國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士學位在職進修專班碩士論文
指導教授：張嘉麟博士
以POE 策略探究國小六年級學童對
「混色光」實驗
之推理歷程與另有概念
研究生：趙宏國 撰
中華民國九十七年一月
以
以
以
以POE 策略探究國小六年級學童對
策略探究國小六年級學童對
策略探究國小六年級學童對
策略探究國小六年級學童對「
「
「混色光
「
混色光
混色光
混色光」
」
」
」實驗
實驗
實驗
實驗
之推理歷程與另有概念
之推理歷程與另有概念
之推理歷程與另有概念
之推理歷程與另有概念
摘要
摘要
摘要
摘要
本研究以 POE 策略探究 32 位國小六年級學童對「混色光」實驗之推理歷程與 另有概念。研究以 POE 活動單及晤談，收集國小六年級學童的混色光概念，並從中 探究受試學童對「混色光」實驗之推理歷程。研究結果發現學童對於混色光普遍存 有另有概念，研究者將其歸納為六種概念類型，分別為：光波強度方面、光的吸收 方面、光譜組成方面、 光的混色方面、 玻璃紙影響呈色方面及水彩調色經驗。所 有概念中，最多人以光譜組成方面之概念進行實驗之預測及解釋；在另有概念方面， 最多人持有「玻璃紙影響呈色」概念。受試學童在實驗中所呈現的推理類型有五種， 分別是：類比推理、概念推理、演繹推理、歸納推理及直覺推理，其中以概念推理 最多人使用。在推理歷程中，最多人運用三種推理類型；在推理歷程類型中，最多 人運用概念推理、演繹推理及歸納推理；以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。研究者依據本研究結 果提出若干建議，期能提供教師教學與科學教育研究之參考。 關鍵詞 關鍵詞關鍵詞 關鍵詞：：：POE 策略、混色光概念、另有概念、推理歷程 ：
Study of Sixth Graders’ Processes of Reasoning and the Alternative Concepts
of “Mixed Colored Light” by Using the POE Strategies
Abstract
The purpose of this study was to investigate 32 sixth graders’ processes of reasoning and the alternative concepts of colored light by using the Predict-Observe-Explain (POE) strategies. In this study, the POE activity sheets and interviews of “mixed colored light” were utilized to collect the students’ concepts of “mixed colored light” and investigate the process of reasoning. The main findings of this study are as follows. A majority of the students showed various alternative concepts about “mixed colored light”, such as the following: the intensity of light, the absorption of light, the composition of spectra, the mixing of colored light, the effect of glassines and the experiences of mixing watercolor. In all concepts, most students used the concept of the composition of spectra to predict the experimental results and explained their observations. In alternative concepts, most students hold the concept of the effect of glassines. Five kinds of reasoning the students presented are as the following: analogical reasoning, concept reasoning, deductive reasoning, inductive reasoning and intuitive reasoning, of which the concept reasoning was used most frequently. In the process of reasoning, most students used three kinds of reasoning, with the concept reasoning, deductive reasoning, and inductive reasoning most often adopted. By analyzing students’ predictions, it was found that wrong predictions were most frequently encountered if they possessed alternative concepts and used concept reasoning. Based on these findings, the researcher offer suggestions about teachers’ instruction and science education.
Keywords: POE strategies; Mixed colored light; Alternative concept; the processes of
目錄
中文摘要……… Ⅰ 英文摘要……… Ⅱ 目錄……… Ⅲ 表目錄……… Ⅳ 圖目錄……… Ⅴ 第一章 緒論………1 第一節 研究背景與動機………...………1 第二節 研究目的與待答問題………...………5 第三節 研究範圍與限制………...…………6 第四節 研究的重要性………...…6 第五節 名詞解釋………...………8 第二章 文獻探討………10 第一節 POE 理論基礎與相關研究………..………10 第二節 推理意涵及歷程……….………19 第三節 推理的類型……….…………25 第四節 推理的相關研究……….…………29 第五節 色光概念相關研究……….…………32 第三章 研究設計………37 第一節 研究方法……….…………37 第二節 研究者角色與研究倫理……….…………39 第三節 研究對象……….……42第五節 研究流程……….………50 第六節 資料處理與分析……….………56 第七節 研究的信效度……….………61 第四章 研究結果與討論………64 第一節 國小六年級學童之混色光概念……….…………64 第二節 國小六年級學生混色光實驗之推理歷程……….………73 第三節 推理歷程及混色光概念與預測實驗結果之關係……...……105 第四節 綜合討論………..……….118 第五章 結論與建議………..………122 第一節 結論……….………..………122 第二節 建議……….………..………124 參考文獻：………..………127 一、中文部分………..………127 二、外文部分………..………131 附錄一 國小六年級學童混色光推理歷程及其概念之試探性研究 POE活動單………..…137 附錄二 國小六年級學童混色光推理歷程及其概念之POE活動單…...…...137 附錄三 國小六年級學童混色光推理歷程及其概念之晤談大綱….…..….138 附錄四 國小六年級學童混色光推理歷程及其概念之晤談記錄表…...….140
表目錄
表3-6-1 原始資料編碼對照表………..…...…...…..……...57 表4-1-1 研究對象對實驗五個模組預測結果…….……….……….…...….66 表4-1-2 研究對象所呈現之混色光概念…………..………….….…..…….67 表4-1-3 混色光實驗活動概念表………...….…....……...…...73表4-2-2 混色光推理歷程及推理歷程類型…….………..…...…….78 表4-2-3 混色光推理類型人數………..…....….……79 表4-3-1 混色光概念與預測結果關係……….…….…...105 表4-3-2 混色光概念預測實驗結果與實驗結果一致………....…….105 表4-3-3 混色光概念預測實驗結果與實驗結果不一致…..…...…...…….105 表4-3-4 推理類型與預測結果關係……….……...….…..109 表4-3-5 推理類型預測實驗結果且與實驗結果一致……….……109 表4-3-6 推理類型預測實驗結果與實驗結果不一致……….………109 表4-3-7 以概念與推理預測實驗結果……….……....………113 表4-3-8 以概念與推理預測實驗結果且與實驗結果一致………….……114 表4-3-9 以概念與推理預測實驗結果與實驗結果不一致………….……114
圖目錄
圖3-4-1 POE混色光活動裝置………...……….46 圖3-5-1 研究流程圖 ………..…….….……52 圖3-5-2 POE活動流程圖………...….…..………..……...… 55 圖3-6-1 高年級自然教室平面圖………...………...…. 60第一章
第一章
第一章
第一章 緒論
緒論
緒論
緒論
本章分成五節，第一節為研究背景與動機、第二節說明研究目的與待答問 題、第三節是研究範圍與限制、第四節探討研究的重要性、第五節為名詞解釋。第一節
第一節
第一節
第一節 研究背景與動機
研究背景與動機
研究背景與動機
研究背景與動機
教育部國語辭典(2007)對推理的說明為：推理是一種邏輯的思考方式。由已 知或假定的前提來推求結論，或由已知的答案結果，反求其理由根據。凡由因以 求果、由果以溯因、由現象以歸其原理、以原理說明現象等，演繹、歸納、類比 的思考活動，皆稱為推理。推理也稱為邏輯推理，因有效推理過程必合乎邏輯(朱 水林，1997)。懷得海(Whitehead,1861-1947)曾經說過：「科學的基本地是邏輯。 科學概念間的關聯，是一種邏輯的關聯，科學的根據，是邏輯的根據。…我們可 以確信說：『沒有邏輯就沒有科學。』」(引自張筱珊，2004)由此可見邏輯、推理 在科學上的重要性。教育部(2003)所頒布的九年一貫課程綱要為現階段教學的主 要參考準則，其基本內涵中提到為實現國民教育目的，須引導學生致力達成十項 課程目標，其中包括了培養獨立思考與解決問題的能力等。亦在十大基本能力指 標中的「獨立思考與解決問題」中說明：養成獨立思考及反省的能力與習慣，有 系統地研判問題，並能有效解決問題和衝突。學生要學習的不只是書本上的知 識，更要培養解決問題的能力（邱曉貞、連啟瑞、連怡斌，2003）。而吳佳玲、 張俊彥（2002）研究發現：問題解決能力和推理能力有顯著相關。推理思考在問 題解決過程中扮演重要的角色(張景媛、陳萩卿，2003；張筱珊，2004)。另外， 自然與生活科技領域分段能力指標與十大基本能力之關係中的「主動探索與研 究」提到要培養學生具備觀察、蒐證、歸納、研判及推理的能力，要運用觀察、 收集資料、比較、分類、統整、歸納、研判、推理等科學方法以獲得知識和技能。Hogan和Keller (2000)也指出：「我們用推理來建構知識，用知識來推理」。 國內外已有學者比較探究教學法與講述法等傳統教學法之間的差異。熊召弟 和王美芬（1995）指出傳統教學之講述教學法多以教師為中心，以灌輸的方式將 知識傳授給學生，教學與學生學習偏重記憶的部份，這雖然能有效率地使學生獲 得現成的知識，但這種傳統的講述法和現今九年一貫所強調的主動學習、獨立思 考不同，現今學者認為學生在學習過程中必須是主動的（張美玉、吳玉明，1999）。 以講述法教學，學生所獲得的知識內容不能充分理解，缺乏判斷、推理解釋能力。 若能有探究能力的技能，如：觀察、推理、預測等，就能從觀察中獲得較多資料 (謝州恩、吳心楷，2005)。因此，培養學童推理的技能是值得重視的。Lawson（1995） 也指出探究過程包含推理。Kuhn、Schauble和Garcia-Mila（1992）也提出科學 探索中的典型活動是推理。周家卉(2006)認為推理就是學生在科學探究中的思考 過程，透過推理歷程，能使片段資訊組合成系統性知識。美國國家科學教育標準 (1996)在學生學習的課程中也提出學生所要學習的應是統整性、整合性、連貫性 及全面性的知識，而不是見樹不見林的、片段而不連續的知識。 九年一貫課程目標中敘述：國民中小學之課程理念應以生活為中心。在基本 能力中說明國民教育階段的課程設計應以學生為主體，以生活經驗為重心。「光」 是日常生活中隨處可見的，但對學生而言，光不像具體物一樣，是可以拿在手上 觀察的，所以學生可能對「光」發展出許多個人的概念，而學生的個人概念，並 不一定與科學家所持有的概念相符合，而這些另有概念往往不易改變，造成學習 上的困難。近年來，國內外科學教育研究者對不同年齡學生進行有關光與顏色的 實徵性研究(王玉龍，2006、蕭倍如，2004、江文雄，2003、林宏一，1999、Feher & Rice，1992等)，發現許多學生對於「光與顏色」是持有另有概念的。而從國 內外對於光學概念相關的研究，可以發現一般研究的重點在於探討光的基本性 質、直進、反射、影子等，較少著墨在光與顏色的概念（包括光源與物體）方面
的研究（林宏一，1999）。王玉龍(2006)在「以POE 策略探究國小六年級學生之 色光概念及概念改變歷程」研究中指出，國小六年級學童對於色光普遍存有的另 有概念，包括：不同色光有強弱之分、色光本身有深淺、深的顏色會將淺的顏色 蓋掉、以水彩調色推論色光和玻璃紙顏色的混合等。色光的概念不易透過文字說 明方式來理解，需要透過親自參與實作方式來體認，若老師能運用較佳的方法來 教導學生，並在過程中提醒學生所需注意觀察的地方，在實驗後指導其歸納所觀 察到的現象，探求其現象背後的概括性原則，讓學生建構完整的概念，對學生學 習而言，是有必要的。 學生是帶著個人對世界的先備概念進入學習環境的(王美芬、熊召弟，1995； 陳均伊、張惠博、郭重吉，2004)。學生對自然界的解釋常有自己的想法、概念， 而這些想法與概念會影響學生日後的學習，產生有別於科學家的概念(翁智鴻， 2005)。對學生而言，時常發生的另有概念是不利於科學概念的理解(余民寧， 1997)，進而影響學生對科學概念的學習。Palmer (1999)發現學生們在特定的 環境中可能會使用某一種解釋，但在不同的環境中又會使用另一種說辭。對研究 者而言，這種情況可能意味著觀念上前後矛盾的特點。但是，對學生而言，這些 不同的觀點也許是符合內部一致性的。學生理解了什麼？這是重要的(Barbara, Carla, Danusa,& Patricia，2005)。所以在學生學習新的科學概念前，學生並不是 一無所知而全盤接受，新事物的學習是和先備概念相關的，故在教學前，了解學 生的先備概念有其重要性。POE(Predict-Observe-Explain)策略是可以運用來探知 學生的先備概念、另有概念。
POE策略最早是由美國Pittsburgh 大學的Klopfer，Champagne 和Anderson於 1980年發展出來的DOE(Demonstrate-Observe-Explain)策略，而Gunstone在1990年 提出POE策略，主要流程是先要求學生對某一實驗活動中呈現的科學現象提出自 己的預測，然後寫出支持預測的理由，然後讓學生觀察實驗活動中所呈現的科學
現象，學生對所觀察的實驗結果做出解釋，教師可以從中協調學生預測實驗結果 與觀察實驗結果間的不同。POE策略可以協助教師瞭解學生的先備概念(White & Gunstone，1992)及探究推理歷程(葉淑華，2002、姚志宗，2006、張榮裕，2006)。 在 POE 策略中的預測活動部份，教學者可以從中發現學生的另有概念，而 且更可從自然與生活科技領域之分段能力指標與十大基本能力之關係中，說明預 測活動部份對學生產生另一方面的心智影響：藉由對於自然與生活科技領域的探 討與了解，由於探索前的預測，在實驗時獲得證實或有新的發現，則將引發心智 的成長，其本身即是一種喜樂。而在觀察活動部份，可以培養學生科學技能，從 觀察中學習如何觀察，觀察的重點是什麼？從自然與生活科技領域之分段能力指 標與十大基本能力之關係中「主動探索與研究」來說明，基於對自然現象不斷的 探索，養成求真求實的精神，具有觀察、蒐證、歸納、研判及推理的能力。而在 解釋的部份，可以讓學生培養自我表達、獨立思考的能力，並利用各種符號來表 達個人思想、觀念。所以亦可從此策略中，發現學生的推理歷程，當學生發現預 測實驗結果與觀察實驗結果是不同的時候，這可以引起學生的學習動機，促使學 生主動探究。活動設計以學生為主體，以生活經驗為重心，激發學童好奇心及觀 察力，讓學童培養主動探索的態度，養成獨立思考及反省的能力與習慣，能有系 統地研判問題，並能有效解決問題和衝突，並積極運用所學的知能於生活中，進 而培養現代國民所需的基本能力。 研究者在學校課堂上，發現有些學生無法真正理解科學概念內容且持另有概 念，科學概念沒有確實被理解，到底在哪一個歷程產生問題？另外，九年一貫提 到希望學生能擁有帶著走的能力，包括解決問題的能力。而推理思考在問題解決 過程中扮演重要的角色(張景媛、陳萩卿，2003、張筱珊，2004)。姚志宗（2006） 發現，以 POE 策略探究學童概念，在研究過程中晤談，可深入探討學童單一概 念的理解，晤談資料除了能讓研究者歸類學童的另有概念歷程，還能探究學童發
生概念改變的想法。研究者希望能藉此探究學童的推理歷程為何？因混色光的另 有概念及其推理歷程的研究在國內外並不常見。因此，本研究將光學概念聚焦在 混色光的概念，試圖透過 POE 策略，探究國小六年級學童對混色光的另有概念 及其推理歷程，期望能對科學教育有所貢獻。
第二節
第二節
第二節
第二節 研究目的與待答問題
研究目的與待答問題
研究目的與待答問題
研究目的與待答問題
一 一 一 一、、、、研究目的研究目的研究目的研究目的：：： ： 本研究主要目的在於運用 POE 策略及個別晤談方式，來探究國小六年級 學童對於混色光的推理歷程及另有概念。期能整理出國小六年級學童對於混 色光的推理歷程及另有概念。依研究背景與動機，本研究希望可以達到下列 目的： (一) 以 POE 策略探究國小六年級學童對於「混色光」的另有概念。 (二) 以 POE 策略探究國小六年級學童對於「混色光」的推理歷程。 (三) 探究國小六年級學童之「混色光」推理歷程及另有概念與 預測實驗結果的關係。 二 二 二 二、、、、待答問題待答問題待答問題待答問題：：： ： 依上述研究目的，本研究提出待答問題如下： (一) 國小六年級學童對於「混色光」的另有概念為何？ (二) 國小六年級學童對於「混色光」的推理歷程為何？ (三) 國小六年級學童之「混色光」推理歷程及另有概念 與預測實驗結果的關係為何？第三節
第三節
第三節
第三節 研究範圍與限制
研究範圍與限制
研究範圍與限制
研究範圍與限制
本研究之範圍與限制如下： 一、本研究採質性研究法，因人力、時間、經費…等種種因素之考量，並沒有朝 隨機、大樣本方向之取樣方式。本研究以台中縣某國民小學六年級共32位學 生為研究對象。研究範圍有限，研究結果不宜過度推論至其他地區的學童。 二、本研究所探討的混色光推理歷程及另有概念為本研究所設計的混色光模組為 範圍。研究結果不宜推論至學生對其他光學的推理歷程及另有概念。 三、本研究之結果僅適用於本研究之研究對象在本研究設計內容範圍內的解釋， 以供未來研究者、教學者或課程編排者參考，研究結果推廣範圍有限，不宜 做過多推論。第四節
第四節
第四節
第四節 研究的重要性
研究的重要性
研究的重要性
研究的重要性
研究者以推理、光學概念、POE 策略三個層面，配合文獻研究、九年一貫 課程精神及研究者研究理念，分別述說研究的重要性： 一 一 一 一、、、、以推理而言以推理而言以推理而言以推理而言 近代的科學教育改革強調學生需要藉由結合經由推理和思考技能所得的科 學的知識，去發展科學的理解力(Barbara, Carla, Danusa,& Patricia，2005)。美國 科學發展協會與英國國家科學課程指出科學教育不應只關注科學知識，增強批判 推理過程和論證也該被強調，這能讓學生以一種認識的（knowing）方法來理解 科學 (Shirley, Sibel & Jonathan，2006)。我國9-13歲學童的科學知識在國際間成就輝煌，但存在著一個不可忽視的事 實，即我國學童一般來說缺乏推理的能力（邱美虹，1993）。推理能力是學童接 受科學教育重要環節之一。個體運用科學知識及推理能力去解決個人生活或專業
生活中所面臨的問題，正是科學素養所強調的面向之一(張榮裕，2006)。 九年一貫課程綱要中的基本內涵中提到獨立思考、主動探究、解決問題。並 在十大基本能力指標「獨立思考與解決問題」中說明：養成獨立思考及反省的能 力與習慣，有系統地研判問題，並能有效解決問題和衝突。張景媛、陳荻卿（2003） 提到，發展推理思考是增進問題解決能力所不可或缺的。
American Association for the Advancement of Science在1989年提出：科學教育 需要培育國民推理的能力。Kuhn、Schauble和Garcia-Mila（1992）提出科學探索 中的典型活動是推理，推理被視為科學探究中的思考過程。在學習過程中，學習 者學習新概念，將新概念同化於既有概念，或重新調適原有概念，在這過程中， 學生將新概念的結構特徵分類、比對，運用歸納、類比推理能力，可見推理能力 在學習過程中的重要性。 透過本研究對推理歷程之探討，除呼應九年一貫十大基本能力指標之一「獨 立思考與解決問題」，也希望能讓教師在如何幫助學童學習及幫助學童適應未來 多變社會環境上能有所助益。 二 二 二 二、、、、以色光概念而言以色光概念而言以色光概念而言以色光概念而言 日常生活中，光是我們常常經歷的，但學童對色光概念卻有不少的另有概念 (王玉龍，2006)。 在九年一貫「自然生活與科技」學習領域之教材內容要項中的「自然界的作 用」課題之「改變與平衡」主題下之次主題「216 聲音、光與波動」裡就有色光 與顏色之細目，而「色光與顏色」一直延伸到國中階段仍是存在，可見色光的概 念在國小階段是有其重要性的。色光概念若只透過文字描述，對國小學童而言是 較抽象的、是較不易學習的。如果教師在教學前，就能知道學生對於色光概念是 持有哪些另有概念的？那在設計有關「色光概念」教學時，應該會有所助益。期 望本研究能提供國小教師在進行有關色光概念課程設計與教學時之參考。
三 三 三
三、、、、以以以以POEPOEPOEPOE策略而言策略而言策略而言 策略而言
POE 策略可以協助教師瞭解學生的先備概念 (White & Gunstone，1992) 及 探究推理歷程(葉淑華，2002、姚志宗，2006、張榮裕，2006)。如果教師能在教 學上善用 POE 策略，對老師發現學童的另有概念及學童的學習將有所助益。 POE策略的實施與九年一貫十大基本能力中之「主動探索與研究」、「獨立思 考與解決問題」、「表達、溝通與分享」相呼應。我們可以發現教師的角色由傳統 的知識灌輸者變成學習引導者，除了需具備充足的專業知識外，更重要的是，若 學生在學習過程中有了問題，老師必需適時提醒學生，學生是學習的主角，學生 能主動探索、獨立思考及擁有解決問題的能力是十大基本能力指標中所強調。透 過POE策略，當學生進行POE策略中的預測活動時，學生用文字充份地表達自己 的想法。而當學生進行POE策略中的觀察活動時，因先前的預測活動，學生會更 注意觀察實驗現象到底和自己的預測有沒有一致，這可以讓學生在實驗中培養較 佳的觀察力。而當學生的預測與實際觀察實驗結果不符時，這可以訓練學生的思 考能力，提供機會讓學生表達、解釋的機會，激發學童的好奇心，進而主動探索 和發現問題所在。Pallrand（1996）認為：解釋是科學教育的中心，學生展現對現 象的瞭解，以提供老師瞭解學生知識的組織，並瞭解學生的想法。所以，解釋自 然科學現象的能力是一種過程技能，它可以提供教師與研究者進一步瞭解學生的 概念與想法(謝州恩、吳心楷，2005)。
第五節
第五節
第五節
第五節 名詞解釋
名詞解釋
名詞解釋
名詞解釋
一 一 一 一、、、、另有概念另有概念另有概念另有概念 指學生由日常生活經驗、學校學習或其它途徑，而持有某種不同於現今 科學家所持有的概念。可能是因不當同化調適而產生，其具有穩定、不易改變的特性。 二 二 二 二、、、、POE策略策略策略 策略 在活動過程中，採用 Predict(預測)-Observe(觀察)-Explain(解釋)三步驟 的策略。即先對事件結果進行預測，並說明理由以支持其預測，然後觀察活 動過程與結果，最後對其所觀察結果與先前預測不一致時，提出解釋。本研 究中 POE 策略是一種探究學童推理歷程及另有概念的方法，而不是一種教學 策略。 三 三 三 三、、、、推理推理推理推理 由已知事實，經邏輯思考，推測其過程，或由已知事實為線索，推測其 結果，但結果不一定為真。 教育部國語辭典(2007)對推理的說明為：推理是一種邏輯的思考方式。 由已知或假定的前提來推求結論，或由已知的答案結果，反求其理由根據。 凡由因以求果、由果以溯因、由現象以歸其原理、以原理說明現象等，演繹、 歸納及類比的思考活動，皆稱為推理。
The Oxford Advanced Learner’s Dictionary(2007)對推理(reasoning)的說 明為：推理是由事實經邏輯思考所下的判斷。 四 四 四 四、、、、、、、、混色光混色光混色光混色光 本研究中的混色光係指光通過二種顏色的玻璃紙，所呈現的混合色光。
第二章
第二章
第二章
第二章 文獻探討
文獻探討
文獻探討
文獻探討
本章主要是探討 POE 策略的理論基礎、推理歷程以及國小高年級學童對混 色光的另有概念之相關文獻，以作為本研究之理論基礎。本章共分五節，第一節 是 POE 理論基礎與相關研究、第二節為推理意涵及歷程、第三節為推理的類型、 第四節是推理的相關研究、第五節探討色光概念相關研究。第一節
第一節
第一節
第一節 POE 理論基礎與相關研究
理論基礎與相關研究
理論基礎與相關研究
理論基礎與相關研究
一 一 一 一、、、、POE策略起源與理論基礎策略起源與理論基礎策略起源與理論基礎 策略起源與理論基礎POE 策略是 Gunstone 和 White 在 1981 年改良美國 Pittsburgh 大學 Champagne, Klopfer 和 Anderson 於 1980 年於所設計「DOE」(Demonstrate-Observe-Explain) 概念晤談教學策略的研究工具而來。DOE 概念晤談教學策略先是對學生實施紙筆 測驗，然後由教師示範實驗活動讓學生觀察，最後，學生需回答測驗的問題並提 出說明。Gunstone 和 White 認為學生預測才是教學重點，因此發展 POE 策略， 其主要內容是讓學生對某一事件、現象或活動進行預測，然後進行實驗觀察，學 生將自己觀察到的現象寫下來，最後由學生解釋先前預測與實驗觀察不一致的地 方。 Gunstone 和 White(1981)發現讓學生進行POE策略中「預測」的活動，除了 可以探知學生既有的認知結構外，另外也可以提升學生的學習動機，所以他們認 為POE策略中「預測」的活動有助於瞭解學生的既有概念及提升教學成效，基於 上述理由，將DOE策略改良為POE策略，以期提高教學效益。 White和Gunstone(1992)提出了POE策略的主要步驟有三： （一）預測：學生運用其原有的知識去預測一個事件的結果，這個預測是要有理 由來支持的。 （二）觀察：觀察發生了什麼事，學生描述觀察到的現象。
（三）解釋：最後他們必須在預測與觀察間的矛盾處解釋，通常他會遇到困難， 教學者要鼓勵學生去考慮所有可能的因素；此時鼓勵是重要的，因為學生 在這個步驟中會展現出他們對於事件的理解。 Pallrand（1996）認為：「解釋」是科學教育的中心，學生展現對現象的瞭解， 以提供老師瞭解學生知識的組織，並瞭解學生的想法。 POE策略最重要的關鍵就是讓學生決定出最後的理由，在許多活動的經驗 中，學生經常用日常經驗去支持他們的理由，或者應用跟科學家不同的概念去解 釋現象，這說明了POE策略比一般的策略更能夠探測學生用來解釋現象的信念 (White & Gunstone，1992)。
研究者在設計 POE 策略時，參考 White 和 Gunstone (1992)所推廣的 POE 策 略，以學生觀點設計活動，讓學生的預測是有理論依據而非隨意猜測，在預測後， 要求學生寫出支持預測活動結果的理由；在觀察後，當預測與觀察不一致時，要 求學生調節預測及觀察間的矛盾現象。 二 二 二 二、、、、POE策略的實施策略的實施策略的實施 策略的實施 POE 策略可以用來探究學生應用既有概念到日常生活中或某一事件上的能 力，藉由所設計的混色光模組及 POE 策略三步驟來探究受試者的既有概念與推 理歷程。POE 策略有一個關鍵特性是學生必須決定他要應用的理由，也就是可以 運用 POE 策略來探知學生的推理歷程。POE 策略活動的觀察原則是，所要觀察 的現象，要是可以直接觀察的。POE 策略活動步驟如下： （一）先對事件、實驗或活動的結果進行預測； （二）描述實驗進行時，學生自己所觀察到的現象； （三）當預測與實驗結果不一致時，學生必須調和實驗結果與預測之間的矛盾處。 在POE活動一開始時，最重要的是，要確定所有的學生都瞭解他們即將要預 測的狀況本質，所以學生如果有不明白的，學生可以提出問題。
接下來還有一個關鍵處，要讓每一個人都指出他們的預測及支持其預測的理 由。他們可以寫在事先準備好的活動單上，或用開放式的方法呈現（學生用自己 的話寫下他的預測）。學生在觀察之前必須完成這些工作的兩個理由是：(一)所 有的學生都必須表達出自己覺得應用哪一種知識比較適當，(二)學生不會錯失觀 察事件。 當活動開始進行的時候，要所有的學生寫下他們個別的觀察記錄，根據經 驗，不同的學生在同一實驗活動常會看到不一樣的現象。如果觀察記錄沒在他們 觀察的時候寫下來，有些學生會在聽到其他人的宣稱而修改自己的觀察記錄。 最後一步就是要學生協調預測跟觀察現象間的矛盾。通常會發現這個部份對 於學生來說很困難，教師這時候就是鼓勵他們盡力去想可以想到的所有可能性。 鼓勵是很重要的，學生這時候提供的說明通常都透露許多他們理解的狀況。 (White & Gunstone，1992)。在此階段中，學生檢視舊有概念以適用於現狀，教 師若能在此階段中適時的引導，這對學生的概念學習是有幫助的。 Bruce(2000)認為POE策略可以應用在幼稚園(利用繪畫與談話)到大學的科 學學習活動，然而，如果學生去預測他們很少經驗的主題時，學生可能只是純猜 測，而無依據，而且誤以為學習的目標就是要回答出老師們心中持有的答案，這 是需要特別注意的地方。所以，在設計POE活動時，要考慮學生的先備概念，使 學生有足夠的理論基礎可以運用來預測實驗、活動的結果，當學生所預測的現象 與所觀察到的現象不一致時，學生可以有足夠的能力去調節預測和觀察結果的不 一致現象。 姚志宗（2006）以POE策略探六年級學生在「月相類比模型」中使用的推理 技巧、概念改變以及概念發展的歷程。發現學童在實驗中展現出歸納、演繹及類 比推理能力，並且將觀察到的現象和既有概念進行同化或調適，產生一個暫時性 的理論架構。學童也會運用這個暫時性的理論架構，去進行演繹或類比推理。學
童藉著觀察產生歸納，藉著再預測進行演繹，不斷驗證，修正自己的想法，逐漸 形成自己的思考模式。 由上述可知，POE策略除了可以探究學童的另有概念外，還可以運用在探究 學童的推理歷程。透過POE策略設計活動，學生在實際參與活動的歷程中，有更 多的機會可以思考，在預測及觀察結果產生矛盾時，學生要主動思考如何去解釋 這矛盾。Pallrand（1996）認為：解釋是科學教育的中心，學生展現對現象的瞭解， 以提供老師瞭解學生知識的組織，並瞭解學生的想法。所以，解釋在預測及觀察 結果上所產生矛盾，它可以提供研究者瞭解學生的概念與想法。在POE策略活動 中，學生不再是被動的學習，而是主動的思考與建構，教學者從學生在POE活動 中所呈現的預測及其支持的理由、觀察、解釋的活動單中，更能深入探究學生在 學習過程中所展現的推理歷程及另有概念。 三 三 三 三、、、、POE策略實施原則策略實施原則策略實施原則 策略實施原則 當選擇事例實施POE時，基本上要考慮下列原則(White ＆Gunstone，1992)： （一）提供一個學童可以預測，而且能基於個人理解進行推理的情境或實驗，純 粹猜測是沒有價值的。 （二）提供真實情境與問題給學童，才有助於POE的效果；否則，至少要提供學 童一些支援的線索或說明。 （三）讓學童的觀察是直接可行的，也就是實驗結果是清晰可見、易於觀察的。 （四）可以用勾選的方式，提供幾種可能的情況讓學童預測，也可以用開放性的 回答方式，讓學童表達想法。 四 四 四 四、、、、POE策略的優點策略的優點策略的優點 策略的優點 POE策略要求學童根據自己的既有概念對一個現象進行預測，然後觀察實驗 活動，再對所觀察到的現象提出適當的解釋，當既有概念與科學現象不一致時，
必須重新調適與組織，以形成新的知識體系，達到概念改變，因此，POE策略具 備下列優點(White ＆ Gunstone，1992)： （一）聚焦於特定的概念，可用來探究單一知識的本質。 （二）可以覺察學童本身既有的概念或信念。 （三）適合用來進行診斷性評量與形成性評量。 （四）可以了解學童對於現象與概念之間關係的認知。 （五）可以顯現學童面對認知衝突時，如何調適。 Bruce(2000)提出書寫POE活動單需要時間，所以它可以讓學生有時間去思 考。「預測」增加了學生對實驗的參與感，這讓大部分的學生對於實驗活動更有 興趣，特別是當學生自己的預測與多數人的預測不同的時候。 Fekete(1997)提出教師仍是傳統教學課室的中心，學生沒有機會對他們的既 有概念進行批判思考，應該營造一個可以進行批判思考的學習環境。所以Fekete 等人在課堂中加入了POE策略，結果發現POE能引起學生的學習動機與參與感， 也學習更多，在這樣的情境下，學生的學習動機提高，課堂上有更多的互動，學 生們更積極回答老師所提出的問題。 五 五 五 五、、、、POE與其相關理論與其相關理論與其相關理論 與其相關理論 （一）POE 策略與建構主義 建構主義的理論可以說是當今科學教育理論的主流(吳穎沺、蔡今中， 2005)。POE策略設計理念根植於建構主義精神，強調知識的學習要以學習者的 先備概念為基礎，透過同化、調適的歷程，由學習者主動建構。POE策略提供學 生更多的空間去建構自己的想法與理解，不僅有助於確認學生的先備概念，這些 探測想法的過程也可以提供學生學習的機會(Treagust，1988)。 (二)POE 與後設認知 後設認知技巧的發展通常是由要求學生反省及監視他們的學習表現而來
(Lin＆Lehman，1999)。後設認知的過程包括了解先備概念、評估這些概念、決 定是否重新建構概念(Gunstone & Mitchell，1998)。鍾聖校(1995)指出學習者完 成一項認知時，通常會覺知自己明白什麼，新資訊如何與先備概念結合，並檢視 過程，後設認知就是概括地指有關這歷程的知識及策略。鄭麗玉(1993)指出，教 師有必要幫助學生發展他們的後設認知能力，將後設認知策略融入活動中，使學 生發展並執行後設認知能力，幫助學生學習。 POE 策略融入後設認知的設計，敘述如下： 1、在預測的部份： 學生以先備概念來預測實驗活動可能有的結果，如此有助於學生理解、檢視 先備概念。O’Brien 和 Alexander 指出，如果沒有運用先備概念來預測實驗活動 結果，僅是無依據的猜測。運用先備概念來預測實驗活動結果，可以引導及促進 學生對自己的先備概念做出討論(Kearney et al.,2001)。 2、在觀察的部份： 鍾聖校(1995)指出，後設認知是在問題解決脈絡中發展的。所以學生觀察到 實驗活動結果與自己所預測實驗活動結果產生不一致時，這其中所造成的概念及 現象間的衝突，可以促使學生提升後設認知能力，重新評估學生的先備概念，思 考是否重新建構。 3、在解釋部份： POE 最典型的過程是探究有明確定義的概念，學生所提出的理由可以支持其 預測，經觀察後蒐集適合的資料並提出解釋。在解釋階段，教師應該多鼓勵學生 發言(White ＆ Gunstone，1992)。學生可以經此歷程檢視並澄清自己的概念。 六 六 六 六、、、、POE策略之實徵研究策略之實徵研究策略之實徵研究 策略之實徵研究 有許多研究顯示，學生的另有概念經常是固執而不易改變的(Liew & Treagust，1995)。邱彥文（2000）認為POE策略可以幫助學生將他原本持有的另
有概念建構成新知識。張榮裕(2006)利用POE策略及個別晤談方式，探究國小六 年級學童對齒輪操作的推理過程。國內外已有許多關於POE 策略相關的研究， 本節摘錄國內外數篇有關POE的實徵性研究，簡要敘述其研究重點，以瞭解POE 策略在科學教育的運用及成效。 Palmer(1995)評估POE策略在小學科學教學之可行性。研究顯示職前教師對 於POE策略持正面評價，學童對於POE策略的反應也是正面的。教師利用POE策 略可以確認學生對事件的瞭解程度與科學過程技能的發展，POE策略適用於小學 科學教學。Fekete和Walker(1997)利用熱力學網路教學POE資料庫，探究大學生 對熱概念學習之準實驗研究。結果顯示，學生認為POE策略活動是一個有趣的、 是有收穫的並且會引發思考的活動。Bullock(1999)探究POE策略對學生的影響： 發現學生在學習歷程中的學習動機是高的；學生提出更多的回應。邱彥文（2000） 探討教師如何在國中理化課進行POE教學，並評估其成效及可能之相關影響因 素。研究結果指出POE幫助教師診斷學生的學習狀況，幫助教師反思教學理論、 促進教師的專業成長。學生對於POE的學習情境持正向的看法，他們喜歡這樣的 活動，認為這樣的活動對理化的學習有幫助，可以刺激思考與學習的好奇心。 葉辰楨（2000）運用POE策略於教學中，發現國一學生對於「提昇學習者觀 察與表達想法的能力」、「幫助教學者了解學習者的先前概念」、「有助於教學活動 與生物概念之整合」等三方面可獲得改進；並針對POE教學策略提出建議：「敘 述應具體明確」、「鼓勵學習者表達想法」。蔣盈姿（2004）以POE策略及晤談探 究學生對於物質可燃性之另有概念及其可能的影響因素。發現學生對物質可燃性 概念呈現多樣化及經驗導向等特徵。陳淮璋(2002)利用問卷調查及POE晤談探討 國小四、五年級學生在水溶液概念的認知情形、迷思概念和迷思概念的來源。王 玉龍(2006)運用POE策略，探究國小六年級學生對於色光的另有概念及概念改變 歷程。結果發現研究對象對於色光普遍存有另有概念。
Gunstone和White(1981)以POE策略探究學生對重力及相關力學概念的瞭 解。Liew和Treagust(1998)對澳洲學生進行了五個不同的POE教學，探討POE策略 對診斷學生理解科學概念之有效性，研究指出學生的另有概念可以幫助教師瞭解 學生的學習情形以及利用這些資料來設計進一步的活動以促進學生學習。 Rusell(1999)以高三學生為研究樣本，進行以POE教學策略結合電腦為基礎的實 驗課。研究指出POE策略可以讓學生自己動手去學習科學，學生會記得相關訊 息，可以理解科學現象背後的科學原理，協助學生建構知識，促進學生有意義的 學習。李家銘(2001)探討國中低成就學生個案學生在POE活動中之電學概念發展 情形。結合實驗操作與現象觀察，強化低成就學生的科學學習。研究結果發現個 案學生在POE的教學情境下，對電學概念的學習有所助益。Methembu(2001) 研 究應用POE策略於化學反應課程，協助教師診斷高三學生的概念以促進學生有進 行有意義學習。研究顯示POE策略對促進學生的學習有幫助。Kearney, Treagust, Yeo 和 Zadnik(2001)以POE教學策略結合多媒體教學資料庫，研究高中學生對力 與運動的想法，並探討師生對此策略看法。研究結果顯示在科學教室運用多媒體 POE策略教學能促進有意義的學習。林鼎富(2002)利用紙筆測驗和POE晤談，探 討國小三、六年級學生學生對靜磁概念的理解情形、另有概念及其成因。 張宗義（2003）以POE教學模式探究國小四年級學生水溶液概念改變情況， 發現POE教學對學生水溶液概念學習有明顯的助益。研究結果顯示迷思概念越 多，經過POE教學概念衝突的情形越明顯，改變原有的迷思概念越容易；中、高 成就學童最能進行概念的再建構，而達到有意義的學習。黃雪錚（2004）以POE 策略探究國小學童對「毛細現象」所蘊含的可能想法。結果顯示學童對於毛細現 象存著多樣化的想法。陳沛瑩(2004)以POE教學策略探究國小六年級學童「熱」 概念所可能蘊含之迷思概念及其衍生的科學概念改變之情形。研究結果發現POE 教學策略可以促使學生產生概念改變。
葉淑華(2002)採用POE策略式晤談，研究結果證實使用POE策略式晤談，有 助於對學生思考歷程的探究。陳志偉（2004）以POE策略探究國小四年級學生浮 力概念之學習歷程，研究發現學生在「物體沉浮」、「水中物體重量會減輕」、「漂 浮容器可承載重物」等三個活動單元中，相關概念的學習都有正向的改變；在POE 策略下，研究對象在過程技能、科學本質、科學態度、思考智能、科學應用與合 作學習等方面都有良好的學習成效。 姚志宗(2006)以POE策略，探究六年級學生在「月相類比模型」中使用的推 理技巧、概念改變以及概念發展的歷程。結果發現學童在「月相類比模型」中是 持有另有概念的，學童有六種概念改變的歷程，實驗中當學童進行預測時傾向於 使用演繹和類比推理；當學童進行觀察和解釋時傾向於使用歸納推理。張榮裕 (2006)利用POE策略及個別晤談方式，探究國小六年級學童對齒輪操作的推理過 程，並分析其推理表徵之類型。 綜合以上實徵研究，整理歸納出三點教育意涵： (一)、POE 策略有助於發現學生之另有概念： 葉辰楨（2000）認為運用 POE 策略於教學中，對於「幫助教學者了解學習 者的先前概念」可獲得改進；蔣盈姿（2004）以 POE 策略及晤談，探究學生對 於物質可燃性之另有概念及其可能的影響因素，發現學生對物質可燃性概念呈現 多樣化、不一致及經驗導向等特徵；黃雪錚（2004）以 POE 策略探究學童對「毛 細現象」所蘊含的可能想法，結果顯示學童對於毛細現象存著多樣化而不一致的 想法；王玉龍(2006)運用 POE 策略探究國小六年級學生對於色光的另有概念及 概念改變歷程，結果發現研究對象對於色光普遍存有另有概念；姚志宗(2006) 以 POE 策略探究六年級學生在「月相類比模型」中的概念，結果發現學童是持有另 有概念的。 由上述實徵性研究發現，POE 策略有助於發現學生的另有概念。
(二)、POE 策略有助於學生的學習：
Rusell(1999)研究指出 POE 策略可以協助學生建構知識，促進學生有意義的 學習；邱彥文(2000)研究結果發現學生對於 POE 的學習情境持正向看法，他們 喜歡這樣的活動，認為這樣的活動可刺激思考與學習的好奇心；Methembu(2001) 研究發現 POE 策略對促進學生的學習有幫助；Kearney, Treagust, Yeo 和
Zadnik(2001)研究發現在科學教室運用多媒體 POE 策略教學能促進有意義的學 習。 基於上述的研究顯示，POE 策略可以刺激思考與學習的好奇心，而且學生也 喜歡這樣的活動，可以引起學生的學習動機，有助於學生的學習。 (三)、POE 策略有助於探究學生的推理歷程： 葉淑華(2002)研究結果證實使用 POE 策略式晤談，有助於對學生思考歷程 的探究；姚志宗(2006)以 POE 策略探究六年級學生在「月相類比模型」中使用 推理技巧，從研究結果中發現，POE 策略可以用來探究學生的推理歷程；張榮裕 (2006)以 POE 策略及個別晤談方式，探究國小六年級學童對齒輪操作的推理過 程，並分析其推理表徵之類型。 上述研究顯示 POE 策略除了可以用來探究學童的另有概念外，亦可用於探 究學童的推理歷程，本研究以 POE 策略探究國小六年級學童對混色光的推理歷 程及另有概念。
第二節
第二節
第二節
第二節 推理意涵及歷程
推理意涵及歷程
推理意涵及歷程
推理意涵及歷程
一 一 一 一、、、、推理意涵推理意涵推理意涵推理意涵 教育部國語辭典(2007)對推理的說明為：推理是一種邏輯的思考方式。由已 知或假定的前提來推求結論，或由已知的答案結果，反求其理由根據。凡由因以求果﹑由果以溯因﹑由現象以歸其原理﹑以原理說明現象等，演繹﹑歸納﹑類比 的思考活動，皆稱為推理。而 The Oxford Advanced Learner’s Dictionary(2007)對 推理(reasoning)的說明為：推理是由事實經邏輯思考所下的判斷。張春興(1992) 對推理的說明是以某種原則為基礎，由已知事項，推求未知結果。Rosser(1994) 認為推理是由既有的經驗引出新訊息的思考歷程，個體依普遍性原則與前提間建 立關係。 Holland、Holyoak、Nisbett 和 Thagard(1986)認為推理是擴展知識的歷程。 黃志賢(1996)指出推理思考活動是一種尋求因果關係的心理歷程，推理能力係指 個體具有使用邏輯和先前所學經驗運用到新情境的能力。 綜合上述對推理的說明，推理是一種心理活動，由已知事實，經邏輯思考， 推測其過程，或由已知事實為線索，推測其結果，但結果不一定為真。推理能力 是經邏輯規則思考方式或依先前經驗解決新情境問題的能力。 Kuhn、Amsel 和 O’Loughlin (1998)提出，科學推理是理論與事實間的相互調 適。科學探究中，研究者運用先備知識或信念，從事科學探究，用以獲得各種事 實訊息，而獲得的訊息可能會與原有理論互相調適。調適意味著它們之間的交互 調整，即原有理論決定獲得事實訊息的形式和方向，或以事實訊息為依據來調整 原有的理論。兒童對所獲得的事實訊息結論與理論評價會受到自己原有理論影 響，對相關事實訊息並不敏感。 部分心理學家從理論層面探討歸納推理能力和語言的理解、學習過程及記憶 結構之間的相關性。雖然對智力有不同看法，但普遍都認為智力是抽象思考和推 理的能力。利用智力測驗為工具，藉由統計方式(因素分析的理論、方法與結果) 說明人類心智能力(張春興，1994)。Spearman的智力二因論將智力分為兩個因 素，分別為一般智力因素與特殊因素，智力因素以思考與演繹推理能力為主，決 定個人在智力測驗上表現的主要因素。後來Thurstone用複因素法（multiple factor
method）分析若干智力測驗，提出智力是由七群主要能力因素構成，包括數字能 力、文字流暢、語文推理、空間關係、記憶、歸納、和知覺速度等。Cattell再將 智力因素分為流體智力和結晶智力，並解釋流體智力是對於非語文性訊息間的關 係，能夠洞察和推理的思考能力，與大腦的功能有關，此種智力與個人的學習能 力有高度的正相關，不受環境經驗或文化背景之影響。Guilford之智力結構學說， 根據四種內容、五種運作和6種成果，得到120種特殊智能因素，其中也包含了「歸 納、演繹推理」等能力。由這些觀點探查，我們可知推理能力被視為傳統智力的 中心因素 (張春興，1994)。 張玉成(1993)說明泰德等人提到推理主要的功用為： (一)、推知未明講的細節，綜合歸納結論。 (二)、知悉關係：部分與全體、因與果、普遍與特殊等關係，包括順序、空間、 時間、大小之關係。 (三)、類化作用。 (四)、解讀數字資料。 (五)、認明人物特質、行為動機、和反應等。 (六)、推測故事的可能發展。 (七)、提出假設。 (八)、預測故事發展結果。 (九)、預估事情情節若做改變後可能引發的結果。 (十)、應用構想並用與過去經驗統整。 綜合以上所述，推理和建構新概念間有重要的關係，由既有概念來推理，也 由推理建構新概念，推理也是科學探究中重要的思考過程，由此可見推理在科學 學習中的重要性。
二 二 二 二、、、、推理歷程推理歷程推理歷程推理歷程 Bruner等（1959）認為推理就是概念形成的歷程，他們認為推理過程中，學 習者不斷形成假設，並從實例中檢驗自己的假設，直到發現概念的所有重要特性 (引自周家卉，2006)。 從訊息處理論觀點來說明推理歷程，訊息處理論是解釋人類在不同環境中， 經由感覺、察覺、辨識、記憶、轉換等內在心理活動，以同化、調適並運用知識 的歷程。訊息處理模式是把思考與推理在人類大腦中的運作歷程類比為電腦軟體 在電腦裏運作的過程。Sternberg和Nigro(1980)研究指出推理可分六部份：編碼、 推論、計畫、應用、辨證及反應。這是人與環境間的交互作用，人們主動選擇， 是一複雜的內在活動，個體察覺、組織及提取相關訊息。Das、Naglieri和Kirby(1994) 認為個體進行推理時，是根據先備知識的編碼與解碼，複雜的編碼、解碼過程， 需要更多的先備知識與更多的意識控制。 科學學習心理學(熊召弟、王美芬、段曉林、熊同鑫(譯)，1996)一書中也指 出，學生在推理科學現象時，用人類的資訊處理系統發展腦中的個人心智模式， 學生進行認知過程。當學生推理出一個科學現象時，他就發展了一個個人模式， 學生要常面對一個含有疑問、觀察和結論的問題解決環境，學生要進行一些認知 過程並在他的腦中的工作記憶區裡創造出關聯性，當學生在推理時，他會描繪出 適當的事實、原理和技能，並將它們儲存於腦中的長期記憶區，學生這一連串科 學推理的產物就是個人理論和模式。 Holland、Holyoak、Nisbett和Thagard(1986)認為心智模式是推理過程的基 礎。心智模式是理解事物和推理過程時，在短期記憶或工作記憶中所建立對問題 情境或外在事物的一種暫時性表徵，也可以是人們儲存在長期記憶中對外在世界 的穩定表徵或「圖像」(Vosniadou，1994)。
從認知發展的觀點來說明推理歷程，認知發展是指個體自出生後，在適應環 境的活動中，認識事物及面對問題情境的思維方式與表現能力，隨年齡增長而改 變的歷程。認知發展理論代表人物首推Piaget，其研究重點在瞭解兒童如何從直 覺推理發展至邏輯、抽象推理的過程，並將認知發展歷程劃分成四個主要階段， 每一個主要階段，都有特定的行為特徵： 1.感覺動作期：此時期是指兒童從出生到兩歲的階段。此時期的兒童瞭解簡 單因果關係，開始有目的性的行為，以動作行為對外界形成心理表徵，進一步形 成物體恆久概念，對消失在眼前物體形成符號性的心像。 2.前操作期: 此時期是指二歲到七歲的兒童，自我中心很強，還不知道可逆 性，沒有質量、容積等保留觀念，雖然能開始思考，以事物的表象推理，或以自 我看法推論，是一種不合邏輯的直接推理方式，還無法進行邏輯的思考和推理。 3.具體操作期: 此時期是指七歲到十一歲的兒童此時已有質量、容積等保留 概念，也有可逆觀念。他們能進行簡單的邏輯思考，能排列次序，能用不同的特 性進行分類，但仍須透過具體實物才易理解，無法抽象思考。 4.形式運思期: 這個時期的兒童大約十一或十二歲以上，他們具有科學的歸 納能力，會運用符號和語言，具有系統性及抽象的邏輯思考能力，而從事類似成 人的抽象思考和概念化活動，可以依假設進行演繹推理。 依Piaget的認知發展歷程來看，兒童的推理能力隨著年齡的增長會逐漸發 展，由動作知覺到抽象概念形成，由具體而抽象，進入形式運思期後，推理能力 趨於成熟，能運用抽象的、概念的、純屬形式邏輯的方式去推理，在形式運思期 後，會再增加的，只有知識，不會再提升思維方式。， Kuhn、Schauble和Garcia-Mila（1992）提出科學探索中的典型活動是推理， 推理有兩種重要的方式︰排除(exclusion)與包含(inclusion)。排除是在非共變性 的事實基礎上，推斷出某種因果關係的不存在；包含是在共變性的事實基礎上，
推斷出某種因果關係的存在。兒童常在科學探究的過程中忽略一些自己認為是無 關因素的影響，這可能會漏掉一些能否定自己理論的事實訊息。Koslowski(1996) 也提出人們對於資料的解釋方法，如果人們可以想出兩個變項可能會共變的推 論，那麼一小部分顯示它們沒有共變的資料就不太可能讓他們剔除變項共變的假 設；相反的，如果他們不能想出任何正確的推論來解釋這兩個變項間共變的關 係，那麼一小部分顯示這兩個變項間共變的資料也不太可能說服他們兩個變項間 有相關。
Klahr和Dunbar（1988）提出「雙重科學探索」模式(Scientific Discovery as Dual Search，簡稱SDDS)，將推理視為是SDDS歷程，分為搜尋假設空間、檢驗假設、 評估證據三部分，搜尋假設空間即為產生新假設，假設來源有既有知識與實驗歸 納；檢驗假設是產生實驗證據來測試假設，以支持或拒絕其所提出的假設。證據 評估則是研究樣本考量測試假設結果與先前證據，實驗所累積證據是否足以接 受、拒絕或保留提出的假設。 周家卉(2006)依Klahr和Dunbar(1988)的SDDS模式以及陳亦媛（2003）對科 學推理歷程的分類，將科學推理行為分成三個階段：有順序性的資料收集、資料 處理、假設產生與評估。在假設產生與評估階段中說明初始假設的產生有兩種可 能來源，第一種來源是根據原來的想法或既有的知識來產生假設，另一種則是累 積一些實驗證據後再從中歸納而得。當收集到的資料和學童的預測有很明顯的不 一致時，如果他們的預測基本上是猜測的時候，那麼學童會傾向根據他們的資料 做出結論，但是當預測是學童根據一些現象所做出的判斷時，他們還是會做出和 他們預測一樣的結論。亦即當資料不能明白的點出結論時，學童通常會根據他們 先前的經驗，將此種模式套用於現有的資料中(Austin, Holdin, Bell和Daniels， 1991)。學童在產生假設時會受既有知識的影響，同時在遇到與既有假設不一致 的證據時，缺乏協調假設與證據的能力。
綜上所述，推理歷程是一複雜的心裡活動，依其推理歷程的不同又可分成不 同的推理類型，本研究探討國小六年級學童對混色光實驗推理歷程中所出現的推 理類型。
第三節
第三節
第三節
第三節 推理的類型
推理的類型
推理的類型
推理的類型
張景媛、陳萩卿（2003）認為，推理思考在問題解決過程中扮演重要的角色， 不但能幫助個人從複雜問題中整理出解題規則，也協助個人評估並判斷外在資訊 間的相關性，逐漸建構有效的問題解決歷程，並將推理思考的類型分為：演繹推 理思考、類比推理思考和歸納推理思考三種。 張春興(1992)將推理方式分成演繹式推理和歸納式推理，另外還有一種不是 按照邏輯程序推理的方式稱捷徑式推理，分述如下： 一、演繹式推理 演繹式推理是以普遍承認的原則或定理定律為前提，推演到特定的事例並獲 得結論。也就是對於個別訊息，以普遍認可的原則、定律為依據，而判斷個別訊 息是否符合。其標準形式為大前提、小前提、結論組成的三段論法（syllogism）。 三段論法是由兩個前提(premise)和一個結論(conclusion)所組成，是演繹推理的 典型例子。第一句提供一道訊息或前提，描述某個事件是大集合體中的一部份； 第二句提供另一個前提，描述某事件的情況；第三句陳述的是結論，在三段論法 中，我們可以由大集合體與某事件的關係來下結論。例如:如果學校舉辦羽球比 賽，教練就會提供學校一打的羽球；學校今天舉辦羽球比賽；所以，教練會提供 學校一打的羽球。 二、歸納推理 由多個特殊事例歸結出一個概括性原則的思考過程或方式。歸納推理出的概 括性原則不一定是正確的。主要的特徵有以下四個部份：1.推理是依據多個具體事例； 2.多個事例彼此類似，類似處就是推理的主要依據，所以又稱類推論証； 3.類推論證所得結果，只是「邏輯的可能」，而不是肯定的結論； 4.類推論證中，每一個命題所包含的主要名詞都相同。 科學上很多定律、原理原則，是經歸納推理發展出來的，在科學上，歸納推 理是一種重要的推理方式。 三、捷徑式推理（heuristic reasoning） 在問題情境中，根據以往解決類似問題的經驗所累積的訣竅去推理解決問題 的方法，最大的特徵是不按邏輯程序去思考，結果未必成功。捷徑式推理是遵循 經驗法則（rule of experience）運作。 Hengan和Keller（1996）提出六種推理模式： 一、分析式推理(analytical reasoning) 分析式推理檢驗整體的組成部分以及其功能是如何結合起來的，包括個人的 假設、主張、解釋等分析。 二、類比式推理(analogical reasoning) 學習者將新知識與舊經驗進行比對，使新知識與舊經驗取得關連性，最後將 新知識與舊知識整合成有組織的知識結構，常以較多、熟悉的例子瞭解問題的結 構特徵。它的心理運作過程大致為：編碼、提取、比對及類比遷移四階段。 三、對話式推理（dialogical reasoning） 對話式推理是由不同觀點、在多元參考架構中思考。 四、推論式推理(inferential reasoning) 推論式推理則為連結兩個情況後而得到的結論。推論式思考有兩種模式：歸 納思考是由一些特定的事例或證據而得結論、通則；演繹思考則是利用普遍性原 理或前提推演至特定事例形成結論或解釋事例。
五、評價式推理(evaluative reasoning) 評價式推理則是根據外在判準來評斷論點、事例或知識主張的價值或品質。 六、統整式推理(integrative reasoning) 統整式推理是把不同的、片段的資訊或知識來源整合成一體。 周家卉(2006)將推理分為七大類型： 一、概念推理： 概念推理係指學童運用本身已有的概念進行推理，其包含了科學家概念推理 及另有概念推理。 二、邏輯推理： 邏輯推理即是指學童能夠運用邏輯方式進行推理，而此種邏輯推理通常又分 為歸納推理及演繹推理。 三、類比推理： 類比推理的類型可分表面特徵類比及結構特徵類比。表面特徵類比推理係指 學生能夠利用相似的表面性質來類比以進行推理；結構特徵類比推理係指學童能 夠利用結構上的類似來類比以進行推理。 學生若僅能進行表面特徵類比推理，常會產生錯誤的類推；當學生能進行結 構特徵類比推理時，較容易產生正向的遷移。 四、實驗技能推理： 實驗技能推理就是指學生能夠運用實驗技能進行推理。在此推理類型中可再 細分為三小項：實驗設計推理、變因控制推理以及資料解釋推理。實驗設計推理 意指學童能經由實驗的設計而推理出實驗目的與意義；或是根據實驗目的與意義 進而能夠推理且設計出可以驗證假設的實驗。變因控制推理則是指學童能夠推論 出實驗過程中所影響的變因，同時對變因進行控制來進行實驗。資料解釋推理則 是指學童擁有資料解釋的技能，並以此推論資料的意義。
五、經驗推理： 經驗推理即是指學童能夠運用過去的印象進行推理。 六、字義推理： 字義推理，即是指學童就字面意義來進行推論。 七、直觀知覺反應： 指學生根據直觀知覺進行判斷。 Driver、Leach、Millar 和Scott（1996）將學生推理的類型歸納為： 一、以現象為基礎的推理：實驗目的不在解釋和描述，而是觀察。 二、以關係為基礎的推理：從資料中形成解釋。解釋是可分等級的，是以關係形 式表式，由可觀察的實體間形成。 三、以模式為基礎的推理：理論或模式是用來評價証據的觀點，關係被認為是暫 時性的。 Tytler和Peterson（2002）比較Driver等人（1996）的研究發現：Driver等人所 分出學生推理類型中之「以關係為基礎的推理」類別，與歸納推理相似；Driver 等人的「以模式為基礎的推理」，與演繹推理相似。 綜合上述各學者對於推理的分類及經二次初探研究及在正式研究中，研究對 象在推理歷程中所表現出的推理類型，研究者將本研究之研究對象的推理類型分 為類比推理、概念推理、演繹推理、歸納推理及直覺推理五種。 一、類比推理： 將事件情境，依表面特徵或結構特徵，與既有知識或經驗進行比對。表面特 徵的類推，常因其屬性不同或受經驗影響而產生錯誤的類推；結構特徵的類推， 依據屬性或關係的對應，較易產生正確的類推。 二、概念推理 運用自己所持有概念進行推理。以另有概念進行推理，易推論出錯誤的結
論，但有時候仍會推論出正確的結論，也就是持另有概念進行推理，仍有可能會 推理出正確的結論。在本研究中，研究對象運用首次呈現的概念以進行推理即屬 概念推理。 三、演繹推理： 以普遍性原則為依據，推測事件將產生的現象。以三段論法而言，其標準形 式為大前提、小前提、結論。由普遍性原則為大前提，而事件情境為小前提，依 邏輯而陳述結論。 四、歸納推理： 由觀察許多現象，從中找到共同或相似的特徵，並能分類、整理出概括性通 則，也就是由眾多事例中，概括得到普遍性原則。 五、直覺推理 依據直觀知覺直接進行判斷，但無法清楚表達合邏輯的理由。
第四節
第四節
第四節
第四節 推理的相關研究
推理的相關研究
推理的相關研究
推理的相關研究
Overton(1987)認為小學四到六年級學生普遍並未展現出演繹推理能力，青 少年的表現較佳。Markovits(1995)調查研究發現兒童的演繹推理能力隨年齡增 加而改善。洪文東(1997)提出思考是一種目標導向的活動，分二種思考形式，一 是聯想式思考，不以現實問題為思考對象，另一種是導向式思考，以解決問題為 目的，根據已有的知識從事推論時進行的推理性思考或稱邏輯思考。張美玉和吳 玉明(1999)探討建構取向的教學中不同學習型態學生在解釋推理及問題解決能 力的學習表現。研究發現：教師讓學生有猜測和解釋的機會，有助於學生澄清科 學概念。而影響學生預測、解釋與推理能力因素有：(1)教師引導、(2)舊經驗影 響、(3)與同儕相互辯証的結果、(4)閱讀課外書、(5)個人意願、(6)分組討論。 張筱珊(2004)研究國小學童演繹邏輯推理能力，研究結果顯示不同城鄉別的學童在演繹邏輯推理表現有顯著差異、國小學童在演繹輯推理表現與數學、自然科成 績都達顯著正相關。 張秀蓁(1996)編製一份適用國小四年級至國中三年級的推理能力紙筆測 驗，並建立台灣地區常模。郭靜芳(1997)發現資優生推理思考優於普通生，男學 生推理思考優於女學生，六年級推理思考優於四年級。吳佳玲和張俊彥（2002） 發現先備知識與推理能力、推理能力與問題解決能力都有正相關。簡素真(1993) 研究知識對條件式推理的影響，結果顯示知識會影響兒童的條件式推理表現，當 推理內容是受式者熟悉、符合知識延展性時，知識對推理影響是正面的，會促進 推理的表現。Driver,Leach,Millar 和 Scott（1996）利用問題來探究學生對科學知 識的觀點，經由學生反映出的理論與判準之間的關係，獲得學生推理的表徵 （representation）有：以現象為基礎的推理、以關係為基礎的推理、以模式為基 礎的推理。Marida, Vassilis,& Vassiliki(2005)學生在以資訊融入教學中，探索植物 生長時的具體推理觀點，研究發現，學生在推理的過程可以分成：收斂式 (convergent)、序列式(serial)、連結式(linked)、和附加聚集式(convergent attached)。 黃幸美(1995)探討兒童在數學問題上的類比推理思考，研究發現：問題特徵 會影響兒童的推理解題表現，兒童類比推理能力發展隨年齡有顯著差異。涂金堂 (2001)認為類比推理是獲取新知識的一種重要學習方法，透過類比推理的學習方 式，學習者將新知識與舊經驗進行比對的工作，從而獲得新知識與舊經驗的關連 性，最後將新知識與舊知識統整成為有組織的知識結構。劉春纓(2003)發現國小 高年級學童不因年級、性別不同而在類比推理能力表現有差異；不同鄉別學童在 推理能力上有顯著差異；數學、國語和自然科學業成就在類比推理能力上具有顯 著的預測能力，學業成就愈高，類比推理能力愈好。 陳素玲(2002)研究發現發現課本引用不當或文字敘述不清時，這些都容易造
成學生錯誤推理。國小自然課本中『地球環境』與『物質與能』概念主題較『生 命現象』需要較多數學概念助其具體化，將概念具體化後才能方便後續的思考與 推理活動。Tytler和Peterson（2002）指出國小低年級對科學推理的特徵如下：一、 學生探究的本質：有些學生沒有系統性觀察或比較，有些則是提出與某些想法、 理論相關的推論，甚至進一步驗證假設。二、探究過程的程度：有些學生只是單 純描述現象，有些會確認資料並且發覺原理，進而解釋一般通則。三、概念衝突 時：學生以多元觀點來解釋個別現象，但卻非一致性的解釋，未察覺異常現象， 有些則會改變觀念，產生合適的解釋，確認異常現象的存在。周家卉(2006)探討 國小學童在面對科學探究時，所運用的推理類型。研究發現國小學童科學推理類 型分為概念推理、邏輯推理、類比推理、實驗技能推理、經驗推理、字義推理及 直觀知覺反應等七類。最常使用的是概念推理；其次為實驗技能推理；第三則是 經驗推理；而邏輯推理、直觀知覺反應則同為第四順位；再者則為類比推理；最 少的則為字義推理。姚志宗(2006)以POE策略探究六年級學生在「月相類比模型」 中使用的推理技巧、概念改變以及概念發展的歷程。發現實驗中當學童進行預測 時，傾向於使用演繹和類比推理；當學童進行觀察和解釋時傾向於使用歸納推 理，而且發現：一、學童歸納出非科學概念；二、類比推理能做出正確預測，但 未必產生概念改變；三、演繹是在驗證暫時性理論。 基於上述對於推理的相關研究可知，國小六年級學童對於不同主題進行推理 會出現不完全相同的推理類型，本研究欲探討國小六年級學童對混色光推理歷程 所出現的推理類型。
![表 3-6-1 原始資料編碼對照表 資料代碼 意義 S07E1I 7號學生在模組一解釋活動中的晤談資料 S21P2R 21號學生在模組二預測活動中所填寫的POE活動單資料 ( ) 說明當時對象的語氣、表情、動作 ⋯ ⋯ 等等 [ ] 研究者對當時情形的補充 … 表省略 二二二 二、、、 、資料分析方式資料分析方式資料分析方式 資料分析方式 本研究目的在於探究學生對混色光實驗的推理歷程及其概念，將活動過程中 研究對象產生的資料加以分析、整理及詮釋進而呈現發現結果，而發現的結果要](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/9libinfo/7470424.112183/63.918.150.730.149.409/⋯⋯等等研究對當時情形的補充表省略本研究目將活程中研究.webp)
