九年一貫課程國小｢自然與生活科技｣教科書電路學相關概念之內容分析

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國立台中教育大學自然科學教育學系碩士論文

指導教授：葉聰文博士

九年一貫課程國小「自然與生活科技」

教科書電路學相關概念之內容分析

Analysis on Contents of Concepts of Electric Circuits in Nature Science

and Technology Textbooks of Nine-Year Integrated

Curriculum for Elementary School

研究生：劉俊宏撰

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九年一貫課程國小｢自然與生活科技｣教科書

電路學相關概念之內容分析

摘要

本研究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。研究方法採用文獻分析法（documentary analysis）及內容分析法（content analysis）。針對九十三學年度通過審定之「自然與生活科技」教科書之四個版本合計八冊，以自行發展的「專家概念圖」、「電路學相關概念之命題陳述」與「電路學相關概念單元之呈現分析表」進行分析。研究的主要結果如下：各版本教科書採用電路學概念與九年一貫課程綱要的規定不完全相同；因為採用的概念架構不同，所涵蓋的概念範圍也不同；各版本教科書之電路學相關概念單元教學時間差異頗大，教學時數最多的版本幾乎是最少的兩倍；操作活動方法偏重於歸納法；各版本重視使用圖形來呈現相關物理概念，圖形以照片形式呈現之比例遠高於繪圖，約為 3 倍之多。各版本在印製、紙質與版面設計等物理屬性均相接近。關鍵詞：專家概念圖、電路學概念、自然與生活科技。

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Analysis on Contents of Concepts of Electric Circuits in Nature Science and Technology Textbooks of Nine-Year Integrated

Curriculum for Elementary School

Abstract

The purpose of this study is to analyze the scope of concepts of and the presentation measures of electric circuits in four published editions of elementary school textbooks of Nature Science and Technology based on the Nine-Year Integrated Curriculum. We employ the documentary analysis and content analysis methods to perform analysis. We also developed three analysis tools as “Specialist Concept Map,” “Thesis Statement of Concepts of Electric Circuits” and “Presentation Analysis Table of Units Related to Concepts of Electric Circuits”.

The conclusions of our analysis are as the following：None of each analyzed edition contains complete Nine-Year Integrated Curriculum outline. Each edition contains different scope of and different structure of the concepts of electric circuits. The designed teaching time of the analyized editions exist significant differences even upto two times. Most of empirical activities contained in the analyzed editions are designed according to the induction method. Four editions use figures and graphs for the displayment of physical concepts. The number of figures in the picture format are about three times than that of the ones in the drawing format. The printed paper and layout design of four editions are in equal quality.

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第一章緒論第一節研究背景與動機……… 1 第二節研究目的與待答問題……… 4 第三節名詞釋義……… 5 第四節研究的重要性……… 6 第五節研究範圍與限制……… 8 第二章文獻探討第一節九年一貫課程的實施 ………11 第二節教科書的角色與評鑑、分析……… 16 第三節概念圖在教科書分析的應用……… 22 第四節國內外電路學相關概念……… 26 第五節九年一貫課程中電路學相關概念之教材分析………… 35 第三章研究方法與設計第一節研究方法……… 41 第二節研究架構……… 44 第三節研究對象……… 45 第四節分析工具……… 46 第五節研究流程……… 59 第六節資料處理……… 60

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第四章研究結果與討論第一節各版本教科書「電路學相關概念範圍」之分析 ………65 第二節各版本｢電路學相關概念呈現方式｣之分析………122 第三節各版本教科書｢物理屬性｣之分析………132 第五章結論與建議第一節結論………141 第二節建議………149 參考文獻中文部分………151 英文部分………156 附錄附錄一、國小各版本｢自然與生活科技｣教科書單元一覽表……159 附錄二、各版本有關電路學概念單元之設計內容及單元目標…161 附錄三、各版本電路學相關概念呈現方式分析說明表…………167 附錄四、「電路學概念相關單元之呈現分析表｣的分析結果……175

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表目次

表 2-5-1 各版本教科書有關電路學概念單元一覽表………36 表 2-5-2 九年一貫課程｢自然與生活科技｣學習領域之電路學相關概念…39 表 3-3-1 分析教科書之基本資料………45 表 3-4-1 專家對於電路學概念圖的回饋與研究者修訂結果………47 表 3-4-2 電路學相關概念之命題陳述………54 表 3-4-3 各版本電路學相關概念單元之呈現分析表………58 表 3-6-1 各版本教科書電路學相關概念單元之分析類目表………62 表 4-1-1 各版本之「電路學相關概念範圍分析表」………66 表 4-1-2 各版本之「電路學相關概念範圍命題陳述分析表」………68 表 4-1-3 各版本之電路學相關概念-概念節點個數之分析………121 表 4-2-1 電路學相關概念呈現方式-教學時間之分析………122 表 4-2-2 電路學相關概念呈現方式-操作活動之分析………127 表 4-2-3 電路學相關概念呈現方式- 圖形呈現之分析 ………130 表 4-3-1 各版本「自然與生活科技」教科書的書籍印製分析表 ………133 表 4-3-2 各版本「自然與生活科技」教科書的紙質分析表 ………135 表 4-3-3 各版本「自然與生活科技」教科書的版面設計分析表 ………137

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圖目次

圖 3-1-1 教科書傳播來源圖……… 43 圖 3-2-1 研究架構圖……… 44 圖 3-4-1 專家概念圖-1(全)……… 48 圖 3-4-2 專家概念圖-2( A-電池 )……… 49 圖 3-4-3 專家概念圖-3( B-開關 C-感應磁場 D-導電體 )……… 50 圖 3-4-4 專家概念圖-4( E-電路連接方式 )……… 51 圖 3-4-5 專家概念圖-5( F-半導體元件 )……… 52 圖 3-5-1 研究流程圖……… 61 圖 4-1-1-A 南一版電路學概念架構（A）………83 圖 4-1-1-B 南一版電路學概念架構（B）………84 圖 4-1-1-C 南一版電路學概念架構（C）………85 圖 4-1-1-D 南一版電路學概念架構（D）………86 圖 4-1-2-A 康軒版電路學概念架構（A）………92 圖 4-1-2-B 康軒版電路學概念架構（B）………93 圖 4-1-2-C 康軒版電路學概念架構（C）………94 圖 4-1-2-D 康軒版電路學概念架構（D）………95 圖 4-1-3-A 翰林版電路學概念架構（A） ………101 圖 4-1-3-B 翰林版電路學概念架構（B） ………102 圖 4-1-3-C 翰林版電路學概念架構（C） ………103 圖 4-1-3-D 翰林版電路學概念架構（D） ………104 圖 4-1-4-A 牛頓版電路學概念架構（A） ………111 圖 4-1-4-B 牛頓版電路學概念架構（B） ………112 圖 4-1-4-C 牛頓版電路學概念架構（C） ………113 圖 4-1-4-D 牛頓版電路學概念架構（D） ………114

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第一章緒論

本章共分為五節，第一節描述本研究的研究背景與動機；第二節針對研究目的進行討論並界定待答問題；第三節解釋本研究所使用之名詞；第四節說明本研究之重要性；第五節界定本研究之研究範圍與限制。

第一節研究背景與動機

邁入 21 世紀，國際環境瞬息萬變，對教育主要的衝擊有三：（一）知識經濟時代，終身學習需求。（二）數位化時代，學習型態轉變。（三）全球化時代，國際競爭激烈（教育部，2004）。先進國家為提升國家競爭力，推出各項教育改革，如美國於 2001 年提出「不讓任何一個孩子落後(No Child Left Behind)」的教育改革方案；英國於 2004 年公布「五年改革方案」(Five Year Strategy for Children and Learners)。日本於 2003 年制定「教育振興基本計畫」，強調培養能確實自我實現與自立的人。我國教育部依據行政院核定之「教育改革行動方案」，進行國民教育階段之課程與教學革新，其中以九年一貫課程之規劃與實施為首務（教育部，2001）。八十七年九月國民中小學九年一貫課程暫行綱要公佈，將課程統整為七個學習領域，以學習領域取代分科教學，並自九十學年度起從國民小學一年級開始實施九年一貫課程。（教育部，2003）希望藉由九年一貫課程的實施，培養學生具有「瞭解自我與發展潛能」、「欣賞表現與創新」、「生涯規劃與終身學習」、「表達、溝通與分享」、「尊重、關懷與團隊合作」、「文化學習與國際瞭解」、「規劃、組織與實

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踐」、「運用科技與資訊」、「主動探索與研究」、「獨立思考與解決問題」十項基本能力，以達成五大基本內涵：「具備人本情懷」、「統整能力」、「民主素養」、「鄉土和國際意識」，以及「能進行終身學習之健全國民」。九十二年間教育部依課程修訂時程，陸續修訂並公布各學習領域「國民中小學九年一貫課程」網要及實施要點。宣布自九十三學年度起國民中小學全面生效實施。九年一貫課程著重以「學生的生活經驗」為重心，培養學生具備帶著走的基本能力，以解決實際生活的問題。如何將能力指標轉化為課程目標和教學內容，是實施九年一貫課程不容忽視的重要課題，而課程綱要能力指標的規劃要能落實到學生的學習，必須經由教科書教學轉化及教師教學轉化的過程來達成（葉連棋，2002）。教育的主體是學生，國民教育的目的在培養學生具備社會共通的基本價值，教科書則是藉以達成此教育目標的重要途徑（陳明印，2000 ）。根據Stake 和 Easley (1978)的報告指出：（1）很多教師對教科書的內容並不完全滿意，卻又不得不每天使用它。（2）在美國約有百分之九十的教師，於其百分之九十的教學時間，是在講述教科書的內容。學生在學校所經驗到和科學相關的學習活動都和教科書相關，而教師所引用的教學指引等於是教科書的註腳，教科書和教學指引的重要性可從下列幾點明瞭：（1）教科書決定教師教學的內容。（2）教科書不僅決定教學的內容，甚至透過教學指引，對教學過程的順序、活動設計、舉例、應用及作業也都有所排定。（3）教師依賴課本和指引，並從中師尋找構想。（4）教科書往往被視為知識的權威，遇到問題，師生通常都是以教科書的說法為準，而且專有名詞的定義，也以課本的定義為標準（鍾聖校，1999）。中小學教科書是依據課程標準而編的具體教育內容，不僅是教材的主要來源也是教師教學的主要參考，更是培養學生情意、演練學生技能的重要工具（中華民國課程與教學學會，1997）。在小學的教材中最主要的就是教科書、教師手冊

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和習作，不僅是師生賴以教與學的重要依據，更是政府藉以達成教育目標的重要途徑之一，教科書與學習者思想及生活知識之塑成，有極重要的影響（曾志朗, 2000）。劉昭宏和郭重吉（1995）以個案研究的方式來觀察本國國中理化教學中教科書的應用情形，其研究結果顯示教科書除了是學生學習的基本工具之外，也是教師授課的主要內容。綜合上述可知，教科書必須要依據課程標準來編制，也是影響教育成效的高低的重要因素。「電能」是現代社會不可或缺的重要能源。生活在現代化的科技世界，需要使用各式各樣的電器用品，電能的使用和我們日常生活的各項活動已是息息相關密不可分。在九年一貫課程的「自然與生活科技」的領域中，教材內容要項共分成「自然界的組成與特性」、「自然界的作用」、「演化與延續」、「生活與環境」、「永續發展」等五大課題。而五大課題又細分成十三主題，其中「電磁的作用」是列在「自然界的作用」課題下，「交互作用」主題之主要「教材內容要項」之一。另外在「生活與環境」課題之「生活科技」主題，亦列有「電及其應用」為其教材內容要項。從小學中年級開始就有關於電學相關概念之教學活動，例如簡單電路利用電線、電池或金屬物質接成通路，使燈泡發光、馬達轉動；及高年級教材中，有指北針的偏轉是磁針與磁場(地磁或導線通以電流)交互作用的單元活動；到了國中「自然與生活科技」教材內容要項中，探討了電路連結、電流效應、電磁關係及發電機與電動機的原理。電路與電磁相關概念的學習從小學、國中都有相當份量的安排。國內外科學教育的相關研究，顯示物理中的電學部份很重要，但也較難教和難學（Garnett & Treagust, 1992; Viard & Fancoise, 2001；葉俊豪,1994）。且國小階段在電路及電磁效應相關概念的學習，產生迷思概念的現象非常普遍（鍾聖校，1993；林靜雯，2000；楊志強，2001；葉誌鑑， 2002）。

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過十五年，從教學經驗中發現:學生學習電路與電磁效應相關課程之前，已存有很多自己的先前概念（preconception）與另有概念（alternative conception），在老師教授相關課程之後，仍有不少迷思概念存在。彭懋琳（2003）的研究指出對於電與磁的概念學習，在「電流通路」及「電磁鐵」兩部分，學生的迷思概念呈現的類型最多，編寫教材者於編著相關教材時應特別留意。九十三學年度起國民中小學全面實施九年一貫課程，之前出版商是依「九年一貫課程暫行綱要」之規定來編輯，並且年級版本尚未齊全，到九十四年二月，各版本｢自然與生活科技｣教科書，才首次以「九年一貫課程正式綱要」之規定完整的呈現，是探討檢視教科書內容是否能對應九年一貫課程達成課程目標的適當時機。基於上述動機，研究者對國小各版本｢自然與生活科技｣教科書中，有關電路學相關概念之涵蓋範圍、呈現方式及其物理屬性提出探討，希望能藉此研究之結果，做為國小教師設計、分析電路學概念相關教材，及選定「自然與生活科技」教科書之依據，並提供各出版社做為編輯「自然與生活科技」教科書時之參考。

第二節研究目的與待答問題

本研究主要目的是在探討九年一貫課程實施之後，各版本國小「自然與生活科技」學習領域教科書裡，有關電路學相關概念單元之範圍及電路學相關概念之呈現方式。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。綜合上述論點，本研究待答問題為：一、各版本「自然與生活科技」教科書所介紹有關「電路學相關概念」之涵蓋範圍及其概念架構為何？

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二、各版本「自然與生活科技」教科書中，有關「電路學相關概念」之呈現方式（包括教學時間、操作活動與圖形呈現）為何？三、各版本「自然與生活科技」教科書之物理屬性（包括書籍的印製、紙質種類與版面設計）為何？

第三節名詞釋義

為使本研究所討論的範圍與研究主題更加明確清晰，茲將本研究所涉及的重要專有名詞條列如下：一、九年一貫課程乃依據教育部民國九十二年所公佈「九年一貫課程正式綱要」為藍本所進行具國中、小學九年一貫精神內涵，以培養具備人本情懷、統整能力、民主素養、鄉土與國際意識，以及能進行終生學習之健全國民為目標之課程。二、國小審定本之「自然與生活科技」教科書本研究所指審定本「自然與生活科技」教科書，係指九十三學年度上、下學期，出版商依「九年一貫課程正式綱要」規定編輯，並經教育部國立編譯館審核通過，在國小使用的各種版本之「自然與生活科技」教科書，包含課本、習作、教學指引或教師手冊。三、電路學概念本研究所指「電路學相關概念」，係指現行國小「自然與生活科技」課程中所涵蓋的內容，共包括十項主題如下：（1）、基本電路、（2）電源、（3）連接線、（4）控制開關、（5）串聯電路、（6）並聯電路、（7）電池的特性、（8）電池串

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聯、（9）電池並聯、（10）感應磁場。四、專家概念圖依據自然科學課程標準有關科學概念整合之圖，經由專家們審核評定之概念圖。針對學生所要學習的內容，先做階層性分類和分群，並將概念間的關係以聯結線聯結起來，於聯結線上標記聯結語，來說明概念與概念間的聯結關係，形成一幅類似網狀結構圖。五、物理屬性本研究所指的物理屬性是指書籍的「印製」、「紙質種類」與「版面設計」。

第四節研究的重要性

教育部宣布自九十學年度起國民中小學分階段從國民小學一年級開始實施九年一貫課程，正式全面實施九年一貫課程則是從九十三學年度起。在九十三學年度前之出版商是依「九年一貫課程暫行綱要」之規定逐年編輯，年級版本尚不齊全。又因出版商版本從編輯、送審到審定通過之作業時間相當倉促，直到快開學才印製好教科書，趕著開學送至學校，供師生使用之狀況屢見不鮮。因此老師經常無法事先仔細審視分析教科書內容之優劣，教科書遴選遂流於形式。九十四年二月，各版本｢自然與生活科技｣教科書首次依「九年一貫課程正式綱要」編輯，一到九年級各年級上、下學期教科書已完整的呈現，正是檢視各版本教科書內容

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是否能對應九年一貫課程符合課程目標的最佳時機。九年一貫課程在國小階段將「自然與生活科技」學習領域分為低年級的｢生活｣課程與中、高年級的｢自然與生活科技｣課程。現代化的生活當中，電能是極為重要且不可或缺的能源，在日新月異的科技時代裡，人類不論是工作或是休閒，電都與我們日常作息活動密不可分。九年一貫課程「電磁的作用」是「自然界的作用」課題下，「交互作用」主題之主要教材內容要項之一，另外在「生活與環境」課題之「生活科技」主題，亦列入「電及其應用」為其教材內容要項。「電路與電磁效應概念」的學習在九年一貫課程中相當重要。由於教科書是學生學習的主要媒介，是教學活動中不可或缺的重要工具之一，教科書對學生的學習影響甚鉅，是影響教育成效高低的重要因素。該如何選用教科書？選用教科書有無特定的依據？如何藉由適當的標準，選出適切而優良的教科書，以提供學生適切且優質的學習內容，是教師及家長共同關心的議題。目前國內對於國小「自然與生活科技」教科書的研究中，大多是針對某一科目（例如國語、數學、社會...）以整套或特定年級（學習階段）來做內容分析，而以特定概念的方式來分析不同年級教科書中，同一科學概念的發展概況並不多見。概念的發展是目前科學教育的研究趨勢之一，因此本研究擬探討國小各版本「自然與生活科技」教科書中「電路學」概念涵蓋的範圍，及有關「電路學概念」之呈現方式是否適宜？並檢視各版本教科書之物理屬性，以做為國小教師設計、

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分析教材，及選定「自然與生活科技」教科書之依據，同時也提供各出版社做為編輯「自然與生活科技」教科書時之參考。

第五節研究範圍及限制

一、研究範圍本研究以依「九年一貫課程正式綱要」編輯之國民小學中、高年級「自然與生活科技」教科書做為研究對象，計有通過教育部審定的四種版本，分別是：南一版、康軒版、翰林版、和牛頓版。針對其中「電路學」概念相關單元，分析各版本關於「電路學」的概念內容所涵蓋範圍、各版本「電路學」概念呈現的方式及各版本教科書之物理屬性。本研究僅就現行九年一貫課程國小階段「電路學」概念有關之單元進行研究。二、研究限制在研究者進行研究後發現，本研究仍有許多未盡完整考量的方向，茲介紹存在的限制如下：（一）、本研究僅針對（1）基本電路、（2）電源、（3）連接線、（4）控制開關、（5）串聯電路、（6）並聯電路、（7）電池的特性、（8）電池串聯、（9）電池並聯、（10）感應磁場等十項內容進行探討研究。因此研究所得各版本「自然與生活科技」領域教科書與「電路學」相關概念的結論，僅適用上述相關項目。（二）、本研究的分析對象為九十三學年度審定通過之國民小學「自然與生活科

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技」教科書，含電路學概念相關之冊次，包含南一版、康軒版、翰林版及牛頓版四個版本，共計八冊為分析對象。教科書的優質與否，涉及很多評估因素，本研究不是整體的教科書評比，對於研究的結果，不宜做過度推論。

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第二章文獻探討

為求界定本研究的定位及方向，本章依據文獻資料，探討與本研究相關之教育理論與研究。本章共分五節，第一節介紹九年一貫課程之內涵及實施；第二節介紹教科書對科學教育及學生所扮演的角色與教科書分析之相關研究；第三節探討概念圖在教科書分析之應用；第四節介紹國內外學者對電路學相關概念之研究；第五節探討現行課程中電路學概念相關之教材分析。

第一節九年一貫課程的內涵及實施

課程改革之成效在於是否能落實到實際教學情境中，基層教師有必要增強對九年一貫課程的專業認知與瞭解。本節擬就九年一貫課程，從其內涵、實施期程、學習時間、課程實施、教材編輯、審查及選用、課程評鑑、教學評量等，整合其內容分述如下：一、九年一貫課程的內涵隨著全球化、資訊化、多元化的快速發展，近幾年來，教育改革是世界各國政府與民間共同關注的焦點之一。國民小學九年一貫課程綱要自九十學年度從國民小學一年級開始實施，至九十三學年度國中小學已全面實施。其教育之目的以培養人民健全人格、民主素養、法治觀念、人文涵養、強健體魄及思考判斷與創造等能力，使其成為具有國家意識與國際視野之現代國民。因此，跨世紀的九年一貫新課程應該培養具備人本情懷、統整能力、民主素養、鄉土與國際意識，以及能進行終身學習之健全國民。以下就九年一貫課程加以說明。

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(一)、十大基本能力為了實現學校教育目標，九年一貫課程共擬定十項基本能力，做為課程設計的指標，說明如下： 1、瞭解自我與發展潛能。 2、欣賞、表現與創新。 3、生涯規劃與終身學習。 4、表達、溝通與分享。 5、尊重、關懷與團隊合作。 6、文化學習與國際瞭解。 7、規劃、組織與實踐。 8、運用科技與資訊。 9、主動探索與研究。 10、獨立思考與解決問題。 (二)、七大學習領域九年一貫課程透過人與自己、人與社會、人與自然三個面向，將課程整合成七大學習領域，並將社會重大議題—兩性教育、環境教育、資訊教育、家政教育、人權教育、生涯發展教育融入相關的學習領域。以下就七大領域加以說明(教育部，1998、2003)。 1、語文：包含本國語文、英語、鄉土語言。 2、健康與體育：包含身心發展與保健、運動技能、健康環境、運動與健康。 3、社會：包含歷史文化、地理環境、鄉土教育、愛護環境…等方面的學習。 4、藝術與人文：包含音樂、視覺藝術、表演藝術等方面的學習。 5、自然與生活科技：包含物質與能、生態保育、資訊科技運用的學習。 6、數學：包含數、形、量基本概念與運算能力、了解推理…等方面的學習。

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7、綜合活動：包含童軍活動、輔導活動、團體活動…等方面的學習。二、實施要點 (一)、實施期程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。另國小五、六年級於九十學年度同步實施英語教學。國民中學自九十一學年度起由一年級開始實施，九十三學年度起國中小學全面實施。 (二)、學習節數全年授課日數以二○○天(不含國定假日及例假日) 、每學期上課二十週、每週授課五天為原則。惟每週上課天數應配合行政院人事行政局政府行政機關辦公日數之相關規定辦理。學習領域為學生學習的主要內容，而非學科或科目的名稱，包含學習領域課程和彈性空白課程。學校課程發展委員會應於每學年開學前，依規定之百分比例範圍，合理適當分配各學習領域節數。「彈性學習節數」由學校自行規劃辦理全校性和全年級活動、執行依學校特色所設計的課程或活動、安排學習領域選修節數、實施補救教學、進行班級輔導或學生自我學習等活動。學習活動如涵蓋兩個以上的學習領域時，其學習節數得分開計入相關之學習領域。在授滿領域學習節數之原則下，學校課程發展委員會可決定並安排每週各個學習領域的學習節數。 (三)、組織各級學校必須籌組「課程發展委員會」，下設「各學習領域課程小組」，其成員包括校長、各處室主任、老師、家長、專家、社區人士；負責溝通協調不同意見、規劃學校整體課程、決定各學習領域之節數、審查教師自編之教科用書、課程與教學的評鑑，並得依學生之需求、學校特色、社區資源、家長期望發展學校本位課程。學校得考量社區特性、學校規模，及國中小之連貫性，聯合成立校際課程發展委員會。小型學校可視實際需要合併數個領域小組成為一個跨領域課程

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小組（教育部，1998、2003）。 (四)、教材編輯、審查及選用中小學教科用書依據課程綱要的規定審查，並經由審查機關（單位）審定通過後，由民間編輯，學校選用。教科用書的編輯應以九年一貫統整的精神，發展各科課程內容，教科書的份量以符合基本授課節數所需為原則。審查辦法及標準由教育部另行規定。學校必須因應地區特性、學生特質與需求，選擇或自行編輯合適的教科用書和教材。惟自編教科用書應送交「課程發展委員會」審查。 (五)、課程評鑑其範圍包括：課程教材、教學計畫、實施成果。評鑑方法應採多元方式實施，兼重形成性和總結性評量，最後評鑑結果應做有效利用，包括改進課程、編選教學計畫、提升學習成效，以及進行評鑑後的檢討。 (六)、教學評量為確保教學品質，綱要中規定，有關學生之學習評量，應參照學生成績評量準則之相關規定辦理。教育部為配合高中職多元入學制度之推動，應參酌本課程綱要內容舉辦「國民中學基本學力測驗」，據以檢視學生學習成效，其分數得作為入學之依據。有關國民中學基本學力測驗之編製、標準化及施測事宜，應參照國民中小學課程綱要之能力指標及相關法令之規定辦理。郭重吉(2000)研究指出九年一貫課程的特色有： (一)、拋掉｢背不動的書包和繁雜的知識教材｣。 (二)、改正以書本知識為中心，以教師為主體之缺失。 (三)、改正一元觀點，一體適用之教學態度。 (四)、避免過去分科割裂過甚、前後段落不連續之偏弊。 (五)、有別於傳統的課程全由政府統一規定。 (六)、培養學生｢能帶著走的基本能力｣。

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(七、教材以「學校」為中心，教法以「學生」為中心。 (八)、兼顧個別差異，協助學生發揮其潛能。 (九)、課程連貫統整，以「生活」為中心，以「學生」為主體。 (十)、課程發展與設計以「學校」為本體，配合地方特性。本次課程設計主要以發展學校本位課程為主軸，並且透過合科、統整教學的方式，培養具備人本情懷、統整能力、民主素養、鄉土與國際觀，以及能終身學習的健全國民，同時將課程分為：語文、數學、自然與生活科技、社會、藝術與人文、健康與體育及綜合活動等七大學習領域，內容除重視科目間的「橫向統整」之外，也強調國中與國小課程之間的「縱向銜接」。在執行過程中，教師必須組織教學團隊，進行課前的教學計畫，並以培養學生生活能力為前提，透過實際教學活動，使學生具備了解自我與發展潛能、欣賞表現與創新、生涯規劃與終身學習、表達溝通與分享、尊重關懷與團隊合作、文化學習與國際理解、規劃組織與實踐、運用科技與資訊、主動探索與研究、獨立思考與解決問題等十大基本能力，藉以充分展現九年一貫課程的精神與特色。由此可知，九年一貫課程其設計與實施，展現出我國未來教育發展的時代意義，呈現出我國未來教育的彈性與多元；以「課程綱要」取代「課程標準」，提供教師教學彈性空間；肯定「學校本位課程」的發展，依學生的能力、學校的特色、社區家長的期望而調整而非僵化不變的。重視「生活經驗」及「情意世界」，強調生活能力本位，學習方式注重適性發展，強調學生是教育的主體，提供每位學生充分發展自我的機會，期待每位學生都能適性發展。

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第二節教科書的角色與評鑑、分析

一、教科書對科學教育及學生所扮演的角色教科書是教材的最重要組成部份，它是根據各科教學大綱（或課程標準）編寫的教學用書，它是教師「教」與學生「學」的具體輔助工具，是師生教學的主要材料。換言之，教科書是教學活動中最具體的教育素材，也是教師在教學與學生學習的重要依據。 Stake 和 Easley (1978)報告指出：（1）很多教師對教科書並不滿意，但又不得不使用它。（2）教師至少用 90％的時間來講述教科書內容，並以指派-背誦 -測驗-討論（assign-recite-test-discuss）的傳統方式來教學。Yager(1983）指出科學教師在教學活動中相當依賴教科書，很多教師使用講課（lecture）或問答（question-and-answer）的方式來呈現科學內容，而其內容之建立是根據教科書內的知識。陳中德(民 2002)分別以教師、學生、社會大眾及政府等四個面向，提出教科書之功能如下：（1）教師：中小學教師大多數是依據教科書或教學指引，來規劃教學的內容和活動。（2）學生：教科書是最早的學習書籍和讀物，是學生學習的基本工具和學生得到知識和技能的方法。（3）社會大眾：內容權威、正確，而且對教育來說是必需的。（4）政府：對學生施以公民訓練，培養國家未來發展人才的工具。可見教科書在教學活動中所扮演角色的重要性。

對中小學教育而言，教科書是課程主要的傳輸機（major conveyer）（Apple， 1995）。對科學教育來說， Collette 和 Chiappetta (1989) 指出許多當代的科學教科書被用來引起學生參與科學探究活動，並進行更深入的研究。劉昭宏和郭重吉(民 84) 以個案研究的方式來觀察本國國中理化教學中教科書的應用情形，研究結果顯示教科書除了是學生學習的基本工具之外，也是教師授課的主要內容。因此就課程而言，教科書因為有最具體的教育內容，不僅是師生教與學的重

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要依據，更扮演了傳遞人類文化的精華，塑造社會價值的媒介（Stray， 1994）。教育的首要目標在增進學生的知識和能力，而教科書居於教育系統的核心地位是中小學階段學生學習的最主要資源，對於個人的知識發展和國家文化水準的提升，扮演不容忽視的角色（鄭世仁，1992）。對國小自然與生活科技教育而言，由於課程綱要的規劃是以「能力導向的課程」為主，教科書之內容應符合能力指標所揭示要達到的目標，編輯教材內容須對應能力指標。許良榮(1994)指出科學教科書不只是"告知"新的訊息或概念，同時具有協助及促進讀者理解的積極功能。例如教科書提供具有關連性的圖文，以及具評量作用的問題或練習題。柴田義松（1988）指出一本教科書的好壞不能單憑外表來判斷，教科書內容的正確性和科學性是非常重要的，圖表和相片的部分也是編輯的重點。二、教科書的評鑑規準隨著課程改革與教科書的開放，要如何評鑑教科書是當務之急，要評鑑教科書首先要有其評鑑的規準，而教科書選用評鑑規準的功能是在於協助瞭解教科書品質好壞，及判斷教科書是否適合選用者的需求（張祝芬，1994），所以如何建立及找出適合的評鑑規準是教科書評鑑的要點。黃政傑（1994）認為教科書審查標準的建構，必須把握有效、可行、適切、客觀、周延等五項原則。而有關於教科書的評鑑規準國內外已有許多文獻可供參考，像是Gall（1981）提出的評鑑規準分為四大部分，分別說明如下： 1. 發行與費用：考慮作者是否合格、費用是否合理、購買程序及師資訓練等。 2. 物理屬性：考慮美感、耐用性、成分（教學指引、習作、影片等）、材料品質（紙張、裝訂、是否反光）等。

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3. 內容屬性：考慮教學目標是否清楚、多元文化觀與性別角色是否具備、範圍順序是否合宜及有無時效性。 4. 教學屬性：考慮評量設計、可理解性、配合性、個別化（適合不同學習者）、教學效果、教學型態是否有趣、先備條件是否明確說明、是否具可讀性、教師及學生角色主動或被動等。 DuKe（1985）則提出六項評鑑的要點如下： 1. 物理特性：紙質、裝訂、插圖、結構外觀、耐用性、聲音、顏色的品質。 2. 目標：是否清楚敘述、有無與主題一致、是否適當。 3. 教學的應用：學生能否參與、學生能力能否擴展、與其他科目的相關程度、無經驗教師的使用性、學生創造發展的活動等。 4. 內容評鑑：適合於群體的目標、正確性、發展批判思考、寫作技術良好等。 5. 範圍與順序：涵蓋基本能力、教師手冊的使用、教材的補充資料等。 6. 文化敏感教材的處理：包括人種、性別、宗教及其他等。國內的學者黃政傑（1990）亦有提出選用規準如下： 1. 發行：教材自發展至成品出現、推廣等程序。 2. 外表：課程材料的物理特性。 3. 內容：包括事實、概念、原則、理論、方法、程序、價值、角色等。 4. 教學：指教材是否便利老師的「教」與學生的「學」。 5. 效果：（外在規準）實際產生的效果。 6. 學生：對象、動機興趣、未來進路、可讀性、可理解性等。 7. 教師：教學指引、使用條件、必備能力、激發研究、調整方法、教師角色等。 8. 其他：簡介、提示、實例、問題、操作、練習、測驗、回饋、內容歸納、

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自學指導。歐用生（1995）提出的評鑑和選擇教科書的一般效標如下： 1. 物理特性：外觀、印製、字體、裝訂、紙張。 2. 內容屬性：理論基礎、目標、均衡、範圍和順序、主題選擇、知識正確性和時效性、潛在課程。 3. 使用屬性：可讀性、可理解性、分量（是否適合教學時間）、評量形式、教學型態、相關教材。 4. 發行屬性：發行者、作者、發行日期、費用、附屬性質、研究發展。綜合上述國內外文獻不難看出，大部分教科書評鑑規準是就整本教科書分析而訂，大致可分為內容、教學、物理、發行等四大部分。而本研究是針對教科書中之特定概念（電路學概念）來分析評鑑，所以著重在內容屬性的分析。三、教科書的相關分析教科書的設計，因涉及教育理念、教學目標、教學時數、學生程度等不同的因素，因此任何教科書都不可能盡善盡美（梁榮財，1995）。Collette 和 Chiappetta (1989) 認為一本完整的教科書應包含內容、組織、閱讀層次、瞭解科學概念和原理原則、教學方法、圖表說明、每個章節後面的作業及進一步的研究資料、實驗活動及手冊、教師手冊、索引及詞彙、裝訂容貌共 11 項。教科書的內容分析可從不同的角度進行，藉以提供多元的訊息給使用者及課程設計者參考。李宗薇(1997) 指出教科書外表的美觀與裝訂的精緻固然能吸引學生的目光，有一定的外在效度，但教科書的主要功能是提供教材與相關教學活動，唯有適合學生身心發展，兼具知識與趣味的圖文內容才能吸引學生閱讀，達到教學目標。近年來因教育改革之潮流，國內有關國小教科書的研究日益增多，藍順德

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（2004）研究民國七十三年至九十二年間，二十年來國內博碩士論文教科書研究指出國內有關中小學教科書的研究，從四十五學年至七十二學年，研究生之論文只有3篇。但自七十三學年至九十二學年總計有272篇，以數量而言，逐年增加之趨勢十分明顯，而前十年（73-82）僅有37篇，八十三至八十七學年的五年裡有 46篇，最近五年（88-92）則有189篇，尤其最近二年（91-92），每年均有50篇以上，顯示近年來國內教科書研究之數量已大幅成長，推論此現象應與教科書開放政策有密切關係。將272篇論文分為教科書內容分析研究與教科書發展過程研究二大類，其中教科書內容分析之研究有169篇，已超過總數之六成，顯見國內博碩士論文教科書研究，以內容分析之研究佔大多數。其中針對自然科學教科書做內容分析，如：劉昭宏（1995）觀察我國國中理化教學中教科書的應用情形，研究結果指出在升學制度下，教科書對於理化教學的影響力很大。教科書中的圖片、習題、與實驗部份，是目前最被認同、也是使用率最高的部份。任課老師的做法與看法，深深影響到學生應用教科書的情形與對教科書的看法。黃瓊瑱（1996）對國小自然科學教科書內容之科學知識本質進行研究，發現自然科教科書之課本內容，在文字敘述上涉及科學知識本質的比重很少的（僅佔 0.084%）。吳美蓉 (2000)根據：(1)發行與費用、(2)物理屬性、(3)內容屬性、(4)教學屬性等四項屬性，分析國立編譯館的自然課本第五冊教科書，結果發現沒有一本教科書是十全十美的。陳甲辰（2001）以科學教育目標來分析國小審定本自然科教科書，亦針對教科書內容關於科學過程技能進行研究，發現科學過程技能所佔的比例以觀察、操作處理、記錄資料、測量，所佔的比例較多。鄭文光（2003）針對國小自然教科書中之「月亮」單元做內容分析，發現在

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教材結構方面：「月亮」單元所需各項先備知識應提前教授。在教材內容方面：朔望月與農曆日期關係的描述，不符合科學事實。關於月亮觀測面對南方的提示，易引發學生的迷思概念。邱玉如（2003）以國內大專用書｢自然科學概論｣做內容分析，發現各書之印製與版面設計等物理屬性頗為接近，頁數、紙質與定價的差異頗為懸殊，科學家的國籍以西方科學家為多數，不同版本之科學史與科學本質的含量差異頗大。曾郁庭（2004）設計 14 個內容分析類目：單元頁數、主題概念、科學史實、實驗、科學方程式、計算、圖片、表格、名詞定義、材料、器具、操作、活動、問題等，藉以分析九十二年二月底以前審定通過之國一自然與生活科技學習領域教科書，六個版本共 12 冊之教科書內容。研究發現各版本教科書內容之主題概念分布不均衡，偏重以「生物」課程為主的概念架構，但此一偏重合乎九十二年教育部公布正式綱要中的建議；各版本教科書內容仍以學科為本位，有重自然而輕科技的取向；各版本教科書內容與「自然與生活科技」學習領域能力指標及「重大議題」能力指標相對應之程度不高。呂文靜（2005）分析國小「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，研究指出各版本光的概念架構並不相同且光的概念涵蓋個數之差距頗大。綜合以上的研究分析顯示，教科書內容的分析，是目前科學教育研究的重點之一。教科書是中小學階段學生最主要的學習資源；教科書內容與形式的決定代表知識的合法性，建構社會的知識系統，創造社會所認為合法、真實的知識（Apple ＆ Christian-Smith，1991）；教科書傳遞了文化的精華，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，也都扮演不容忽視的角色（鄭世仁， 1992）。教科書的重要性是無庸置疑，教科書分析有其評鑑標準，必須有系統蒐集教科書的相關訊息，進行適切與否之歸納分析，以評定判斷並做出決定。而本

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研究分析國小各版本「自然與生活科技」教科書，就教科書中涉及電路學相關概念之單元，進行電路學概念之涵蓋範圍、呈現方式以及教科書之物理屬性三項類目的分析。

第三節概念圖在教科書分析之應用

一、概念圖的理論基礎教育心理學學者Ausubel 針對學習提出了「認知同化理論」（assimilation theory for cognitive learning），Ausubel（1978）的認知學習理論有七大要素其中最重要的是「有意義的學習」（meaningful learning）。 Ausubel 把有意義學習定義為：「就本質而言，非任意地、非逐字地把新知識統整、融合到已有的認知結構」。也就是說，學習並非單純的刺激與反應的關係，而是學習者有意識地將新知識、新訊息與自己原有的先備知識或舊有概念做有意義的聯結，使之成為更穩固的認知架構，有意義的學習便能產生。 Ausubel（1978）也提到，達成有意義的學習需要兩個條件：其一是有意義的學習心向（meaningful learning set）；其二是有意義的教材（meaningful material）。有意義的學習心向是指在具有適當的先備知識之下，且學習者有主動進行學習的意願；有意義的學習材料是指教材本身內容的架構具有促進有意義學習的傾向，即教材須具有良好的概念架構。 Ausubel 的認知學習同化理論為一個強調有意義學習的理論，他認為教學應認清學習者的既有知識，由於學習是一種內在思考的組織活動，新經驗的學習必須建立在舊經驗的基礎上。Ausubel（1968）並指出：「如果不得不將教育心理學的所有內容精簡為一個原則，我會說：影響學習最重要的一個因素是學習

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者既有的知識，並依此來教他」，顯示學童既有知識與新經驗連結的重要性。後來Novak 依據Ausubel 有意義的學習理論發展其概念構圖策略。二、概念圖的意義概念圖起源自1972 年的一個長達十二年的研究計畫，由美國康乃爾大學的學者Joseph D.Novak 及其同僚花了十餘年的時間所發展出來的。這個計畫是研究學生在12 年的學校生活中，知識結構的改變情形。對於大量面談的資料，需要有效地表達出學生的知識結構及知識結構的改變，所以概念圖的研究方法就被開發出來。在處理了數以百計的晤談錄音帶之後，得到三點結論下（Novak,1984）：1. 有意義的學習是同化新的概念與命題到已存在的認知結構裡。2.知識以階層化的組織存在認知結構裡，並且大部份學習涉及含攝（subsume）概念和命題到已存在的階層化組織裡。3.記憶學習的知識將不會被同化。所謂概念圖是從教材或文章中抽取出概念來，並以一個核心概念(focal concept)為主題，圍繞此一核心概念，經由學習者的理解把所有相關的概念組織起來，用以表徵學習者在相關學科上的知識結構之語意網路圖（陳嘉成，民87）。概念圖是組織知識和表現知識的工具，它包含概念(通常以圓圈或是方形框住)、連接線(連接兩概念)，連接詞(說明概念間的關連)，概念和連接詞形成命題 (propositions)。命題是構成概念圖基本的單位，最基本的命題包括兩個概念及一個連接詞。概念圖會包含許多節點及標示著文字的連線。其中節點代表重要的概念，連線代表二個概念間存在某種關係，而線上的連接詞則表示概念間的關係。概念圖除了可用來表現知識結構的工具外，也可以運用於其他地方。例如：幫助有意義的學習、設計教材、確認迷失或另有概念、評量學習、促進合作學習、幫助學生和教師了解知識建構的本質（Novak,1990）。

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三、概念圖在自然教科書分析之應用 Lloyd（1990）以概念圖來分析三本高中生物教科書中，關於「光合作用」的概念呈現與精緻化做內容分析。其研究方法採用下列程序進行： 1.閱讀第一本教科書，找出書中關於「光合作用」的重要概念，並整理成表。 2.閱讀第二本教科書，找出書中關於「光合作用」的重要概念，若跟第一本教科書的重要概念相同的就以記號標示；如不相同，則加入到表中。 3.閱讀第三本教科書，重覆相同步驟。 4.將重要的概念一一做分類。 5.再將這些類別排序，依照排序結果，畫出各本教科書的概念圖。研究結果發現：有些教科書適合低成就學生，有些教科書適合高成就。不同版本教科書，針對某個主題內容如果提供的相關概念愈多，概念間關係的補充說明愈多，則愈能促使主要概念的表達趨向精緻化，對於讀者的學習愈有助益。 Soyibo（1995）採用 Lloyd 的研究方法，分析高中生物課本「呼吸作用」之概念呈現與精緻化，將不同版本教科書有關「呼吸作用」之內容，以概念圖呈現其概念的結構。研究發現生物教科書中，有些概念的呈現是錯誤的，有些概念會使人誤解，例如：「氣體交換」與「呼吸」概念的區別不夠明確。不同版本之生物教科書其編排方式、組織策略和對概念精緻化的選擇頗不相同。 Eduran Sibel (1996)以專家概念圖為工具，分析物理教科書中關於「酸鹼中和」概念及連接詞之呈現情形，其研究程序如下： 1.針對酸、鹼及中和作用等概念繪製專家的概念圖。 2.以繪製之專家概念圖為基礎，再以此對分析之教科書做概念及連接詞的檢核。若教科書內容包含專家概念圖中之概念或連接詞，就以粗線表示﹔教科書內容沒有的則以細線表示。研究結果顯示：分析的教科書其可讀性尚可，但在重要概念或基本定律上，教科

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書普遍缺乏使用明確的連接詞連接。蕭月穗（1997）利用概念圖分析國小一到四年級上學期的自然課本，與生物、動物、植物這三個概念相關的單元是如何發展的。其研究主要是運用概念圖來了解單元與單元間概念的順序性及相關性，以及單元中概念的相關性、複雜性、重複性。研究結果發現國小一到四年級上學期之自然教科書中，生物方面概念的組織，由較高層次的生物概念開始，再介紹較低層次的動物、植物概念，最後再介紹範圍較少、層次更低的概念像魚、蠶、蚯蚓等。課文中概念的連繫，不論在單元內或單元之間，都有不足之處，特別是單元之間的連繫。教科書的概念大部分已問題的方式來呈現，重視透過具體操作來學習科學知識。李秀娟、張永達、黃達三（1998）以概念圖為工具，依據國中生物編輯大意所提之正確性、適切性、本土性、易讀性和生活化等五大特性，分析國中生物教材「神經系統」的內容。其繪製概念圖的步驟為： 1.先從課文中找出主要概念，包含字彙和事件。 2.描述字彙和事件的基本概念。 3.從課文中找尋連接詞。 4.製作一個「前概念圖」。 5.增加連接詞，定義主要概念間的關係，傳達有意義的句子。 6.增加橫向連結，將不同的概念連接起來。 7.修正概念圖，並增加例子，成為最後的完成圖。分析結果顯示：課文的正確性很高，但錯別字、排版、圖片的放置等較容易出現錯誤；適切性和易讀性尚可；神經系統單元本身，包含相當多的概念，過多的專有名詞會增加學生學習的負擔；至於本土性和生活化在以傳遞科學概念的章節中較難呈現。潘子欣(2002) 依據 Posner, Strike (1982) 的概念改變模式，發展分析架

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構以及分析方法。分析架構分為不滿足、理解、合理以及適用範圍較廣等四個類目，藉此分析四個版本之國小自然科教科書，以瞭解各版本教科書內容符含概念改變的情形。呂文靜(2005)以發展的專家概念圖分析國小「自然與生活科技」各版本教科書有關光學概念含括的範圍、概念呈現方式。研究結果發現，在光的概念涵蓋範圍部分：各版本皆含括之光的概念有「光是直線前進的」、「光遇到物體會反射」、「光經過不同介質會有折射現象」及「光經三稜鏡與水滴折射後在某些角度色散可看到彩虹」；各版本內容皆符合九年一貫課程綱要光的概念相關之內容規定；各版本光的概念架構並不相同且光的概念涵蓋個數之差距頗大。在光的概念呈現方式部分：各版本之教學時間不同；操作活動本質偏重於歸納法；各版本對圖形相當重視，教科書之圖形呈現以表徵功能的圖形佔多數且照片呈現圖形之比例高於繪圖。文獻顯示，大部分的分析研究都以概念圖來呈現教科書中概念間的關係，並透過概念圖檢視教科書內是否存有錯誤概念。本研究亦擬以研訂之專家概念圖為工具，藉以檢視國小各版本「自然與生活科技」教科書中關於電路學相關概念之涵蓋範圍。

第四節國、內外電路學相關概念之研究

一、人類對電本質理解的演進在中國，古人認為「電」的現象是陰氣與陽氣相激而生成的，《說文解字》有「電，陰陽激燿也，從雨從申」。《字彙》有「雷從回，電從申。陰陽以回薄而成雷，以申洩而為電」。在《論衡》書中有關於靜電的記載，當琥珀或玳瑁經摩

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擦後,便能吸引輕小物體，也記述了以絲綢摩擦起電的現象，但古代中國對於電並沒有太多了解。西元前 600 年左右，古希臘哲學家泰利斯（Thales,640-546B.C.）就知道琥珀的摩擦會吸引絨毛或木屑，這種現象稱為靜電(static electricity)。而英文中的電（Electricity）在古希臘文的意思就是“琥珀＂(amber)，希臘文的靜電為(elektron)。18 世紀時西方開始探索電的種種現象，美國的科學家富蘭克林（Franklin,1706-1790）認為電是一種沒有重量的流體，存在於所有物體中當物體得到比正常份量多的電就稱為帶正電；若少於正常份量，就被稱為帶負電，所謂「放電」就是正電流向負電的過程，這個理論並不完全正確，但是正電、負電兩種名稱則被保留下來。電流的概念並首次被提出，1752 年富蘭克林在一個風箏實驗中，證明了空中的閃電與地面上的電是同一回事。在 1800 年，義大利的伏特（Voult,1745-1827）用銅片和錫片浸於食鹽水中，並接上導線，製成了第一個電池，他提供首次的連續性的電源，堪稱現代電池的元祖。1831 年英國的法拉第（Faraday,1791-1867）利用磁場效應的變化，展示感應電流的產生。1851 年他又提出物理電力線的概念。這是首次強調從電荷轉移到電場的概念。 1865 年蘇格蘭的馬克斯威爾（Maxwell）提出電磁場理論的數學式，這理論提供了位移電流的觀念，磁場的變化能產生電場，而電場的變化能產生磁場。馬克斯威爾預測了電磁波輻射的傳播存在，而在 1887 年德國赫茲（Hertz）展示出這樣的電磁波。結果馬克斯威爾將電學與磁學統合成一種理論。馬克斯威爾電磁理論的發展也針對微觀方面的現象做出解釋，並指出電荷的分裂性而非連續性的存在，1895 年羅倫茲（Lorentz）假設這些分裂性的電荷是電子（electron），而電子的作用就依馬克斯威爾電磁方程式的電磁場來決定。1897 年英國湯姆生（Thomson）證實這些電子的電性是帶負電性。而人類一直以自然界中存在的「粒子」與「波」來描述「電」的世界。到了 19 世紀，量子學說的出現，使得原本

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構築的粒子世界又重新受到考驗。海森堡（Werner Heisenberg）所提出的「測不準原理」認為一個粒子的「移動速度」和「位置」無法同時測得；電子不再是可數的顆粒；也不是繞著固定的軌道運行。1923 年，德布洛伊（Louis de Broglie）提出當微小粒子運動時，同時具有粒子性和波動性，稱為「質-波二重性」，而薛丁格（Erwin Schrodinger）用數學的方法，以函數來描述電子的行為，並且用波動力學模型得到電子在空間存在的機率分布。隨著科學的演進，人類逐漸理解「電」的物理量所能取得的數值是不連續的，它們所反映的規律是屬於統計性的。雖然人類對｢電｣的探索與研究早就開始，但直至二十世紀，才了解｢電｣具有波動和粒子的二元性。在科學知識的發展上，｢電｣學概念的演進應算是漫長而仍持續發展的。二、電路學迷思概念之研究由實際從事國小自然科學教學的教師反映及師院負責輔導實習的教授得到經驗，在電磁學單元中的電學單元是國小學生概念學習上較感困難的部分（陳義勳，1994）。電學難學的主要原因是當學生初學電學課程時，很難接受或學會電學的抽象概念如電壓、電流等，這些概念對一般的中學生而言，都很抽象（陳瓊森，1993），遑論心智發展更未成熟的國小學生，導致學生對此概念之學習理解未臻理想，就很難以電流、電力、電壓、電能等這些抽象的概念來推理、思考或解決問題。以下就研究者蒐集有關國內外學者，針對電路學相關概念之研究提出探討，分述如下： Maichle(1981)探討學生在直流電路中，電池的電流如何傳遞的概念，研究結果，發現85％的13至15歲學童，以及36位的大學生當中有15位，具有下列兩種迷思概念： 1.每一顆新電池中已儲存好確定量的電流。

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2.這些在電池中的電流，一段時間後會被電器用品給消耗掉。而進一步探究電流如何被消耗掉的方式時，學童具有下列幾種模式： 1.單極模式：電池正極流出電流，到燈泡處因發亮完全消耗。 2.衝突模式：電池正負極分別流出電流，到達燈泡使燈泡發亮。 3.變弱模式：串聯兩顆燈泡時，正極端的電線電流較強，靠近正極的燈泡也較亮。 4.分享模式：串聯兩顆燈泡時，正極端的電線電流較強，負極端的電線電流較弱，但兩顆燈泡一樣亮。 Osborne(1983)針對8至12歲的學童，先提供他們乾電池、電線、燈泡等元件，再請學童操作設法連接好電路使燈泡發亮，結果呈現學童具有四種單一電池極點或燈泡接點的迷思模式： 1.電池正極直接碰觸燈泡基座。 2.電池正極連接一條電線到燈泡基座。 3.電池正極連接一條電線回到電池負極，然後把燈泡基座與電池正極相碰觸。 4.電池正極和負極各連一條電線到燈泡，但都接在燈泡的基座端。 Shepardon（l993）對四年級的學童進行質性晤談，研究發現:學童對電路概念的認知乃基於先備程序性與陳述性的理解。在電路單元教學之前，學童即存有多種電流模式，並以操作過程的程序性知識來描述電路，但在教學之後，學童對電路便具有較精確的程序性理解，不過對電流模式仍不甚瞭解。Shepardson 和 Moje（1994）認為：兒童對電流的理解有助於電路的連結，反之，電路連結的理解亦會有助於電流的理解。徐順益（1986）對國民中學物理科教師的調查研究指出高達60％的教師，認為電學直流電路部份的教學是極為困難或有困難，因此而建議，物理教師在職進修的班級應該包含有「如何教電學」這一類的課程。

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陳啟明(1991)在台灣中部地區，以封閉式的紙筆測驗來探究高一學生，共263 人有效樣本，從測驗得知學生在基本電學上最主要的迷思概念如下： 1.電流在電路中流經電路元件時，會被部份損耗。 2.電池所提供的總電流是定值的，不隨著電路中電路元件的變化而改變。 3.電池與燈泡形成通路的條件為：電池的二端接到燈泡的一端，不論底端或側邊皆可。 4.局部性的推理，忽略部分電路的變化對整體電路的影響。 5.以電流逐步覆蓋電路的想法，即上游電路元件與電壓不受下游電路元件改變的影響來推理。陳瓊森（1993）利用二段式紙筆測驗，並施以結構性晤談，探究24位高一學生在直流電路的概念結構。研究結果發現學生的直流電路受電池的作用的概念，可分為三大類型： 1.電池提供固定電壓型。 2.電池提供固定電流型。 3.電池提供固定電壓電流混合型。此外，針對並聯電路中的「節點」，學生也有不同的想法。陳瓊森（1993）發現高中生對並聯電路與節點間電流之關係的想法可歸納成下列幾種： 1.總電流等於分支電流的和，且路徑長的電路分配較少的電流。 2.總電流等於分支電流的和。 3.總電流平均分配電流給分支。 4.並聯電路電流相等。王淑琴和郭重吉(1994)以紙筆測驗方式研究109 位大學一年級修畢普通物理之學童，再分析學童回答後，篩選出6 位具有代表性的學童，進行DOE 晤談以探究其電學方面的另有架構。研究中指出大學生在電學方面較共通的另有架構

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有：1.電池提供定值電流。2.對直流電路有局部的推理。3.對電流微觀概念具有鋼珠模型。4.具有順序推理法則。5.電流微觀模型有受阻模式。6.泛用歐姆定律。 7.電位差與電位能同義。8.電阻大則消耗能量多。葉俊豪、陳瓊森（ 1995）在利用定性與定量測驗來探究學生對直流電路的知識結構，研究以紙筆測驗與個別晤談了解高二學生直流電路概念、直流電路問題之知識結構，發現串聯電路中受到「電壓」、「電流」、「電阻」的各種相關概念的影響，可分為： 1.串聯電路中的電流相等及電阻會消耗電流。 2.串聯電路之總電阻為分電阻的和。 3.串聯電路總電壓為各個電阻分電壓之和。 4.串聯電路中個別電阻的電壓都等於電池的電壓。 5.串聯電路電壓遞減。 6.串聯電路的電阻值會依序累積，故後面電路的電阻值等於其與之前所有電阻值的加總。 7.串聯電路中個別電阻的電流等於電池的電壓除以其個別電阻值。 8.串聯電路的電阻均分電池的電壓與電阻值的大小無關。另外受試者對於並聯電路中，受到「電壓」、「電流」、「電阻」概念影響，所產生的並聯電路概念有：1.並聯電路電壓相等； 2.並聯電路總電壓為各個電阻電壓之和； 3.並聯電路電流相等； 4.並聯後電阻之和等於分電阻； 5. 並聯電路中各分支電流都等於電池的電流； 6.有從共同節點畫出來的分支才算並聯； 7.節點處，總電流等於各分支電流之和； 8.節點處，總電流平均分配給各分支電流。謝秀月(1993)以國小自然科學第十二冊電動機單元為例，探討科學教材(教科書和教學指引)內容的迷思概念，對學童學習科學概念的影響。在報告中深入

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探討教材中可能導致教師與學童產生另有想法的內容，針對部分可能誤導學童與教師的內容說明其原理加以說明，並提出修正教材的建議。例如：「電動機會轉動，是因為磁鐵的相同磁極互相排斥造成的，所以電樞必須纏繞鐵釘才可以使電動機轉動」的迷思概念。許多教師就誤以為一定要使用鐵釘作鐵心當電樞，才能讓電動機轉動，沒有鐵心的電樞是不可能轉動。所以，如何設計出能夠避免產生迷思概念的教材及教學策略，提供教師在有限的教學時間之內傳授學生正確科學知識，便成為科學教育研究的重要方向。曾耀霆(1999)研究有關國小學童對電學概念的理解程度，研究發現學童並不具有對電(電能)的概念，對於並聯電路具有迷思概念。而由串、並聯線路中與燈泡亮度的問卷中發現，學童對電學之核心概念如電流與電壓的認知不足，無法明白其中的區別與影響。其電流的迷思概念的產生，可能與教師所使用的流體模型有關。邱永平(2002) 探討國小四、五年級學童電池之另有概念。先施以紙筆測驗，再以晤談和二段式診斷測驗瞭解學童的另有概念，測驗以12個關於電池之概念為主，分別為：內部所含物質、如何產生電、是否能充電、構造、差異、負載、串聯並聯接法、串聯通路斷路、並聯通路斷路、串聯的燈泡亮度與使用時間、並聯的燈泡亮度與使用時間、電解質。依據學童作答情形，找出學童在電池概念有哪些問題，顯示出兒童在電池概念所具有的另有概念。研究結果發現學童持有許多與電池有關之另有概念類型，而其中又以差異、負載最讓學童感到困惑；學童對於電池概念呈現零散的片段知識。建議老師們在教學時，能配合概念圖的方式來強化概念間的連結與統整；並採取發言或討論的教學方式，讓學童澄清概念；也讓學童能實際進行操作，從動手做建立正確的概念。張蘭友(2002)以半結構式操作晤談、開放性問卷、雙層選擇題式診斷測驗三種工具，蒐集學童對電池概念之類型與其成因做探究。研究對象為南高屏地區國

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小高年級學童。樣本數：晤談人數21人，開放性問卷施測276 人，而雙層選擇題式診斷測驗則有十五校1007人受測。研究發現國小高年級學童電池相關概念的屬性類型，包括有：名詞產生模式、臆測模式、摩擦模式、生活用語模式、記憶錯誤連結模式、容器模式、經驗誤用模式、文化產生模式、碰撞模式、順序推理模式、兩極同時發出電流模式、兩極兩種電流模式、濾器模式、唯物假設模式、單一電極或電源模式、衝突電路模式、消耗模式、直觀模式、流遍模式、再生模式 ⋯等等，相當契合國內外相關文獻研究的結果。顯示電池方面的先前概念或另有概念，在不同的國家、地區、年齡等，都具有普含性。葉誌鎰(2002) 研究學童經過磁鐵、電池、燈泡與電路的初步學習，其所建構的概念，再經過電磁鐵單元教學後，學生概念重新建構的情形。研究發現國小學生對電路串並聯概念普遍建構不易，學生的迷思概念在於將整個電路看成一整體連帶系統，而非獨立系統，認為整體的電流在並聯電路中應平均分配的概念，並以此模式來解題。建議教師教學時，應在電磁鐵教學單元中增加舊教材驗證探究，來重新澄清學童對於串、並聯電路的電流概念，及建構磁力正確概念。彭懋琳(2003)採用問卷及晤談等方式，收集學生電與磁迷思概念之類型，以發展國小六年級學童「電與磁概念」二段式診斷工具，並依此工具對中部地區國小六年級學童共 682 人為施測，再將測驗所得資料進行分析。研究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。而在迷思概念來源方面，偏向由日常生活的經驗及觀察所得到，直觀的反應是最常見的類型，所以教材編製時應注意這點。黃朝琴(2003)採用「預測-實作-解釋」(P-O-E) 半結構晤談方式，進行有關兒童電學想法類型與概念改變之研究。經由晤談的資料分析發現學生普遍具有想法：1.單極想法；2.雙極想法；3.衰減想法；4.迴路想法；5.迂迴想法；6.聯結線造成不會亮的想法；7.電池發出固定電流或燈泡應得固定電流的想法。而有關

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電學想法的來源有四項：1.學生學科知識不足；2.過去經驗；3.不當類比思考； 4.日常用語推理的影響。其中受到過去經驗的影響又可分為日常生活經驗的錯誤聯想、大眾傳播媒體的影響、自身感官印象與文化的影響。另外學童概念改變有下列三種類型：1.增加性的概念改變；2.概念完全改變； 3.雙重的想法。鍾聖校(1993)研究小學生在電動機方面的錯誤概念，發現五年級學童對於「電可以生磁」的迷思概念大致分為：1.電有磁力會跑出磁性來；2.電流組成一種磁力的東西；3.如同靜電，會把東西(例如頭髮)吸起來。美國達拉斯大學物理系網站 http://phys.udallas.edu/C3P/altconcp.html （引自唐健文,2001；彭懋琳，2003）列出在物理學上學生常見的迷思概念類型，以下列出和國小電與磁概念相關的部分： 23. 簡單直流電路：電阻消耗電荷電荷在通過電阻時慢下來在電池的末端之間沒有電流經由一個電路時，電流被用完了導體沒有電阻並聯電阻大於最大電阻電池越大顆，電壓越大電源和能量是同樣的束西電池可以無中生有產生能量 25. 電磁感應：產生電流不需要做功只有磁鐵移動才能產生電流（線圈移動不能）感應電動勢在封閉回路才能產生

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磁通量（而非磁通量變化）造成感應電動勢所有電場的電力線都必須從正電荷發出、止於負電荷水庫的水造成電流 26. 感應電流：直流電路的電壓及電流的大小固定不變能量經過變壓器不會損失發電廠供應電子給家庭使用本節藉由上述中、西電學發展史來瞭解電學知識的演進情形；並綜合整理中、外學者針對電路學相關迷思概念之文獻探討，以做為本研究在電路學概念更深入的探討依據。

第五節九年一貫課程中電路學相關概念之教材單元分析

九年一貫課程至九十三學年度起國中、小全面實施，將「自然與生活科技」學習領域分為四階段，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。研究者將我國現行｢自然與生活科技｣課程，各版本有關電路學概念之單元整理如表2-5-1。

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表 2-5-1 各版本教科書有關電路學概念單元一覽表南一版康軒版牛頓版翰林版三上 — — — — 三下 — — — — 四上 — — 燈泡亮了通不通電有關係四下電路 DIY 通電的玩具 — — 五上 — — — — 五下 — — 力的世界 — 六上 _— _電磁作用 _— 用電與安全妙用無窮的磁六下奇妙的電磁世界 — — — 註：「—」表示無「電路學」概念相關單元各版本有關電路學概念單元之設計內容及所欲達成單元目標跟概念，詳列於附錄二，以做為更深入的探討依據。此外九年一貫課程「自然與生活科技」主要包含：自然界的組成與特性、自然界的作用、演化與延續、生活與環境、永續發展等課題的學習（教育部，2003），根據九年一貫課程綱要｢自然與生活科技｣學習領域之教材內容細目中有關電路學概念，經整理如表 2-5-2。各版本有關電路學概念單元之活動設計如下：一、南一版自然與生活科技教科書----設計教學時間 25 節課 1、第四冊(四下)第一單元「電路 DIY」----設計 15 節課本單元分為 4 個活動，依照教師手冊設計共 15 節課，分別是活動 1：「燈泡的連接和發光」設計 4 節課；活動 2：「電池的探討」設計 4 節課；活動 3：「導版本年級

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電和不能到電的物質」設計 3 節課；活動 4：「元宵燈籠」設計 4 節課。 2、第八冊(六下)第二單元「奇妙的電磁世界」----設計 10 節課本單元分為 4 個活動，依照教師手冊設計 13 節課，分別是活動 1：「為什麼指北針的指針會招向南北方」設計 3 節課；活動 2：「通電的導線具有磁性」設計 5 節課；活動 3：「怎樣製作磁性較強的電磁鐵」設計 3 節課；活動 4：「電磁鐵妙用多」設計 2 節課。本單元教師手冊共設計 13 節課，但其中活動 1：「為什麼指北針的指針會招向南北方」與電路學概念並無相關。二、康軒版自然與生活科技教科書----設計教學時間 21~24 節課 1、第四冊(四下)第四單元「通電玩具」----設計 12~14 節課本單元分為 2 個活動，依照教師手冊設計 12~14 節課，分別是活動 1：「燈泡亮了」設計 7~8 節課；活動 2：「會動的玩具」設計 5~6 節課。 2、第七冊(六上)第四單元「電磁作用」----設計 9~10 節課本單元分為 3 個活動，依照教師手冊設計 12~13 節課，分別是活動 1：「指北針和地磁」設計 3 節課；活動 2：「電磁鐵」設計 7~8 節課；活動 3：「電磁鐵的用處」設計 3 節課。但其中活動 1 與電路學概念並無相關。三、翰林版自然與生活科技教科書----設計教學時間 37~39 節課 1、第三冊(四上)第五單元「燈泡亮了」----設計 11 節課本單元分為 3 個活動，依照教學指引設計共 11 節課，分別是活動 1：「使小燈泡亮起來」設計 4 節課；活動 2：「使小燈泡更亮」設計 3 節課；活動 3：「簡易開關」設計 4 節課。 2、第三冊(四上)第六單元「生活中的電池」----設計 10 節課