國三學生對地球內部構造及板塊運動迷思概念之研究

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(1)國立台中教育大學自然科學教育研究所碩士論文. 指導教授：程智慧博士. 國三學生對地球內部構造及板塊運動迷思概念之研究. 研究生：張宏嘉撰. 中華民國九十五年一月.

(2) 國三學生對地球內部構造及板塊運動迷思概念之研究摘要本研究旨在探討國三學生對地球內部構造及板塊運動所持有之迷思概念及成因、分析「性別」與學生迷思概念之關係，以提供地球科學教師改善教學品質上之參考。本研究自嘉義、雲林、南投三個縣市共三所國中，以立意取樣的方式抽樣 899 名國三學生為對象，以研究者自行發展之二段式診斷測驗進行施測。施測之後，將所收集之資料，以 SPSS 10.0 版軟體進行分析，以比較性別間之差異性。主要研究結果包括： 1. 學生在地球內部構造、板塊運動等方面存在許多迷思概念。其中又以板塊交界帶的各種地質現象之成因、板塊之具體範圍的迷思概念最多。 2. 本研究以獨立樣本 T 檢定分析不同性別學生迷思概念之差異性，結果發現：不同性別的學生在二段式診斷測驗的得分差異達顯著水準，顯示不同性別學生地球內部構造與板塊運動的迷思概念有顯著的差異存在。本研究最後提出對於地球內部構造及板塊運動在教師教學上、課程編製上與未來研究者的研究方向之建議。. 關鍵字：迷思概念、地球內部構造、板塊運動、二段式診斷測驗. I.

(3) Research of the Earth Internal Structure And the Plate Movement Misconceptions for the 9th Graders of Junior High School. Abstract. The purpose of this study is to investigate why 9th graders in junior high have a misconception of the earth internal structure and the plate movement and to analyze the relation between gender and misconception. The result of this study would be useful for earth science teachers to upgrade their teaching quality. Samples are 899 9th graders, selected from three junior high schools in Chiayi City, Nantou City and Yunlin County with purposive sampling. The research is conducted by two-tier diagnostic instrument which is developed by researcher and the data collected would be analyzed by SPSS 10.0 to compare the difference between genders.. The following is the major results of the study： 1.Students have many misconceptions about the earth internal structure, the plate movement and so on, especially why the geological phenomenon formed in the the edge of tectonic plates and the concrete range of plates. 2.The Independent-Samples T Test tool is used on this study to analyze the relation of the gender with misconception of the earth’s internal structure and plate movement. There was significant difference between the mean scores of male and female junior high school students, which indicates both male and female junior high school students have different patterns of misconceptions about the earth’s internal structure and plate movement.. Finally, the study offers some suggestions for those who will teach or study the earth internal structure and plate movement.. Key words：Misconception, Earth internal structure, Plate movement, Two-tier diagnostic instrument. II.

(4) 目次第一章緒論............................................................1 第一節研究背景..................................................1 第二節研究動機..................................................2 第三節研究目的與問題............................................3 第四節研究範圍與限制............................................3 第五節研究基本假設..............................................4 第六節重要名詞釋義..............................................4. 第二章文獻探討....................................................6 第一節概念.......................................................6 第二節迷思概念..................................................12 第三節地球內部構造及板塊運動迷思概念之相關研究..................24 第四節九年一貫課程相關內容......................................26. 第三章研究方法與步驟.............................................32 第一節研究內容..................................................32 第二節研究流程..................................................36 第三節研究工具..................................................37 第四節研究樣本..................................................42 第五節資料的收集與分析..........................................47. 第四章研究結果與討論............................................49 第一節開放式問卷結果分析........................................49 第二節晤談結果分析..............................................59 第三節二段式診斷測驗施測第一層選項結果分析......................64 第四節二段式診斷測驗施測第二層選項結果及雙層選項交叉分析........73 第五節性別差異的統計考驗分析....................................83. III.

(5) 第五章結論與建議................................................84 第一節結論.....................................................84 第二節建議.....................................................87. 參考文獻.........................................................90 附錄一開放式問卷................................................95 附錄二二段式問卷初稿............................................98 附錄三正式二段式問卷...........................................104. IV.

(6) 表次表 2-2-1 錯誤概念與迷思概念的比較..................................13 表 2-4-1 九年一貫課程與地球內部構造與板塊運動相關主題內容表........26 表 2-4-2 九年一貫相關次主題之教材內容細目..........................27 表 2-4-3 「自然與生活科技」第四階段教學進程規劃......................27 表 2-4-4 康軒、南一版國民中學教科書相關內容表.......................28 表 3-3-1 開放式問卷雙向細目表......................................38 表 3-3-2 二段式問卷初稿雙向細目表..................................39 表 3-3-3 二段式問卷修正表..........................................40 表 3-3-4 二段式診斷測驗各題之 Pearson 相關係數.......................42 表 3-4-1 開放式問卷施測學生一覽表..................................43 表 3-4-2 晤談學生及代號一覽表......................................44 表 3-4-3 二段式問卷初稿施測學生一覽表..............................44 表 3-4-4 二段式問卷試測學生一覽表..................................45 表 3-4-5 二段式診斷測驗正式施測受測學生一覽表......................46 表 4-1-1 開放式問卷地球外觀施測結果統計表..........................50 表 4-1-2 開放式問卷地球內部構造施測結果統計表......................51 表 4-1-3 開放式問卷地球內部狀態施測結果統計表......................52 表 4-1-4 開放式問卷板塊構造與動力來源施測結果統計表................54 表 4-1-5 開放式問卷板塊交界帶的地形施測結果統計表..................56 表 4-1-6 開放式問卷板塊交界帶的現象施測結果統計表..................58 表 4-3-1 地球外觀第一層選項施測結果統計表..........................64 表 4-3-2 地球內部構造第一層選項施測結果統計表......................65 表 4-3-3 地球內部狀態第一層施測選項結果統計表......................66 表 4-3-4 板塊構造與動力來源第一層選項施測結果統計表................67 表 4-3-5 板塊交界帶的地形第一層選項施測結果統計表..................68. V.

(7) 表 4-3-6 板塊交界帶的現象第一層選項施測結果統計表..................70 表 4-3-7 二段式問卷第一層選項正確選答結果比例結果統計表............71 表 4-4-1 地球外觀第二層選項施測結果統計表..........................72 表 4-4-2 地球內部構造第二層選項施測結果統計表......................74 表 4-4-3 地球內部狀態第二層選項施測結果統計表......................75 表 4-4-4 板塊構造與動力來源第二層選項施測結果統計表................77 表 4-4-5 板塊交界帶的地形第二層選項施測結果統計表..................79 表 4-4-6 板塊交界帶的現象第二層選項施測結果統計表..................81 表 4-4-7 第一層與第二層選項答對比例比較表..........................82 表 4-5-1 不同性別總分平均表........................................83. VI.

(8) 圖次圖 2-1-1 正式知識與自發知識相互關係圖..............................10 圖 3-1-1 地球內部構造及板塊運動概念圖..............................34 圖 3-2-1 研究流程圖................................................36 圖 4-3-1 二段式問卷第一層選項正確選答比例結果統計圖................71 圖 4-4-1 第一層與第二層選項選答正確比例統計圖......................82. VII.

(9) 第一章. 緒論. 第一節研究背景時序進入 21 世紀，這是一個科技爆炸的時代，一個國家的科技能力，是直接影響一個國家的國力非常重要的因素。然而想提升一個國家的科技能力，就非得落實其科學教育不可(湯清二，民 82)，因此現代化的國家對科學教育特別重視。為了提昇科學教育的品質，多年來許多科學教育工作者投入了許多人力與物力，積極的從事研究及教學工作。科學教育的增進與改良備受重視，成了國家的教育政策之中非常重要的一部份。然而，隨著時代的進步，教師在教學中所扮演的角色也逐漸轉變。傳統的教育理論著重於老師的「教」。視學生的學習是一種被動的知識接受過程，老師是知識的提供者，學生只是單純的接受者。現今的科學教育研究一般都較傾向於學生所參與的學習層面，探討學習者的認知心理結構(湯清二，民 82)。例如 Ausubel(1968)提出的同化理論，認為學習要有意義，必須與學習者原有的認知結構相關聯。學生學習最重要的因素是教學者應運用學生原有的概念，再進一步的教學，使新的知識被含攝(subsume)在原有的概念下，經過認知結構中和特定關聯概念的分化以及整合，有意義的被結合與保留，學習才能真正產生。黃台珠 (民 73)也指出，所謂有意義的學習是指舊有的知識和新制是之間有互相扣連的關聯性，此種方法為學生主動且清楚的新知識概念與原先已擁有的相關想法或命題 (proposition)加以關聯時，有意義的學習就發生了。傳統經驗主義認為，在學習前，學生的腦中是一片空白，知識的形成是在這一張白紙上做累積。學生好像一個空瓶子一樣，只是被動的接受老師的灌輸。但建構主義則認為，學生是知識的主動建構者，學生透過問題提出與問題解決使知識成長。學生在接受學校正式教育之前，往往已由日常生活現象產生自己對科學概念的裡解，這些科學概念對學生來說是有用的且可行的，不易因教育而改變。. 1.

(10) 因此，王美芬(民 89)認為科學教師在進行教學前，須了解學生在正式學習前的科學想法，才能幫助學生學習科學概念。學生是知識建構的主角，自然科學教師在教學時，應提供機會給學生建構求真求實，批判思考的能力。Mintzes, Wandersee and Novak (2000)也提到，教師的角色在於促進意義化的學習，在幫助學生將新的概念以及既存於麒原有認知結構中的概念產生新的連結。教師如同催化劑，扮演的是啟動及加速概念改變的主要因素。教師主要是在提供學生安全無威脅的支持環境，讓學生能在其中自由表達及思索他人的看法；並引介及鼓勵學生針對一組新的更具能力的解釋性概念進行反省。這種學習觀點重視學生的原有概念與新的概念學習之間的關聯性，因此許多學者均提出了有別於傳統「灌輸」知識理念的學習觀點，兒童的科學觀逐漸獲得重視，因此，有關學童對科學的概念之研究可以說日益蓬勃發展。. 第二節研究動機研究者目前任教於南投縣某國民中學，目前擔任三年級地球科學的任課老師。在四年任教年資中，深深感到學生對於地球科學的許多疑難之處。現行九年一貫國中地球科學課程主要放在國三階段才進行，國一階段只是很單純的地球各圈之描述。地球科學課程中牽涉到許多物理與化學的變化現象，例如水循環—物質三態，海風陸風—比熱與熱平衡，地震—波在物質中的傳播速度，地球分層—密度，學生在經過一二年級理化科及生物科的學習之後，當對地球科學課程的內容有基本認知上的了解。但是根據筆者在國中任教的經驗，學生即使已對物理與化學概念有了初步的認知，然而在面對統合及應用性的地球科學課程時，仍然覺得十分吃力。甚至有許多學生表示，地球科學真的非常困難。在平時測驗過後，學生於檢討考卷時所提出來的問題更是讓筆者訝異，原來學生的迷思概念竟然如此之多。往往許多很. 2.

(11) 簡單的概念學生卻有許多形形色色的不同想法。陳淑筠(民 91)曾提到，國內學生在「天氣變化」、「組成地球的物質」、「地球運動」、「地球與太空」、「晝夜與四季」、「地表與地殼的變動」、「氣團、氣象」等單元主題中存在迷思概念。而研究者印象最深刻的則是板塊構造運動的部份，有許多在課堂上一再強調的概念，學生卻老是搞不清楚。例如軟流圈的位置，板塊交界帶的地質現象等。因此筆者想發展出一個，可以幫助目前正在教學現場的老師一個方便診斷學生迷思概念的工具，即時反應出學生在地球內部構造與板塊運動概念的學習情況，提供老師教學上的參考。. 第三節研究目的與問題本研究的目的主要是在探討學生對於地球內部構造與板塊運動的迷思概念，根據此一目的，本研究擬探討之問題為：一、國中三年級學生對於地球內部構造與板塊運動有哪些迷思概念？二、不同性別的學生對地球內部構造與板塊運動之迷思概念是否有所差異？. 第四節研究範圍與限制 1.本研究限於研究者之時間，能力，與想對研究對象做更深入的了解，因此研究對象僅限於研究者本身所任教的學校，並限於研究者與跟任課班級教師協商之後同意填答問卷與接受晤談之學生，因此並非隨機抽樣，所得結果僅供參考，不適合做不同情境下不同樣本的過度推論。 2.本研究之問卷係經由學生晤談資料、有經驗之專家與資深教師共同協助審定而得，其中若干用語可能會引發填答者的有別於問卷原始設計的不同解讀方式，這種情況恐難避免。. 3.

(12) 3.地球科學的概念內容非常廣闊，各個概念之間往往又有所聯繫。本研究主要針對九年一貫課程七年級至九年級階段之相關地球內部構造概念之學習為主要研究內容，其他相關之地球科學概念，學生概念的改變過程以及教學策略的運用，受限於研究時間，並不列入本研究的範圍。. 第五節研究基本假設本研究收集資料過程中包含問卷施測、半結構式晤談，均由學生自行反應回答，因此本研究有以下幾項基本假設一、學生能充分了解研究者在問卷及晤談中所提出的問題二、學生能以誠實的態度，根據其內在的實際認知充分且認真回答。三、學生對地球內部構造的概念、想法能經由二段式診斷測驗測得，並能藉由施測結果分析出研究問題所欲探討的內容。. 第六節. 重要名詞釋義. 1.迷思概念迷思概念有很多定義，本研究定義為：學生藉由學校的學習、日常生活的經驗或其他途徑，所產生的對於自然現象或某種科學概念的認知與科學界所共同認定的概念意義有所出入、或不完整、或錯誤者，但站在教育學家的觀點來看，確具可再教育的概念。 2.地球內部構造地球環境分為四圈—岩石圈、水圈、氣圈、生物圈，而本研究所定義的地球內部構造即包含岩石圈以及岩石圈之下一直到地核為止的各種組成方式及狀態，這個部份通常屬於人類無法直接以感官觀察到的部份。. 4.

(13) 3.二段式診斷測驗不同於一般紙筆測驗，二段式診斷工具的作答方式分為兩個部份。學生在對第一部分的單一選擇題作答完畢之後，還要就第二部份的單一選擇題選出第一部份的作答理由。第二部份的選項中，最後列出一個「其他」的選項，是開放式的填答空間，以備學生有其他想法時能寫出其想法。由於分為兩個部份，因此它又被稱為「二段式問卷」、「二段式選擇題問卷」、「二段式診斷測驗」等。 4.九年一貫課程九年一貫課程是由教育部在民國九十年一月正式公佈其課程綱要，而自九十學年度起在國民小學實施，自九十一學年度起在國民中學實施。在自然與生活科技領域中，其課程精神注重學生對科學與科學研究知能，培養尊重生命、愛護環境的情操，善用科技與運用資訊的能力，並能實踐於日常生活中。. 5.

(14) 第二章文獻探討第一節概念 1.概念的意義早期的心理學家認為，所謂概念，就是由一群事物的某種屬性，找出其共同性或相似性，以符號來代表之。此定義只強調概念符號所代表的意義，並沒有詳細區分出概念的型態及其複雜層面。Klausmeir （引自林振霖，民82）則認為概念是一個有組織的資訊，它可以是一個特定的事或物，可藉由分化或整合而得；或者是一個相關的有組織的知識體。而行為學派的學者則認為概念是指一群能對特殊反應產生相關剌激。認知學派學者則視概念為一個心智活動，乃經由不斷的學習和經驗而獲得。經由不斷的學習與經驗，學生對於某一特定的概念的認知，逐漸由模糊進步到清楚，由具體簡單發展到抽象複雜，由純粹的對概念的理解逐漸發展到與其他相關的概念建立緊密的關係，進而應用此概念來解決問題。對於一概念的認知，也由於經驗的加深、加廣，漸漸形成一個可活用的認知結構。「概念」一詞英文有兩種表達方式，一為 concept、一為 conception。兩者雖常混用，但意義上略有差別。Concept 一字指我們對一串特殊事例思考過後形成的概念，他可能是非常抽象的，也可能是模糊地感覺到的；conception 則強調想像的過程或概念形成的過程而非結果(鐘聖校，民 83)。黃台珠(民73)認為人類思考和了解的工具，亦是學習的基本單位。鍾聖校(民79) 認為當個體企圖描述、定義、澄清某事物之特質、特性、意義或見解時，就是在一個關係網絡中分辨出一個對象以概念表達，因此概念的本質就是關係。歐陽鍾仁(民76)認為認知過程的形成階層，以思想的本質、觀點及物體間的關係為特徵，使個體能做比較、概括、由現象理解的活動，並以語言為主要表達的工具。賈馥茗(民81)認為整個一類或同類事物(件)可靠、有根據、確定的意義，亦是理. 6.

(15) 智的工具。黃鴻博(民87)認為從一些事實之間抽出其功同的因素，並為之命名，那就是概念。 Pella(1966)定義概念為代表一組想法或事實的重要性之要點，是眾多經驗所形成的抽象想法的一種符號，是由多於一件事物、一個現象或一種事實的經驗累積而成的，是一種概括性的結論。Novak(1979)將概念定義成存在於事件或物體的一致性，會以一些符號或象徵來定。因此，綜合以上國內外學者的定義，概念所代表的意義不僅是一種抽象的名詞或符號，用以表現出概括一切可供辨認特性的人、事、物。例如：「電風扇」即包含著用途、形狀等可供辨認的性質；更是一種思考法則，人們在與他人溝通、知識學習、問題解決乃至環境適應等，用以歸納、統整、判斷甚至作為知識內化的要件，進而發展出自己的認知架構，成為日後更進一步的學習基礎。. 2.概念的類型鄭昭明(民82)將概念的本質分為橫向結構與縱向結構，前者代表概念所含共同屬性的多寡，例如：蔬菜中白菜比蕃茄更具蔬菜的典型；後者表示概念所涵蓋的層次，例如：蔬菜包含白菜，白菜又包含天津白菜。王美芬等人(民84)引用Cohen 的看法將概念依本質亦即屬性的明確性區分為自然概念和人為概念，前者為個體自生活經驗及學習而獲得，是無法明確定義的；後者如一般科學家或教科書中的科學及數學概念，是有明確定義的。鍾聖校(民79)將概念分為自然概念和邏輯概念，前者為日常生活中為應付需要而產生的概念；後者為達成特別目的所特意創造出來的概念，以作為分類和推理的基礎。劉宏文(民85)依概念屬性的組成，提出簡單概念與複雜概念，前者由單一屬性構成，後者由兩個以上的屬性聯合組成。黃鴻博(民87)從概念內涵的普遍性與特殊性，分為高階概念與下階概念，涵蓋事實較複雜，或由多個概念整合成更高一級的概念，稱普遍概念或高階概念，. 7.

(16) 有些概念較特殊化，只表徵較狹隘的事實者，稱為特殊概念或下階概念。 Herron(1977)就概念的特性，將其分為八類，包括無呈現方面的問題，及具體看得見的概念，如燒杯、試管等；沒有可察覺的例子，即無法用肉眼看見的概念，如原子、分子等；有不能察覺的鑑別性屬性之概念，如元素、化合物等；概念例子需要原理知識者，如莫耳；包含符號表示的概念，如元素符號、化學式、方程式等；有關過程的概念，如蒸餾、溶解等；指定屬性或性質的概念，如質量、助燃性等；用以描述屬性或性質的概念，如離子、PH、公斤等。綜合上述，針對概念本質與類別的看法依據學者們所持觀點之不同，各有不同的詮釋，但其協助個體於環境中由簡而繁、由具體而抽象的學習歷程，是眾所認同的，因此，想了解學習者認知的過程與結果，就必先從概念著手。. 3.概念的特性黃台珠(民73)指出，概念有三個主要的特性，包括：（一）共同性(regularity)，一個概念在物體、事件或其他概念中有其共同性，所以了解一個概念是指知道其分類的規則，能分辨出何者屬於此概念範圍，而何者非，同時能找出一個概念與其他概念之關係及其差異性（二）符號化，其命名是為了人類之間的溝通以及個人認知結構中概念之使用。一個成人的思想很少能不依賴語言的符號而表達出來，很有趣的是此命名是人為的所以語言中的片段能夠修改而不改變其意義，同樣的概念可以用不同的符號來代表。（三）依使用者而定，因概念是人類所造的存在於人類的心智中，經符號化而用於人類的溝通上，所以，世界並非依概念之分類而塑造，而是概念依據文化的方式來表達真理，以方便人類之溝通使用。Ｄriver (引自蘇育任，民82)，從邏輯思考的角度剖析兒童的想法，具有以. 8.

(17) 下一般特色（一）受感覺主導的思維（perceptually dominated thinking）：兒童遇到問題出現的情境，通常均以所觀察的現象來做推理。（二）以絕對的性質作解釋(interpretations in terms of absolute properties)：兒童對於「相對的運動」及「互補色」的想法，均難以明白，解釋時無法以「反運算」(the operation of reciprocity)予以思考（三）只注意到現象的變化(focus on changes)：觀察物理現象時，只注意到有變化的現象但對穩定現象則認為不需加以解釋。（四）概念未經分化已達精緻的地步（undifferentiated concepts）：對於相近的物理現象，學童往往把好幾種科學概念混用來加以說明。（五）使用單純的「線性因果」做推理(linear casual reasoning)：只能以十分簡化而單純的「線性因果」來解釋所觀察到的物理現象。. 4.概念的改變學生在學習課程之前，往往已經有許多屬於自己的概念。若其中有迷思概念的成分，在教師只單純教給學生正確的概念的情形下，即使學生接受老師的說法，但不一定會放棄舊有的概念，即可能同時保有兩種互相矛盾的概念。考試時運用老師所教的概念來回答問題，但是日常生活中卻仍沿用舊有的觀念來思考。因此學生要能放棄舊有的迷思概念，必須要產生概念的轉變。張春興和林清山(民 79)指出，個體已有的認知結構，就是他已有的概念，經同化或調適而改變過的新認知結構，就是他形成的新概念。由此可知，概念學習的歷程也就是認知結構改變的歷程。概念的學習與改變，要運用到個體舊有概念去同化新的學習材料，如果不能同化，就必須改變舊有概念，才能得到新的學習經驗。也就是說，知識的學習，我們可以看成就是概念改變的歷程。. 9.

(18) 然而，West 和Pines（1985）認為Vygotsky 將個人知識分為自發性知識（spontaneous knowledge）和正式知識（formal knowledge），所謂自發知識是指學生在日常生活中，由於周遭環境的互動自然而然獲得的知識；正式知識則是指在學校中有關課程所傳授的知識；這二種知識間的相互關係的變化說法，運用於教學上非常有效，可產生只有正式知識，只有自發知識，彼此衝突，或彼此調和一致的四種情況，用來建立概念發展（conceptual development）、概念澄清（conceptual resolution）及概念轉換（conceptual exchange）三種概念學習的架構。詳細情形如下圖2-1-1. 圖2-1-1 正式知識與自發知識相互關係圖資料來源：West, L. H. T., & Pines, A. L. (1985). Cognitive structure and conceptual change. Lodon : Academice press. 從圖2-1-1中四種學習情形來看，第一種與第二種學習類型，只有學校教授的正式知識與學生自發知識的情形，兩種知識不能產生互動，概念無法產生統整，不會產生學習改變；第三種學習類型是指學校傳授的知識和學生自發的知識協調一致，學習可以順利產生；但是第四種學習衝突情形，容易造成學生概念改. 10.

(19) 變，當自發知識與正式知識衝突不大時，學生的學習只須對原有的自發知識做小幅度的修正，這種過程稱為概念的澄清（conceptual resolution），但若學生的學習是從一個信仰系統到另一個系統的重大改變時，這個過程就稱為概念的轉換（conceptualexchange），而轉換的過程可能順利產生概念的轉換，也可能僅選取部分與原有想法相似的觀點，甚至於不產生學習（no learning）。 Hashweh（1986）認為，學生有很多的原有概念是以程序性知識的型式存在，而這些知識概念是自動的，且是無意識的，所以往往很難改變。而有些原有概念是來自於現象世界的經驗中，而這些知識概念一直很適合來解釋其現實世界某一特定領域的現象，故這種知識概念亦很難改變。邱美虹(民89)也指出，科學概念學習困難的原因包括：受到個人經驗的影響、概念本身是抽象的、概念本身是複雜的、概念本身是微觀的。因此，邱美虹（民89）綜合了Ponser,Strike,Hewson & Gertzog(1982)等學者的研究提出了造成概念改變的四個條件：（一）學習者必須對現有概念感到不滿意(dissatisfaction)，亦即人們除非感受到自己的概念不具有功能性，否則是不會改變他們所用以思考的概念。換言之，當同化仍然合理時，人們是不會進行調適的（二）新的概念必須是可以理解(intelligible)的：根據Strike和Posner(1985) 的觀點，新的概念通常不是反直覺(counter intuition)，就是不可理解 (incomprehensive)，所以很難形成概念改變，因此新的概念必須是可以理解的，個體才能進行概念改變。（三）新的概念必須是合理的(plausible)：雖然新的概念未必一定要為真，但它至少必須要有成真的可能性。（四）新的概念必須是豐富的(fruitful)：它不僅有可能解決現有的問題，而且也應該提供未來探索的途徑及作為產生思考的工具。. 11.

(20) 第二節迷思概念 1.迷思概念的意義迷思概念(misconception)一詞最早出現在 1970 年美國科學教育期刊 Science Education 中，該文章之篇名為「An Evaluation of Certain Popular Science Misconception」(陳啟明，民 80)。該文章是為研究迷思概念之濫觴，自此而後，研究風氣日盛。國內外文獻、期刊、研究對迷思概念都有許多不同的說法，由於研究者所援引的理論基礎不同，因此對於迷思概念的涵義有許多不同的詞義與解釋。例如：前期概念(preconceptions)、私人概念(private concepts)、另有架構 (alternative frameworks)、學生架構(student frameworks)、迷思概念 (misconception)、不適當的命題層階(inappropriate prepositional hierarchies)、天真理論(native theories)、另有概念(alternative conceptions)、隱伏的錯誤來源(underlying sources of error)等，其中以「迷思概念」一詞最為通用(王美芬、熊召弟，民 85)。但misconception 一詞的譯名因各研究者的觀點不同，而有錯誤概念及迷思概念兩種不同的譯名。以下就先就此兩種不同譯名，依各研究者所關心的重點、錯誤的來源、錯誤的出現類型、使用者的不同、研究之重點、鑑別方式及鑑別工具，做一個統整性的比較（鍾聖校，民82）：. 12.

(21) 表2-2-1 錯誤概念與迷思概念的比較比較項目. 錯誤概念. 迷思概念. 關心的重點. 關心學生與教師、新手與關心學生或新手本人的專家世界觀的差距. 錯誤的來源. 學習不力、經驗不足、認學習不力、經驗不足、認知層次未到等. 出現型態. 想法. 知層次未到等. 依據一概念，多句形成一很多概念與句形成一解解釋系統. 釋系統，但有時不得不以單句呈現. 使用者. 多為教師或科學家. 多為研究人員. 研究重點. 導正. 接受. 鑑別方式. 工作分析、逐句剖析. 兼重逐句剖析與統一整體的描述. 鑑別工具. 可採用紙筆測驗、晤談. 較適合晤談、概念圖；可嘗試採用紙筆測驗. 資料來源：＂教學法在修正錯誤概念上的效力及其相關因素之研究＂，鍾聖校，民82，行政院國家科學委員會專題研究計劃成果報告（報告編號 NSC-81-0111-S-152-501-N）。. 為什麼在自然科學中最常探討所謂的迷思概念呢？鍾聖校（民82）認為有以下三個因素：（1）自然科知識的學習觀（2）科學哲學的否認觀（3）概括的認知發展程度有關。由此三點構成了一種持續的發展。因此，迷思概念在整個科學的學習過程中，成了無可避免的現象，只是在認知錯誤的程度上有所差別而已。鄭麗玉(民87)認為迷思概念暗示概念之不足，與科學概念有別，要有概念改變的必要，建議使用迷思概念一詞。鐘聖校(民83)認為misconception的主要意. 13.

(22) 思是指會造成不利或錯誤的概念或概念想法。蘇育任(民82)綜合Driver和 Gilbert & Watts的研究，認為迷思概念是指學生的概念與現行普遍被接受的科學知識無法相容。而裘維鈺(民84）認為所謂迷思概念是指學生的概念，隱含著錯誤的概念，且此概念與現行廣受接納的科學知識相衝突。通常是指學生接受了正式的科學教育課程教導後，因同化不當而產生誤解。而迷思概念對學生來說就如同真的一般，學生大多以為自己的解釋與看法是對的，事實上，他們並不知道自己的想法是有偏差的。由於此一名詞的解釋，各家說法眾說紛紜，因此本研究綜合各家見解，將「迷思概念」一詞定義為：學生在接受學校的教育後，或經由日常生活或者其他途徑，所習得對自然現象或某些科學概念的認知，且此認知與一般科學界所共同認定的正統概念意義有所不同者。基於尊重學生主動建構知識的立場，本研究並不特別強調迷思概念中的「錯誤」成分。. 2.迷思概念的特性學生的迷思概念看似有很多類型，但其實之間有許多共同的性質。例如 Fisher(1985)就曾提到迷思概念通常有以下的特性： 1. 迷思概念與相同領域專家所擁有的概念有差異。 2. 單一的迷思概念或少數的迷思概念有其普遍性。 3. 多數迷思概念很難改變，至少傳統的教學方式很難改變迷思概念。 4. 迷思概念有時包含另有的信念系統，這些系統是學生將命題連結組成的。 5. 某些迷思概念有其歷史的淵源，學生所具有的迷思概念可能是同領域早期所能接受的想法。郭重吉(民 77)則從認知的觀點探討學生迷思概念的特性 1. 學生在學校教學之前，對於一些常出現的自然現象形成原因，即有他們自己一. 14.

(23) 套的想法。 2. 這些想法常常有異於教科書所寫的或是學校所要教的正統科學想法 3. 學生對自然現象的想法，常可經由推測其來源而歸納成有限的幾種種類 4. 學生傾向於保留他們原有的想法，在傳統的教學方法之下，學生原有的想法很不容易改變 5. 學生原有的想法可能成為學習的阻礙。因為學生在學習時，是以其先入為主的觀點來解釋所見所聞，因此他們所得的結論和解釋很可能會和老師或課本所要教的不同 6. 有些學生學習困難並非由於推論能力不好，而是因為該學科內容的背景知識不足鐘聖校(民 83)也歸納迷思概念至少具有八種特性 1. 過程性：迷思概念是在概念發展或學習過程中出現的 2. 不完備性：對問題思考不周全以致概念是片面或零碎的 3. 非正統性：與正統的、科學家或專家說法不同 4. 思考性：無論是直覺、錯誤類比、不正確推理或不成熟運思，皆含有思考的成分 5. 個別性：概念經由個別經驗建構事物經驗產生的，與個體有關 6. 普遍性：有些迷思概念是普遍存在的 7. 不穩定性：在缺乏概念的情形下相當不穩定，容易出錯也容易拋棄 8. 頑固性：有些迷思概念根深蒂固不易改變粽合以上學者的看法，迷思概念. 3.迷思概念的成因科學的迷思概念形成的原因很多，但就一般而言，不外乎由學習者、環境及. 15.

(24) 兩者交互作用下而產生的。 Head（引自潘文福，民86）於1986 年曾提出五種迷思概念產生的原因：1. 日常生活經驗與觀察；2.類比產生的混淆；3.對字義模糊不明產生的混淆；4.來自同輩之間的學習；5.出自個體本能性的意念。而王美芬、熊召弟（民 84）認為，可能讓學生形成迷思概念的原因有下列幾項：（一）教師對於學童的迷思概念缺乏察覺心及興趣（二）日常生活語言和譬喻（三）「只要教，馬上就會到」的假設（四）「字和話語就可以代表了解」的假設（五）教科書呈現錯誤概念（六）過分強調講述法而蘇育任（民 89）則提到，造成學童迷思概念的成因可能有：（一）在科學情境中使用日常生活用語（二）過度簡化科學概念，並使用一般化的敘述（三）使用多重定義及模型（四）死背概念及公式（五）學童從本身經驗世界所產生的「先前概念」（六）將相似的概念重疊在一起（七）將物件賦予人類或動物的特徵（八）學習一概念所需之先備知識不夠（九）學生無法「摹想」物質的粒子性質或微觀性質（十）教學策略與概念太廣. 綜合上述，迷思概念形成的因素十分錯綜複雜，由於兒童本身已經具有許多. 16.

(25) 先前的經驗，學習時免不了會產生迷思概念。此時教師若對於學童的迷思概念已先具備覺察心及興趣，充分了解學生的迷思概念之所在；則能配合所知擬定出適當的教學策略、設定合宜的教學概念，以有效的教學方法將正確的知識融入學生原有的知識架構。許有亮（1998）的研究中即曾經提到：在教學上教師扮演著非常重要的角色，要多利用認知衝突來提供學生經驗矛盾的現象、而且教師不能防止學生想法的形成，教師只能去瞭解這些想法來改進教學。因此，迷思概念或另有架構在教學上也有其正面積極的意義，教師應竭盡所能去瞭解學生的想法，運用一些有效的教學策略，就能讓學生有效學習到正確的科學概念，並能運用於日常生活之中。. 4.迷思概念的研究方法根據不同研究派典、研究主題、研究對象、研究目的以及情境的不同，探討學生所具有的迷思概念所採行之方法，也會有所不同。例如: 屬於 Piaget 認知發展派典的學者，常應用臨床晤談的方法，以深入探討學生的抽象推理能力的層次，和概念形成的發展關係。屬於 Ausubel 認知結構派典的學者，則主張採用概念圖和 Vee 圖的方法，去發現學生的想法。屬於 Gagne 派典的學者，則常使用單字聯想、事例晤談、放聲思考的原案分析等研究方法（邱照麟，民 89）。以下就常用的方式提出探討一、. 晤談. 最早將晤談方式用於了解學童的認知發展的是皮亞傑，所我們便將在教育上用來了解學生認知結構的面談稱為「皮亞傑式的臨床晤談」。其方法是晤談者利用實物或照片，要求學生對有關的現象加以描述、解釋、或預測。針對這些晤談，務談者必須事先擬好一些主要的問題。對於這些問題，務談者的問話是根據被晤談者的反應來決定，就是對原來的反應加以澄清、繼續深入或加以追問，或是跳. 17.

(26) 到下一個題目。晤談的目的在了解學生作該項回答時其背後的想法，因此不論學生答案的對錯，晤談者以一連串的問話和學生一問一答，直到了解學生可能的想法為止(郭重吉、吳武雄，民 79) Driver & Erickson(1983)曾將探查學生認知結構的方法依探查的方式，分為語文表達、實際操作以及兩者混合的方法。而其中又以兩者混合被認為是最有效的方法，因為它可以結合語文表達與實際操作的優點。另外，他們也根據施測者所採用的問題性質將晤談分為偏向概念與偏向實際情境的兩類。偏向概念方面的方式包含了單字聯想、自由聯想、概念構圖、命題構圖等；而實際情境的方式則包含有關嗄學生對現象的預測與解釋、自然情境下的研究。以下分別就幾種晤談的種類與方法加以探討。 (一)事例晤談(clinical interview)：簡稱 IAI 晤談。晤談時給學童一些卡片，卡片上通常是針對某些科學概念的圖片或文字。這些卡片有些含有科學概念的事例，有些則沒有。研究者詢問學生卡片上的概念，由學生的回答中，引出學生作這些判斷的理由。郭重吉(民 79)引用 Osborne & Gillbert(1980a)舉出事例晤談的潛力有適用於廣泛的年齡層、優於紙筆回答、優於僅僅要求學生下定義。不過他們同時也指出，此方法的成功與否係受限於事例的選擇、排序與晤談的實施。 (二)事件晤談（interview about events）：簡稱 IAE 晤談。研究者以某一科學概念為中心，呈現一連串的演示活動給學生看。接著再根據學生所回答的內容進行分析，以探尋學生最初所回答的理由。 (三)示範—觀察—解釋(Demonstrate、Observe、Explaine)晤談，簡稱 DOE 晤談。實行方法為先請學生針對已準備好的示範實驗現象加以預測並說明理由，然後由研究者進行實驗，請學生觀察與先前預測的差異，再和研究者討論。這種晤談方法主要著重在探查學生在某一特殊情境中的概念組織，以及學生運用這些概念來預測、描述和解釋相關的現象。. 18.

(27) 依晤談的彈性程度又可分為： (一)非結構性晤談(unstructured) 允許訪問者對受訪者訪談時的彈性，沒有限制回答者的答案。受訪者常在不知不覺間說出自己的想法，不至有所顧慮，而隱瞞自己的觀點。缺點是缺乏一致性程序，與考驗或證實假設時，不易蒐集到資料。 (二)結構性晤談(structured) 結構性晤談中，研究者必須要事先決定好問題組，包括開放式封閉式問題，在訪談時運用相同詞彙以及提問順序。結構性晤談的優點是確保收集到資料的客觀性，需要的晤談技巧也較少。缺點是齊一化程序，限制進一步探索性。 (三)半結構性訪談(semistructured) 鑑於結構性問題無法進一步深入了解問題癥結，而採用半結構性晤談方式。即研究者事先向受訪者發問一系列結構性問題，然後為深入探究起見，採用開放性問題，務期獲致更完整的資料。半結構性晤談的優點是具備合理的客觀性，並允許受訪者充分反映己見，可獲致較有價值的資料，因此廣為教育研究引用。但為了避免訪問者的偏見，訪問者必須接受訓練以習得晤談所需的高度技巧。. 這種研究方式的優點在於可做為一種定性分析的手段，而非僅僅傳統實驗方法的定量分析而已，同時藉由引入參照性的暗示也可以確定受者考在思考上的穩定性和真實性（黃文俊，民83）。但這種方式也有它的缺點存在，它過於耗時、耗力，且在晤談者的選擇及訓練上相當不易，有鑑於此，在實施這種方式時多半和紙筆測驗配合使用，利用紙筆測驗結果，從中挑選晤談對象，以了解其心中真實想法，而達到質量並重的分析. 19.

(28) 二、. 紙筆測驗. 常見的紙筆測驗可分為客觀的測驗與主觀的測驗兩大類，封閉式測驗較有固定且客觀的評分標準，而開放式測驗的評分則較主觀，不同評分者，結果可能不一樣(郭生玉，民 74)。封閉式測驗常採用選擇題，其缺點為學生不知道為什麼要選取這個答案，有可能學生真的了解，也可能是猜對的(吳裕益、陳英豪，民 80)，茲分述之（一）開放式紙筆測驗：紙筆測驗的題目採開放式的作答方式，讓受測者儘量想，寫下或畫出其想法。這種方式的缺點在於作答向太廣泛，有時受試者的答案並沒有回答到研究者想知道的，或者是受試者沒有作答方向，以致不知該如何作答。（二）封閉式紙筆測驗：紙筆測驗的題目為選擇式的題型，如湯清二（民79）、王晉基、郭重吉（民81）等的研究皆用此法來探究學習者的迷思概念。這種方式的缺點為受試者只能選擇較接近自己想法的選項，如有不同於問卷選項的想法，即無法表達自己意見，在思考上會受到限制，且有可能淪於「隨便勾選」的危險。三、. 概念圖. 導正學生迷思概念的最佳方法就是在一開始的時候就去避免它。根據Novak 在1970年代末期所提出的理論，概念圖是以建構論為基礎，假定人類是由他們的生活經驗中去建構有意義的事件或物體。其實施方式為：施測者事先選出一組概念，把他們分別寫在標籤上，發給受試者之後，要求受試者把他認為彼此相關的概念的標籤比較靠近的貼在一張紙上，然後要受試者把他認為直接相關的概念用線段連接起來。因此概念圖是藉著一些簡短的說明來顯示對某事件或物體的理解，他適合去顯示概念之間的彼此關係，而且從這些關係中獲得學生的想法。因此，使用概念圖的優點在於，教師可藉此了解存在於學生心中的認知架構情形，且知道迷生之迷思概念為何。Novak & Wandersee(引自Novak,1996)也明白. 20.

(29) 指出，概念圖還有其他許多廣泛的應用，如促進有意義的學習、學習的評量、促進合作學習、以及教學的設計。在確認學生的迷思概念後，教師就可採取適當的措施，使教學效果發揮最大功效，甚至可以適用於學生另有概念或迷思概念的鑑定。但概念圖的缺點在於，必須花費較長的時間，在經濟效益上較為不利。四、. 二段式問卷測驗. 針對訪談與紙筆測驗所暴露出的缺失，Treagust（1988）發展出兩段式測驗 (two-tier multiple choice)，試圖更有效的找出學生所具有的迷思概念 Treagust 在探討學生的迷思概念時，提出三個面向、十個步驟的設計，包括有:. 第一面向：界定內容(Defining the content) 1. 確定命題的知識敘述，把相關的知識敘述集合在一起 2. 為了使研究者能仔細思考研究內容，必須發展一份與研究主題相關的概念圖 3. 進行信度檢查：將命題知識與概念圖詳細比對，確定兩者的敘述內容有內部一致性 4. 確認內容效度：確認命題陳述與概念圖中的內容有符合科學的精確性. 第二面向：獲得學生的迷思概念相關資料(Obtaining information about students＇ misconception) 5. 詳閱相關的文獻，無論這些文獻是否與主題有直接相關，這可以幫助我們了解相關的迷思概念 6. 採行非結構式晤談，以了解學生的概念認知。晤談時用錄音的方式，採事例或事件晤談法，以明確確認學生的迷思概念。 7. 根據所閱讀的文獻及學生在非結構式晤談中所回答的內容，設計出一些多重選項。每個選項後面可以留下一些空白處，讓學生填寫選擇該選項的原因。等學. 21.

(30) 生完成對於這些選項的回答時，可以持學生的回答結果再做一次測試，以了解學生更進一步的迷思概念。. 第三面向：發展診斷測驗(Developing a diagnostic test) 8. 發展二段式診斷測驗(two tier diagnostic tests)：每一個題目都分為兩個階段。第一個階段是一個問題，下有二至三個選項供學生作答；第二個階段則是對應第一個階段中選項的可能填答原因，可能原因包括正確答案、迷思概念、錯誤答案等。 9. 設計一個雙向細目表(specification grid)：這個細目表的用意是在確認，診斷測驗、命題知識陳述與概念圖中所提到的概念是否有其一致性。 10. 持續精緻化(continuing refinements)，利用對不同班級的施測，使測驗再精緻化。. 使用傳統的測驗題，做大量的施測，尚無法詮釋出學生的了解情形。而概念圖、晤談等質的研究工具，雖然可以得到深入的答案，卻不適合大量樣本的研究。解決之道唯有改變量測為小規模實測，針對研究的範圍特別命題，由小心周全的設計活動中去發掘概念的類型，分析其概念的架構才能奏效。Tamir(1989)也曾提到：二段式診斷測驗的優點有： 1.重視傳統的複合式選擇。 2.提供客觀存在的選項的好處，例如，快、容易，甚至要求機械分數，並節省回答的時間，它也不是依賴學生的寫作技巧。 3.它可能包含特別的迷思概念和提供既定學生人數詳細的迷思概念分布的比例。. 當利用二段式診斷測驗工具進行施測，對於所得資料的分析方面，Peterson. 22.

(31) and Treagust(1986，1989)的處理方式是，學生對某道題目選擇內容知識的部份（即第一段的內容選答）和理由部分（即第二段的迷思概念選答）都正確，才表示出學生確實對該題持有正確的概念，否則就可能有迷思概念的存在。至於迷思概念的認定，因二段式診斷測驗具有第一段與第二段的幾個不同選項，因此當學生作答時，就有許多不同的選答組合。正確的組合所佔人數百分比的大小即代表學生了解該題中正確概念的程度；其他的組合方式，若佔全部人數比例的百分之二十以上，就表示該選項是一種具代表性的迷思概念。綜合分析之後，即可了解學生的迷思概念類型。因此二段式問卷綜合了一般紙筆測驗與臨床晤談的優點，既可對樣本進行大量施測，又能探求個別樣本在個別概念主題中的深層概念，對於迷思概念之研究者而言，是方便有效的工具。. 5.迷思概念的研究對科學學習的重要性在課室學習的環境中，學生的學習與教師的教學內容息息相關。教師若能先了解學生對即將教授的主題的認知程度，或有哪些明顯的迷思概念，那麼在正式教學時，就能更有效率的幫助學生發展或改變概念。鐘聖校（民 83）就以遠程、中程、近程目的說明迷思概念研究所具有的意義： 1. 迷思概念研究的終極目的在追求教學績效 2. 迷思概念研究的中程目的在修正迷思概念。 3. 迷思概念研究的近程目的在了解迷思概念內容及成因為何。 4. 迷思概念研究的附帶收穫：澄清相關「迷思概念」的迷思。而 Wandersee（引自鄭麗玉，民 87）對迷思概念的研究聲明中也提到，傳統教學並非不易改變迷思概念，若設計良好，迷思概念還是有可能改變的;且一些促進概念改變的教學取向可能是很有效的教室工具。. 23.

(32) 綜合上述，迷思概念的研究可以蒐集整理迷思概念的類型、產生原因、診斷方式甚至是可以做為補救的教學方法或策略，提供給教學現場的教師作為參考。此外，當教師進行教學之後，研究者亦可提供適當的診斷工具，以評估學生學習之後的成效，利於現場教師作最即時的修正與教學反省。. 第三節. 地球內部構造及板塊運動迷思概念之相關研究. 在科學教育的領域中，有關地球科學的迷思概念研究比例較低。其中又以地球與太空、地球上的四季變化、天氣變化等為主。而國內有關地球內部構造與板塊運動相關之迷思概念則更少，大多也都集中在有關地震、火山等的迷思概念探討，且多半以單獨探討為主，與板塊構造運動連結討論的甚少。國內有關板塊構造運動的論文，分別是吳育雅（民 84）為探討合作思考與講述式教學法之教學方式對學生學習地球科學知識的影響，而以大陸漂移為主題所進行的研究，但其重心並非著重在迷思概念之研究，而在於比較兩種教學方式之影響；侯依伶（民 92）則主要在探討國中三年級學生學習地球科學課程板塊構造運動概念的心智狀態，並藉由探討教學前後心智狀態的變化情形來釐清學生學習板塊構造運動概念的困難癥結，試圖深入研究心智狀態對概念學習的影響，其重點亦不在迷思概念之探討；曾舒平（民 93）開始實際探討學生對板塊運動的另有概念，發現學生在板塊構造學說上學生常見之另有概念為「大陸漂移就是板塊構造運動」、「軟流圈等同地函等同岩漿」，而其概念架構之錯誤也與這些另有概念相關，使得學生在板塊構造學說之概念架構上有特定之錯誤類型；而吳家鶴（民 93）主要探討學生對板塊構造運動的迷思概念，及以多重類比與反駁陳述進行的教學活動，對促進板塊構造運動迷思概念改變的成效，研究對象為國三學生，結果發現學生的迷思概念包括 1.大陸地殼面積會變小 2.地震搖晃造成岩層斷裂. 24.

(33) 形成斷層 3.板塊是地殼和軟流圈組成的地球外殼 4.海洋地殼面積在變大 5.板塊會受侵蝕沉積等作用改變大小 6.海岸線是板塊的交界 7.板塊擠壓使軟流圈岩漿被擠出形成火山等等。國外文獻部份，針對學生對於地球內部構造與板塊運動之迷思概念提出研究者包括有：Julie, Steven, Julie, Meredith and William（2005）利用開放式問卷及晤談試圖了解大學生對地球的概念，結果發現，有很多學生認為，板塊應該在地下深處，在我們所接觸不到的地方，甚至深達地核附近；也有學生認為，板塊應該是平的而非彎曲的。Gobert（2000）利用問卷及晤談的方式，對五年級的學生進行施測，發現學生對地球內部構造也包含許多迷思概念，例如：認為地球內部是均質的、而沒有分層的現象；地球內部充滿了岩漿等。Dove（1998）在一份後設研究中則提到，學生認為岩漿是從地球中心所湧出的。Marques & Thompson (1997)研究葡萄牙16-17 歲的高中生有關板塊運動單元的迷思概念，結論中曾經提到學生具有的迷思概念包括：大陸漂移是地球自轉造成、板塊邊界是由外在可見特徵定出、板塊是疊成一堆的、板塊以邊緣一點或中央一點為中心打轉、中洋脊和陸地山脈成因相同。Philips(1991) 曾提到有關板塊構造運動的迷思概念：山脈是很快速的形成、大陸沒有移動。. 綜合上述，學生對板塊及板塊運動的迷思概念的類別包括 1.板塊構造方面：板塊的範圍界定錯誤；構成板塊的成分認知錯誤 2.板塊運動的模式方面：板塊的運動受到地球外部力量的影響；大陸地殼與海洋地殼的產生與消失觀念認知錯誤 3.板塊交界帶的地質現象部份：對中洋脊的成因不能清楚了解，將之用陸地上可以見到的地質現象做解釋。而針對地球內部構造常見的迷思概念則是 1. 地球內部是均勻的 2.地球內部充滿了岩漿 3.地表的岩漿是由地球中心噴出的。. 25.

(34) 第四節. 九年一貫課程相關內容. 九年一貫自然與生活科技領域的基本理念在於，人類觀察自然，並且研究各種現象變化的道理，於是產生科學；因此，科學的研究與我們的自然環境息息相關。本研究主要針對國三學生進行，因此有必要先了解國中階段的課程規劃以及學生的學習內容以下針對九年一貫課程以及現行國中各版本教科書中有關地球內部構造的部份加以討論。由表 2-4-1 與表 2-4-2 中可知，九年一貫課程中，除了最初步的「察覺」之外，與本研究相關的板塊構造概念，都是到了第四年段（七、八、九年級）才進行教授。而根據教育部的教學進程規劃，次主題 110 與 210 均安排在七年級（國中一年級）便教授完成。如表 2-4-3. 表 2-4-1 九年一貫課程與地球內部構造與板塊運動相關主題內容表年級分配課題. 主題. 次主題. 七、一、二三、四五、六八、九. 自然界的組成. 110. 組成地球的物質地球的環境. 與特性自然界的作用. ◎. ±. ±. ±. ±. ±. ±. ◎. (岩石、水、大氣) 改變與平衡 210 地表與地殼的變動. 表 2-4-2 九年一貫相關次主題之教材內容細目 110. 組成地球的物質(岩石、水、大氣) 水、空氣、土地. 26.

(35) 1a.察覺環境中有水、空氣、土地的存在。 1b.察覺地表各處有石頭、砂與土壤等，他們各具特徵，可以分辨。岩石圈、氣圈、水圈 4b.利用模型來認識地球的內部結構。 210 地表與地殼的變動地貌的改變 4b.認識地球上許多快速變化的作用，例如火山爆發和地震。 4c.認識褶皺、斷層等常見的地質構造，試著解釋台灣地區各種地形的成因。板塊構造運動 4d.知道火山爆發、地震、和山脈的形成，主要是由於板塊構造運動引起。 4e.認識大陸漂移與板塊構造運動，並介紹其學說和演變史。. 表 2-4-3 「自然與生活科技」第四階段教學進程規劃（節錄）（引自教育部，民 92）段落. 生物相關次主題. 地科相關次主題. 七上. 000 實驗技能 230 植物的構造與功能 231 動物的構造與功能 213 動物體內的恆定性與調節 221 生物對環境刺激的反應與動物行為 130 物質的構造與功能. 111 地球與太空 110 組成地球的物質 212 晝夜與四季. 七下. 310 生殖、遺傳與演化 120 生命的共同性 121 生命的多樣性. 210 地表與地殼的變動 320 地層與化石. 27. 理化相關次主題.

(36) 221 生物對環境刺激的反應與動物行為 510 生物與環境 511 人與自然的關係. 目前國民中學教科書之選用採行「一綱多本」的模式，因此各出版社的教科書雖然送審通過，但在課程安排上與九年一貫課程中教學進程的規劃並未全然一致。不同出版社的教科書，對於章節的次序安排亦未必盡同。以南一與康軒兩出版社之教科書為例，教材資訊如下表：. 表 2-4-4 康軒、南一版國民中學教科書相關內容表次主題. 版本、章節篇目及相關教學目標康軒版. 自然與生活科技第五冊. 110. 組成地球的物質. 第六章 6-1 地球的構造 1.知道用地震波探測地球內部的方法。** 2.知道地殼、地函、地核的組成。** 3.瞭解大陸地殼和海洋地殼的不同。 4.知道軟流圈的深度範圍和組成。** 南一版. 自然與生活科技. 210. 第五冊. 第四章 4-3 岩石圈與板塊運動 1.使學生了解地球內部結構，地殼、地函、地核、岩石圈、軟流圈、生物圈的大小厚薄。** 康軒版地表與地殼的變動. 自然與生活科技第五冊第六章 6-2 板塊構造學說及由來 1.認識大陸漂移學說的發展。. 28.

(37) 2.知道何謂大陸漂移學說。 3.認識海底擴張學說的發展緣由。 4.知道何謂海底擴張學說。 5.瞭解板塊構造學說是由大陸漂移和海底擴張發展而來。 6.知道軟流圈的可流動性。** 7.知道板塊的定義。** 8.知道全球板塊的分佈。 9.瞭解板塊為什麼會移動。** 10.瞭解板塊構造學說的重要性。 6-3 板塊交界的類型 1.瞭解板塊因為相對運動的不同，交界可分為三大類。 2.知道張裂性板塊交界可以是中洋脊或裂谷，並瞭解這和海底擴張有關。** 3.知道聚合性板塊交界可以有山脈或海溝，並瞭解造成的火山活動。** 4.知道錯動性板塊交界。 5.使學生熟悉地球板塊的分佈。 6.瞭解板塊交界的位置和地質現象。** 7.估計板塊漂移的速率 6-4 岩層的受力作用 1.瞭解褶皺、斷層的形成原因。 2.能分辨正斷層、逆斷層和平移斷層的不同。 3.知道地震的發生和斷層有關。** 6-5 台灣地區的板塊和地貌 1.認識臺灣的地質歷史。 2.瞭解臺灣所在板塊的運動情況。 3.瞭解臺灣中央山脈、大屯火山群、墾丁珊瑚礁等形成的歷史。 4.瞭解臺灣地區地形及地質上的特徵，並知道這些特徵可能會引發地質災害。 5.能舉例近年臺灣的重大災難，並擁有預防或減災的概念。 6.能指出至少四種臺灣地區不同的地形特徵，並解釋它們的形成原因。 7.能在臺灣地質圖上指出臺灣地區三大岩類的大致分佈區域。 8.知道地形剖面圖的意義及其繪製方式。. 南一版. 29.

(38) 自然與生活科技第五冊第四章 4-3 岩石圈與板塊運動 1.使學生了解地球內部結構，地殼、地函、地核、岩石圈、軟流圈、生物圈的大小厚薄。** 2.介紹韋格納與大陸漂移說。 3.由大陸漂移到海底擴張，再到板塊構造學說。** 4.介紹張裂性板塊和聚合性板塊，及其周邊地質現象。** 4-4 地貌平衡 1.找出改變地表的原動力，並分別說明風化侵蝕與造山運動對地表地形的影響力。 2.介紹斷層與褶皺。** 3.介紹各種常見的地質景觀及其成因。 4.介紹各種地形應視為自然資源的一部分，灌輸學生正確的環境保護觀念。第六章 6-1 地震 1.知道地震發生的原因和板塊構造學說有很大關連。** 2.能分辨地震強度和地震規模的不同。 **表與本研究之命題陳述相關者. 由表 2-4-4 中可知，九年一貫課程原本的規劃中，關於地球內部構造的內容均集中於七年級（國中一年級）便已教授完畢。但在南一與康軒教科書中，卻將之全數移至九年級（國中三年級）教授。從內容的深度來看，學生在這個部份所學到的許多知識，必須有一定的理化基礎。例如康軒版中的「知道用地震波探測地球內部的方法。」此一教學目標，學生必須了解波的傳播在不同的介質中，會有不同的波速，才能了解地震波測量地球內部構造的原理。但是有關波速在不同介質中變化的部份，卻必須留待八年級（國中二年級）才會教授。因此出版社將板塊構造運動的部分置於九年級，自有其考量理由。然而這也表示，無論採用哪一種版本，九年級學生在上學期均已有機會習得完整的板塊構造運動與地球內部構造相關知識背景與教材內容。在本研究中的二. 30.

(39) 段式問卷作答中，不至於有完全沒看過題目內容的情形發生。. 31.

(40) 第三章研究方法與步驟. 本章共分為四個部分，第一節主要闡述研究方法，包含所採用的方法以及概念圖與命題知識陳述，第二節則敘述研究所依循的流程，第三節則說明所使用的工具，第四節列出樣本的來源及選取方式，第五節則描述資料的處理與分析的方式. 第一節. 研究方法. 本研究採二段式問卷的研究精神與步驟，根據研究目的—探討國中學生有關地球內部構造及板塊運動之迷思概念、分析國中學生有關地球內部構造及板塊運動之迷思概念類型、發展二段式診斷工具，採用下列研究方法：一、問卷調查法本研究先以開放式問卷對學生進行初步施測，目的是為了收集學生有關地球內部構造及板塊運動之迷思概念，並分析學生作答結果，據以發展二段式問卷。待二段式問卷完成之後，再以二段式問卷進行施測，以探查學生迷思概念之類型。二、晤談法為了能深入了解並確認半開放式問卷中，學生所回答的答案背後所隱藏的真正意涵，研究者將以半結構式晤談對學生進行個別晤談，並將晤談結果作為編製正式二段式問卷之重要參考依據。本研究迷思概念之研究範圍主要依據教育部於民國八十九年所編製之九年一貫自然與生活科技課程中，於國中階段有關地球內部構造之概念;再由研究者閱讀相關文獻、期刊、國內外之相關研究，國中各版本教科書、活動手冊、教學指引等，並根據日常教學中向同領域資深教師及專家學者請益，以及研究者本 32.

(41) 身的教學經驗，試圖探討國三學生在地球內部構造及板塊運動方面存在有哪些迷思概念。研究的迷思概念內容主要分為地球內部分層與板塊運動兩個主要部份。研究者首先根據相關文獻、九年一貫能力指標確定國三學生地球內部構造與板塊運動概念之命題知識陳述、並據以繪製地球內部構造與板塊運動之概念圖。最後再根據概念圖編製國三學生地球內部構造迷思概念之二段式問卷，並以此問卷診斷國中三年級學生有關地球內部構造與板塊運動之迷思概念。. 33.

(42) 大陸地殼地殼. 海洋地殼. 板塊. 分層上部地函. 地函. 軟流圈地核下部地函. 地球內部構造組成物質. 軟流圈. 熔融岩漿. 地核. 固態；鐵、鎳物質為主. 狀態. 溫度. 約深越大. 壓力. 板塊. 漂移之動力來源. 越深越大. 軟流圈熱對流. 張裂帶. 中洋脊. 交界帶現象聚合帶. 海溝. 造山運動. 火山共有現象斷層. 地震. 圖 3-1-1 地球內部構造及板塊運動概念圖. 34.

(43) 命題陳述 A.地球外觀： 1 地球是極為接近圓形的橢圓形球體。從外觀上無法明確看出，但並非正圓形球體. B.地球內部構造與狀態： 2 地球內部分為地殼、地函、地核三層。地核是由鐵鎳所組成固態物質；約地下 100km 處中地函中的部份物質則熔融，成為地球上岩漿的源頭。 3 越接近地球內部，溫度與壓力越高。 4 由於人類目前的鑽探技術無法穿越地殼，因此目前科學家必須藉由地震波在地底下的速度變化，才能知道地球內部的構造。. C.板塊運動與相關地質活動 5 板塊的範圍包括大陸地殼、海洋地殼、上部地函等軟流圈之上的部份 6 在地表上，板塊都有可能包含陸地與海洋的部份，因此兩個板塊的交界帶不會是海岸線 7 板塊浮在軟流圈之上，軟流圈中岩漿之熱對流則會帶動板塊的漂移。 8 海溝是位於聚合性板塊交界帶，也是海洋地殼的隱沒處，因此海洋地殼的年齡會比大陸地殼年輕 9 中洋脊位於板塊張裂帶，是產生新生海洋地殼的地方。 10 台灣島位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的擠壓帶，且交界帶位於台灣陸地上的花東縱谷。 11 由於板塊之間的相對運動，造成地殼較為脆弱甚至產生斷層，發生火山與地震。因此火山與地震通常發生在板塊交界帶。. 35.

(44) 第二節研究流程本研究之研究流程圖如下圖 3-2-1: 文. 確定論文主題. 發展開放式問卷獻開放式問卷施測蒐集迷思概念類型進行晤談. 專家審稿. 蒐. 發展二段式問卷初稿. 二段式問卷初稿施測. 再施測. 集. 二段式問卷初稿修正與發展正式二段式問卷. 二段式問卷施測探分析統計資料討撰寫論文. 圖 3-2-1 研究流程圖. 36.

(45) 根據研究方法，本研究之詳細發展流程如下 1.確立研究主題 2.蒐集相關文獻、書籍 3.由收集的相關文獻、書籍確立本研究之概念圖以及命題陳述 4.依概念圖的順序設計開放式紙筆測驗的問卷題目 5.進行非正式開放式問卷的施測與晤談，據結果以修正題目 6.進行開放式問卷的施測 7.針對開放式問卷的結果進行晤談 8.分析開放式問卷以及晤談的資料，整理出國中學生對於地球內部構造與板塊運動之迷思概念類型 9.設計二段式問卷初稿，並建立雙向細目表 10.二段式問卷初稿的施測與修正 11.進行二段式問卷的專家審題及修正 12.二段式問卷重測 13.分析二段式問卷之重測信度 14.二段式問卷正式施測 15.資料收集、處理、比較、分析 16.撰寫論文. 第三節研究工具本研究所採用之研究工具包括開放式問卷、晤談大綱、二段式問卷初稿、二段式問卷等幾類，茲分述之： 1.國中三年級學生地球內部構造及板塊運動概念開放式問卷本研究所使用的開放式問卷目的在於對學生地球內部構造及板塊運動迷思. 37.

(46) 概念類型作初步的收集與分類，而其內容主要分為數個來源： 1.參考國內外有關地球內部構造、地震方面的相關研究文獻 2.分析目前國民中學九年一貫課程綱要中，有關地球內部構造與板塊運動的內容。並參酌現行國中各家版本的教科書 3.請教目前正投身教學現場的現職國中教師問卷編製完成之後先請專家及國中自然科教師協助審閱內容，以建立專家效度。再請幾位國中三年級學生閱讀問卷，查驗學生是否能夠了解題意，以建立表面效度。此外為了使半開放式問卷及晤談具有內容效度，研究者依所擷取之命題知識陳述，建立雙向細目表，如表 3-3-1 所示。為求具有完整性，每個命題知識陳述都有一個或一個以上的問題與之對應。其中，命題陳述 3、6、8、11、由於所涉及的概念較為廣泛，因此超過 3 個題目與之對應。. 表 3-3-1 開放式問卷雙向細目表命題陳述. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 題號. 1. 2、17. 4、5、6、. 3. 8. 8、13、. 9. 7. 8. 9. 10、11、 11、12. 15. 12. 10. 11. 14、15 16、17、 18、19. 問卷的形式主要為開放性問題，部分題目要求學生以圖畫的形式來回答問題，以補足用文字描述的不足，另外大部分的題目要求學生說出為什麼會這麼回答的理由，以利於了解學生的想法與概念。. 2.國中三年級學生地球內部構造及板塊運動概念晤談大綱晤談的實施於開放式問卷施測之後進行，先對學生在每一題中不同的答題類型加以分類之後列出各種不同的想法，以之作為晤談內容的主要架構，因此晤談. 38.

(47) 時主要是以開放式問卷的題目作為晤談時的題幹。晤談的目的是為了更深入了解學生對地球內部構造與板塊運動的迷思概念，補足開放式問卷中填答內容之不足。晤談時，並非針對開放式問卷的全部題目發問，而是對其在開放式問卷中的回答，有語意不清、具有特殊的迷思概念或未能完整敘述的部分才加以晤談。晤談的環境儘量以受訪者熟悉的環境為主，在輕鬆愉快的氣氛中進行。研究者事先會先說明晤談的目的與用途，強調回答的內容與學生的成績無關，避免學生產生好像是在接受口試一般的感覺，以期學生能充分說出心中的想法。晤談進行時會盡量引導學生說出真正的想法，避免學生只單純的以「是」或「否」等簡短方式回答。在晤談過程中，研究者以錄音的方式紀錄晤談內容，之後再轉為逐字稿，並根據學生晤談的結果加以歸類，以利據之發展二段式問卷初稿。 3.二段式問卷初稿根據開放式問卷及晤談所蒐集之相關迷思概念類型，研究者設計出二段式問卷的初稿。為使二段式診斷測驗具有內容效度，研究者依所擷取之概念主題，建立雙向細目表，如表 3-3-2 所示。為求完整性，每個概念主題都有一個以上的問題與之對應。表 3-3-2 二段式問卷初稿雙向細目表命題陳述. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 題號. 1. 2、5、. 3、4. 6. 7. 8. 9. 10、11. 12. 13、14. 16、. 15. 17、18. 初稿完成後，隨即選取樣本進行施測，以進行進一步的修訂。 4.二段式問卷經預試修正後之二段式問卷初稿，針對修正後之初稿問卷內容請專家審查以獲得專家效度，隨即依據專家之意見逐題修正或刪除。修正的原因包括：使用專有名詞作為題目敘述、加強選項中的填答理由、刪除語意不清可能造成複選的選項、增加專家或對學生晤談時所認為的可能迷思概念等。修正內容如表 3-3-3。 39.

(48) 表 3-3-3 二段式問卷修正表題號. 原題. 修正. 1. □ 2.像雞蛋一樣的橢圓形將理由部分的選項做更清楚的描述 □ 3.像紅豆一樣的長橢圓形 □ 2.像雞蛋一樣的長橢圓形球體，南極 □ 4.很像正圓形，但是其實是橢圓形到北極之間的直徑較短 □ 3.像雞蛋一樣的長橢圓形球體，赤道上的直徑較短 □ 4.很像正圓形的球體，但其實是橢圓形，南極到北極之間的直徑較短 □ 5.很像正圓形的球體，但其實是橢圓形，赤道上的直徑較短. 3. 請問你認為地球內部溫度是否會有變化？. 請問你認為地球由地表至地球最中心，垂直溫度分布是否會有變化？. 4. 請問你認為地球內部壓力是否會有變化？。. 請問你認為地球由地表至地球最中心，垂直壓力分布是否會有變化？. 6. 請問你認為科學家是否可以直接看到地修正題目敘述球內部的構造及物質組成？請問你認為目前科學家是否可以直接看到由地球表面直到地球中心所有的垂直構造及它們的物質組成？修正選項 □ 1.用挖掘方式，挖到的東西就是地球 □ 1.用挖掘方式可以直接挖到地球中成分。挖掘同時也能分析地球結構。心，挖到的東西就是地球成分。挖掘 □ 2.地球的內外組成物質都一樣，所以同時也能分析地球結構。觀察地表的物質即可了解地球內部物 □ 2.地球的內外組成物質都一樣且十質與結構分均勻，所以觀察地表的物質即可了解地球內部物質與結構. 8. 修正選項 □ 2.中國大陸的海岸線剛好是兩個板 □ 2.中國大陸的海岸線剛好是兩個板塊的交界線，但並非每條海岸線都是塊的交界線，大部分海岸線也都是交 □ 4.中國大陸的海岸線剛好不是兩個界帶板塊的交界線，但並非每條海岸線都 □ 4.中國大陸的海岸線剛好不是兩個不是。板塊的交界線，但大部分海岸線都是交界帶. 9. 增加選項 □ 6.板塊浮在岩漿上，被海水推動. 10.. 增加選項. 40.

(49) □ 4.陸地都是由海洋底部隆起而成的，而高度又比海洋地殼高，所以大陸地殼比較老修正及增加選項 □ 4. 板塊聚合處會有一個板塊隱沒， □ 4.板塊聚合處會有一個板塊隱沒，另另一個板塊浮起，交界處會產生一一個板塊被往上擠，交界處會產生 11. 個凹陷的深處。一個凹陷的深處。 □ 6.板塊聚合處由於相互擠壓的力量太大，會將地殼擠壓導致破裂，形成好幾個凹陷的深處刪除並增加選項 □ 4.較靠近陸地的地方比較容易找到 □ 4.中洋脊是地球表面所有岩石的出 12. 古老的化石產地。所以岩石的年代一定最新 □ 5.遠離中洋脊的地方較靠近陸地，較容易被破壞，因此岩石的年代較新 13.. 台灣是位於板塊的擠壓交界帶或是張裂台灣是位於板塊的聚合交界帶或是張裂交界帶？交界帶？. 14.. 增加選項之說明. 如果人類能往下挖一口井，深度可以直如果人類能往下挖一口井，深度可以直 15. 達地心，請問是否有機會挖到岩漿？達地心。請問人類是否有機會能挖到一層都是岩漿的層圈？修正選項 □ 1.只要地殼較脆弱處，就可能會有火 □1.只要是山，就一定曾經發生火山噴 16. 山噴發發 □ 2.只要是地殼比較薄的地方，抗衝擊 □ 2.只要是地殼比較薄的地方，就一定力較差，就可能有火山噴發有火山噴發增加選項之說明 □ 5.斷層主要是由板塊運動所引起的。□ 5.斷層主要是由板塊運動所引起 17. 的，地震則是斷層發生時伴隨的能量釋放. 二段式問卷修正完成之後，研究者隨即選取某國中三年級四個班級、共 155 位學生進行二段式問卷之重測信度考驗。進行方式為對同一群樣本、間隔兩星期進行施測。施測目的在確認學生對這份問卷做答時的穩定性。將學生兩次做答所. 41.