國立台東大學教育學系所
課程與教學碩士在職專班碩士論文
指導教授：熊同鑫 先生
「玩樂器，學聲音」－5E 學習環教學研究
研究生：邱郁雯 撰
中華民國九十八年十二月
謝誌
2009 年的秋天，碩士論文終於完成，雖然晚了幾年，但在修業
的這些年中，也體驗了幾個生命中重要的歷程，完成了人生幾個重要
的大事，當然，這篇論文也是之一。
首先，感謝熊同鑫老師耐心的指導，王美芬老師及熊召弟老師給
予的建議與肯定，讓我對自己的論文多了一份信心。
感謝學校夥伴們在工作上的包容與協助，精神上的加油與打氣，
才能讓我心無旁騖地堅持下去。
還有我摯愛的家人們，老爸的殷切叮嚀、老媽的關懷鼓勵、小妹
的經驗分享，都是推著我不斷往前的動力。更要感謝長時間協助照顧
孩子的公婆，讓我能無後顧之憂順利完成學業。
最後，我要感謝一直陪在我身邊，不斷給我勇氣的重要支柱，謝
謝你，我的老公。
謹以本文獻給每個關心郁雯的人，以及熱愛科學教育的夥伴們。
「玩樂器，學聲音」－5E 學習環教學研究
作 者 ： 邱 郁 雯 國 立 台 東 大 學 教 育 系 所
摘 要
本研究旨在探討運用樂器玩具的製作及操作，進行聲音概念教學的可行性，研 究者應用 5E 學習環教學方法，以敲擊樂器、撥彈樂器、吹管樂器等三大類型樂器 為教學主軸，針對國小五年級學生，分別設計與進行聲音的來源、聲音的大小、聲 音的高低、音色等聲音概念教學，以「聲音概念二階層診斷工具」診斷學生聲音概 念，教學後對每位學生進行個別訪談，以了解學生聲音概念情形。
研究結果顯示，「樂器玩具」易於觀察，有助於學生學習「聲音概念」，其中敲 擊樂器製作簡單，概念容易建立，撥彈樂器製作雖然比較困難，振動現象卻最明顯，
只有吹管樂器不容易觀察，概念也不容易建立。另外，研究者也發現真實樂器複雜 的結構容易讓學生產生迷思概念。從「聲音概念二階層診斷試題」及深入訪談中，
研究者發現，學生呈現的聲音概念，在教學後有明顯的改變，在聲音的來源與大小 概念方面，學生從著重操作性因素轉為注意振動的現象，在聲音高低的概念方面，
教學後學能夠理解真實樂器控制聲音高低的方法，在音色方面，學生能釐清聲音的 不同是因為音色的不同。
研究結論為：彈性運用 5E 學習環策略可達到概念改變教學的目的。善用圖形 與流程圖有助於聚焦學生的觀察。而且將每種樂器重複進行「聲音的來源、大小、
高低」等概念的探討，可以讓學生加深各概念的印象，也能讓學生統整各概念。
關鍵詞：聲音概念、5E 學習環
“Learn about sound by playing instruments” – A study on the 5E Learning Cycle Instruction
Author: Chiu Yu-Wen
National Taitung University, Department of Education
Abstract
The purpose of this research is to discuss the feasibility of implementing the instruction of sound concepts through the manufacturing and use of toy instruments. By adopting the 5E Learning Cycle Instruction method, the researcher has chosen three major types of instruments (percussion, string and wind) as the focus of the instruction by designing lessons that explore conceptual topics such as the source of sound, the amplitude of sound, the frequency of sound, the tonality of sound and so forth for Grade Five elementary students. The “Sound Concept Two-Tiered Diagnostic Tool” was chosen to diagnose students’ perception of sound. After the lessons, individual interviews with the students were conducted to determine their awareness of sound concepts.
Results of the research indicated that “toy instruments” made the task of observation easy and turned out to be instrumental in assisting students to acquire a “concept of sound”. Out of the three types of instruments chosen for the study, percussion toys were relatively easy to make and students had no difficulty with the establishment of relevant concepts.
Although string instrument toys were more complicated to make, the toys demonstrated the phenomenon of vibration in the most apparent manner. In contrast, the observation of wind instrument toys and the establishment of concepts for them ended up being rather difficult.
In addition, the researcher also found that the sophisticated structure of real instruments could easily lead to misconceptions for students. From the “Sound Concept Two-Tiered Diagnostic Test” and in-depth interviews, the researcher found that the demonstration on the students’ perception of sound changed significantly after the lessons were taught. With regards to the source and amplitude of sound, the students progressed from emphasizing on operational factors to paying attention to the phenomenon of vibration. As for the frequency of sound, students were able to understand how musicians could control the frequency on real instruments. As far as tonality is concerned, the students were able to differentiate the difference in sound due to varying characteristics in tonality.
The research concludes that a versatile deployment of the 5E Learning Cycle strategy
illustrations and flow charts can help students to focus their observations. Furthermore, the results suggest that repeated instruction of “the source/amplitude/frequency of sound”
using different instruments will help students to reinforce their impression of various concepts and organize them in a meaningful way.
Key words: sound concepts, 5E Learning Cycle
目 次
第一章 緒論...1
第一節 研究背景與動機...1
第二節 研究目的與問題...5
第三節 名詞解釋...6
第四節 研究範圍與限制...9
第二章 文獻探討...10
第一節 國小「聲音概念」之相關研究...10
第二節 國小教科書「聲音」之相關單元...28
第三節 科學玩具在教學上之應用...40
第四節 學習環教學模式探究...43
第三章 研究方法...55
第一節 研究設計理念...55
第二節 研究程序...57
第三節 研究對象...60
第四節 研究工具...60
第五節 教學設計...65
第六節 資料蒐集與分析...72
第四章 結果與討論...74
第一節 樂器玩具應用於聲音概念教學歷程...74
第二節 學生聲音概念探討... 113
第三節 實施聲音概念教學調整與檢討... 139
第五章 結論與建議...149
第一節 結論...149
第二節 建議...155
參考文獻...158
附錄一 聲音概念二階層診斷試題...164
附錄二 敲擊樂器教學記錄...182
附錄三 撥彈樂器教學記錄...190
附錄四 吹管樂器教學記錄...199
附錄五 敲擊樂器教學學習單...208
附錄六 撥彈樂器教學學習單...210
附錄七 吹管樂器教學學習單...212
表 次
表 1-1 研究者查詢目前有關聲音概念研究的相關論文...5
表 2-1 有關「國小」階段聲音概念研究之相關論文分類表...10
表 2-2 國小二年級學童對聲音的另有概念...14
表 2-3 國小五年級聲音迷思概念...17
表 2-4 國小學生聲音概念研究學生的迷思概念與想法...19
表 2-5 國小高年級學童聲音概念研究結果...23
表 2-6 波以耳實驗圖形說明...24
表 2-7 概念構圖之動態評量策略研究中有關國小六年級學童聲音概念想法...26
表 2-8 以認知架構為基礎的教學模式對國小六年級學童聲音概念改變之研究.27 表 2-9 南一版教科書五年級下學期「聲音概念」教學單元...28
表 2-10 南一版教科書五年級下學期「聲音概念」教學單元...31
表 2-11 翰林版教科書五年級下學期「聲音概念」教學單元...33
表 2-12 牛頓版教科書五年級下學期「聲音概念」教學單元...35
表 2-13 各版本教科書介紹聲音概念所使用的教學素材... 40
表 2-14 Osborne and Freyberg 四階段概念改變教學流程...46
表 2-15 Driver & Oldham 四階段概念改變教學流程...47
表 2-16 5E 建構式學習環教學模式說明（陳裕方&李文德，2005，引自林曉雯， 2001）.... ... 51
表 2-17 5E 學習環與概念改變教學模式的共通性...54
表 3-1 本研究採用之二階層問卷在難度、鑑別度與顯著性分析...63
表 3-2 聲音概念命題陳述... 64
表 3-3 研究者在本研究中指導學生製作各類別樂器玩具之名稱... 65
表 3-4 「敲擊樂器-玩具鼓」教學設計規劃...69
表 4-1 研究者安排 5E 學習環各教學階段之聲音概念教學活動...74
表 4-2 「聲音概念二階段試題」第 1 題前後測答題情形...114
表 4-3 「聲音概念二階段試題」第 2 題前後測答題情形...115
表 4-4 「聲音概念二階段試題」第 3 題前後測答題情形...117
表 4-5 「聲音概念二階段試題」第 4 題前後測答題情形...118
表 4-6 「聲音概念二階段試題」第 5 題前後測答題情形...119
表 4-7 「聲音概念二階段試題」第 6 題前後測答題情形...121
表 4-8 「聲音概念二階段試題」第 7 題前後測答題情形...123
表 4-9 「聲音概念二階段試題」第 8 題前後測答題情形...124
表 4-10 「聲音概念二階段試題」第 9 題前後測答題情形...125
表 4-11 「聲音概念二階段試題」第 10 題前後測答題情形...126
表 4-12 「聲音概念二階段試題」第 11 題前後測答題情形...127
表 4-13 「聲音概念二階段試題」第 12 題前後測答題情形...130
表 4-14 「聲音概念二階段試題」第 13 題前後測答題情形...132
表 4-15 「聲音概念二階段試題」第 14 題前後測答題情形...133
表 4-16 「聲音概念二階段試題」第 15 題前後測答題情形...134
表 4-17 「聲音概念二階段試題」第 16 題前後測答題情形...136
表 4-18 「聲音概念二階段試題」第 17 題前後測答題情形...137
圖 次
圖 2-1 列出兒童可接受的聲概念詮釋架構圖(程智慧，1994) ...11
圖 2-2 兒童使用的概念語詞架構實例(引自程智慧，1994) ...12
圖 2-3 two-tier 二階層式評量診斷工具試題型態（引自陳世峰，2002）...16
圖 2-4 國小學生聲音概念研究二階層式問卷題型(引自吳能州，2003) ...19
圖 2-5 國小高年級學童聲音概念研究二階層式診斷測驗試題題型（引自黃佩 萱，2005) ...22
圖 2-6 國小高年級學童聲音概念二階層式診斷測驗-聲音反射題型（引自黃佩 萱，2004) ...25
圖 2-7 國小學生聲音概念之探究-回音題型（引自吳能州，2003）...25
圖 2-8 三階段概念改變教學模式... ...45
圖 2-9 學習環的三階段教學模式圖（引自陳惠芬，2000）...49
圖 2-10 Hackett 的四階段學習環（引自陳惠芬，2000）...50
圖 2-11 五階段學習環模式（游淑媚，1995，引自古士宏，2005）...53
圖 3-1 研究流程圖... 58
圖 3-2 敲擊樂器之教學流程設計... 68
圖 3-3 教學研究之整體教學流程設計圖... 71
圖 4-1 研究者對於單一樂器之五 E 學習環教學流程圖... 75
圖 4-2 玩具鼓製作完成圖... 76
圖 4-3 吸管木琴製作完成圖... 82
圖 4-4 單弦琴的製作完成圖... 86
圖 4-5 學生移動單弦樂器橡皮擦，容易產生迷思概念闡示圖... 90
圖 4-6 教學對話示意圖... 91
圖 4-7 玩具古箏製作完成圖... 92
圖 4-8 「玩具古箏」調整弦的鬆緊方式... 94
圖 4-9 「玩具古箏」模擬音柱操作說明... 95
圖 4-10 「玩具古箏」按壓音柱，可同時測試兩邊發聲的操作說明... 96
圖 4-11 「玩具古箏」比較「弦的粗細與聲音高低」時的擺放方式說明... 97
圖 4-12 吸管伸縮笛製作完成圖暨結構圖... 101
圖 4-13 吸管排笛製作完成圖... 105
圖 4-14 研究者進行「玻璃杯裝水」提問時，在黑板繪製圖形... 109
圖 4-15 二階層試題選項代碼說明... 113
圖 4-16 研究者視 5E 學習環為不斷評鑑歷程的教學流程... 140
圖 4-17 研究者應用圖示輔助教學說明圖... 145
圖 4-18 研究者應用流程圖表達聲音產生的過程... 146
圖 4-19 研究者應用流程圖填空方式讓學生思考聲音大小與振動幅度關係.. 146
圖 4-20 研究者應用流程圖填空方式讓學生思考吸管長短與聲音高低的關係 146 圖 5-1 研究者視 5E 學習環為不斷評鑑歷程的教學流程... 149
第壹章 緒論
本章主要闡述本研究背景、動機、目的與研究範圍之限制，以及相關名詞之界定與 解釋。全章共分四節，第一節：研究背景與動機。第二節：研究目的與研究問題。第三 節研究範圍與限制。第四節：名詞解釋。
第一節 研究背景與動機
「聽覺」是人類在胎兒時期就發展的感覺，初生嬰兒最早也是透過「聲音」來認識 這個周遭環境，大自然中充滿著各式各樣不同的聲音，不斷地透露出各種訊息，讓我們 能夠藉著聲音探索及了解這個世界。然而「聲音」是如何產生的呢？我們又是如何聽到 聲音？關於聲音的研究，涵蓋了許多領域範圍，科學家研究聲音及聲音對人類的影響，
音樂家透過聲音傳達藝術的美學，語言學家感興趣的是如何運用聲音來溝通與表達，聲 音在各領域都有其發展的重要性。國小的自然與生活科技領域課程裡，安排了｢聲音」的 相關單元，就是希望學生們能透過課程的學習，對聲音的物理現象能有基本的概念。
研究者在國小教授「自然與生活科技領域」大約有五年的時間，每年都有機會教導 學生學習「聲音」的單元，對於學生們在學習「聲音」單元時所表現出來的興致印象十 分深刻。學生們在「聲音」單元的歷程中，由於可以觀察、操弄各種不同的樂器，讓樂 器會發出各種不同的音調，因此學習樂趣高昂。不過當研究者在教學的歷程中想但對聲 音的產生、傳遞、特性等做進一步的學習及探討時，發現學生在理解上「聲音」的概念 時，仍存在著許多的迷思概念。
在目前牛頓、南一、康軒、翰林版本的教科書中，有關聲音的單元除了低年級生活 課程運用「傳聲筒」做為教具進行教學外，在高年級的聲音學習單元，多以「樂器」做 為素材，引出聲音的概念的學習，研究者曾使用上述教科書的其中三種版本進行聲音單 元的教學，在研究者的教學歷程中，發現了一些有趣的現象，茲舉例說明如下：
1.研究者使用學校的「鐘琴」做為教學的素材，讓學生觀察聲音高低與鐘琴長短的 相關性時，學生在觀察的歷程中因發現每個鐘琴片背後有不同凹陷記號（這些記 號可能是在製作樂器的歷程中標記音階使用的記號），以致認為是這些記號造成 鐘琴的聲音高低不同。這好像在提醒研究者，使用樂器的挑選，似乎要以簡單為 原則。或許研究者挑選一個比較簡單的鐵琴（例如：小朋友們在玩具店可買到的
簡易鐵琴）是否可以減少學生這些錯誤的思考。
2.研究者運用「鼓」做為教學的素材，讓學生觀察鼓的振動現象時，學生會同時發 現敲擊鼓的中間與旁邊的聲音不同，因此學生會認為同一個鼓有聲音的高低。但 運用「鼓」做為教材，所要傳遞的聲音概念是「同一個鼓當你敲擊同一個地方時，
聲音是不會有高低的」。由於學生在操作的歷程中發現鼓敲不同的地方會有聲音 的高低，於是學生會認為「同一個鼓有不同聲音的高低」，對於我們要傳遞的概 念，反而難以理解。因此，如果在教學的歷程裡，可以指導學生在觀察樂器聲音 高低時需要掌控的「變因」概念，學生在有效的變因控制與觀察下，才能發現「同 一個鼓敲擊相同的位置時，不會有聲音高低」的概念。
此外，研究者也發現，如果我們拿現成的「鼓」進行教學時，受限於「鼓」
無法拆解，學生無法透過操弄鼓面的鬆緊程度，了解「鼓面鬆，聲音低；鼓面緊，
聲音高」的概念，這也造成學生們很難理解為什麼同一個鼓敲中間與敲旁邊的聲 音會有所不同。「鼓」屬於節奏樂器，不像鐵琴有長短不同的鐵片，讓學生容易 發覺聲音高低與鐵片長短之間的關係，因此學生不容易觀察「影響鼓聲音高低的 因素」。
以目前大多數指導聲音概念的教材來說，大部份教師會運用「鼓」來引導振 動概念，但在引導了振動概念後，指導其他單元時，「鼓」這項樂器就不被討論 了。但站在學生本位的立場，學生在操弄樂器的歷程中產生了疑問及探究興趣，
教師更應該把握機會建立相關概念，對於學生的學習將更有幫助。
綜上所述，讓研究者思索，若「鼓」能拆解，學生能自由控制鼓面鬆緊，是 否能讓學生察覺「鼓面」的中間與旁邊鬆緊的差異，了解「不同鼓面鬆緊會影響 鼓敲擊的聲音高低」概念，如此，便可以引導學生了解敲擊鼓的中間與旁邊聲音 不同，是因為鼓的中央鼓面較鬆，鼓的旁邊鼓面較緊的緣故。
3.由於樂器昂貴，數量有限，大多數學校的樂器多提供學校的樂隊使用居多，自然 科任教師不一定能順利取得這些樂器進行教學（如木琴等），即使這些樂器可以 借用，在使用時老師還必須小心呵護，避免損壞，因此也不一定能在教學場域中 讓每個孩子都能夠有充分的操弄經驗。
4.樂器在聲音的單元教學中屬於操弄的教具素材，但在使用樂器進行聲音單元的教
學時，教師如果沒有將相關概念進行類化，很容易讓原本以「聲音概念」的教學 重心，變成以「了解樂器的發聲」原理為教學的重點，例如：學生撥彈吉他，看 吉他的震動產生聲音，學生會說「因為吉他的弦有震動，所以會有聲音」但如果 沒有運用其他的活動讓學生強化學生的概念（如：運用吹紙片的方式，讓學生思 考，為何紙片會發聲；運用觀察鼓面的震動，讓學生思考鼓為何會發聲等）那麼 學生似乎很難從單一的操弄事件中理解「物體振動產生聲音」的概念。
現有課程內容除了研究者在以往的教學中發現上述的現象外，由於研究者所任教的 學校原住民學生居多，研究者發現，教科書中使用有關聲音教學的樂器題材，或教材中 所陳述的樂器，對於研究者執教學校的學生來說並非是個容易取得或有機會操弄的題 材。因此研究者希望「在教學的歷程，能運用最接近學生生活的樂器做為教學素材，以 貼近學生的生活經驗」。
在一個偶然的機會下，研究者發現原住民電視台「科學小原子」的節目，在節目中 新竹高中的謝迺岳老師探訪了全台灣各原住民的部落，由他們的生活中去尋找素材，運 用科學原理來說明這些素材背後所隱含的科學概念。讓研究者驚艷的是：節目中運用貼 近原住民生活可得的簡單材料，就可以設計出淺顯易懂又好玩的科學玩具，讓學生從製 作玩具、操弄玩具的過程中，去學習先人的智慧及隱含的科學原理概念。這樣的發現，
似乎支持研究者「運用貼近學生生活素材進行聲音概念教學」的想法，也讓研究者思考：
如果學生在學習聲音概念的歷程中，我們運用貼近生活的簡單的素材來製作樂器，讓學 生從製作樂器的歷程中學習到聲音的概念，這樣似乎會讓教學很有趣，且增進學生的概 念學習。
目前各版本教科書中有關聲音概念的教學，在教材設計上，多採用「學習的歷程中 以樂器做為素材進行各項聲音概念的學習，結尾請學生運用所學的樂器發聲原理來製作 樂器」。這樣的課程安排是希望學生學習了聲音的概念後，能運用「製作樂器」的統整活 動整合學生學習的概念，是一個很好的思考與教材安排方式。但研究者在教學的場域中 卻發現，學生能自製的樂器似乎有限，能說主動說出樂器設計原理的學生就更少了1。這 讓研究者思考：有沒有可能在進行各項聲音概念的教學時，直接讓學生透過製作簡易樂 器的歷程來理解聲音的物理特性呢？雖然這樣的思維似乎與目前教科書在課程的安排順
1研究者曾經和其他學校的老師們請教他們學生在「製作樂器單元」的學習情形，發現多數老師與研究者 有相同的經驗與看法。
序上幾乎是完全相反的安排方式，但卻吸引者研究者探尋的興趣。教育部「九年一貫課 程自然與生活科技學習領域綱要」能力指標 2-3-5-2 也提到：「藉製作樂器瞭解影響聲音 高低的因素、音量大小、音色好壞等，知道樂音和噪音之不同」，因此，藉由製作樂器來 探索聲音的物理特性似乎更貼近所要達到的能力指標。
目前各版本教科書除了在聲音概念的安排順序與研究者的思維有所不同外，目前多 數的教科書多以「選擇特定樂器，做特定物理現象的觀察」方式進行教學。例如：為了 方便觀察震動概念，就拿「三角鐵」或「鼓」來觀察震動的現象。但指導聲音高低的概 念時，就更換如「試管裝水吹氣」或「鐵琴」、「吉他」作為素材，但三角鐵和鼓是否有 聲音的高低，似乎就被遺忘了。因此，研究者在思考：如果我們在指導聲音的每一個概 念時，都把每個樂器進行討論，這樣是否能讓學生對於吹管樂器、打擊樂器、撥彈樂器 的發生原理有各完整的了解。
兒童對於玩具的喜好是天性（楊忠樵，2000），玩具對於兒童來說具有重大的意義，
因為兒童會從玩具的操弄中獲得第一手訊息，藉此開始累積生活的經驗與人生的智慧（溫 明麗，1988）。在科學教育中能簡易製作科學玩具，可以做為學習教材和當作遊玩的器具
（成映鴻，1997），教師若能使用科學玩具進行教學活動，可以幫助學生建構概念（Setin，
1997），也能促進學童在學習過程中快樂的學習（Angier，1981）。上述的研究觀點讓研 究者思考：「把樂器變成一個樂器玩具」，運用「樂器玩具的製作進行聲音概念教學」的 想法。既然現有的樂器獲得不易，不能拆解，何不指導學生自己製作樂器玩具呢？
以上陳述研究者的思維和目前的課程內容與安排順序似乎有些不同，但研究者認為 這樣的方式似乎更貼近課程綱要的指標，也深深吸引著研究者探詢的興趣。雖然這可能 不一定是個很棒的思考方式，也不一定真能改善學生聲音概念的學習，但如果不去嘗試 看看，我們又怎能知道結果是如何呢？基於研究者的動機與興趣，研究著抱著細心嘗試 探究的心態，希望這樣的思維與研究可以提供相關的經驗做為後續有關聲音概念的教學 研究參考。
研究者查詢目前有關聲音概念的論文，獲知有關「國小學生聲音概念研究」的論文 約有 14 篇1（如表 1-1），由表 1-1 可看出，自民國 90 年開始，有為數不少的研究者對這 個主題產生興趣。目前的研究論文與研究者所想要嘗試的研究面向雖有所不同，但這些
1 研究者所查詢聲音研究相關論文篇數，其查詢結果僅提供研究者了解目前有關聲音概念的研究概況。不 推斷所有有關聲音的論文僅有此數量之篇數。
研究文獻讓研究者可以了解多數學生在學習聲音單元時可能保有的迷思概念，提供了研 究者良好的研究背景基礎，進行本研究的探查。研究者希望在這樣良好的研究背景基礎 下，能提供一個不同面向的「國小聲音概念教學」嘗試，提供現職教師另一種不同的教 學思考。
表一：研究者查詢目前有關聲音概念研究的相關論文（截至 2008.09.01）
序號 研究生 論文中文名稱 指導教授 學年度
1 李美宜 我國學生聲音傳播概念之研究 黃湘武 83
2 陳世峰 發展國小學童聲音概念之 Two-tier 評量診斷工具 張靜儀 90 3 蘇幼良 以建構主義教學策略探究國小二年級學童對「聲音」的概念學習 耿筱曾 90
4 余世裕 國小五年級學童聲音概念之研究 張靜儀 91
5 林世宗 以迷思概念為基礎之電腦輔助教材開發─以國中聲音課程為例 錢正之 92
6 吳能州 國小學生「聲音概念」之探究 熊同鑫 92
7 邱雪媚 以人本建構主義教學策略探究國小一年級學童「聲音」的概念學習 耿筱曾 93
8 黃佩萱 國小高年級學童聲音迷思概念之研究 程智慧 93
9 邱冠天 概念構圖應用於國小六年級學童在「聲音」單元教學成效之研究 賴慶三 94 10 李俊璋 以概念構圖之動態評量策略探究國小六年級學童「聲音」概念的概念學習 耿筱曾 94 11 盧珍瑩 運用鷹架理論於國小二年級科學概念學習之研究-以「聲音」教學為例 王靜如 95 12 劉敏書 以 PODA 研究策略探究國小一年級學童「聲音」概念之概念學習 耿筱曾 95 13 江帷銓 以認知架構為基礎的教學模式對國小六年級學童聲音概念改變之研究 黃萬居 95 14 張維本 教學網站資源融入國小聲音單元教學之研究 甘漢銧 95
第二節 研究目的與問題
一、研究目的：
基於以上的研究動機，研究目的歸納如下：
（一）以 5E 學習環為教學策略，透過樂器玩具的製作，發展聲音概念的教學。
（二）以 5E 學習環為教學策略，透過簡易聲音樂器玩具的操作，提升學生聲音概 念學習的成效。
二、研究問題：
基於以上的研究目的，本研究的研究問題分述如下：
（一）如何將簡易的樂器玩具製作，結合 5E 學習環教學策略，融入聲音概念教 學，提升教學效能？
（二）運用製作樂器玩具的教學歷程，指導學生的聲音概念學習，是否能增進學 生聲音概念的學習？
第三節 名詞釋義
一、聲音：
本研究所指的聲音，以人類能夠產生感應以內的波動，頻率在 20Hz～20000Hz 之間的波動範圍為主，高於人類可感應範圍外的聲音，不在本研究的探索範圍之內。
二、聲音概念：
本研究所指的聲音概念，以九年一貫課程 92 課綱、97 課綱中，國小階段（1-3 階段）所涵蓋之課程綱要內容為限。92 課綱與 97 課綱中，有關國小「自然與生活科 技」學習領域之能力指標及教材內容細目提及有關「聲音概念」如下：
【分段能力指標】
2-3-5-2 藉製作樂器瞭解影響聲音高低的因素、音量大小、音色好壞等，知道樂音和 噪音之不同。
2-4-5-6 認識聲音、光的性質，探討波動現象及人對訊息的感受。
【教材內容細目】
（一）自然界的作用／改變與平衡／次主題 216／聲音、光與波動 1.聲音的傳播
(1)1a1察覺物體發聲時，有在振動(例如說話、打鼓)。
(2)1b察覺聲音藉物質傳播(例如拉緊的線、水管等)。
(3)1c 察覺能由聲音裡獲得許多訊息。
2.樂器發音
1 各次主題下之細目編碼採九年一貫課程綱要之細目編碼：1 代表國小一至二年級、2 代表國小三至四年 級、3 代表國小五至六年級、4 代表國中一至三年級。a、b……為流水號。
(1)3b 探討樂器的調節與其發音的改變。
（二）生活與環境／生活中的科技／次主題 422／訊息與傳播 1.訊息
(1)1a.察覺聲音、光等可用來傳播訊息，由聲音可以透露很多訊息(例如察 覺物體的材質、藉聲音傳消息)。
(2)1b.察覺適中的音量，令人感覺舒適。
(3)3b.知道動物可用聲音傳遞各種訊息。
2.訊息傳播
(1)1c.製作通話筒，傳送聲音。
由上述內容可知，國小階段有關「聲音概念」之教學大致包含「1.物體振動產生 聲音」、「2.聲音需要介質傳遞」、「3.聲音的大小」、「4.聲音的高低」、「5.聲音的感覺」、
「6.聲音可以傳遞訊息」六個主要概念，由於研究者於教學中所探究的聲音概念以「聲 音的物理特性」為主，第五項｢聲音的感覺」及第六項「聲音可以傳遞訊息」分別屬 於聲音情意感官層面及應用層面概念，不在本研究探討的範圍，本研究指針對其他四 個主要概念作為主題進行教學設計探討。
三、樂器玩具：
玩具具有科學教育意義，或其利用於活動時，可具有科學教育意義，則稱為科學 玩具（成映鴻，1997）。科學玩具是以兒童身邊容易取得的素材，利用聲、光、電磁、
彈性、慣性等科學原理，製作成的玩具（紀肇聲，1987）。楊忠樵（2000）將科學玩 具定義為「以兒童身邊容易取得的素材，利用科學原理製成的玩具，並利用其進行學 習、遊戲活動的器具稱之」。本研究基於以上學者專家之定義，研究中所提及的「樂 器玩具」定義如下：「應用兒童身邊容易取得的素材或玩具，於聲音概念教學中提供 學生操弄、遊戲，讓兒童能由組合素材或操弄玩具的過程中，學習聲音概念者稱之」。 四、真實樂器：
本研究中，所提及的真實樂器，指的就是一般我們所稱的「樂器」。本研就在文 稿的撰文上，運用「真實樂器」名詞，其目的是要由別於學生自行製作的「樂器玩具」。 五、概念改變教學：
許榮富（1991）依照概念的本質將概念分為「自然概念」與「人為概念」。所謂
「自然概念」，是無法明確定義，由個體自生活經驗及學習而獲得的。所謂「人為概 念」則是可明確定義者，如一般科學家或教科書中的科學及數學概念。許多文獻顯示 學童常以「個人的解釋想法」解釋他們日常生活及自然界所遭遇的經驗，在學生的諸 多想法中，常會出現與正統科學概念不同類型及特意詮釋理由（熊召弟，1995）。本 研究所描述之概念改變主要以探討教學前學生對於「聲音」的「自然概念」，與教學 後，學生對於「聲音」的「人為概念」發展情形之比較；亦即學童於教學前的「個人 解釋想法」與教學後的「正統科學概念」的想法改變情形。
學生在學習科學時必須要經過一段很困難的概念改變過程，學生必須要發掘其理 論與科學性解釋有不一致處，重新整理他們的思考方式，經由放棄或修正他們每日用 以判斷的準則，使他們的想法能與科學概念做一適當的連結。（邱美虹，1993）本研 究運用 5E 學習環「投入（Engagement）→探索（Exploration）→解釋(Explanation)
→精緻化（Elaboration）→評鑑（Evaluation）」的教學模式，於教學中安排遊戲與 情境，讓學生藉由教學達到概念改變的目的。
熊召弟（1995）提到「特定概念的鑑定是科學教學者要了解學童的起錨研究」， 本研究為使教學者能於教學前、後了解學生的概念學習情形，採用吳能州（2003）「國 小學生聲音概念之探究」論文中所發展的二階層診斷試題為工具，協助研究者了解學 生在教學前後的概念改變情形。
綜上所述，茲將本研究所提及的「概念改變教學」歸納定義如下：研究者運用 5E 學習環的教學模式設計教材進行聲音概念的教學，並運用「聲音概念二階層診斷 工具」，探查學生在學習聲音概念前、後的概念改變情形。
第四節 研究的範圍與限制
一、 研究者基於研究場域所能獲得了解的範疇有限，以及在教學場域所受到的授課時間 限制，研究者在樂器玩具的素材選擇上，僅能以研究者所可探知、了解的部份，挑 選部分樂器玩具作為教學素材，形成教材設計研究的範圍。基於研究範圍有限，也 形成本研究之限制：僅探查研究者所使用的樂器玩具素材，對於學生聲音概念改變 學習情形。研究者對於相同類型的樂器玩具作為教學素材是否能予以類推，不在研 究者研究探查之範圍。
二、 研究者之教學場域為全校僅有六個班（每年級僅有一班）之原住民學校，學校學生 多數為原住民。研究者基於教學場域之限制與個人在教材設計上的能力有限，本研 究知研究結果，僅為研究者在設計教案進行教學探知的結果呈現。基於研究時間、
場域等因素，研究者無法測試同一份教案、樂器玩具，對於其他原住民學校的學生 或都市型學校學生是否也有相同的結果。因此本研究之研究結果，僅止於研究者在 本研究場域的結果呈現，對於其他學校運用本研究所設計的教學課程與素材進行教 學，是否與研究者的研究結果有類似或相同，有待後續研究另行討論，不在本研究 之探查範疇。
三、 同一份教材、教案、樂器玩具皆有可能在教學者不同的教學特質下，有不同的教學 成效，因此研究者於本篇中所呈現的研究結果，仍可能由於教學者的不同導致部分 差異性存在，此為本研究結果類推之限制。
第貳章 文獻探討
文獻探討共分成五部分，第一節探討目前有關國小「聲音概念」之相關研究；
第二節探討目前國小聲音概念之課程；第三節探討科學玩具在教學上之應用；第 四節探討 5E 學習環教學法。
第一節 國小「聲音概念」之相關研究
研究者探查目前有關學生聲音概念研究之相關論文如第壹章第一節表 1-1 所 述有 14 篇，其中研究對象為國小學生者約有 13 篇，在這些研究論文中，發展國 小聲音概念之評量診斷工具者約有 5 篇；教學策略探究國小學生聲音概念學習之 研究有 7 篇；運用電腦輔助教學工具運用於國小聲音概念教學之研究有 1 篇（如 表 2-1）。由以上資料可以看出，目前有多數的聲音概念相關研究傾向於運用「建 構主義的教學策略」探究國小學生在聲音概念上的學習。
表 2-1：有關「國小」階段聲音概念研究之相關論文分類表
研究類別 研究生 論文中文名稱 指導教授 學年度
李美宜 我國學生聲音傳播概念之研究 黃湘武 83
陳世峰 發展國小學童聲音概念之 two-tier 評量診斷工具 張靜儀 90 余世裕 國小五年級學童聲音概念之研究 張靜儀 91
吳能州 國小學生「聲音概念」之探究 熊同鑫 91
運用診斷 工具探究 國小聲音 概念
黃佩萱 國小高年級學童聲音迷思概念之研究 程智慧 93 蘇幼良 以建構主義教學策略探究國小二年級學童對「聲音」的概
念學習 耿筱曾 90
邱雪媚 以人本建構主義教學策略探究國小一年級學童「聲音」的
概念學習 耿筱曾 93
盧珍瑩 運用鷹架理論於國小二年級科學概念學習之研究-以「聲
音」教學為例 王靜如 95
邱冠天 概念構圖應用於國小六年級學童在「聲音」單元教學成效
之研究 賴慶三 94
李俊璋 以概念構圖之動態評量策略探究國小六年級學童「聲音」
概念的概念學習 耿筱曾 94
劉敏書 以 PODA 研究策略探究國小一年級學童「聲音」概念之概
念學習 耿筱曾 95
運 用 教 學 策 略 探 究 國 小 學 生 對 於 聲 音 概 念 的 學 習
江帷銓 以認知架構為基礎的教學模式對國小六年級學童聲音概
念改變之研究 黃萬居 95
運 用 網 路 資 源 融 入 聲 音 概 念 學習
張維本 教學網站資源融入國小聲音單元教學之研究 甘漢銧 95
上述有關國小聲音概念研究，提供研究者良好的研究基礎，讓研究者能藉由 這些研究了解目前國小學生在學習「聲音概念」時的想法，以及學習時容易產生 的迷思概念(misconception)，以提供研究者進行教材設計時，能儘量針對各項學 生容易產生的迷思概念進行教學設計，提升學生聲音概念的學習成效。茲將目前 有關國小聲音概念相關研究，依照研究提出順序，將目前有關「國小聲音概念」
的研究結果分述如下。
一、程智慧(1994)國小兒童「聲音概念」發展模型之研究
程智慧藉由學童製作實體模型的方式詮釋學童對於聲音概念的架構圖，其研 究傾向於運用聲音的物理特性(波動說、粒子說)的概念，探究國小學生對於聲音 的微觀概念。程智慧(1994)列出兒童可接受的生概念詮釋架構圖如下圖所示（圖 2-1）：
聲音概念
觀 察 波 浪 的 律 動 來 闡 釋 聲 音 的 本 質 和傳播
觀 察 波 浪 的 律 動 來 闡 釋 聲音的特性
觀察個別質 粒在震動所 產生的聲音
（微觀）
觀察整體的 波動產生的 聲音（巨觀）
物理特性
心理特性
聲源附近的介質質粒也被 震動時，將聲音以拋球的 方式依次傳送至鄰近的介 質質粒上去
聲援附近的介質質粒同時 被震動時，以帶球跑的方 式將聲音次第傳至鄰近的 介質質粒上去
聲音會以縱波方式將波動 傳至鄰近流體介質上去
聲音會以綜合波（有縱波 和橫波）的方式將波動傳 至鄰近固體介質上去
震動所產生 的東西傳至 耳朵引起聽 覺共鳴。
波動傳送至耳 朵，引起聽覺共 鳴。
震動的強度、震動的快慢、震動的材質三種性質 的觀察。
震動的波幅、震動的頻率、波動的波形三種性質 的觀察。
響度、音調、音色三種性質的觀察
由圖 2-1 之兒童聲概念之發展模型，程智慧(1994)歸納出以下幾點：
（一）訪談結果發現學童普遍缺乏波動概念，因而造成一些迷思概念，例如「聲 音的傳播」，學童普遍認為聲音只能在空氣中傳播，在其他介質的傳播 現象雖然學過，但因無法體會，因而未能融入學童的聲音概念架構中。
（二）一般教師認為聲波多在流體中傳播，故視聲波為縱波；其忽略聲波也可 以在固體中傳播的綜合波動現象，造成師生互動時各有偏失的結果。
（三）檢視當時（民國八十二年版本）國小自然科教材，發現第一冊到第十二 冊完全沒有提及波動的現象，即使常見的水波、繩波等現象都沒有列入 單元教材中，實有誤導學習者選擇「質粒說」，而捨去「波動說」的傾 向，應及早重新調整單元教材的必要。
（四）分析現行國小自然科教材中有關聲音的概念語詞，發現過於強調聲音的 心理特性而忽略了物理特性及兩者之間的關連，造成學習聲概念的模 糊。因此有必要檢討自然科的教學是否仍只停留在「兒童科學」的階段，
而與現行正確科學觀念脫節的現象。
（五）兒童使用的概念語詞架構如以下的實例
（六）此研究發展出來的五十個國小階段學童聲概念模型，可看出國小學童在 聲概念的認知架構上相當分歧。此現象普遍的原因與學童的先前經驗或 學習背景相關，值得注意。本研究這些模型可用來發展學童「質」的教 材的參考指標。
由程智慧（1994）的研究結果，我們可以發現，當我們用物理微觀的角度
（粒子說、波動說）來看國小聲音概念的學習時，顯然因為國小學生其認知概 念發展與學習背景因素，學生在詮釋聲音的微觀現象時，容易運用自我生活經 驗的素樸想法(naive concepts)(李維譯，1998)來進行說明與推斷，造成意見的分 歧。
聲音傳播
聲源 聲音特性 聲音效應
公雞 咕咕叫 聽到公雞叫
1. 聲音大小 2. 聲音高低 3. 公雞叫聲
天亮了
產生聲音 空氣介質
傳播聲音
圖 2-2 兒童使用的概念語詞架構實例(引自程智慧，1994)
由以上的研究結論我們也可以探知，不論是 82 年版課程或現行九年一貫 課程，皆未將聲音的微觀概念列入國小的教材中，顯見多數學者認為微觀的概 念對於國小學生來說，若考量其認知學習發展的歷程，在學習上是有困難的。
不過，由上述研究結果我們可以發現，學生在尚未學習聲音的微觀概念時，學 生會選擇運用粒子說的粒子傳遞概念來解釋聲音的傳遞現象。這樣的結果似乎 顯示：聲音的微觀概念（粒子說、波動說）對國小學生來說學習尚屬不易，但 如果要運用微觀的概念向學生說明聲音的傳遞概念時，宜使用「粒子傳遞」的 角度來和國小學童說明，學生比較容易接受。
二、李美宜(1995)的「我國學生聲音傳播概念研究」
李美宜採紙筆式群測法與皮亞傑(Piaget)個別面談診斷法，研究中小學生對 聲音傳播之概念，其研究亦朝向聲音傳遞的微觀概念方式進行研究，茲將其研究 結論摘述如下：
（一）學生對聲音傳播概念之解釋有五種模式：感官及超距作用的概念模式、
聲場概念模式、影像概念模式、粒子概念模式、微小例子震動的傳播概 念模式。
（二）國中小學生之聲音傳播概念階層與年齡成正相關，具「粒子概念模式與 微小粒子振動模式」概念的人數比例隨年齡的增加而遞增。
（三）達形式操作期的學生，其中有 90.5%的聲音傳播概念屬於「粒子概念模 式與微小粒子振動模式」，證實學生的認知發展是影響聲音傳播概念發 展的重要因素。
由以上研究可以證實，國小學童因其認知概念發展情形尚未到達形式操作期
（或僅有部分學生到達形式操作期），有關聲音傳遞的微觀概念學生較不易理 解，這似乎也驗證了目前國小有關聲音概念的教材，皆不在國小階段談論微觀的 聲音傳播概念。
三、蘇幼良(2002)的「以建構主義教學策略探究國小二年級學童對聲音的概念學 習」
蘇幼良(2002)以牛頓版教科書的教學活動內容，運用建構教學的動態評量
及後設認知過程(PODM)，在教學前讓學生預測及說明理由，經由學生實際操作 實驗後，對先前的預測做修正。其研究運用動態評量、學生晤談與教師札記，
整理出國小二年級學童的聲音概念。研究者將其發現國小學生的聲音概念整理 如表 2-2。
表 2-2 國小二年級學童對聲音的另有概念 聲音概念/教學
主題活動 學生的另有概念
物體振動產生聲 音
1.「聲音是物體振動產生的」此一概念有時有有時無。
2.「聲音是物體振動產生的」這個概念必須在「發聲體振動能清楚被 看見才存在」。
聲音需要透過介 質傳遞
1.聲音不需要透過「介質」傳遞。如果學生認為聲音需要透過介質來 傳遞，僅能說得出「聲音需可由空氣傳遞」的概念。學童認為空 氣傳遞聲音的方式是「空氣用流通的方式傳遞聲音」或「空氣幫 聲音飄出去」或「聲音透過風吹出去」的方式。
2.學童認為水不能傳遞聲音，除非水中有空氣。
3.學童認為木頭、鋼管不能傳遞聲音；如果學生認為木頭可以傳遞聲 音，是因為木頭裡面有空氣造成的。
4.學童認為空氣的傳聲效果優於木頭。
5.因為金屬鋼管裡面有空氣，可以傳遞聲音。
「傳聲筒」教學 活動
1.以線拉直與否來判斷小話筒是否能聽得見，若歪歪斜斜的則會聽不 清楚。
2.站的姿勢會影響聲音聽見與否，小朋友若彎腰駝背則聽不清楚小話 筒的傳話。
3.有東西擋住線，就聽不清楚小話筒的傳話。
4.小話筒的線轉彎就不能聽見，因為聲音只能直直的走，不能轉彎。
(整理自蘇幼良，2002)
在這份研究由於作者進行教學時，受限於牛頓版教科書所提供的教材與教學 設計內容，以致於作者在進行教學的過程中發現教材的挑選可能會影響學生概念 的學習，甚至引發學生的迷思概念。作者在結論中提及「使用教具前要先測試，
如不能配合課程的目標進行設計，甚至可能造成學生迷思概念者則儘量不要使
用，以免造成概念學習的反效果」。這說明了研究者在進行此研究時，應該審慎 選擇聲音概念的玩具，才能使研究者的教學避免因為題材的選擇不當，因而無法 在教學活動中澄清學生的迷思概念。
此外，由此份研究我們也可以看出，國小二年級學生，對於「物體振動產生 聲音」、「聲音需要介質傳遞」的概念仍有許多的另有概念待澄清，因此在後續 有關聲音的教材與課程中，必須將此概念再度運用課程活動讓學生能夠觀察與澄 清。畢竟我們日常生活的學習歷程，會促我們個人在生活經驗的概念上不斷增 長，在後續的課程裡重複運用活動澄清概念，才可以將學生的錯誤概念降低。
四、陳世峰(2002)的「發展國小學童聲音概念之 two-tier 評量診斷工具」
陳世峰（2002）在發展國小學童聲音概念 two-tier 評量診斷工具的歷程中，
運用評量診斷工具與訪談的方式，針對國小學童的聲音的大小、音調的高低、聲 音的傳播、樂器發聲的特性等聲音概念所呈現的許多不同類型概念有著詳細的說 明，此份論文屬於近來第一篇以發展二階段評量診斷工具為目的，在研究的內容 上著重於評量診斷工具信度與效度的檢核。此份二階層是問卷的設計，採第一階 層單選，第二階層單選或多選的型態進行概念配對，因此在使用這份問卷進行聲 音概念的診斷評量時，除了論文中提及的二階層診斷配對可能蘊含的學生概念 外，學生在填答時如出現其他配對，可能需要使用進一部訪談的方式了解學生對 於聲音概念的想法。此份二階層問卷工具的型態如圖 2-3 所述。
研究者仔細思考這份工具的使用方式，認為此份問卷工具有良好的信度與效 度，且對於學生的填答因第二階層提供學生可以單選或複選，可以開放學生填 答，讓學生的想法可以充分展現，不過或許這也造成了學生如果在填答時配對不 合邏輯時，需要運用訪談的方式才能確切了解學生的想法。
圖 2-3 two-tier 二階層式評量診斷工具試題型態（引自陳世峰，2002）
由於此份研究對於重點放在「二階層評量診斷工具的發展」的信效度檢核，
每個測驗題項所蘊含的概念陳述篇幅較多，且此份研究因不同的二階層概念配對 可能產生的概念詮釋種類較多，研究者不適宜自行類歸，無法以條列方式列出其 觀察學生迷思概念的情形。但由此份研究中，研究者可以看到一些學生的概念想 法，如：學生認為聲音是可以靠風力推動來傳播，在解釋聲音的傳播時，會出現 粒子碰撞傳遞的概念。對於聲音並不具有「能量」的概念；學生了解震動強度越 大，聲音越大的概念；學生對於聲音是否需要物質來傳播，概念分歧；學生對於 聲音可以穿牆而過是因為牆裡面有空氣的緣故……等。
五、余世裕(2003)的「國小五年級學童聲音概念之研究」
余世裕（2003）運用陳世峰（2002）所發展之聲音概念二階段紙筆測驗試題 進行小幅度修正，對國小五年級學生進行前測性與晤談與紙比測驗，接著藉由正 式紙筆測驗試題的測試，挑選 12 名具有迷思概念想法與表達能力較佳的五年級
學童進行晤談，將紙筆測驗之結果與訪談內容進行分析，歸納出五年級學生的聲 音迷思概念，茲將其研究結果列表如表 2-3。
表 2-3 國小五年級聲音迷思概念
聲音概念 學生的另有概念
聲音的 產生與傳播
大多數的學生都知道聲音是由振動產生的，但是對於聲音振動的本質，卻 有不同的解釋。
1.空氣傳送聲音時，空氣微粒也會隨著聲音流動。
2.聲音是一種物質，能和空氣結合而傳播到整個空間。
3.即使月球上或外太空沒有空氣，但只要距離夠近，仍然可以聽到聲音。
4.學童較難以接受固體介質能振動傳遞聲音的現象，尤其是體積或重量較 大的物體。雖然在日常生活經驗中知道隔著薄木板仍然可以聽到聲音，
但因不認為固體能振動，因此想出聲音用細縫或穿透的方式來傳播。
5.學童普遍認為聲音可以在空氣中傳播，無法體聲音在水中傳遞的現象。
多數學生認為水可以傳遞聲音，是因為水中有空氣的緣故。部分學生甚 至認為，在水中傳遞的聲音無法再傳遞回空氣中。
6.聲音會在小話筒的線上跑。
聲音的特性與樂 器的聲音
1.音調高或音量大就是振動快，也振動大。
2.部分學生認為「物體振動快的，必振動小；振動慢的，必振動大。」部 分學生認為「物體振動快的、必振動大；振動慢的，必振動小。」
3.用力敲打物體，使物體振動快，也振動大。
4.用相同的力量撥、打物體，細、短的物體振動快而大，音調高。
5.對裝水的是管管口吹氣，水越少音掉越高。
6.敲裝水的玻璃瓶口，水越多，音調越高。
7.吸管越長，吹出來的聲音樂高。
（整理自余世裕，2003）
張靜儀、余世裕（2002）在屏東師院學報中，也發表一篇「國小學童對聲音 概念之探究」，此篇研究中歸納出國小學童對聲音的迷思概念如下：
(一)對聲音本質的迷思概念
1.聲音類似氣體的性質，可以穿透物體的細縫。
2.聲音本身並不是一種波動，而是一種能被空氣攜帶的物質。
(二)對聲音傳播的迷思概念
1.固體不會傳播聲音，聲音是某一種能沿著固體表面跑的物質。
2 聲音在空氣中傳播，若遇到阻礙，有部份會穿透過去。
3.聲音在水中傳播，主要是靠水中所含的氣體來傳送聲音的。
(三)對聲音特性的迷思概念
1.聲音高就是振動較快，而且振動也較大 2.聲音小就是振動較小，而且振動也較慢 3.空氣柱長時，聲音高；空氣柱短時，聲音低
余世裕（2003）在其研究結論與建議章節中層提到「目前的教材中，學生在 學習聲音的概念時有許多的迷思概念與想法，因此學生對於樂器的聲音特性也存 在著極大的問題」。研究者在教學現場中也發現相似的現象，由於上述迷思概念，
皆為教師根據目前教科書內容教學所檢測出來的結果，因此研究者在本研究中嘗 試自行設計教學順序、內容與方式，藉由樂器玩具來指導學生觀察、學習聲音的 概念與特性，讓學生在學習每一個聲音概念時，都能藉由樂器的操弄了解樂器發 聲的特性，目的就是希望透過不一樣的嘗試，觀察學生的概念改變情形。
六、吳能州(2003) 國小學生「聲音概念」之探究
吳能州(2003)運用團體訪談的方式編製二階層開放式問卷，透過二階層開放 式問卷的檢核與修正，發展國小聲音概念二階層式評量診斷工具，此份二階層式 評量診斷工具與陳世峰(2002)、余世裕(2003)不同的地方在於其二階層式工具的 每個選項，都蘊含著學生的迷思概念，可以很容易地由學生的答題情形，了解學 生的迷思概念為何，研究者將其二階層式工具的題形呈現如圖 2-4，其研究結果 如表 2-4 所列示。
圖 2-4 國小學生聲音概念研究二階層式問卷題型(引自吳能州，2003)
表 2-4 國小學生聲音概念研究學生的迷思概念與想法
聲音概念 學生迷思概念與想法
聲音的來源
1.學生對於「聲音是振動產生的」雖有概念，但是對於「是誰在振動」並不 十分清楚。
2.三、四年級學生比較傾向於「物體振動產生聲音」的想法，但是五、六年 級學生，比較傾向於「物體振動，影響空氣振動，空氣振動就會產生聲音」
的想法。
聲音的能量
1.國小學童，對於控制樂器聲音的大小，都了解其方法，但僅有 37% 左右的 小朋友，可以運用「振動」的概念來詮釋「聲音的能量與振動有關」，而 且高年級學生具有此概念的比例較中年級學生高約 63% 的小朋友認為「聲 音的能量，與敲擊物體時，所使用的力氣有關」，而且年級越低，具有此 概念的學生比例越高。
2.國小學生有 94%左右的學生具有「聲音會隨著距離越遠而越來越小」的概 念，45%左右的學生認為「距離近，聲音大」是因為空氣比較快傳到我們 耳朵的緣故。有 8%左右的學生，能夠對此現象做正確的陳述。
聲音的音調
1.樂器是屬於無法改變聲音高低的樂器，如鼓、三角鐵、哨子，學生容易將 聲音的大小與聲音的高低做相關的連結，認為聲音的大小與高低有關係。
2.空氣流動的速度，會影響聲音的高低。例如：笛子、哨子、中空的鐵琴。
3.聲音就像是一個會移動的物質，跑得快，聲音高；跑得慢，聲音低。
2.下圖是一個鐵琴，鐵琴的中間是空心的。你如果拿起琴棍敲擊它，鐵琴就會發出聲音。你 覺得為什麼你敲鐵琴的時候，鐵琴就會有聲音呢？
□ 我覺得是因為碰撞產生的
我的理由是
□ 我覺得是因為空氣振動產生的
我的理由是
□ 我覺得是因為物體振動產生的
我的理由是
□ 敲鐵琴的時候，琴棍和鐵琴發生碰撞或摩擦，所以有聲 音。
□ 敲鐵琴的時候，會使鐵琴裡面的空氣撞在一起，所以有 聲音。
□ 敲鐵琴的時候，鐵琴裡面的空氣會振動，所以有聲音。
□ 敲鐵琴的時候，鐵琴裡面的空氣會振動，空氣互相撞 擊，就會有聲音。
□ 敲鐵琴的時候，鐵琴會振動，所以會有聲音。
□ 敲鐵琴的時候，鐵琴裡面的空氣會振動，所以有聲音。
聲音概念 學生迷思概念與想法 4.物體振動的幅度，會影響聲音的高低。
5.力氣的大小會影響聲音的大小，而聲音的大小與聲音的高低有關係。
聲音的音色
1.有 53% 的學生能使用「每種樂器，都會有屬於自己，十分獨特，和其他樂 器不一樣的聲音」的想法來陳述自己對於音色的概念。約有 33% 的學生，
認為他可以區分不同的聲源，主要是由於「以前聽過這些樂器聲音，把它 記下來」的緣故
聲音的感覺
2.國小學生對於區分「噪音」與「樂音」都具有相當的概念，只是學生較不 熟悉「樂音」的名詞。43% 以上的五、六年級學生，可以利用「噪音是聽 起來很不舒服的聲音」的概念來陳述自己對於噪音的想法；學生的年紀越 小，使用「噪音是很吵鬧、很大聲的聲音」來說明噪音的人數比例越高。
聲音的傳播
3.國小學生，對於聲音的傳播介質，80%的學生認為聲音需要透過其他物質 來傳播，20% 的學生認為聲音不需要透過介質來傳播。
4.在聲音的傳播介質上，學生大多只能認同「空氣可以幫忙傳遞聲音」的概 念，對於固體、液體傳遞聲音較不具有概念。不過，學生對於「固體傳遞 聲音」的概念較「液體傳遞聲音」的概念佳。
樂器的聲音
5.學生在解釋樂器發聲的原理時，常常會因樂器的外部構造不同，而有不同 的想法。目前課本中有關「樂器的聲音」的課程內容，應加樂器發聲原理 的教學課程，以使學生可以將課程中所學習的「聲音概念」運用到「樂器 發聲」原理中，使學生所學習的理論，可以與日常生活的經驗相互結合。
(整理自吳能州，2003)
吳能州(2003)研究中我們可以發現，有關「樂器的聲音」單元，其建議應將
「樂器發聲原理」加入教學課程中，讓學生學習的理論與日常生活結合。研究者 於本研究中思考從「製作樂器玩具」著手，讓學生在製作的歷程中探討各項樂器 的發聲原理，讓學生由探索樂器玩具的歷程中學習聲音的概念，此一構思與其相 符。
七、邱雪媚（2005）的「以人本建構主義教學策略探究國小一年級學童「聲音」
的概念學習」
邱雪媚（2005）參考牛頓版自然科教學指引第二冊(民 85)、國立編譯館自然
科教學指引(民 88)編訂國小一年級學童的教學目標，透過自行編定的教材運用人 本建構主義的教學策略，探討一年級學童對於聲音概念的學習，歸納學童的聲音 概念有五點想法：
（一）以聲音的大小便別聲音的差異性：學童可以辨別不同的聲音，但勢將 身音高與聲音大、聲音低與聲音小的特質進行連結，在進行教學後，
前後測驗結果差異不大。
（二）不能察覺物體發出聲音與振動有關：學童可以運用觸覺體會振動的感 受，但無法將「發出聲音」與「振動」連結，學童分開看待聲音與振 動這兩件事。
（三）大部分學童不具備聲音傳遞需要經由介質的概念：學童運用小話筒實 驗時，僅有發話者發出聲音，收話者接受聲音的概念，沒有聲音經由 介質傳遞的概念，符合程智慧（1994）的研究結果：低年級學童對於 傳聲介質概念有很大的分歧，有些學童沒有傳聲介質的想法，直覺認 為是耳朵聽到聲音，屬於聽覺效應。
（四）學童認為「距離遠近」與「音量大小」是傳遞聲音的條件：學童認為，
耳朵貼近桌面聲音較耳朵不貼近桌面聲音大，是因為耳朵比較靠近桌 面的緣故；小話筒沒有線，只要講話的聲音夠大，對方一樣可以聽到 聲音。
（五）學童接受棉線可以傳遞聲音、桌子不可以：學生因為進行小話筒的實 驗後，接受棉線可以傳遞聲音的概念，認為空氣也可以傳遞聲音，但 是認為桌子不可以傳遞聲音。
由以上研究可以發現，一年級學生因受限於其認知發展因素，僅有對於實際 觀察所得的聲音現象可以接受，如：「接受棉線可以傳遞聲音，但桌子不可以。」
對於聲音的細部概念或抽象概念很難由教學活動中學習。蘇祐良（2002）對於二 年級學生聲音概念的學習其研究結果有多數十分接近，顯示物體振動產生聲音、
聲音需要靠介質傳遞的概念無法具體由目前國小一年級生活課程的教學單元中
讓學生了解，在五年級的學習課程中，有再重述的必要。
八、黃佩萱（2005）的「國小高年級學童聲音迷思概念研究」
黃佩萱（2005）發展二階層式評量診斷測驗試題，探討國小高年級學童的聲 音概念，其二階層評量診斷試題題型如圖 2-5 所示。其研究結果如表 2-5。
圖 2-5 國小高年級學童聲音概念研究二階層式診斷測驗試題題型（引自黃佩萱，2005)
表 2-5 國小高年級學童聲音概念研究結果
聲音概念 學生迷思概念與想法
聲源的振動
1.63.2％的學童認為「聲源的振動會使周圍的分子也振動」。
2.學童認為聲音會在線上跑，線彎曲或鬆了會讓聲音傳播得不好模糊不清。
學童雖然於低年級進行了小話筒的活動，但概念仍不清楚。
傳聲的介質
1.學童認為「空氣抽出來會形成風，風會幫助聲音傳送，讓聲音變大聲」。
2.空氣會阻擋聲音傳送，將空氣抽出，少了空氣阻擋，聲音就會變大聲。
3.學童對空氣有迷思，認為空氣是聲音的介質，也認為空氣會影響聲音的傳 遞。
4.學童認為「水會影響聲音傳遞，沒有空氣聲音就不能傳播」。
5.學童會以「收音機和耳朵所在位置來判斷水是否會隔絕聲音的傳遞」來判 斷是否能聽到聲音。
6.學童不認為水也是聲音傳遞的介質。
7.聲音要穿過牆或木板的細縫才可以聽到，牆或木板沒有細縫聲音無法聽 到。
8.聲音會被牆吸收或完全反彈。
9.學童認為「聲音以波動的形式穿越物質過來，才能讓我們聽到」。
波的反射 學生對聲波的反射概念並不熟悉，認為聲音是直線前進，受到阻擋、改變方 向就聽不到。
響度與音調
1.敲擊力量大小影響音調高低，音調高低影響音量大小。
2.對裝水試管吹氣的試驗中認為空氣多，空氣振動得快，聲音較高。水少，
水振動得快，聲音較高。
3.認為救護車遠離，警報器得聲音讓空氣振動變快，讓聲音變高。
4.學童會以「聲音傳送速度的快慢來判斷音調高低」。
5.學童會以「聲音傳播得速度來判斷音量大小」。
波動與粒子
1.學童認為聲音要像空氣一樣是一粒一粒的粒子，才能振動，才能傳達到我 們耳朵中。
2.有些學童有聲音為波動的概念，但對於日常生活終場聽之 CD 歌曲其錄製 方式並不熟悉。
音 速
1.學童認為木板會影響聲音的行進讓聲音速度變慢。
2.五年級學生 6.2％，六年級學生 5.8％具有固體傳播聲音速度較快的概念。
3.學童認為「聲音在空氣中傳播得比較快」，所以會先聽到爆炸聲，再看到 煙火。部分學生認為煙火要先爆炸，才會有煙火，所以先聽到爆炸聲。
（整理自黃佩萱，2005)
由黃佩萱（2005）研究結果可以看出，其二階層式評量診斷試題的呈現方式 與吳能州（2003）十分接近，但兩份問卷的題目內容卻是有所差異。研究者發現 在黃佩萱（2005）的研究中，部分題型如「救護車遠離，聲音變高」牽涉的到都 普勒效應（Doppler effect）、「波以耳實驗圖形(如表 2-6 說明圖)」涉及學生對 於「真空」定義的了解。這類題型因其困難度較高，學生受限於其學習經驗，因 此在此類問題所呈現的迷思概念也會較多。
表 2-6 波以耳實驗圖形說明
十八世紀波以耳對於聲音是否需要靠其他的物質來傳播作了一個有趣的 實驗。他在密閉的玻璃瓶中，放入一個鈴鐺，在玻璃瓶的下方，它放入一個 可以抽掉空氣的管子，好讓它可以將瓶子裡的空氣抽得一乾二淨。當玻璃瓶 子中有空氣的時候，搖搖鈴噹時，可以聽到鈴噹發出聲音來。可是，當他利 用抽氣的裝置，將玻璃瓶裡的空氣抽出來後，由於瓶子裡的空氣越來越少，
所以他聽到鈴鐺的聲音越辯越小，當玻璃瓶的空氣被抽完之後，他居然完全 聽不到鈴鐺的聲音。可見，當鈴鐺發出聲音的時候，鈴鐺的聲音需要靠空氣 來傳遞聲音。波以耳這個實驗，主要是證明了聲音需要靠一些物質來幫助他 傳遞，而這些協助傳遞空氣的物質，我們稱為「介質」。
此外，研究者比較黃佩萱（2005）與吳能州（2003）二階層式問卷時也發現，
問題的呈現方式會影響施測的結果。例如有關「聲音的反射」概念，黃佩萱（2005）
的問題呈現如下圖 2-6 所示，其研究結果為「學生對聲波的反射概念並不熟悉，
認為聲音是直線前進，受到阻擋、改變方向就聽不到。」但吳能州（2003）使用
「回音」的主題和學生進行訪談與施測(如下圖 2-7)，其研究結果為「87.3%的小 朋友可以了解回音是由於聲音反射所造成的」，雖兩項研究所施測的學生對象有 所不同，但問題的型態亦是影響學生答題的重要因素。如果問題的型態本身含有 的概念較多、較複雜，學生在答題時所呈現的迷思概念自然也會較多。許榮富
（1992）指出科學概念的學習會受到學生日常生活和在學校所習得的概念影響。
因此，學生遇到未曾學習過的複雜概念問題時，為了詮釋它，必然要運用自己的 經驗做為詮釋，如此自然呈現學生的迷思概念自然也就較多。
圖 2-6 國小高年級學童聲音概念二階層式診斷測驗-聲音反射題型（引自黃佩萱，2004)
圖 2-7 國小學生聲音概念之探究-回音題型（引自吳能州，2003）
研究者進行本研究之聲音概念教學，為檢測學生的學習概念，亟需要從目前 的研究文獻中尋找適切的二階層檢測試題做為研究者檢核教學成效之工具。由於 國小學生其學習之認知經驗有限，對於科學概念的學習尚未完整，因此對於許多 聲音的現象較難運用完整、正確的概念進行詮釋，若不同的題目型態、提問方式 會對學生的回答產生不同的效應，則研究者在挑選目前學者所發展出的二階層試 問卷問題時，必須以接近研究者教學歷程或接近學生學習經驗的題型為主，才能 檢測出研究者於此研究中之教學設計成效，若學生的迷思概念無法在教學中進行 澄清，其迷思概念仍舊存在，不論教學如何設計，也難以從檢測工具中看到成效。
由目前有關「聲音概念二階層式問題」的相關研究來看，研究者較傾向由吳 能州（2003）所發展的二階層式問卷中，挑選部分試題1做為本研究教學前後測
1 研究者「挑選部分試題」，以挑選研究者在教學設計中有探討的「聲音概念」試題為主，其他 試題因超出研究者教學設計之範疇，因此即使檢測，也難以得知教學成效，故不採用。
21. 小朋友，你覺得下面有關【回音】的敘述，哪說明最接近你的想法？
□ 聲音碰到物體以後，會反彈回來，我們就會聽到剛才的聲音，這就是回音。
□ 我們說話或大聲喊叫的時候，風會把聲音吹回來，所以我們可以聽到剛才的聲音，這就是 回音。
之檢測工具。
九、李俊璋(2006)的「以概念構圖之動態評量策略探究國小六年級學童「聲音」
概念的概念學習」
李俊璋（2006）以南一版教材為依據，運用概念構圖與動態評量的教學策 略探究國小六年級學童對於聲音概念的學習，此項研究以『結合「概念構圖」
與「動態評量」二項策略之教學應用』為主，「聲音」僅為其教學題材，研究 者自行歸納其研究中所提及有關學生的聲音概念如表 2-7。
表 2-7 概念構圖之動態評量策略研究中有關國小六年級學童聲音概念想法
聲音概念 學生迷思概念與想法
聲音本質
1.聲音本身是一種類似空氣的物質，是因為碰撞和擦撞所產生的。
2.「試管內加入不同的水量，吹的聲音會有高低是因為水柱高低的不同」這 樣的想法著要是因為當學童看到試管內高低不同的水柱時，容易把注意力放 在水位的高低變化上，單純的就認為是水柱在影響聲音的高低，忽略了吹試 管時，並不是水在震動。
3.運用口徑一樣但是長度不同的試管，裡面裝一樣高度的水，學童發現，吹 出來的聲音長試管比短試管低，學童理解到不是水柱高度影響聲音的高低，
而是水柱上方的空氣影響到聲音的高低。
聲音的傳播
1.學童以為聲音是一種可以流動的物質，它們會像水和空氣一樣可以從細縫 中穿越過去，因此學生認為只有會流動的空氣和水才能傳聲。
2.「聽診器能夠將心跳傳升到耳朵，認為是橡皮管在傳遞聲音，而不是橡皮 管內的空氣。
3.「輕敲桌子，耳朵貼在桌面上跟耳朵離開桌面，聽到的聲音有何不同？」
問題中，學生認為耳朵貼住桌面聲音較大是因為耳朵距離桌面遠近的關係。
聲音的變化 1. 物體碰撞產生聲音，物體較大聲音較高；物體較小，聲音較低。
2. 撞擊時力量大；發出的聲音高；撞擊時的力量小，發出的聲音就比較低。
（整理自李俊璋，2006)
