓人覺得歡笑、不可思議的藝術的 活動。許良榮等人（2010）則指出「魔術」的特徵是呈現令人驚奇、訝異的現象 變化，而此種感受來自於現象違反觀賞者的預期或直覺經驗。由上述可知，魔術 具有吸引觀眾的「功能」，就如徐岳川（1996）指出魔術在大眾的心目中是神奇、 有趣、不可思議的現象，因為魔術主要強調神秘性、娛樂性。 大衛考柏菲在《大腦騙局》（鄭方逸譯，2012）書中提及大腦一次只能注意 一件事，你專注的不只是視覺，還包括注意力和思緒。即如果我可以引起你的注 意力，讓你專注在特定的地方，你很有可能就不會注意到眼前發生的事。例如我 對一名狂熱的棒球球迷說：「你等會兒就會看到某個你最喜歡的球員」，並且將球 員帶到他跟前，那麼我就算真的叫助手牽一隻大象走進屋裡，甚至進入那球迷的 視線中，他也很可能不會注意到那隻大象！這人的注意力會完全專注在球員身上，
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而看不到球員看到的景象！而Martinez-Conde & Macknik（2009）則指出魔術師 是操縱注意力和知覺的藝術家，魔術師具有創造認知錯覺的能力，認知錯覺本質 上不是單純發生在某個感官，而是牽涉了注意力、記憶和因果推論等高階功能， 他們在我們察覺或者沒察覺到的任何時刻，操縱著我們注意力的焦點和強度。
至於魔術的「效果」，文獻中不同學者有不同的分類，被譽為「現代魔術之
父」的Jean Eugène Robert-Houdin（1805-1871），論述魔術的基本原理和魔術家 的心理學，把魔術分為五類（Wraxall，1859），包括：（1）技巧魔術：全部只憑 著手上與口齒的功夫；（2）自然魔術：科學的變化與技巧魔術結合運用；（3）精 神魔術：用精巧的探測手法察知他人的隱蔽思念；（4）偽催眠術：假裝可以通靈 慧眼、預卜未來、陰魂附體、法術定身等；（5）巫術：即為招魂術。此分類中的 第2項「自然魔術」利用科學的變化與技巧魔術相結合，可以說是「科學魔術」 的起源。而許良榮等人（2012）說明美國傳奇魔術師Dariel Fitzkee（1898-1977） 把魔術分為「把戲（trick）」及「效果（effect）」。魔術的「把戲」有成千上萬， 過於瑣碎，不可能將其分類，但是我們可以將「效果」分類為少數。Fitzkee 的 系統性分類（Fitzkee，1944），是發展科學魔術值得參考的基礎。Fitzkee（1944） 綜合分析Wright（1924）、Sharpe（1932）等人的觀點，把魔術的「效果」歸為19 類。包括： （1）產生（Production）：包括出現、創造和繁衍。例如將原本不存在的人 或物件變出來，或是一個錢幣變成四個。 （2）消失（Vanish）：將原本存在的物件變不見，或是消去痕跡。 （3）易位（Transportation）：物件由某個位置，變化到另一個位置。此效果 結合了「消失」效果以及「產出」效果。 （4）變形（Transformation）：外觀或特徵的改變，例如形狀、顏色、大小 等等。 （5）穿透（Penetration）：固體物件穿過另一個固體物件，可以為部分穿透
10 或全部穿透。 （6）復原（Restoration）：將已破壞的物件恢復原狀問題 （7）靈化（Antimation）：使無生命物件變成生物。 （8）反重力（Anti-Gravity）：違反重力定律，使具有重量的物件浮升。 （9）吸引（Attraction）：使物件具黏著性，如同具有磁力。 （10）共鳴（Sympathetic Reaction）：不同的人或物件，在同一時刻有相同 的反應。例如寫出相同的字，或想著同樣的事件。 （11）不能傷害（Invulnerability）：能夠防止傷害的效果，例如吞火、嚼刀 片、躺釘床等等。 （12）違反物理（Physical Anomaly）：呈現出與正常物理現象互相矛盾的效 果，例如人移動而影子沒有移動。 （13）讓觀眾失敗（Spectator Failure）：讓觀眾無法完成看似簡單的任務， 例如：表演者移動三個杯子，讓觀眾猜核桃在那一個杯子中。 （14）控制（Control）：由表演者的心智控制的效果，例如催眠。 （15）辨認術（Identification）：指認出特定的物件，例如特定的撲克牌排張。 此效果包括占卜把戲（divination tricks）。 （16）讀心術（Thought Reading）：表演者可以讀出觀眾在想什麼？或是猜 出觀眾寫的字、數字等等。 （17）心智轉移（Thought Transferring）：表演者有二位，其中一位將觀眾的 心思（或寫的字）投射（projection）給另一位。 （18）預言術 （Prediction）：預知未來，包括預測觀眾將會寫的字、數字或 挑選的撲克牌牌張等等。
（19）超知覺感知（Extra Sensory Perception）：此類是心智感知以外的「特 異知覺（abnormal perception）」，例如指尖辨字。
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屬於「特技」，不適合用於教學；而「產生（Production）」、「消失（Vanish）」、「變
形（Transformation）」、「反重力（Anti-Gravity）」、「違反物理（Physical Anomaly）」、
「讓觀眾失敗（Spectator Failure）」和「控制（Control）」是教學中可以研發的方 向。舉例而言，（一）讓觀眾失敗（Spectator Failure）：把水倒光光──如何將一 瓶裝滿水的600ml寶特瓶在5秒以內將瓶中的水倒光？（二）控制（Control）：超 感應單擺──表演者可以擺動觀眾指定的三個單擺中之任一個單擺。
第二節 科學魔術
科學與魔術是否可以互相融合，是科學教育中值得注意的一個面向。從科學 發展的歷史可以發現，在遠古時候，人們將自然現象訴諸於魔法或神話，例如： 閃電、打雷等。而在接觸學校科學教育之前，人們也經常對自然現象感到驚訝， 例如：天空中的彩虹。對於上述的自然現象成因尚未了解之前，很多自然現象都 可以讓人具有驚訝的效果，所以科學與魔術基本上都有共同的某些特徵。近代科 學昌明後，很多自然現象雖然我們都已經了解，不再認為是大自然的魔術，但是 很多實驗的設計都可以呈現出魔術的效果，例如：曾榮獲第36屆金鼎獎，由許良 榮（2011）著作的《玩出創意2：48個酷炫科學魔術》，顯示相關的科學與魔術之 結合，因此可以融合科學魔術到科學教學中。 由於魔術具有驚訝的效果，而且科學教育不斷地強調如何引起學生的動機， 例如：5E學習循環的第一階段──投入（Engage），吸引學生使其投入學習中，換 言之，如何引起學生對學習的注意力是學習的一個重要開端。但是科學魔術在教 學中必須注意不能只是引起學生的驚訝，如何讓科學魔術有更多的教學價值，是 發展科學魔術時必須去思考的。 近年來，國內有不少學者肯定科學與魔術的結合。例如：劉錫印（2004）指 出近年來，一些有遠見卓識的魔術師已經深切地感到魔術與科學的共通共融，創12 作了許多有推廣價值的科學魔術，並在青少年中主動開展了以《科學與魔術》為 題的普及活動，受到熱烈歡迎。胡俊與陳兆錦（2010）認為科學魔術表面是魔術， 實質是科學。科學隱藏在魔術的背後，所以學生才會好奇、喜歡。劉錫印（2004） 也認為魔術與科學有著不解之緣，許多魔術表演是借助於自然科學的規律，加上 巧妙的構思和精湛的演技，製造出似乎違反常規的假像，引起人們的好奇，激發 人們揭開謎底的求知欲望，它的創作和表演過程有許多值得借鑒的經驗。 許良榮等人（2012）指出雖然科學魔術在台灣屬於起步階段，但是魔術的風 潮逐漸擴展到科學教育的場域，已經頗為明顯。方金祥與劉奕萱（2008）則說明 在以科學魔術作為輔助教學時，要有充分機會讓學童參與、接觸與親自動手把玩， 要能鼓勵學童親自動手玩魔術表演，俾能激發學童的創意、培養學童合作精神與 訓練解決問題的能力。Robinson（2007）提到，當學生表演魔術時，若學生對魔 術背後的科學原理感到好奇疑惑，進一步去探索而提出科展（science-fair project） 題目時，便能挑戰更深層次的科學技能。許良榮等人（2010）亦說明魔術與科學 相互結合是科學教育值得關切的面向之一。 Robinson（2007）提到，科學與魔術有著本質上的不同，科學家有所發現時， 會將所知公諸於世，並讓他人檢驗，然而魔術師的技巧與手法是不公開來保持其 神秘感。許良榮等人（2010）也提及教學導向的科學魔術和一般魔術最大的不同 是：「科學魔術」的目的是企圖引起觀賞者的學習興趣，進而期望觀賞者能瞭解 引起現象變化的科學原理與概念為目標，而非避免觀賞者破解。歸納一般魔術與 教學導向的科學魔術之比較，如表2-2-1所示。 表2-2-1 一般魔術與教學導向的科學魔術之比較 項 目 一 般 魔 術 教學導向的科學魔術 特製的道具 經常需要 簡單製作，不需訂製 表演的可複製性 通常很低，非專業者不易表演 複製性很高 （續下頁）
13 使用偷藏、偷換 經常 不使用（必須為自然現象變化） 練習時間 經常需要長時間練習 基本實驗技能，練習時間短 器材準備 除了近距離魔術，經常需費時準備 以日常生活可取得為目標 場地 不同魔術有不同需求 教室為主，場地不宜太大 目標 以娛樂為主 以達成教學目標為主 訴求的效果 驚奇、訝異 驚奇、訝異 最終結果 疑惑、懸而未決 瞭解科學原理或概念 資料來源：許良榮等人（2010）。「科學魔術的意涵與設計」。屏東科大科學教育，31，21。 許良榮等人（2010）說明取得科學魔術的素材之後，基於教學導向的目的， 建議必須進行篩選與過濾，除了參考表2-2-1，並利用檢核表查驗是否符合以下 原則： 1.器材的取得是否方便、經濟，避免需要經過訂製或是過於昂貴，亦即科學 魔術所需的材料儘量以家庭常備物品，或是在五金行、文具店能購買得到 為原則。 2.魔術效果是否具有明顯現象，所謂「明顯現象」是指魔術或操作的現象或 結果能引起觀賞者驚訝、疑惑？ 3.避免進行魔術的「道具」需要訂製，以能夠簡易製作為原則。 4.刪除具潛在危險性之科學魔術，例如爆炸、劇烈燃燒、酸鹼侵蝕、觸電可 能、毒性物品等等。 5.每項科學魔術的科學原理、概念的難易程度，是否吻合學生的學習階段。
第三節 「視覺」相關科學魔術與原理探討
本研究內容以「視覺」的科學魔術為主題進行研究，從既有的與視覺相關的 科學遊戲中找出效果顯著且令人有驚奇感並具魔術效果者，發展成視覺的科學魔 術套件材料包。人腦獲得的訊息中有80％以上來自視覺，視覺是眼睛接受光線的 刺激後，將光波轉換成視覺訊號，再傳入大腦進行分析釋義，進而獲得主觀感覺。14 因此本節就視覺與光學相關的原理和科學魔術進行探討。 一、 反射 什麼是反射呢？羅承曜（2010）說明我們之所以會看到物體，大抵是因為光 線照到物體後經反射進入眼睛的結果。如果仔細研究，將會發現光的反射可歸納 為下述的「反射定律」：在垂直於反射面的線（稱為法線）的兩側，入射光與反 射光將分別與法線擁有相同的夾角。如果以鏡子來舉例，眼睛看到的影像將正好 來自視線的對稱方向，而且入射光與反射光在鏡子的同一側，如圖2-3-1。王亞 偉、楊雄生與邵醒凌（2001）也說明光束射到兩種介質的分界面時，有一部分光 被界面反射回來，仍在原來介質裡傳播，這種現象稱為光的反射現象。 圖2-3-1 反射定律 資料來源：羅承曜（2010）。圖解光與雷射應用（p.12）。台北：世茂。 與光反射相關的科學原理之科學魔術有很多，例如魔鏡萬花筒。黃佩俐（2008） 提及將三面大小相同的方形鏡子兩兩互相垂直，並用膠帶固定，如圖2-3-2，再 把色紙剪出造型，放在底部的鏡子上，讓造型色紙貼著三面鏡子相接的角落，即 可看到鏡子裡的三個影像，接著在造型色紙旁放些迴紋針和珠子，就可以形成萬 花筒的效果了，如圖2-3-3。
15 圖2-3-2 鏡子兩兩互相垂直 資料來源：黃佩俐（2008）。60創意科 學遊戲（p.40）。台北：天下遠見。 圖2-3-3 試著用各種珠子和亮片組合成 不同的圖案 資料來源：黃佩俐（2008）。60創意科 學遊戲（p.40）。台北：天下遠見。 鏡子會反射光線，所以我們可以看見鏡子前方物體的影像。當三面鏡子組合 在一起時，直立的鏡子會反射出彼此的影像，以及底部鏡子上的物體。從某些角 度看，會覺得好像可以看到「第四面鏡子」，而形成了萬花筒的效果。 二、 折射 王亞偉等人（2001）指出光束射到兩種介質的分界面時，有一部分光通過分 界面，由第一種介質進入第二種介質，通常改變了傳播的方向，這種現象稱為光 的折射現象。孫永云（2010）說明光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向 通常會在介質相交的介面發生變化，這種現象叫做光的折射。光線在不同介質的 相交處會折射的原因在於：光線在每個介質中的速度不同（光在空氣、水、玻璃 中的速率是：空氣＞水＞玻璃）。如圖2-3-4，光線進入水中時，光線行進的方向 發生改變，這是光從空氣進入密度比較大的水中時，光的速度變慢而產生的現 象。
16 圖2-3-4 光的折射 資料來源：孫永云（2010）。不用怕物理──讓你不想下課的基礎物理課（p.43）。 台北：台灣廣廈。 坊間與科學遊戲、科學實驗相關的書籍中，有很多與折射相關的科學遊戲， 例如：硬幣浮起來。吳家元（2001）提到將一枚硬幣放在碗裡，然後觀察者面對 著碗倒退著走開，直到看不見硬幣為止，如圖2-3-5。接著請朋友慢慢將水倒入 碗中，由觀察者所在的位置向碗裡看去，會看見硬幣好像浮起來了，如圖2-3-6。 圖2-3-5 硬幣看不見了 資料來源：吳家元（2001）。科學實驗 （p.18）。台北：遠哲科學教育基金會。 圖2-3-6 硬幣好像浮起來了 資料來源：吳家元（2001）。科學實驗 （p.18）。台北：遠哲科學教育基金會。 為什麼硬幣會浮起來呢？如圖2-3-7，一開始觀察者可以看見硬幣在碗裡， 是因為由硬幣反射的光會直線前進，進入觀察者眼中；當觀察者慢慢後退，從硬 幣來的光線就無法到達觀察者眼中，所以只能看見碗而已。而當碗內加入水，由 硬幣來的光在水裡經過折射，又可以再次到達觀察者眼裡，所以就可以看見硬幣 在碗底，如圖2-3-8。
17 圖2-3-7 光直線前進 資料來源：吳家元（2001）。科學實驗 （p.18）。台北：遠哲科學教育基金會。 圖2-3-8 光線折射 資料來源：吳家元（2001）。科學實驗 （p.18）。台北：遠哲科學教育基金會。 三、 全反射 顏誠廷（2008）說明全反射原理如圖2-3-9所示，因角度i會比r大，當Q點逐 漸靠近水面時，角度i會比r先達到九十度。如此一來，當角度r夠大時，光就無法 從水中入射到折射率相對較小的空氣中，而會全部在界面的下方反射回去，即圖 中的入射光Q′O和反射光OP′。這種光從折射率較大的物質前進到折射率較小的物 質時所發生的特殊現象，就稱為「全反射」。 圖2-3-9 折射率大時容易發生全反射 資料來源：顏誠廷（2008）。圖解物理學（p.73）。台北：易博士文化。 本研究發展的套件之一「數字魔法秀」之原理，即與全反射相關。許良榮（2011） 說明夾鏈袋中放一張紙，上面有一數字「88」（如圖2-3-10），將此夾鏈袋放入水
18 中，由上往下看（不可由前方或左右邊看），將會看見88變成92了（如圖2-3-11）！ 圖2-3-10 數字88 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2： 48個酷炫科學魔術（p.75）。台北：書 泉。 圖2-3-11 數字88變成92 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2： 48個酷炫科學魔術（p.75）。台北：書泉。 此科學魔術的原理為將夾鏈袋放入水中之後，在水中的光線，進入空氣時會 發生折射；但是當光線進入空氣的角度過大時，不會折射而是發生「全反射」。 紙張上的數字和塑膠袋上的數字，在水中進入空氣的光線角度略有差異。在 上方觀察時，由於塑膠袋的影像由水進入空氣時，角度較小（如圖2-3-12的A）， 因此可以折射進入空氣而被看到；反之紙張上的影像角度較大，而反射回水中（如 圖2-3-12的B），從上面就看不到了。因此只看到塑膠袋上的數字。 圖2-3-12 「數字魔法秀」的折射與全反射原理 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2：48個酷炫科學魔術（p.76）。台北：書 泉。 四、 視幻覺
19 醫學百科（2011）指出視幻覺屬幻覺的一種。其內容比較豐富多樣，形象可 清晰、鮮明和具體，但有時比較模糊。幻視中所出現的形象可以是個別的人物或 整套的景物。形象有時比實物大，有時則又比實物小，按幻象是否活動或內容是 否改變，可分為所謂的「穩定性幻覺」和「舞臺樣幻覺」兩類，前者形象不活動， 後者則像舞臺和電影形象那樣活動而多變。 與視幻覺相關的科學魔術則有「螺帽視幻覺」。許良榮（2011）書中說明如 圖2-3-13，有二個螺帽，一前一後相疊。將竹筷從右邊螺帽的底部穿出去，有可 能穿進左邊（在後面）的螺帽嗎？看起來似乎不可能，但卻可以辦到，如圖2-3-14， 竹筷穿過左邊的螺帽了！ 圖2-3-13 二個螺帽一前一後相疊 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2： 48個酷炫科學魔術（p.84）。台北：書 泉。 圖2-3-14 竹筷穿過左邊的螺帽了 資料來源：許良榮（2011）。玩出創 意2：48個酷炫科學魔術（p.84）。台 北：書泉。 其原理為實際上，二個螺帽的結構如圖2-3-15、圖2-3-16。二個螺帽都不是 完整的，每個螺帽都只有三個邊，而且螺帽中央的螺紋，是凸出來的，不是凹進 去的。製作完成後，再利用相對角度以及燈光的控制，製造出竹筷看起來不可能 由前面（右邊）螺帽穿過後面（左邊）螺帽的視幻覺效果。
20 圖2-3-15 二個不完整的螺帽（1） 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2： 48個酷炫科學魔術（p.84）。台北：書泉。 圖2-3-16 二個不完整的螺帽（2） 料來源：許良榮（2011）。玩出創意2： 48個酷炫科學魔術（p.84）。台北：書泉。 此套件因創造錯覺的條件比較狹窄，只要角度略有不同，即可察覺結構的實 際構造，而無法造成無視幻覺的效果，故不採納。 除了上述，本研究發展的套件之一「消失的小妖精」，是利用視覺不精確設 計的魔幻式遊戲，也與視幻覺相關。許良榮（2011）提及如圖2-3-17，數一數有 幾個小妖精（Leprechaun）？總計有：15個小妖精。然後按照虛線，將上半部圖 形剪下來，將A、B二部分左右對調之後（如圖2-3-18），再數一次，總計有幾個 小妖精？是不是只剩14個小妖精？怎麼會消失了一個小妖精？ 圖2-3-17 15個小妖精 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2：48個酷炫科學魔術（p.61）。台北：書 泉。
21 圖2-3-18 14個小妖精 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2：48個酷炫科學魔術（p.61）。台北：書 泉。 「消失的小妖精」實際設計上每個小精靈在移動後高度都變小了十四分之一。 將14個小精靈排列如圖2-3-19，然後上半部、下半部分別往左、往右移動，就形 成了圖2-3-20，變成15個小精靈。圖2-3-20中小精靈的身高都比圖2-3-19矮了十四 分之一，肉眼並不容易察覺。 圖2-3-19 14個小妖精 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2：48個酷炫科學魔術（p.62）。台北：書 泉。 圖2-3-20 15個小妖精 資料來源：許良榮（2011）。玩出創意2：48個酷炫科學魔術（p.62）。台北：書 泉。
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第三章 研究方法與設計
第一節 發展架構
本研究旨在發展出一套以「視覺」為主的科學魔術套件，共分為二個階段， 第一階段是發展階段，第二階段是推廣階段，如圖3-1-1。 發展階段是選取合適的科學魔術，配合材料的篩選與說明書的撰寫，設計出 視覺的科學魔術套件。再透過受試者的實際操作和專家審查，反覆進行檢討與修 正，完成「視覺的科學魔術」套件發展。 推廣階段則是把完成發展的套件在科學園遊會中展演，了解大眾的反應；在 國中自然科領域會議上讓教師實作，取得教師的建議；在國小進行校園推廣，蒐 集教師與學生的意見，再將上述之意見進行修正與檢討，以作為未來商品化的可 行性評估。24 圖3-1-1 發展架構 一、 發展階段 本研究從指導教授99學年度執行國科會計畫「科普活動：科學魔術之發展與 推廣」的成果中選出具有驚訝與困惑效果的四項科學魔術，分別為「奇幻視覺之 旅」、「消失的小妖精」、「數字魔法秀」和「魔幻變色鏡」，再配合材料的篩選與 說明書的撰寫，設計出視覺的科學魔術套件。
25 研究者將上述四項科學魔術讓國中、小學生進行實作測試，並從旁觀察記錄， 每次測試請二至四位學生，實作一至二項科學魔術，於實作完後進行半結構式晤 談。每一次晤談完後，與指導教授和研究團隊進行檢討與修正，反覆進行，直到 套件內容完整，再由教學年資十年以上且教學經驗豐富的國中教師進行專家審查 與檢討修正，完成「視覺的科學魔術」套件發展。 二、 推廣階段 （一） 科學園遊會 研究者與台中教育大學科學應用與推廣學系的大學生於2012年5月19 日台中市政府在國立自然科學博物館舉辦的科學園遊會進行擺攤，展示和 演示視覺的科學魔術套件，並在大眾動手操作完畢後，藉著填寫問卷的方 式以蒐集大眾的意見，再進行檢討與修正。 （二） 國中教師推廣 研究者利用台中市三所國中的自然領域會議進行科學魔術套件的推 廣，請教授自然相關科系的教師進行實作，並填寫問卷，蒐集意見，以檢 討與修正。 （三） 國小校園推廣 由台中市某國小的陳老師利用晨光時間、自然課或課餘時間，帶領十 四個班級的學生（約四百五十人）進行實作，實作完畢後，請學生填寫問 卷以了解小學生對科學魔術套件之看法，並採半結構式晤談法訪談陳老師， 初探科學魔術套件在校園中推廣之成效。
第二節 研究方法
本研究主要在探討「科學魔術套件」發展的歷程，並了解教師、學生與社會26 大眾對此的觀點為何。為達成上述之研究目的，本研究分二階段蒐集資料，第一 階段是套件發展階段，將發展中的套件給受試者實作，實作完畢後，用調查研究 法中的半結構晤談法對受試者進行晤談，並在實作過程中輔以觀察研究法中的觀 察者的參與，以蒐集更詳細的資料。第二階段為套件推廣階段，將第一階段完成 發展的套件分別在科學園遊會、國中、國小讓社會大眾、教師與學生進行實作， 為了大量蒐集資料，利用調查研究法中的問卷調查法，並輔以半結構晤談法來蒐 集教師的看法。 一、 半結構晤談法 王文科與王智弘（2010）指出半結構晤談法為訪問者向受訪者發問一系列結 構性問題，然後為作深入探究起見，採用開放性問題，務期獲致更完整的資料。 而半結構晤談法的優點在於具備合理的客觀性，並允許受訪者充分反映己見，因 此在教育研究領域，格外適用，可獲得較有價值的資料。 林生傳（2003）指出，為了在訪談時能獲得有用的資料，必須注意以下要點。 1. 營造友善的氣氛：先做自我介紹，揣測受訪者的心理，因勢利導，引起受 訪者樂意交談，暢所欲言的興致。過程避免說教或表示輕蔑、苛責，以免 影響受訪者的反應。 2. 講清楚、說明白研究目的：清楚的說明晤談的目的與重點，為什麼要晤談？ 晤談的結果作何用途？使其了解接受晤談不會帶來無謂的困擾。 3. 熟悉內容，抓住要領，靈活提出問題：要能熟悉且流暢的提出問題，也能 針對問題詳細說明。最好能預想受訪者的反應，並且針對不同的反應應如 何應對，來引出受訪者更適當的反應。 4. 旁敲側擊，引出答案，耐心等待：若受訪者不能及時回答，要給予充分時 間等待並鼓勵回答。要事先設想不同的假設，以便於追問其真正意思。訪 查者須謹守中立的原則，不能左右受訪者的原意。 5. 忠實地正確記錄答案：受訪者同意下，可借助錄音。
27 6. 編印訪談指引：訪談之前擬好如何進場、如何建立關係、如何說明作答與 進行方式、受訪者可能的反應與問題、時間的掌握、如何記錄等。 綜合上述，加上在套件發展階段的實作與推廣過程中，因考量每位受試者實 作過程中遇到的難處不一定相同，為了能更深入了解受試者對套件的看法，本研 究利用半結構晤談法收集更詳細的資料，以了解學生在套件發展過程中可能遭遇 之難處。 在套件推廣階段的「國小校園推廣」部分，是由台中市某國小的陳老師利用 晨光時間、自然課或課餘時間，指導學生實作視覺的科學魔術套件，以進行校園 推廣。研究者事前準備足夠供所有受試學生實作的科學魔術套件，包含材料包與 說明書，並事前到學校向陳老師自我介紹、說明科學魔術套件的建議進行方式、 注意事項、提高成功率的方法、適合推廣的場所、問卷的填寫方式等，也讓陳老 師現場實作，並當下為他解惑，讓陳老師在很有把握的情形下，帶領學生使用科 學魔術套件，同時也多次與陳老師進行電話聯繫，讓他感受到研究者的友善。當 陳老師帶領全部學生操作完畢後，再跟陳老師約定適合晤談的時間，並提供晤談 大綱，讓陳老師可以事先準備而能更深入且詳盡的解答。晤談時，再次說明研究 目的，強調不會將資料外洩帶來不必要的困擾。而晤談過程中，讓陳教師盡量發 表，研究者再適時的提問與表達自己的經驗和感受，使蒐集的資料內容更貼近研 究目的。 二、 問卷調查法 在套件推廣階段的「科學園遊會」和「國中教師推廣」部分，為了迅速且有 效獲得推廣現場參與的教師、學生和民眾對本科學魔術套件推廣之相關看法與意 見，解答研究問題二、在推廣階段，學生對視覺的科學魔術套件之觀點為何？和 研究問題三、在推廣階段，教師對視覺的科學魔術套件之觀點為何？本研究採用 問卷調查法，並配合科學園遊會和學校晨光時間等活動時間，吸引更多學生和民
28 眾踴躍參與活動並提高填寫問卷之意願；以及配合教師研習活動，採用「參與活 動，送套件材料」的方式，提高教師們填寫問卷之意願。基於研究倫理，問卷採 匿名方式處理，除了研究所需的基本資料如年齡、教師的任教科目外。問卷內容 的設計重點在於了解參與對象對本科學魔術套件發展的各項看法及意見，除了提 供配合科學魔術套件發展所設計的相關選項供民眾勾選外，亦在題目最後保留 「其他」項目供參與對象針對本科學魔術套件發展，提供問卷中沒有提及的各項 相關資訊，而最後一大題以開放式問題呈現，希望獲得參與對象對本科學魔術套 件提供各項建議、感受、看法與回饋等寶貴資料與訊息。
第三節 研究對象
本研究依研究方法將研究對象分為二個部分，分別為： 一、 晤談對象 本研究利用半結構晤談的方式更進一步了解受訪對象之觀點，受訪對象分為 二個階段： （一）套件發展階段，參與實際操作與試驗之國中、小學生，透過半結構式 晤談以了解國中、小學生對科學魔術套件的觀點，「奇幻視覺之旅」 有21位自願受試的學生，「消失的小妖精」有16位，「數字魔法秀」有 16位，「魔幻變色鏡」有17位。 （二）套件推廣階段，進行校園推廣科學魔術套件之國小教師1位，藉由半 結構式晤談法了解校園推廣之成效，以進行日後校園推廣和商品化的 可行性。 二、 問卷調查對象 本研究之問卷調查對象分為三個部分，分別為：29 （一）參與2012年5月19日「科學教育園遊會」活動之民眾。前來參與的民 眾大多是對科學有興趣的國中、小學生，部分年紀太小（幼稚園以下） 的孩童，則由家長協助填寫，由此活動來蒐集大眾的觀點，填寫問卷 共99份。 （二）參與台中市某三所國中自然領域教學研習之教師。參與的教師皆任教 自然相關領域的課程，A校有10位，B校有9位，C校有8位，共27位， 藉由這些專業的教師，蒐集更多針對科學概念的意見。 （三）在台中市某國小進行校園推廣的學生。藉此了解以小學生的角度所提 供的意見，收集397份有效問卷。
第四節 研究工具
本研究的研究工具分為半結構式晤談大綱與問卷，分述如下。 一、 半結構式晤談大綱 （一） 針對發展階段，對國小學生進行的晤談大綱如下： 1. 您覺得哪一項科學魔術最好玩？為什麼？ 2. 您覺得哪一項科學魔術最不好玩？為什麼？ 3. 說明書是否有看不懂之處？ 4. 是否能根據說明書內容給些建議？ 5. 若欲推廣，您能接受的售價為何？ （二） 針對國小校園推廣，對帶領的教師進行的晤談大綱如下： 1. 您願意帶領學生實作科學魔術套件的動機為何？ 2. 您對視覺的科學魔術套件的內容或方式有什麼看法或意見？ 3. 在帶領學生實作的過程中，您是否遇到什麼困難？如何解決？ 4. 經歷了此活動，您認為學生在科學的概念理解或科學態度上是否有影30 響？ 5. 您會給本科學魔術套件在校園中推廣的部分怎樣的建議？ 6. 您認為本套件適合的年齡族群為何？ 二、 問卷 在發展階段，為了讓本研究所設計的套件能更完善，分別針對四項科學魔術 套件的魔術表演、說明書內容、說明書編排設計和套件組等項目，依照科學魔術 項目共設計了四份問卷（如附錄一～附錄四），並提供套件材料，讓專家作檢核。 為了有效率的獲得多數人之意見，分別在科學園遊會、國中自然科領域會議、 校園推廣等三個活動中使用問卷。問卷採五點式量表，依「非常同意、同意、無 意見、不同意、非常不同意」來作答。而為了提高問卷的效度，在擬定問題後與 指導教授討論問題的適切性。分述如下： （一） 科學園遊會問卷（附錄五）：在大學生演示、大眾實作後，為了解大 眾是否認為本科學魔術令人感到驚訝、有趣、現象易於觀察、操作 簡易、以及是否能引起大眾進一步學習相關科學原理，故擬定相關 問題，請大眾填答，以蒐集資料。 （二） 國中自然領域教師實作後問卷（附錄六）：由研究者演示，國中自然 科教師進行實作，為了了解國中教師對套件所呈現的效果是否感到 驚訝、有趣、製作過程是否簡易、現象是否易於觀察、是否會用於 教學，故請教師填寫問卷以了解看法 （三） 國小學生實作後問卷（附錄七）：在教師帶領學生實作後，為了了解 學生對套件是否感到驚訝、有趣、操作簡易、以及是否能引發學生 進一步學習相關科學原理，故請學生填寫問卷以蒐集學生的看法。
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第五節 資料蒐集與分析
本節將對研究過程中所蒐集到的資料種類和分析方法進行說明。 一、 資料種類 （一）觀察記錄：發展「視覺的科學魔術套件」時，研究者請國小、國中生 實作測試，並在旁直接觀察，以了解受試者可能遭遇的困難與對套件 的觀點為何。 （二）訪談記錄：訪談記錄分為兩部分，一是套件發展階段，研究者請國小、 國中生進行實作測驗，為了解國小、國中生在實作過程是否遭遇困難 與對套件的看法，於測驗完後進行半結構晤談，並以錄音方式保留資 料，事後再轉成文字檔，方便研究者日後進行比對；二是進行國小校 園推廣時，由陳老師帶領學生進行實作測試，為了解教師在推廣過程 中學生的反應以及是否遭遇困難，在推廣完後與陳老師進行半結構晤 談，由於陳老師表示不便錄音，故由研究者在訪談當下作筆記，事後 再整理筆記資料。 （三）問卷：為了有效率獲得多數人的意見，本研究在「專家審查」、「科學 園遊會」、「國中教師推廣」和「國小校園推廣」四個活動中皆用問卷 調查法蒐集資料，以了解社會大眾、教師和學生對本套件之看法。 二、 資料編碼 本研究將在套件發展階段所收集到的資料進行資料編碼，以利後續資料的整 理和分析，編碼方式如表3-5-1所示。 表3-5-1 資料代碼 資料類別 資料代碼舉例 編碼說明 （續下頁）32 學生實作 奇幻視覺之旅1-1-1121 前面為科學魔術套件名稱；第一碼是套件版 本；第二碼是學生編號；最後則是晤談日期 專家審查 A 有二位專家，分別以A、B為代號。 三、 分析方法 在研究歷程中，研究者蒐集的資料包含質性資料與量化資料。其中質性資料 包括訪談記錄與研究者的觀察記錄，量化資料則為問卷。研究者依資料的不同類 型採用不同的分析方式進行資料分析。 （一）三角校正法 為了確保本研究所蒐集的資料符合研究目的，可以解答研究問題，故本研 究採用三角校正法來分析質性資料，以提高研究的信度與效度。因此，研究者 使用資料的三角校正、時間的三角校正與人員的三角校正，說明如下： 1. 資料的三角校正 本研究的質性資料來源為學生實作的訪談記錄和觀察記錄、科學園遊會 的觀察記錄，以及國小校園推廣教師的訪談記錄；量化的資料來源則為 問卷，分別包括專家審查、科學園遊會和校園推廣時的學生實作。藉由 多方收集上述資料，以求研究更具效度。 2. 時間的三角校正 本研究過程中，歷經套件發展、發展中的學生實作和發展後的校園推廣， 各個階段皆經過至少三個循環，經由一次次的資料蒐集與套件修正的過 程，讓本研究可以更周延與完善。 3. 人員的三角校正 研究者在研究過程中，不斷地記錄自己的觀察與想法，並定時與指導教 授和發展套件的團隊進行討論，藉由不同人員的心得分享與討論，達到 研究之客觀性與正確性。 （二）描述性統計
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本研究利用描述性統計來分析在科學園遊會與國小校園推廣時所蒐 集到的問卷，為李克特氏量表。為了增加問卷的效度，本研究所擬定的訪 談大綱與問卷題目皆事前與指導教授討論合適的題目，並進行專家審查， 以求資料的詳盡與周延。
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第四章 研究結果與討論
本研究所發展的套件共有四項，分別是奇幻視覺之旅、消失的小妖精、數字 魔法秀和魔幻變色鏡，本章將四項科學魔術套件分為四節，說明發展階段的研究 結果與討論，並於第五節說明四項科學魔術於推廣階段的研究結果與討論。第一節 奇幻視覺之旅套件發展
奇幻視覺之旅套件發展分為說明書的設計與材料篩選二部分，說明書參考坊 間相關的科學遊戲書籍設計而成，內容包含材料、魔術表演、延伸的科學魔術和 參考資料，協助使用者了解如何操作與表演科學魔術，並進行相關原理的延伸應 用。套件材料則參考市面上現有之材料，加以改良，力求材料的簡便、取材容易、 低成本、製作簡便且高成功率。套件設計完後，請國中小學生進行實作測試並修 正套件內容，反覆循環進行四次後，再請專家審查，形成階段性的初稿。接著進 行推廣，分別為科學園遊會、國中教師推廣和國小校園推廣，結合大眾、教師與 學生之意見，再行檢討與修正，完成套件發展之最終版本。 一、 套件的發展歷程 研究者以許良榮（2011）出版的書籍《玩出創意2：48個酷炫科學魔術》為 第一版說明書內容與材料篩選的依據，自己實際操作測試並撰寫說明書內容。在 測試過程中力求說明書的操作與表演過程之說明淺顯易懂、延伸的科學魔術之說 明淺顯易懂、以及說明書的用字遣詞流暢。 （一）第一版套件的設計 第一版套件著重於說明書內容的適切性、操作與表演過程的說明是否淺顯易 懂、延伸的科學魔術之說明是否淺顯易懂、以及說明書的用字遣詞是否流暢。內 容包括材料、魔術表演與延伸的科學魔術，編排方式為直式、A4大小、黑白列 印，如圖4-1-1～圖4-1-3。第一版說明書因著重於說明書內容的適切性、文字說36
明與編排方式是否淺顯易懂，故暫時先不做封面與內頁的美編。
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39 本研究套件因致力於用低成本來玩科學魔術，所以奇幻視覺之旅的套件圖卡 皆配合坊間現有的材料印製而成，各圖卡的詳細規格如表4-1-1，內容則如圖4-1-4 ～圖4-1-14。 表4-1-1 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡規格 圖卡編號 紙張材質 紙張大小 印刷色彩 A-1 投影片 1/4 A4 黑白 A-2 影印紙 1/4 A4 黑白 B-1 影印紙 1/4 A4 黑白 B-2 影印紙 1/4 A4 黑白 B-3 影印紙 1/4 A4 黑白 C-1 影印紙 1/4 A4 彩色 C-2 影印紙 1/4 A4 黑白 D-1 影印紙 1/4 A4 彩色 D-2 影印紙 1/4 A4 黑白 E-1 投影片 1/4 A4 黑白 E-2 影印紙 1/4 A4 黑白 圖4-1-4 奇幻視覺之旅第一版套件圖 卡A-1 圖4-1-5 奇幻視覺之旅第一版套件圖 卡A-2
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圖4-1-6 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡B-1 圖4-1-7 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡B-2
圖4-1-8 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡B-3 圖4-1-9 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡C-1
41 圖4-1-12 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡D-2 圖4-1-13 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡E-1 圖4-1-14 奇幻視覺之旅第一版套件圖卡E-2 第一版的套件共找了六位國小高年級學生進行測試，由受試者自行閱讀說明 書，完成科學魔術的操作與表演。學生在訪談時均表示本套件的圖卡B最無趣， 原因是釘書機不好釘紙張導致圖卡無法順暢的左右移動、看不出效果及步驟三看 不懂等。而六位受試者都表示願意花50～300元購買本套件。 圖卡B最不好玩，因為釘釘書機的部份太複雜了。（奇幻視覺之旅1-6-1124） 我會願意花200～300元購買奇幻視覺之旅的套件，因為可以自己動手玩科學。 （奇幻視覺之旅1-3-1122）
42 研究者觀察這六位受試者實際操作時，發現他們圖卡B都做不出來，但是在 訪談時卻沒有學生提到，經與指導教授討論後，認為圖卡B對國小學生而言難度 偏高，故決定刪除之。 （二）第二版套件的設計 因第一版套件的受試者皆無法正確製作出圖卡B，經與指導教授討論後刪除 之，並增加二張新的圖卡，為圖卡B、圖卡C，說明書也同時重新撰寫新增圖卡 的部分，如圖4-1-16。而原本的圖卡C、圖卡D和圖卡E則將順序一同往後挪，改 為圖卡D、圖卡E和圖卡F，並將圖卡A、圖卡D和圖卡E的圖示操作部分標示得更 清楚（如圖4-1-15～圖4-1-17）。
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圖4-1-17 奇幻視覺之旅第二版說明書修訂情形之三
第二版的套件除了圖卡A-1和圖卡A-2外，其餘皆有修訂。套件新增圖卡B和 圖卡C，如圖4-1-18和圖4-1-19。原本的圖卡B-1～圖卡B-3則刪除，並將原圖卡 C-1、圖卡C-2、圖卡D-1、圖卡D-2、圖卡E-1和圖卡E-2順序往後移，改為圖卡
46 D-1、圖卡D-2、圖卡E-1、圖卡E-2、圖卡F-1和圖卡F-2。新的套件圖卡詳細規格 如表4-1-2。 表4-1-2 奇幻視覺之旅第二版套件圖卡規格修訂情形 圖卡編號 紙張材質 紙張大小 印刷色彩 B 影印紙 1/4 A4 黑白 C 影印紙 1/4 A4 黑白 圖4-1-18 奇幻視覺之旅第二版套件圖卡修訂情 形之一 圖4-1-19 奇幻視覺之旅第二版套件圖卡修訂情形 之二 第二版的說明書共有二位受試者進行測試，由受試者自行閱讀說明書，完成 科學魔術的操作與表演。在訪談時，有一位受試者表示本套件好玩的好玩程度為 好玩，並願意花30～50元購買本套件，另一位則表示不好玩，不願意花錢購買。 我不願意花錢購買奇幻視覺之旅的套件，因為玩一玩就膩了，不好玩。（奇 幻視覺之旅2-1-0213） 奇幻視覺之旅套件的好玩程度為好玩，我願意花30～50元購買套件。（奇幻 視覺之旅2-2-0213）
47 （三）第三版套件的設計 第三版說明書因考量美觀和閱讀時方便翻閱，故將其改為直式的小冊子，小 冊子合起來的大小為A4的三分之一，而且也增加了封面（如圖4-1-20）。說明書 內容則由十位國中、小學生實際操作第二版套件後所提供的意見，再與指導教授 討論，進行適當的修正而來，修正處為將原說明書中P.2和P.3的「注意」刪除之。 而圖卡則與第二版相同。 圖4-1-20 奇幻視覺之旅第三版說明書修訂情形
48 第三版的套件由十位受試者進行測試，受試者自行閱讀說明書，完成科學魔 術的製作與表演。十位學生中，有三位指出圖卡A看不出變化，另外有三位則說 圖卡C看不出變化。而這些學生裡，有二位覺得套件的好玩程度為很好玩，另外 八位覺得好玩，有六位願意花30～200元購買本套件，四位則不願意花錢購買， 他們指出本套件在網路上有看過一樣或類似的圖案，因此不需透過購買也可以自 行在家操作。 圖卡C看不出閃爍的效果，套件整體的好玩程度是好玩，我願意花50元購買 奇幻視覺之旅的套件。（奇幻視覺之旅3-2-0316） 圖卡A遠看仍為直線，而我覺得奇幻視覺之旅的套件好玩，但我不會花錢購 買，因為這似乎可以自己做。（奇幻視覺之旅3-3-0324） （四）第四版套件的設計 第三版的說明書在印刷時，格式為一頁word檔上有二頁說明書，而這種印刷 方式對印刷店老闆而言不好印製，故在第四版時，將原本檔案調整為每頁word 檔只有一頁說明書，如此一來可以減少很多在印製過程中所花費的時間。另外， 因第三版本的受試學生提及圖卡A和圖卡C難以看出變化，故研究者於說明書中 的圖卡A和圖卡C下面各增加了「小叮嚀」（如圖4-1-21和圖4-1-22），以提高學生 觀察出圖卡變化的成功率。
49 圖4-1-21 奇幻視覺之旅第四版說明書修訂情形 之一 圖4-1-22 奇幻視覺之旅第四版說明書修訂情 形之二 第四版本的套件共有三位學生進行實作，其中一位覺得很好玩，另二位覺得 好玩，他們皆願意花60～100元購買本套件。 我覺得奇幻視覺之旅的套件好玩，願意花100元購買。（奇幻視覺之旅 4-2-0407） 奇幻視覺之旅的套件很好玩，我願意花60元購買此套件。（奇幻視覺之旅 4-3-0407） 二、 專家審查 奇幻視覺之旅在最後的發展階段，針對套件內容，包括魔術表演、說明書內 容、說明書編排設計和套件組等部分，請二位教學年資超過十年且教學經驗豐富
50 的國中教師進行專家審查，審查結果如表4-1-3。 在魔術表演的部份，二位專家對於「魔術表演活動操作簡易，可行性高」、「魔 術表演過程無潛在危險性」和「魔術表演後，能清楚說明所呈現的現象之科學原 理」三個項目均表示肯定。而B專家對「魔術表演能引起觀眾的驚訝或疑惑」、「魔 術表演呈現的現象明顯，易於觀察」和「魔術表演能引起觀眾進一步探討與學習 相關科學原理之動機」三項亦表示肯定，但A專家否定這三項，他認為奇幻視覺 之旅的表演張力不足，無法引起觀眾的驚訝或疑惑，對於「魔術表演呈現的現象 明顯，易於觀察」和「魔術表演能引起觀眾進一步探討與學習相關科學原理之動 機」則沒表示意見。 在說明書內容的部份，二位專家對於「〝小叮嚀〞的說明淺顯易懂」、「〝小叮 嚀〞有確實提醒讀者注意事項」、「〝延伸的科學魔術〞之說明淺顯易懂」和「說 明書的遣詞用字流暢」四項皆持肯定意見；對「科學原理或概念的說明恰當」皆 持否定意見。而針對「魔術表演的操作過程之說明淺顯易懂」這項，B專家持肯 定意見，A專家則認為應將視覺暫留列入。 在說明書編排設計部分，二位專家皆對「封面、內容和封底的美編設計恰當」、 「文字字體、大小、顏色與行距適中」、「圖文的位置配置恰當」和「圖形清晰、 大小適中」四項持肯定意見。 在套件組部分，二位專家皆對「本套件提供的圖卡之圖形清晰」持肯定意見。 B專家對「本套件提供的材料大小尺寸適中」持肯定意見，A專家則無填寫資料， 亦無表示意見。而A專家對「請建議本套件的適用年齡」的建議為國小高年級以 上，B專家則建議國小低年級以上。 在其他建議部分，A專家提出「圖四在網路上已流傳多年，恐有抄襲之虞」 建議；B專家提及「A1和A2套印略有誤差」。 綜合上述，套件所做的修正為（1）在說明書的最後面加上參考資料；（2） 因研究者在繪製圖卡時，皆有對齊A1和A2，所以在套件送印時，特別請印製廠
