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

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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：張嘉麟博士

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

研究生：陳勇昌

中華民國 97 年 7 月

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摘要

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。結果發現研究對象對於色光普遍存有另有概念，研究者將其歸納為五種類型：（1）光之混色；（2）色光三原色；（3）光與玻璃紙交互作用；（4）波長；（5）白光，其中「光與玻璃紙交互作用」占 25％，為五種類型中最高的，在「前預測」的活動中，受試者的另有概念占 85％，在「再預測」的活動中，另有概念則降為 52％。當受試者面臨概念衝突時，會先以既有的色光概念來解釋，但是，隨著 POE 活動的進行，他們的概念有逐漸改變的趨勢。在概念改變的歷程中，產生「增加」為最多、「弱修正」次之、「強修正」最少，顯示色光 POE 活動能促使受試者產生概念改變。關鍵詞：POE 策略、色光、另有概念、概念改變

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Study of pre-service elementary science teachers’ concepts of colored light and the processes of conceptual change by using the POE

strategies Abstract

The purpose of this research was to investigate 25 pre-service elementary science teachers’ concepts of colored light and the processes of conceptual change by using the Predict-Observe-Explain (POE) strategies. The POE activities were designed based on experiments in which white light was passed through colored cellophane, dispersed by a prism, and then projected on a screen. Six colors (i.e., red, orange, yellow, green, blue, and violet) of cellophane were used in six POE activities, respectively. The pre-service elementary science teachers were asked to predict, re-predict, observe, and explain for the phenomena presented by the POE activities. Empirical data were collected by activity sheets and interviews and were organized and analyzed by the researcher. The primary findings of this research are as follows. The subjects generally possessed alternative concepts of colored light which could be classified into five categories: (1) Color mixing of light, (2) Three primary colors of light, (3) Interaction of light and cellophane, (4) Wavelength, and (5) White light. Among the five categories, “Interaction of light and cellophane” had the highest percentage, 25%. In the “prediction” activity, the alternative concepts of subjects were 85%, whereas it was reduced to 52% in the “re-prediction” activity. When the subjects faced the situation of conceptual confliction, they usually responded according to their prior concepts of colored light. However, they concepts changed gradually during the period of the POE activities, through the following processes, in descending order, addition, weak revision, and strong revision. This research indicated that the POE activities of colored light were potential to trigger conceptual changes of subjects.

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中文摘要……….……….…………...Ⅰ 英文摘要……….……….…..………...Ⅱ 目錄……….……….…………...Ⅲ 表次……….……….…………...,,,...Ⅴ 圖次……….……….…………...,,,... Ⅴ 第壹章緒論……….……….…………1 第一節研究背景與動機………..…1 第二節研究目的與研究問題……….………..…3 第三節研究範圍與限制….………..…4 第四節名詞解釋.………...………..…4 第貳章文獻探討………..…7 第一節 POE 策略………..………...7 第二節另有概念與概念改變....………13 第三節色光概念...……….………22 第參章研究方法………30 第一節研究發展與設計………..…30 第二節研究工具………33 第三節研究對象………39 第四節研究流程...………39 第五節資料蒐集與分析....………....………45

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第肆章結果與討論……….…...50 第一節職前教師於前預測階段之色光概念………...…..50 第二節職前教師於再預測階段之色光概念...……..……56 第三節職前教師概念改變歷程……...……….70 第四節綜合討論………...………90 第伍章結論與建議…..………...….95 第一節結論………...…………95 第二節建議……...……….……97 參考文獻………..………99 一、中文部分………99 二、外文部分………....………102 附錄一自然科職前教師色光概念前預測活動單 … … …… … …… 10 6 附錄二以 POE 策略探究自然科職前教師色光概念活動單………107 附錄三以 POE 策略探究自然科職前教師色光概念晤談記錄...….……109

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表目錄

表 2-2-1 各學者主張的概念改變模…………...………20 表 3-5-1 原始資料代號對照表.………...………..……….46 表 4-1-1 前預測階段受試者所持有之色光概念…………..………….……51 表 4-2-1 再預測階段受試者所持有之色光概念………..……….…57 表 4-3-1 概念改變類型統計表... ……….…90 表 4-4-1 前預測與再預測概念分析表 ……….…92 表 4-4-2 本研究與王玉龍和洪淑凌之比較表....………..….94

圖目錄

圖 2-2-1 根本與非根本概念改變圖示….………..………19 圖 2-2-2 概念改變模型示意圖…....………..…….………21 圖 2-2-3 概念改變的二分法觀點…...………....………..………. 22 圖 3-2-1 色光 POE 活動裝置…...………...………37 圖 3-2-2 色光 POE 活動裝置配置圖………...………..………38 圖 3-4-1 前預測及 POE 活動流程圖………….………42 圖 3-4-2 研究架構圖……...………...…44 圖 4-1-1 前預測另有概念與科學概念比例圖…...………..….56 圖 4-1-2 前預測另有概念類型次數比例圖…...……..………56 圖 4-2-1 再預測另有概念與科學概念比例圖………..…….………69 圖 4-2-2 再預測另有概念類型次數比例圖...………....………..………. 69 圖 4-3-1 色光概念改變的二分法觀………...………71 圖 4-4-1 前預測階段與再預測階段概念百分比圖..…...………..………91

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第壹章緒論

本章分成四節，第一節介紹研究背景與動機，第二節說明研究目的與研究問題，第三節為研究範圍與限制，第四節是名詞解釋。 第一節研究背景與動機 樹葉為什麼看起來是綠色的？在國立台中自然科學博物館的科學中心四樓展覽區中，提供了這樣的說明：「因為綠色的樹葉吸收各種色光唯獨反射綠光，所以樹葉看起來是綠色的。」在南一版自然與生活科技第三冊色光單元裡面也寫到：「綠色物體吸收大部分的色光，僅將綠色光反射，所以呈現綠色。」及「用紅（藍）玻璃紙將日光燈管包起來，紅（藍）玻璃紙吸收其他色光，只讓紅（藍）光通過，因此產生紅（藍）色光線。」以上三段的敘述，目的皆在說明物體為什麼會呈現顏色，且都是以單色光的概念來解釋。雖然這樣的解釋很容易理解，然而，大部分的物體並無法將其它色光吸收，而只反射或散射單色光，所以上述的說明過於簡化物體呈色的原理，可能會造成參觀者或學生產生另有概念。事實上，大部分物體的顏色是可見光加以混色的結果，例如某些綠色樹葉主要的吸收帶位於紅光和紫光，但其它未被吸收的色光，混合在一起並進入我們的眼睛，即可讓我們的視覺系統產生綠色的感覺。另外，白光透過有顏色的玻璃紙，其產生之色光通常也是混色光（李易軒等，2005；楊婷，2005）。因此，本研究以白光通過有色玻璃紙，再經三稜鏡的分光，來展示混色光的特性，並設計預測-觀察-解釋（Predict-Observe-Explain, POE）的活動，研究國小職前科學教師對色光持有的另有概念，以及他們在活動中的概念改變歷程。學生在接受教育之前，便會用自己的經驗和特殊的想法來解釋日常生活中遇到的事情，因此會產生一些想法與科學家所認定的概念不同，於是

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造成學習上的衝突與障礙。許多探討學生學習的研究指出，學生在學習科學的時候，常常不是以學校所學習到的概念去解釋自然界的現象；所以，教師應瞭解學生的另有概念，並營造能促使學生發生概念改變的教學環境，使學生能產生概念改變的學習，進而建構與科學概念相符的知識（郭重吉，1988；陳均伊，2004）。教師若能在教學前了解學生的另有概念或迷思概念，便能設計適切的教學活動，以達成教學的目標。蘇育任（1999）曾指出，學童的迷思概念有一部份是來自老師不適當的教學所引起的，身為一個教師，如果本身的學科知識不足，甚至具有迷思概念，當然在傳授知識的過程中，就有可能產生錯誤，而使得學生產生迷思概念。對於學生產生迷思概念的可能原因，有文獻指出學生對教材與教師解釋發生誤解是其中一個可能的原因，因此，瞭解職前教師本身持有的另有概念和迷思概念，對於教師職前教育的改進是很重要的（Wandersee, Mintze & Novak, 1994；蘇育任，1999）。

POE 策略是由美國 Pittsburgh 大學 Champagne、Klopfer 和 Anderson 於 1980 年於所設計發展的 DOE （Demonstrate-Observe-Explain）概念晤談教學策略的研究工具改良而來。在許多 POE 的活動中，學生經常以日常生活的經驗去支持他們的理由，或者應用與科學原理相異的觀念去解釋自然現象，因此運用 POE 策略能有效的鼓勵學生應用自己的原有的知識進行推理及解釋，也能探測出在真實情境中學生運用其原有概念及認知結構的情形（許良榮，2005）。國內外學者在近二十年已有上百篇與 POE 相關的研究文獻，各項實徵性研究的樣本範圍涵括幼稚園到大學生，研究的層面涉及課程、教學、評量、概念診斷、師資培育等各個向度，同時 POE 教學設計也尋求與資訊科技的結合，不僅符合時代的需求也能協助更多的學生運用 POE 策略進行更有意義的學習（許良榮，2005）。White ＆Gunstone（1992）指出，在各級學校中，POE 是探究學生概念的良好工具，它讓學生有更多的機會去建構

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自己的想法與理解。同時 POE 也是一項有效的教學策略，多數的教師與學生對 POE 策略持正面的看法，他們認為 POE 是有趣而生活化的學習活動，除了可以引發學生的好奇心及學習興趣外，也讓學生有主動反思並釐清自己概念的機會，進而開啟概念改變的契機（Liew ＆ Treagust 1995）。國內針對色光概念及其概念改變的研究並不多見，其對象多以國小學生為主，對於職前教師部分甚少。職前教師往後踏入職場，將是學生知識的來源之一，若教師在色光概念上存有另有概念，而未將明確的色光概念教導給學生，那學生所學習到的色光概念，也會有另有概念的產生，因此瞭解職前教師的色光概念是相當重要的一件事。王玉龍（2006）與洪淑淩（2007）分別針對國小學生及國小自然科教師進行色光概念及概念改變研究，方法皆以 POE 活動為主軸，基於上述研究動機，本研究參考兩位研究者的研究方法，以 POE 策略研究國小職前科學教師的色光概念及其概念改變歷程。 第二節研究目的與研究問題 一、研究目的根據上述的研究動機，本研究的目的為運用 POE 策略，自行設計一組色光 POE 活動，以利職前教師進行前預測、再預測和觀察活動，再由職前教師針對活動中預測與觀察的異同提出解釋；研究者嘗試從職前教師六組色光活動晤談之質性資料中，整理分析職前教師色光的概念及概念改變的歷程。

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二、研究問題根據上述研究目的，本研究欲探究下列問題：（一）國小職前科學教師在「前預測」活動中，色光的科學概念及另有概念為何？（二）國小職前科學教師在「再預測」活動中，色光的科學概念及另有概念為何？（三）國小職前科學教師在色光 POE 活動中，概念改變的歷程為何？ 第三節研究範圍與限制 本研究之範圍與限制如下：一、本研究的樣本為中部某大學主修自然科學教育之二、三年級學生，他們都具有職前教師的資格，研究範圍有限，研究結果不宜過度推論。二、本研究之結果僅適用於研究對象在本研究設計範圍內的解釋。三、本研究之研究內容是以色光概念及其概念改變為範圍，研究結果不宜推論職前教師對其他光學的概念。 第四節名詞解釋 以下針對本研究的相關名詞加以闡述：一、Predict-Observe-Explain （POE）策略

POE 策略是指在活動過程中採用 Predict（預測）、Observe（觀察）、和 Explain（解釋）三個步驟，是用於確認學生知識和科學概念理解的一個技術。首先學生先預測某件事情的結果，並說明他們預測的理由；接著學生描述他們所看到的現象；最後學生必須協調（reconcile）介於預測與觀察之間的衝突（White ＆ Gunstone, 1992）並提出解釋。

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二、色光本研究中所指之色光，為白光經過三稜鏡產生色散作用後呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等可見光，亦即波長約為 700 nm（紅色感）到 400 nm（紫色感）的電磁波。顏色並非光本身的特性，而是該頻率的光與視神經及大腦共同形成的感覺，因靛色與藍色在視覺上的效果接近，區辨不易，故本研究探究職前教師對於紅、橙、黃、綠、藍、紫六種色光呈現的概念。三、概念改變歷程概念改變歷程是指學生在學習概念的過程中，修正先前概念的變化情形。概念改變有兩個向度：知識以舊有概念架構可以相容或相似的方式建構，稱為「弱修正」，類似 Piaget 的「同化或調適」（Carey, 1985）。本研究採取「弱修正」與「強修正」二分法觀點，是職前教師在 POE 活動歷程中，「再預測」的答案與「前預測」不同，或是改變解釋的理由，稱為概念改變歷程。四、另有概念（alternative conception）本研究所指之「另有概念」乃根據建構主義的觀點，是指學生藉由日常生活經驗、學校學習或其他途徑，對於自然現象或某種科學概念所產生的認知。五、國小職前科學教師根據教師法第四條至第六條規定，將職前教師定義為目前尚未實習及考取教師證之師範學院大學部的學生。本研究的國小職前科學教師為在師資培育機構修習自然科學教育的大學部學生，並已完成教育學程之課程者。

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六、「前預測」與「再預測」本研究在給受試者進行正式的 POE 活動前（尚未觀察活動裝置），會讓受試者先進行第一次的預測（填寫前預測活動單），其目的是為了要瞭解職前教師之色光先前概念為何，在完成前預測活動單之後，研究者介紹活動裝置的使用方法，並讓受試者進行設備觀察，讓受試者瞭解本活動的流程並確認色光光譜是否清楚（六個色光光譜是否都能清楚看到），之後，再進行 POE 活動。為了與 POE 活動中的預測有所區別，因此給予「前預測」之名稱，而在 POE 活動中的預測，研究者稱之為「再預測」。

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第貳章文獻探討

本章共分為三節，第一節探討 POE 策略；第二節說明另有概念及概念改變的相關理論；第三節介紹色光概念。 第一節 POE 策略 一、POE 的意義 POE 是 Predict-Observe-Explain 的簡稱，是讓學生進行預測-觀察-解釋三個活動，用以探測學生概念認知情形的一種教學策略。進行 POE 活動時，事先由教師設計並提供某個情境給學生，請學生預測該情境的結果，並確認他們預測的理由，隨後進行實驗操作讓學生進行觀察，之後學生描述他們所看到的現象並寫下觀察的結果，最後，請學生對其所預測和觀察之間的不一致提出解釋，也就是讓學生協調（reconcile）介於預測與觀察之間的衝突（White & Gunstone, 1992）。

二、POE 策略的起源

POE 策略是由美國 Pittsburgh 大學 Champagne、Klopfer 和 Anderson 於 1980 年於所發展的 DOE （Demonstrate-Observe-Explain）策略改良而來。DOE 概念晤談教學策略先是對學生實施紙筆測驗，然後由教師示範實驗活動讓學生觀察，最後，學生需回答測驗的問題並提出說明，當時有些 DOE 的問題情境會要求學生在觀察該實驗活動之前，先對其實驗結果進行預測。後來，White 和 Gunstone （1992）發現讓學生進行預測的活動，其預測的理由能呈現學生原本的認知架構，同時又能提高學生的學習興趣，所以認為預測對於瞭解學生概念及提升教學成效相當的重要，因此將 DOE 策略設計改良成 POE 教學策略，以期能提高教學效益。

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雖然部分的 DOE 策略在進行示範實驗時，會要求學生在觀察之前進行預測，這與 White 和 Gunstone （1992）所提出的 POE 策略有相似之處，但是在 DOE 策略中並不強調預測的部分，其重點是放在教師實驗示範與學生的解釋上；而 POE 策略則是強調預測階段的重要性，且更加重視預測-觀察-解釋的歷程中，學生觀察後提出的解釋。POE 最重要的關鍵就是讓學生決定出最後的理由，在許多活動的經驗中，學生經常用日常經驗去支持他們的理由，或者應用跟科學家相異的觀念去解釋現象，這說明了 POE 比一般的策略更能夠探測學生用來解釋現象的信念（White & Gunstone, 1992）。

三、POE 的實施

White 和 Gunstone （1992）提出的 POE 策略，可運用於探究學生的概念，其實施主要有以下三個步驟：（一）預測：學生在事件還未發生前，依據自己原有的知識或想法去預測該事件的結果，其預測必須要有理由支持，才能提出。（二）觀察：在事件完成後，學生具體描述他們所看到的現象或結果。（三）解釋：學生之預測與實際觀察結果產生矛盾時，請學生提出此現象之解釋，調和介於預測與觀察之間的任何衝突。剛開始進行活動的時候，要確定所有的學生都知道他們要進行預測的活動，這時可以允許學生詢問各種問題，使他們在預測活動前能充分瞭解狀況。接下來非常重要的是，讓學生指出他們對事件的預測及支持其預測的理由，這可以利用一張準備好的活動單進行，亦可採用開放的形式（讓學生以自己的話語自由發揮），在開始觀察之前，務必要讓學生完成這些工作。有兩個理由可以說明為何學生要在觀察之前完成此工作（White & Gunstone, 1992）：

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（一）每位學生都要表明自己是採用何種適當的立場，並加以運用。（二）每位學生都不會錯失對事件的觀察（因為學生仍處於在思考或書寫的狀態中）。當活動進行時，要求學生將觀察到的現象寫下。根據經驗，相同的活動，不同學生的觀察未必相同，如果沒有請學生寫下他們所觀察到的結果，學生很有可能會因為其他人的看法而改變自己觀察的結果。最後的步驟是要學生協調在預測與觀察之間產生的差異，對於學生而言這很困難，所以教師必須適時的鼓勵學生思考各種的可能性。鼓勵是相當重要的，此時學生的提供的解釋通常都透露許多他們理解的情形。Russell （1999）認為，在這種模式之下，老師扮演的角色不是領導者，而是指引學生讓學習變成一個主要事件。四、POE 的原則在選擇合適的事例來實施 POE 時，基本上要考量下列幾點原則（White & Gunstone, 1992）：（一）要提供學生一個可以做預測，且可以基於個人理解進行推理的情境或實驗，若純粹僅是猜測，則毫無價值可言。（二）要提供學生一個真實的情境與問題，這樣才有助於 POE 的效果；否則至少要提供學生一些支援的解說或線索。（三）要讓學生的觀察是直接並且可行的，並且所觀察的實驗結果是清晰可見的。（四）可以選擇勾選的方式，提供學生幾種可能的情況作預測，或者採用開放式的反應模式，讓學生自己表達想法。

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五、POE 的優點

POE 策略要求學生根據自己原有的科學知識，對一個科學現象進行預測，然後觀察實驗的進行，再對所觀察到的現象或是結果提出適當的解釋。過程中，當學生發現原有的認知與科學現象不一致時，便有機會重新調適與組織，形成新的知識體系，進而產生概念改變。因此，POE 策略具備下列優點（White & Gunstone, 1992）：

（一）聚焦於特定的概念，可用來探究單一知識的本質。（二）可以察覺學生本身既有的概念與信念。（三）可以瞭解學生面對現象與概念之間關係的認知。（四）可以顯現學生面對認知衝突時，如何去調適。研究者發現國內外對於 POE 的研究不少，研究的對象從幼稚園的學童到職前教師都有，研究的層面也遍及課程、教學、評量、概念診斷、師資培育等向度。大部分的研究者對 POE 教學策略皆持以正向的評價（葉辰楨，2000； Palmer, 1995）。許多研究也建議 POE 策略除了有助於概念改變外，在概念教學的歷程中，POE 策略對於學生的學習成效也是有幫助的（葉辰楨，2000；邱彥文，2000；蔣盈姿，2004；陳志偉，2004；王玉龍， 2006 ；Fekete, 1997；Bullock, 1999； Rusell, 1999）。學生認為 POE 課程設計是有趣且與生活貼近的（Searle & Gunstone, 1990； White & Gunstone, 1992；Palmer, 1995； Liew & Treagust, 1998）。

六、POE 的相關研究（一）應用 POE 進行研究的學科概念 POE 已被廣泛應用於各種科學主題的概念研究，例如 Searle 和 Gustone （1990）針對七位大學生，運用 POE 策略設計教學活動，探究大學生電學的另有概念及概念改變。研究結果顯示，學生要持續進行概念改變是困難的，但受訪談的學生都強調這樣的課程是與生活相關且有趣的。

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王淑琴與郭重吉（1994）運用紙筆測驗與 DOE 示範實驗等方法，探究大學生在電學方面的另有架構，並依據學生在紙筆測驗和 DOE 晤談中呈現的概念，歸納出多數學生對電學所持有的另有架構。李家銘（2001）針對六名國中低成就學生以 POE 教學活動，探究其電學概念發展，藉由 POE 教學活動的實驗操作與現象的觀察，來加強低成就學生的科學學習。研究結果顯示，個案學生在 POE 的教學情境下，電學概念的學習有明顯的進步。廖仁宏（1996）以 DOE 晤談與紙筆測驗探究國中生在浮力方面的另有架構。陳志偉（2004）則以 POE 策略探究 34 位國小四年級學生浮力概念的學習歷程，研究發現學生在浮力相關概念的學習上，有正向的改變，而且在過程技能、科學本質、科學態度、思考智能、科學應用與合作學習等方面，皆有良好的學習成效。陳淮璋（2002）針對國小五年級學童，利用問卷調查和 POE 晤談，探究國小學生水溶液方面的認知情形、迷思概念及其來源。張宗義（2003）以 POE 為教學模式，探究國小四年級學生水溶液概念的改變情況，研究顯示學生在解釋現象時，會受到先備知識和外觀的影響，同時發現 POE 教學有助於學生水溶液概念的學習，其概念改變的類型可區分成四類：1.一連串的改變。2.完全改變。3.增加性的改變。4.雙重建構。許良榮和劉政華（2004）對小六、國二及高二學生進行 POE 及事例晤談，探討他們的溶解概念之形成與發展。研究結果發現，學生傾向以「油」判斷物質是否溶於水，而且年級越高，「學校經驗」之影響越趨明顯。在太白粉項目，學生傾向以「生活經驗」進行判斷，「學校經驗」次之。在迷思概念形成方面，學生有過度推論「油、密度與溶解的關係」以及「所有酸溶於水」的傾向。 Liew 和 Treagust （1995）應用一系列 POE 教學策略，進行「熱」及「液體膨脹」的主題教學，藉以探究 POE 教學策略對於 11 年級學生概念學習的影響。研究發現學生對於先前的認知架構較難以改變，故建議教師在教學時，可運用 POE 策略搭配合適的課程進行教學。另外，陳雅麗（2003）

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以 POE 策略探究國小五年級學生在熱學方面的迷思概念及概念改變歷程。蔣盈姿（2004）針對小六、國二及高一學生，以 POE 策略探究學生對物質的「可燃性」持有之另有概念。研究結果發現，學生確實對物質可燃性持有些許的另有概念，並且年級越高的學生，其物質可燃性概念受「學校經驗」影響有越明顯的傾向，此點發現與許良榮和劉政華（2004）的研究結果類似。黃雪錚（2004）針對 70 名小二、小四和小六學童，利用 POE 策略探究國小學童對毛細現象持有的概念。研究發現學童對於毛細現象存有多樣而不一致的想法，且不同年級學童的概念也有其差異性；部分學童在 POE 活動後，會出現概念改變的情形。 POE 也被應用於色光概念的研究，例如王玉龍（2006）以 POE 策略晤談 30 位國小六年級學生，探究其色光概念及概念改變的歷程。研究發現，小六學生對於色光普遍存有另有概念，並且對色光存有多樣而不一致的想法，60%的學生在 POE 活動之後，出現概念改變的情形。洪淑淩（2007）針對 16 位國小自然科教師，以 POE 策略探究其色光概念及概念改變歷程，研究後歸納出七種另有概念的類型，同時亦發現 79%的受試教師，持有色光的另有概念。（二）POE 策略運用於多媒體教學和研究 Fekete 和 Walker （1997）利用自行建構的熱力學網路教學資料庫，結合 POE 活動的一些演示實驗，對大學生實施互動式教學，分析比較實驗組與對照組學生的學習動機，以及學生對於概念的理解差異。Rusell （1999）以 POE 教學策略結合電腦的實驗課，協助高中學生建構知識，並且促進學生進行有意義的學習。Kearney 等人（2001）針對 10 和 11 年級的學生，將 POE 教學設計納入多媒體教學資料庫，並讓學生進行力與運動概念的學習，藉此瞭解教師和學生對於電腦化 POE 活動的看法。

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（三）POE 應用在不同年齡層的研究 Palmer （1995）讓六十位受過相關課程訓練的職前教師，到小學實際實施 POE 活動（形成性評量），並且從學生所給的回饋去評估 POE 技術。研究結果顯示，職前教師認為 POE 適用於小學科學課程，並給予正向的評價，但在某些特定的科學主題上，則發現教師很難去設計合適的 POE 活動內容。綜合以上的文獻可知，POE 策略對於探究學習者概念與概念改變，應是一種有效的方法，本研究欲探究職前教師色光概念及其概念改變的歷程，而 POE 策略符合本研究之目的，故研究者採用之，以作為本研究主要的研究方法。 第二節另有概念及概念改變 一、另有概念的特徵學習者在學習概念的過程中，常會經由日常生活和先前的經驗來學習和意義化新概念。在教師正式教學之前，學生已經自行形成某些概念，並可能以此來解釋學習到的新內容。然而，學生自行建構的概念，常常與教科書、教師或是科學家所認定的意義不同，科學教育研究者將這些學習者所持有而不同於專家知識的概念，稱之為迷思概念或是迷失概念（misconceptions）。「迷思概念」一詞廣為發展科學診斷測驗的學者所使用（Haslam & Treagust, 1987; Peterson, Treagust & Garnett, 1989; Odom & Barrow, 1995; Tan et al., 2002），但「迷思」兩字對於學習者而言，有些許貶抑的意味，因此有些學者傾向以「另有概念」稱之，此詞既可彰顯建構主義的寓意，並可尊重持有這些想法的學習者。Abimbola （1988）認為「另有架構」、「另有概念」是較常被使用的術語，並且是用來描述學習者「自創」概念以解釋自然現象之較佳術語。

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張川木（1985）綜合許多學者的想法，歸納出另有概念所具備的特徵包括：(一)另有概念普遍存在於所有的自然科學裡、（二）另有概念存在於不同國度的學生及年齡層中、（三）另有概念的來源常與日常生活經驗相符合、（四）傳統教學法不易改變另有概念。Mintzes、Wandersee 和 Novak （1998）則將另有概念和概念理解的特徵歸納成以下八點：（一）學習者在科學概念的學習上，一開始並非像白板一樣，而是會帶著許多對於自然事物的想法來學習，這些想法常常和自然科教師或教科書有所差異。（二）許多的另有概念和年齡、能力、性別、文化等層面有強烈的相關性存在。這些另有概念在科學課程中包含了生物、化學、物理、地球與太空科技等，它們都有其特性，通常在個別的日常生活上都具有其實用的功能性。（三）這些想法通常不易被傳統的教學策略所改變，因為它們經常是頑固的，並且具有抵抗改變的特性。（四）另有概念從多樣的個人經驗中產生，包括直接觀察、同儕文化、日常生活用語及其他大量的媒體等。（五）教師也常有和學生具有相同的另有概念。（六）一位成功的科學學習者，常擁有一個強力的階層性的、一致的相關概念架構，並能用較深入和更有原則性的模式來表徵他們的概念。（七）理解和概念改變，是學習者自覺地建構意義認識性的成果；透過有次序的認知事件，他們可以重建已存有的知識架構，所以，建構意義是一名成功學習者所必須的。（八）聚焦在理解與概念改變的教學策略，是有效的教學工具。本研究之對象為職前教師，他們具有雙重的身份，在學校為學習者，畢業之後到職場上，身分變成教師。根據上述的研究顯示，無論是學習者

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或教師皆可能持有另有概念，而教師亦可能將這些另有概念傳達給學生。如能在教師還在校學習時，瞭解其另有概念為何，再透過教學使其另有概念轉變成符合科學家所認知的科學概念，將有助於提昇他們的教學品質，這也是本研究目的之一。二、另有概念可能的來源另有概念起源於不同的個人經驗，是學生依其先存之經驗和知識主動建構意義的產物，然而學生的知識和經驗相對於科學家而言是較為貧乏的，故其所產生的另有概念大多起自個人所得之有限資料的結論（楊坤原、張賴妙理，2004）。Shepardson 和 Moje （1994）根據多位學者的研究提出以下的想法：（一）學生會將科學現象的另有概念帶入科學課室中、（二）學生對於科學現象的解釋，能自行建構各種不同的另有概念或是不同的理解想法、（三）教學很難改變學生的另有概念。陳均伊、張惠博與郭重吉（2004）綜合歸納多位學者的研究指出，另有概念的來源有以下四點：（一）日常生活的經驗與觀察：學生在進入學校之前，透過對於事物的觀察或實際的操作，而產生另有概念。科學教師可以預期學生會有存有那些另有概念，但很難防止學生建構此類的另有概念，唯有深入的瞭解學生日常生活中易獲得的另有概念，再配合合適的教學活動，學生的另有概念才可能減少。（二）類比造成的混淆：科學教育中常使用類比來解釋抽象的概念及無法直接觀察的現象，並藉此將新概念的學習與學生現存的知識做連結。類比的使用在教學上應有所限制，並且要對學生闡明及強調適用的範圍，以避免學生產生另有概念。（三）生活用語或隱喻的使用：來自於隱喻的另有概念是不容易避免的，在日常生活的用語中，例如：光線的「線」，易使學生聯想到一條一

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條筆直、纖細的物體，以致認為光是以此種形式前進或傳播。（四）同儕與社會文化：學生的知識建構歷程，除了受到個人經驗或是感受等影響之外，人際的互動及社會文化亦是影響的來源，若其另有概念受到同儕或他人肯定，則易加強學生所持有另有概念的信心，而民俗傳說或神話也容易導致學生產生另有概念。綜合上述所言，學習者的另有概念來源具有多樣性，除了學習者本身的因素外，學校因素、家庭因素或是社會背景因素皆有可能，教師在教學時，若能先瞭解學習者本身另有概念的來源，據此設計適當的教學活動，將有助於學習者的學習。本研究以 POE 的方式來探討職前教師的色光概念，除了探究其色光的另有概念外，也試著探尋這些另有概念的可能來源為何。三、概念改變的意涵科學史家孔恩（T. Kuhn）在 1962 年發表的《科學革命的結構》（Structure of Scientific Revolutions）一書，讓革命性的概念改變受到重視（邱美虹， 2000）。Piaget 認為當學習者在學習遇到困難時，會先將新經驗或新知識納入已經存在於自己的認知結構中，稱之為同化（assimilatiom）；而如果認知結構不能同化新的經驗或新的知識，學習者為了符合環境的要求，會主動修改其既有的認知結構，從而達到目的的一種心理歷程，稱之為調適（accommodation）（張春興，2003）。Posner、Strike、Hewson 和 Gertzog （1982）認為概念改變需符合以下四點條件，再透過調適才能使概念重組以達到概念改變的目的（引自邱美虹，2000）：（一）學習者必須對現有概念感到不滿意（dissatisfaction）：人們除非感受到自己的概念不具功能性，否則是不會輕易改變他們所用以思考的概念。換言之，當同化仍然合理時，人們是不會進行調適的。

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（二）新的概念必須是可以理解的（intelligible）：新的概念必須是可以理解的，個體才可能進行概念改變。（三）新的概念必須是合理的（plausible）：雖然新的概念未必一定為真，但它至少必須具有成真的可能性。（四）新的概念必須是豐富的（fruitful）：它不僅有可能解決現有的問題，而且也應該提供未來探索的途徑及作為產生思考的工具。 Roth（1991，引自邱美虹，1994）亦提出與 Posner 等人相似的看法，他認為學生必須明瞭他們個人的理論與實驗證據相比是不足夠的（inadequate）、是不完整的（incomplete）、或是不一致的（inconsistent）；反之科學性的解釋可作為一個更具說服力且合理的取代物，那麼概念改變才有可能發生。 Hewson 和 Hewson（1992）提出的概念改變模式指出，學習者概念要達到改變的情形必須要有符合特定的條件才會發生，學習者的個人概念狀態可提供影響概念改變之發生、賦予意義的情境。而概念狀態包括個人現有的概念和信念，以及它們之間多重的相關性。Hewson 和 Hewson（1992）認為「改變」並非完全清除或消除了學習者的概念，其原因有以下幾點：（一）學生的既有概念，在日常生活的大多數情境是有價值的。（二）學生並不熟悉大多數成年人或各領域專家所擁有的概念。（三）研究顯示舊概念不可能完全被消除，經常與新概念共存。四、概念改變的理論 Chi（1992）從本體論（ontology）的角度來分析概念結構，將所有的實體分成物質（matter）、事件（event）與心智（mental）三個基本類別。所謂的物質是指含有特定屬性（attributes）的東西，如固體、有生命的東西等；所謂的過程，是指事件的發生，可能有序列性、因果關係、也可能是機率問題，但它能反映出自己特定的屬性；而情意的部分，如情緒或傾

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向則稱為心智。Chi認為概念改變應分為以下兩種類別：

（一）本體類別內的概念改變（within ontological conceptual change，或簡稱概念改變）：它是以物質與事件來進行比較，是指同一類別內的概念歸屬改變，此種概念改變情形，大多是由於缺乏知識或練習所引起的，可視為信念修正（belief revision）。

（二）跨越本體類別間的概念改變（across ontological conceptual change）或稱為根本的概念改變（radical conceptual change）：三個基本類別本質上是互相獨立的，若要產生概念改變必須各類別間互相轉移，這種跨類別的轉移亦可稱為根本的概念改變。類別內與類別間概念改變的過程並不相同，邱美虹（2000）根據 Chi （1992）的闡釋圖來加以說明兩個改變之間的關係（圖 2-2-1）。類別內的概念改變（如 a、b），其概念本身並不改變其原來的基本意義，改變的只是樹狀脈絡中節點的位置，節點的形狀並不會改變。這樣的轉變可視為概念遷徙或重組，發生的原因為概念的屬性增加或特定屬性更為明顯所致。對根本的概念改變而言，在兩樹之間表面上雖然有對應性存在，但是兩樹間的節點本身已改變了意義（如 o、c），兩樹間的節點實無同構對應關係存在。根本的概念改變是概念從原先的指定類別轉移到另一個新的指定類別，這種改變的結果，其機制和結果與類別內之概念改變不同（引自邱美虹，2000）。

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Harrison、Grayson 和 Treagust （1999）綜合過去的研究，總結出至少兩種的概念改變層級：分別為簡單和困難的兩種，並將較為著名的概念改變模型分類如表 2-2-1：根本的概念改變

x

_x

x

_x

o

a

b

概念改變 1 概念改變 2

c

圖 2-2-1 根本與非根本概念改變圖示（引自邱美虹，2000）

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表 2-2-1 各學者主張的概念改變模型學者資訊的增加簡單的概念改變困難的概念改變 Kuhn 常態科學科學革命 Lakatos 軟核（較一般、周邊的概念）的改變硬核（較核心的概念）的改變 Posner, Strike 同化調適 Hewson 概念捕獲概念交換 Carey 簡單的增加微弱重構強烈重構 Vosniadou 簡單的增加微弱重構根本性重構 Chi, Slotta, Leeuw 隱含的增加（指資訊的增加）分枝跳躍（部分性，即新分類）樹的交換（根本性指本體的改變） Gitomer & Landan 增大式或演化式的新概念發展 Thagard 從增加例子、繼續改變到樹的轉變共區分成九個階層　　　（引自 Harrison, Grayson & Treagust, 1999）

Hashwe 在 1986 年提出概念改變模型，認為概念改變模型包含如圖 2-2-2 所示，他認為在概念的世界包括另有概念及正統的科學概念，C1 表示為學習者的另有概念，C2 為學習者正統的科學概念，而 R1、R2、R3 和 R4 則表示學真實世界的一些事件。在概念改變的教學中，會發現學習者所擁有的另有概念雖然能夠成功的解釋 R1，但卻無法合理解釋 R2 事件，而造成 C1 與 R2 之間的衝突，稱之為衝突 1。傳統教學引入科學概念 C2，經由 C2 的學習可以解決衝突 1，而且發現 C2 亦能合理解釋事件 R2，因此學習者接受 C2 這個概念，但是，亦有發現有部分的學習者不願意接受 C2 這個概念，因為他們認為 C1 能解釋 R1 已經足夠，他們並沒有發現

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C2 能同時解決 R1 和 R2 的事實，因此產生衝突 2。在教學上應同時解決這些衝突，才能使概念改變發生。所以教學上首先應讓學習者知道 C1 能成功解釋 R1，卻無法解釋 R2 的原因。此外，衝突 2 的產生是因為學習者認為 C1 和 C2 都能成功的解釋 R1，只要接受 C1 就已足夠，不必多此一舉去接受 C2。因此教學上必須提供 C2 除了能夠解釋 R1、R2 外，尚可解釋 R3、R4 等自然現象，而 C1 卻只能解釋 R1，所以 C1 可能是錯的或僅是一個特例，讓學習者接受 C2，以透過解決衝突 1 和衝突 2，進而達到概念改變之目的（吳慶軍，1999）。 Tyson 等人（1996）檢視相關的概念改變研究文獻，並加以分析歸納學者們對於概念改變的看法，認為最基本的概念改變階段，是發生在概念結構中知識簡單的增加，這種形式的概念改變被稱做是知識的調適，但是不涉及重建；另外，有一些概念結構上的改變，涉及到現有結構上的改變而不是簡單的修正（revision），這種概念改變就稱為修正，它比信念上的修正及概念上的調適改變的程度更大，學者將之分成「強修正」與「弱修正」。圖 2-2-3 以二分觀點來做解釋：衝突 1 衝突 2 另有概念C1 科學概念C2 事件 1 R1 事件 2 R2 事件 3 R3 事件 4 R4 概念世界真實世界圖 2-2-2 概念改變模型示意圖（引自吳慶軍，1999，P13）

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圖 2-2-3 概念改變的二分法觀點（修改自 Tyson, Venville, Harrison & Treagust,1996） Ponser 等人（1982）認為，只有在強的修正或是調適發生時，才可以稱為概念改變；但 Hewson ＆ Hewson（1983）則認為，很多概念改變的情形，都是適合在較弱的修正；Tyson 等人（1996）則主張，兩者都可以適用於概念改變的模式。 第三節色光概念 一、色光概念我們所看到的顏色與光線的波長有關，是光線受到視野中物體的色澤加以反射、吸收、或穿透所造成，而使我們的眼睛視覺產生看見不同顏色的感覺。任何一種感覺，均是由刺激所引起，視覺的刺激就是光（張春興， 2003；潘震澤等譯，2005）。因此，要瞭解色光概念必需了光的基本性質。 (一)光的本性什麼是光？光的本性是什麼？它由什麼組成？每一位研究光學現象的科學家都想知道，此問題也已經被討論了好幾個世紀。笛卡兒（R. Descartes, 1596-1650）用小球的運動來解釋光的折射和反射，傾向於「微粒說」，但他並不否認「波動說」，他認為光本質上是一種壓力，在完全彈性的、充滿一切空間的媒介（以太）中傳遞，就像水波一樣，不過傳遞的速度是無限大。而牛頓（I. Newton, 1642-1727）傾向於微粒說，他認為光可能是微粒流，這些微粒流從光源飛出，在真空或均勻介質中做慣性運認知結構改變強修正弱修正修正增加

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動。而大約在同一個時期，荷蘭科學家惠更斯（C. Huygens, 1629-1697）則認為光是一種「波動」，光的傳播方式與聲音類似，而不是微粒說所設想的像子彈或火箭那樣的運動。由於牛頓的權威和雙折射現象給惠更斯帶來困擾，在整個十八世紀幾乎所有的科學家都接受光的粒子說。直到十九世紀初，英國科學家楊（T. Young, 1773-1829）從雙狹縫實驗提出干涉原理、十九世紀末馬克斯威爾（J. C. Maxwell, 1831-1879）提出馬克斯威爾電磁方程式，並由赫茲（H. Hertz, 1857-1894）發現電磁波的證據後，波動說的主張受到重視，反而凌駕微粒說（郭亦玲、沈慧君，1996；關洪，2000）。之後，科學界確認了光具有雙重性質，換言之，光既是粒子，也是一種波動。而到底應屬於何種性質，端視其解釋情境而定（Rogers, 1977）。（二）彩色視覺（color vision）牛頓是第一位有系統地研究色光的科學家，他讓太陽光射入並穿透三稜鏡，結果顯示太陽光經折射後可以分散出紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫等七種色光，而原來分散的各種色光，經過第二個三稜鏡之後會還原成白光，形狀和原來一樣，在經過第三個三稜鏡之後，又會分解成七種色光。此為人類初步瞭解光與顏色的關係（郭亦玲、沈慧君，1996）。彩色視覺起始於活化錐細胞上的光色素，人的視網膜上有三種錐細胞，包含對紅、綠、或藍敏感的光色素。如其名稱所示，這些色素吸收不同波長的光線，也對這些光線的反應最佳。雖然每一種錐細胞對特定波長的光線反應最佳，但也會對其他波長反應。因此對任一波長的光線，三種的錐細胞都出現不同程度的興奮；例如對波長 531 奈米（nm）的光線，綠色的錐細胞反應最強，紅色次之，藍色的則完全不反應。我們對此顏色的感覺為綠色，取決於這三種錐細胞的相對輸出量，以及視覺系統高階層細胞對這些輸出的評比。

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彩色視覺的通路，是由某一類節細胞對一大段的波長都產生反應所引起；換言之，它們接受來自三種錐細胞的輸入，其傳送訊息並不是特定的顏色，而是一般的亮度。另一類的節細胞則負責特定的顏色，這一類細胞稱為反色細胞（opponent color cell），因為它們接受一種錐細胞的興奮輸入，同時也接受另一種錐細胞的抑制輸入。細胞接收藍光刺激時增加放電頻率，但換了紅光後便被抑制；同時該細胞對白光刺激的反應不強，因為白光同時包含藍光及紅光的波長。其他複雜的形式也存在。這些細胞的輸出在腦中視覺中樞的紀錄，有多重但不清楚的策略（潘鎮澤等譯，2005）。（三）光與顏色眼睛的組成包括光學及神經兩個部份，前者將視覺影像聚焦於接受器細胞，後者則將視覺影像轉變成漸進及動作電位的形式（Widmaier, Raff ＆ Strang, 2003）。眼睛的接收器只對所有電磁波中的ㄧ小部份敏感，該部分稱之為可見光。放射波的能量是以波長及頻率來表示；波長（wavelength）是指電磁波兩個相鄰波峰的距離，其長度變化可由光譜的ㄧ端長波無線電的幾公里，到伽瑪射線的另ㄧ端只有一奈米的幾分之ㄧ。而放射波的頻率（frequency），或是每秒中週期發生的數目，以赫茲（hertz）為單位，與波長成反比。能刺激眼睛接收器的波長稱為可見光譜（visible spectrum），波長約介於 400-700 nm 之間，位於此段光譜內不同波長的光線，就呈現不同的顏色的感覺經驗；而在 400 nm 以下與 700 nm 以上的光波，人類的眼睛是看不到的，例如紫外線和紅外線。顏色的感覺決定於光波的長短。由兩種或兩種以上不同的光波同時投射在網膜上時所引起的顏色感覺，即會產生一種混合效應，此種混合效應下所得到的色覺經驗，稱為顏色混合（color mixture）。顏色混合分為色光混合與顏料混合兩種，心理學上所研究者多為色光混合。兩種不同波長的色光同時作用於視網膜時所產生的色覺，稱為加色混合（additive color

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mixture），加色混合現象只會在色光混合的情形下產生，顏料或油漆混合時則不會產生此種現象。顏料或油漆混合時，其波長彼此吸收產生色調相減的效果，稱為減色混合（subtractive color mixture）（張春興，2003）。本研究欲探討職前教師的色光概念及其概念改變的歷程，基於上述光與顏色之原理，設計以白光通過六種顏色之玻璃紙，使之產生不同之六種色光，讓受試者進行 POE 活動，針對其對色光持有的概念進行探究，以期能瞭解職前教師在進入職場之前，對於色光有哪些不同的想法。二、有關光與色彩的研究有關光與色彩的另有概念研究種類甚多，例如：白光與色光之關係、白光與半透明或有色物體之交互作用、白光與顏料之關係、光的原色、白光與玻璃紙交互作用之關係等。研究者試著將其歸類成三個向度來加以探討，分別為：白光與色光之另有概念、白光與有色物體交互作用之另有概念、色光混合之另有概念。（一）白光與色光之另有概念許多學者研究發現，學習者認為「白光是純淨沒有顏色的，色光是白光加了顏色所混合而成，並且不認為白光是由各種色光所混合而成」（Anderson & Smith, 1983；Eaton, Anderson & Smith, 1983；王龍錫，1992；王龍錫、張靜儀，1995；張川木，1999；林宏一，1999；唐明，2001；江文雄，2003；蕭倍如，2004）。Feher 和 Rice（1992）指出， 8-13 歲的兒童認為「有顏色的光是暗的，他讓物體看起來更暗；白光比較亮，顏色光就是裡面夾有暗的東西」等想法。蕭倍如（2004）探討台中縣小學生的光學迷思概念，針對小五、國一、國三以及高二等四個年級，共計 837 位學生進行研究，結果發現學生認為「白光是一種單一顏色的光線，光本來沒有顏色」。王玉龍（2006）針對 30 位國小六年級學生的色光另有概念進行研究，結果發現學生認為「不同的色光有強弱之分，強色光會蓋過弱色光」；

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也有諸多的研究發現，有些學習者認為「光照到物體是顯示物體的顏色，顏色來自物體的本身，是物體的本質」（Anderson & Smith, 1983；王龍錫， 1992；張川木，1999；唐明，2001）。Feher 和 Rice（1992）的研究發現學習者認為「光的顏色會和物體的顏色互相混合，其產生的色光會把顏色給物體」。林宏一（1999）針對 7 位國小四年級學童的光與顏色概念進行研究，發現某些學童認為「物體的顏色是物體本身所具有的性質，不受光源顏色所影響」，這樣的結果與上述的研究有類似之處，可見「物體本身就有顏色」，是國內外學童普遍的想法。江文雄（2003）對國小高年級學生進行光迷思概念的研究，結果發現學童認為「色光進入有色物體，會將原來的白光染成與其同樣之顏色，並且會將原來的白光吸收，把該色光放出」，這也是國小學童對色光所持有的另有概念。白光除了與不透明固體會有交互作用之外，和半透明之物質也會有交互作用的產生，例如色光與玻璃紙。蕭倍如（2004）的研究發現學生認為「有色玻璃紙只允許該色光通過」，學生的另有概念有下列幾點： 1. 白色光照射紅色玻璃紙，可以觀察到屏幕上出現粉紅色光。 2. 白色光照射紅色玻璃紙時，屏幕沒有出現來自手電筒發出的白光。 3. 白色光照射紅色玻璃紙時，屏幕會出現來自手電筒所發出的白光。同時她也發現學童在「透過有色玻璃紙」這個概念裡也存有些許的另有概念： 1. 玻璃紙的顏色會蓋過蘋果的顏色。 2. 玻璃紙會透光，所以蘋果所發出的光會透過綠色玻璃紙。 3. 蘋果的顏色不會變，透過綠色玻璃紙仍會看見紅光。王玉龍（2006）的研究也發現學生對於白光與玻璃紙交互作用之間也存有一些另有概念，例如： 1. 光穿過玻璃紙只呈現玻璃紙的色光。 2. 白色燈光會和玻璃紙混合產生顏色。

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3. 色光通過玻璃紙速度的快慢導致呈色結果不同。 4. 玻璃紙顏色的亮度會影響色光呈現。 5. 學生以玻璃紙顏色的深淺預測色光呈現。洪淑淩（2007）針對國小自然科教師進行色光 POE 活動，研究發現受試者對於白光與玻璃紙交互作用之間也存有一些另有概念，例如： 1. 玻璃紙僅讓單一顏色通過，例如橙色玻璃紙只讓橙色光通過。 2. 玻璃紙吸收其他色光，讓同色的單一色光通過。 3. 玻璃紙過濾其他色光，讓同色的單一色光通過。 4. 玻璃紙阻檔其他色光，讓同色的單一色光通過。 5. 玻璃紙反射本身顏色的色光，例如黃色玻璃紙反射出黃光。 6. 玻璃紙反射其他色光，保留單一色光，例如紫色玻璃紙反射紫光，保留紅光。（二）色光混合之另有概念學童在日常生活和美勞課程中，容易學習到一些有關色料互相混合的經驗，但是進行色光混合觀察的機會甚少，因此學生往往可能利用有關色料混合的知識或常識，來解釋色光混合的問題（張川木，1999）。諸多的研究發現，有些學習者認為「光的混合是受到顏料混合的影響，顏色雖然不是光，但是可以加入光中，光的原色是純淨的白色光」（Anderson & Smith, 1983；王龍錫，1992）。Anderson 和 Smith（1983）研究學生對光和顏色的概念，發現學習者認為「光的混合是根據藝術的規則」；許多的研究也同樣發現，多數的國小學童未具有操作色光混合的經驗，所以他們大抵上是依據其調拌水彩顏料或是彩色黏土的經驗，來推論或是答覆色光的混合問題（Galili & Hazan, 2000；張川木，1999；唐明，2001；何家峻，2003）。王玉龍（2006）針對國小六年級學生，以白光透過有色玻璃紙進行研究，發現學生持有「以水彩調色推論色光和玻璃紙顏色的混合」的另有概念。

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洪淑淩（2007）針對國小自然科教師進行色光 POE 活動，也發現受試者會以色彩學的顏料混色來解釋色光混合。三、色光概念研究中呈現的另有概念研究者在閱讀文獻時，發現在許多色光概念的研究中，其它研究者也呈現了另有概念，但他們誤以為那些是科學概念。例如，吳慶軍（1999）在「光與顏色物體」的概念方面，敘述正統科學概念為「光照在物體上反射物體顏色的光，物體吸收其他色光。」但從本研究設計之色光呈色活動裝置顯示，透過玻璃紙的光經過三稜鏡分光後，並非只有單色光，因此物體也未必只反射單色光，其顏色可能是不同色光混合的結果。另外，他在「光的原色」概念中，敘述正統科學概念為「光的三原色是紅、黃、綠」，但光的三原色應是紅、綠、藍三種顏色。在張靜儀（2000）的研究中，對於「光和有顏色物體的交互作用」的概念，提出正統科學概念為：「有色物體反射一種色光」，如上所述故「有色物體反射一種色光」的說法並不恰當，或許應以「物體的顏色，是該物體反射未被吸收的色光混色的結果。」敘述之，更為適合。何家俊（2003）對於「當手電筒所發出的白光照在紅色可透光的玻璃紙時，則白色螢幕上會產生什麼現象？」的問題，其正確的解答為「因為玻璃紙只能讓紅光透過，故螢幕上會產生紅色的像」。在蕭倍如（2004）的研究中，對於「有色玻璃紙只允許該色光通過」所提出的正統科學概念為：「有色物體反射一種色光；光照在物體上反射物體顏色的光，物體吸收其他色光；當光遇到紅色玻璃紙時，紅光會穿透，其他色光會被吸收」這樣的說法若修正為「有色物體吸收部分色光，反射未被吸收的部分色光；當光穿過紅色玻璃紙時，部分色光會被吸收，紅光和其他色光會穿透」似乎較為恰當。

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總結以上所述，研究者發現，無論是學習者、教師、或甚至是某些研究者，對於白光、色光、物體呈色、或色光與物體之交互作用等概念上，都存有些許的另有概念。職前教師目前是學習者的身份，而往後踏入教學職場後，將是學生知識來源的重要管道之一，若教師在知識上存有另有概念，而未明確將正確的科學概念教導學童，會導致學童容易產生另有概念，因此瞭解職前教師對於科學知識的理解程度，是相當重要的一件事。基於上述理由，研究者設計一組以白光、有色玻璃紙及三稜鏡組合之色光裝置，配合 POE 色光活動，探究職前教師的色光概念，及他們在 POE 活動中的概念改變情形。

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第參章研究方法

本章共分為七節，第一節說明研究的發展與設計，第二節介紹研究工具的發展，第三節敘述研究對象的選取，第四節詳述研究流程的進行，第五節介紹資料收集與分析，第六節闡明研究之可信賴度，第七節說明研究倫理。 第一節研究發展與設計 本研究的目的是以 POE 策略來探究職前教師的「色光」概念及改變歷程，並以「前預測」活動瞭解職前教師所持有之色光概念。為了達成目的，本研究的方法以 POE 策略為主，並輔以「前預測」活動及個別晤談。為更有效且廣泛的蒐集資料，除了積極閱讀與分析相關文獻外，在研究過程中，並循序發展研究所需的研究工具。其中，「職前教師色光概念前預測活動單」及「職前教師色光概念 POE 活動單」的設計，是參考了王玉龍（2006）所設計的「國小六年級學生色光概念前預測活動單」及「國小六年級學生色光概念 POE 活動單」，但參照了職前教師所受過的「光及色光概念」課程等加以改良，並且結合研究者自行設計的色光活動裝置進行研究。「前預測活動」是在 POE 活動前，讓受試者先對要觀察的事件進行預測，旨在了解受試者在研究前所持有的色光概念，及其預測的理由；而在正式 POE 活動中，設計了六個色光的實驗活動，並要求受試者進行「再預測活動」，如果他們發現觀察的結果與「前預測」不同，便可能在「再預測」時改變想法。這樣設計的優點，是除了可探究一般 POE 活動中，受試者對預測與觀察之間不一致的解釋外，同時可從「前預測活動單」中，分析受試者原有的色光概念為何？並可探究受試者在「前預測」與「再預測」之間的概念有何變化？最後，研究者由前預測活動單、POE 活動單和晤談

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資料的蒐集，分析受試者的色光概念及其概念改變的歷程。 Lincoln 和 Guba（1984）認為檢驗質性的研究品質，可以以提高研究可信賴度（trustworthiness）為方法。可信賴度包含：（1）真實性（credibility），指資料貼近真實的程度，可運用延長參與觀察時間、持續觀察、三角校正。本研究之分析方法採三角校正的方式進行，研究者由不同的資料（包括：前預測活動單、色光概念 POE 活動單、POE 活動後晤談、錄音資料、研究者省思及現場隨手札記）來源的發現做交叉檢核，盡量避免研究者的主觀性。（2）可遷移性（transferability），指對研究過程進行厚實的描述，使讀者有脈絡可循瞭解整個研究過程可否應用於其他情境中。本研究對於呈現之資料盡量以受試者原始的語句，來描述受試者在整個色光活動過程的想法，無論是前預測、色光 POE 活動或是活動後晤談，都詳細的作成逐字稿，以利進行厚實的描述。（3）可靠性（dependability），說明個人經驗的重要性，研究者必須將歷程中如何調整觀點、作決策、獲取資料等加以說明。（4）可確認性（confirmability），指合理地呈現資料並充分佐證。研究者對於色光活動晤談、觀察的資料詳實記錄並將相關的資料多次確認、求證，以求轉譯的可靠性。進行質性研究時，研究者透過訪談與非參與觀察等方式，探索研究對象的想法，若稍有不慎，極有可能損及研究參與者的權益（余漢儀，1998）。本研究之研究目的，在於運用 POE 活動探究職前教師對於色光概念及概念改變的歷程。因此，受試者是否有色覺缺陷與色盲的問題，對於本研究的正確性來說，是一個很重要的課題。

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一、色覺缺陷與色盲

一般眼睛正常的人，對於物體反射光波長度的不同而產生不同顏色感覺。在日常生活中，凡是對紅、綠、黃、藍四種顏色辨別清楚者，就是視覺正常。如果對於其中兩種或幾種顏色不能確定辨別，那就是視覺缺陷（color deficiency）。視覺缺陷一般稱為色盲（color blindness）。色盲有可一分為兩類：一類為全色盲（achromatism），指對所有顏色都不能辨別。如果只對於紅綠色或是藍黃色分辨不清楚者，則稱之為紅綠色盲或是黃綠色盲。一般紅綠色盲最多，藍黃色盲其次，而全色盲就極少見了（張春興， 2003）。為了解決受試者是否有視覺缺陷或是色盲，又要顧及不讓受試者心理有不愉快感受的問題。研究者不採用色盲表或是其他檢驗色盲的方式進行篩檢，而是利用在活動進行中所設置的兩道關卡來篩檢。（一）在前預測活動與再預測活動之間的色光 POE 活動裝置介紹時，請問受試者在色光呈現板上是否能看到六種色光的顏色，如果全部都有看到那活動就繼續往下做；如果不能，那研究者會微調活動裝置，例如：三稜鏡或是色光呈現板的位置，以能讓受試者清楚看出六個色光的顏色為止，在這個過程中研究者絕對不會詢問受試者是不是色盲等問題。（二）患有紅綠色盲的人，在可見光譜上只能辨認黃和藍兩種顏色，亦即將光譜上紅、橙、黃、綠部分全都看成黃色，而將光譜上藍綠、藍、藍紫部分，全部看成藍色。患有藍黃色盲的人，把整個光譜上不同顏色都看成紅和綠（張春興，2003）。根據上述所示，研究者在正式進行色光 POE 觀察的步驟時，會進行初步的篩檢。在整個色光活動結束之後，研究者也會檢閱色光 POE 活動單及色光 POE 活動錄音轉譯之逐字稿交叉比對，如果有發現有問題者，此樣本視為無效樣本。

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二、色光 POE 活動之錄音在色光 POE 活動中，為了將整個色光 POE 活動內容做完整的紀錄，以避免有遺漏資料的情形發生，研究者將以錄音的方式紀錄整個色光 POE 活動。在活動開始之前，研究者會先徵求受試者的同意，告知在整個活動的過程中會全程錄音。在活動的進行中不會有透露受試者基本資料（例如姓名、年齡、就讀學校等）的情形發生。 第二節研究工具 一、職前教師色光概念「前預測」活動單（附錄一）「前預測」有別於 POE 活動中的「再預測」活動，在受試者進行 POE 活動前，可能已經存有色光的科學概念或是另有概念，而經色光活動裝置之介紹後，科學概念或是另有概念也可能因此改變。本研究的目的除了探究職前教師的色光概念之外，更要探究職前教師色光概念的改變歷程，從「前預測」開始到 POE 活動結束的這段時間，職前教師色光概念如何變化？是研究者想瞭解的問題之一。王玉龍（2006）認為在一般的 POE 活動中，學生預測完即進行觀察，對於學生的解釋是否與觀察符合？學生能不能從實地的觀察中歸納出科學原理？學生能不能應用觀察的結果進行其他情境的推論？這些問題無法用傳統的 POE 活動探究。有鑑於此，研究者參考王玉龍（2006）之研究，發展出符合職前教師所使用之「職前教師色光概念前預測活動單」，來蒐集職前教師的先前概念，並在職前教師觀察每一個色光活動後，讓他們對下一個活動進行「再預測」，研究者從職前教師的「前預測」與「再預測」的答案與理由中，可以瞭解受試者的概念改變歷程。活動單初步設計後，研究者商請台中教育大學語文教育研究所 3 位碩士班二年級研究生，協助修訂文句與措辭，並請台中教育大學自科所受過科學教育相關課程訓練之研究生 10 名給予

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意見，整理並修訂後請指導教授確認完成。本研究之職前教師色光概念「前預測」活動單與王玉龍（2006）所設計之「國小六年級學生色光概念前預測活動單」不同之處，在於本研究之受試者為職前教師，他們皆已經修習過光與色光相關課程，因此研究者在引言部分不以兒童能懂之用語呈現，而是將其修改成職前教師能瞭解之用語。二、職前教師色光概念 POE 活動單（附錄二）

本研究之 POE 活動單設計內容係根據 White 和 Gunstone（1992）所使用之 POE（預測-觀察-解釋）策略為研究活動基礎，同時參考王玉龍（2006）所設計之「國小六年級學生色光概念 POE 活動單」發展出「職前教師色光概念 POE 活動單」，為了方便受試者預測，設計表格讓受試者勾選，另一方面在表格的下方留下空間讓受試者填寫「再預測」的理由。而觀察的部分也是以表格勾選代替，請受試者將所觀察到的色光，勾選在表格當中，並在下方留一個空格，給予受試者填寫「再預測」與觀察到的色光不同時的解釋。表格內有七個選項，分別為紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、紫色與「其他」，設置「其他」空格的原因是，受試者中有幾位認為所觀察到的色光皆非在這六個顏色之中，為了想瞭解受試者這方面的看法，設計「其他」的選項，在實驗的進行中如發現受試者勾選「其他」選項，會在「你的想法」這個地方寫出所預測或是觀察到的色光為何。 POE 活動單完成之後，如同「前預測」活動單之作法，商請台中教育大學語文教育研究所 3 位碩士班研究生，和 10 名自科所碩士班研究生協助修訂，最後請指導教授確認完成。POE 活動單的設計，目標是將 POE 活動完整記錄，讓受試者將色光相關的概念充分呈現，以使研究者蒐集豐富而完整的色光概念，以及概念改變歷程的資料，進而能歸納整理受試者的想法。

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三、裝置介紹為了蒐集職前教師色光概念及概念改變歷程，研究者設計了一套色光活動裝置。初期是以手電筒為光源，搭配邊長一公分、高五公分（正三角柱）材質為壓克力之三稜鏡作為分光工具，但是經過實際操作之後，其所呈現之色光色散光譜寬度大約只有一公分，這樣的效果受試者不易從中分辨出紅色、橙色、黃色、綠色、藍色、紫色等六種色光。為了改善此種情形，研究者從光源和三稜鏡著手，並配合整體安全上之考量，試圖設計出較為完整的活動裝置（如圖 3-2-1），使色光 POE 活動更具有效度和信度，分述如下： 1. 底座及燈箱：為了使設備能夠穩固，研究者以 0.7 公分厚之木夾板為底部結構。燈箱部分因為 500 W 鹵素燈管溫度極高，考量到安全因素，木板厚度增加至大約 1 公分，並在燈箱上部以木條隔出間隔以利散熱之用。另外考量攜帶之便利性，把活動裝置設計成箱子之形狀，並在箱子寬邊部分加一個把手以方便攜帶。 2. 光源：光源起初設計是以 50 W 的鎢絲燈泡為主，但其亮度不足，光線無法完全穿透三稜鏡，致使色光色散情形不如研究者預期；之後研究者再嘗試 100 W 鎢絲燈泡、150 W 鹵素燈管、300 W 鹵素燈管等，但其光線經過三稜鏡之後所色散出之光譜，還不能讓受試者清楚分辨六種色光；最後，研究者使用 500 W 之鹵素燈，白光通過三稜鏡後色散之光譜寬度達到約 6 公分，這樣的效果已達到研究者所設定之要求。在使用此種鹵素燈管時，必須注意燈管上是否有灰塵或是油漬，如果有必須要以乾淨的布擦拭乾淨，以延長鹵素燈管的使用壽命。 3. 排風扇：本活動裝置所使用的 500 W 鹵素燈管，在使用的同時會產生高溫，為了能夠長時間使用，在燈箱側面底部設置一組 110 V 的小型排風扇，體積為 8cm×8cm×3cm。研究者將光源電源與排風扇

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電源並聯成同一插頭，當插頭置於插座時，光源和排風扇會同時運作，讓空氣能夠產生對流以減少鹵素燈管本身所造成的高溫現象，研究者曾做過連續使用兩小時的測試，其功能仍可正常運作。 4. 細縫：為了有效的使光線通過玻璃紙，且不使其他的光影響到色散，在光源與玻璃紙插槽之間設計一個細縫，其材質為瓦楞紙。細縫高 19 公分、寬 3 公分。 5. 玻璃紙插槽：配合玻璃紙紙卡（7cm×20cm），研究者以瓦楞紙為材料製作一座中空的凹槽，以利 POE 活動進行時更換玻璃紙紙卡。 6. 凸透鏡：為了讓光線更集中通過三稜鏡，研究者在三稜鏡之前放置一個直徑 5 英吋、材質為玻璃之凸透鏡以增加聚光量。 7. 三稜鏡：本研究所使用的三稜鏡是以壓克力為材質，是邊長 6 公分、高 3 公分之透明正三角柱。 8. 色光呈現板：研究者將色光活動裝置對邊之木夾板，設計成活動式可以自由抽取，並且在木夾板上貼上純白色的紙張，以方便受試者觀察。 9. 玻璃紙：本研究所使用之玻璃紙為同一家書局所購買，在進行色光 POE 活動時，在每個顏色之色光活動中，只用單一顏色之玻璃紙一張，本研究並不探討同顏色之玻璃紙兩張或兩張以上重疊，或是不同顏色玻璃紙混合之情況。

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　　　　圖 3-2-1 色光 POE 活動裝置色光活動裝置的配置經過研究者多次的嘗試，找出最符合本研究需求的裝置配置位置（如圖 3-2-2），光源至玻璃紙插槽距離約 17 公分；玻璃紙插槽至凸透鏡距離約為 20 公分；凸透鏡至三稜鏡距離約為 18 公分，光源、玻璃紙插槽、凸透鏡與三稜鏡四者皆在同一直線上，三稜鏡與色光呈現版距離約為 30 公分。整個色光 POE 活動裝置中，三稜鏡和色光呈現板為活動式，研究者考量每一位受試者對於色光的感受程度不同，如果受試者對於研究者所調整之色光無法清楚看到，還可以進行微調的動作，以達到受試者能完整清楚看到紅光、橙光、黃光、綠光、藍光和紫光為止。裝置配置位置並非只有研究者所提這種方式而已，還有很多種不同的組合方式，皆能夠呈現完整的色光光譜，但是如果擺放的位置不佳，色光光譜也可能無法清晰的呈現出來，重點是要能使色散光譜聚焦成像。研究者考量如果能將色光活動裝置方便攜帶，那麼色光 POE 活動就能避免受到場地上的限制，並且也能配合受試者所在的地方，方便受試者進行色光 POE 活動，因此，研究者選擇此種配置方式。本研究之色光 POE 活動裝置，研究者從規劃、施工、測試、修改總共費時六個月的時間，在整個活動裝置發展的過程中，遭遇到最大的困難在