國小高年級學童光迷思概念之研究

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(1)第壹章. 第一節. 緒論. 研究動機. 國小學童的概念研究是一個相當重要的課題，然而由認知心理學以及科學哲學的觀點出發，來探討國小學童對於某一學科中的重要概念，越來越受科學教育研究所重視。近年來，廣受各界所重視的建構主義觀，便是強調學習者應為學習的主體，知識是基於他原有的概念架構去從事新的概念的建構。而知識卻無法轉移，應由學習者主動建構。既然知識是由學習者主動建構而成，學習者便可能建構出與一般專家不同的科學概念（scientist conceptions），這種科學概念我們便稱之為迷思概念（misconceptions），迷思概念對於兒童的概念學習上，不僅會產生干擾也會產生負面的影響。為了提昇教學品質應先了解學生所具有的迷思概念，然後從教學及教材中加以改進學生的學習（陳義勳，民 84）。同時郭重吉（民 77）也提到教師們在教導學童概念學習時，必須了解到學習乃是主動存在於學習者本身，而有意義的學習，必須是以既有的概念為基礎，藉由同化、調適等過程與新的訊息產生交互作用，因而獲得新的學習。本研究群分別從科學家與教育家的觀點來看迷思概念，將迷思概念作一有系統的分析、整合出迷思概念的類型來作為教學重點參照之用。對於探究迷思概念，分別有晤談法（interview），這包括事例晤談（interviews about instances）以及事件晤談（interviews about events）; 概念圖（concept map）以及紙筆測驗（pencil-and-paper measures）。而 Treagust（1988）所使用的二段式診斷工具便是屬於紙筆測驗的一種，利用這種方式對大量的受試者進行測驗。「光」是自然界最普遍，也是人們最常接觸到的一種自然現象，但是 1.

(2) 兒童對於光卻存在相當多的迷思概念。從文獻中可以發現，部分兒童持有「光」是無所不在的物質，以及無法確定是由哪種特定來源所發出（LaRosa et al ,1984）；Guense （1978）也提到持有這種想法的兒童，把白天視為「光海」（sea of light），認為如此才得以看見物體。這些迷思概念已深植於學童的想法中，然而以國小自然課程教學而言，想在短短的數個單元內，讓學生能完全體會，似乎存在不少的困難。有鑑於此，研究者對於國小學童的「光」迷思概念相當感興趣，所以提出國小高年級「光」迷思概念之探究，期望能在光學概念上，對教師的教學及學生的學習上能有所貢獻。. 第二節研究目的. 基於上述的研究動機，本研究擬提出以下一、探究國小高年級學童的光迷思概念二、分析不同年級之國小高年級學童在「國小高年級光概念二段式問卷」的表現是否有差異三、分析不同性別之國小高年級學童在「國小高年級光概念二段式問卷」的表現是否有差異. 第三節研究問題. 根據上述之研究目的，本研究提出下列待答問題一、國小高年級學童的光迷思概念有哪些？二、不同年級之國小高年級學童在「國小高年級學童光概念二段式問卷」上的表現是否有顯著差異？三、不同性別之國小高年級學童在「國小高年級學童光概念二段式問卷」 2.

(3) 上的表現是否有顯著差異？. 第四節研究範圍與限制. 一、本研究因為時間、經費、人力以及受事者等種種因素的影響，並未對地區特性及城鄉差異等文化地區上進行研究，這方面仍待後續研究者繼續努力。二、由於本研究樣本並非經隨機取樣取得，因此研究結果不宜加以過度推論。三、由於國內學生往往較不習慣參與問題的討論或回答相關問題，要學生熱忱地說出內心的想法可能有所困難。這方面僅賴研究者持續精練晤談的技巧，以期盡量排除此困難。四、學生在填答問題時，或因態度、意願、以及語言表達程度不足等問題，常有填答不完整或回答「不知道」等情事。因此，若將每份問卷都加以採用，恐怕會影響診斷學生概念的可信度。所以，為使本研究更加嚴謹，於分析資料時，將這些無效樣本與以刪除。五、本研究所謂的光概念，僅限於問卷中的光的性質、光的行進方式、反射、折射、以及光的顏色等概念作進一步分析迷思概念的想法，其他方面仍待後續研究者繼續努力。. 第五節. 研究基本假設. 一、在晤談時，學生明白研究者所提出的問題，並且都能根據其認知認真回答。二、學生在填寫二段式問卷時，都能認真且就其所知來回答。 3.

(4) 三、藉由晤談以及二段式診斷工具的施測可分析得知學生的迷思概念。. 第六節. 名詞解釋. 由於本研究的目的在研究學生的光迷思概念並發展國小高年級學童的光迷思概念二段式診斷工具，因此將本研究的名詞界定如下：. 一、迷思概念（misconception）本研究所謂之迷思概念是指，學生藉由各種學習途徑，如學校的學習、日常生活的經驗或使用之語言，所產生的對自然現象或其他某種科學概念的認知，而該認知與科學界所共同認定的概念有所出入、或不完整、或有錯誤者。以程智慧博士所領導之研究群將迷思概念定義為，學生的概念被科學家認為是錯誤的，而教育家認為還可以再加以教育而使其改善者。. 二、二段式診斷工具（two-tier diagnostic instrument）又稱為「二段式問卷」、「二段式選擇題問卷」等，不同於單一選擇題的方式，學生在作答第一個部分單一選擇題之後，還要就第二部分單一選擇題回答其依據的理由，第二部分的選項中最後應有一「其他」選項以備學生有其他想法時可以寫出其想法。在本研究中，本工具的全名為「國小高年級學童光概念二段式問卷」，簡稱「二段式問卷」。. 4.

(5) 第二章. 文獻探討. 本章的文獻探討中，將對第一章的所提到的認知發展與知識建構觀點作深入探討，其次是對概念的意義、迷思概念的意義，概念的改變進行討論，之後再對迷思概念的診斷工具詳加討論，最後則探討國小學童光迷思概念相關研究。. 第一節. 認知發展與知識建構. 提到認知發展與知識建構，近代的相關理論文獻中，以皮亞傑（J. Piaget）的認知發展（cognitive development）理論、布魯納（J. Bruner）的表徵系統論、蓋聶（R. M. Gagne）的學習階層（learning hierarchy）論、奧素柏（D. Ausubel）的有意義的學習（meaningful learning），以及知識建構論，對目前的科學教育影響最大，以下分別介紹。. 一、皮亞傑的認知發展論有些人稱皮亞傑的知識論為建構的知識論，而建構的動力是平衡作用（ equilibration ）。平衡作用中最主要的是同化（ assimilation ）和調適（accomodation）。. 二、布魯納的表徵系統論布魯納認為一個人心智成熟或認知發展最重要的特色，是能漸漸擺脫眼前刺激的直接影響，能經過思考後再加以反應。布魯納認為表徵外在真實世界，或心靈思考到的實體，有三種樣式（modes），分別如下（Bruner, 1960, 5；引自鍾聖校，民 85）：（一）、動作表徵（enactive representation） 5.

(6) （二）、影像表徵（iconic representation）（三）、符號表徵（symbolic representation）. 三、蓋聶的學習階層論（一）學習階層（learning hierarchy）與工作分析（task analysis）：（二）學習階段與教學事件：（三）學習結果（learning outcomes）的分類：. 四、奧素柏的有意義的學習奧素柏認為客觀的知識結構是有層級性的，而人的認知結構，必須具備與之「相當」的對應。. 五、建構論（一）認知與建構以往的科學教育認為知識是一種客觀實體，教學的目的是，以系統化的方式，將知識加以分析、組織、並傳授給學生。建構論則以新的科學哲學觀和學習心理學觀點，來匡正以往這些科學教學的缺失。（二）建構論的原則 1991 年葛拉沙菲德（von Glaserfeld, E.）在其教育的建構論中，提示建構論有兩個原則（引自魏明通，民 88）： 1.知識並不是被動接受，而是由具備認知能力的人根據認識的事象而主動建構的。 2.認識並不是發現客觀存在的現實世界，而是組織其所經歷的事物。（三）建構論的特性趙金祁歸納得建構論具有三個特性（引自魏明通，民 88）： 1.人類從其生活的意識型態中，給予外在世界的意義。 2.由於外在世界的具體（reality）為不能直接得到的，由此生活的意識型態是由人類所建構。 6.

(7) 3.配合人類追求生存發展的需求，建構不斷的形成演變。. 第二節概念. 一、概念的意義概念乃是指一種認知過程（cognitive process）的形式或階層，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，並以語言為其主要的表達工具（歐陽鍾仁，民 88）。. 二、迷思概念根據這種建構學習的觀點，學習者的先備概念正確與否，將影響到後續學習的成效，若學習者存有一些不適當的迷思概念必定會成為後續學習的阻礙（林明軫，民 83）。至於造成學習者產生這些迷思概念的原因：Sutton 和 West（1982）指出可能的原因有生活直接的實際經驗、可使用的日常用語、同儕所允許及鼓勵的信念和意見、正式或非正式的教學等。程智慧博士研究群分別就科學家和教育家來看迷思概念而認為，學生的概念被科學家認為是錯誤的，而教育家認為還可以再加以教育而使其改善者。. 三、概念改變國內學者邱美虹綜合了各家理論後，提出了四個改變條件：（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） 7.

(8) （四）新的概念必須是豐富的（fruitful）. 第三節迷思概念診斷工具. 為了了解學生的迷思概念以作為教學上的參考，發展出一套診斷學生迷思概念的工具是相當重要的。以下就針對近年來較常被使用的工具如紙筆測驗、事例及事件晤談、概念圖。分別說明：. 一、紙筆測驗（pencil-and-paper measures）紙筆測驗方式可分為封閉式測驗及開放式測驗及開放式測驗兩大類。封閉式紙筆測驗有固定且客觀的評分標準；而開放式紙筆測驗的評分標準則較為主觀，不同評分者的評分結果可能都不一樣。在封閉式紙筆測驗中，較常被採用的方式是選擇題。但是採用選擇題的最大缺點是不知道學生為什麼要選取這個答案，有可能學生真正了解概念，也有可能是猜對的。針對選擇題的缺點，Treaguest 及 Haslam（1986、 1987）曾利用二段式選擇題的方式來診斷中學生關於植物光合作用及呼吸作用的迷思概念，研究中認為比起選擇題，二段式選擇題的方式可以得到較佳的成果。Franklin（1992）曾發展二段式選擇題的方式來診斷學生在力、光、電、熱這些方面的迷思概念。許健將（民 89）曾利用二段式選擇題的方式來探查高三學生關於共價鍵及分子結構之迷思概念；唐健文（民 90）也曾利用二段式選擇題的方式來探查中學生關於電流磁效應及感應電流的迷思概念。這些研究都利用二段式選擇題的方式來診斷學生的迷思概念，而得到可信及有效的結果。 Treagust（1995）曾引用 Duit（1996）等學者解釋二段式選擇題的意義。其做法是：題目的第一部分是與內容有關，第二部分則屬於推理，或作答的理由，而選項的內容則是被清楚的界定。首先先界定概念的內容，以命 8.

(9) 題陳述（propositional knowledge）的方式來界定學生需要理解的概念，然後設計選項，選項的來源則是來自較知名文獻的研究和學生對於開放式題目及晤談時的作答情形，然後依這些選項作測驗，找出一些較具代表性的選項作為測驗的項目。由於事先以將學生可能的推理放進二階段測驗題中，所以無須再進行晤談。因此，二段式選擇題比起選擇題的方式應該更能診斷出學生的概念，並且能夠對大量的學生進行施測。. 二、事例及事件晤談（interviews about instances and events）由於臨床晤談能對學生的認知結構作深入詳盡的探討，因此近年來晤談的方式在科學教育領域中廣被用來研究學生對科學概念的學習（郭重吉，民 79）。而且 Duit 等學者（1996）也認為對於科學概念理解的研究，晤談無疑是有效的研究方法，而且也是一項非常必要的工具。所謂事例或事件之晤談是專家與學生聚焦在一系列圖表所呈現的問題之對話，用以檢查學生理解概念的能力或對自然及社會現象的解釋。事例或事件之晤談可詳細偵測學生對單一概念的理解，它不只可檢測學生是否理解目前特殊事例的概念，也可以檢測學生是否可以解釋自己的決定。解釋說明可顯示出學生理解的品質。事件之晤談同樣是深層且敏銳的試探（Richard White & Richard Gunstone, 1992）。. 三、概念圖（concept map）概念圖是由美國康乃爾大學的學者 Joseph D. Novak 及其同僚，花了十餘年的時間所發展出來的，就是將教材或文章中的概念抽取出來，並以一個「核心概念」（focal concept）為主題，圍繞著此一核心概念，經由學習者的理解把所有相關概念組織起來，用以表徵學習者在相關學科上的知識結構之語意網路圖。Noval & Gowin（1984）提出概念圖是由概念及連接詞構成。概念通常以圓圈或方框框起來且由線來連接，線上標有連接動詞，此可用來連接概念間的關係，二個概念連接成「命題」或是一種描述。概 9.

(10) 念在概念圖中以階層來排列，較一般的概念排在頂層，較特定的概念排在較低層，橫向連接（cross link）為連接概念的不同部份形成命題，可指出相關概念的合成，為某些舊觀念新詮釋及某個程度的創造思考。其具有四個主要成分：.概念、關係或命題連接字、階層、交叉連接。 Gonzalez（1997）就曾利用概念圖來研究學生在自然科學方面普遍存在的另有概念，而得到一些不錯的結果。林顯輝（民 84）在國小兒童蒸發與凝結概念的研究中，也曾提供與蒸發有關之概念讓兒童繪出概念圖，然後以臨床晤談的方法去探討學生蒸發與凝結概念的認知結構，並利用紙筆測驗技術分析兒童蒸發與凝結概念的認知發展層次而得到不錯的結果。而在求迷思概念類型的方法上本研究群係以一種 Self-Consistent Reference 的架構來設計的，經本研究群探究後不斷修正提出，迷思概念類型的分類可藉由最佳近似接近方式推衍出來，即由樣本代表性的不斷改善，去確認最接近的、深一層的迷思概念類型所屬（或概念分化程度），此種內在調整的迷思概念歸類法稱為本研究群的「內調參照法」，爾近實施以來，頗具成效，例如：以小樣本數的結果與大樣本數的結果詳加比對，分析後可得此結論。而研究迷思概念類型的方法探究，本研究群所採用的最佳近似接近法或稱內調參照法，此為我們研究群所研創的方法，即利用電腦化診斷工具可迅速擴展研究樣本的質與量，因而可獲得最佳迷思概念的類型。. 第四節相關的光迷思概念之研究. 在探討到光迷思概念研究之前，先讓我們對中外的光學史作些了解。由於光學的歷史悠久，其牽涉的領域又廣，故本節只針對國小相關的光概念作探討，其餘較高深的概念就不予討論。 10.

(11) 提到中國的光學史，最具代表性的應算是”墨經”了。光學知識起源甚早。日光或火光照射物體時所出現的陰影，平靜湖面反映山丘、樹木所成的倒影，對原始人類光學知識的積累都有一定的影響。商周時期已利用靜止的水面來照自己的影。《莊子·德充符篇》：“莫鑒於流水，而鑒於止水，以其靜也”。由於商周青銅冶鑄技術的發展，人們鑄造了不少銅鏡。它的出現爲光學的實驗研究提供了重要前提。《墨經》中記載了物體成影、光的反射、小孔成像、平面鏡、凹面鏡、凸面鏡成像的實驗結果，內容相當豐富。墨家認爲，影是由物體遮住了光而出現的，其大小同物體、光源、影屏三者之間的位置有關。並且指出，影是不會隨著物體運動而移動的（“景不徙”，景，即影）。當物體移動時，前影消失，後影産生。人們通常所看到的影的移動，其實只是前影不斷消失，後影不斷産生的連續過程。這是很科學的見解。《莊子·天下篇》也有“飛鳥之景未嘗動也”的見解。 “光的直線前進”是幾何光學中的一條重要原理，在二千四五百年前的墨家學派就已知道了。墨家指出，光的照耀就跟射箭一樣（“煦若射”）。基於這樣的看法，對小孔成像實驗做了正確的解釋：人體反射的光線經過小孔以後，“足蔽下光，故成景於上；首蔽上光，故成景於下”，這樣，所成的便是倒像。墨家還指出：單個平面鏡所成的像只有一個，同物體的大小、形態完全一樣，而且總是跟物體以鏡面成對稱的。對於凸面鏡來說，所成的也只有一個正立的像，但較小。凹面鏡所成的像較複雜。墨家把凹面鏡的曲率中心至焦點的一段距離稱爲“中”，當物體在“中” 以外時，所成的是倒立的小像；當物體在靠近鏡面的“中”以內時，所成的是正立的放大的像。（“鏡窪，景一小而易，一大而正，說在中之外內”）。墨家沒有區分焦點和圓心是其光學成就上的一個缺陷，但他們的實驗研究在世界幾何光學發展史上佔有重要的地位。墨家關於幾何光學的理論比古希臘歐幾裏得（約西元前 330—275 年）所著《反射光學》約早了 11.

(12) 一百多年。而西洋光學史方面，在西元四、五世紀時，古希臘人對「我們是怎麼看到物體」的視覺問題，進行熱烈的討論。當時許多古希臘思想家相信眼睛項視覺客體發出射線從而產生視覺的說法。然而亞里斯多德是第一個對此說法提出疑問，他說，如果眼中放出火一樣的射線（fiery rays）如像燈籠放出的那樣，那為什麼我們在黑暗中看不見物體呢？但他也不相信光是物體發出的。他建議，光是一種乙太現象。隨後歐幾里德著作了兩本書，「光學」、「反射光學」，其中「光學」研究視像問題以及怎樣由視像來確定物體大小；「反射光學」則是描述從平面鏡、凹面鏡和凸面鏡反射出來的光線的特性以及他對人類視覺的影響。直到中世紀，阿拉伯人阿爾哈增（Alhazen）在其著作「光學寶鑒」中第一次詳細的研究了關於視覺和視覺器官的問題，並創立了視覺過程的最初理論。由於此時阿拉伯的醫學較為進步，故他從眼睛的解剖學結構來討論視覺問題，他認為視覺之所以產生是由物體發出的光線進入人眼之故。至此視覺的問題大多已能解決。到十七世紀，克卜勒對視覺作更深入的描述，「物體是由無數多的點組成，每一點向各個方向發出（反射出）光線。從每一個物體發出而進入眼睛的光線組成一個錐體。錐體的頂點為物點，錐底為眼睛的瞳孔。進入瞳孔的光線被角膜及內部物質折射而形成一個新的光錐，錐底仍為瞳孔，而錐頂則在視網膜上一點。於是就在知覺上產生了這個物體的像，就”看見”了這個物體」。至於光的顏色，普遍存在的想法是黑暗就是顏色的元素，似乎在感官及物理現象中根深成為一個混亂狀態，並且在這概念下，黑暗是存在的一個東西而不是沒有光所形成的。直到 17 世紀初，認為光是沒有顏色的，顏色是物體本身既有的性質，而光不過是讓顏色看得到而已。在牛頓時代期間，顏色被視為光與物體的交互作用（經由反射或折射）後所產生的改變。然而，牛頓卻堅稱顏色既不是光的改變也不是物體既有的性質，而是知覺。牛頓說：「所有自然界個體的顏色有著明顯的組成，以致於反 12.

(13) 射一種比其他更大量的光」（Newton, 1671,p. 3075）如果它們不反射任何光線到我們的眼睛，這個體就會是暗的。 Fisher（1985，引自郭重吉，民 81）指出學習者的迷思概念常有歷史典故，所以欲了解謎思概念有些可以得自古人對光學的演進中流傳下來的想法。以下就對歷史上光迷思概念加以說明，首先就古希臘時期的視覺理論中，認為眼睛之所以能看見物體是因為眼睛能放出射線的緣故。其次是中世紀阿拉伯人認為，視覺之所以產生是由物體發出的光線進入人眼之故，也就是物體本身能放出光線進入人眼。再來就是克卜勒提到光能行進無限遠的地方，但此與事實不並符合，我們所知光的行進距離是有限的，它是受到環境、光源型態和能量的多寡有關。舉了這些例子，除了說明光的迷思概念除了有歷史典故之外，尚與學習者的錯誤理解（未受教育、錯誤訊息、錯誤教育）等有關（郭重吉，民 81）。這些迷思概念可從文獻上蒐集得到，以下便針對光的迷思概念文獻作探討並將有觀光迷思概念之研究整理如下表 2-4-1：. 表 2-4-1 光迷思概念之研究一覽表研究者. 研究內容. 研究方法. 研究對象. 郭金美（民 88）. 光概念學習之教學. 實驗研究法. 國小學生. 王龍錫、林顯輝（民光、視覺、反射、折觀察及晤談. 國小學生. 法 80）. 射. 張川木（民 85）. 光、色彩. 紙筆測驗、晤談國小高年級. 郭重吉、王晉基（民光概念. 多重選擇題. 國中生. 81）王龍錫、張靜儀（民視覺、顏色. 晤談、紙筆測驗國小中高年級. 84）吳慶軍（民 85）. 光學概念. 紙筆測驗、晤談國小學生. 13.

(14) 吳慶軍（民 87）. 光學概念. 紙筆測驗、晤談國小學生. 林宏一，莊陽德（民光學概念. 實驗研究. 國小學生. 87） N.F. Selly（1996）. 光、視覺. 繪畫、晤談. 國小學童. Osborne and Black. 光、視覺. 晤談. 國小學童. Saxena（1991）. 光學概念. 紙筆測驗. 國小學童. Monk （1991）. 光、視覺. 文獻分析. 國小學童. Collis et al. （1998）. 視覺. 問卷調查. 國小學童. Feher and Rice （1992）光、色彩. POE. 國小學童. Selly （1996）. 晤談. 國小學童. Feher and Rice （1988）影子. POE. 國小兒童. Settlage（1995）. 光學概念. 教科書探討. 國小兒童. Anderson and Smith. 光、色彩. 晤談. 國小兒童. （1993）. 光、視覺. （1986）. 一、視覺現象視覺現象在文獻上探討的較其他的概念明顯多了些，而且這些學者各有自己一套視覺發展理論，這些理論包含了兒童的視覺概念發展階段，以及常見的迷思概念，以下便以表格及圖表方式來加以探討。表 2-4-2 Selly（1996）9 歲到 10 歲兒童的視覺模式（s：光源 o：物體 e：眼睛）. 模式型態 A2 協同照射 Cooperative Emission A1 刺激性照射 Stimulated Emission A0 簡單照射 Simple Emission D 反射式刺激性照射 Stimulated Emission with Reflection. 圖示說明光源和眼睛同時指向物體 o 形成視覺 s e 光源先照射眼睛透過眼睛 o 再照射物體 s e 只有眼睛照射物體，不需要 o 光 s e 光源先照射眼睛，再由眼睛 o 和物體產生交互作用 s e 14.

(15) B1 二段式接收 Secondary Reception B0 一級接收 Primary Reception G 二段式接收-照射 Secondary Recepto-Emission O 光海 Sea of Light F 雙向照射 Dual Illumination. 光源照射物體，再反射到眼睛光源直接照射眼睛. o s. e s e. 光源先照射物體，物體再與眼睛交互作用. o s. e. 光向四面八方照射. o s. 光同時照射眼睛和物體. e o. s. e. Selly（1996）繼提出上述模式後，再將其理論整理成「Tower Block」的視覺階層圖表，如表所示 2-4-3 表 2-4-3 「Tower Block」視覺階層表層級. 主要特徵. 0. 只要了解自然現象、視覺狀態即可，如張開眼睛、對準要看的物體. 1. 模式 A0：了解視覺必須有光，且視覺得產生是眼睛到物體的連結 E O. 2. 模式 A1：了解視覺必須有兩個連結，光源到眼睛；眼睛到物體 S E；E O. 3A. 模式 A2：了解必須有兩個連結才能產生視覺；一條是光源到物體，另一條是眼睛到物體 O S E. 3B. 模式 B0：接收模式，但只為一級光源，單一連結 S E. 4. 模式 B1：接收式視覺，眼睛接受來自第二光源的反射 S O E. 除了以上自我發展的視覺理論外，還有跟皮亞傑的認知發展論相結合，所發展的視覺理論如表 2-4-4. 15.

(16) 表 2-4-4 Ramandas 和 Drives（1989，引自 Collis，1998）視覺分類表「括弧內表示皮亞傑認知階段」階段圖示類型書寫反應類型 DN3 無反應 VN3 無法編碼 VN2 1 DA1 DA5 DA6 VA5 光從眼睛到物體（前運思 E E 暗 E VA6 眼睛扮演主動角色期） O O O 光 VA7 物體扮演主動角色 DN2 DS2 1/2A S E S E VA8 其他另有想法 VN1 光幫助我看更清楚 O O DA2 DA3 DA4 VA2 光幫助眼睛看見東 2A 西 S E S E E （具體運思 O VA3 光到眼睛再到物體 O O 期） VA4 某些東西再眼睛和物體之間來回 VA1 影像進入眼睛 DN2 DS2 2A/B S E S E VS2 光從物體到眼睛 VS3 光進入眼睛 O O 2B DN1 DS1 VS1 光從物體反射到眼（形式運思 S 睛 E S E 期） O O. 16.

(17) 圖 2-4-1 Collis 等人（1998）的標準視覺架構發展圖. 除了以上模式外 Guense et al .（1983）也發現對不少兒童而言，視覺就是眼睛送出「射線」形成訊息或圖像返回頭部的過程。Crookes and Goldby （1984）提出了許多兒童持有光到眼睛後再到物體而形成視覺的想法。 Osborne et al . （1993）的利用兒童對視覺問題作畫的研究提出了關於 7 到 11 歲兒童的視覺的迷思概念可分成四大類：（一）、對於視覺無法解釋對這些兒童而言視覺的過程是毫無疑問且理所當然的，所以不需 17.

(18) 要也無法解釋。（二）、兒童能提出解釋但沒有連結這類兒童可提出簡單的解釋，認為眼睛是視覺得基本要件，並且視覺需要光。但究竟光是如何讓眼睛看見物體的問題，兒童則無法解釋。（三）、兒童使用簡單的聯結方式來解釋許多兒童直接將眼睛和物體做簡單的連結，並且少數的兒童會標示上方向。這樣的畫是認為視覺是主動在選擇及看見物體。（四）、使用雙重連結來解釋少數兒童認為需要使用光源→物體，以及物體←眼睛的連結來解釋視覺。並且他們普遍受到「看」和「我們用眼睛看」的影響而形成這類思考。其實對於這類的迷思概念 Guense（1985）和 Anderson, Karrqvist（1981）皆指出，語言上的修辭法的影響常在強化兒童所持有的「視覺是從眼睛發出某種東西」的想法。例如，我們常使用「看」、「凝視」、「注視」等一些主動的用語。. 二、光的行進（一）、Charles Anderson et al .（1986）指出許多學生認為光是無法行走的，他們認為光可以充滿整個照的到的地方，但不能行走。 Stead & Osborne（1980）和 Karrqvist et al .（1983）則指出很少學生能夠了解「光的傳播是來自於光源」，Guense et al . （1981）提出許多兒童認為光即光源，也就是效果和狀態都一樣、雖然許多兒童看得見光存在光源和物體之間，但卻不認為光會移動。Guense et al .（1983）又提出學生認為光只有存在明亮的地方（燈泡或亮點），並不了解光是存在於兩者之間。王龍錫（民 18.

(19) 90）也指出學童認為光源會動但光不會動。郭金美（民 84）的研究亦指出學生的光迷思概念有光沒有運動這一項。吳慶軍（民 85）對山地學童的研究中提到部分學童認為有限空間內的光線是不傳播的，而是像空氣一樣的佈滿空間。（二）、但也有些學生雖然認為光會移動，但是移動的方式卻又屬於迷思概念。如 Guense et al .（1983）指出有些學生將光移動類比為流水般。王龍錫（民 90）也指出學童認為光會走彎曲的路徑。（三）、Anderson & Smith（1986）也提出兒童相關的看法：光離開光到照射到物體後，便停止移動、許多兒童認為光是照耀而非移動、也有些兒童認為光只能在特定狀態下移動。. 三、光的直線前進光直線前進的例子，國小的單元中主要有影子的形成和針孔成像的迷思概念：和影子有關的迷思概念是學生利用反射、折射或投影等概念來說明。如 Feher and Rice （1988）指出有些學生認為影子是經由反射或折射而形成的。當他們問到學生何謂影子，學生的回答是「當光作用在物體上，並反射（reflect）時產生」、「影子是反射物（reflection）」以及「影子是影像，是個外形看起來和物體一樣的影像」、影子的形狀會隨著光源的型態而改變。Feher and Rice （1988）也提出影子的形成是光被物體阻擋而改變方向所形成的。在問到黑暗中有無影子時，部分兒童認為即使在黑暗中仍有影子存在，只不過我們看不見而已。郭金美（民 84）也指出兒童所存有的迷思概念是影子是一種反射、影子是物體的再生、影子是光激發物體所生以及影子是暗光。王龍錫（民 81）指出影子是物體的一個映像。針孔成像的部分，Feher and Rice （1988）也指出針孔成像中的像與小孔有關，而這個像是孔的形狀或光源的形狀和孔的形狀的混合體。許多學 19.

(20) 生認為光是以平行的方式通過小洞，所產生的像和原物體相同。還有許多學生認為光線通過小洞之後會產生偏折。Saxena（1991）指出學生於透鏡成像中，認為若透鏡被遮住一半時，成像也只有一半。而不知光是向四面八方傳播的，不需整個透鏡就能成像，只是亮度不一樣而已。. 四、光的反射對於反射的迷思概念亦相當明顯。Charles Anderson et al .（1986）就指出，兒童通常認為表面光滑或亮亮的物體才會反射光線。他的研究曾用了兩個木板，一塊是漆成白色另一個是木材原色，結果部分兒童認為原色的木板不會反射以及部分兒童認為我們之所以看得見物體是因為光使得物體變亮而非反射。Guense et al .（1983）提出多數的兒童認為像是光撞到紙張或平面鏡，光會保留在表面上。而且他們亦認為將平面鏡與物體越遠離，則能看到越完整的像。. 五、光的折射 Saxena（1991）指出在他的研究中幾乎有一半的學生不知道光線進入不同的介質之後會產生折射，他將透鏡遮住一半後，要學生回答是否會產生像以及像的形狀，有一半的學生不是回答不成像就是產生一半的像，因為不知光是向四面八方傳播的，不需整個透鏡就能成像，只是亮度不一樣而已。Saxena 也引用 Goldberg and McDermott（1986）的說法，透鏡成像中，許多學生以為屏幕移去時，像會產生於透鏡上、透鏡內、透鏡與光源之間、透鏡與眼睛之間等。. 六、光的顏色十三世紀前，亞里斯多德記載光和黑暗，當這兩者相混合時，就會產生其他顏色（Sayili, 1939）。Goethe （1810, p. 31）仍採用黑暗的想法，並解釋說：「顏色本身就是黑暗的程度」。Feher and Rice （1992）指出 8-13 歲的兒童表達出相類似的想法，例如：「紅色比黃色還要暗」「有顏色的光 20.

(21) 是暗的，它讓物體看起來更暗」「白光比較亮，顏色光就是裡面夾有暗的東西」。Anderson & Smith （1986）提到當兒童查看有色物體放在白光下，他們認為顏色是物體的特性，是獨立於光源和感覺器官的。 Feher and Rice （1992）對兒童做過兩個研究分別是色光照射有色物體和色光所形成的影子，在第一個研究發現兒童的解釋可分成四類：色光對物體無作用、色光是暗的，所以會使得物體看起來更暗、光的顏色和物體的顏色會相混和、色光把他的顏色給了物體。其次還發現兒童認為物體的顏色是屬於它本身的性質，其顏色在白光下不會改變，但在其他色光下卻會改變，此為矛盾所在。第二部分則發現，影子是暗的或黑色的、影子是光的顏色、影子是物體的顏色。Feher and Rice （1992）綜合了以上的論點，提出了以下三種性質：（一）、主動的：它能以兩種方式改變物體的顏色：加入顏色或黑暗到物體上，或使物體無法顯示真實的顏色（或使我們的眼睛無法看到）。相反的，白光卻是被動的：它是清晰、無顏色的、可以看得透的（透明的）並且僅能照明物體或產生影子使我們的眼睛看得到，不引起改變。（二）、含有顏色：這顏色能和物體本身的顏色混合並且改變它，就像顏料一樣可以混和及產生新的顏色。它有可以和其他色光混合產生新的顏色。（三）、暗的：然而並非只有色光才有這些特性，以白光而言，在兒童的解釋它是亮的；但當它的影子形成時，它又變成是「暗光」。綜合以上六項概念，可以整理出以下的迷思概念，如表 2-4-5. 21.

(22) 表 2-4-5 迷思概念類型概念類型迷思概念正確概念視覺黑暗中仍能用眼睛看見東西。黑暗中無法看見東西 Collis 等人（1998）. 光照到眼睛會看不見東西。Collis 等人（1998）. 光可以幫助眼睛看到東西. 眼睛發出光到物體上。Collis 等人（1998）. 物體反射光到眼睛光從物體反彈形成影像在送到我們的眼睛。Collis 等人（1998）眼睛可直接看到物體。Anderson 眼睛接受物體的反射光 & Smith（1986）光的行進光離開光源到照射到物體後便停止移動。Anderson & Smith （1986）光持續在移動光是照耀而非移動。Anderson & Smith（1986）光是一種狀態，無法移動。 Anderson & Smith（1986）光只能在特定狀態下移動。光能在任何狀態下移動 Anderson & Smith（1986）光就是光源。Guesne（1981）光不是光源光會走彎曲的路。王龍錫、林顯光以直線方式前進輝（1991）影子影子是反射物。Feher & Rice （1988）影子是因為物體阻擋住光線而產生影子是物體的映像。Feher & Rice （1988）黑暗中仍有影子 Feher & Rice 黑暗中沒有影子（1988）影子是暗光形成的。Feher & Rice （1988）光照到物體，釋放出影子。Feher 影子是因為物體阻擋住光線而產生 & Rice（1988）影子是物體的再生。郭金美（民 84）. 影子是物體的本性，只要有光就影子是因為物體阻擋住光線而可以看見。王龍錫、林顯輝產生 22.

(23) 反射. 折射. 顏色. （1991）光滑物體才能反射。Anderson & 大多物體皆能反射光線 Smith（1986）看見東西並非由於反射，而是光看見物體是因為眼睛接受物體使物體變亮了。Anderson & Smith 的反射光（1986）鏡子會保留物體的影像。Guense 鏡子會反射物體的影像 et al .（1983）蠟燭無透鏡仍能在布幕成像。沒有透鏡便無法成像 Saxena（1991）光進入不同介質不會折射。光進入不同介質會產生折射 Saxena（1991）光要整個透鏡才能成像。Saxena 不需要整個透鏡便能成像（1991）色光對物體沒有作用。Feher & Rice （1992）物體會選擇性地反射色光色光是暗的，會使物體看起來更暗。Feher & Rice （1992）光的顏色會和物體的顏色相混物體和光的顏色不會混合合。Feher & Rice （1992）色光會把顏色給物體。Feher & 物體會選擇性地反射色光 Rice （1992）影子的顏色跟物體的顏色一樣。Feher & Rice （1992）影子是黑的和物體或光源的顏色無關影子的顏色跟光源的顏色一樣。 Feher & Rice （1992）. 第五節. 我國現有自然科學課程光概念之教材分析. 為達成本研究開發國小高年級學童光概念二段式問卷之目的，研究者將我國現行自然科學課程，各年級、各版本有關光概念整理如表 2-5-1，而為了更深入了解其所欲達成單元目標或概念，更以各版本為例詳列於表 23.

(24) 2-5-2 至 2-5-6，以作為更深入的探討依據。另為配合九十學年度起施行之九年一貫課程，因此亦將九年一貫課程施行綱要自然與生活科技中有關光概念的部分整理如表 2-5-7，以期所設計之國小高年級光概念二段式問卷能有更多的適用對象。表 2-5-1 現行國小各版本教科書有關光概念單元一覽表版本康軒版. 翰林版. 南一版. 國編版. 牛頓版. 年級. 一下. 今天天氣好. 吹泡泡. 吹泡泡. 幫天氣寫日. 今天天氣好嗎？. 記. 嗎？. 吹泡泡. 陽光下的影二上. 光和影子. 太陽與影子太陽和竿影. 子二下. 三上. 奇妙的光. 光的變化. 鏡子遊戲. 光的遊戲. 陽光. 奇妙的光. 奇妙的光. 光的行進. 三下光的色散和五上. 光和顏色組合陽光使世界. 五下美麗六上. 彩色世界. 六下. 24. 彩色世界.

(25) 表 2-5-2 現行國民小學教科書有關光概念單元名稱及其一覽表（以牛頓版為例）. 年級. 冊數-單元-單元名稱. 二上. 2-1 太陽和影子. 單元目標或概念比較影子的異同，察覺影子和太陽的相關位置，影子和光源之關係. 2-4 鏡子遊戲. 察覺有了光才看得見東西察覺光的特性、光的反射現象觀察週遭環境中影像、反射、折射、露珠色彩現象. 三上. 5-5 光的行進. 觀察從細縫照射出來直直亮亮的光線了解光以直進方式遇不透明體後會形成影子. 五上. 9-1 光和顏色. 察覺白光散成彩虹的現象發現彩色的光是由白光色散的性質了解顏色改變的情形察覺光組合後顏色會改變察覺光組合後顏色變淡. 六上. 11-5 彩色世界. 體會多種顏色混合後，最後會形成黑色體會黑色是由幾種不同顏色混合成的能觀察不同顏色的光照射在有顏色的物體上，會發生顏色改變的情形. 25.

(26) 表 2-5-3 現行國民小學教科書有關光概念單元名稱及其一覽表（以康軒版為例）年級. 冊數-單元-單元名稱. 一下. 2-3 吹泡泡. 單元目標或概念透過吹泡泡及觀察泡泡的活動，察覺胖胖上有不同色彩和環境中反射出的影像. 2-5 幫天氣寫日記察覺陽光下各種多西都有影子。察覺影子的形成是因為有光。二上. 3-3 光和影子. 察覺人在陽光下有影子察覺影子位置都`背對著陽光察覺影子的位置和形狀隨著人或物體移動而改變燈光被不透明體遮到，也會形成影子. 三上. 5-3 奇妙的光. 察覺光照在鏡子上會反射察覺光線照到鏡子的角度越大，反射在牆上的位置也越高察覺用水霧及光影的位置，能製造彩虹。察覺用三稜鏡能將陽光分色. 五上. 5-3 光的色散和組合. 能用水和鏡子將陽光分成彩虹分色能用三稜鏡將陽光分成彩虹色光觀察彩虹色光為連續的性的色光。察覺各種色光混合後產生新色光了解利用各種色光能混合成白色的光。. 26.

(27) 表 2-5-4 現行國民小學教科書有關光概念單元名稱及其一覽表（以南一版為例）年級. 冊數-單元-單元名稱. 一下. 2-4 吹泡泡. 能察覺環境中有漂亮的色彩。. 2-6 今天天氣好嗎. 察覺光線被物體遮住形成影子。. 3-3 陽光下的影子. 察覺物體的影子會隨著陽光的移動而. 二上. 單元目標或概念. 變動二下. 4-2 光的遊戲. 察覺有了光才能看見東西察覺光的反射有一定方向利用鏡子把光反射到其他地方. 三上. 5-2 奇妙的光. 察覺眼睛是怎麼樣看到東西察覺光是以直進方式前進觀察光線穿過凸透鏡與凹透鏡的折射現象。歸納光穿過不同的透明物質時會產生偏折了解光線折射應用之常見的實例：近視與遠視的眼鏡，是凹透鏡、凸透鏡的折光效果。實作三稜鏡的色散，並指出陽光經過了空氣和玻璃會使光折射，並且產生彩虹。實作水晶的色散，形成彩虹；或透過水. 27.

(28) 族箱觀察彩虹。. 表 2-5-5 現行國民小學教科書有關光概念單元名稱及其一覽表（以國編版為例）年級. 冊數-單元-單元名稱. 單元目標或概念. 一下. 2-1 今天天氣好嗎. 察覺物體遮住光照才會產生影子。. 2-3 吹泡泡. 察覺肥皂泡可以反映周圍的景象，並有色彩。. 二上. 3-2 太陽和竿影. 察覺竿影會隨著太陽位置的變動而改變. 二下. 4-3 陽光. 察覺光有直線進行的特性察覺光的反射有一定方向利用光的反射，把光投射到其他地方. 三上. 5-4 奇妙的光. 覺知光的反射有一定的方向察覺光線經過不同的物質會產生折射觀察色散現象（彩虹）. 五下. 10-3 光的分散和組合. 發現可利用平面鏡的反射來聚光，或以凸透鏡聚光白光經折射呈現色散的彩虹光譜彩虹光譜的各成分色光重疊在一起，會呈白色光察覺不同色光折射時，折的角度的不一樣. 六上. 11-4 彩色世界. 知道物體顏色的呈現是物體對光選擇. 28.

(29) 性吸收、選擇性反射的結果知道色彩和顏料在生活上的運用. 表 2-5-6 九年一貫課程「自然與生活科技」領域有關光概念之教材內容細目表細目編號：1 代表國小一二年級、2 代表國小三四年級、3 代表國小五六年級、4 代表國中一二三年級。a、b…為流水號。例 110-3a 為次主題 110 之第 3 階段（五、六年級）a 項教材「」課題、主題、次主題. 教材內容細目. 課題：自然界的作用. 光的傳播與影像. 主題：改變與平衡. 1d.察覺光的直進傳播，若遇阻礙. 次主題：216 聲音、光與波動. 形成影子 1e.察覺光的反射有一定的方向色光與顏色 1f.知道光可用「明暗」、「顏色」等來描述 4b.瞭解物體「顏色」的形成是光選擇性反射的結果 4c.覺知陽光經折射後分散成各色光光的折射 2a.察覺光經不同介質會折射，折射後在某些角度可看到彩虹（或製造水霧觀察彩虹）影像與視覺. 29.

(30) 3a.觀察照光與成像（如光滑平面反射、聚光及透鏡放大效果等）影與像的形成 4f.由光的直進傳播瞭解針孔成像 4g.探討面鏡、透鏡成像的現象課題：自然界的作用. 刺激與反應. 主題：交互作用. 4b.知道人對某色光的感覺稱為. 次主題：221 生物對環境刺激的反應. 某顏色. 與動物行為. 4c.知道各色光重疊照射可使人感覺到白色. 課題：生活與環境. 光學儀器. 主題：生活科技. 4c.知道很多光學儀器都是透鏡. 次主題：412 機械應用. 成像的應用. 30.

(31) 色散. 眼鏡. 7種色光. 筷子折斷了. 水. 現象折射. 水中錢幣. 形成物. 顏色. 光進入不同介質. 光直進方式. 形成. 彩虹. 如反射. 形成. 產生視覺. 針孔成像. 圖 2-5-1 國小高年級學童光概念圖 31. 鏡子. 形成物. 結果. 障礙物不透明體. 影子. 放大鏡. 三稜鏡. 如. 如. 衣物路邊轉彎鏡.

(32) 而研究者由上述的教材分析以及光概念圖，所擷取的命題知識陳述如下： 0. 有光才能看到東西 1. 光幫助我們看到黑暗中的物體 2. 物體能反射光進入人眼 3. 發光的物體，人眼可直接看到，無法自行發光的物體，則藉由反射光線，使人眼看到 4. 光的反射有一定的方向 5. 光線進入人眼，使人產生視覺 6. 除了表面黑色的物體，無法反射光線之外，其餘皆可以反射光線 7. 光可以持續在空間移動 8. 光的照射距離與光源及環境有關，與時間無關 9. 光的亮度與光源有關 10. 光的行進方式是採直線前進方式 11. 影子的是物體阻擋住光的行徑路徑而造成 12. 影子的形狀依物體形狀而定，與光源無關 13. 影子的顏色是黑色的 14. 鏡子是利用光的反射性質 15. 光遇到物體依物體的性質而有反射及折射兩種現象 16. 折射是光由一種介質進入另一種介質而產生 17. 利用折射的原理可使物體看起來變大或變小 18. 白光是由多種色光所組成 19. 白光經折射後，造成各種色光的分離，稱之為色散 20. 有色的物體只能反射與本身顏色相同的色光，如果沒有和本身相同的光可以反射，就沒有反射光，此時看起來會是黑色 21. 人們若想從平面鏡看到自己的全身像，此平面鏡高度必須是本身身高的一半以上 32.

(33) 22. 人的視力有其限度，無法看到距離很遠的物體 23. 光線穿透物體時，物體只允許和本身相同的色光通過而上述的命題知識陳述可以分成以下幾個概念領域：視覺現象：0、1、2、3、5、22 光的性質：8、9 光的行進：7 光的直線前進：10、11、12、13 光的反射：4、6、14、15、21 光的折射：15、16、17 光的顏色：18、19、20、23. 33.

(34) 第三章研究方法本研究的研究方法是依據本研究的目的的探討「國小高年級學童光迷思概念」為何，然後輔以相關研究的文獻的做法而設計出「國小高年級光迷思概念二段式問卷」的信效度為何。因此本章節共分成「研究設計與流程」、「研究樣本」、「研究工具」、「資料的處理與分析」等四個節次來加以說明。. 第一節研究設計與流程. 本研究同時採用「量」的研究法與「質」的研究法兩者來探討國小高年級學生的光迷思概念。對於學生對光迷思概念診斷工具之發展，則先採質的分析，再做量的研究。也就是先做相關文獻、現有課程教材的整理與分析，然後發展光的概念圖，並根據概念圖作命題陳述、設計出半開放式問卷，及半結構式晤談大綱作深入晤談，以期了解學童對特定概念的理解與迷思的成因，再將資料轉化成二段式多重選擇試題（two-tire-multiple-choice problem set）。經專家建立專家效度及內容效度，進而進行小規模的預試、修訂，然後反覆幾次的預試及修訂，期能建立一份能兼具效度與信度的評量工具。如此本研究設計的主要架構如下：一、. 確定研究的主題. 二、. 文獻探討. 三、. 畫出光概念圖. 四、. 完成命題陳述. 五、. 設計半開放式問卷 34.

(35) 六、. 半開放式問卷施測. 七、. 分析迷思概念的類型. 八、. 確定晤談內容及對象. 九、. 進行晤談. 十、. 分析晤談結果. 十一、設計二段式選擇題測驗卷初稿十二、二段式選擇題測驗卷初稿試測及修正十三、專家審查十四、修正試卷十五、進行試測十六、試卷信度及效度分析十七、正式施測十八、結果分析論文撰寫依照上述的研究架構，本研究的研究流程如圖 3-1-1 所示. 35.

(36) 確定研究主題. ←. ↓ 發展光概念圖完成命題陳述. ←. ↓ 編制半開放式問卷. ←. ↓ 施測. ←. ↓ 資料分析. ←. 晤談. ←. ↓ 設計二段式選擇題問卷. ←. ↓ 問卷修正. ←. 專家審查. ←. ↓ ←. 試測. ←. ↓ 正式施測. ←. ↓ 統計分析 ↓ 論文撰寫圖 3-1-1 研究流程圖. 36. ←. 文獻分析、分析探討. ↓.

(37) 第二節. 研究樣本. 本研究樣本依據研究目的及上述研究流程，共區分成參與「半開放式問卷」、「晤談」、「二段式問卷初稿」、「二段式問卷試測」、「二段式問卷正式施測」等五種研究工具之樣本，茲將介紹如下：. 一、半開放式問卷本半開放式問卷預計為五、六年級各一班，因本問卷主要目的是在初步的資料收集，找出學生可能具有的光迷思概念及其想法的來由，所以本研究樣本包括了正式施測樣本的五、六年級學生，且本研究目的，並不嘗試比較城鄉之間等文化不同所造成迷思概念的差異，所以各年級學生來源，並不刻意要求。受測學生如表 3-2-1 所示。. 表 3-2-1. 半開放式問卷受測學生一覽表. 班級代號. 男生. 女生. 合計. LD506. 21. 14. 35. LD603. 24. 19. 43. 合計. 45. 33. 78. 二、晤談在半開放式問卷施測、回收之後，研究者依學生回答，逐題紀錄並做相關的概念分析，加以分類及累計次數，作成百分比。而對於學生的回答中有語意不清、前後不一致、或具有特殊的迷思概念等情形時，研究者均於試卷上做記號，以作為晤談對象之選擇。而晤談對象的選取則從受測班級依據每一班之自然月考成績分成高分組、中分組及低分組三群。每一群選取問卷上有注記的學生二名，每一班共六名，因此受晤談學生共有十二人。受晤談學生如表 3-2-2。 37.

(38) 表 3-2-2. 晤談之受談學生一覽表. 班級代號. 男生. 女生. 合計. LD506. 3. 3. 6. LD603. 3. 3. 6. 合計. 6. 6. 12. 三、二段式問卷初稿試測在實施半開放式問卷及晤談之後，研究者即開始設計光迷思概念二段式問卷初稿，但為求問卷有較好的品質，先對五、六年級各一班學生進行小規模的問卷初稿預試，然後根據其回答情形作結果分析及修正。受測學生之來源如表 3-2-3。表 3-2-3. 問卷初稿試測受測學生一覽表. 班級代號. 男生. 女生. 合計. LD501. 21. 16. 37. LD601. 25. 19. 44. 合計. 46. 35. 81. 四、二段式問卷試測二段式問卷初稿經預試修正後，即請光概念方面之專家進行審查，隨後即根據專家之意見予以修正不適當之問卷內容，然後進行二段式問卷之試測。因為本階段只為修正試卷即記分方式之參考，所以試測的樣本只取五、六年級各兩班學生作代表。受測之學生如表 3-2-4。表 3-2-4. 問卷試測師受測學生一覽表. 班級代號. 男生. 女生. 合計. LD505. 19. 19. 38. LD506. 21. 14. 35. LD602. 24. 21. 45. LD604. 22. 17. 39. 合計. 86. 71. 157. 38.

(39) 五、二段式問卷正式施測經二段式問卷試測修正之後所完成的正式二段式問卷，預計選取五、六年級各十個班級，共施測 789 名學生作為正式施測的對象。受測之學生如表 3-2-5。. 表 3-2-5. 二段式問卷正式施測取樣學生人數一覽表. 學校. 年級. 受測人數. M. 六. L. 有效問卷數男. 女. 總數. 186. 82. 80. 162. 六. 108. 62. 46. 108. W. 六. 38. 20. 18. 38. H. 六. 38. 20. 18. 38. 小計. 370. 184. 162. 346. L. 五. 190. 104. 76. 180. W. 五. 37. 18. 18. 36. H. 五. 40. 21. 18. 39. MC. 五. 152. 76. 69. 145. 小計. 419. 219. 181. 400. 789. 403. 343. 746. 總數. 39.

(40) 第三節. 研究工具. 本研究工具的開發是為更有效且廣泛收集研究所需資料，因此除了積極相關文獻的收集與分析之外，在研究的過程中亦逐次開發研究所需之研究工具。在收集學生光迷思概念的類型及成因中使用了「國小高年級學童光概念半開放式問卷」、「國小高年級學童光概念晤談大綱」；而在開發國小高年級光迷思概念之診斷工具上則使用了「國小高年級學童光概念二段式問卷初稿」、「國小高年級學童光概念二段式問卷」，茲將其分別介紹如下：. 一、國小高年級學童光概念半開放式問卷研究者參考國內外學者、專家在研究學生光的相關概念時所運用的方法，並且對相關文獻的探討、及對現有課程教材的整理與分析，然後發展光的概念圖，並根據概念圖作命題陳述、由研究者自編且設計半開放式問卷，因此問卷的內容以國小自然課程中相關的單元為參考，但也不排除探討學生由日常生活中所獲得的知識。問卷的主要內容大多是開放式的，但也有部分是選擇題和問答題搭配的題目，通常每題的問題之後，也都會請作答的學生寫出為什麼如此作答的理由，以更進一步了解其想法與概念。（一）雙向細目表為了使半開放式問卷及半結構式晤談具有內容效度，研究者依所擷取之命題知識陳述及概念領域，建立雙向細目表。半開放式問卷及晤談內容之雙向細目表如表 3-3-1 所示。半開放式問卷與晤談之題目共有 18 題，涵蓋的領域包括視覺、光的性質、光的行進、光的直線行進、光的反射、折射以及光的顏色等七個部分。為求半開放式問卷及晤談內容具有完整性，每個概念領域都有 1 個以上的題目與之對應，每個命題知識陳述有都有一個以上的問題與之相對應。 40.

(41) 表 3-3-1 半開放式問卷、晤談雙向細目表題號 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18. 領域視覺現象. ˇ ˇ. ˇ. 光的性質. ˇ. ˇ. 光的行進. ˇ. ˇ. 光的直線行進. ˇ ˇ ˇ. ˇ. 光的反射. ˇ ˇ. 光的折射. ˇ. ˇ ˇ. 光的顏色 0 命題知識陳述 1. ˇ. ˇ ˇ ˇ ˇ ˇ 2 3 5. 7. 8 21 10 11 11 6 9 22. 15 4 11 14 16 23 18 20 13 20 5 12 17. （二）半開放式問卷研究者使用設計出的國小高年級學童光概念半開放式問卷進行測驗，問卷內容如附錄一，期能從學生的回答中，統計作答學生各類的想法人數，並根據內容予以歸類。但由於部份學生對某些題目並未做答或作答時語意不清、或答案未能語題目相對應或不完整等因素，針對有以上這些情況者研究者該題不予以計次。因此有些題目在統計各類學生的想法總人數，要比受試樣本的總人數來的少些。例如在第 10 題中問學生，「在眼睛的位置能不看看到鏡子？」，結果有 63 個人回答「可以」，其中 28 人認為「鏡子可以反射光到眼睛的位置」、有 16 人認為「手電筒照了之後，整個都亮了」、有 15 人認為「鏡子可以反射光讓整間房間都變亮」、有 2 個人回答「因為鏡子會直射眼睛」、有 1 個人認為「因為手電筒剛好照到眼睛的正上方」還有 1 個人認為「因為鏡子有被光照到」。另外有 13 個人回答「不可以」，. 41.

(42) 其中有 3 人認為「鏡子會將光反射回去」、有 5 個人認為「光會反射到別的地方」、有 1 個人認為「因為手電筒的光不夠強」，還有 4 個人認為「光只能反射 90 度」。由上我們不難發現，在受試的學生當中能正確說出眼睛的位置能否看到鏡子的學生並不多，而且不認為光的反射有一定方向的亦大有人在，而這也和之前在文獻探討當中有研究者發現的結果不謀而合。因此，研究者將以上半開放式問卷的結果資料整理統計如表 3-3-2，其餘實際統計結果如附件四。. 表 3-3-2 半開放式問卷結果統計表（部分） 10.如圖是在一個黑暗的、毫無灰塵的空房間裡擺一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置能夠看到鏡子嗎？請說明原因。學生的回答可以. 不可以. 理由. 人數. 鏡子可以反射到眼睛的位置. 28. 手電筒照了之後，整個都亮了. 16. 鏡子可以反射光讓整間房間都變亮. 15. 因為鏡子會直射眼睛. 2. 因為手電筒剛好照到眼睛的正上方. 1. 因為鏡子有被光照到. 1. 鏡子會將光反射回去. 3. 光會反射到別的地方. 5. 因為手電筒的光不夠強. 1. 光只能反射 90 度. 4. 二、國小高年級學生光概念研究晤談大綱由前述的國小高年級學生光概念半開放式問卷所得到的結果，進形更進一步的晤談，以期能更深入歸納出國小高年級學童光迷思概念之類型。但由於半開放式的問卷多為問答題的形式，因此對於語文表達能力較弱或作答意願較低者，常會留下較多的空白或填答「不知道」，因此對於這些 42.

(43) 學生是否更具有與其他的另有概念或者迷思概念，更是值得我們探討的。因此研究者以自編的國小高年級學童光概念半開放式問卷配合圖片或實物等成為高年級學童光概念的晤談大綱為晤談工具，晤談對象的選取則從受測班級依據每一班的自然月考成績分成高分組、中分組及低分組三群。每一群選取具有上述現象的學生兩名，每一班共六名。因此受晤談的學生共有十二人，每位學生晤談時予以錄音，然後根據錄音帶的內容有系統的轉譯成文字形式，然後將其所呈現的概念予以分析，以了解學生心中真正的想法。例如以題號第 3 題的「你認為光線能夠移動嗎？」及第 10 題的「如圖所示，在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？」問題為例作分析說明，其他重要晤談內容結果分析如附錄五。. 3. 你認為光線能夠移動嗎？說明：【】內為受訪學生代號，第一碼英文字為學校代號、第二碼為年級、三、四碼為班級代號、第五碼為性別（男生為 1、女生為 2）、最後一碼則為流水號。如【L50511】表示 L 學校五年五班，男生第一位受談學生。. 【L60311】師：你認為光線能夠移動嗎？生：可以啊師：能不能說明光移動的事實？生：光就是一直移動所以到處才會亮亮的，一直到它碰到東西為止師：那麼碰到東西之後，光就停止了嗎？生：光碰到東西就沒辦法在前進，所以就停止了結果分析： 1. 認為光線的移動是有限制的 2.認為光遇到障礙就會停止移動. 43.

(44) 【L60312】師：你認為光線能夠移動嗎？生：只要有鏡子反射就可以師：如果沒有鏡子的話，還能夠移動嗎？生：就會一直照師：一直照，那麼會照到什麼地方呢？生：照到一個東西為止師：喔！就是照到東西之後就停住了？生：嗯師：那麼在照到東西之前的這一段，光會不會動？生：…就是直直照過去結果分析： 1.對於光的性質存有迷思概念 2.認為光線無法移動，只是一種照耀的狀態. 【L60325】師：你認為光線能夠移動嗎？生：要像手電筒那樣才可以移動師：那你先說能不能移動？生：嗯……你說的移動是用手電筒移來移去的移動嗎？師：不是指手電筒，而是光本身生：不行師：為什麼你認為不能移動？生：因為光只能照在一定的範圍師：那它在照的過程會不會動？生：不會結果分析： 1.認為光只能照在一定的範圍無法移動. 【L50611】師：你認為光線能夠移動嗎？生：不行師：為什麼不行？生：因為陽光不能移動師：那一般的光呢？生：一般的光也沒辦法移動，只會固定在那裡結果分析： 1.認為光無法移動，把光源視為光，只能固定不動 44.

(45) 【L50625】師：你認為光線能夠移動嗎？生：可以師：為什麼你認為可以移動？生：因為發出光的東西移動，光就會跟著移動結果分析： 1.將光視為光源，光源移動便解釋成光會移動 2.不了解光會移動. 由上例我們可以知道【L60311】認為光的移動是有目的性的，光的移動主要是要照射物體，但一旦當光照射到物體時，光變停止移動，而轉變成照耀的狀態。可見其對光的性質之概念並不正確。同樣的情形在學生【L60312】的晤談中也可以看見，不過該名學生甚至認為光始終只是照射狀態，反射的那一剎那才算是移動。而【L60325】認為光只能照射固定的範圍，而照射並不是移動，存有光無法移動的錯誤想法；然而【L50611】和【L50625】都誤把光認為是光源，【L50611】認為光源通常固定不動，所以光不會移動，而【L50625】則認為把光源移動，光便會跟著動，就如同我們在搖晃手電筒一樣。雖然【L50625】認為光會移動，但其所持的理由卻不正確。因此，對於光是否能夠移動的問題，經由晤談，大致可以知道學生的想法及理由。. 10.「如圖所示，在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？」. 【L60311】師：像圖所示，在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？生：可以啊師：那你的理由是？ 45.

(46) 生：光照到鏡子，鏡子就會亮起來，所以眼睛就看到了師：鏡子亮起來眼睛就會看到是不是？生：對啊結果分析： 1.不清楚反射光有一定的反射路徑. 【L50613】師：在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？生：看不到師：為什麼會看不到？原因是？生：因為會反射到 A 師：為什麼會反射到 A 生：因為光都只會反射 90 度結果分析： 1.了解視覺的產生必須有光線進入人眼 2.對於光反射的路徑不是很清楚，認為光只能反射 90 度角. 【L60313】師：在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？生：看不到師：為什麼？生：因為它是直接反射到這裡，所以看不到師：哪裡？生：A 的位置師：所以你認為… 生：看不到！師：為什麼反射到 A 就會看不到？生：因為眼睛要透過反射才看得到東西啊！透過光的反射結果分析： 1.了解光的反射有一定的方向 2.了解視覺的產生必須有光進入人眼. 【L50611】師：在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？ 46.

(47) 生：可以師：為什麼可以？生：因為手電筒的光照到鏡子上師：手電筒的光照到就看得到了？生：鏡子會把光反射到這裡…..啊！不行不行，這樣子就太亮了看不到師：光會反射到哪裡？生：光會反射到眼睛那裡師：那這樣子看得到嗎？生：看不到師：為什麼？生：因為太亮了結果分析： 1.認為只要照到光，就會往四面八方反射；反射沒有一定的方向 2.對視覺有迷思概念，認為光進入人眼會使眼睛難過而無法看到物體. 【L50612】師：在一間黑暗且毫無灰塵的房間裡擺了一面鏡子，房間的一邊用手電筒照入，請問在眼睛的位置可以看得到鏡子嗎？生：可以師：為什麼可以？生：因為光照到鏡子，鏡子會反射光，眼睛就看得到了師：那麼你認為光會怎麼反射？生：反射到 A 師：反射到 A，眼睛就看得到了？生：嗯結果分析： 1.了解光的反射有一定方向 2.對視覺有迷思概念，認為眼睛不需要有光進入就可以看到物體. 由上例可知，只有【L60313】具有光的反射有一定的方向以及視覺的產生必須有光進入人眼等兩個概念。然而【L60311】和【L50611】都不具備光有一定的反射方向之概念，認為光線是向四面八方反射，所以即使是在眼睛的位置還是看得到反射光。而【L50613】雖然認為光有一定的反射方向，但卻認為其反射角度固定是 90 度角的這種錯誤想法。另外【L50611】則不僅認為光的反射是向四面八方，而且認為光進入人眼會反而會看不清 47.

(48) 楚，可見其在反射與視覺方面都存有迷思概念。而【L50612】雖然對於光的反射方向想法正確，但卻認為眼睛在沒有光線進入的情況仍能看到物體。由此可見，學生在這種結合兩種以上概念的題目，往往以最直接的念頭去解釋所面對的問題，也就是說，學生也許知道有光才能看到物體，所以一看到這到題目，直覺反應就是看得到，而忽略反射方向以及光是否進入眼睛的問題。. 三、國小高年級學童光概念二段式問卷初稿經由半開放式問卷及晤談之後，研究者根據結果，分析學生之迷思概念，然後設計出國小高年級學童光概念二段式問卷初稿，並與 3 位在職國小有五年以上教學經驗的自然科教師及指導教授討論、修正，問卷初稿如附錄二。而為了能在專家審查之前有較好的內容品質，因此先對五、六年級各一個班共 81 人先行試測，根據其回答情形，以交叉表的方式呈現學生的作答情形，交叉表部分結果如下表 3-3-2，完整結果如附錄五。以第一題為例，第一段作答甲且第二段作答 1 的學生共有 4 人，而第一段作答乙，第二段作答 2 的學生共有 35 人。然後再根據試測過程中發現的問題與結果，做為結果分析及修正問卷內容用。. 表 3-3-2「國小高年級學童二段式問卷初稿」試測各題選項人數交叉表（部分）題號. 第一題. 第二段選項選答人數. （1）. （2）. （3）. （4）. 16. 17. 5. 1. 第一段選項. （甲）. 4. （乙）. 3. 35. 48.

(49) 問卷初稿經試測後，原題目「牆上掛著一面 A4（約 21*30 公分）大小的鏡子，請問你能夠從這面鏡子看到你自己從頭到腳的全身？」，因試測時，不少學生會詢問 A4 大小到底是多大，和人的比例是怎樣？因此將原題目改成用相片陳述，相片中明顯可看出鏡子和人的大小比例；然而若有學生對題目或選項不清楚或難以理解者，也一併稍作修改。例如將第一題的「黑暗無光」改成「完全黑暗無光」等，其他修正完整結果如下表 3-3-4。. 表 3-3-4 國小高年級學生光概念二段式問卷初稿預試後之修正表編號. 原題目. 修正. 1. 你認為在黑暗無光的環境下，眼睛能夠你認為在完全黑暗的環境下，眼睛能夠看到東看到東西嗎？. 2. 4. 西嗎？. 右圖是描述人眼如何看到小鳥的圖右圖是描述人眼如何看到小鳥的圖形（箭頭代形，你認為這張圖正確嗎？. 表光的方向），你認為這張圖正確嗎？. （1）應該改成眼睛指向鳥. （1）應該改成光由眼睛指向鳥. 白天時老師拿了一根蠟燭放在空白的如右圖所示的一根蠟燭，請問如果換成在晚上桌子上並且把它點燃，這時候燭光剛好黑暗的情況下點燃它，可以照到桌角，請問如果換成在晚上黑請問此時燭光會照得比白天更…？暗的情況下點燃同樣的蠟燭，請問此時燭光會照得更…？. 5. 7 10. （丙）繞射. （丙）刪除（將圖片反白）. 49.

(50) 11 15. （將圖片反白）白光是否由色光所混合而成的？. 白光是否由各色光所混合而成的？【註：一束幼白光通過棱鏡後，會折射分散成彩虹的各種顏色。通過色散而得到的一系列色光，稱為光譜。】. 經預試修正後之「國小高年級學童光概念二段式問卷初稿」，針對修正後之初稿問卷內容請光方面的專家審查以獲得專家效度，即依據專家之意見逐題修正或刪除，並請資深國小自然科教師檢視試題中有無錯誤、用字譴詞是否適當，命題知識陳述是否符合國小高年級學生光概念。例如「白光是否由各色光所混合而成的？【註：一束幼白光通過棱鏡後，會折射分散成彩虹的各種顏色。通過色散而得到的一系列色光，稱為光譜。】」，專家認為該題命題敘述太過艱深，且有洩漏答案之虞，故將題目修正為「白光是否由各色光所混合而成的？」，而第二部分的選項亦隨之修正。其他修正完整結果如下表 3-3-5。. 表 3-3-5 國小高年級學生光概念二段式問卷專家（教師）之回饋與修正題號專家意見 15. 修正. 原題目敘述太深且易提示答案，故修正為：白題目修正為：白光是否由各色光所混合而光是否由各色光所混合而成的？. 成的？第二部分選項修正為：（2）白光是由所有的色光所混合成的. 19. 與第三題相類似，探討的概念亦相同. 刪除. 最後再次對學生共 157 人進行問卷重測信度之考驗，即於第一次施測. 50.

(51) 之後，經過兩星期再對同一群樣本作第二次施測，目的在求得兩次施測之結果其相關指數，並檢定是否達到顯著相關，若達到顯著相關，表示該題目具有良好之重測信度，研究者以列聯係數對問卷進行考驗，來了解問卷選項之穩定性，施測結果如表 3-3-6，由表可知，各題在 0.05 的顯著水準下，均達到顯著相關，可見本二段試問卷是一穩定之正式問卷，具有良好之重測信度。在修正，調整問卷後即成為本研究之正式問卷，詳細問卷內容如附錄三。. 表 3-3-6. 國小高年級學生光概念二段式問卷各題之列聯係數. 題號. 列聯係數. 顯著性近似值. 第一題. .681*. .000. 第二題. .708*. .000. 第三題. .744*. .002. 第四題. .828*. .000. 第五題. .887*. .000. 第六題. .775*. .000. 第七題. .859*. .000. 第八題. .833*. .000. 第九題. .835*. .000. 第十題. .771*. .000. 第十一題. .822*. .000. 第十二題. .668*. .000. 第十三題. .704*. .000. 第十四題. .825*. .000. 第十五題. .730*. .000. 第十六題. .883*. .000. 第十七題. .880*. .000. 第十八題. .910*. .000. *P<.05. 四、國小高年級學童光概念二段式問卷 51.

(52) 經預試修正後之「國小高年級學童光概念二段式問卷初稿」，針對修正後之初稿問卷內容請光概念方面的專家審查以獲得專家效度，即根據專家之意見逐題修正或刪除，最後再次對學生試測，分析其信度及內容效度，修正完成後即成為正式之國小高年級學童光概念二段式問卷，正式問卷如附錄三。. 第四節資料的處理與分析. 一、「國小高年級學童光概念半開放式問卷」施測研究者在半開放式問卷施測、回收之後，依學生的回答，逐題紀錄並作相關的概念分析，加以分類及累計次數，作成百分比。而對於學生的回答中有語意不清、前後不一致、或具有特殊的迷思概念等情形時，研究者均於試卷上作記號，以作為晤談對象之選擇。. 二、「國小高年級學童光概念晤談大綱」晤談由於量的分析結果可能無法深入獲得學生概念架構中真實的一面，因此在問卷統計分析後，將其概念歸納分組，分別自各類別或組別中，選取上述較具代表性的受測學童進行晤談。在晤談前，為避免晤談研究者技巧上的生疏或因晤談氣氛不良造成受晤談學童緊張等影響研究內在效度之因素，故研究者事先演練一定時數。同時，晤談全部過程將以錄音。根據錄音帶的內容有系統的轉譯成文字形式，然後將其所呈現的概念予以分類，並計次。最後根據問卷及晤談結果設計成二段式問卷初稿。. 三、「國小高年級學童光概念二段式問卷初稿」試測. 52.

(53) 二段式問卷初稿經設計之後，先對國小五、六年級學生做試測，然後根據其回答情形，以交叉的方式呈現學生的作答情形，以作為結果分析及修正問卷內容用。其呈現之方式如表 3-4-1：. 表 3-4-1. 「國小高年級學童光概念二段式問卷初稿」試測交叉表呈現方. 式. 題號第一題. 第二段選項選答（1）第一段選項. （2）. （3）. （4）. （5）. 人數. （甲）. （乙）. （丙）. 四、「國小高年級學童光概念二段式問卷」試測經預試修正後之「國小高年級學童光概念二段式問卷初稿」，針對修正後之初稿問卷內容請光概念方面的專家審查以獲得專家效度，即根據專家之意見逐題修正或刪除，最後再次對學生試測，試測結果以 SPSS 套裝 53.

(54) 統計軟體進行資料的處理。由於二段式問卷式學生的作答及選擇的理由，因此研究者試著將這些答案「量化」－－轉換成得分，以作為問卷修正的依據，而修正完成後即成為正式之國小高年級學童光概念二段式問卷。. 五、「國小高年級學童光概念二段式問卷」正式施測國小高年級學童光概念二段式問卷經過正式施測之後，施測結果以 SPSS 套裝統計軟體進行資料的處理，並分析不同年級及性別對光概念的影響。即以 t 考驗來考驗男、女學生之間，在國小高年級學童光概念二段式問卷的得分，是否有顯著差異和五、六年級學生之間，在國小高年級光概念二段式問卷的得分，是否有顯著差異。最後統整出學生在國小高年級學生光概念二段試卷上的作答分布情形，然後找出學生最主要的迷思概念類型。. 54.