吳文龍 陳永祥 黃萬居 71 物理教育學刊
2008, 第九卷第一期, 1-16
Chinese Physics Education 2008, 9(1), 1-16
物理教育學刊
2011, 第十二卷第一期, 25-46
Chinese Physics Education 2011, 12(1), 25-46
單車休閒參與度對國小學童簡單機械學習動機
與概念成就之相關性
吳文龍1 陳永祥2 黃萬居3 1國立臺灣師範大學 科學教育研究所 2台北市信義區福德國民小學 3台北市立教育大學 自然科學系 （投稿日期：民國 99 年 09 月 30 日，修訂日期：100 年 04 月 06 日，接受日期：100 年 06 月 02 日） 摘要：本研究旨在探討單車休閒參與度對五年級學童簡單機械學習動機與概念成 就之影響，並瞭解學童對簡單機械的迷思概念與來源。以問卷及訪談方式調查台 北市某國小五年級 207 名學童。研究工具有單車休閒參與度問卷、簡單機械學習 動機量表、簡單機械概念兩階層測驗及簡單機械半結構式問卷等。採因果比較研 究法分析各問卷變項之相關性，並輔以質性晤談資料；學童單車休閒參與度問卷 得分，分性別進行排序，以避免極端分數造成高低參與組之分組結果，並以排序 之中位數作為高、低參與度組之分界，簡單機械學習動機量表與簡單機械二階層 測驗問卷收回後，逐題分析，再以描述性統計、獨立樣本 t 檢定及單因子變異數 分析法來分析各組學童對簡單機械的概念成就狀況。晤談全程使用錄音機錄下與 學童的對話，晤談資料先進行編碼，以逐字稿方式呈現學童的晤談結果。研究發 現單車休閒參與度高的學童對簡單機械具有較佳的學習動機及概念成就；學童常 見之簡單機械迷思概念主要為單車握把與行進時之平衡、前齒盤與後齒盤的旋轉 方向及頻率、施力與速度之轉換效能及單車移動的機械原理等十大項，而迷思概 念來源主要為感官印象、日常用語、不當的推論及家人的影響四個因素。 關鍵詞：迷思概念、單車休閒參與度、概念成就、學習動機、簡單機械壹、前言
近年來節能省碳的環境保護意識受各界 重視，加上民眾對休閒運動的需求，單車休 閒已在世界各國成為普遍全民運動。在臺灣 各地方政府致力修建單車專用道，並改善整 體單車休閒的友善環境，不僅提升民眾從事 單車休閒的意願，更使騎單車成為國小學童 喜愛運動的前三名(教育部，2006a)。單車本身就是簡單機械最好的實務樣本，隨單車技 術的進步，許多複雜的齒輪組合會產生省力 或加速的結果，也成為學童最常接觸到的機 械裝置。 國民中小學九年一貫中的自然與生活科 技領域強調以學童為主體的學習活動，以生 活為重心，因此教材內容多取自學童日常 生，例如南一版教科書第八冊第一單元即以 單車作為簡單機械課程主軸（南一書局， 2008）。但學童自個人生活經驗所建立的科 學概念，往往與專家概念不相符(Helm & Novak, 1983)，這些自我建立的科學概念多屬 迷思概念，不僅影響學童科學知識的學習， 也影響學童對科學概念的後續解釋及理解 (Chang et al., 2007)。因此，研究學童如何發 展科學概念，有其重要性及意義性存在(黃萬 居，1996)。本研究的主題為簡單機械，其內 容與日常生活有相當大的關係，可以進一步 瞭解學生生活經驗與課堂學習之間的關連 性。 Lehrer 與 Schauble (1998)發現，透過直 接觀察齒輪構造，學童能瞭解多數齒輪概 念，但卻不易理解齒輪組相關概念；所以， 如何鼓勵學童超越自身騎乘單車的感受及保 養的經驗，而進一步觀察單車齒輪上力的傳 動並解釋概念，將是教育與實務間的一大挑 戰。Keller (1983)指出吸引起學童注意力為學 習的第一向度，因此本研究透過探討學童對 單車騎乘的參與度，瞭解齒輪傳動概念的學 習，且是否能有助後續簡單機械的學習。 當前國內自然與生活科技教材中，簡單 機械單元並無單車騎乘的實驗課程；再參考 國內外針對國小學童的相關研究，發現各別 研 究 單 車 休 閒 (Davison ＆ Lawson, 2006; Stone & Gosling, 2008)及簡單機械(Lehrer & Schauble, 1998; Lienhard, 2003; Chambers, Carbonaro & Murray, 2008；施能木，2009)
的文獻眾多，但對於兩者的相關性卻無深入 的研究與探討。根據研究者任教自然科的經 驗，發現國小學童學習簡單機械時多有困 惑，特別是單車齒輪傳動的概念；也發現部 份學童會以自身騎乘單車的經驗進行思考並 回答問題。因此本研究將探討不同單車休閒 參與度之國小五年級學童，對簡單機械學習 動機與概念成就之差異性，及學童對簡單機 械的迷思概念及其來源。茲將本研究之研究 問題羅列於下： (一)單車休閒參與度對國小學童簡單機械學 習動機之相關性為何? (二)單車休閒參與度對國小學童簡單機械概 念成就之相關性為何? (三)國小學童簡單機械的迷思概念及來源為 何?
貳、文獻探討
一、學童單車休閒活動與參與度
休閒活動種類繁多，不同學者採取不同 方式分類。研究者參考陳彰儀（1985）及羅 明訓(1999)認為單車休閒活動可歸類為運動 型休閒活動，亦能歸類於娛樂性、知識性休 閒活動。可知單車活動為結合多種面向的休 閒活動，不僅僅是娛樂休閒而已，更包含了 有關簡單機械的原理在其中。 從 事 休 閒 活 動 能 達 到 多 項 目 標 ， 如 Neulinger(1981)指出八至十二歲的學童正嘗 試建立與同儕的依賴關係，在休閒歷程中能 學習相處之道，且 Mundy & Odum (1979)也 指出教育者能經由休閒活動教育學習者，可 知休閒活動應用於教學上時能發揮兼具趣味 與知識性的雙重功能。休閒態度為個人對休閒活動所持有的看 法、情感與行動的傾向，個人參與休閒的行
為大抵可視為休閒態度的外在表現，故瞭解 個人休閒態度有助於明瞭個人可能採取的休 閒行為(林東泰，1994)。部分研究在學童休 閒態度方面有相似結論，例如父母的休閒教 養影響學童休閒參與度及休閒態度，則學童 休閒態度越積極、正面；參與休閒的程度越 高，除了某些休閒類別受社經地位影響，學 童的休閒態度並無顯著差異(蔡素琴，1997； 蔡志明，2003)。本研究所指的單車休閒參與 度包含參與次數的多寡及持續時間的長短， 並且配合學童的單車休閒背景，如單車擁有 與否及是否騎乘變速車。據此，本研究期望 透過休閒參與度的資料收集，進而瞭解對於 學生學習動機及概念成就的影響。
二、ARCS 學習動機模式
學習時產生的動機為學習動機，動機會 產生一種驅動學習的力量，並維持學習活動 的進行，最終目標為達成教學者所設定的內 在心理歷程(張春興，1996)。McCombs(2000) 認為學習動機的增強有助於提升學習成效， 故教師應引導學童提高內在學習動機，也能 透過外在誘因鼓勵學童學習。Keller(1983)將 學習動機分為四大向度：注意(Attention)、關 聯性(Relevance)、信心(Confidence)和滿足感 (Satisfaction)，即 ARCS 學習動機模式，此模 式乃將激勵學童學習的相關動機進行系統化 討論，並整合相關理論而發展出來。ARCS 學習動機模式的流程為：先「吸引個人對單 一事物的注意和興趣」，之後察覺「個人與此 事物的關聯性」，接著激勵「個人對處理事物 的能力與信心」，最後個人得到「完成工作的 滿足感及成就感」(李文瑞，1990)。除了 ARCS 所提供的教學策略外，尚須使用創意且能啟 發思考的教學設計，讓學習者不單只是停留 在感官需求的外在動機，而能進一步產生知識追求的內在動機，增進學習(Keller & Koop, 1987)。
三、迷思概念及其測量
科學概念是人類觀察自然事物後所做象 徵性的描述，它沒有真或假、對或錯，只有 適宜或不適宜而己(魏明通，1997)。在建構主 義的潮流下(Kintsch, 2009)，學習者的角色已 從被動的接受者變為主動的建構者，因此 Reif(1987)指出具有科學素養的人，能確實選 擇適宜的科學概念應用於他所處的任何環境 中。學童學習科學概念有其困難，是因為學 童無法將生活與學習所得的概念進行有效的 轉換，且學童對於生活的問題會企圖用自身 經 驗 去 理 解 ， 此 過 程 會 造 成 自 發 的 概 念 (Bendall, Goldberg, & Ggalili, 1993)。研究者 認為本研究中學童的迷思概念多來自於日常 生活經驗，在個人的知識建構歷程中，透過 個人的感官印象及日常使用語等而產生。 上課前，學童會有一些源於日常生活的 設想，這些事先的設想可能是迷思概念。它 們會影響學童的知覺，也影響學童如何獲得 科學知識，以及學童如何進一步解釋與理解 科 學 概 念 (Chang et al., 2007) 。 Novak 與 Gowin(1984)整理過去二十年與學童迷思概 念有關的科學研究文獻指出，許多研究認定 迷思概念源於個人生活經驗，並受到觀察、 領悟、同儕、語言、教師的解釋和教材等影 響。發現迷思概念的來源，要透過學童心智 運作最後的內在解讀，才能呈現結果，且其 中受外在環境的人事物及教學現場跟教師的 互動等因素影響。 有多種方式可應用於診斷學童迷思概 念，最廣泛運用的是晤談，其次則是紙筆測 驗，其他尚有概念圖、維恩圖、二階層測驗 等。晤談能讓學童的迷思概念更清楚呈現，卻也有費時費力的缺點。研究樣本眾多時， 研究者採用可量化的紙筆測驗，不僅有效節 省時間，且可利用統計方法分析學童存在的 迷思概念，以達到總結性的評量 (Treagust, 1995；林靜雯，2008；張惠博，1999)。 Treagust(1995)利用二階層的選擇題，診 斷學童對於特定領域科學概念之理解；題目 的第一部份與內容有關，第二部分則屬於推 理，即作答的理由。二階層測驗問卷的優點 (Chang et al., 2007)有：1.量的研究適合全國 性的調查，2.在有限課堂時間可應用的測 試，3.問卷置入插圖可提高學童閱讀理能 力，4.問卷結果可協助科學教師診斷學童對 科學概念的理解。缺點為：1.學童將測驗視 為考試，以考試技巧在選項中尋找較正確或 符合邏輯的答案，而無法診斷出學童原有的 概念想法，2.可能發生學童態度不認真而隨 意亂答，3.作答時受限於題目所提供的選 項，學童無法依照自己的想法回答。 二 階 層 測 驗 的 發 展 步 驟 (Treagust & Haslam, 1987)分為三個階段，共有十步驟。 第一階段定義所探討的內容，步驟有：1.對 於命題知識的敘述之辨識；2.發展概念圖； 3.把命題知識與概念圖關聯起來；4.建立內容 的效度。第二階段開始收集學童的迷思概 念，執行步驟為：5.收集有關的文獻；6.對學 童進行無結構的晤談；7.發展能自由反應的 選擇題；第三階段發展二階層測驗，執行最 後步驟：8.發展二階層的診斷測驗；9.設計檢 查表；10.持續精練。
四、國內外學童單車休閒與簡單機械概
念的研究
隨著休閒對身心健康的重要性越發明 顯，以及節能減碳概念的普及，單車休閒的 相關研究，近年持續增加。教育部(2006a)的 調查，發現單車一直為國小學童運動選擇的 前三名，僅 5.8％的國小學童不會騎單車；此 項技能多來自於家庭，且學童多於假日從事 此休閒。有鑑於此，教育部(2006b)出版「國 民中小學自行車教學手冊」，教導學童正確自 行車騎乘觀念，並呼應世界各國提倡的節能 減碳，進而減緩全球暖化現象。藉著推動「國 民中小學自行車推廣教育」，讓學童實際參與 騎乘的身體活動，享受運動樂趣。單車休閒 不僅止於國內的熱潮，英國倫敦地區也對成 人 及 兒 童 從 事 單 車 休 閒 的 態 度 進 行 研 究 (Stone & Gosling, 2008)，發現騎單車是該區 兒童排名第二吸引力的活動，七成多的八到 十歲兒童考慮未來進行更多的單車休閒，出 發點是提高體能並幫助環境，多數兒童認為 相較於 2007 年他們的騎乘次數是增加的。 簡單機械概念長久下來就是中外國小教 材重視的概念之一，國內外針對學童如何有 效學習簡單機械概念更有許多的研究以及眾 多文獻可作為參考依據。Lienhard(2003)描述 Piaget 針對四至九歲的孩童所進行的單車認 知晤談研究，結果發現：1.部分四歲孩童試 圖去解釋，不過很快的就放棄，認為單車要 當作一個整體看待。2.當孩童接近六歲後， 他們開始提到一些部位卻尚無順序因果可 言。3.當孩童接近八歲時，開始有了因果順 序的觀念，不過在瞭解順序上還是有些問題 發生，如腳踩踏板、驅動鏈條、帶動車輪等 等。並且無法理解轉動把手如何帶動單車。 4.直到他們接近九歲之後大多數的孩童可以 從記憶中描述單車，並且能解釋單車部分零 件的工作。5.孩童的概念表現可以成為一個 研究的方向，因為對所有人而言，生活中有 太多的機械是我們所不明白的。面對未知機 械時，如何瞭解機件的運作，這之間因果順 序的研判，是值得關注的。 簡單機械可分成槓桿、輪軸與齒輪組，高年級學童對於槓桿有一定的概念，陳義勳 (1996)研究指出有 70%的高年級學童具有槓 桿 原 理 之 概 念 。 Bartolini, Boni, Ferri 與 Garuti(1999)研究國小四年級學童對齒輪的 看法，結果指出對早期的兒童而言，齒輪是 生活經驗的一部份，並且藉由日常的經驗（如 齒輪）有助於數學思維發展理論的具體運 用。而 Chambers, Carbonaro 與 Murray (2008) 所得出的結果也深具指標，學童對於簡單機 械概念的學習出現困難，而大部分學童無法 流暢地解釋簡單機械，此外學童自身的體驗 並不足以讓學童領悟交通工具的齒輪在速度 跟力量有怎樣的關係，也因此學童發展概念 時親自參與實驗是重要的。許多研究也舉單 車為例，如陳義勳(1996)針對五年級學童指 出約 35%樣本學童沒有簡單機械省時必費力 和費時必省力的概念。
五、自行車（含附屬零件）保養維修與試
車
教育部(2006b)在「國民中小學自行車教 學手冊」針對學童該學習的保養技巧有著數 項的說明。如在「定期檢查與維修」項目指 出除騎乘前做安全檢查外，平時仍須實施定 期檢查與維修工作。當在檢查過程中發現固 定螺絲，零組件有異常磨損、生鏽時，應依 規定加以鎖緊，更換新品或進行除鏽。另轉 動部分組件，應給予潤滑劑潤滑，以維持原 有性能延長使用壽命，並能確保騎乘安全。 自行車定期檢查、維修與潤滑作業方法教學 內容如下：（1）自行車定期檢查項目與檢查 重點。（2）更換煞車塊及調整煞車線鬆緊度 及煞車塊間隙。（3）各轉動零組件的潤滑。 在「自行車故障排除與維修概念」的項 目指出騎乘自行車中，突然發生故障時，必 須確定排除故障，才可以繼續騎乘。另外在 實施定期檢查、維修與潤滑過程中，發現故 障狀況時，也應予以修護。但要注意，自行 車構造雖然很簡單，但卻有些部分還是需要 專業技術人員施工。否則不僅是無法回復原 性能，尚可能導致發生危險。自行車故障排 除與維修概念教學內容如下：（1）螺絲、螺 帽：自行車的結構自行車骨架應維持完整。 （2）自行車主要組件的故障：自行車骨架、 前叉、踏板、曲軸及曲軸心軸、鏈條齒盤、 煞車握把、煞車線、煞車塊、車輪鋼圈、鋼 絲幅條、輪胎等。六、九年一貫課程中與簡單機械相關的
能力指標與教材內容
九年一貫課程綱要旨在透過學校教育提供學 生適當的教學教材及學習情境，進而讓教學 活動有效進行，以促進學生學習，增進知識 及具備處理問題的能力。其中能力目標「科 學認知」為科學概念習得部分，更與教材內 容極為相關。而簡單機械相關能力指標指 出，學生需能觀察力的作用與傳動，並進一 步藉簡單機械中槓桿、皮帶、齒輪傳動的交 互認識，列舉簡單機械的生活運用。教材內 容要項部分分為四大課題，再以主題、次主 題及細分教材內容細目，其中與簡單機械相 關的內容，簡單機械相關課程主要在高年級 進行教學，「運動與力」方面細目有察覺力的 作用、槓桿原理及摩擦力等內容；「機械應用」 有簡單機械及其傳動等內容(教育部，2008)。參、研究方法
一、研究設計
本研究為因果比較研究法，主要以量的 方法進行研究。以單車休閒參與度問卷填答 狀況將受試者分成高、低參與度兩組；再採用簡單機械學習動機量表、簡單機械概念二 階層測驗，探討國小五年級學童對簡單機械 概念的學習動機及概念成就情形；最後以半 結構式問卷探討國小學童迷思概念及概念來 源。
二、研究對象
本研究採方便取樣，以研究者之一任教 之台北市都會型國小作為主要的研究場域。 Lehrer 與 Schauble(1998)指出五年級學童開 始產生齒輪相互運轉的概念，且根據陳義勳 (1996)提出五年級學童中有 70％具有槓桿原 理概念。而在教學安排方面，四年級上學期 已有單車相關的單元，並且對於運輸工具的 構造與功能有相當的介紹。簡單機械的主要 教學時間為六年級上學期，故研究對象選擇 正式教學前的五年級學童為主。依據校輔導 資料及導師建議，排除部分特殊學童後共有 八個班級 207 人。三、研究工具
（ㄧ）單車休閒參與度問卷 研究者參考教育部(2006a)「各級學校學 童運動參與情形調查問卷」，針對國小學童編 製「單車休閒參與度問卷」。第一部份問卷為 學童是否會騎乘單車、所騎單車的擁有者與 單車類型；第二部份進行 10 題的問卷，題目 包含上課時間/寒、暑假的騎乘天數與時間、 相關期望及喜愛程度等，作為學童參與度的 指標。本問卷由一名體育教育博士候選人及 兩位現任之國小體育教育進行專定效度，經 預試後得到 Cronbach α 值.843，具有適當信 度。 （二）簡單機械學習動機量表 此工具參考徐瑜敏(2007)「自然與生活科技 領域學習動機向量表」之架構，該研究與本 研究取向相同，皆為自然科學相關且研究對 象為台北縣市國小中高年，並且該研究結果 指出該量表經兩名科學教育專長之教授審查 修訂，並由五名科學教育背景國小教師對內 容 及 描 述 進 行 修 訂 問 卷 ， 問 卷 預 試 得 到 Cronbach α值.862，具有適當信度。研究者將 主題替換為單車並修改部份試題語意及答題 順序，其他試題同原量表。問卷內容分為四 大分項(Keller, 1983; 徐瑜敏，2007)，各題號 所對應分項如表1： 注意分項包含引起注意及好奇心，相關 分項包含是否有用及是否有興趣，信心分項 包含成績獲得與知識學習，滿足分項喜歡度 及學習後的感受，反向題除作為該分項之題 目外，另作為檢核學童認真作答的信度。 表 1：簡單機械學習動機量表各題號所對應分項 分項 正題號 反向題 注意（Attention） 4、5 相關（Relevance） 1、8 10 信心（Confidence） 2、3 7 滿足（Satisfaction） 6、9（三）簡單機械概念二階層測驗 本測驗為研究者依國小簡單機械課程內 容、相關文獻及請益專家後自行編製。研究 者分析比較各版本簡單機械教材內容，將其 概念分為「槓桿」、「輪軸」、「齒輪組」、「摩 擦力」與「保養」五個向度。問卷採二階層 設計，第一層為現象理解而第二層為原因。 二階層測驗優點為方便大量施測且能收集學 生答題之原因，為方便數據的統計分為兩層 給分，兩層均答對者可得四分；第一層現象 理解答對而第二層原因答錯，因對題目內容 理解但無法確切瞭解原因則得二分；若第一 層現象理解即答錯則該題不予計分。因考量 總題數為 23 題，每題 4 分則最高分為 92 分， 數值接近百分分數，方便日後換算。 表 2：簡單機械概念二階層測驗命題雙向細目表 主概念 次概念 命題陳述 題號 同力臂時所掛重物越重者，越會向其傾斜。 2 力×力臂得到力矩，槓桿的平衡受力矩影響。 1、5 槓桿 人騎單車的重心受斜坡影響。 3、4 輪軸兩者固定在一起，並且同步轉動。 6 單車齒盤為輪軸的一種，齒的大小是一樣的。 7 輪軸 以輪帶軸為省力，以軸帶輪為費力。 8、9 兩個分開的齒輪可用鏈條完成力的傳動，並且齒輪轉動方向一樣。 10、11 以鏈條帶動的兩個齒輪，大齒輪轉動一個齒，小齒輪也轉動一個 齒。 12 齒輪組 透過齒輪組中齒輪大小的搭配，造成單車腳踩一圈，後輪轉好幾 圈，費力省時的情形。 13 摩擦力會造成物體的磨損。 14 摩擦力的大小與接觸面的性質有關。 15、18 斜面上靜止的物體也受摩擦力影響。 16 摩擦力 固體與固體間相對運動時，兩者間機油、水等物質，可使接觸面 凹凸填平，減少摩擦。 17 機件擦拭潤滑有助於機械正常運作。 19 潤滑油不能加在煞車塊，會造成危險。 20 部分機件較脆弱需受到保護。 21 簡 單 機 械 概 念 保養 單車輪胎分內外胎，適度的胎壓有助於騎乘。 22、23
問卷經專家效化，並經預試及訪問受試 者建立表面效度；問卷預試並刪除試題 10 與 14 得到 KR20值為.723，具有適當的信度， 試題刪除後不列入簡單機械測驗之比較，僅 以第二階答題結果收集學生對簡單機械的概 念。命題陳述與雙向細目表如表 2。 （四）簡單機械半結構式問卷 研究者於簡單機械概念二階層測驗正式 施測後，依據學童答題狀況設計晤談的半結 構式問卷。問卷設計參考相關文獻並採用學 童語言及預期學童答題反應，以深入瞭解學 童的迷思概念及來源，作為研究輔佐資料。
四、研究程序
研究進行時，先以單車休閒參與度問卷 對 207 名學童施測，以進行分組。之後進行 學習動機量表與二階層測驗的紙筆測驗，以 瞭解本次研究主題單車休閒與學童簡單機械 概念的關係。最後則由研究者進行個別晤 談。晤談對象依測驗結果採分層隨機抽樣， 因此簡單機械二階層測驗得分高分組隨機選 取 2 人，因簡單機械二階層測驗低分組學生 對於機械解釋無法提供有效的回應，改選取 得分中間組 2 人；另為顧及特殊表現學童的 概念，隨機選取單車休閒參與度高得分(40 分以上)與低得分(不會騎單車者)各 1 人，再 由自然科教師選擇具特別的迷思概念學童 2 人，合計 8 人。研究者之一自四年級起即擔 任此 8 名學童的教師，為降低學生晤談時的 壓力研究者以日常生活的騎車經驗開始，再 導入正式的晤談內容，晤談全程使用錄音機 錄下與學童的對話。五、資料蒐集與分析
本研究蒐集的資料有問卷資料與晤談資 料。 （ㄧ）問卷資料分析 就學童單車休閒參與度問卷得分，分性 別進行排序，為避免極端分數造成高低參與 組之分組結果(余民寧，2005)，本研究以排 序之中位數作為分界，排序高於中位數則為 高參與度組，反之則為低參與度組。再將簡 單機械學習動機量表與簡單機械二階層測驗 得分進行各組統計分析。問卷收回後逐題分 析，依不同參與度整理各組學童的想法與概 念成就；再以描述性統計、獨立樣本t檢定及 單因子變異數分析法來分析各組學童對簡單 機械的概念成就狀況。 （二）晤談資料分析 研 究 者 將 晤 談 資 料 進 行 編 碼 ， 例 如 「H2M」，第一碼H代表高參與度組(L代表低 參與度組)，第二碼2代表流水號為第二位學 童，第三碼M代表男性。晤談錄音以逐字稿 方式呈現學童的晤談結果，將逐字稿內容依 次概念：槓桿、輪軸、齒輪組、摩擦力及保 養作分類，以利後續摘錄重要內容於結果與 討論中呈現。肆、結果與討論
根據研究目的，本節將依序說明研究的 結果並進行討論，將各小節分述於下：
一、單車休閒參與度高低對國小學童簡
單機械學習動機之影響
本研究未使用平均分數劃分單車休閒參 與度問卷結果，主要為避免極端分數影響分 組(余民寧，2005)之結果，因此改以中位數 作為分組依據。以「單車休閒參與度問卷」 之分數男女分別進行遞減排序找出中位數 (男童為 29 分，女童為 28 分)後，以中位數 為標準分為高參與度組(107 人)與低參與度組(100 人)。 簡單機械學習動機量表全體學童平均得 分為42.78分，標準差為6.72，滿分50分者27 人(13.0％)，40分以上159人(76.8％)，可見多 數學童對於簡單機械具有高度的學習意願； 低於30分者14人(6.8％)，其中13人屬於低參 與度組。 學習動機量表之總得分，高參與度組平 均數為45.21分(SD = 4.47)，顯著高於低參與 度組的40.19分(SD = 7.88)(p<.001)，可見參與 度高低可能影響學童的簡單機械學習動機。 再進一步探討兩組在學習動機向度及各題得 分的t考驗，發現在引起注意(A)、切身相關 (R)、建立信心(C)及感到滿足(S)四個向度平 均得分上，高參與度組皆顯著高於低參與度 組(p<.001)，可見在四個向度上，參與度的高 低均影響學童簡單機械的學習動機，詳見表 3： 在學習動機量表各題得分方面，高參與 度組皆顯著高於低參與度組(p＜.05)，且在多 數題目中達到.01或.001的顯著水準，可見參 與度的高、低對學童簡單機械學習動機具有 高度的相關性。依ARCS學習動機論點，高 參與度組對單車休閒的高度興趣，能引起學 童注意與單車有關的簡單機械課程，而且高 參與度組受日常多從事單車休閒的影響，對 於單車有一定程度的熟悉及切身相關的體 驗，因而在尚未接觸簡單機械相關課程前即 具備預期成功的信心，期望在未來的學習活 動中獲得滿足感。
二、單車休閒參與度高低對國小學童簡
單機械概念成就之影響
（一）簡單機械概念總得分及各向度之分析 結果 高參與度組於二階層測驗總得分之平均 數為51.98分(SD = 12.40)，高於低參與度組的 48.84分(SD = 12.44)，但未達顯著差異，僅在 齒輪組向度呈現顯著差異(p<.05)，詳見表4。 本研究之研究對象為未接受正式簡單機械教 學的五年級學生，因此學生作答的主要根據 先前的單車經驗，因此未能出現顯著的相關 性。但在齒輪組向度仍出現顯著的差異，推 測可能是高參與度組學童騎乘單車時間較長 且次數較頻繁，有更多機會在從事單車休閒 活動時注意到單車的齒輪組運轉變化。 表3：高/低參與度組在學習動機量表四向度得分之t考驗 組別 人數 平均數 標準差 t 值 向度(A) 高參與度組 低參與度組 107 100 8.71 7.41 1.55 2.63 4.35 向度(R) 高參與度組 低參與度組 107 100 13.66 12.05 1.76 2.51 5.37 向度(C) 高參與度組 低參與度組 107 100 13.72 12.05 1.62 2.29 4.25 向度(S) 高參與度組 低參與度組 107 100 9.14 8.17 1.23 2.31 3.82 p＜.001研究者進一步以學童之背景進行分析， 以有/無變速車進行相關性比較發現變速車 組於二階層測驗之總得分平均數為52.83分 (SD = 12.23)，顯著高於非變速車組的47.45 分(SD = 11.98)，並在輪軸、摩擦力及保養向 度上達到顯著差異，詳見表5。有/無變速車 與輪軸概念成就具有相關性，而在學生的晤 談中亦發現具變速車的學童會針對多層的單 表 4：總得分及各向度得分 高/低參與度組的二階層測驗 t 考驗 組別 人數 平均數 標準差 t 值 總分 高參與度組 低參與度組 107 100 51.98 48.84 12.40 12.22 1.83 向度一 （槓桿） 高參與度組 低參與度組 107 100 11.73 11.86 4.26 4.28 -0.20 向度二 （輪軸） 高參與度組 低參與度組 107 100 5.81 5.34 3.42 3.36 1.00 向度三 （齒輪組） 高參與度組 低參與度組 107 100 6.82 5.70 3.31 2.98 2.55 向度四 （摩擦力） 高參與度組 低參與度組 107 100 15.08 14.46 3.70 4.39 1.10 向度五 （保養） 高參與度組 低參與度組 107 100 12.56 11.56 4.15 4.40 1.68 p＜.05 表5：總得分及各向度得分 是否騎乘變速車兩組的兩階段測驗t考驗 組別 人數 平均數 標準差 t 值 變速車 116 52.82 12.23 總分 非變速車 91 47.45 11.98 3.16 變速車 116 11.94 4.06 向度一 （槓桿） 非變速車 91 11.60 4.52 .57 變速車 116 6.08 3.38 向度二 （輪軸） 非變速車 91 4.94 3.32 2.42 * 變速車 116 6.62 3.21 向度三 （齒輪組） 非變速車 91 5.84 3.15 1.73 變速車 116 15.31 3.78 向度四 （摩擦力） 非變速車 91 14.10 4.30 2.13 變速車 116 12.86 4.17 向度五 （保養） 非變速車 91 11.07 4.26 3.02 p＜.05 p＜.01
車齒盤進行描述，變速單車本身的設計較一 般單速的單車複雜，其中最大的差別就是在 變速的裝置上，變速車所具有的多層單車齒 盤本身就是一種輪軸，而且前後齒盤的配合 有相當多複雜的配速組合，因此造成學童對 於輪軸的概念有較深入的瞭解。而在摩擦力 及保養方面，研究者根據保養的晤談中發現 學童多由家人指導單車的知識與保養，推論 可能因為變速車單價較高且結構較為複雜， 因此擁有變速車的學童會有更多機會進行保 養進而認識變速車的機械組合。 （二）逐題分析結果 於逐題分析結果時，高、低參與度之學 童在二階層測驗作答得分的t考驗，發現第 7、13、17題之第一層和第10題之第一、二層 達顯著差異（p<.05），分述如下： 第7題：如圖1是變速單車的後齒盤，如果一 個齒輪尖端稱為一齒的話，請問哪一個齒輪 的齒數最多？ 高參與度組第一層得分顯著高於低參與 度組（p＜.05），可見高參與度的學童比低參 與度者較具有單車齒盤為輪軸的一種，齒的 大小是一樣的概念。 第10題：當單車向前踩動時，請問前後 齒輪轉動方向是否一樣？ 高參與度組第一、二層得分，均顯著高 於低參與度組（p＜.05），可見高參與度的學 童比低參與度者較能瞭解單車踩踏時，前後 齒輪轉動方向一樣的原因。推測此結果跟高 參與度的學童較常騎單車有關，透過較長時 間與距離的騎乘而有更多的機會觀察到單車 的齒輪組運作。 第13題：機械的運用中能節省時間就須 多費力氣，而能節省力氣就須多費時間，請 問單車是屬於哪一類的交通工具？ 高參與度組第一層得分顯著高於低參與 度組（p＜.05），可見高參與度的學童比低參 與度者較能指出單車為省時費力的工具，不 過根據第一、二層答題結果可瞭解到高參與 度組亦不太能瞭解省時費力的真正理由。 第 17 題：如果地面上有油漬，然後騎過 去會容易發生怎樣的狀況？ 高參與度組第一層之得分，顯著高於低參與 度組（p＜.05）；可見高參與度的學童比低參 與度者較具有油漬容易讓輪胎打滑的觀念， 推測原因為高參與度的學童較常從事單車休 閒，因此有更多的機會遭遇地面有油漬的情 形。
三、簡單機械的迷思概念及來源
（一）簡單機械的迷思概念 根據簡單機械二階層測驗的分析結果， 研究者將學童的作答類型進行統計，以答錯A.大齒輪
B.小齒輪
C.一樣多
圖 1：變速單車的後齒盤20％以上的迷思概念或晤談中常出現的概念 類型作為標準，共歸納出十個基本類型，並 配合晤談的質性資料作輔助明，將結果詳細 說明如下： 1. 次概念-槓桿：單車握把左邊掛重物時， 認為右手要向上出力才會平衡 此項為瞭解學童對槓桿平衡的概念。晤 談中八位學童皆不清楚「槓桿原理」名詞的 意涵，但舉翹翹板為例後，七位學童(H1M、 H2F、H3F、L1F、L2M、L3M、L4M)能說出 單車的握把或踏板的地方有用到槓桿原理。 在二階層測驗的結果方面，有 41.1％的學童 答題正確，但 21.7％的學童雖知道右手要出 力，卻缺乏施力的方向概念，此結果符合 Siegler (1976)所提出的當有兩個力以上作用 在槓桿時，學童就會容易產生迷思的情況。 2. 次概念-槓桿：三輪車正常速度下比剛起 步平穩，且騎快或騎慢都很穩定 此項為瞭解對正常行進的兩輪腳踏車會 比起步穩定的概念。但學童常認為不論在任 何情況下三輪車都會較兩輪車穩定，但實際 上行進時兩輪車會比剛起步穩定，且在一定 速率後會較三輪車穩定，主要因為行進中的 三輪車會因方向稍有偏轉而產生力矩而翻 轉。此概念僅 16.9％的學童答題正確，高達 73.4％的學童第一層即認為三輪車相對兩輪 車在正常速度下會比剛起步的時候更穩定， 由第二層原因可看出 44.0％的學童認為支撐 點越多越平衡，所以單車的輪子越多越穩 定，原因可能為學童並未察覺比剛起步時平 穩的意義。 3. 次概念-輪軸：固定的輪軸轉動時輪會讓 軸多轉幾圈，或輪跟軸以相反方向轉動 此項為瞭解學童對輪軸兩者固定在一起 並且同步轉動的概念。但學生認為即使是相 連的情況下，大齒輪力量大能讓小齒輪多轉 幾圈，另外還有部份學生認為在固定的輪跟 軸上會以相反方向進行轉動。晤談中雖然學 童不能直接說明輪軸的意涵，但經說明後部 份學童便能指出變速單車中數個齒輪的組 合，或能形容齒輪的外觀。在二階層測驗中， 此概念有 21.7％的學童答題正確，但高達 40.1％的學童錯誤認為大齒輪力量大，能讓 小齒輪多轉幾圈，此結果符合 Chambers, Carbonaro 與 Murray (2008)所指出學童直觀 認為越大的齒輪能夠產生的力量也越強。另 外有 18.8％的學童在第二層選擇輪跟軸會以 相反方向轉動，忽略固定在一起的輪軸會同 時且同向轉動。 4. 次概念-輪軸：單車齒盤的大小齒輪，齒 的大小有差異 此項為瞭解學童「為符合車鏈大小，大 小齒輪上的齒寬相同」的概念。但學生認為 大齒輪的齒寬較小齒輪大，又或單車齒盤的 小齒輪，因為齒看起來比較尖，所以齒數較 多。此概念 25.6％的學童答題正確。有 25.1 ％的學童認為大齒輪的齒數一定比小齒輪來 的多，而 17.4％的學童認為小齒輪齒看起來 比較尖齒數較多，以及 16.4％的學童認為大 小齒輪齒數一樣多只有大小的差異。此可能 與學生直觀觀察外型而只注意到個別零件， 卻忽略整體機械運作的相互配合。 5. 次概念-輪軸：齒輪大帶動單車前進的力 量就大，或者齒輪小重量輕能使單車騎起 來輕鬆省力 此項為瞭解學童對輪軸中以輪帶軸為省 力的概念。僅有18.4％的學童答題正確。有 25.1％的學童認為齒輪越大產生的力量越 大，以晤談中H1M為例： H1M：前齒輪大，因為一般沒有變 速的腳踏車，齒輪是小的，上坡不 容易；後齒輪要變到大的，原因不 知道，不過我騎的時候有時候會看 一下齒輪。
由學童的回答中可以知道齒輪的大小會 影響到上坡的力量，而會認為具大齒輪的變 速單車會有更大的力量。另有 24.2％的學童 認為小齒輪的體積小重量輕騎起來比較輕鬆 省力，及 12.6％的學童認為要依據後盤的齒 輪才能選擇。帶動單車前進的力量與速度是 依前後齒盤比例決定，而非單一零件所能決 定，學童對多重因子交互作用的影響並無法 正確作描述與解釋，此類交互作用將在齒輪 組中進一步探討。 6. 次概念-齒輪組：認為單車前進方向影響 前後齒輪轉動，或鏈條一定要先動，才能 帶動前後齒輪的轉動 此項為瞭解學童對由鏈條帶動的齒輪組 齒輪轉動同向及力傳動順序的概念。在鏈條 帶動的齒輪組齒輪轉動方面，有33.8％的學 童答題正確，而且晤談中學童也多能以先後 步驟來說明齒輪組的運作，以L3M為例： L3M：先前齒輪會動，接著鏈條， 然後後齒輪跟著動，鏈條是套住後 齒輪和前齒輪讓它們一起逆時針 轉動。 但高達 46.4％的學童認為轉動方向受腳 踏車行進方向影響，而有 11.1%的學童認為 後齒輪的轉動是被動的，所以會跟前齒輪相 反方向。與晤談時並出現學童以腳踏車行進 方向的說明，研究者認為此與研究工具的性 質有關，Chang et al.( 2007)指出二階層試卷 受限於固定選項，易造成學童在選項上尋找 較正確或符合邏輯的答案，且晤談時要求說 明步驟也造成學童以力量傳遞的方式回答， 問題的屬性不同會造成學童的不同反應。如 以二階層中的直觀想法作討論，學童會以機 械運作後的結果作解釋，而誤認各零組件相 互作用的關係。因此在力傳動部份雖有 32.4 ％的學童答題正確，但仍有 25.6％的學童認 為由鏈條帶動前後齒輪，Lienhard (2003)研究 中也發現學童對於腳踏車力量的傳遞順序有 學習困難，與本研究有相同的結果。 7. 次概念-齒輪組：齒輪組中前後齒輪的轉 動圈數受轉動輕鬆程度影響，或跟齒輪的 大小無關 此項為瞭解學童對齒輪組內大小齒輪 轉動的齒數相同但圈數不同的概念。有 22.2 ％的學童答題正確，但有 20.8％的學童認為 轉動圈數跟轉動齒輪的輕鬆程度有關，及 25.1％的學童認為跟齒輪的大小無關都是轉 同樣一圈。學童認為的輕鬆程度與前述齒輪 大力量大的迷思概念相似，認為前齒輪大所 以可以讓較小的後齒輪多轉幾圈，可能與學 童的直觀想法而忽略彼此間交互作用產生的 原理有關。 8. 次概念-齒輪組：單車是省時費力或費時 省力的交通工具，必須考量騎乘腳力、騎 乘時間或騎乘路面的情形 此項為瞭解學童對腳踏車為省時費力工 具的概念。僅3.9％的學童答題正確，有23.2 ％的學童認為腳多出力就能騎快一點節省時 間，有10.6％的學童認為費力省時因為腳踏 車騎起來輕鬆且騎很久才能休息，及31.4％ 的學童認為不一定要視騎乘路面而定。學童 多以自身的騎乘經驗回答，而忽略時間與作 功的關係，以H3F及L4F為例： H3F：應該節省吧，因為好的腳踏 車可以比較好騎。 L4F：不會花費力氣，因為平常都 有在運動的人騎習慣了。 學童對此概念的答對率低，可能因 為不瞭解使用機械不能省功，也不能產 生功的概念，在 Lehrer 與 Schauble(1998) 的研究指出，機械利益有不容易讓學童 觀察瞭解的情形，因此學童會以自身的 騎乘感受或經驗回答問題。 9. 次概念-摩擦力：單車要動才會跟地面有
摩擦，靜止的單車不會跟地面有摩擦力 此項為瞭解學童對斜面上靜止的單車也 具摩擦力的概念。有 41.5％的學童答題正 確，28.0％的學童認為腳踏車要動才會跟地 面有摩擦，及 14.5％的學童靜止的腳踏車不 會跟地面有摩擦，此結果符合劉俊庚(2001) 研究中發現的部分學童會認為只有運動的物 體才會產生摩擦力的情況。 10. 次概念-保養：淋雨會讓零件鬆脫或者造 成煞車失靈的現象 此項為瞭解學生對機件擦拭潤滑油有助 於機械正常運作的概念。有 38.6％的學童答 題正確，但只有 18.8％的學童瞭解是為了檢 查零件防止因雨水而生鏽，有 24.2％的學童 認為淋雨會讓零件鬆脫，有 15.5％的學童認 為雨水會讓煞車失靈。學童認為雨水會直接 造成零件上的損壞，而非長期累積的結果， 且未能瞭解潤滑油防鏽及減少磨損的功能。 （二）簡單機械的迷思概念來源 研究者依據學童簡單機械二階層測驗的 作答與八位學童的晤談結果，並參考熊召弟 等人(1996)所歸類的五項迷思概念來源：感 官印象、日常用語、大腦內部結構、學生在 社會環境中的學習及教學，歸納出學童的簡 單機械迷思概念的四項主要來源：感官印 象、日常用語、不當的推論及家人的影響。 本研究前兩項與熊召弟等人相同，而第三項 與大腦內部結構相關，本研究另命名為不當 的推論，主要因為本研究之學童自身認知的 結構不完整及受限於具體運思期(Lienhard, 2003)，進而造成學童思考推論上的錯誤；第 四項則為家人的影響，亦屬於社會環境中的 學生，因單車的運動多由家人共同進行，造 成概念來源也多為家人所指導的結果。此 外，晤談中並未發現第五項源自於「教學」 的迷思，可能受研究對象尚未接受簡單機械 課程的影響，而未於二階層測驗作答及個別 晤談結果中發現。將四項來源分述於下： 1. 感官印象 學童日常生活經驗中，單車是容易造成 感官印象的事物。學童往往藉由觀看或實際 騎乘等方式發展出自發性概念，以致於無形 中形成迷思概念，如認為靜止的東西不會有 摩擦力存在（H1M、H2F、H3F、H4M、L3M 及L4F）、騎車上坡的時候好像有人往後面拉 （H2F）及變速器可以改變車的速度（H3M） 等。以H4M及H1M為例： H4M：會變的很難騎，通常要站著 騎，因為小孩腿力沒這麼發達。感 覺前輪翹起來，因為腳踏車都是後 輪在轉動，身體重心會改變，不過 可以往前壓橋回來，身體往後的話 前輪會翹起來。 H1M：變速器是手把旁邊轉的地 方，上坡的時候轉到一會比較好 騎、好踩，平常是轉到五，轉變速 的時候鏈條會變到不同齒輪上，媽 媽有教我過。 由此可看出學童對於騎乘單車的感覺會 轉化到對於簡單機械的解釋上，因此對於概 念的解釋上會受限於自身的經驗上，而不容 易改變。而特定的零件名稱及其功能的概念 來源也多來自於日常生活之中。 另外研究者發現學童在輪軸概念上，具 有相當多感官印象延伸出的迷思概念。如學 童認為大齒輪面積大，齒的數量會比較多， 或小齒輪的齒比較尖，齒的數量反而多。但 許多感官經驗的結果對學童簡單機械方面有 幫助，此現象特別在學童回答「單車要好踩 省力，前後齒輪的大小選擇」的問題時出現， 以 H4M 的回答為例： H4M：前齒輪選大的，因為以前爸 爸有教我；後齒輪選小的，我有自 己試看看過，一隻手將車舉起來，
一隻手去轉那個輪盤。 H4M 曾經親自測試前後齒輪的不同組 合，因此有較好的簡單機械概念，可以解釋 為何接觸單車經驗多的學童可以有較好的簡 單機械概念，因為能有直接觀察與操作的實 際經驗。 2、日常用語 學童的日常用語，影響其對簡單機械概 念，受詮釋方法的不同造成迷思概念的產 生；如內胎有充氣嘴充氣，可以讓整個輪子 變大或變小，學童使用變大或變小解釋輪胎 充氣的現象；又如變速器可以調整單車的重 量，可以讓車子變重或變輕（L4F）等。有 時是因為對一些名詞的誤解，如兩個黑黑的 東西將車輪夾住（H1M、H3F、H4M、L2M）； 輪軸是前齒輪、後齒輪與鏈條組合而成 （H4M）；及齒輪組就是很多齒輪組合在一 起（H1M、L3M）等。 此現象特別在探討單車是省時費力還是 費時省力時發現。該項作答結果中僅 3.9％的 學童答題正確，其餘學童多認為要跟單車踩 踏狀況、騎乘時間及上下坡進行比較，未瞭 解此題所指的單車自身是依省時費力的機械 利益設計而成的原理。 3、不當的推論 較複雜的概念常需要經過思考推論才能 形成，因此學童的迷思概念亦受不當的推論 的影響，如學童認為支撐點越多越能平衡， 所以單車的輪子越多就會越平穩；認為單車 要好踩省力，前齒盤就要跟著後齒盤的大小 做調整；認為粗的輪胎可以裝比較多氣能讓 車子騎比較快（H2F）；舊的輪胎可以避免打 滑，因為它摩擦久了效果反而更好（L1F）， 以 L1F 為例： L1F：舊的輪胎可以避免打滑，因 為它摩擦久了效果反而更好。 此現象容易發現於齒輪組概念中，如學 童會認為 1.前齒輪能控制前輪，2.鏈條一定 要先動，才能帶動前後輪的轉動，3.前齒輪 轉一圈比較輕鬆，所以後輪可以轉好幾圈。 由上可知不容易直觀的齒輪組概念，造成學 童在思考推論上，產生遺漏或者誤解的情形 發生，以 L3F 為例： L3F：腳踩踏板齒輪會動，後齒輪 會把前齒輪往前推，因為我們平常 推東西都是往後然後往前。 L3F 對於機械運作的順序無法作清楚的 表達，因此造成邏輯上的問題，僅能就表面 上所看到的情況作說明，各個動作的聯結上 仍有相當大的空缺。 4、家人的影響 學童的簡單機械知識，有部分是來自於 家人的傳授，尤其爸爸是最常指導學童的家 人，因此學童簡單機械的迷思，部分來源也 指向家人特別是爸爸方面。以 L3M 及 L2M 為例： L3M：雨是酸性會讓腳踏車生鏽， 爸爸有跟我說要幫腳踏車上油保 養。 L2M：變速車跟一般腳踏車的差別 是，一個上坡比較難騎，一個上坡 比較好騎，這些變速車的知識是爸 爸告訴我的。 腳踏車的機械組合為日常生活中最常見 的裝置之一，而學童對於此類相關的概念也 多來自於家人的對話當中，因此在學童接受 正式簡單機械的教學前，簡單機械的概念有 許多是來自於家人。
伍、結論與建議
根據上論的研究發現與結果，茲將本研 究結果進行歸納並提出下列三點的結果與討 論。一、常從事單車休閒的學童對簡單機械
具有較高的學習動機
從學習動機量表得分的差異，發現高參 與度的學童對簡單機械的學習動機總分高於 低參與度者，且在引起注意(A)、切身相關 (R)、建立信心(C)及感到滿足(S)四個向度上 皆達到顯著，單車休閒對於學童對簡單機械 的學習動機有相當大的關聯。學童單車休閒 參與度的高低，主要受學童自身意願的影 響，進而影響到學童關注到與單車有關的簡 單機械概念。本研究以 Keller(1983)之引起注 意(A)、切身相關(R)、建立信心(C)及感到滿 足(S)四個面向為基礎進行討論。 在引起注意(A)方面包含好奇及刺激尋 求，單車騎乘的學習經驗能滿足學童在此方 面的需求，在許多童年記憶中騎單車往往是 學童印象最深的經驗，手把的平衡、重力轉 移及腳踏板的施力等等，都會引起學童相當 大的興趣，而這些經驗也會成為學童未來學 習簡單機械最重要的實務經驗，因此單車休 閒對於引起學生對簡單機械概念有相當大的 幫助。 在切身相關(R)方面包含勝任感及成就 需求，在國小階段的學童給予適合能力的任 務是相當重要的學習關鍵，在簡單機械的概 念上，包含許多科學名詞，如槓杆、輪軸及 齒輪組等等，學童難以就字面上瞭解這些名 詞所具有的意思或運作方法，而單車的組成 就具備上述這些機械結構，學童雖然對於這 些科學名詞不瞭解，但對於運作的方式卻能 有基礎的感官印象，對於下一階段的正式課 程能更有學習的信心。 在建立信心(C)及感到滿足(S)兩方面是 習習相關的向度，單車經驗可以建立學生學 習簡單機械的信心，而在學習的過程中感到 滿足。學習的信心不代表課程難度的下降， 而是設計符合學生經驗與能力的教學內容， 在教學與實務經驗交相輔助讓學生能感到學 習的滿足感，而達到如杜威提出「教育即生 活」之觀點。從研究中已發現單車經驗對於 學習動機有相當大的關係，可知單車休閒對 於學生學習簡單機械扮演相當大的前導作 用，而成就動機 ARCS 本身也是提供教學策 略及過程的理論架構，如何進一步將學習者 感官需求的外在動機轉化為知識追求及自我 實現的內在動機，將是下一個重要的研究課 題。二、學童對簡單機械的概念成就會受到
參與度高低的影響
在簡單機械的二階層概念成就中，發現 高參與度的學童對簡單機械的概念成就總分 未顯著高於低參與度者，在槓桿、輪軸、齒 輪組、摩擦力及保養各分項上，僅齒輪組達 到顯著差異。本研究之研究對象選擇未接受 正式簡單機械教學的五年級學童，學生作答 主要根據先前的單車經驗，因此未能出現顯 著的相關性。但齒輪組因從事單車騎乘時為 最明顯的機械裝置，因此學童對齒輪組有較 深入的理解。如進一步以有/無變速車進行相 關性比較發現，有變速車之學童在測驗總分 顯著高於無變速車之學童，且在輪軸、摩擦 力及保養向度上達到顯著差異。 由此可推知學童對於單車的經驗的確對 於簡單機械的概念有影響，且不同類型的單 車亦會造成不同的概念成就。因此研究者認 為除了參與度的高低外，學生對於單車騎乘 時的感官經驗還需要更進一步的轉化為知 識，如此對於簡單機械的概念能發揮真正的 助益，在研究中發現到變速車對於學童簡單 機械的概念有更高的相關性，所代表的意義 不應只是單車的複雜程度，而是學童能藉此瞭解到更多變因下造成的交互影響，而更加 擴充自己單車的感官經驗。
三、國小五年級學童對簡單機械的迷思
概念及其來源
本段將分為迷思概念類型及概念來源兩個階 段作說明。首先，國小五年級學童常見的迷 思概念將以槓杆、輪軸、齒輪組、摩擦力及 保養作列表說明；其次，學童簡單機械的概 念來源則以感官印象、日常用語及不當的推 論三個因素為主，茲將結果詳述於下：。 (一)國小五年級學童對簡單機械的迷思概念 本研究將研究結果列表於表6以供閱讀者 參考，研究發現學生之迷思概念以輪軸與齒 輪組概念為主。 (二)國小五年級學童對簡單機械的迷思概念 來源 1. 感官印象： 學童容易憑日常生活經驗的感官印象， 直覺判定單車所運用到的簡單機械原理及功 能，視覺影響的方面如：三輪車的支點較多 表 6：國小五年級學童之十項簡單機械的迷思概念 概念向度 科學概念 迷思概念 1.槓桿的平衡受力矩影響，支點左右施 力方向相反 單車握把左邊掛重物時，認為右手要向上 出力才會平衡 (一)槓桿 2.單車行進時較靜止時穩定，且三輪車 慢的時候比快的時候穩定 三輪車正常速度下比剛起步平穩，且騎快 或騎慢都很穩定。 3.固定的輪軸是同步且同方向轉動 固定的輪軸轉動時輪會讓軸多轉幾圈，或 輪跟軸以相反方向轉動 4.齒輪上的齒大小是一樣 單車齒盤的大小齒輪，齒的大小有差異 (二)輪軸 5.需要看互相的輪軸關係 齒輪大帶動單車前進的力量就大，或者齒 輪小重量輕能使單車騎起來輕鬆省力 6.單車前進時齒輪組力量傳遞的先後順 序 單車前進方向影響前後齒輪轉動，或鏈條 一定要先動，才能帶動前後齒輪的轉動 7.小的齒輪會比大的齒輪多轉一點 齒輪組中前後齒輪的轉動圈數受轉動輕鬆 程度影響，或跟齒輪的大小無關 (三)齒輪組 8.單車為省時費力的機械原理 單車是省時費力或費時省力的交通工具， 必須考量騎乘腳力、騎乘時間或騎乘路面 的情形 (四)摩擦力 9.有靜摩擦力的產生 單車要動才會跟地面有摩擦，靜止的單車 不會跟地面有摩擦力 (五)保養 10.淋雨後擦拭潤滑油有助於機械正常 運作 淋雨會讓零件鬆脫或者造成煞車失靈的現 象因此靜止與行進時同樣穩定，又或變速車上 的大齒盤速度或出力會比小齒盤大等等。而 在騎乘的感受方面，學童認為騎乘單車很輕 鬆因此是省力省時的工具，無法理解機械只 能傳遞功而無法產生功。感官印象對於學童 學習簡單機械有正面也有負面的影響存在， 正面的部份為學童可以在騎乘或是保養單車 的過程中，瞭解各組機械運作的情形，進而 作為正式教學的基礎；負面的部份為學童往 往是帶著迷思概念進入教室，許多概念是需 要經過再修正或是改變的歷程，才能達到科 學概念的層級。 2. 日常用語： 尚未接觸簡單機械正式課程的學童，容 易因日常用語的習慣產生迷思。以輪軸來 說，學童易與齒輪組的概念混合，認為輪軸 包點前後齒輪及鏈條，而在省時費力的機械 概念方面，學童會從單車踩踏施力狀況、騎 乘時間及上下坡進行比較，而非由科學上的 機械利益的角度進行，研究者認為此類的概 念來源與學童未正式接受簡單機械課程有 關，且以 Vosniadou(1994)的架構理論來說， 其認為兒童的概念架構主要來自於早期的日 常生活經驗而形成許多學習的預設，因此這 些日常用語會形成兒童解決問題時的模式， 而造成學童學習簡單機械概念時的困難。由 本研究的結果可看出學童在進入教學前有許 多迷思概念與日常用語有關，需要正式教學 活動將相關的科學名詞作合適的定義。 3. 不當的推論： 單車的簡單機械概念中，有部分是難以 直接觀察到的現象，而需要多重因素共同考 慮才能獲得，如：學童會直觀認為腳踏車要 好踩省力，前齒盤就要跟著後齒盤的大小做 調整，忽略兩者對於單車加速有不同的效 果，造成在概念轉換過程中容易因遺漏或誤 解。Lienhard (2003)指出 Piaget 針對 4～9 歲 的孩童所進行的研究中，發現學生對於因果 關係的判斷較為困難，但就本研究來說，研 究對象的五年級學童已經到達 Piaget 認知發 展的具體運思階段，應具備因果推論的能 力，但因仍未達到抽象運思期因此對於機械 運作的因果順序上仍無法清楚陳述，且對於 多重條件的判斷有困難，此結果可由本研究 的分析及晤談結果可獲得支持。 4. 家人的影響： 在社會因素的方面本研究發現學童單車 方面的機械知識多來自於家人的傳授。學童 單車休閒參與度與家人對於單車運動的態度 及投入程度有關，而此年紀的學童大部份都 是和家人共同從事戶外運動，再由晤談的結 果中可共同推知學童在正式的簡單機械課程 前，最大的知識來源是家人，其中父親是學 童最常在晤談中提及。 綜合上述結論，研究者就簡單機械的學 習與後續研究提出三點建議： 1. 鼓勵學童多從事單車休閒以提升其簡單 機械的學習動機 研究者發現多數學童對簡單機械概念議 題，常表現出高度興趣，特別是單車的方面， 而研究結果也顯示，常從事單車休閒的學童 對簡單機械具有較高的學習動機，因此教師 教學前可建議單車休閒參與度較低之學童多 從事單車休閒，並鼓勵不會騎單車之學童勇 敢嘗試，以助於提升學童日後簡單機械課程 的學習動機。 2. 教師進行簡單機械教學時的建議 考量學童因單車休閒參與度的不同，可能 衍生的簡單機械概念差異加以調整教學內 容。建議教師考量學童的單車休閒背景，採 取適性的教學方法，從多面向提供學童學習 上的協助。並建議教師教學時，多留意學童 在輪軸及齒輪組兩概念中常出現的迷思概 念，以提早建立學童正確的概念。
3. 簡單機械之未來研究方向 本研究為針對學童學習簡單機械前之單 車參與度對學習動機及概念成就的相關性， 目前已初步瞭解單車休閒參與度的影響因 素，並且累積相關的迷思概念，未來的研究 可再針對單車休閒參與度對簡單機械的教學 與成效的影響，進而開發出合適的簡單機械 課程。
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The Impact of Cycling Participation on Fifth Graders’ Learning
Motivation and Conceptual Achievement of the Simple Machines
Wen-Lung Wu 1 Yung-Hsing Chen 2 Wanchu Huang 3
1
National Taiwan Normal University 2
Taipei Municipal Fu-de Elementary School 3
Taipei Municipal University of Education
Abstract
The purposes of this study were to investigate the different cycling participation of the fifth graders on (1)the differences between the learning motivation of simple machines; (2) the differences between the conceptual achievement of simple machines; (3) to investigate the types and sources of misconceptions of simple machines. The researchers used causal comparative research method, and selected the quantity-based paper-pencil test and semi-structured interviews to supplement qualitative data. The participants were 207 fifth graders from eight classes in Taipei City. There were three instruments including “Cycling Participation Questionnaire(CPQ)”, “Simple Mechanical Learning Motivation Scale (SMLMS)”, and “Two-tier Diagnostic Instrument of Misconceptions about Simple Machines (TDIMSM)”.In the first phase of this study, participants were divided into three groups according to the results of CPQ. In the second stage, three groups were to investigate the relation of motivation and conceptual achievement with SMLMS and TDIMSM. In the final stage, eight students who had the different levels of CPQ were selected to explore the participants’ ideas and misconceptions sources of simple machines. The collected data were analyzed by following statistical procedures: descriptive statistics, independent sample t-test and one-way ANOVA. The findings were as follows: (1) the participants who often engaged in cycling had higher learning motivation of simple machines; (2) the participants who had different cycling participation had different conceptual achievement of simple machines; (3) the participants' general misconceptions were the balance of handlebar and moving bicycles, the rotational direction and frequency reciprocated by crankset and freewheel, the efficiency of conversion of physical strength into velocity, and mechanics of cycling motion; furthermore, the main sources were the sensory impressions, everyday language and improper inference. The conceptions of simple machines are high-related with students' daily cycling experiences.
Key words
