操作式科學展示對「電與磁」相關概念學習輔助探討：中小學教師的觀點

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操作式科學展示對「電與磁」相關概念學習輔助探討：中小學教師的觀點 71 物理教育學刊

2008, 第九卷第二期, 35-56 Chinese Physics Education2008, 9(2),35-56

操作式科學展示對「電與磁」相關概念學習輔助探討：

中小學教師的觀點

葉蓉樺

國立自然科學博物館科學教育組助理研究員（投稿日期：民國97 年 10 月 20 日，修訂日期：97 年 12 月 20 日，接受日期：97 年 12 月 30 日）摘要：科學展示館舍建立的宗旨在於促進社會大眾對科學的瞭解，受到1980 年代以來動手操作展示(hands-on exhibit)風潮的影響，加上近年來電子科技發展的影響，幾乎所有的展示都含有讓觀眾動手操作的設計。但是這些讓觀眾動手的設計是否也能適切地讓觀眾動腦，如何能讓這些展示啟動觀眾的思維，是科學類展示館實務上最關切的問題。本研究以焦點團體的方式，邀請參加研習的教師在科學中心「電與磁展示區」現場操作展品、閱讀解說標示文本，對展示區內九項展品的操作設計之學習輔助效果進行討論。九件操作式展品都是以現象例示促成學習。結果顯示教師們認為展品在學習輔助方面常見的缺點：無法使觀眾瞭解如何操作、文本所介紹的科學概念並未與操作展品時可以觀察到的現象之間建立關聯、科學原理作用的效果不夠明顯、科學原理同時展現多種效果。解說文本在學習輔助方面的缺點為：與展品間欠缺參照功能、欠缺關於操作的說明和觀察焦點的提示、使用一般人陌生的科學圖文表徵撰述說明、解說文本指引的操作方式有問題。根據研究結果提出的改進建議包括：展品以簡明扼要的問句作為解說文本標題，引發觀眾操作；文本中應簡單指出操作方式，及觀察的焦點；圖解或圖說不應直接使用大專教科書的樣式；操作引發的現象或改變宜明顯易見，不適合同時有多項改變。關鍵詞：操作式展示、解說標示文本、學習輔助、科學中心、展示評鑑

壹、序論

具有互動展示的科學展示中心是重要的教育資源，因為在這些場所能配合個人的興趣進行學習，在娛樂當中接納科學的說明（Gilbert, 2001）。科學展示中心包括以科學或科技為展示主題的博物館、科學中心、自然史教育館、科學教育館等，這些科學學習環境有下列特徵︰以物件為啟發動機的媒介，學習內容與學校相比並無嚴謹的概念結

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構次序，因此學習所需的先備知識比校內課程多元化；學習者在此環境中的學習沒有強制性及受到評鑑的壓力（Falk & Dierking, 1992）。 1970 年代由舊金山探索館啟動一種動手操作的科學展示風潮，將展示指引與說明的圖示整合成一套由固定段落組成的格式，當觀眾以規定的方式參與一項展示時稱之為「有計劃的發現(planned discovery, PD)」，透過展品操作讓觀眾能發現科學的觀念(idea) 和概念(concept) (Humphrey, Gutwill, & the Exploratorium APE team, 2005)。前述由探索館肇始的展示，由於觀眾對展品有動作、展品會因觀眾的動作有反應，而被稱為「互動展示(interactive exhibit)」。具有操作功能的展示品常被冠上「互動展示」的名稱，這是假定藉由這類展品的操作，觀眾可實際體會科學原理，而操作時的趣味可引發學習動機，因此有助於科學概念學習。但是Yahaya(1996) 指出「操作式展示(hands on exhibit)易導致動手不動腦、玩樂勝過學習的效果」。觀眾與展品有思維的互動並不見得有外顯行為的動作，身體與展品有所互動時，常欠缺思維的互動，這些可操作的科學展示品應區分為操作式展示與互動式展式(Caulton, 2000)。對展品進行一些操弄固然能引發觀眾停留，但要引發科學概念的思考與學習，仍需透過解說文本與觀眾對話，才能引導觀眾探觸到展品寄寓在娛樂中的科學概念(Serrell, 1996; Arnold, 1996)。在輔助科學概念學習上，除了展示品的操作設計、現象呈現，解說文本與展品的配合也影響學習輔助的功能。很多中小學老師都認為國立自然科學博物館的科學中心每件展示品都以操作、人與展品互動為基本設計，極具科學概念教學的意義，但不容易從展品引發學習者對學科概念的瞭解。本文擬經由展示品分析，探討這些操作式展示品的設計如何啟動科學學習發生，以及是否確實能啟動操作展品的觀眾進行學習。

貳、文獻討論

一、操作式展品的定義

依Caulton(2000)對於科學展示館之展示類型所作的分析，除一般靜態展示之外，有操作式展示及互動式展式兩種設計取向。操作式展示是指在展示中加入可讓觀眾操作的設計，具有引發觀眾注意、提高觀眾參與、輔助學習進行之優點，此類設計為揭開或掀起問題看答案、觸動能造成固定的聲光或移動之裝置。互動式展示除了讓觀眾可以操作之外，更強調展品必需能回應觀眾不同的操作方式，例如電腦遊戲、積木堆疊、現場裝配實驗等。操作式與互動式展品的相似之處，是觀眾都對展品作出動作，但是「互動式」意味著遊客的身體可以與一件展示互動，無論注視、閱讀，簡單地觸壓按鈕、使用一個電腦鍵盤，或是以多種回應參與更複雜的活動，都能引發思維的延伸；「操作式」展示只涉及單純地觸壓按鈕(實際的或電腦螢幕中的)或揭起蓋板，只是讓設定好的現象產生以引發觀眾特定的反應。能讓觀眾參與的展覽，應該是讓觀眾主動探究展覽呈現的物件間之關聯，因此展示品除了在邀請觀眾動手操作之外，還能讓觀眾以某種方式探索這個物件，並且應用這個探索來測試自己的想法或假說，將可使觀眾擁有屬於他自己的真正瞭解(Russell, 1994)。符合前述定義的展示，包含了觀眾的身體與展品互動及思維與展品的互動，才能稱之為「互動式展品」。目前僅探索館的「主動延長參與展品 (Active Prolonged

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Engagement Exhibit, 以下簡稱 APE exhibit)」清楚地定義其特徵與設計原則能符合「互動式展品」的特質與功能。

二、操作式展品的分類

（一）由觀眾的參觀行為進行分類：最常看到的展品分類，是依據觀眾在參觀過程中的行為，將展示品區分為具吸引力及不具吸引力兩類。這類研究沿襲行為主義的典範，以可觀察到的行為(或交談)作為主要蒐集的研究資料(Mager, 1975; Anderson, 1968; Webb et al, 1966)，按照行為計次或時間統計區分觀眾使用展示的風格(Wolf & Tymitz, 1978; Falk, 1982; Bicknell & Mann, 1993)。前述的研究都假定參觀展示是高度個人化的行為，並且有一個潛在的假設：一個好的展示，能把觀眾留得較久，或是引發觀眾專注觀察的行為；若是觀眾並未停留，或在其旁邊只是閒談與展示主題無關的話語，意味著展示的設計不具學習性質。基於這樣的假定，由停留時間、停留行為，分析展品是否具「吸引力(attraction) 」和「專注力 (holding)」 (Boisert & Slez, 1995; Sandifer, 2003)。從這個角度探討展品的影響力時，通常會成為檢討展品在樓層中的路徑配置，而不是探討展示設計與教育價值間彼此的關係 (Gilber, 1995)。（二）由展品啟動的探索性質區分： Humphrey(2005)以舊金山探索館操作式展品發展的理念為基礎，將操作式展品分為有計劃的發現(planned discovery, 以下簡稱 PD 展示)及「主動延長參與展品」(以下簡稱 APE 展示)。PD 展示為探索館帶起的操作式科學展示(hands-on exhibit)風潮，在 1970 年代將展示指引與說明的圖示整合成一套由固定段落組成的格式：標題為「操作並注意(to

do and notice)」及「怎麼回事(what’s going on)」。在這個格式中在「操作(to do)」標題下說明觀眾們該作什麼，並且清楚說明該注意的現象。在「這是怎麼回事」標題下則以闡述相關科學原理連結操作時的體驗和感受。當觀眾以規定的方式參與一項展示時就是在進行「有計劃的發現(PD)」。國立自然科學博物館科學中心地下室的科學探索區，從展品設計到文本都是引用舊金山探索館的 PD 展示品設計所建置。 APE 展示的目標是產生由觀眾主導的特定行為，包括產生說明活動、決斷或非決斷性觀察、循其他途徑的調查、與其他觀眾的共同合作、蒐尋、反映在展示現象中的慣用說明等探究行為。展品和文本沒有固定的格式，但基本的原則是容許觀眾以他們自己的方式利用展品進行探究，從中獲取他們感興趣的觀念。展示品強調有計劃的發現，是以博物館 (展示研發單位)統合及安排的方式，達到對特定科學觀念(idea) 和概念 (concept) 之理解。有著由專家「指示」觀眾進行動作、觀察，以便獲取科學知識的涵意。雖然能使觀眾感到科學相關現象是可接觸到的、可操作及可能瞭解的，足以讓「自己發現」成為可能，目前這種類型的展品已經在世界各地的科學館、博物館、科技展示館大量被應用。但是這類展示欠缺學習的自由度，展品的使用方式及需觀察的現象受到解說文本的限制，觀眾接觸到的概念侷限在專家選定、專家感興趣的科學觀念，APE 展示則是為了進一步鼓勵由觀眾啟動的玩樂、實驗、觀察和推測而發展出的展品。（三）依展品促成學習發生的本質分類： Stocklmayer & Gilbert (2002)將操作式展品依其學習發生的本質，將展品分成兩個主要類別：現象例示的展品(exemplars of

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phenomena)、基於類比(analogy-based)所設計的展品。現象例示的展品是一個現實世界的現象，可當作科學概念想化的範例之一，其目的在於提供對現象的直接體驗。現象的感知可以由感官或儀器轉達的表徵來進行。由個人的感官覺察到現象，然後將刺激與感知的事件在心智中連結起來(Shapere, 1982)。以國立自然科學博物館科學中心的演示活動和展示品為例，科學演示活動「跳躍的音符」，活動顯示聲音傳導需要介質，演示時解說員將電鬧鈴放入一個鐘型玻璃罩內，用抽氣機將罩內的空氣移除，在此過程中聲音逐漸消失。有時展品需要用其他儀器蒐集的資料來詮釋，將一種刺激轉變為類比訊號(Harre’, 1972)。另一種則是經由儀器進行現象與資料間的連結，因此對儀器慣用方式的瞭解是呈現出的現象能被覺察的基礎。例如「人體電阻」展示，由一個電阻指示器的儀表板及兩個金屬凸起組成，觀眾兩手各握著一個金屬凸起時，電流經由人體傳導的變異，轉變為指針在儀表板上的讀值。一個現象提供的說明能力，可能受到展示中探測的方式為感官或儀器所限制。類比展示(Analogy-Based Exhibits)根據 Stocklmayer 與 Gilbert (2002)的論點是一種現象受科學接受的認可之類比表徵，包含兩個範疇：來源和目標。這兩個範疇可能分享不同相似性的類別(表象的或結構的)(Gentner, 1989)。當兩個範疇的相似性在於實體的組成份子或是實體間共同的特徵時，即屬於表象的相似性(Kokinov & French, 2003)。結構相似性則是當來源和目標共享一種獨立於任何組成份子的共同關係系統(Dunbar, 2001)。所以來源和目標可能在實體上相似、結構上的關係相似或是都相似。援引Gentner(1989)的例子來說明前述三種關係：行星像個圓球、熱像水般、牛奶就像水。行星與球是外觀的相似；熱和水則是某些行動間的比較，不涉及兩者的實體，所以是系統關係相似；牛奶像水，則是因為牛奶的特質與行動都與水相似。Gentner(1989)提到，區辨來源與目標間的相似性類別，是瞭解經由類比進行學習的基礎，Stocklmayer 與 Gilbert (2002)基於此概念將類比展示分成「僅顯現實體間相似性」、「同時顯現實體及關係間相似性」，和「只顯示關係間相似性」。以下用國立自然科學博物館科學中心的展示品為例說明。「說你愛我吧」、「分子世界的運動」和「被關起來的光」三件展示舉例說明。「說你愛我吧」展示由麥克風、2 個視波器螢幕和一個電子琴鍵盤組成。啟動麥克風時標示為麥克風接收的視波器會出現收錄聲音的波型，以電子琴鍵盤輸入聲因時，標示為電子琴的視波器則出現電子琴的聲音波型。展品呈現聲音皆有相似的波型，不同的聲音僅波峰有些形狀差異。展品將不同聲音以視波器的峰幅波形表現實體間的相似性，但聲音如何透過電流強弱轉變為視波器螢幕影像呈現的關係則沒有揭示。「分子世界的運動」由直徑大小不同的球聚集在一個方型透明箱、按鈕組成，按鈕後盆底震動，使小球互相撞擊，而在小球間的大球則因小球的碰撞跟著運動。不同直徑的球代表大小不同的分子，小分子的彼此碰撞造成大分子跟著碰撞，此即為布朗運動，以球的顆粒及相對大小提供實體相似性，以運動、碰撞的關係提供關係相似性。「被關起來的光」展示欲解釋光線被拘束於光纖傳導的概念。展品包括一個基部有排水孔的透明水槽、綠光雷射和按鈕組成。按鈕啟動後，綠光雷射從水槽基部的左方射出並穿過排水孔投射在水槽外的右面牆上，按注水鈕則隨著水位漫過光束並且從右邊排

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水孔呈拋物線流出，雷射光束在右牆上的光點消失、亮點集中在排水孔前。展示的現象 (來源)與光纖(目標)之間有關係的相似性，但實體間的相似在展示中並未呈現。

三、從互動展品進行學習

（一）操作式展品學習理論 Stocklmayer 與 Gilbert(2002)提出一個從操作展品，發展連結娛樂與學習的模式。在此模式中，參與展品操作能造成愉快的經驗，有助於在提取記憶時瞭解展品，觀眾能建構( 重建 ) 一個科學或科技觀念 ( 展示目標)，並改善最初個人對科學或科技的覺察 (Personal Awareness of Science and Technology, PAST)。通常觀眾與展品互動後，不會立刻發生想要瞭解一個目標(展示概念)，但這樣的想法是這次互動的結果之一，關於目標的記憶可能就此烙上。當它們被啟動並用於瞭解後續與展品關聯的相同目標時 (Afonso & Gilbert, 2006)，這些記憶可能是組成與目標強連結的原始材料(Stocklmayer & Gilbert,2002)。所以後續接觸跟展品關聯到同一目標的展示，能造成更強的連結，並且更進一步發展PAST。（二）從互動展品進行學習的研究使用一件展品得到的學習成果，本質上會限制對後續使用具有相同目標展品之瞭解 (Stocklmayer & Gilbert, 2002 )。這對於探究展品類別如何影響觀眾解讀目標而言很重要。有一些研究分析「由感官知覺的現象範例」展品短期內的學習成果(Feher, 1990; Feher & Rice, 1988; Rix & McSorley, 1999; Stocklmayer & Gilbert, 2002)。這些研究都顯示觀眾很難從展品顯現的現象當中建立科學慣用的說明，反而容易產生迷思概念或強化原有的迷思概念。雖然這麼多研究都提到展品會造成負面的學習，還是有些觀眾能從中獲得「由感官辨別的現象例示」展品傳達的學術慣用解說， Afonso 與 Gilbert(2007)的研究發現，觀眾能否透過「使用儀器感知的現象範示展品」覺察到特定的科學現象，與他們是否熟悉儀器的量測原理，及是否瞭解這些儀器在科學或科技上的應用有關；這類展品短期的學習成果不如「使用感官覺察的例示」展品。關於「類比式」展品學習成效的研究很少，Borun(2002)指出專家觀眾能自一個類比式展品建立知識，因為學徒觀眾無法瞭解顯現目標所使用的符號論。Stocklmayer 與 Gilbert (2002)以成人進行的研究顯示，類比式展品與瞭解的本質間有關聯，若展品只顯示關係間的相似性，則僅專家觀眾能察覺目標；若顯示實體與目標間的相似性，以及實體與關係的相似性，不那麼專業的觀眾也能在這些事物與日常生活有關時建立一種解釋。前述提及的研究都經由分析觀眾對展品的瞭解，探討展品樣式及解釋目標能力。研究觀眾重視或忽略某項展品，也提供關於展品教育價值的額外訊息。有幾項研究進行觀眾如何評價使用一項互動展品之分析。其中 Alt 和 Shaw(1984)的研究顯示，對觀眾而言，一項理想的展品是能與每日生活情境有關、易於瞭解或本身是值得記憶的。

四、從操作式提昇到互動式的相關研究

（一）展品操作特性需有因應觀眾能力可及的難度觀眾從單純的操作中無法獲得互動嗎？ Yahaya(1996)指出觀眾操作展品時，娛樂的意圖重於教育，動手不動腦的現象很普遍；但 Yahaya 也從工作經驗歸納出一些讓觀眾

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可以手動腦也動的科學類展覽設計原則，將操作式展品打造成具互動性質的重要原則，就是讓觀眾對這項互動的設計要感到是「乍看之下有點難度，但可能完成」，在獲取成就感的驅使下持續思考如何使自己的操作能達成展示要求的任務，而不僅止於觸動開關、看看反應。在Falk 與 Dierking(2000)及 Hein (1998)的著作中都曾提到，促進觀眾參與且具有輔助學習功能的展示設計，如果互動或操作方式簡單到不必停步瀏覽就覺得可以完成，很容易造成觀眾的操作只是意圖讓展品有「反應(移動、亮燈、發出聲音、播放影片... 等)」，那麼觀眾就不會認真思索這件展品的「反應」與展覽所介紹的概念之間有何關係，產生學習的可能也就相對地降低。（二）展覽建置的學習輔助成份這類的研究係針對展覽當中的物件本身進行分析。就展覽而言，達到輔助學習的途徑可以分為下列幾項展示基本成份來討論︰統攝概念(big idea)、文本(text)、視覺輔助 (visual display)、促進參與的設計(enhancing engagement)。統攝概念是指展覽的調性，也就是在學科概念之外，具體陳述希望展覽能促成觀眾產生的想法、感受或瞭解，以此作為內容素材揀擇的依據(Serrell, 1996)。科學類展覽的統攝概念不只是提出展覽所要表現的學科內容架構而已，還要確立展覽是意圖概述數個概念間的關聯，或是深入介紹一項特定概念的發展始末。文本是指出現在展品週邊，作為說明之用的文字敘述。包括解說面板上的大小標題、解說內文段落、圖說和展示品基本資料敘述。傳統的博物館制式文本，多半屬是條列展品基本資料，例如︰物種名稱、製造年代及廠商，或是標本的學名、產地、食性或構造特徵等的標示(Coxall, 1991)。隨著主題展的盛行，開始出現較多的文字說明物件或標本相關的背景資料。視覺輔助在閱讀理解相關的研究中是指用來促進閱讀理解的照片、圖表、圖說、圖解、插圖… 等非接續於說明用途的主文之視覺參照設計 (Barbara, Avon, & David, 1987)，於展覽中除了可以同樣的原則將解說面板上非文本的部分歸屬為是覺輔助之外，亦可將實物展品、模型、造景等物件視為展覽的視覺輔助的一部分。促進參與的設計不只侷限於可供操作的多媒體、物件，亦可用文本的方式來達成，例如問句、虛擬的對話…等型態的文本。這些無論是怎樣的展覽，都會包括前面提到的文本、視覺輔助和促進參與的展示成份在內。然而有些成份組合出的成果，讓觀眾只是看到一個漂亮、新奇的展覽，對於展覽內容提到的科學知識仍然一知半解；另一種組合形成的展覽，卻能營造出讓觀眾感到耳目一新，覺得對相關的概念有更深入的瞭解、或者有興趣以展覽的介紹為基礎，持續關注相關主題的訊息。

參、研究設計

研究於國立自然科學博物館「科學中心」四樓，「物質世界」展示廳，選取「電與磁展示區」進行。本研究以質性方法進行，由展品分析區分展品類型及展品設定的目標科學概念及輔助學習成份；透過操作行為觀察及焦點團體座談方式蒐集關於展品操作及觀眾對展品瞭解的資料。

一、展示區介紹

科學中心是國立自然科學博物館最早開放營運的區域。位於四樓的物質世界展示廳介紹物理學四個重要的基本領域：聲、光、電、力。四種基本科學概念在樓面的配置分布見圖1。不同主題概念區之間，除了「光」

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的主題區為了呈現光的效應，以實體牆與其他展區隔離，其他主題間並沒有以門或牆進行空間劃分。主要的展品設計沿用舊金山探索館PD 展品的精神，希望觀眾能透過操作，發現展品設定的科學概念說明。「電與磁」展示區包含九件展品：「音樂不見了」、「嚇一跳」、「十賭九輸」、「跳舞的恐龍」、「你有多強壯」、「盪鞦韆」、「永久磁鐵」、「追逐太陽」和「人體電阻」。每件展品基本的構件是兩個台座，一個張貼解說原理的文本，另一個為包含一項起動裝置(把手或按鈕)、能造成展品有所反應的展品。展品的空間排列見圖2。電梯,樓梯泡泡機

力學區

科學演

示教室

電與磁

聲

光

幅射

聲

圖1：「物質世界」展示廳各科學主題空間配置圖跳舞的恐龍嚇一跳聲音不見了十賭九輸你有多強壯盪鞦韆永久磁鐵太陽能電池人體電阻往演示教室樓層入口動線圖2：電與磁展示區展品分布圖

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圖1 顯示「電與磁」展示區展品集中在一個進入樓層後相當醒目的空間，每件展品由獨立台座構成，展品間的區隔相當明確，在操作展示品時不會受到旁邊展品操作者影響。展品旁邊緊鄰豎立著解說文本的面板，觀眾進行閱讀或是注視展品的行為易於區分。此外，展品被啟動後的效果容易辨別。每年博物館收到的觀眾意見裡，許多國小老師希望瞭解這個區域的展品操作及原理，顯示在展品及輔助學習成份有改善的需要。

二、展示品啟動學習方式分析架構

展示區規劃沿用舊金山探索館的展示設計原則，將傳達相同科學概念的展示品集中成群，每件展品都設定了希望操作者能瞭解的科學概念，屬於 PD 展示品設計的原則。因此就展品啟動的探索主、被動性而言，這九件展示都屬於 PD 展示。由於本研究的目的主要是探討展品的學習輔助功能，因此未由展品吸引力的差異進行分類。本研究參考 Stocklmayer 與 Gilbert (2002)以展品啟動學習的本質，依展示設計與目標概念間的關係分析展品所屬的類別及次類別(見表 1)，依展品啟動學習的本質可將展示區分為現象範例及類比兩種。現象範例又有以感官覺知，及透過儀器覺知；類比呈現的方式有三種：外表相似性、關係相似性，以及同時呈現外表及關係相似性。並且從展品的解說文本、視覺輔助兩方面，分析展品輔助學習成份是否具良好輔助性。

三、展品操作與理解分析

展品操作與理解分析以參加「2004 科博館教學導覽教師研習：電與磁」的120 名教師當中選取60 位教師為對象，其中 11 位任教於國中，49 位於國小任教。教師年資自 3-17 年，任教科目及年級整理於表 2。參觀時先予以半小時自行在此展區使用展示品，再以焦點團體座談的方式，請老師們提出對展品操作及瞭解的問題或意見；座談後提供展區導覽解說，解說過程中老師們亦會提出一些關於展品操作，謄錄教師與解說員的互表1：展品啟動學習本質類型

類別

次類別

舉例

現象例示

透過儀器感知

科學中心展示「人體電阻」

透過感官感知

科學演示「跳躍的音符」

類比

呈現外表相似性

科學中心展示「說你愛我吧」

呈現關係相似性

科學中心展示「被關起來的光」

同時呈現外表與關係相似性

科學中心展示「分子世界的運動」

表

2：參與研究教師任教科目及年級

任教科目

任教年級

自然科

導師

其他科目

2-4 15 13

4 5、6

3 11

3 7-9 8 0

3

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動，整理關於展品操作、解說文本詮釋及文本撰寫建議的內容，作為對展品改進建議的參考。

四、研究程序

（一）展品操作行為觀察與焦點團體座談研究於民國94 年 4 月至 6 月間進行。研習共辦理3 梯次每梯次 40 人，每梯次研習教師依亂數抽取 20 位在參觀科學中心的解說前，觀察他們自行參觀電與磁展區的行為，由受過訓練的觀察記錄員進行觀察。自行參觀後，先與教師進行座談，逐一播放展品照片，請他們提出與展品操作或瞭解相關的問題或建議。座談後再由解說員帶領教師至展場進行導覽解說，觀察員記錄教師們在解說過程中與解說員的對話內容。（二）學習輔助成份分析由焦點團體座談結果整理出對各件展品的疑問及建議，配合展品的觀察記錄，分析各項展品的文本內容、文本與展品配置、展品操作效果等需要改善之處。

肆、結果與討論

一、展示品啟動科學學習的方式分析

就展示品目標要傳達的科學概念及操作方式，分析這項展品促成學習的本質類型。電與磁展示區的九件展示品都直接呈現電和磁感應相生或靜電相關原理的「現象」，因此屬於現象例示型的展品。9 件展品當中，儀器覺察現象者有2 件，有 2 件同時使用感官及儀器覺察現象，經由感官覺察現象者有 5 件。各件展品所屬類型整理於表3。藉由儀器覺察現象的展品「人體電阻」和「音樂不見了」，展品都是操作、看到現象。「人體電阻」測量的是電流通過體表的時間差，但指針讀值卻是經過換算後的電阻單位，只要使用者同時握住兩個金屬電極即可看到指針改變；如果試著用同一隻手的手臂和掌同時接觸電極，或 2-3 個人牽手讓不同的人各握左、右電極，可以讓指針讀值與個人操作時不同。「音樂不見了」按鈕後即啟動無線小電視(出現彩色畫面)、隨即金屬網降表3：現象例示型展品覺察現象類型分析結果

次類別

展品名稱

分析

藉儀器覺察

人體電阻

電阻測量計指針的指數改變

音樂不見了

迷你電視的畫面因金屬網罩下而由彩色變為黑白

同時藉儀器

與感官覺察

你有多強壯

由電流計覺察電流改變(儀器)；燈泡亮暗、轉動力

量改變覺察感應電動勢變化(感官)。

跳舞的恐龍

電壓測量器指針改變(儀器)；紙片彈起(感官)

藉感官覺察

嚇一跳

聲音導致電流通路、鐵環因冷次定律彈起

十賭九輸

按鈕猜骰子大小每次都與結果相反

盪鞦韆

按鈕控制電流通路時間讓小人晃動幅度改變

永久磁鐵

拔起鐵釘有阻力、鐵釘靠近有吸力

追逐太陽

按鈕控制燈光亮起及轉動使光電池小車移動

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下罩住電視(畫面變黑白)，操作無法對現象進行改變。同時藉由儀器與感官覺察的展品，兩件都能經由操作讓現象有些變化：「你有多強壯」可透過轉動發電機的速度快慢、按鈕讓燈泡亮起的時機，改變電流計指針的讀值，燈泡通路時，轉動發電機需出較大的力，可感受到有無產生電流時電動勢不同，電流計的讀值亦能佐證；「跳舞的恐龍」轉動把手的時間長短、按鈕讓電性中和呈現紙片飛起的時機，可以由電壓表指針的彈動瞭解電壓差的蓄積與磨擦時間的關係。藉感官覺察的五件展品中，「嚇一跳」、「盪鞦韆」和「追逐太陽」都能以操作造成現象表現程度不同：「嚇一跳」的鐵環可依觀眾製造的聲音大小躍起不同高度；「盪鞦韆」壓住按鈕的時間長短、頻度和時機，可控制小人擺盪動幅度大小，最大可讓小人轉一整圈；「追逐太陽」按鈕可以讓燈光亮起，並以方向控制鈕讓光照到車頂的追逐太陽而行走，因此能藉以控制車行方向。

二、展品在學習輔助方面的缺點分析

由展品所呈現的科學原理進行、老師們操作後的印象及問題，歸納出這些展品在學習輔助方面出現的問題有無法使觀眾瞭解如何操作、操作的體驗與科學概念間的連結薄弱、展品效果不夠明確、展品效果過於複雜。（一）無法使觀眾瞭解如何操作這類操作型展品共同的特徵就是無法從外觀看出能夠怎樣進行操作。在設計上可供操作的部分過於簡單而使人看不出其可供操作，或是讓人誤解操作方式。以「永久磁鐵」展品為例，圖3 左邊的臺座上2 個明顯相對的鐵座是永久磁鐵，臺座上有2 支鐵釘，可以讓鐵釘吸在磁鐵上再拔起，感受磁力的作用。圖3 右邊數來的第二座具圓型轉盤的臺座是展示品「盪鞦韆」，與本件展品在操作及說明都無關。這個可以動手作喔？ 2t005 我以為東西還是零件掉了，就沒仔細看。 4t001 嗯，對這個沒有印象。 5n002 這是獨自的喔？難怪！就一直想說這跟解釋旁邊[盪鞦韆展品]的有什麼關係。 5t004 參與研究的老師們60 人當中只有 1 位曾經試著拔起已經吸在磁鐵上的鐵釘，再讓鐵釘被磁鐵吸住。如 2t005 般，沒有注意到這件展品可以進行操作的有26 人；與 4t001 同樣以為展品故障的老師有11 位；當展品的圖像放映出來時，有19 位老師與 5n002 一樣，對於是否操作這件展品沒有印象。有3 位老師與5t004 一樣，將這件展品誤認為旁邊「盪鞦韆」展品的解說面板，因此他們一直在想怎樣從永久磁鐵來解釋操作「盪鞦韆」展品的現象。由此看來，參與研究的老師們大部分都無法瞭解展品如何操作。另一件展品「嚇一跳」也有類似的問題。圖3：展品「你有多強壯」、「永久磁鐵」及「盪鞦韆」

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展示品前的小臺上有個喇叭狀的集音器，由於喇叭口正面封上了開許多小孔洞的透明壓克力片，外觀上不那麼像個集音裝置。60 位參與研究的老師們當中有 23 人對著集音器輕聲說話或拍打，還有人將耳朵湊上去聽，由於在集音器前製造的聲音未達通電所需的大小而無法啟動展品。除了展品「永久磁鐵」、「嚇一跳」之外，展品「跳舞的恐龍」、「盪鞦韆」、也有相似的操作問題。（二）文本所介紹的科學概念，未與操作展品時可以觀察到的現象之間建立關聯在操作展品時，操作者透過操作(例如按鈕、製造聲響、轉動輪盤)造成展品有反應程度的差異。操作者感受到的操作反應，與展品設計者欲介紹的科學概念之間難以進行連結。主要的原因是文本所介紹的科學概念，並未與操作展品時可以觀察到的現象之間建立關聯。展示品「嚇一跳」有個喇叭狀的集音器在展品前的小台(見圖 4 右邊的台座)，對著喇叭製造一些聲音，聲波振動使集音器背後的碳粉在盒中揚起啟動電流通路。底座的電流產生的磁場，與磁環對此電流感應產生的磁場方向相反，所以延著中心的金屬棒彈起。我知道這個原理，但沒想到它會跳那麼高！ 7n002 這個讓我滿驚訝的，聲音可以讓它彈這麼明顯。…跟電有什麼關係嗎? 7n004 是棒子上通電嘛，就像板子寫的，棒子產生的磁場跟環的[磁場]相反就彈起來。裡面有感應器吧，感應到對它叫就通電。 6a002 聲音發電讓鐵環感應產生跟電相反的 [磁場]所以會跳起來。 2t002 展品呈現的現象相當新奇、啟發參與研究的教師們試著思考讓展品反應更大的操作方式。但展品同時包含波動(聲波)導電及冷次定律，易造成錯誤的聯想，以為是聲波驅動環的跳動或是發電。同樣的問題也出現在「你有多強壯」展品，由焦點團體座談得到的意見顯示，這件展品一看就知道怎麼用，而且操作造成展品亮燈、力量反饋的差異、指針變動等，操作者至少能注意到其中一種效果。圖4：展品「嚇一跳」圖5：展品「音樂不見了」

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雖然沒有講怎麼用它，很容易理解[展品]要你轉動圓盤上的把手，從臺面上按鈕選擇阻力大小。轉動了以後燈泡都會亮、中心的轉盤轉動，可是不明白為何不同的按鈕造成不同阻力。 6n001 展品為什麼會出現這樣的現象，無法藉由「看」著展品動作，意會到現象的變化與科學概念間的關係。6n001 的意見有 37 位老師表示認同，他們想瞭解為什麼轉輪的阻力會改變，也想知道這項展品可以如何用於教導感應產生電流的觀念。除了展品「嚇一跳」、「你有多強壯」，展品「人體電阻」、「盪鞦韆」和「追逐太陽」也有讓人無法體會操作經驗與所介紹的科學概念之關係的問題。（三）科學原理作用的效果對比不夠明顯呈現一項科學原理之作用的展品，如果現象的變化不夠明確或明顯，操作者亦難以感受到原理的作用影響了什麼。以「音樂不見了」展品為例(見圖 5)，展品欲呈現的是「電磁屏蔽效應」。按啟動鈕後小電視出現彩色畫面，幾秒後金屬網降下罩在電視外，影像變成黑白，展品電源隨即中斷，金屬網上升、電視關閉。就看到網子罩住小熊，然後就沒了。 6a002 金屬網下來以後好像也沒改變什麼。 2t004 有這種[電磁屏蔽]效果的話應該變得都看不到[畫面]吧！ 7n001 阿，看畫面。它是音樂不見了，我們看的時候就一直在聽看看有什麼聲音。沒注意到有什麼差別。 3t002 參與研究的老師們有 26 位沒有覺察到這件展品呈現的現象。一方面是因為電源啟動以後，幾乎在電視畫面剛出現不久，金屬網就降下來罩住電視，這些老師們沒注意到網降下來以前的畫面是彩色，降下後變成黑白畫面。另一方面是展品標題引發的期望，有17 位老師與 3t002 有同樣的反應，表示他們注意著聲音是否改變，以致於未注意畫面的變動。ㄟ，沒看到有什麼變耶。 2t002 透明盒子裡面的小碎紙好像有被吹散開。可是看不出飛起來。 3t003 只有按鈕的時候小的[金屬頭]倒過來碰大的[金屬頭]，其他都沒動阿！ 3t003 操作展品「跳舞的恐龍」時(參間圖 6)，參與研究的老師大部分都先嘗試快速地轉動把手再按鈕，在轉把手時都盯著透明盒中的小紙片，所以看不出反應；在按鈕時由於小金屬頭倒向大的金屬頭，眼光都移往兩個金屬頭，反而沒有注意到兩個金屬頭接觸的瞬間紙片跳起。顯示在操作過程中，參與研究的老師們無法感受到這項展品在操作時的觀察焦點。展品「永久磁鐵」本意在讓人瞭解展品圖6：展品「跳舞的恐龍」

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就是一件永久磁鐵，將放在臺座上或已吸附在磁鐵上的鐵釘，靠近磁鐵或自磁鐵上拿開，感受鐵釘被吸引的力量，是展品設計的本意。由於動作太平常，解說文本上沒有指出要作什麼或看什麼，以致於參與研究的老師大多忽略了這件展品。（四）科學原理同時展現多種效果，使操作者不容易注意到科學原理作用在哪個效果上操作引發展品同時有多種變動產生，例如指針、燈光強度、轉輪施力，難以讓操作者同時覺察到來自展品的回饋，正因為同時有多種回饋，反而不容易注意到操作時能獲得的科學原理體驗。以「你有多強壯」展示為例(圖 7)，圓盤外側有4 個固定的線圈，台面上的按鈕標示為「阻力大」、「阻力小」，控制線圈切換為通路的數目，4 個線圈都為通路的阻力最大。台面側面的轉輪轉動時，連接在裡面的皮帶會轉動圓盤，圓盤上裝有4 個磁鐵，使磁鐵相對於線圈不同運動，線圈穿磁鐵的磁力線，產生的感應電流會使圓盤上方的三個燈泡亮起，同時也能由右下角的電流計看到指針擺動。 …可以改阻力？我就是一直轉，看到燈有亮的時候這個[轉輪]會比較重。ㄟ，有可以選[阻力大小]的？ 2t003 P:我是沒注意到有燈，你現在放[ppt 的照片]才看到。我轉的時候是看這個電流計，每次轉都產生一樣的電流。選不同阻力也一樣，好像沒什麼效果。 R:選不同阻力的按鈕，轉動不是會比較難嗎? P:有嗎?剛才沒注意到。 9n001 展品主要呈現的現象是轉動轉輪的阻力、燈亮與否、電流表指針移動。參加焦點團體座談的老師們在操作時大部分都知道要選擇阻力(按鈕)、轉動轉輪，但是未必注意到預設讓觀眾觀察的現象。例如9n001 是國中自然科教師，他對電流計的功能相當熟悉，所以操作時他將注意力集中在電流計的讀值上，忽略了展品其他的現象。這與 Afonso& Gilbert (2007)的研究發現相同，即對於儀器本身慣用的功能有所瞭解時，較容易透過儀器感知現象。在本件展示的案例中，9n001 是物理系畢業的老師，又擔任自然科專任教師，常常用到電流計，以致於他將注意力集中在儀器而忽略展品表現的其他現象，例如由轉動轉輪的難易反映之磁力線切穿密度不同造成的阻力、感應電流讓燈亮起等。操作展品要控制轉速和按鈕選擇(3 種) 的組合，且展品的反應有燈泡、電表和中心圓盤三項應觀察的效果，以把手操作的距離難以同時兼顧到三種效果的變動之觀察。由焦點座談選錄的內容顯示，有 14 位老師跟 2t003 一樣忽略展品上有選擇改變轉輪轉動難易度的阻力選擇鈕；19 位老師與 9n001 一樣沒注意到燈亮起與否，7 位老師(都是自然科專任老師)與 9n001 同樣注意著電流計指圖7：展品「你有多強壯」

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針，其他12 位老師則分別注意著轉輪或圓盤的變化而忽略上方還有電燈。

三、解說文本在學習輔助方面的缺點分

析

（一）與展品之間欠缺參照功能科學專家由於其深厚的專業素養，讓他們能將眼前的現象與科學說明進行連結。但參與研究的教師在閱讀解說文本時，欠缺將現象對應到科學作圖的圖解，或是科學說明的成份上。以展品「你有多強壯」為例： P:用這個展示品是直流發電機還是交流發電機啊？ R:你覺得呢？ P:是選不同的阻力作切換嗎？ [R 解釋展品阻力大小改變的方式] P:那就是在講發電越多要越多出力嘛! 3t002 本項展品的解說文本介紹直流及交流發電機的構造。但展品本身設置可以讓操作者體驗到負載越大，轉動發電機所需的力量就越大。展品利用導通的線圈數目不同，營造感應產生與運動方向相反的磁場(操作轉輪時感受到的阻力)差異。由 3t002 的發言有 51 位老師表示認同，顯示老師們都能從操作展品中產生前述的歸納或聯想。然而前述體驗與交、直流發電機間的關係難以令操作者意會：首先，從圖解看不出任何與展示品形狀、外表相似性作為參照，尤其是磁鐵與線圈的相對位置與圖解之間的關聯，圖解與展品被觀眾當成兩個獨立的訊息來源；再者，無法從展品看到集電環或換流器的構造，無法協助操作者建立操作與面板圖示的聯結；控制阻力大小的裝置無法被看到，解說文本也未說明如何進行，限制了操作者將操作時感受到的阻力與發電機負載大小建立聯結。在「跳舞的恐龍」展品欲呈現靜電的現象。但匣中的紙人已換成保麗龍碎片，與圖解所示的紙人外型完全不同，致使觀眾不易對照說明文本瞭解要觀察什麼。再者，裝有小碎片的盒子完全是由透明壓克力製作，看不出上方、下方有金屬板的構造。除了裝有碎片的小盒，展示櫥內還包括兩個金屬球狀物，與一般學校常見的靜電產生設備相似，但兩個球狀物最後還會碰在一起是老師們操圖8：展品「你有多強壯」解說文本圖9：展品「跳舞的恐龍」解說文本

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作後看到最顯著的現象，卻無法從解說文本獲得說明。展品「音樂不見了」、「盪鞦韆」、「追逐太陽」的解說文本都無法在閱讀文本時，從展示品取得對照。「追逐太陽」的解說文本放置在面向展品操作按鈕時無法同時看到的地方，以致於參與研究的老師多數都不知道這件展品有解說文本和名字。（二）欠缺關於操作的說明和觀察焦點提示展示品操作的控制，外觀看起來就是一個按鈕，有些展品的按鈕壓下後，需等數秒才能再次啟動；有些按鈕或轉輪則可以連續地重複按壓，出現不同的效果。參與研究的老師們超過一半都假設按鈕壓一下就會看到表現，再壓一下也出現同樣的效果，以致於錯失了對展品作不同操弄以觀察現象差異的機會。展示品「嚇一跳」的操作是藉由聲波震動碳粉盒，使台座裡的線圈通電，讓台座上的鋁環產生相反的感應磁場而彈起。由於解說文本並未說明操作方式，集聲口外觀看似一個喇叭口，參與研究的老師都是低聲對著集聲口出聲，沒能引發鋁環的動作，會試著扳動喇叭口看是否有反應。以「盪鞦韆」展品為例，解說文本介紹的科學概念是「電動機」(見圖 10)。但展品的構造是假人的位置有個磁鐵，按鈕時接通的電流會使圓盤背後的電磁鐵產生與假人磁鐵磁場同向的磁場，形成推斥力而使垂在圓型轉盤下方的假人鞦韆向 9 點鐘方向擺動一個角度。按了，會動一下。 4n006 這個很好玩，可以在它掉到不同地方的時候再按幾下，最大可以翻一整圈！我的學生一定會喜歡。 2n001 …如果我沒有按第二下，就不會覺得這麼好玩。 4n008 這上面也沒講可以這樣試，還有，這樣會彈越大，跟直流電動機的關係是什麼？ 5n001 很多老師都只有按一次按鈕，看到假人向 9 點鐘方向甩了一下，卻沒有試著在假人回到原點之前再按一次，沒有發現這是個可以用自己意志作些操弄的展品。60 位參與研究的老師中有39 位與 4n006 一樣只按了一次鈕；這39 位沒有察覺展品可作其他操弄的老師，其中 17 位在聽過 2n001 對展品的描述後，認為自己的學生會喜歡操作這件展品。展品「永久磁鐵」與前述兩件展品一樣，文本當中欠缺操作說明，使參與研究的老師未注意到該展品可以操作。在「跳舞的恐龍」展品的狀況則是未提示觀察焦點。展示品包含一個按鈕和一個轉輪把手。轉輪把手可以讓展品的大金屬頭產生正電荷連接到透明方盒的金屬底板上，按鈕則是讓小金屬頭觸到大金屬頭進行電性中和。(參見圖 6) 圖10：展品「盪鞦韆」解說文本

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ㄟ，沒看到有什麼變耶。 2t002 透明盒子裡面的小碎紙好像有被吹散開。可是看不出飛起來。 3t003 只有按鈕的時候小的[金屬頭]倒過來碰大的[金屬頭]，其他都沒動阿！ 3t003 參與研究的老師大部分都先嘗試快速地轉動把手再按鈕，大部分的老師在轉把手時都盯著透明盒中的小紙片，所以看不出反應；在按鈕時由於小金屬頭倒向大的金屬頭，眼光都移往兩個金屬頭，反而沒有注意到兩個金屬頭接觸的瞬間紙片跳起。顯示在操作過程中，對觀察焦點的指引不夠明確。展示品「音樂不見了」、「你有多強壯」在解說文本中也未提示操作時應觀察的焦點。（三）教師無法透過以科學圖文表徵撰述的解說，瞭解展品的現象與科學概念之關係當展示品因應操作產生一個令操作者感到新奇、意外的反應時，啟動了操作者想要閱讀科學說明的需求。當操作者看到完全陌生的科學圖表時，就判定自己無法瞭解此說明的內容而終止閱讀解說文本。進行閱讀時，參與研究的教師們對用字與圖表的詮釋與科學詮釋不同。以展品「嚇一跳」為例，成功地讓鋁環自底座躍起的老師們，對於鋁環能跳起感到很有趣，大多會左右張望，尋找解說文本。 [解說員利用面板圖解為輔助進行說明後，請在場老師為解說文本提供一些建議] 你講完就能瞭解圖在畫什麼，剛才我一看到這都是箭頭，想說應該看不懂。 5t006 9n001:圖畫得很好，可以看得出這[鋁環]是藍色的，感應產生反向的磁場，跟原來的[電流]感應磁場相反。很容易瞭解這樣[指感應磁場的北極方向箭號互指]互相推所以這[鋁環]會沿著這[不鏽鋼管]跳起來。字就不太清楚。解說員:字看不清楚? 9n001:看說明的字[指標題下的白色字體解說文本]就不太知道跟這[鋁環] 跳起來有什麼…要想一下才知道。 9n001 從具備解讀科學圖說的能力者而言，如同 9n001 老師般，物理相關科系畢業、教授自然科中與物理相關的部分，熟悉科學圖解使用的符碼意義，會覺得圖11 所示的圖解相圖11.展品「嚇一跳」解說文本圖12：展品「音樂不見了」解說文本

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Teachers’ Perspective for the Learning Assist Efficiency of

Hands-On Exhibits in Science Center: A Case Study of

Exhibition “Megnitics and Electricity” in Science Center,

National Museum of Natural Science

Jung-Hua Yeh

Science Education Department, National Museum of Natural Science

Abstract

The main interest of science museums is promoting public understanding of science. Since The Explatorium opened in 1980s, it created the trend of hands-on exhbitits. On-going digital technology development encouraged the approach, almost all exhibits in science centers with some device to invite visitors hands-on. Do these hands-on devices also make visitor’s minds-in? How to make these exhibits trigger visitors’ mind? Both questions are the practician of science museums/centers concern most importantly. This study invited 60 teachers self-explored the exhibition “Magnetics and Electricity” in science center. Then took symposium to collect their comments for all exhibits in the exhihbition. The results included type of exhibits by the nature of understand, main problems of hands-on exhibits in learning assist and main problems in label text of hands-on exhibits. Findings suggest that hands-on exhibits should easy to understand how to operate, and the effect should associate with science concept clearly. Label text should include the clude about how to operate exhibit, what is the observing focus and writing in general language. Key words

:

hands-on exhibit, label text, learning assist, science center, exhibition evaluation