利用POE策略探討大學生色光混合概念與推理歷程
103
0
0
全文
(2) Study of Undergraduate Students’ Concepts and the Processes of Reasoning on Mixing of Colored Light Using POE Strategies Abstract This study researched twenty science major undergraduate students’ concepts and the processes of reasoning on mixing of colored light. A simple spectrometer was constructed to disperse colored light and POE activities were designed in order to probe students’ concepts and reasoning processes. Data were collected by individual interviews. The main findings of this study are as follows. Students’ concepts about mixing of colored light were classified as scientific concepts (43.68%), alternative concepts (52.71%), and intuitive concepts (3.16%). In their reasoning, students usually predict correctly by using scientific concepts, whereas incorrect predictions could usually be attributed to alternative concepts. Students’ reasoning skills were categorized as four types, in which the frequencies they used were 41.01%, 38.85%, 16.55%, and 3.60% for deductive reasoning, inductive reasoning, analogical reasoning, and intuitive reasoning, respectively. Students used deductive reasoning to test hypotheses most frequently. Their inductive reasoning was not all based on scientific concepts and inadequate analogical reasoning could lead to the formation of alternative concepts. In students’ reasoning processes, "deduction-induction-analogy" was observed most frequently, and "deduction-induction" was the next. This study showed that undergraduate students’ thoughts were plenty and various in the reasoning processes about mixing of colored light.. Keywords: POE strategies; Mixing of Colored light; Alternative Concept; Processes of Reasoning. II.
(3) 目次 摘要..................................................................................................................................I Abstract ...........................................................................................................................II 目次............................................................................................................................... III 表目次............................................................................................................................ V 圖目次........................................................................................................................... VI. 第一章 緒論................................................................................................................... 1 第一節 研究背景與動機 ........................................................................................... 1 第二節 研究目的與問題 ........................................................................................... 3 第三節 名詞釋義 ....................................................................................................... 3 第四節 研究範圍與限制 ........................................................................................... 4 第二章 文獻探討......................................................................................................... 6 第一節 POE策略 ...................................................................................................... 6 第二節 另有概念 ..................................................................................................... 10 第三節 推理 ............................................................................................................. 16 第四節 色光概念 ..................................................................................................... 27 第三章 研究方法 ........................................................................................................ 35 第一節 研究發展與設計 ......................................................................................... 35 第二節 研究流程 ..................................................................................................... 40 第三節 資料蒐集與分析 ......................................................................................... 44 第四節 研究信度與效度 ......................................................................................... 46 第四章 結果與討論 .................................................................................................... 48 第一節 色光概念.................................................................................................... 48. III.
(4) 第二節. 學生色光混合之推理類型與歷程 ........................................................ 59. 第三節 概念與推理類型對推理結果之影響 ......................................................... 72 第四節 綜合討論 ..................................................................................................... 81 第五章 結論與建議 .................................................................................................... 84 第一節 結論 ............................................................................................................. 84 第二節 建議 ............................................................................................................. 86 參考文獻....................................................................................................................... 89 一、中文部分........................................................................................................... 89 二、外文部分........................................................................................................... 92 三、參考網站........................................................................................................... 94 附錄一：前觀察活動單-單色透明壓克力板觀察 ................................................. 95 附錄二：大學生色光混合概念POE活動單 ........................................................... 96. IV.
(5) 表目次 表 2-3-1 推理的定義 ................................................................................................... 17 表 2-4-1 可見光波長範圍 ........................................................................................... 29 表 2-4-1 色光概念統整表 ........................................................................................... 33 表 3-1-1 色光波長與反射角關係表 ........................................................................... 38 表 4-1-1「前觀察-單色透明壓克力板」之概念統計表 ........................................... 48 表 4-1-2 「色光混合POE活動」大學生所持之相關概念 ....................................... 50 表 4-2-1 學生推理類型統計表.................................................................................... 65 表 4-2-2 各步驟推理類型統計表 ............................................................................... 66 表 4-2-3 學生S01 的推理歷程 .................................................................................... 67 表 4-2-4 學生S11 的推理歷程..................................................................................... 68 表 4-2-5 學生S08 的推理歷程..................................................................................... 68 表 4-2-6 學生S04 的推理歷程..................................................................................... 69 表 4-2-7 學生S03 的推理歷程..................................................................................... 70 表 4-3-1 「S9」型...................................................................................................... 73 表 4-3-2 「S±」型 ..................................................................................................... 74 表 4-3-3 「A9」型 ..................................................................................................... 75 表 4-3-4 「A±」型..................................................................................................... 75 表 4-3-5 「G±」型..................................................................................................... 76 表 4-3-6 各類概念對推理結果之影響........................................................................ 77 表 4-3-7 推理類型對推理結果之影響........................................................................ 79 表 4-3-8 各類推理類型與推理結果統計表 ............................................................... 79 表 4-3-9 概念與推理類型對推理結果之影響............................................................ 80 表 4-4-1 色光另有概念相關研究 ............................................................................... 82. V.
(6) 圖目次 圖 3-1-1 CD光碟表面資料儲存示意圖 .................................................................36 圖 3-1-2 光線在CD光碟表面的反射情形 .............................................................37 圖 3-1-3 入射光線、CD光柵和各光譜間的關係圖.............................................38 圖 3-1-4 本研究之裝置-簡易CD光譜儀 .................................................................39 圖 3-2-1 晤談流程圖 ................................................................................................41 圖 3-2-2 研究流程圖 ................................................................................................43 圖 4-1-1 各類型概念比例圖 ....................................................................................57 圖 4-1-2 科學/另有/直覺概念比例圖......................................................................58 圖 4-2-1 推理歷程主類別比例圖 ............................................................................71 圖 4-2-2 推理歷程次類別比例圖 ............................................................................72. VI.
(7) 第一章 緒論 本章共分為四節，第一節敘述研究背景與動機；第二節說明研究目的與問 題；第三節為名詞釋義；第四節是研究範圍與限制。. 第一節 研究背景與動機 教育改革是世界各國的趨勢，不僅教學的課程內容需要改變，教學的方法、 策略也需要調整。學校教育除了要讓學生習得生活的基本能力，培養學生獨立思 考與解決問題的能力亦是重要課題。九年一貫課程的主要目標是要培養學生帶著 走的能力，而其十大基本能力中，「主動探索與研究」和「獨立思考」兩項均提 及推理能力的培養。「主動探索與研究」基本能力是以漸進而有層次的方式來達 成。主動是一種關懷和參與的意願和精神；探索是好奇心與敏感度的表現；研究 則是運用嚴謹的分析、推理與歸納等科學方法，探究問題，以發現新的事實、理 論或法則。「獨立思考」就是解題者本身獨自去做推理及解決問題的歷程。推理 是思考的歷程中，高於回憶層次之心智活動，其包含基本的思考、批判性思考， 以及創造性思考。所謂「解決問題」需要將許多已知的東西加以組織，運用這些 知能找出解決方法或途徑。推理能力除了在數學學習上有其重要性，對於學生學 習自然科學也是重要的必備能力之一。在美國教育界已有許多要求加強學生思考 和推理能力的呼聲與行動，例如：美國在 1989 年在維吉尼亞州所舉行的第一次 教育高峰會，特別將思考和推理列入教學的主要目標之一。在美國的 SAPA （Science－A Process Approach） 課程中，認為自然科學的學習，即是科學研究 的十三種過程技能：觀察、使用空間和時間關係、運用數字、測量、分類、溝通、 預測、推論、假設、控制變因、解釋數據、下定義、實驗等步驟，這些與科學家 進行科學探討的過程相符的重要技能中，從假設到驗證的歷程與邏輯推理原則不 謀而合，足見邏輯推理能力在自然科學教育上也是極為重要的課題。. 1.
(8) 推理能力是由一個或者幾個已知的判斷（知識）推演出一個新的判斷（知識） 的思維形式。對於實際的推理意義和模式，研究學者們並無定論，有些認為推理 可能是智力的一部分，也可能是問題解決的能力，或是邏輯思考的過程。在哲學、 數學、心理學、教育學等各方面的專家學者雖然對於推理各有不同的見解，但是 一致認為推理能力是非常重要的（張筱珊，2004）。 科學教育是經由科學性的探究活動，使學生獲得相關的知識與技能，養成科 學思考的習慣，依照科學方法從事探討與論證，運用科學知識與技能以解決問 題，進而形成對科學本質的認識，並建立科學精神(科學態度)。Hogan 和 Keller （2000）指出： 「我們用推理去建構知識，我們也用知識去推理」 。解決問題時會 形成對問題的心智模式，而心智模式會受推理能力、知識基模、工作記憶容量、 認知發展成熟、解題策略等影響（張景媛、陳萩卿，2003）。在「國民教育階段 九年一貫課程總綱」中指出，自然科學學習所培養之國民科學素養，依其屬性和 層次來分項，分成過程技能、科學認知、科學本質、科學態度、思考智能、科學 應用等，其中過程技能就是科學探究過程的心智運作能力，包括觀察、比較與分 類、歸納與推斷、傳達等。學習科學，讓我們學會如何去進行探究活動，學會觀 察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批判、創造等各種能力。特別是 以實驗或實地觀察的方式去進行學習，使我們獲得處理事務、解決問題的能力， 也了解到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。 「光」的議題，自國小到國中、高中，甚至高等教育，一直是自然科學的重 要學習內容之一。而我們的生活，也與光息息相關，因為有光，使我們的眼睛能 看見千變萬化的彩色世界，可是光無形無色無味，我們必須透過它產生的作用或 影響才能明顯察覺它的存在。從國內外許多學者相關的研究發現，不同階段的學 生對於光均存有另有概念（Guesne，1985；王龍錫、張靜儀，1995；吳政勳，2003； 李采褱，2003；何嘉峻，2003；江文雄，2003；蔡明儒，2004；王玉龍，2006； 洪淑淩，2006），這些概念是如何形成或轉變，對於科學教育而言，實有必要深 入探討與瞭解，進而運用適當的教材、教法來幫助學生釐清並建立正確的觀念。. 2.
(9) 根據許多POE（Predict-Observe-Explain）的相關研究指出（Palmer, 1995； 黃雪錚，2004；陳志偉，2005；王玉龍，2006） ，POE策略確實能反映出學習者原 本的認知結構，也能提高學習者之學習動機。經由實驗的裝置引起學生的興趣， 讓學童能主動去建構或重組自己的概念或想法，甚至可以藉由製造概念衝突的情 境，使學童有檢視自己概念的機會（Liew & Treagust,1998）。因此，本研究希 望透過簡單的實驗裝置，運用POE策略，藉以深入瞭解大學生對於「色光」概念 的認知，並從活動過程中探討大學生對「色光混合」的推理歷程。. 第二節 研究目的與問題 本研究旨在利用簡易 CD 光譜儀裝置，透過 POE 策略的活動，對大學生進行 色光及色光混合概念之探究。將學生在 POE 活動中，對色光所陳述的想法，及 對色光混合現象的預測與結果之解釋，歸納其相關概念並探討其推理歷程。主要 研究問題如下： 1、大學生對色光的概念為何？ 2、大學生對色光混合的推理歷程為何？ 3、大學生色光概念與色光混合推理類型對推理結果有何影響？. 第三節 名詞釋義 一、POE 策略 活動中所採用的 POE 策略分為 Predict（預測） 、Observe（觀察） 、Explain（解 釋）三個步驟進行，用以探究學生對概念的理解情形及推理歷程。首先要求學生 對於事件的結果進行預測並說明其理由，隨之描述他們實際所觀察到的現象，最. 3.
(10) 後必須針對觀察與預測之間的衝突加以解釋調和。. 二、另有概念（alternative conception） 本研究所指的「另有概念」乃依據建構主義之觀點，指學生以個人日常生活 經驗、學校學習或其他途徑，對於現象或概念所產生與之認知，而這些認知與當 今科學家所認同的看法與信念不同者。. 三、色光混合 本研究所指的「色光」，為光線經過簡易 CD（compact disc）光譜儀後產生 色散作用所呈現紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫的可見光，即波長介於 380 nm 與 780 nm 之間的電磁波。「色光混合」意指白色光線所含各種波長之色光，經過連 續不同顏色的透明壓克力板後所呈現的混合的現象，而此混合成分利用簡易 CD 光譜儀解析出來以做觀察。因靛色在視覺效果上與藍色接近，不易區分，故本研 究只區分紅、橙、黃、綠、藍、紫六種色光。. 四、推理歷程 本研究所指「推理歷程」 ，是指學生在色光混合之 POE 活動中，對於所觀察 到的現象，依據自己原有的知識、概念所陳述之解釋，分析其所運用之推理類型， 在整個活動中所呈現的改變及意義。. 第四節 研究範圍與限制 本研究採質性研究，由於受到研究時間、人力等種種因素的影響，研究的範 圍和限制如下： 一、研究範圍. 4.
(11) （一）採便利取樣，僅針對台中某大學科學相關科系之大學部的三、四年級學生 進行調查研究。 （二）僅探究科學相關科系，未能擴及其他非科學相關科系，不考慮不同性別或 其他因素所造成的差異。 （三）僅針對晤談中所提及之概念與推理情境做分析，而其它相關概念則不予分 析。 二、研究限制 （一）本研究採半結構式晤談，假設受訪者均能充分表達自己的意見與想法。 （二）本研究晤談並非隨機抽樣取得，且樣本範圍有限，因此研究結果的分析僅 適用於所研究對象在本研究設計範圍內的解釋。 （三）本研究之內容以「色光」概念為範圍，對於其他光學概念則不宜做過度推 論。. 5.
(12) 第二章 文獻探討 本章共分四節，第一節探討 POE 策略的理論基礎，第二節闡述概念與另有 概念的相關理論，第三節敘述推理的意涵與類型，第四節則介紹色光概念及其相 關研究。. 第一節 POE策略 一、POE 的起源 1980年美國 Pittsburgh 大學Champagne, Klopfer 和Anderson設計了「DOE」 (Demonstrate-Observe-Explain)，用來探討大一學生古典力學的相關。首先是對學 生實施紙筆測驗，然後由教師示範實驗活動讓學生觀察，最後讓學生回答測驗的 問題並提出說明（Champagne, Klofer & Anderson, 1980）。 1981年Gunstone 和 White發現在活動中讓學生先進行「預測」 （Prediction）， 除了可以瞭解學生原本的認知結構外，也提高了學生的學習動機，於是將DOE 策 略改良為POE（Predict-Observe-Explain）策略，以期提高教學效益（Gunstone & White,1981)。 1992年White 和 Gunstone提出了POE 策略運用於探究學生概念之改變，主 要步驟如下（Gunstone & White,1992）： （一）預測：學生運用其原有的知識去預測一個事件的結果，並提出支持其預測 的理由。 （二）觀察：學生實際觀察實驗的結果，具體的描述他們所看到的現象。 （三）解釋：學生必須針對預測和觀察結果之間的矛盾提出自己的解釋與說明。. 二、POE 的目的 Southerland、Smith 和 Cummins(2000)將POE 策略視為一種預測晤談. 6.
(13) (Prediction interviews)。預測晤談是要學生預測結果，並對其預測做解釋或證明。 此種方法之目的是想要瞭解學生如何應用他原有的概念進行理解。預測晤談強調 知識的應用，也因為需要應用，預測晤談就能測出學生的知識是僅止於記憶的資 料，或是能成為有意義的知識。 運用POE 策略的目的就是要瞭解學生在某一情境下，如何應用相關的知識 來預測、描述和解釋所看到的現象。由於POE 策略強調學生對真實事件的預測 及預測的理由，與一般測驗相較，對於正確答案及評分的問題是較少強調的，而 是希望學生表達其真實的想法，同時讓學生去說明他們所持的理由。從許多POE 活動中，顯示學生經常是以日常生活的經驗及信念去支持他們的理由，或者應用 跟科學原理相異的觀念去解釋自然界的現象。運用POE 策略能有效地鼓勵學生 應用自己原有的知識概念去進行推理及解釋，也較能探測出學生在真實情境中的 認知結構及應用知識的能力（White & Gunstone, 1992）。. 三、POE 的實施 POE活動開始進行時，最重要的是要讓所有的學生都明確瞭解他們所要預測 的事件，在教師或研究者說明活動後，應允許學生提出各種相關問題，讓他們在 預測之前能充分瞭解狀況。活動開始，首先非常重要的工作是要求每位學生提出 他們對事件的預測，並說明支持其預測的理由。這個步驟可以利用設計好的活動 單配合進行，或者採用更開放的形式，讓學生用自己的話自由發揮。 在進行觀察之前，務必要讓學生完成預測動作，理由如下： （一）每個學生都要表明自己採取何種知識立場，如何應用，讓教師瞭解其原有 的知識、概念。 （二）讓每個學生都不會錯失對事件的觀察，因為學生如果仍在思考或書寫狀態 中，將會影響其觀察活動的進行。 當觀察事件發生後，需要求學生記錄下他們所觀察到的現象。不同的學生對 相同的現象，也許會看見許多不同的東西，因此在觀察的同時，如果沒有要求學. 7.
(14) 生即時寫下自己所看到的，他們很可能會因為別人的看法而改變自己原本觀察的 結果。 最後的步驟是要學生調和其預測和觀察結果之間的矛盾，對學生而言，這是 比較困難的，所以教師必須鼓勵學生儘量思考各種可能的想法，此時學生提出的 解釋說明正好提供教師瞭解他們的理解情形。 Bruce (2000)的研究認為，POE 策略可以應用在許多標準的科學學習活動， 從幼稚園(利用繪畫與交談)到大學前後的課程，POE 都可以很成功地進行，它可 以幫助我們思考幾個方向： （一）當學生寫字、討論時，它可以讓學生放慢腳步去思索，他們正在做什麼？ 想什麼？因為學生必須去思考這些現象與可能的理論來加以解釋。 （二）進行預測這個動作可以提升學生的參與感，讓大部分的人對於即將發生的 真實事件更有興趣，尤其是當學生提出不同的預測時。 （三）對於共同有興趣的學習教材，POE策略提供小團體或課堂討論一個很好的 引導。 （四）POE的活動可以提供學生進一步探索的基礎，例如觀察到的現象有何差 異？實驗可以提供哪些解釋？。 （五）POE可以呈現學生活動歷程的記錄，提供進一步研究、改進寫作能力或做 為形成性評量的基礎。 如果學生預測的主題是他們很少經驗的，學生可能會任意猜測，誤以為學習 的目標就是要回答出老師們心中預定的答案，這是進行POE活動進行時需要特別 注意的地方。 White 和 Gunstone（1992）提出在選擇適合的事例來實施POE 時，基本上 要考量下列原則： （一）要提供學生一個能以個人理解進行推理預測的情境或實驗，若純粹只是猜 測，是沒有意義的。 （二）要提供真實的情境與問題給學生，才有助於POE 的效果，否則至少要提. 8.
(15) 供學童一些支援的線索或說明。 （三）要讓學生的觀察是直接可行的，亦即欲觀察的實驗結果是清晰可見的。 （四）可以利用選擇或勾選的方式，提出幾種可能的情況讓學生做預測，或者採 用開放的反應模式，讓學童自己表達想法。 進行 POE 活動時，對於預測-觀察-解釋的每一個步驟，教師需運用適當的引 導及發問技巧，鼓勵學生清楚的表達自己真實的想法，而且每一個步驟也應預留 充分的時間讓學生確實完成，如此才能有效達到設計 POE 活動的目的。. 四、POE 的優點 POE 策略要求學生根據自己原有的科學知識對一科學現象進行預測，然後 進行實際實驗之觀察，再對所觀察到的結果提出適當的解釋，過程中激發學生面 對個人既有知識架構與科學現象不一致時，必須重新調適與組織，以形成新的知 識架構，達到概念改變，因此，POE 策略具有下列優點（White & Gunstone, 1992）： （一）針對特定的概念，可用於探究單一知識概念的本質。 （二）適合用於診斷性評量與形成性評量，有助於瞭解學生的學習困難。 （三）可以呈現學生本身既有的概念或信念。 （四）有助於瞭解學生對於現象與概念之間關係的認知。 （五）可以呈現學生面對認知衝突時，如何調適。 POE 活動的設計，用於教學上可以提昇學生學習的興趣，也可以幫助教師瞭 解學生的學習情形，找出學生的學習困難，再運用適當的教學策略予以加強或補 救。用於研究上，則能激發受訪者思考所面對的概念衝突，亦有助於研究者深入 瞭解受訪者之原有概念及概念的調整或改變情形。因此本研究採此策略以進行大 學生色光混合概念之探討。. 9.
(16) 第二節 另有概念 一、概念的意義 「概念」這名詞被不同領域的學科專家賦予不同的意義，就心理學領域的行 為及認知兩學派而言，行為學派認為概念為一群能產生某特定反應之相似刺激， 而認知學派則認為概念為一心智活動，是經由學習及經驗而來，且隨著成長而修 正的(林清山譯，1996)。黃台珠（1984）則指出概念是人類思考和瞭解的工具， 是學習的基本單位，概念存在於人的心智中，當人接觸到世界上的各種事物與現 象，會試圖找出其共通性，將此共通性符號化。該研究提出概念的特性有三：（一） 共通性（regularity）：相同物體在事件或其它概念中有共同性，了解一個概念要 能知道其分類的規則，能分辨出何者屬於概念的範圍，並能分辨出此概念與其它 概的差異性與關係。（二）符號化（symbolization）：概念的命名是人為界定的， 為了便於人與人之間的溝通，以及個體認知結構中概念之使用，常以簡化而抽象 的符號代表之。（三）文化差異：概念是人所創造的，依其使用者的文化方式來 表達，以方便溝通。此外，張春興（1996）對概念提出了廣義與狹義的定義，就 廣義定義而言，概念是指個體對具同類屬性事物獲得的概括性之單一經驗；而狹 義論之，概念是藉由單一概括性的名稱或符號，可將具有共同屬性的一類事物的 全體加以分類，此名稱或符號所代表者為概念，概念具有歸類與共通性。 Pella（1966）認為科學概念是科學家心智創造的產物，是一種對一群科學事 實、物件、現象抽象概化的想法，它可能因新事實、物件、現象的出現而加以改 變、修飾、甚至放棄概念的原有詮釋，重新創造一新的解釋。其將科學概念以抽 象層次分成三類型：（一）分類概念大都為獨立存在的事物。（二）相關概念則 常涉及兩種以上事物的交互變動。（三）理論概念則為不能呈現事實於眼前的概 念。Gagne (1985)認為概念是對具有共同屬性事物的概括性認識，概念可分為兩 類：(一) 具體概念：指的是事物共有之具體屬性，例如：顏色、形狀… 等。(二) 定義概念：指的是無法呈現具體事實的抽象概念，例如：快樂、傷心… 等。. 10.
(17) Vygotsky (1986)則將概念區分為兩者：(一) 自發概念：是學生根據日常生活經驗 自然反應出的概念；(二) 科學性的概念：則是學生受學校教育後的產物。 雖然國內外學者對概念的定義與分類不盡相同，但總括言之，概念是代表一 群事物的共同性，或具體或抽象，且不同文化背景對同一概念之定義可能有異。 正如歐陽鍾仁(1988)所提概念是一種認知過程的形成階層，在認知階層中，以思 想的本質、觀點以及物體間的關係為其特徵，使個體能夠做比較、概括、抽象及 理解的活動，並以語言為其主要表達工具。. 二、概念的學習與改變 林清山（1996）在所譯的「教育心理學─認知取向」一書中，列舉出各心理 學派對概念學習不同的說法： （一）行為學派（Behaviorism）強調行為的改變，認為學習者是被動的，是根據 回饋以建立刺激與概念之間的聯結，是一種漸進式的練習歷程。 （二）認知學派（Cognitivism）強調知識的改變，學習者是主動的，以形成假設， 經過試驗、修正、證明而獲得知識概念，是一種思考與解決問題的歷程。 （三）人本學派（Humanistic psychology）則強調心靈的改變，學習者是自發性 的參與，根據內在意識主動探索，是一種有意義的學習歷程。 近年來，在概念學習方面轉以建構論為主流， Driver 與Bell (1986)曾以建 構論的觀點，提出以下對學習的看法： （一）學習的結果不僅與學習環境有關，且與學習者的先備知識有關；學習者的 概念、目的和動機都會影響他們與學習材料的互動方式。 （二）學習主要是內在意義的建構，而意義是由學習者的所見所聞加以同化、調 適而成的。 （三）學習者所建構出的意義，與外界多數人認同的意義加以比較的結果，有可 能被接受，亦有可能被拒絕。 （四）意義的建構是持續且主動的歷程。. 11.
(18) （五）學習者必須對自己的學習負責。 （六）學習者所建構的意義，主要來自於與真實世界接觸的經驗，和經由語言的 交互作用所形成。 國內學者郭重吉（1988）則認為在科學或其它領域裡有許多的概念是以網狀 的關係存在的，學童不斷的學習與成長，學生會自己建構起自己的想法，慢慢增 加概念、刪減概念、或改變概念關聯的關係，也就是概念改變。 許多有關概念改變的相關研究多數指出，要學童改變其原本的迷思概念是很 困難的（邱美虹，2000），其原因有以下幾點：（一）受到個人經驗的影響；（二） 概念本身是抽象的；（三）概念本身是複雜的；（四）概念本身是微觀的。 Posner 等人（1982）提出概念改變必須滿足下列四個條件： （一） 學習者必須對現有概念感到不滿意(dissatisfaction)。 （二） 新的概念必須是可以理解的(intelligible)。 （三） 新的概念必須是合理的(plausible)。 （四） 新的概念必須是豐富的(fruitful)。 Strike 與 Posner（1985）提出了概念生態的想法，其中包含了異例、隱喻、 意象、經驗、認識論、信念、其它領域的知識和相互競爭的概念，並且認為概念 生態是概念改變模型的另一要素，主張情感與社會因素對個體概念形成的影響， 強調學童概念並非單單只是認知不清楚所影響，並會受到週遭因素的影響。 耿正屏（1991）將概念的發展分為四個階段，分別為（一）以原先具有的概 念為基礎。（二）接受外來刺激。（三）內在的統整。（四）新概念的形成。 郭惠芳（2003）在其研究中發現大部分的學生概念改變的情形，在教學後所 呈現的是以直觀經驗與教學後獲得之概念相結合調整而成，適存者留，不適或不 易理解者淘汰，因此，當教學無法合理豐富的解釋學生舊有經驗時，學童可能不 易達到學習的目的，且在教學後，學生也可能僅是短暫記憶教學之內容，但在一 段時間之後，可能又回復到原先之想法。 影響概念學習與改變之因素有很多，可能是個人的差異，也可能是外在環境. 12.
(19) 造成的。概念的學習能引起概念的改變，但概念的改變並不一定是遵循教師所預 定的目標，也不一定形成長期記憶。因此教師除了需要瞭解概念學習的原理，引 導學生主動學習，更需要安排新、舊概念衝突之情境，引起學生概念改變之動機， 進而作適當的調整、同化，以促成新概念之學習。. 三、另有概念 學生在日常生活中的透過各種管道，形成對事物各式各樣的想法和認知，養 成了個人的思考方式，在他們面對新的事物，學習新的課程時，腦海中已經存在 著些屬於個人已經形成的理論和模式，這些理論和模式常常是與目前科學社群所 認同的理論和模式互有衝突或矛盾的，而影響學生對某些新概念的學習。這些先 存的理論與模式在學術研究上有許多不同的用語，例如先前概念 (preconceptions)、另有架構(alternative frameworks)、另有概念(alternative conceptions)、迷思概念(misconceptions)等。本研究採用廣義的看法，只要是與現 有 的 科 學 概 念 不 相 符 合 的 概 念 ， 即 以 「 另 有 概 念 」 稱 之 。 許多學者曾對產生另有概念的可能原因與來源做過研究分析，例如： （一）王美芬與熊召弟（1995），認為迷思概念可能的來源有： 1.教師對學童的迷思概念缺乏察覺心及興趣。 2.日常生活用語即隱喻的影響。 3.教師持有「只要教，馬上會學會」的假設。 4.教師持有「學生回答正確的字或話語，即代表了解」的假設。 5.教科書呈現錯誤概念。 6.過分強調假設法。 （二）Osborne、Bell和Gilbert(1983)提出三點有關學生們的概念與與專家的概念 不同的原因： 1.學生傾向於以自我中心的觀點觀察事物。 2.學生傾向於對某一特定事件的部分解釋感興趣，而較不關心連貫的、合. 13.
(20) 理的解釋。 3.學生日常所使用的語言和專家們所使用的語言也有些微的不同。 （三）Driver 則列舉七項學生形成另有概念的主要原因(引自樊雪春、陳慧娟, 1996)： 1.思考侷限於感官：在碰到問題之初，學生傾向於以其易見的特徵作為推 論的依據。 2.注意力集中在有限的範圍：學生對於科學概念常只考慮到一些特定物質 情境的有限層次，注意力只集中在感官能察覺到的明顯特徵。和這種傾 向類似的是：學生在解釋一些現象時，常常把物體賦與一些絕對的性質。 3.只注意到改變而忽略穩定狀態：例如學生針對壓力概念，學生通常只考 慮到不平衡狀態時的壓力作用，而忽略了平衡狀態時的壓力。 4.線性因果關係的推理思考：學生在說明改變之所以會發生的原因時，他 們的推理方式常是按照一個有方向性因果順序，亦即它們會假定有一個 「因」的存在， 且由其產生一連串的時間上依序出現的「果」。此種思 考方式會使學生難以體認在系統之間交互作用的對稱性。 5.未分化的概念：孩童所用的一些觀念，其所涵蓋的意念很可能和科學家 所用的有所不同，而且常常範圍更大，含意更為籠統。 6.受到情境因素的影響：與上述相反，學生在了解科學家認為相同狀況的 一些情境時，常因其外觀可察覺的特徵之不同，而應用不同的觀念來說 明，亦即學生的想法會受到情境因素的影響。有時同樣概念的題目，學 生會因情境不同而無法回答。 7.一些明顯的另有想法：對於許多不同的題材，有一些學生的另有想法一 再的重複出現。顯然的，有些想法是相當普遍的存在於學生的腦海，而 且這些想法會影響學生許多不同情境的思考。 另有概念的形成原因，無論是個人因素造成，或是外在環境之影響，所形成 之另有概念均有一些共同特質，這些特質將阻礙學生科學學習過程中概念的轉. 14.
(21) 變。 Fisher（1985）認為另有概念的特性有： （一）此種概念與專家的概念不同。 （二）另有概念普遍存在於少數人中。 （三）另有概念對於傳統的概念轉變教學，具有很大的阻力。 （四）另有概念有時涉及另有信仰系統。 （五）另有概念常有歷史典故。 吳淑珍（2004）將另有概念歸類以下特性： （一）是零碎不周全的。 （二）隨情境而變的動態發展過程。 （三）針對個人而有獨特性。 （四）某些另有概念具有普適性。 （五）穩固不易改變的。 Driver (1985)認為以認知取向的觀點而言，學生是一主動的學習者，因此對 於在其周圍的各種現象總是以自己的想法加以解釋，故學生在接受學校課程之前 在腦海中就存在許多科學的概念，而這些概念往往與事實有所差別，也就是所謂 的迷思概念。對於迷思概念的特性，有下列幾點： (一) 是個人的，又同時為多人所共享，具有個別性與不變性，但其與科學概念比 較起來又不夠完備。 (二) 是頑強的，不易為教學所改變，學生會排斥正式的科學概念，傾向以其既有 的想法來解釋科學概念。 (三) 是跨越年齡、能力和國籍的，也就是說不管在任何領域、任何國度、任何年 齡的孩子均可能存在迷思概念。 (四) 是個人認定卻又常前後不一致，有時同樣的問題，因其所排列的位置或是答 題的順序或所處情境的不同，學生常有許多不同的解釋。 (五) 非隨機發生的，有的迷思概念具有歷史淵源，類似於科學歷史的演進。. 15.
(22) 關於另有概念的研究，因不同理論學派與探討問題的不同，所採取的研究方 法也有所不同。Piaget 認知發展學派常應用臨床晤談的方式，以深入探討學生抽 象推理能力之層次，和概念形成的發展關係。Ausubel 認知結構學派則採用概念 圖與 Vee 圖的方法，來瞭解學生的想法。其他尚有事例晤談、單字聯想等方式。 在另有概念方面，本研究只針對學生對於「色光」之相關概念進行探究，並配合 POE 策略進行，故採取晤談方式來收集與瞭解學生之概念。. 第三節 推理 一、推理的意涵 推理也稱為邏輯推理，此乃因為有效的推理過程，必須合於邏輯，所以說邏 輯推理，亦即是合乎邏輯性的推理。所謂邏輯思考為一個人邏輯結構的精神運作 表現，將思考程序及規則，運用於對活動的理解、解釋和執行上（林俊華，1986）。 張氏心理學辭典（1989）對推理的解釋是按照邏輯規範推理思考的歷程，或解決 問題時合理思考的歷程。Angell（1964）指出，推理（reasoning）是人類的一種 動態活動，推理是我們做的一些事，他也是一種心理活動，這種活動包括解決問 題、想出某事。它有四個特點：1.推理是過程、有目的；2.依據推理目標而採取 特定的推理方式；3.屬於個人的；4.是一種心智及內心的活動（引自郭靜芳， 1997）。廣義來說，推理是以某種原則為基礎，由已知之事實，推求未知之結果 （張春興，1996） 。 「推理能力」則是指個體具有使用邏輯規範和將先前所學經驗 運用至新情境的能力(Spitz, 1979)。 表2-3-1列舉了國內外學者對推理的定義，雖各有異同，但綜而言之，推理是 人類的一種心智活動，因某種目的而思考，用已知的事實，去推想未知的結果。 推理是一種心智能力，當面對問題情境時，運用本身已有的經驗、知識做合乎邏 輯的思考，解決問題。推理亦是一種學習，解決問題的同時，將新經驗融入舊經. 16.
(23) 驗，或者改變原有的知識架構。 表2-3-1 推理的定義 （引自周家卉，2006） 提出者. 推理之定義 訊息處理模式就是一種以心智處理來思考與推. Broadbent（1958）. 理的模式，也就是說思考與推理在人類大腦中的 運作便像電腦軟體在電腦裏運作相似。. Newell和Simon（1972） 韋氏大譯典（1976） Sternberg（1985） Holland,Holyoak, Nisbet. 和. 指出推理是發現解題策略前，對問題情境知識的 發展歷程。 一種邏輯性思考或陳述的歷程。 認知發展論中的推理就是個人解題或作決定 時，對整個歷程的理解及監控的能力。 在不確定性之下經由推理擴展知識的歷程。. Thagard. （1986） 張春興（1989）. 張春興（1992）. Rosser(1994). 按邏輯規範推理思考的歷程，或說是解決問題時 合理思考的歷程。 是以某種原則為基礎，由已知之事項，推求未知 之結果。 推理是由舊資料引出新訊息的思考歷程，個體需 根據系統性的原則，在前提間建立起特殊關係。. Hogan和Keller（2000） 用推理去建構知識，用知識去推理。 心理計量學. 推理能力被視為傳統智力的中心因素。. 17.
(24) 二、推理與認知 根據Piaget的認知發展論，他將兒童的認知發展歷程分成四個階段，即感覺 動作期(sensorimotor stage)、前運思期(pre-operational stage)、具體運思期(concrete operational stage)、形式運思期(formal operational stage)。在感覺動作期和前運思 期的兒童尚無法進行邏輯的思考和推理。具體運思期的兒童，已有質量、容積等 保留的觀念，也有可逆性的觀念，他們已經能進行簡單的邏輯思考，能排列次序， 能用不同的特性分出類群，但仍須透過具體的實物或教具方能理解。形式運思期 的青少年大多已脫離依賴直接感覺階段，他們具有系統的和抽象的邏輯思考，可 以和成人一樣反省，也可以根據假設進行演繹推理(deductive reasoning)，並在理 論的考慮下設計實驗進行控制變因的實驗。依Piaget 的認知發展歷程來看，兒童 的推理能力隨著年齡的增長會逐漸的發展、改變，直到進入形式運思期後才會趨 於成熟。 本研究之研究對象屬形式運思期的學生，其思考方式已能擺脫知覺的約束， 進而從事抽象思考和概念化活動。他們除了能夠藉外在的、立即的具體事物，並 運用語言和符號，進行有系統的和抽象的邏輯思考，此時期的思考特徵如下: （1）具有反射性思考:意指學生在思考問題時，能反覆的重新思考其曾經想 過的問題．並加以評鑑。 （2）具有演繹推理能力:指學生可以根據問題的性質，提出自己的假設，再 根據假設進行演繹推理。 （3）具有實驗的能力:此階段學生已能運用實驗方法，進行控制變因的實驗， 以驗證假設的真偽。 （4）具有科學的歸納能力:當學生面對問題時，在內心裡會想出各種不同組 合的解決方式，並歸納出一個有組織有系統的分類組合。 （5）命題思考:能處理描述具體事物的陳述句或命題，即使命題是與事實相 反的，也能以假定它成立的方式，再據以推理。 （6）組合思考:在解決問題時，能獨立出個別的因素，並將這些因素做. 18.
(25) 某種組合，來思考問題的解決。 綜合Piaget的認知發展階段的思考特徵，兒童隨著年齡的增加，思考的方式 由完全主觀到客觀推理，由動作知覺到抽象概念形成，由具體而抽象，由呆板而 富彈性思考，由外表判斷事理而進入實體空間概念。由集中固著而進入多元化觀 點建立，由靜態而動態思考，由不可逆而到可逆推理，使認知發展逐漸增加且擴 大(陳李綢，1992)。 推理能力是屬於一種高層次的認知能力，以學習的觀點而言，有問題等待解 決，是思考產生與持續的主要條件，而推理是個體解決問題時思考的方式（張春 興，2003）。而Gagne（1970）認為問題解決可視為一種過程，結合且運用先前 所學的規則去解決新的情境，並且在過程中產生新的學習。由此可知，知識與推 理的關係是密不可分的。Novak和Gowin（1984）認為良好結構的知識基礎比拙劣 結構的知識更能支持較高層次的推理。 張景媛、陳萩卿（2003）提到，思考是用來表示有意圖與審慎反思的心智活 動，在認知歷程中，思考包括推理與問題解決等認知能力，這些能力使個人在面 對複雜困難的問題時，能找到有效的問題解決途徑，以適應未來多變的社會環 境，個人運用正式邏輯規則的能力會受年齡、生活、經驗、學習與知識獲得等因 素影響而有所不同，所以發展推理思考是增進問題解決能力所不可或缺的。推理 思考與問題解決能力有如下的關係： 1.推理思考是問題解決情境知識的發展歷程，個人愈能精確掌握問題情境的因果 關係，就愈能進行較佳的推理思考。 2.推理能力能幫助個人獲得解決問題的規則並選擇適當策略，較小的學童雖能在 特定情境下獲得具體規則，卻常在將規則遷移至其他情境時，受限於學習經驗 與推理能力的發展，影響其解決問題的表現；較大的學童則較能運用強勢與抽 象的解決策略或規則，並將這些規則成功推論至其他情境脈絡，而有較佳的解 題表現。 3.促進推理思考是增進問題解決情境能力不可或缺的歷程，在整個問題解決歷程. 19.
(26) 中，須持續不斷運用推理思考來幫助個人發展問題情境知識，並獲得規則或策 略，透過推理思考能力，個人在面對問題時，方能正確掌握問題的表徵方式並 推理問題解決步驟。. 三、推理的類型 教育百科辭典（1994）中描述「推理由判斷所組成。他可以是由許多特殊情 形引出一般結論的活動，即由特殊到一般，這是歸納推理。但也可以是從一般規 律、規則、原理到特殊情形並作出新結論的活動，即由一般到特殊，這是演繹推 理。」 陳祖耀（2003）於「理則學」一書中，對於推理形式之分類整理如下： （一）直接推理：從原命題主詞與謂詞之關係，直接推得一個新的命題，不需要 第三者概念作媒介。直接推理又可分為兩種： 1、加辭（Contribution）：加一個名詞於原命題中，作成一個新的命題。例 如「羊是動物」→「白羊是動物」。 2、轉變（Transformation）：指變換原命題的質或變換一命題主詞與謂詞 的位置。例如「凡馬是動物」→「有些動物是馬」，「有些馬是白的」 →「有些白的是馬」→「有些白的不是非馬」。 （二）間接推理：已知的命題與推知的新命題，其主詞謂詞間並無直接聯繫，必 須由第三者概念居間作媒介。間接推理又可分為三種： 1、演繹推理：是由普遍以推知特殊，是概念的運用。由三個命題所組成， 又叫三段推理或三段論法。 （1）定言三段推理：三段推理成自三個定言命題。 大前提. 凡動物是生物. 小前提. 凡馬是動物. 結 論. 故凡馬是生物. （2）假言三段推理：三個命題中有一個或三個是假言命題。. 20.
(27) 大前提. 如天下雨，則地濕。. 小前提. 今天下雨。. 結 論. 故地濕。. （3）選言三段推理：以選言命題做大前提，以肯定或否定大前提中的任 何一個選支作小前提與結論。 大前提. 人是男或是女。. 小前提. 此人是男。. 結 論. 故此人不是女。. 2、歸納推理：由特殊事實以推知普遍原理的一種思維方法，即是依據一部 份既知事物之如此，以論定該事物之全部亦必如此。歸納推理是獲得「經 驗知識」的方法，以經驗為出發點，必須經驗正確，推理又無錯誤，推 理所得結論才能確定不移。 3、類比推理：由特殊事物以推知特殊事物的一種推理。亦即從兩個特殊事 物間發現其有一種或多種類似之處，比而同之，由此一事物的真，推知 彼一事物亦或真。類比推理雖然很簡單，可說是一種原始的推理方法， 但在人類日常生活中，卻佔有極重要的地位。例如兒童本不知火之可 畏，但當其手碰觸燈火感到炙熱以後，再看見類似燈火的東西，便自知 逃避了。類比推理的應用雖廣，但其所得結論只具有蓋然性 （Probability），並無必然性。類比推理對於兩事物間的類似點須為本 質屬性，同時要力求多數，如此推理所得的結論始可較為正確可靠。 張春興（2003）認為推理（reasoning）是指在思維時遵循某種邏輯法則，以 已知的事實或假設條件為基礎，推演出有效結論，從而對事理間之關係獲得理解 的歷程。推理是遵循邏輯法則進行的思維歷程，故推理一詞有時也稱為邏輯推 理，張春興將邏輯推理分為演繹推理(deductive reasoning)和歸納推理(inductive reasoning)兩類，另外還有類比推理，分述如下： （一）演繹推理. 21.
(28) 演繹推理係根據已知的事實或假設條件推演出結論的推理方式，亦即根據普 通的原則去確定特殊事例的推理。他將演繹分為三段論法演繹推理與假設演繹推 理兩種方式： 1.三段論法演繹推理 係依據一個普遍的原則（或公認的事實）為前提，推演到某一特殊事例，從 而得到一個肯定結論的推理方式。 2.假設演繹推理 假設演繹推理是指根據一個假設性前提推演出一個結論，藉以做為判斷依據 的思維歷程，此例也是採三段論法中根據大小前提推演出結論的方式，惟其中的 大前提不同，它不是一個普遍的原則的陳述，而是採用了假設的語氣。 （二）歸納推理 歸納推理是以觀察所見多個事例所得經驗為基礎，歸結出槪括性的結論，藉 以做為解釋或預測類似事件可能發生之根據的思維歷程。張春興（2003）認為演 繹推理所得到的結論是肯定的，必然的，歸納推理所得到的結論是不肯定的，是 或然的。他以醫學上臨床實驗某種藥物對某種疾病的治療效果為例，說明如下： 第一個罹患某種疾病患者服用該藥物有效； 第二個罹患類似疾病患者服用該藥物有效； ………………………………………………. ………………………………………………. 對一般罹患類似疾病患者服用該藥物有效。 上面的例子可以歸納推理得出這個結論：該種藥物對治療該種疾病有效。張 春興（2003）說明，即使罹患類似疾病，其病因與病情未必完全相同；所謂「有 效」也未必完全相同。所以他認為經歸納推理所得的結論，不能像演繹推理的三 段論法那樣稱為有效論證，而只能稱為類推論證。事實上，在人類經由思維運作 獲取知識的整個歷程中，演繹推理與歸納推理二者是交互使用的；有時演繹在 前，歸納在後；有時歸納在前，演繹在後（張春興，2003）。. 22.
(29) （三）類比推理 類比法是將以往經歷過類似問題的經驗用於解決目前問題的一種方法，類比 法之有效必須符合兩個條件：其一是新問題與舊經驗確有類似之處；其二是以往 的經驗是成功的（張春興，2003）。 周家卉（2006）針對進行國小六年級學童科學推理類型研究，將國小學童推 理類型分為下列七類，說明如下： （一）概念推理：指學童運用本身已有之概念進行推理，其中可再分為科學家概 念推理及另有概念推理。 （二）邏輯推理：指學童能夠運用邏輯方式進行推理，如歸納推理。 （三）類比推理：指學童能將已有的知識，遷移到另一個新的問題情境，將具有 相似性的訊息表徵，進行應對。包含表面特徵類比推理和結構特徵類比推 理。 （四）實驗技能推理：是指學童能夠運用實驗技能進行推理，可分為為實驗設計 推理、變因控制推理以及資料解釋推理。 （五）經驗推理：指學童能夠運用過去的印象進行推理，但此經驗並未形成 概念或成為技能。包含生活經驗推理及引述推理。 （六）字義推理：指學童單就字面意義進行推論。 （七）直觀知覺反應：指學生根據直觀知覺進行判斷。 Hengan & Keller（1996） 認為，科學推理通常是科學探究期間發生的思考 過程，學生在進行科學探究過程中，獨自思考或小組討論時產生的推理思考模式 有以下六種： （一）分析的推理（analytical reasoning）－檢驗整體的每個部分及如何將他們的 功能放在一起，包括個人的假設、主張、解釋等推理之成分分析。 （二）類比的推理（analogical reasoning）－識別兩個或更多事物的相似點（不考 慮其不同處），常常是藉由比較更多熟悉的例子以了解或說明故事情境、 想法或問題的顯著特徵。. 23.
(30) （三）對話的推理（dialogical reasoning）－試著以不同觀點來考慮事物的各方架 構。對話推理有一部分是辨證推理，意在測試對立觀點孰強孰弱。 （四）推論的推理（inferential reasoning）－連結兩個情況做出某些事情是如此， 因為…等等的結論。推論思考的模式有兩種，一為歸納思考；一為演繹思 考，前者是從一些特殊的例子或證據引出結論，並將其一般化。後著是應 用一般的原理或前提推演至特殊事例形成結論。 （五）評估的推理（evaluative reasoning）－根據某些表面的準則來審定某事的價 值或品質，例如只用這個方法夠不夠？是否還需要其他方法？並評估其根 據的合理性。 （六）整合的推理（integrative reasoning）－把不同片段的資訊或知識來源整合 成一體。 Driver、Leach、Millar和Scott（1996）將學生推理的類型歸納為： （一）以現象為基礎的推理：解釋和描述不顯著，而實驗的目的是要去尋找和查 看。 （二）以關係為基礎的推理：解釋被視為包含確認和關聯性，在可觀察和認為假 定的實體之間，而不是探索其中原因，探究的方法傾向於確證的和不批評 的。 （三）以槪念為基礎的推理：根據槪念的本質，描繪根本的原因或是較有深度的 解釋。 依本研究的性質而論，希望學生藉由已有的經驗與知識去推知新問題的結 果，屬於陳祖耀（2003）推理分類之間接推理，包含演繹、歸納及類比推理，張 春興（2003）亦將推理類型分為此三類。根據周家卉（2006）針對國小學童科學 之推理類型之區分，其中「概念推理」與「邏輯推理」之演繹推理均屬運用概念 進行推理，將其歸為演繹推理。「經驗推理」中生活經驗與引述推理，若屬假設. 24.
(31) 性概念則屬演繹推理之一部分，若有類推之對象則屬類比推理，而「實驗技能推 理」與「字義推理」與本研究情境較無相關，故不取。「直觀知覺反應」之類型， 因考量學生思索不出答案或原因時，可能會有此反應，因此將其列入。綜合上述 理由，並配合本研究情境之需求，將本研究中學生的推理思考模式分為四類，分 別為「演繹推理」、「歸納推理」、「類比推理」及「直覺推理」。. 四、推理的相關研究 （一）黃秀青（2005）探討國小學童在電腦益智遊戲的解題活動中，所表現解題 策略與推理思考之過程。以六年級學業成績分別為高、中、低的男女生共 六位學童，透過三種電腦益智遊戲的解題活動，瞭解學童推理思考能力的 運用情形，發現： 1.國小六年級學童已有分析推理、類比推理、演繹推理、歸納推理、評估 推理、整合推理等六種推理能力，並且學童大多能有效地運用各種推理 能力來解決電腦益智遊戲問題，而少數表現較差的學童只有類比推理和 歸納推理的運用。 2.學童在各種推理能力的運用時機不同： (1)當有許多明確的選擇要決定時，運用分析推理或評估推理決定。 (2)當情境複雜時，運用分析推理解題。 (3)當有相似的情境，運用類比推理解題。 (4)當情境複雜、有相互影響的情形，運用演繹推理解題。 (5)當要找出很多資料的共通性時，運用歸納推理解題。 (6)當情境要兼顧許多條件時，運用整合推理解題。 3.經過電腦益智遊戲解題活動，對大部分學童的數學解題能力是有進步 的，且課業成績越好的學童進步越多。. 25.
(32) （二）姚志宗（2005）在以 POE 策略探究 35 位六年級學生在「月相類比模型」 中使用的推理技巧、概念改變以及概念發展的歷程。其中有關推理方面指 出： 1.實驗中當學童進行預測時傾向於使用演繹和類比推理；當學童進行觀察和 解釋時傾向於使用歸納推理。 2.學童會歸納出非科學概念。 3.類比推理能做出正確預測，但未必產生概念改變 4.演繹是在驗證暫時性理論。 （三）吳佳玲、張俊彥（2002）在「高一學生地球科學問題解決能力與其先備知 識及推理能力關係的初探研究」中指出： 1.學生問題解決能力與其先備知識及推理能力間均接近顯著之中度正相關 及大的效果量。 2.推理能力與「發散思考」間有大的效果量的關係，在「發散思考」上更應 著重在「推理能力」的培養，而「收斂思考」應更強調「先備知識」的建 立。 （四）張美玉、吳玉明（1999）以國小六年級四十七位學生為研究對象，將學 生區分為積極主動、慎思熟慮、按部就班及漠不關心等四種不同的學習型 態，透過教室觀察、訪談、田野筆記 等方式蒐集資料，針對不同學習型 態學生，探討其在解釋推理及問題解決能力的學習表現，與推理相關之研 究結果如下： 1.自然科的學習涉及許多科學概念，讓學生有猜測和解釋的機會，可以幫助 解釋推理及問題解決能力。 2.以不同學習型態來區分，在課堂中以積極主動型的學生在預測、解釋與推 理能力方面表現最佳。 3.影響學生預測、解釋以及推理能力的因素有：（a）教師的引導；（b）舊 經驗的影響；（c）和同儕相互辯證的結果；（d）閱讀課外書籍的有無；. 26.
(33) （e）個人意願，以及（f）分組討論的結果。 從以上研究可以發現，學生的推理能力與學習態度、背景知識、社會互動及 教師引導等都有關係，且運用推理的類型會因不同的情境或問題有所差異。本研 究將探討大學生對於色光混合實驗運用推理的情形。. 第四節 色光概念 一、光的性質 牛頓認為光也是由粒子組成，速度極快，直線進行，當光粒子進入眼中時便 刺激眼球形成視覺。光束便是一連串行進中的粒子。從光粒子的觀點，牛頓成功 地探討了當時已知的光學現象，包含反射及折射現象。雖然與牛頓同時期的惠更 斯（C. Huygens）認為，光是如同水波的波動，一般水波有干涉及繞射的現象， 光也能產生干涉條紋，結果這個波動現象卻被牛頓以技巧的方式規避了。由於牛 頓在力學等其他方面的卓越貢獻，也使得光的「粒子說」興盛近一世紀之久。直 到 1803 年楊氏(Thomas Young)的干涉實驗推翻了「粒子說」崇高的地位。 1905 年愛因斯坦以光子說很清楚地解釋光電效應。當一束光子打到陰極板 上，若光子的頻率夠高的話，則其能量足以使陰極板上的電子游離而產生電流。 這就是為什麼紫外光（頻率較高）比紅光容易產生光電效應。後來康卜吞研究光 與電子的碰撞時，發現在動量傳遞方面，光也是一樣顯出粒子的性質來。 到底光是粒子還是波呢？干涉現象必須以波動說解釋，光電效應又非得粒子 說的詮釋不可。目前科學家認為光有雙重性質，有時候呈現波動性，有時候呈現 粒子性，需視其解釋情境而定。. 二、光與視覺. 27.
(34) 我們的眼睛是如何看見光與分辨顏色的？如何看到「青」山「綠」水、花「紅」 草「綠」？ 物體所呈現的顏色，是怎麼回事呢？ 人感覺色彩的機制在於眼睛，眼睛就好比一部照相機，瞳孔是光線進入的孔 道，水晶體有如攝影機的鏡頭。物體發出的光線透過角膜、瞳孔，經過水晶體的 聚光調節，影像就清晰地落在網膜下，好像照相機的底片，網膜佈滿神經，將外 面傳入的光線傳入大腦顯現成像，使眼睛可以看見物體。視網膜由許多感光細胞 構成，依形狀可分為桿狀細胞(rods)與錐狀細胞(cones)，錐狀細胞的主要功能在感 受顏色，活躍於白晝等光度較高的情況，分別對不同波長範圍的光有反應。各種 細胞若受到刺激便產生各一種不同的色覺，分別為紅、綠、藍。由於光波長有異， 三種細胞所受到刺激的比例不同，所總合得到的色彩便不相同。例如：等量紅與 綠刺激產生黃色覺，等量綠與藍刺激產生青色覺，等量藍與紅刺激產生紫紅色 覺；桿狀細胞僅接收光量，對光線的強度較敏感，但卻無法分辨顏色（波長）， 其所感受的是黑白影像，運作於夜晚等光度較差的情況。桿狀細胞的光色素稱為 視紫質(rhodopsin)，主要負責夜晚及周邊視覺。相較於錐狀細胞，桿狀細胞對光 更為敏感，較容易看到微弱的亮光，因此在極低的照度下，人類的眼睛僅依賴桿 狀細胞，稱為暗視覺，其無法分辨顏色，故所有表面看起來僅有灰階明暗的差異； 人類的眼睛約有一億二仟萬個桿狀細胞，僅存在於視網膜的周邊，因該處缺乏錐 狀細胞，以致吾人對視野的周邊部份有辨色上的困難。如此，三種感應波長（顏 色）的錐狀細胞與此感應光強弱的柱狀細胞互相配合，使我們能分辨多種顏色的 光。. 三、光與顏色 牛頓以三稜鏡使太陽光折射產生色散，發現其由紅、橙、黃、綠、藍、靛、 紫等七種色光所組成。再將這些單色光透過另一個稜鏡，則又得到原來的白色 光。由該實驗證明，陽光是一種全光譜，由不同波長的光所組成，而在所有可見 光譜中，波長最小的紫色光約為 380 nm，波長最長的紅色光約為 780 nm，在此. 28.
(35) 範圍以外的光譜為不可見光， 波長小於 380 nm 稱紫外線， 波長大於 780 nm 稱 紅外線。 顏色並非光本身的特性，而是該頻率的光與視神經與腦海共同形成的感覺。 因此對於「藍光」更精確的說法是「看起來藍色的光」。表 2-4-1 是眼睛對於可 見光所對應感覺的約略波段範圍。 表2-4-1 可見光波長範圍 顏色. 波長（nm）. 代表波長（nm）. 紅（Red）. 780～630. 700. 橙（Orange）. 630～600. 620. 黃（Yellow）. 600～570. 580. 綠（Green）. 570～500. 550. 青（Cyan）. 500～470. 500. 藍（Blue）. 470～420. 470. 紫（Violet）. 420～380. 420. 理論上，眼睛所看到物體的表面色，是該物體吸收了部分的光線及反射其餘 色光的結果。不同的物體表面具有不同的特性，吸收和自己不同的色光，而選擇 反射和自己相同的色光，反射的光線刺激眼睛，便產生該反射色光的色彩感覺。 然而，實際上物體表面之色彩， 他們所吸收的或反射的色光也多少含有光譜上 的其他色光， 例如紅色為主則可能帶有橙及微量的黃，綠色為主則可能帶有微 量的黃及青等。（林書堯，1978）。顏色對人而言可以說是一種心理經驗的感覺， 是人試圖去捕捉物體表面的特性所造成的反射光譜。. 四、色光相關的實徵研究. 29.
(36) 本研究主要探討學生對於「色光」的相關概念，因此研讀其他學者有關光學 概念方面的研究後，僅列舉與本研究相關部分之研究結果。. 以國小階段學生為主要研究對象的相關研究如下： （一）唐明（2001）探討國小五年級學生對光的另有概念，研究結果顯示，學生 所具有的另有概念如下： 1.學生以美勞課程中，水彩調色及彩色黏土等經驗，推論各色光的混合。 2.白光不是由色光混合而成。 3.物體的顏色是它的本質，不會受光線影響。。 3.物體的顏色會受光線影響，會和光線混而成另一種顏色。 4.物體的顏色是來自它本身的色素呈現。 （二）王玉龍（2006）運用POE 策略探究六年級學童對色光的概念與概念改變情 形，研究結果顯示三十位學童對於色光普遍存有另有概念包括： 1.不同色光有強弱之分。 2.色光本身有深淺，深的顏色會將淺的顏色蓋掉。 3.三稜鏡和玻璃紙顏色有關連。 4.光穿過玻璃紙只呈現玻璃紙的色光。 5.白色燈光會和玻璃紙混合產生顏色。 6.色光通過玻璃紙速度的快慢導致呈色結果不同。 7.玻璃紙顏色的亮度會影響色光呈現。 8.學生以玻璃紙顏色的深淺預測色光呈現。 9.以水彩調色推論色光和玻璃紙顏色的混合。 10.全部色光都被反射會形成黑色。 （三）Feher 與 Rice (1992)針對八到十三歲的學童進行色光的概念研究發現:學童 對於色光的迷思概念主要有： 1.色光是主動的，色光給顏色於物體上，例如：紅光會給物體紅的顏色。. 30.
(37) 2.色光內含顏色，光的顏色與物體的顏色相混合，例如：物體的顏色會與 黃光混合，造成不同的顏色。 3.色光較暗，例如：在綠光下，紅色物體看起來較暗。. 以國中階段學生為主要研究對象的相關研究如下： （一）何嘉峻（2003）以選擇題方式探究國中二、三年級不同性別學生對於「光」 的相關迷思概念進行分析，研究顯示： 1.認為白光會跟紅色玻璃紙顏色相混合成粉紅色。 2.紅光會與綠色物體混合成粉紅色。 （二）黃子晏（2004）以科學寫作方式探究20位國二、國三生有關「光」的迷思 概念，研究結果指出： 1.色光的混合如顏料的混合。 2.對顏色的呈現機制解釋不正確。 3.白色物體會吸收光線。 4.具黑色光：黑色物體是吸收其他光反射黑光。 5.顏色是物體的本質之一。. 以教師為研究對象者： 洪淑淩（2006）以POE 活動，探究16位國小自然科教師的色光概念及概念改 變歷程，結果發現研究對象對於色光另有概念如下： 1.光波強度方面：透鏡和稜鏡的距離影響呈色；鮮艷的顏色會影響呈色。 2.光波波長方面：玻璃紙讓單一或多種顏色通過；波長長短、頻率大小、 同色系的光會影響呈色。 3.光譜組成方面：光譜中的比例與組成會影響呈色；光源影響呈色。 4.光的折射方面：認為偏折角度會影響色散的呈色。 5.光的吸收方面：認為玻璃紙會吸收部份色光，讓單一色光通過。. 31.
(38) 6.光的反射方面：認為玻璃紙會反射本身顏色的色光。 7.光的混色方面：是否為三原色會影響呈色；認為色光相混合後的合成顏 色可用顏料相混後的結果來加以解釋。. 以下則是研究對象跨越國小、國中到高中階段的研究： （一）蕭倍如（2004）採問卷調查法，探討小五、國一、國三和高二學生對於「光」 的相關概念進行研究，各階段學生呈現的迷思概念有： 1.白光是一種單色光，或者是由兩種不同顏色混合而成。 2.光本來沒有顏色。 3.白色光照射紅色玻璃紙時，屏幕會出現與手電筒所發出的光一樣。 4.玻璃紙的顏色會蓋過物體的顏色。 5.透過有顏色的玻璃紙視物，物體的顏色不會改變。 6.黑色的物體會發出黑色的光 7.顏色是物體的本質，色素使物體有顏色。 （二）黃湘武與黃寶鈿 (1988)以群測及晤談的方式研究國中、小及高中學生對於 光的先前概念，根據結果發現，在視覺與顏色方面，學生認為： 光經過藍色與黃色濾紙時，在牆壁所顯現出的綠色是兩種光混合的結果。. 綜合上述國內外光學概念的研究，將研究結果依研究對象，分為國小、國中、 教師三階段，呈現與本研究相關之另有概念做比較，如表2-4-1。從表中可以看出 不同年齡層光之另有概念，有些是階段性的，有些卻一直延續存在。例如國小學 生對於「白光」的組成尚未明確，而國中生認為白色物體會吸收光線，白光還能 與物體顏色混合，教師的研究則未提及對「白光」尚存有另有概念。但對於物體 呈色機制的另有概念，於各年齡層都有出現，以顏料混色來類推色光混合結果的 概念，更是存於各不同的年齡層。根據蕭倍如（2004）的研究指出各年級學生光 學概念正確比率有逐年增加的現象，可能是受到學校教學或學習成熟的影響。而. 32.
(39) 洪淑淩（2006）的研究卻也顯示，即使是國小教師，對色光仍存有許多另有概念。 本研究之研究對象為大學生，其在經歷各階段相關的學習之後，是否皆具備正確 的光學概念，或者仍存另有概念，是值得探討的一個問題。. 表2-4-1 色光概念統整表 研究對象. 另有概念 1.以水彩調色及彩色黏土等經驗，推論各色光的混合。 2.白光不是由色光混合而成。 3.物體的顏色是它的本質，不會受光線影響。 4.物體的顏色會受光線影響，會和光混而成另一種顏色。 5.物體的顏色是來自它本身的色素呈現。. 國小. 6.不同色光有強弱之分。 7.色光本身有深淺，深的顏色會將淺的顏色蓋掉。 8.三稜鏡和玻璃紙顏色有關連。 9.光穿過玻璃紙只呈現玻璃紙的單一色光。 10.學生以玻璃紙顏色的深淺預測色光呈現。 11.全部色光都被反射會形成黑色。 1.色光的混合如顏料的混合。 2.對顏色的呈現機制解釋不正確。 3.白色物體會吸收光線；. 國中. 4.白光會跟紅色玻璃紙顏色相混合成粉紅色。 5.具黑色光：黑色物體是吸收其他光反射黑光。 6.顏色是物體的本質之一。 7.認為光會跟物體顏色相混合。 1.透鏡和稜鏡的距離影響呈色；鮮艷的顏色會影響呈色。. 教師. 2.波長長短、頻率大小、同色系的光會影響呈色。 3.光譜中的比例與組成會影響呈色。 4.光的偏折角度會影響色散的呈色。. 33.
(40) 5.光源會影響呈色。 6.玻璃紙會吸收部份色光，讓單一色光通過。 7.玻璃紙會反射本身顏色的色光。 8.是否為三原色會影響呈色。 9.以顏料相混後的結果來解釋色光相混合後的顏色。. 34.
(41) 第三章 研究方法 本研究主旨是利用一個簡單的色光混合裝置，透過 POE 策略的活動設計， 探討大學生色光的概念，以及對於色光混合結果的觀察與推理歷程。在探究大學 生的相關概念與推理歷程時，本研究採取半結構式晤談，藉以收集並清楚瞭解學 生的想法。 本章共分為五節，依序說明研究發展與設計、研究樣本、研究流程、資料處 理與分析及研究的信度與效度。. 第一節 研究發展與設計 一、活動單設計 （一）前觀察活動單- 單色透明壓克力板觀察（附錄一） 活動一前觀察階段的主要目的在瞭解學生對於物體呈色及色光的概念，也作 為活動二色光混合 POE 活動進行推理的依據。設計過程除了參考王玉龍（2006） 「以 POE 策略探究國小六年級學生之色光概念及概念改變歷程」中所使用的活 動單，研究者再根據本研究的主要目的加以修改。為了方便讓學生對光線經過不 同顏色之透明壓克力板的結果，進行比對，故將每次的觀察記錄統整於同一表 格。此外，為了瞭解學生對於色光的概念，分析初探晤談之資料後，發現於觀察 後進行色光概念的晤談，學生未能將觀察活動與所提之問題作連結，因此將活動 一的內容稍加修正，在觀察活動進行之前，研究者先針對學生的色光概念提問， 例如：紅色的物體為什麼看起來是紅色？先瞭解學生對於物體顏色與光的關係之 概念，而觀察活動後再次提問：紅色透明壓克力板為何呈現紅色，藉此瞭解觀察 活動對學生之物體呈色概念是否產生影響？而學生本身對於先前概念與觀察結 果能否做比對，反思概念有否衝突，並做適當之推理。. 35.
(42) （二）大學生色光混合概念 POE 活動單（附錄二） 活動二混合色光 POE 活動單之設計，將不同顏色透明壓克力板之組合分為五 組，根據 POE 策略之步驟（預測-觀察-解釋） ，依序進行。從活動中，學生提出 預測的理由，及實際觀察後，對於預測與觀察結果不一致的解釋說明，可以瞭解 學生推理的依據，與其過程中是否修正或更改，學生最後能否歸納出推理的原則。. 二、活動裝置 （一）原理說明 CD 上的資料是儲存在間距為 1.6μm 的資料軌上，如圖 3-1-1 所示。這個間 距大小僅是可見光波長的數倍而已。狹窄的間距使 CD 如同一反射光柵般，能反 射出耀眼動人的色彩。. 圖 3-1-1 CD 光碟表面資料儲存示意圖 (圖 3-1-1 引自 http://www.vulgarisation-informatique.com/graveur.php). 當光線垂直照射在 CD 資料面上，如圖 3-1-2 所示，所有資料軌上記錄資料 的凹槽，同時被光線所照射。每一凹槽將不同波長的光波分別從各個方向反射出 去，而最後所看到的，則是所有不同波長的光波組合而成的光譜。. 36.
Outline
相關文件
The aim of this study is to develop and investigate the integration of the dynamic geometry software GeoGebra (GGB) into eleventh grade students’.. learning of geometric concepts
The aim of this study is to investigate students in learning in inequalities with one unknown, as well as to collect corresponding strategies and errors in problem solving..
Abstract - The main purpose of this study is applying TRIZ theory to construct the Green Supply Chain management (GSCM) strategies for the international tourist hotel.. Based on
This study focuses on the need of walking to school for middle-grades students and designs related teaching plans.This study firstly conducts a questionnaire
Therefore, the purpose of this study is to investigate the hospitality students’ entrepreneurial intentions based on theory of planned behavior and also determine the moderating
英文：A Study on Increasing Students’ Awareness and Actions of Self-Directed Learning: Using the Students at Chung Hua University Taking “Employment Market Analysis” Course as
The purpose of this study was to explore the effects of learning organization culture on teachers’ study and teaching potency in Public Elementary Schools.. The research tool of
This study combined the concepts of service science, orienteering problem, geographic information systems and genetic algorithms to design the feeder bus route.. In
