POE教學策略在國中八年級『反應速率』單元應用之研究
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(2) 謝 辭 在成長的過程中能遇到很多的良師益友是一件很幸運的事，成長 和進步從來就不是一個人的事，特別是能一邊工作又能一面進修碩士 真的是一件很幸福的事，能一邊學習新知識和自我反省教書上的盲點 把教書的熱誠和動力一直保持下去，一直都是一件很感動和感謝的過 程。在這為期不短的時光中，能接受到眾多研究所師長們的細心指導 和課業上的提點，再加上同窗好友們的相互鼓勵和成長，隨時分享教 書、讀書、書報、討論功課各種心得，心中真是充滿著無限感恩和感 謝。 在此，首先感謝台灣師大化學系全體師長們，在學生學習新知的 過程中給予的指導和關懷，特別是指導教授葉名倉老師，能在學校課 務及研究繁忙之餘，仍特別撥冗給予細心指導，使學生獲得眾多啟發， 學習到很多對學問嚴謹的態度和研究精神並學習到如何發現更深問 題，找出問題背後的意義、和解決問題的能力和方法，真是受用不盡。 對於口試委員黃文彰教授及邱智宏教授不辭辛勞的指導，特別是在論 文的方向和研究的過程中一些該注意的觀念和更嚴謹的科學分析的 提醒，使學生能掌握研究的方向，得以用不同角度來省思，在此謹獻 上誠摯的敬意與謝意。 這些日子以來，感謝家人的支持，特別是內人給我生活上打氣 和幫忙、再加上身旁朋友、同事的鼓勵以及碩士班同學們互相的打 氣，讓學生能順利完成論文，此深切恩情永生難忘。最後，由衷的 感謝大家！. 柏欽 謹誌2013年7月16日. II.
(3) POE 教學策略在國中八年級『反應速率』單元應 用之研究 研究生：李柏欽. 指導教授：葉名倉 博士. 摘 要 本研究旨在利用 POE （預測 Predict-觀察 Observe-解釋 Explain） 的方法融入趣味實驗並使用在國中八年級『反應速率』單元，主旨是 想來探討 POE 實驗教學對於八年級學生學習本單元能力、學業成績和 學習理化過程的興趣是否會有改變。本實驗採用「準實驗設計」之「不 等組前測—後測控制組設計」再加上延宕測，樣本取自新北市某國中 八年級的四個班級學生共 130 人，實驗組 65 名學生接受的趣味實驗 教學，對照組 65 名學生一般實驗教學。. 一、本次實驗中POE趣味實驗的方法對實驗組、控制組中，不論是高、 中低分群，在前、後測中會干擾產生無效成果，建議可用學習、 行為、認知等其它量表來做實驗，如此趣味實驗才會成有效變 數。 二、POE是可以有效訓練科學思考的能力，若可將『理解』以及『表 達』視為同一件事 ，如此效果才好。 三、若能長時間用 POE 教學策略應可將新、舊觀念連結，也使學習者 更敢回答非選擇題型。. 關鍵字：POE 實驗、趣味實驗、化學反應速率.
(4) The use of POE Teaching Strategy on the “Reaction Rate” in the 8th Grade Chemistry Class Abstract For 8th grader students, we design the teaching strategies of POE (Prediction-Observation-Explanation) to investigate whether the students’ capacity, academic achievement and interest in learning physical and chemical courses will be changed after processing a series of the interesting experiments. The method we used here is so called “quasi-experimental design”, including “nonequivalent pre-and post-test control group design” and lag test in which the sample capacity is designed to 130 students from junior high school in New Taipei City. Half of the the students are conducted the interest experiments teaching and the other half conducted the conventional experimental teaching as the control. Firstly, for the students in high, medium and low-score region, the POE interesting experimental approach will interfere students and generate some invalid test, no matter for the experimental group and the control group. It is suggested that the interesting experimental will become the effective variable in the condition of applying the learning behavior and cognition , motivation in the experiments. Secondly, POE is effective in training the student scientific thinking if we treat the process of "understanding" and " expression" as the same thing. Thirdly, after applying the long POE teaching strategies, it will be helpful for students about the connection the new and old concept and for that students will encourage to answer the non-multiple choice question.. Keywords: POE experiments, interest experiments, the chemical reaction rate. 1.
(5) 目錄 第一章 緒論 ................................................................................................................. 1 第一節 研究背景及動機 ................................................................................... 1 第二節 研究目的 ............................................................................................... 2 第三節 待答問題與研究問題 ........................................................................... 4 第四節 名詞解釋 ................................................................................................. 6 第五節 研究假設 ............................................................................................... 10 第六節 研究範圍和限制 ................................................................................... 11 第二章 文獻探討 ....................................................................................................... 13 第一節 POE 教學的相關理論............................................................................ 13 第二節 POE 意涵及教學歷程............................................................................ 21 第三節 POE 教學應用與相關研究.................................................................... 26 第三章 研究流程與方法 ........................................................................................... 30 第一節 第二節 第三節 第四節. 研究對象 ............................................................................................... 30 研究設計 ............................................................................................... 33 研究工具 ............................................................................................... 40 研究流程 ............................................................................................... 56. 第五節 資料分析 ............................................................................................... 59 第四章 研究結果與討論 ........................................................................................... 60 第一節 學習成就測驗分析 ............................................................................... 60 第二節 自然科學習狀況問卷趣味小實驗成就測驗量表分析 ....................... 71 第三節 POE 教學的學生學習情形.................................................................... 72 第五章 結論與建議 ................................................................................................... 79 第一節 研究結論 ............................................................................................... 79 第二節 研究建議 ............................................................................................... 85 參考文獻 ..................................................................................................................... 88 附錄一 附錄二 附錄三 附錄四 附錄五 附錄六 附錄七. 前測、後測考卷 ........................................................................................... 90 POE 教學活動學單........................................................................................ 96 晤談單 ......................................................................................................... 106 國中生理化學習過程問卷調查表 ............................................................. 107 趣味實驗過程量表問卷 ............................................................................. 112 趣味小實驗成就測驗 ................................................................................. 116 教學中有趣的趣味實驗圖片分享 ............................................................. 121. I.
(6) 圖目錄 圖 3-1 POE 教學活動架構 ......................................................................... 36 圖 3-2 POE 活動架構圖 ............................................................................. 38 圖 3-3 迷思概念 ......................................................................................... 39 圖 3- 4 研究流程 ......................................................................................... 58. II.
(7) 表目錄 表 2- 1 傳統與建構主義教學設計比較 ..................................................... 17 表 2- 2 準備-聚焦-挑戰-應用四階段教學流程 ......................................... 19 表 2- 3 Driver 等人建構主義教學模式 ................................................... 20 表 2- 4 POE 教學策略教師與學生的任務 .............................................. 22 表 2- 5「兩顆球從大約兩公尺高度同時落下」的 POE 作業 ................. 24 表 2- 6 國三下好用「兩片磁鐵片正、反面放在黑板上」的 POE 作業 24 表 2- 7 國三下好用「兩片磁鐵片正、反相貼上、下、左、右運動」 . 25 表 2- 8 國內 POE 教學之實徵研究 ........................................................... 27. 表 3- 1 本研究參與對象人數分配 ............................................................ 31 表 3- 2 基本能力指標 ................................................................................ 34 表 3- 3 教學目標教學目標 ........................................................................ 35 表 3- 4 化學反應學習成就測驗雙向細目表 .......................................... 41 表 3- 5「理化(自然)學習過程問卷量表」的向度之題目分配 ............ 43 表 3- 6 轉軸後的成分矩陣(a) ................................................................. 43 表 3- 7 解說總變異量 .............................................................................. 46 表 3- 8「學習態度」向度的內部一致性信度 .......................................... 47 表 3- 9「學習方法」向度的內部一致性信度 .......................................... 47 表 3- 10 整份自然科學習狀況問卷的內部一致性信度 ........................... 47 表 3- 11 整份自然科學習狀況問卷的內部一致性信度 ........................... 47 表 3- 12 項目整體統計量 ........................................................................... 48. 表 4- 1 兩組學習成就測驗前測成績 t 檢定摘要表 .................................. 61 表 4- 2 兩組學習成就測驗前後測成績相依樣本 t 檢定摘要表 .............. 61 表 4- 3 組別統計量 ................................................................................... 62 表 4- 4 受試者間效應項的檢定 .............................................................. 63 表 4- 5 受試者間因子 ............................................................................... 64 表 4- 6 誤差變異量的 Levene 檢定等式 a ............................................. 65 表 4- 7 受試者間效應項的檢定 ............................................................... 66 表 4- 8 預期的平均平方和 a,b ................................................................. 66 表 4- 9 受試者間因子 ............................................................................... 67 表 4- 10 誤差變異量的 Levene 檢定等式 a ........................................... 68 III.
(8) 表 4表 4表 4表 4-. 11 受試者間效應項的檢定 ............................................................. 69 12 預期的平均平方和 a,b ............................................................... 69 13 POE 學習單內容摘要 ................................................................. 72 14 學生有趣的想像力和手畫圖，用簡單表格表達 ..................... 74. IV.
(9) 第一章 緒論 本章共六節.第一節為研究背景及動機加以描述,第二節就研究 目的加以描述,第三節為待答問題與研究假設,第四節名詞解釋就本 研究使用之相關名詞解釋,第五節研究假設，第六節研究範圍與限制. 第一節. 研究背景及動機. 教學與研究一直是一個老師的基本核心的價值，而國民中學的科 學教育，更要不停的求新求變，其中教學和研究可以相互相助、相輔 相成，平時用心去發現生活問題進而去研究，使研究可以促進教學的 成長，也可以避免長時期陷入相同的思考模式，導致每年都用相同的 教法而不自覺，同樣的道理教學可以引發研究的創新和省思並且會因 隨人、事、物不同的經驗組合使我們可以有新的創意和靈感來反省成 長自己 。身為國民中學自然老師，第一線的基礎科學教師的我們， 最常發現的現象和感受是學生常對於基本的自然科學現象或是科學 語詞、科學術語常缺乏「科學解釋」的能力（例如：何謂氧化還原反 應？為何會有氧化劑和還原劑？何謂反應速率？有什麼因素會影響 反應速率？學習理化有何好處？生活上能一定能用上嗎？），學生有. 1.
(10) 時可明白但無法說明清楚，此外也發現有些學生雖然瞭解一些科學的 術語但內容不一定是全部都懂。舉例如問學生所謂化學反應中的「質 量守恆」是什麼，並舉例:如反應前 1 公克氫和 8 公克氧反應後會生 成 9 公克水學生馬上可以理解並接受此一觀念，但是如果再接著問下 一個同觀念但較深層的觀念，如對於 8 公克的氫和 8 公克的氧為什麼 不會產生 16 公克的水？是不是「質量守恆」在此時是不成立的，學 生常無法提出合理的、合邏輯的解釋，因不曉得限量試劑觀念，沒有 全盤明白科學原理，有時只懂表面，不懂得全面使用時機和核心價值 所在。當然在整個國中的自然學習情況中會有很多類似的情形出現， 因此引發研究者思考一些問題，如何探索學生的「科學解釋」能力之 完整形成方法和如何找到更有效率的改善方法就成為很重要也值得 我們大家一起努力的方向。. 第二節. 研究目的. 我國教育部(2003)公布的[國民中小學九年一貫課程綱要]強調 以科學探究的方式進行[自然與生活科技領域]的教學期盼能經由科 學性的探究活動,激發主動研究和探索,使學生從中獲得相關的科學 知識和技能!然而目前國中的理化實驗課程,幾乎都是像食譜式實驗 教學,學生按步驟圖片,在專家設計的實驗過程中一步一步完成,有時 2.
(11) 學生就只敢按圖加水.加藥品,書中說加水15ml就不敢加16ml, 不明 白此科學實驗動作中其目的為何？有一定要先這的步驟，如步驟對調 會如何…等,一遇有些不同於課本的情況,就急忙問叫[老師],而不會 也不敢去試著探索和思考實驗過程中.每一步驟的邏輯和其中相關的 道理。從每一次的實驗中慢慢養成正確的化學、科學的思考模式。有 時候甚至有些學生無法體驗科學探索和做實驗的樂趣,並從中養成 [實驗]才是一切科學的根本,合理的思考.敢去解釋.歸納.並重組過 程中所獲得的資料,再回頭加強或改變原有的概念,如此深化正確的 科學觀念和化學、科學的思考能力，如此一來這些所學才能真正內化 並且達到學科學習的目的。 基於此目的，我們想探討以下在學習科學的過程中常遇到的問題: 一、. 探討如何正確使用POE教學策略，來增加學生學習的學習成 效。. 二、. 了解使用POE教學策略，學生對自然科學的學習情形 和平時 作實驗的過程中有何不同。. 三、. 了解學生在使用POE教學策略後，國中學生自然與生活科技 概念改變的情形。. 3.
(12) 第三節. 待答問題與研究問題. 如何開發新的理化探索實驗且培養化學思考能力並使之和日常生活 中看、聽到趣味實驗或生活上常見的現象能相對應:從中創造思考. 提出批判能力.設計實驗.形成新論點並提出解決問題的能力和方法. 而教育部 2002 年創造力的白皮書中指出,創新乃時代經濟的核心,創 造思考.批判思考和解決問題的能力,都是未來重要的基礎能力所以 我們想研究問題如下: 一、. 使用 POE（Predict-Observe-Explain）教學策略，學生的學. 習成效是否有不同？ 1.POE 教學法對不同程度學業成就(自然與生活科技)的學生，學 業成就(自然與生活科技)表現是否不同？ 2.POE 教學法對不同學業成就(自然與生活科技)的學生，學習的 概念內容和從中所學到的科學概念的保留表現是否不同？ 3.不同性別的學生在使用 POE 的教法和實驗後，來探討學業成就 表現(自然與生活科技)是否有所不同？ 4.不同性別的學生在使用 POE 的教法和實驗後，來探學生的學習 概念(科學原理和概念)是否有所不同？ 4.
(13) 二、使用 POE（Predict-Observe-Explain）教學策略，學生的學習 方法是否不同？ 1. 不同的教學方式對學生科學概念理解的影響是否不同？ 2. 不同的教學方式對學生科學相關態度的影響是否不同？ 三、POE（Predict-Observe-Explain）教學策略，學生的學習情形 為何？ 1. 實施情境式問題導向學習的教學歷程中的教學情形如何？ 2. 學生參與情境式問題導向學習活動歷程之後有何想法與感受？. 5.
(14) 第四節 名詞解釋 一、化學反應速率概念 在國中自然與生活科技中，本校所使用的教材是康軒版，而在康軒版 八年級2下第四章80頁課本中的的定義如下:化學反應的快慢可稱之 為反應速率。日常生活中常常會看到很多的化學反應的發生，有些發 生很快，有些卻很慢。課本中所舉的例子為璀璨的煙火只會發生在一 瞬間；鐵生鏽、銅生銅綠以及七年級生物所學的光合作用皆需要較長 的時間；鐘乳石與石筍的形成則需經歷更長的時間。而我們在此章節 的活動中將會深入探討有哪些因素會影響反應速率，如果能控制這些 因素，那我們就可以學習並可改變反應的快慢。. 二、POE 教學策略（Predict-Observe-Explain） 實驗教學 Ausubel（1968）認為實驗教學就是教師提供學生機會去學習科 學精神與方法。而所謂的實驗教學就是讓學生能夠自己主動從事小組 討論以及在自己實際動手操作中得到真正的知識，並建立學生自己的 科學概念的教學方式。而本研究的實驗方法(POE教學策略)也算是一 6.
(15) 種實驗教學，其中的內容以康軒版國二下學期第四章課程為主，包 括： 活動一：化學反應速率和物質活性的探討(鋁、銅性質來比較) 活動二：化學反應速率和物質活性的探討同一物質(狀態不同活 性是否不同，本實驗用乾冰來比較) 活動三：化學反應速率和濃度的探討(電石和水所產生氣體和不 同濃度的空氣點火快慢來比較) 活動四：化學反應速率和濃度的探討(用保特瓶產生絕熱膨脹和 用高濃度的酒精來做小小氣爆，控制在安全範圍之內) 活動五：化學反應速率和物質表面積大小的探討(用細的鋼絲絨 用9v電池來短路來觀察燃燒快慢) 活動六：化學反應速率和物質表面積大小的探討(用鐵粉和鐵片 像仙女棒般一樣來探討) 活動七：化學反應速率和溫度的探討(用紫色高錳酸鉀來滴入不 同溫度無色的草酸，觀察顏色消失快慢) 活動八：化學反應速率和溫度的探討(配製適當的氯化亞鈷測試 管，分別放入熱水和冰水中來觀察現象). 7.
(16) 活動九：化學反應速率和催化劑的探討(大象牙膏用碘化鉀來催 化高濃度的雙氧水，用其產生的驚人泡泡來觀察) 活動十：化學反應速率和催化劑的探討(用香灰來當催化劑來觀 察方糖的燃燒情況) POE教學策略「POE」Predict-Observe-Explain 由White＆Gunstone（1992）提出的一種教學程序，可以在教學 時引發學生的想法與探索學習單元有關的知識，它的教學原理和順序 是先預測（predict）、再觀察（observe）、最後解釋（explain）。 基本上此一觀學方法是設計用以來探討學生的「科學解釋能力」，但 是換個角度深入的說應可以發展成為一種全新的教學策略和方法。如 能妥善運用此法，一來可以先明白了解，如何說明科學解釋這一件事 情在科學教育教學上的重要性，二來也可以明白POE在操作科學實驗 中確實可以提供多重和全新全方面的思維和思路，並在設計實驗的原 則與過程中，如果真的有產生和遇到一些和原本先前所期待不同的情 況和例子，此時的我們該如何去做？該如何去改善？該如何解釋？直 到提出新的想法和看法，不停的自己能接受，也符合真理的解釋，如 此一來POE才對我們學習有正面幫助。並且知道為何改變和改變後帶 給我們在學習科學的過程中有什麼新的思考和感受，當然最終期望能 8.
(17) 夠提供科學教育教學或研究上有用的參考，並一起提升化學和科學的 思考能力。 教學活動中透過POE的三個歩驟，除了探就學生在以前所得到和 學習的概念是否能透過此方法加以統整並應用，也希望學生能藉由親 手操作實驗中，去觀察、去解釋現象再加上可以和同組同學討論的過 程中來思考和調整原先的概念，經由此方法來訓練學生遇到問題時， 先不要怕，定下心能運用舊有經驗和知識，進行多方思考、仔細觀察、 養成分析的習慣，最後得到解決問題和提升科學能力。 三、高分群 指在班上自然科成績前27％－前33％的學生。 四、低分群 指在班上自然科成績後27％－後33％的學生。 五、中分群 不算是高分群的學生及低分群的學生我們就直接歸為中分群學 生。. 9.
(18) 第五節 研究假設 一、我們期待對POE教學策略研究之個案學生在不管是教學時或平時 與老師的對話以及進行晤談時，能不用有任何顧慮將自己內心的 想法充分表達，如此才能放集到比較正確的。 二、整個研究進行過程所收集到的資料，包括化學反應速率學習成就 測驗、教學做實驗中的POE活動學習單、筆者與個案學生的晤談 資料、理化自然科學學習調查表、趣味實驗過程量表問卷等工具， 希望能用上面的科學工具來充分得到學生的科學概念及想法，以 用來研究分析及詮釋，希望能得到最好、有效的資料。. 10.
(19) 第六節 研究範圍和限制 本研究是為面對教學實際問題尋求解決方法，常常會受到人力、 時間、各種校內同年級比賽、等種種因素的影響，所產生研究的範圍 和限制如下： 一、研究限制 1.由於研究者任教班級均是國三(九年級)共有四個班，但國三 (九年級)因有免試的力量在推，再加上國三上的物理是比較重， 國三下可研究的化學單元會因免試結果的出來，導致全校的理 化都無法正常教學，所以不能用國三(九年級)的單元來做為研 究的對象，其中原因主要是國三下的理化單元不用算入免試的 成績，所以學生都不太想聽，如果用來研究可能得不到較真實 的資料，所以和國二(八年級)理念相近的理化老師研究、商量。 和兩位相當優秀的理化老師借四個班，並按照論文所需的過程 來研究，四個班基礎理論均由筆者來教，而進行POE實驗或是 正常的實驗時，上述的四個班級兩位理化老師則協助筆者攝影、 平面拍照和隨班隨機指導學生和一起觀察、分享作為研究對象， 故研究的結果僅能描述研究的樣本，無法推論母群體。. 11.
(20) 2.處理時間的限制—本研究所設計的教學，只有在自然課和第八 節可進行POE教學，因此每班實施時間只有五堂課，恐有時間 不足的限制，再加上活動多有國二下學生最期待隔宿露營，常 會有趕課的壓力。 3.此次研究內容的限制常受到基本學力測驗及課程教材與趕課 進度的限制，筆者以國二下自然科康軒版第四冊第四章化學反 應速率為主，參考南一版及翰林版的同質性單元和筆者手上所 收集到的趣味實驗再加上網路，Youtube、和師長同學和同事 討論所獲得的想法製作成POE教案及學習單。並將研究過程盡 量真實呈現再檢討改進，所得結果不做通則推論，僅作為改進 教學之用。. 二 研究範圍 本研究是以研究者任教的新北市某公立國中八年級其中四個班 級的學生作為研究對象，四班整體自然科的學習成就在同年級中屬於 中等程度。而研究內容只限於國二(八年級)化學反應速率單元，因此 推廣範圍有限，結果不宜作過度推論，只希望能多提供給以後有類似 研究情境時的教學夥伴之參考。 12.
(21) 第二章 文獻探討 本章分為三節，第一節介紹POE教學與相關理論，第二節敘述POE 意涵及教學歷程，第三節列舉POE教學應用與相關研究。. 第一節 POE 教學的相關理論 「我聽過，我忘記；我看過，我記得；我做過，我瞭解」 ，這種 Dewey 「做中學」（learning by doing）的理念促使我們從事第一線的基礎 科學教學的老師深深的認為和感受：讓學生自己來操作實驗與細心觀 察現象如此一來可以從中得到較具體且直接的感受，所以希望以融合 實驗操作與現象觀察的 POE 教學活動來強化成就學生的科學學習 POE最初是由美國Pittsburgh大學的Champagne，Klopfer和 Anderson於1980年發展的DOE（Demonstrate-Observe-Explain）概念 晤談教學策略改良而來的，Gunstone & White (1981) 認為預測的理 由能呈現學生原本的認知架構，又能引發學生的學習興趣，而預測階 段對於了解學生概念及提升教學成效具有重要性，因此將DOE策略設 計改良成POE教學策略，以期待有更好更棒的教學成效。 POE基本的思考程序是先設計某一個教學情境讓學生先進行「預 測」看看會有何結果或現象發生（例如最常看到的經典例子:預測輕 13.
(22) 重不同的物體，何者先著地？），要求學生寫下自己的預測以及理由 之後，接著進行實際操作，讓學生用心去「觀察」有何現象發生？觀 察之後寫下自己的觀察結果，如果在操作完畢後發現與預測的不一樣， 那就請學生試著「說明」原因或理由。如此的歷程中會具有認知衝突 (cognitive conflict)的特色，而所謂認知衝突的特色就是設計的情 境是學生常具有的迷思概念（觀察到的現象與預測的不一樣），進而 探索學生如何解釋自己的觀點與現象之間的差異，POE是以建構主義 為基礎所發展而得的教學策略（Searle與Gunstone,1990；引自邱彦 文,2000)。傳統的教學法以教師為中心，強調記憶與反覆的練習，知 識是由教師直接傳送給學生，學生是被動的接受者。課程的內容絕大 部份是由教科書及考試題目所決定。教學的重點則偏重學生對於事實 及運算規則機械化的學習，至於學生概念理解的程度並未受到重視 （郭重吉,2002），因此，老師的功能成為知識的灌輸者，然而建構 主義強調的是:人才是知識結構的建構者，學生要自己主動地建構知 識而非被動的吸收。此外，建構主義也強調學習者概念和探究方法之 間的互動。 建構主義對於數理教學主要的影響在於強調學生在學習的過程 中，對於知識的宣稱、探究的方法與目的做不斷的重組、修正與調適 14.
(23) （郭重吉,1992）。建構論的三大原則如下(詹志禹,2002)： 第一原則：主動原則 「知識並非由認知主體被動的接受而來，而是由認知主體主動建 造而成。」(von Glasersfeld,1989,p.182) 第二原則：適應原則 「認知的功能是適應性的，是用來組織經驗的世界，不是用來發 現本體的現實。」(von Glasersfeld,1989,p.182) 第三原則：發展原則 知識的成長是透過同化、調適及反思性抽取等歷程逐漸發展而成， 後續知識必須植基於先備知識且受限於先備知識。學生在認知發展過 程中所建構的知識，有很大比例是與專家、教師和課本是不同。科學 教育學者將這些學生所持有不同於專家知識的概念稱為迷失概念 (misconception). 。學生是持著個人對世界的先期概念. (preconception) 進入學習環境。 這些概念可能不是課程編者和教 師所認為的科學家可接受的「正確」概 念，而學生持著錯誤的世界 觀，有可能直至成人時期仍然一樣。有關於學生持有迷思概念或質樸 概念的可能來源根據許多研究結果歸納列述下: (引自官翰德， 1999) 15.
(24) 1.來自教科書的內容。 2.來自教師教學的過程。 3.由日常生活經驗而來。 4.由同儕的影響而來。 5.來自一些與生俱來的觀念。 6.由通常的隱喻或用語而來。 7.由直接觀察而來。 8.從類比、字義的聯想、混淆衝突而來。 9.由知識的缺乏而來。 10.日常用語不同於科學用語。 11.以自我為中心的觀點去看事情。 12.兒童比較有興趣的事件有特別的解釋 學生知識的建立是透過與環境、人群互動而建構出來的，因此不 同的環境會導致不同的學習結果，而所謂環境即學習的過程中與學習 者產生交互作用的外在影響（楊秀霞，民88）。此外，再加上學習者 的自身經驗及家庭背景不同，所以每個人的想法或多或少會有差異。. 由於建構主義強調學生在學習過程中真正所產生的，而非只是被 動的吸收，因此基於建構主義的理念所提出的教學設計，不同於傳統. 16.
(25) 教學設計，將兩者的不同點表列如下表 2－1（資料來源：從建構主 義的觀點探討中小學數理教學的改進，郭重吉（1992）。科學發展月 刊，20)。在教學的觀點上，郭重吉（1992）指出，我們已經了解學 生是主動積極的角色、學生所擁有的知識和經驗的重要性、及學生在 學習數理科的認知困難等，因此，對每個教學單元，設想較周到的教 學計劃，應包括評估學生原有知識，設法引起學生興趣及注意、 針對學生的原有知識和預期的學期成果安排適合的教學活動，乃至 於評估學生在學習過後的改變。 表 2- 1 傳統與建構主義教學設計比較 傳統教學設計. 建構主義教學設計. 哲學基礎. •客觀論 •知識本身有恆真的價值. •建構論 •意義是經由社會協調而來. 學習內容. •適合學習動作技能、語文資訊及 •適合學習問題解決及認知策略等 具體概念 進階知識 •簡卷現實世界 •呈現現實世界的真實面貌 •可在教學過程中調整個別差異 •重視學習者的起行為 •被動接受知識. •學習者的先備知識影響學習結果 •強調學習者有自我管理的能力 •主動參與學習. 學習情境. •正式教學. •情境學習. 學習項目. •人造的. •真實的. 成果評量. •重視教學與成效 •以學習目標為評量標準. •重視學習的過程本身 •目標中立(goal free) 導向. 學習者. 17.
(26) 針對建構式教學的教學設計，學者提出的概念改變教學模式常見的有 Osborne and Freyberg(1985)的準備-聚焦-挑戰-應用四階段教學流 程和 Driver 等人（1986）所發展的建構主義教學模式，如下表 2－2 和 2－3(建構論：理論基礎與教育應用(頁 238、240)，詹志禹（2002）。 臺北市：正中)。在課程設計的觀點上，除考慮到學理上的依據、國 情的需要、教師的教學經驗等，對於國內學生學習特性，如已有知識、 學習風格、學習動機和社會壓力等，需進行相關實徵性研究。對於新 個案的評鑑也應考慮到學生認知結構的改變及認知能力的增進，非僅 止於計算能力、學科知識、過程技能能力及態度等方面的成果。 （郭 重吉,1992）. 18.
(27) 表 2- 2 準備-聚焦-挑戰-應用四階段教學流程 階段. 教師活動. 準備. 確定學生的觀點，將其加以分類。 完成為了確知學生原有想法的調 找出科學上的觀點。 查或其他活動。 考慮可導致放棄舊觀點的證據。. 聚焦. 建立情境，提供誘發動機的經驗。 介入，提出針對學生個人的開放式 問題。 解釋學生的回答。闡釋學生的觀. 熟悉用來探索有關概念的器材。 思考觀察到的現象，提出與學習概 念有關的問題。決定對這些事件所 知道的，並加以描述。. 點。. 澄清自己在這概念上的觀點。. 協助觀點的交換。確定所有觀點都 考慮到。 讓討論開放的進行。. 考慮其他學生的觀點，找出其優 缺、點。 尋找合適的證據來考慮這些觀點. 挑戰. 學生活動. 必要的話提供示範的步驟。 的正確性。 提供科學家的觀點的證據。 比較科學家的觀點和班上同學的 接受學生對新觀點暫時性的接受。 觀點。 應用. 想出利用科學家的觀點能簡易解 決的答案。 協助學生澄清觀點，並利用來解答 問題。 確定學生可用口頭方式描述問題 的解答。 介入，激發，並參與對解題的討 論。 協助解答問題，告訴學生何處可找 到幫助。. 19. 利用所學概念做為解決實際問題 的基礎。 告訴班上同學自己的解答。 討論、辯論個人提出解釋的優點， 仔細予以評估。.
(28) 表 2- 3 Driver 等人建構主義教學模式 階. 段. 目. 的. 一、確定探討的方向. 激發學生的興趣，並準備 就緒。. 二、引出學生的想法. 讓老師和學生注意到一 些原先就有的想法。. 三、學生想法的重組. 1. 澄清和交換 2. 置於衝突的情境. 3. 建構新的想法。. 方. 法. 實際的活動、待解決的 實際問題、教師的示 範、影片、錄影帶、剪 報等等。 實際的活動、小組討論後 提出報告。. 使學生察覺到和自己原 先觀念不同的科學上的 觀點來修正、擴充、或取 代原先的想法。 體認有其它的想法存 小組討論後提出報告。 在，並仔細檢討自己的想 法。 類比、示範、實驗、小 考驗現在想法的正確性。 組討論、問思教學、在 修正、擴充或抽換現有的 想法。 考驗新建構出來的想法 的正確性。. 練習本上做題目。 討論、閱讀、教師指導。. 討論、閱讀、教師指導。. 4. 評鑑. 四、應用新的想法. 利用熟悉以及新奇的情 境來增強學生新建構的 想法。. 五、回顧想法的改變. 注意到想法的改變並熟 個人的寫作、團體討論、 悉學習歷程，使學習能省 個人的日記、回顧以前做 察其想法改變的程度。 的海報等等。. 20. 個人的寫作、實際的活 動、解決問題、專題研究 計畫。.
(29) 第二節 POE 意涵及教學歷程 POE(Prediction－Observation－Explanation)是由White & Gunstone(1992)提出的。首先，學生被要求對一事件或實驗做出預測， 接著演示實驗，並且學生做觀察，當預測與觀察兩者之間互相衝突時， 學生須加以解決，而研究者藉由要求學生執行三項作業來評量學生的 理解。透過POE策略可探究學生概念之改變，其策略的主要步驟有三， 分別為Prediction（預測）、Observation（觀察）、Explanation （解釋）。羅混榮(2004)認為 POE活動所要探討的特定事實，必須是 學習者都已了解其適時的本質的狀況下進行預測，也就是若學生不了 解其事實的本質，所進行的預測可能只是用來猜測的，而且不會有理 由或先備知識來支持其預測。 下表2－4整理出在實施POE教學策略時，教師與學生在實施過程時各 自的任務(陳沛瑩,2004)。. 21.
(30) 表 2- 4 POE 教學策略教師與學生的任務 預測(Prediction) 教 師 的 任 務. 任 務. 解釋(Explanation). 1.要求學生針對某一 1.要求學生觀察實驗 1.要求學生針對所預測與 事件做出預測。 的進行，並在實驗進 所觀察的現象之間的矛 2.要確實清楚學生所 行時立即寫下所觀察 盾處加以提出解釋。 做預測的理論基礎 到的現象。 2.鼓勵學生多發言，刺激 3.鼓勵學生勇敢去測 2.鼓勵學生能將自己 學生多方面的思考。 不必在乎是否為正確 所看到現象完整的記 答案。. 學 生 的. 觀察(Observation). 錄下來。. 1.針對某一事件做出 1.觀察實驗的進行，並 1.針對預測與觀察之間的 預測，並清楚的寫出 且獨自寫下自己所觀 矛盾、衝突之處，提出 來。 察到的現象。 合理的解釋並試著去調 2.要決定使用何種理 2.在寫出自己的觀察 和。 論來支持自己的預 測，而不是胡亂的猜 測。. 之前，先不與他人討 2.利用已學過的理論基礎 論，以避免所觀察的 來解釋預測與觀察之間 角度受他人影響。 的不協調。. 此外，White &Gunstone(1992)於Probing Understanding 書中 提出幾個POE作業及教學的建議： 1.要提供一個學生可以預測，而且能基於個人理解進行推理的情境或 實驗，若純粹只是猜測則將失去其價值，一開始就要先確定全體學 生都明瞭他們要預測的情境性質為何。 2.要提供真實情境與問題給學生，才有助於POE的效果，至少也要提 供學童一些支援的線索或說明。所有學生都不應該由於還在想、還 在寫，而錯過對於事件的觀察。 3.要讓學生的觀察是直接可行的，亦即觀察的實驗結果是清晰可見的。 所有學生都必須投入，判斷何種知識是合適的然後應用之，如此使 22.
(31) 他們決定自己的立場。 4.可以用勾選的方式，提供幾種可能的情況讓學童做預測，用開放的 反應模式，讓學生能自己表達想法。同時在觀察時如果沒有同時將 之寫下，某些學生將有可能會聽到別人說或看到什麼東西而不小心 改變自己的觀察。 5.選擇一個能讓學生在其中發現意義的情境是一件很重要的事。如果 情境所呈現的問題對學生而言很真實，那將會很有幫助。. 6.POE的結果應該要盡可能明確。 一般而言，POE的用途大概有兩種：（1）作為有效的促進學生概 念改變的教學策略；（2）設計實驗室活動。POE作業讓學生更聚焦於 去理解實驗室中所學實驗上，或者藉由POE的結果來引導後續內容的 呈現。（White ﹠Gunstone，1992） 以下介紹一個POE的教學範例，如下表2－5，是由White & Gunstone(1992)於Probing Understanding 書中所介紹之「兩顆球從大 約兩公尺高度同時落下」的POE作業。. 23.
(32) 表 2- 5「兩顆球從大約兩公尺高度同時落下」的 POE 作業. 預測：□鉛球先到達地面 □橡皮球先到達地面 □同時到達地面 預測的理由： 觀察： 預測與觀察之間的調整(如果有必要時)：. 表 2- 6 國三下好用「兩片磁鐵片正、反面放在黑板上」的 POE 作業. 預測：□兩片磁鐵片都吸在黑板上 □一片吸在黑板上，一片會自然掉下來 □兩片都會自然掉下來 預測的理由： 觀察： 預測與觀察之間的調整(如果有必要時)：. 24.
(33) 表 2- 7 國三下好用「兩片磁鐵片正、反相貼上、下、左、右運動」 的POE作業. 預測：□兩片磁鐵片會有相斥的感受(運動的方向是如何) □兩片磁鐵片很順沒有相斥的感受(運動的方向是如何) □不管方向如何改變，都沒有感覺 預測的理由： 觀察： 預測與觀察之間的調整(如果有必要時)：. 上圖常見磁鐵片，正反貼在黑板上 如果將雙手一收，兩邊會有何情況. 將正反磁鐵片相吸住，往左、右方 向移動，看手上會有何感覺. 將正反磁鐵片相吸住，往上、下方 向移動，看手上會有何感覺. 將右邊多圈線插上交流電，觀察左 手邊少線圈不接插電的燈泡會如 何？. 25.
(34) 第三節 POE 教學應用與相關研究 我們從國家的科學研究和基礎的自然科學研究中發現對於POE教 學的研究資料相當豐富，不管管是在物理、化學、生物及地球科學上， 國小、國中、高中、高職各階段的學習過程，都有大量的人花很多時 間來研究POE和傳統的教學有何不同，如何可以提升科學表達能力， 如何能多內化生活中所得的科學概念一層一層的累積起正確的觀念， 來方便解決以後所遇到的新問題。本節摘錄國內幾篇有關POE教學的 實徵研究，如下表2－8，並加以歸納和探討。綜觀表2－8的研究可知， POE確實能提升學生的正面學習成效，促進學生思考能力，對於學習 低成比較低的學生來說，POE能促進學習動機，增加主動思考的機會， 提升學習成效。. 26.
(35) 表 2- 8 國內 POE 教學之實徵研究 研究者 邱彥文(2001). 論文題目. 研究結果. 國中理化課試行 POE POE不但可以幫助教師診斷學生的學 教學之個案研究 習狀況，除了進行一個POE活動以 外，必須增加其他教學活動以增加學 生討論、師生互動的機會與時間，可 以進一步進行教學反省與改進，幫助 教師反思教學理論、促進教師的專業 成長。. 葉淑華(2002). 高三學生思考歷程 之個案研究－以鉛. 證實POE策略式晤談實有助於對學生 思考歷程的探究。. 直簡諧運動為例 吳穎沺(2002） 建構主義式的科學 學習活動對國小高 年級學生認知結構. 採取POE的策略能引發學生概念改 變，促進科學學習的教學策略。. 之影響 蔣盈姿(2003). 以 POE策略探究中 1學生對物 質可燃性的概念呈現多 小學生對物質之「可 樣化、不一致以及經驗導向的特徵， 燃性」的另有概念 並具有概念競爭的現象。 2學生可以透過 POE 活動調整其對 於物質之可燃 性的判斷，並試圖解釋其原因，而年 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. 賴碩彬(2003). 高中職化學課程加 1希望學生能夠建立一個基礎的概念 入「微波加熱」教材 時，不應當使用傳 統講述教學法， 教學之可行性研究 而使用 POE 教學策略將有助於增進 學生學習成效，幫助學生建 立正確 概念。從以上所得到的結果，亦可說 明進行 POE 教學策略可為課程帶來 更生活化、更吸引學生興趣的結果 2由於學生事先預測結 果，造成學生 會關心自己所預測的答案是否正 27.
(36) 確，自己會爲預測的答案找理由， 即 使結果並非如預料，學生會再找另一 理由去解釋 羅焜榮(2005). 結合 POE 與合作學 習法對國三學生學 習電流的化學效應 之研究. 1 POE 教學能提高學生的學業成就， 但對學生學習自然科的學習態度沒 有顯著改變。 2 實驗組學生普遍喜歡 POE 的上課方 式。 3 用小組競賽的方式，可以提高合作 學習的成效。. 林嘉琦(2005). 應用 POE 教學策略 POE 教學能改進高、中、低成就學生 探討學習「溶解」單 的溶解概念，刺激學生思考，提升思 元概念改變之情形. 游清福(2007). POE 教學策略探究國 1 進行二個月的 POE 教學。蒐集評量 小學童酸鹼概念改 變之研究-以台北縣 偏遠濱海地區為例. 趙宏國(2008). 蔡宇姍(2008). 考層次及學習成效。對低成就學生能 促進學習動機，增加主動思考的機 會，提升學習成效。 問卷前後測、活動單、學生晤談資料 及省思筆本記等。 2 . 由質性資料發現，實驗組學生喜 歡 POE 教學。 3 經過 POE 教學，可修正學生原有概 念至正確的概念，成效不錯。. 以 POE 策略探究國 1 受試學童在實驗中所呈現的推理 小六年級學童對「混 類型有五種， 分別是：類比推理、 色光」實驗 概念推理、演繹推理、歸納推理及直 之推理歷程與另有 概念. 覺推理 2 概念及推理交叉分析學生對實驗 結果的 預測，發現以持另有概念進 行概念推理預測的錯誤為最多次. 以 POE 教學模式探 究國小高年級學童 水溶液相關性質概 念改變之研究. 1 水溶液中常有一些迷思概念可以 用 POE 教書來調整改變來達到正確 的概念 2 POE 教學真的能有效增加學生的學 習成果。. 28.
(37) 游岫萱(2009). POE 教學策略對國小 1 三年級學生科學學 習動機之影響 2. 曾建城(2009). 小組論證融入 POE 教學策略對光學概 念改變之研究. 質性資料顯示，學生喜歡 POE 教學策略 實驗組學生在學習動機量表的 得分高於控制組學生. 1 研究對象為彰化縣某高中一年級 學生，實驗組以小組論證融入 POE 教學，對照組進行一般教學 2 實驗組學生的概念正確率及概念 改變，優於對照組。. 紀薰順(2010). 李明修(2011). 以 POE 教學策略促 進國中學生理化學 習成效之研究-以浮. 1 以段考成績來分別檢驗兩班同質 性，再用「浮力二段式概念診斷」成 績進行量化分析處理。. 力單元為例. 2 學生對 POE 方法是持定的態度. POE 教學策略在國中 1 POE 教學對低分成就群男生的學習 二年級「氧化還原」 概念保留達顯著差異。 2 POE 教學對中、低成就群男生的 3. 4 5. 29. 學習成效有顯著影響。 POE 教學對女生的學習成效及學 習概念保留影響，未達顯著差 異。 POE 教學對於學生的學習態度及 學習方法沒有顯著提升的效果。 實驗組學生對 POE 教學持正向肯 定的態度。.
(38) 第三章 研究流程與方法 此章節我們主要想探討研究的主題是研究流程與方法並介紹本 研究的架構理念設計與所使用工具發展，一共分為五節，分別為： （1） POE研究對象；（2）POE研究設計；（3）POE研究工具；（4）POE研 究流程；（5）POE過程中所獲得的資料處理與分析。. 第一節 研究對象 本次研究之研究對象共分為三類，第一種類類型是預試對象，第 二類類型是正式施測對象，而第三類類型則是晤談對象，分別說明如 下：. 一、預試對象： 本次研究的對象為新北市某公立國中八年級的學生，因此選用 同校國三的學生共130人(是筆者所教的國三、九年級的四個理化班) 作為預試的對象，透過預試的準備過程來測試、了解此篇論文中所使 用題目的信度、難度及鑑別度。最後將預試學生的選取符合統計學上 人數眾多且程度須呈常態分布(鐘型分佈曲線)的標準，並和同科的同 事間討論應該注意的事項和小細節，因此反應速率學習成就量表的預 試的結果，可作為正式施測時的施測量表。 30.
(39) 二、正式對象 正式施測的學生對象是新北市某公立國中八年級的學生，其中二 班進行POE理論教學當成實驗組，而另外二班則是進行傳統教學法以 作為對照，兩個班級的學生人數如表3-1。. 表 3- 1 本研究參與對象人數分配 組別. 人數. 男. 女. 33 32. 17 16. 16 16. 人數. 男. 女. 32 33. 16 17. 16 16. POE實驗組A班 POE實驗組B班. 組別 對照組C班 對照組D班. 三、晤談記錄訪問對象 晤談記錄訪問對象是選取POE實驗組中，實驗時各組的成員中的 一兩位作為晤談的對象，利用平時午休和平時早上沒有考試的時間， 以及每星期一(第二節聯課時間)和(第三節自習時間)或是第八節下. 31.
(40) 課時間(學生可以多留下一些時間)來進行訪談;對象的選擇屬於便利 取樣，選取的標準是根據筆者對該生的印象，和直覺得該生能清楚表 達個人想法，會說出心中感受而作為選擇的依據，並用引導式開放式 的發言、引言方法，把大的問題拋出去後，就多多去傾聽同學的話， 儘量不打斷她(他)同學之間的話，另外也不希望學生別在個別訪談的 過程中和分享過程中，不要因為心中有理化成績好壞和怕講錯話而心 中有顧慮而不敢說出真正的感受，如此一來所得的資料比較真實，並 能做為日後教學改進的方法。. 32.
(41) 第二節 研究設計 爲了想要探究POE教學法的學習成效和用POE的教學法是否能強 加學生用正確的語言來表達出所學的科學觀念，因為只有訓練用自己 能用自己的語言說出來，才代表學生有真正的懂理化的內容和在心中 有內化過，如此一來所學的觀念才能真的深入心中，成為基礎可以為 建構下一次所新學的理化觀念來鋪路。本研究採以量為主，質為輔的 研究方法來研究POE對反應速率的影響，進行實質的蒐集資料。在量 的方面採用準實驗設計，分別對四個班級實施不同的教學法，進行二 個單元（共五堂課，225分鐘）教學，教學前先分別對四個班級實施 前測。接著才開始教學。前兩堂課(第一堂及第二堂課)，實驗組與控 制組(正常組)均進行相同內容的化學反應速率概念課程，後兩堂課 (第三堂及第四堂課)，實驗組以POE進行教學，有請同事幫忙拍攝， 同時蒐集質性資料，包括：學生晤談單及學生POE教學活動學單，理 化自然科學學習調查表、趣味實驗過程量表問卷，再將其加以分析、 歸納、比較及統整以得到質性研究結果。至於控制組則全班以一般分 組進行實驗教學，實驗內容是按照課本標準的實驗，只是用傳統方式 說明，沒有趣味實驗但也是有分組進行實驗。四個班級分兩種課程， 在上完實驗課後，正常組和控制組均有練習課本的習作，而POE組練 33.
(42) 習針對該趣味實驗所出的題目可帶回練習，並於第五堂課時針對回家 作業及實驗有不知的部分再詳加解釋。等五堂課的教學結束後，對兩 個班級實施後測。過3天後再使用同一份考卷(選項和考卷題目順序及 均有重新編排過)實施延宕測驗，以了解學生概念保留及內化的程 度。 本研究所選取的單元以九年一貫課程「自然與生活科技領域」國 中二年級的教科書(康軒版)第四冊第四章化學反應速率的教學內容 為主，加入南一版、翰林版及自編的實驗再加入平時收集的趣味實驗， 網路、Youtube上所看所學，設計了十個POE教學活動融入實驗組教學 中，以達到本單元的教學目標並將化學反應速率觀念加深。 化學反應速率單元的基本能力指標及教學目標如下表3-2及表 3-3： 表 3- 2 基本能力指標 基本能力指標 1-4-1-1 1-4-4-4 1-4-5-3 1-4-5-4 2-4-7-1 2-4-7-2 2-4-7-3. 能由不同的角度或方法作觀察。 能執行實驗，依結果去批判或了解概念、理論、模型的適用性 傳達。 將研究的內容做有條理的、科學性陳述。 正確運用科學名詞、符號及常用的表達方式。 認識化學反應的變化，並指出影響化學反應快慢的因素 認識化學平衡的概念，以及影響化學平衡的因素 認識化學變化的吸熱、放熱反應 34.
(43) 表 3- 3 教學目標教學目標 教學目標 1. 知道化學反應的速率有快有慢的分別。 2. 知道反應速率的意義和理化上的定義。 3. 知道反應物的性質會影響反應速率的快慢。 4. 知道溫度的高低會影響反應速率的快慢。 5. 知道表面積的大小會影響反應速率的快慢。 6. 知道濃度的高低會影響反應速率的快慢。 7. 知道有無使用催化劑會影響反應速率的快慢。 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15.. 知道粒子說的精神和碰撞學說的內容。 知道動態平衡的意義。 知道密閉容器內，水和水蒸氣的平衡是一種動態平衡。 了解可逆反應及能舉出其例子 了解平衡是一種動態的平衡 認識影響平衡的因素改變後，平衡也會跟著改變 察覺反應物的量有改變會影響平衡 知道影響平衡的因素. 35.
(44) 根據上述的基本能力指標及教學目標所發展的POE教學活動架構 的安排如下 圖3-1 POE教學活動架構. 教學目標. 教學設計 實施前測，了解起點行為。. 1.化學反應速率與物質本性 的關係。. POE活動一：從青箭口香糖取鋁 箔，表示實驗器材可由生活中 取得，和銅箔相比分別滴入鹽 酸看會如何？。 POE活動二：利用乾冰來製作小 小滅火器，和多方面了解乾冰 的性質，如在桌上滑無摩擦 力，湯匙放乾冰上鈴鈴叫，和 放肥皂水看氣體下沉，使學生 明白同一物質狀態不同反應速 率也不同。. POE活動三：用電石和水和排水 集法來收集產生的乙炔C2H2氣 體和不同濃度的空氣來測試反 應速率。 2.化學反應和濃度的關係。. POE活動四：利用打氣裝置來產 生絕熱膨脹來產生雲，並用高 濃度的酒精來模擬氣爆現象。. 36.
(45) 3.化學反應速率與表面積大 小的關係。. POE活動五：利用鋼絲絨和一般 9v乾電池短路來使其燃燒和一 般的鐵片同樣的實驗看有何不 同。. POE活動六：用鐵粉一小匙從酒 精燈上方灑下看燃燒情況。. 4.化學反應速率和溫度的關 係。. POE活動七：用紫色的高錳酸鉀 滴入常溫和60℃看顏色消退情 況。. POE活動八：小心將氯化亞鈷一 小粒先溶入酒精中，再慢慢滴 入水小心調配放入試管，再將 此管放入熱水和冰水來觀察顏 色改變的情況。 5 化學反應速率和催化劑的 關係. POE活動九：用KI碘化鉀來催化 高濃度雙氧水和沙拉脫看其大 量氣泡產生，學生會覺得有趣。 POE活動十：一般方糖不易點 火，利用香灰當催化劑來降低 燃點。. 37.
(46) 前測. 反應速率教學二節課. 對照組:傳統教學. 實驗組:POE 學. 二節課. 二節課. 實驗檢討和作業. POE 實驗檢討和作. 討論一節. 業討論一節. 後測. 延宕測. 圖 3-2 POE 活動架構圖 38.
(47) 圖 3-3 迷思概念 中心概. 學生的迷思概念. 念 濃度 顆粒大 小. 溫度. 催化劑. 活性 物質本 性. 1. 碰撞會使分子結構遭受破壞並改變性質 2. 濃度增加，將使粒子本身能量增加 1. 顆粒細，分子因體積小，反應速率快是因為快速運動，跟碰撞學說 中的粒子碰撞是不一定有關 2. 分子碰撞後不論是否為有效碰撞其過程中都抵銷能量，使能量變小 3. 只要是粉狀反應物較易溶解 4. 如果物質能溶解後，那溶解後濃度會增加 5. 國中學的理化中好像物質在液態中比較容易混合 6. 一般來說能配成溶液其進行的反應較不會太劇烈 7. 分子愈小，相遇機率愈小，也不容易碰撞到 8. 一般來說顆粒狀物質，其體積較大 1. 食物在冰箱中保存較久，有時是在國一所學的生物中的酵素觀念， 因酵素在溫度低時活性較小 2. 冰箱保存食物的同時，也能防止水分散失，這也影響快慢的因素之 一 3. 溫度有差異變化時，其不可同時促進正、逆反應速率的改變 4. 化學變化常隨著溫度進行是不能還原 5. 平衡反應不是受溫度影響，一定每次要向右(也有逆向的反應產生) 6. 正、逆反應速率所需條件不同，情況也不一定相同，一定有溫度 1. 催化劑從反應開始到反應結束都未參與反應 2. 沒有催化劑就不能反應，所以催化劑是很重要的物質 3. 雙氧水中的氧感覺中好像比水多，所以才會自行分解，跑出來 4. 澱粉水解，稀酸是催化劑 5. 國一生物有學，若酸性越高，酵素活性越大，催化劑也效果好 6. 酸有腐蝕性，可以幫忙澱粉水解，所以水解會比較較快 7. 澱粉水解的酵素是鹼性 1. 活性大，可以增加活動力，那反應中就容易破壞分子結構 2. 活性小，可能反應慢，那是因為慢，所以沒有碰撞 3. 活性大，能量大，所以速度會很快，那麼就不易發生碰撞機會 1. 鈉大小顆也會和本性有關係， 2. 汽油是因含天然氣較多，所以較適合當燃料，本性活性也大 3. 因汽油溫度比較容易上升，比較易揮發，所以比較適合當燃料 4. 乾冰的常溫上比較活潑和本性有關. 參考引用高雄縣立橋頭國民中學 劉文雄 化學反應速率的迷思概念診斷工具之發展與診斷. 39.
(48) 第三節 研究工具 本研究採用研究工具有「反應速率學習成就測驗」、「國中生 理化(自然)學習過程問卷調查表」、「趣味實驗過程量表問卷」、「POE 實驗活動學習單」與「訪談單」。. 一、「反應速率」學習成就測驗 本測驗主要是為了瞭解學生在反應速率相關概念的學習情況，主 要是以康軒版一0一學年度國中二年級『自然與生活科技』(第四冊) 課本編製而成。試題的設計依照前述的教學目標並參考相關文獻資料、 教師手冊、氧化還原單元相關教科書而研發設計。題型分為兩大類－ 選擇題和題組題，題目則均為四選一的單選題，總分為100分，作答 時間40分鐘(附錄一)。 本成就測驗的信效度分析是將教學目標依布魯姆(Bloom)的六 項認知能力製成雙向細目表，如下表3-4，作為內容效度；經三位國 中教學專家進行審核後，具專家效度；找適當人預試後，逐題刪除難 度及鑑別度不佳的題目，選取鑑別度在.30上，難易度在.40~.08之間 的題目，用於國二學生的正式施測。本研究的前測、後測及延宕測皆 40.
(49) 為同一份試卷，於後測及延宕測時，為避免學生的記憶效應，將題目 順序調換，不事先讓同學知道要考同一份考卷，並改變正確選項位置， 同一份試卷，因此測驗難度沒有改變。 表 3- 4 化學反應學習成就測驗雙向細目表 認. 知. 層. 知識. 理解. 應用. 分析. 合計. 6. 5. 7. 3. 21. 可逆反應與平衡 2-4-7-2. 2. 6. 2. 2. 12. 合計. 8. 11. 9. 5. 33. 單元. 名稱. 次. 反應速率 2-4-7-1. 題號. 1，13，14，2，4，6，8，12 3，5，7，9， 16，17， 15，20， 填充 1 10、11、 18，19， 23 題組 3 填充 2 21，22， 題組 1、 題組 5 題組 4 24，25 題組 2 題組 6. 若符合2-4-7-2 用框框，標示出來. 二、國中生理化(自然)學習過程問卷調查表 本研究的目的之一是探討國二學生經過 POE 學習策略學習後對 自然科學習狀況是否有顯著差異。本問卷（附錄四）採用羅焜榮（民 94）的論文「結合 POE 與合作學習法對國三學生學習電流的化學效應 之研究」中所編製的「自然科學習態度問卷量表」，原有 12 題，參 41.
(50) 考很多專家和其它研究生所提的問卷，增加了很多不同的構面和很多 題目，想從中得到有用的數值分析，有理化學習過程量表 32 題，認 知層次 6 題，過程技能 7 題，科學態度 7 題，科學應用 5 題，使用統 計軟體 SPSS 英文版（18.0）做項目分析及因素分析。本量表的形式 採 Likert 五點式法編製，依「很同意」、「同意」、「沒意見」、 「不同意」、「很不同意」來呈現，正向題很同意給 5 分，同意給 4 分，沒意見給 3 分，不同意給 2 分，很不同意給 1 分，反向題則反向 計分，受試者在量表上的得分，總分愈高者其所其自然科的學習是正 向，總分愈低者表示其自然科的學習是負向，表 3－5 為「自然科學 習問卷」的向度之題目分配，因素分析所得的轉軸後成分矩陣及解說 總變異量如下表 3－6 及 3－7。本量表的信度經過四個班級 130 人預 試後，「學習態度」向度的內部一致性信度（Cronbach'sα）為.776， 如下表 3－8；「學習方法」向度的內部一致性信度為.716， 如下表 3－9；整份問卷得到的信度.890(大於.7 屬於高信度)及項目整體統 計量，如下表 3－10 及 3－11。. 42.
(51) 表 3- 5「理化(自然)學習過程問卷量表」的向度之題目分配 向度. 題數. 題號 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10. 理化學習過程量表. 32. 11，12，13，14，15，16，17，18， 19，20，21，22，23，24，25，26， 27，28，29，30，31，32. 認知層次. 6. 1，2，3，4，5，6. 過程技能. 7. 7，8，9，10，11，12，13. 科學態度. 7. 14，15，16，17，18，19，20. 科學應用. 5. 21，22，23，24，25. 題號下方有劃線者為反向題. 表 3- 6 轉軸後的成分矩陣(a) 元件 1 我懂別人用理化解說平常的 事 我能明白影響反應速率的常 見因素 我看出很多理化是有相關的 我能將簡單的理化原理表達 給朋友明白 我會寫簡單的化學方程式. 2. 3. 4. 5. 0.8. 0.166. 0.114. -0.094. -0.039. 0.795. 0.091. 0.105. 0.058. -0.103. 0.756. 0.06. 0.006. 0.059. 0.173. 0.745. 0.258. 0.082. -0.024. 0.222. 0.74. 0.113. 0.154. -0.057. 0.081. 0.736. 0.158. 0.004. 0.046. -0.173. 我能以簡單的分變本量和改 變量之不同.如溫度與溫度 差. 43.
(52) 我能明白氧氣製造方法. 0.736. 0.173. -0.093. 0.148. -0.009. 我看懂簡單的理化資料. 0.729. 0.165. -0.15. 0.041. -0.153. 我用自己的理化.做出選擇. 0.719. 0.122. 0.078. 0.144. 0.148. 我看懂理化的圖表意義. 0.713. 0.318. 0.147. -0.142. 0.046. 0.707. 0.128. 0.15. 0.077. 0.072. 0.697. 0.296. -0.128. 0.141. -0.027. 0.681. 0.32. -0.059. 0.208. -0.177. 我看懂理化的圖片意思. 0.678. 0.236. 0.157. -0.127. 0.034. 我能寫出心中想表達的想法. 0.671. 0.105. 0.135. 0.106. 0.031. 0.669. 0.108. 0.058. 0.124. 0.139. 0.594. -0.007. 0.089. 0.251. 0.26. 0.58. 0.18. -0.026. 0.278. -0.164. 0.571. 0.36. 0.141. -0.212. 0.035. 0.567. 0.12. 0.134. 0.019. 0.499. 0.564. -0.016. 0.091. 0.021. 0.215. 0.551. 0.205. 0.091. -0.184. 0.144. 0.546. 0.122. 0.013. 0.24. 0.359. 理化簡單.就能考好. 0.533. -0.058. 0.187. 0.166. -0.183. 學習理化看得懂生活現象. 0.517. 0.224. 0.378. -0.104. -0.141. 只要努力.就可考好理化. 0.49. 0.2. 0.434. 0.052. -0.041. 0.467. 0.126. 0.098. 0.453. 0.423. 我能填寫簡單的理化表格及 資料 我看懂理化的內容 我明白簡單的生活現象.如 氧化還原. 我能對他人問題或報告提出 新看法 我碰到事情先用理化邏輯思 考 我能認得簡單的元素 我看懂電影中的理化作用 我會寫畫出自己想表達的理 化觀念 我相信自己能想出好主意完 成一件事 我有能力知道有些事情.如 飛碟.採證困難無法做科學 性實驗 我能用網路找出和問題相反 的資料. 我聰明.學理化容易. 44.
(53) 我能從網路搜尋理化學習資 0.462. 0.345. 0.108. 0.004. 0.059. 0.416. 0.413. 0.236. 0.042. -0.104. 0.381. 0.083. 0.254. 0.016. 0.134. 學習理化因老師教學有趣. 0.278. 0.005. 0.239. 0.12. -0.207. 喜歡理化因可從中學新觀念. 0.432. 0.642. -0.032. -0.016. 0.064. 學理化可看懂雜誌.報紙. 0.288. 0.64. 0.189. -0.104. 0.102. 理化課對我是有用的. 0.415. 0.621. 0.127. 0.031. 0. 0.308. 0.62. 0.181. -0.046. -0.121. 0.019. 0.544. -0.108. 0.495. 0.126. -0.003. 0.531. 0.238. 0.261. 0.033. 學理化對工作有幫助. 0.297. 0.529. 0.319. 0.141. 0.066. 學好理化因基測很重要. 0.296. 0.5. 0.165. 0.319. -0.296. 0.32. 0.459. 0.448. 0.119. -0.063. -0.158. 0.037. 0.666. 0.183. 0.13. 學好理化值得炫耀. 0.032. 0.163. 0.648. 0.022. -0.146. 學理化可增加成就感. 0.271. 0.265. 0.637. 0.033. -0.005. 學好理化可增加自信. 0.115. 0.425. 0.525. 0.091. 0.106. 學理化是父母的期待. -0.014. 0.056. 0.511. 0.51. 0.03. 理化考爛很丟臉. 0.091. 0.083. 0.502. 0.134. 0.07. 學理化可以變魔術. 0.246. 0.117. 0.417. 0.21. -0.327. 學好理化.因早就學過. 0.091. -0.006. 0.214. 0.636. -0.01. 學理化是老師的鞭策. 0.003. 0.141. 0.013. 0.635. -0.077. 0.094. -0.092. 0.123. 0.573. 0.008. 0.016. 0.434. 0.152. 0.563. 0.18. 源 有人指導我理化.我就可以 好 我能寫自己動手做生活小實 驗. 可將理化課所學.應用到其 他課程 學理化可移民到國外 學理化跟上世界潮流.有國 際觀. 學理化讓自己具備競爭力 學理化希望老師重視我. 學理化是因別人學.我也跟 著學 學好理化.容易交朋友. 45.
(54) 考好理化可以打電玩. -0.056. -0.095. 0.431. 0.456. -0.055. 我得努力才考好理化. -0.112. 0.205. 0.06. 0.074. -0.583. 我只擅長理化. -0.049. 0.195. 0.128. 0.458. 0.486. 0.184. 0.083. 0.031. 0.349. -0.42. 0.315. 0.08. 0.253. 0.323. 0.406. 0.072. 0.094. -0.03. 0.042. 0.204. 學習理化是學校要求 跟同學比較時.我的理化非 常好 學理化因出國可應用. 萃取方法：主成分分析法。旋轉方法：Kaiser常態化的Varimax法. a：轉軸收斂於3個疊代. 表 3- 7 解說總變異量 初始特徵值 元件 總數. 變異數的 %. 平方和負荷量萃取 累積%. 變異數的 總數 %. 累積%. 轉軸平方和負荷量 總數. 變異數的 %. 累積%. 1. 16.733. 29.356. 29.356. 16.733. 29.356. 29.356. 13.441. 23.58. 23.58. 2. 4.589. 8.05. 37.406. 4.589. 8.05. 37.406. 4.779. 8.385. 31.965. 3. 2.754. 4.832. 42.238. 2.754. 4.832. 42.238. 3.901. 6.843. 38.808. 4. 2.101. 3.686. 45.924. 2.101. 3.686. 45.924. 3.67. 6.439. 45.247. 5. 2.002. 3.512. 49.436. 2.002. 3.512. 49.436. 2.388. 4.189. 49.436. 57. 0.057. 0.1. 100. 46.
(55) 表 3- 8「學習態度」向度的內部一致性信度 Cronbach's. 以標準化項目為準的. Alpha 值. Cronbach's Alpha 值. .774. 項目的個數. .890. 32. 表 3- 9「學習方法」向度的內部一致性信度 Cronbach's Alpha 值. 項目的個數. .883. 6. 表 3- 10 整份自然科學習狀況問卷的內部一致性信度 Cronbach's Alpha 值. 項目的個數. .911. 7. 表 3- 11 整份自然科學習狀況問卷的內部一致性信度 Cronbach's Alpha 值. 項目的個數. .845. 7. 47.
(56) 表 3- 12 項目整體統計量. 項目刪除時 項目刪除 項目刪除. 的. 時的尺度 時的尺度 修正的項 複相關 Cronbach's 平均數 學習理化看得懂. 變異數 目總相關. 平方. Alpha 值. 177.38 915.782. .573. .. .907. 177.76 927.908. .301. .. .909. 177.81 922.201. .402. .. .908. 179.27 937.355. .163. .. .910. 178.60 926.795. .290. .. .909. 178.11 867.532. .103. .. .949. 生活現象 學習理化因老師 教學有趣 學理化可以變魔 術 考好理化可以打 電玩 學好理化值得炫 耀 學理化因出國可. 48.
(57) 應用 學習理化是學校. 177.69 933.418. .232. .. .909. 177.83 915.621. .563. .. .907. 177.65 915.204. .524. .. .907. 177.65 913.041. .605. .. .907. 179.08 927.831. .338. .. .909. 178.11 910.459. .580. .. .907. 177.85 913.041. .571. .. .907. 178.69 938.266. .144. .. .910. 178.73 926.847. .337. .. .909. 要求 喜歡理化因可從 中學新觀念 學好理化因基測 很重要 理化課對我是有 用的 學理化可移民到 國外 學理化對工作有 幫助 學理化讓自己具 備競爭力 學理化希望老師 重視我 學理化跟上世界. 49.
(58) 潮流.有國際觀 學理化可看懂雜. 177.92 916.611. .494. .. .908. 178.85 910.450. .556. .. .907. 178.81 935.681. .197. .. .910. 178.17 917.264. .447. .. .908. 178.82 931.188. .278. .. .909. 179.02 925.260. .396. .. .908. 177.95 947.786. .000. .. .911. 177.85 914.694. .517. .. .907. 177.94 914.516. .524. .. .907. 誌.報紙 我聰明.學理化 容易 學理化是老師的 鞭策 理化簡單.就能 考好 學好理化.因早 就學過 學好理化.容易 交朋友 我得努力才考好 理化 有人指導我理 化.我就可以好 學理化可增加成. 50.
(59) 就感 學理化是父母的. 178.81 928.922. .295. .. .909. 179.00 919.935. .462. .. .908. 我只擅長理化. 179.49 932.382. .253. .. .909. 學好理化可增加. 178.27 916.425. .460. .. .908. 177.73 908.490. .592. .. .907. 理化考爛很丟臉. 178.46 927.795. .278. .. .909. 學理化是因別人. 178.97 934.698. .209. .. .910. 177.91 920.374. .497. .. .908. 177.66 907.250. .567. .. .907. 期待 跟同學比較時. 我的理化非常好. 自信 只要努力.就可 考好理化. 學.我也跟著學 可將理化課所 學.應用到其他 課程 我能認得簡單的 元素 51.
(60) 我看懂理化的內. 177.81 914.022. .629. .. .907. 177.58 908.115. .677. .. .906. 177.61 915.377. .555. .. .907. 177.95 905.965. .674. .. .906. 178.03 914.649. .549. .. .907. 178.26 904.388. .631. .. .906. 177.98 907.740. .674. .. .906. 178.32 901.017. .692. .. .906. 容 我明白簡單的生 活現象.如氧化 還原 我看懂簡單的理 化資料 我懂別人用理化 解說平常的事 我看懂電影中的 理化作用 我會寫簡單的化 學方程式 我看懂理化的圖 表意義 我能將簡單的理 化原理表達給朋 友明白 52.
(61) 我能明白氧氣製. 177.82 905.871. .636. .. .906. 178.04 909.681. .608. .. .907. 177.85 908.060. .649. .. .906. 177.85 911.236. .623. .. .907. 178.07 917.661. .481. .. .908. 178.15 922.310. .462. .. .908. 造方法 我能以簡單的分 變本量和改變量 之不同.如溫度 與溫度差 我能明白影響反 應速率的常見因 素 我看懂理化的圖 片意思 我有能力知道有 些事情.如飛碟. 採證困難無法做 科學性實驗 我相信自己能想 出好主意完成一 件事 53.
(62) 我用自己的理. 178.10 907.178. .655. .. .906. 178.35 912.228. .577. .. .907. 178.19 912.580. .607. .. .907. 178.55 916.965. .556. .. .907. 178.23 914.929. .535. .. .907. 178.52 917.081. .551. .. .907. 178.10 909.965. .631. .. .907. 178.47 923.568. .400. .. .908. 化.做出選擇 我能對他人問題 或報告提出新看 法 我看出很多理化 是有相關的 我能用網路找出 和問題相反的資 料 我能從網路搜尋 理化學習資源 我會寫畫出自己 想表達的理化觀 念 我能填寫簡單的 理化表格及資料 我能寫自己動手. 54.
(63) 做生活小實驗 我碰到事情先用. 178.39 913.621. .530. .. .907. 178.02 910.000. .616. .. .907. 理化邏輯思考 我能寫出心中想 表達的想法. 三、POE實驗活動學習單 本研究參考Richard White & Richard Gunstone的書Probing Understanding(1992)，書中有關POE活動設計理論，再依據國二反應 速率單元的教學目標及活動概要，設計出十個單元的POE學習單（附 錄一）於兩堂實驗課中完成。於實驗課程進行時發給學生，以利學生 學習。學習單分為四部分，第一部分是預測，第二部分是預測的理由， 第三部分是操作實驗及觀察，最後一部分則是全組討論，寫下彼此的 差異及能接受的解釋。學生在活動進行時於活動學習單上須先寫下預 測及預測的理由才能進行實驗，實驗後記錄實驗觀察的結果、解釋概 念間的衝突、小組討論的結果。每一個POE活動結束後才能進行下一 個POE活動。從這些書面資料了解學生的概念。. 55.
(64) 四、晤談單 在活動進行完之後利用課餘時間，對個案學生進行晤談，以了解 POE教學的實施對學生有何影響，作為改進教學的參考。也針對「氧 化還原學習成就測驗」中學生不了解的部分題目做瞭解。. 第四節 研究流程 本研究的研究流程主要可分為三個階段(圖3-3)： 一、第一階段－準備階段 在確立研究方向後，我們便開始進行相關文獻的分析與蒐集，然 後訂立以後想研究目的與研究問題，建立研究架構。. 二、第二階段－正式施測階段 「反應速率學習成就測驗」與「國中生理化自然科學學習過程問 卷調查表」在正式於國二學生施測前，已經具有效度。. 三、第三階段－資料分析階段 在正式施測後(含前測、後測及延宕測)，研究者將兩班學生在「反 56.
(65) 應速率學習成就測驗」與「國中生理化自然科學學習過程問卷調查表」 和『趣味實驗過程量表問卷』的作答結果以電腦建檔，並依據研究設 計之架構，利用SPSS進行資料分析以回應研究問題，並將錄音檔及POE 學習單做分析統整做為質性研究，最後進行論文撰寫。. 57.
(66) 圖 3- 4 研究流程 58.
(67) 第五節 資料分析 （一）量的分析 將「化學反應學習成就測驗」之前、後測及延宕測的得分，與「國 中生理化自然科學學習過程問卷調查表」之前、後測、延宕測之得分， 以SPSS中文版（18.0）統計軟體進行分析，將所得的結果回答研究的 問題。 （二）質的分析 在化學反應速率單元教學及前後測結束後，利用課餘時間，每組 選取1位同學晤談，主要目的是想多多去了解POE教學的學習狀況及 POE教學對「化學反應學習成就測驗」中的題目答題是否有幫助，在 訪談之前，都會和學生告之動機且都經受訪者同意錄音，然後將錄音 的資料慢慢地轉成文字稿，而該抽誰訪談都為便利取樣，每一組隨意 抽出一位，並無特別的考量。. 59.
(68) 第四章 研究結果與討論 本章將對蒐集的量表和資料進行量化與質性的分析，整個研究的 結果將探討：實驗組與控制組兩組學生中，不同學業成就學生在國中 生理化(自然)學習過程問卷調查表、實驗組與控制組兩組學生的自然 科學習狀況（學習態度、學習方法、認知層次、過程技能、科學態度、 科學應用），實驗組以POE教學的學生學習情形，共分為三節進行分 析討論。. 第一節 學習成就測驗分析 本節將以反應速率學習成就作分析，探討實驗組與控制組在前測、 後測與延宕測的成績。 一、獨立樣本t檢定 檢定兩組學生在反應速率學習成就測驗之前測是否有差異，使用 獨立樣本t檢定檢測兩組平均數，經檢定結果如下表4-1所示。顯著性 機率值p＝.475，顯著性機率值p大於0.05。表示兩組學生在接受教學 前的成績就已經沒有顯著的差異，實驗組比對照組的成績低有些意外， 平均低了2.5分。為了除去教學前實驗處理的誤差，故以前測成績作 為共變量。 60.
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