國立臺東大學幼兒教育學系碩士班 碩士論文
指導教授：郭李宗文 博士 林自奮 博士
幼兒之科學活動探究－以斜面運動 為例
研 究 生：陳瑞玟 撰
中華民國 一百 年 六 月
誌 謝
自接觸幼兒教育以來，雖一直對於學前幼兒的科學教育保持濃厚的與趣，但 卻一直無法能充滿自信地帶領幼兒們進行科學相關性活動，很榮幸能有機會在 科學領域中進行研修，學習研究的能力，提升自己的教學信心。在職進修的三年 歲月中，使得自己兼負為師、為生、為妻、為母、為女…等多重角色，在百事纏身 的情況下，能完成這篇論文，真的要感謝這一路陪我走來的所有人。
首先要感謝的是指導教授郭李宗文老師及林自奮老師，讓我在自己有興趣 的領域中鑽研，引領我進入教學實務與科學專業知能相融合的幼兒科學教育世 界，二位教授細膩的指導與分析，讓我邁入研究者的軌道；嚴謹的態度更讓我 倍感尊崇，當我陷入瓶頸時，老師亦師亦友的引導解惑，觸動自己再次前進的 動力，不敢怠慢於論文的寫作。感謝口委古智雄教授，給予諸多寶貴意見與思考 方向，使我獲益良多，讓本論文更臻完善。
感謝參與本研究的六位小小研究員，有你們的加入，使得在進行研究活動 歷程中，多了許多樂趣，更讓本研究能順利完成資料蒐集的工作。更謝謝一路陪 伴我進行論文討論、澄清與鼓勵的「同門」伙伴們－佩玲、雅幸、立音、培容、涵榆、
鈺慈、靜青及宜芳，以及好友－紅鈴，謝謝妳們在我研究所的生涯裏所提供的幫 助、陪伴與鼓舞，妳們總讓我覺得生活處處有溫暖，有妳們真好。
在漫長的求學過程中，最感不捨的是我的一對稚齡兒女欣妤和承焌，在我 挑燈夜戰時，能體貼地相互扶持，讓我得以專心撰寫論文。謝謝你們的懂事與貼 心。
最後僅將這本論文獻給來不及等我畢業的阿嬤，希望您在天之靈能分享到 我的榮耀。
瑞玟 於2011 年 夏
幼兒科學活動探究～以斜面運動為例
摘 要
本研究旨在於瞭解幼稚園教學中，進行「斜面運動」的科學活動時，受試幼 兒之科學探究能力及對「斜面運動」的相關概念或迷思想法。並進一步探討研 究者於引導科學教學歷程中之策略運用情形，進而改善研究者帶領幼兒進行科 學教學的方式。研究者以六位五歲幼兒為研究對象，進行「斜面運動」之小組 活動，資料蒐集主要採觀察及訪談法。研究結果發現：
（一）在「斜面運動」整體歷程中，幼兒使用各項科學探究能力之出現次數百分 比，由高至低依序為「實驗」、「溝通」、「觀察」、「推論」、「預測」等能力；
經由百分比事後比較顯示「實驗」能力與「推論」、「預測」能力間有顯著差 異。
（二）幼兒在「斜面運動」活動歷程中，能有效地運用「觀察」、「推論」、「預測」
「實驗」、「溝通」等各項科學探究能力。
（三）幼兒在「斜面運動」活動歷程中，所呈現之迷思概念有：
1. 幼兒探討物體的重量會影響斜面運動時，幼兒認為物體體積愈大重量愈 重、體積愈小重量愈輕。
2. 幼兒在尚未實驗操作前，有物體愈輕，容易飛起來，且在斜面上會滑得 比較快之想法。
3. 幼兒知道光滑度與斜面運動快慢有關，但是幼兒會將圓柱體的重量與光 滑度連結，幼兒認為輕的圓柱體會比較光滑。
4. 幼兒對於空心與實心圓柱體在斜面上的運動表現，提出下列之想法：
（1）在實心圓柱體的部份：幼兒認為是風的吹動，使得實心圓柱體滾動較 空心圓柱體快。
（2）在空心圓柱體的部份：幼兒認為是風在空心圓柱體中，而使空心圓柱 體滾動較實心圓柱體慢。
（四）幼兒在「斜面運動」活動歷程後，所展現之科學概念有：
1. 斜面的傾斜度會影響物體的滾動速度。
2. 在斜面上，球體和圓柱體圓弧的部份，以「滾動」的方式滾下；長方體、
正方體、三角體…等形狀之面，則為「滑動」方式滑下。
3. 在斜面上，圓柱體直徑大小不影響圓柱體滾動的速度。
4. 在斜面上，斜面和圓柱體的光滑度會影響圓柱體滾動的速度。
5. 在斜面上，圓柱體的重量不影響圓柱體滾動的速度。
（五）研究者對進行「斜面運動」行動之成長有：
1. 從自省中習得審視自己的能力。
2. 發現幼兒科學教育的真諦。
3. 進行幼兒科學教學活動信心之提升。
並根據上述研究結果，對幼兒科學教師及未來研究者提出具體之建議。
關鍵詞：幼兒、科學活動、斜面運動
An Investigation on Children’s Scientific Activity ： Inclined Plane Movement as An Example
Abstract
This study aims to probe into children’s ability to explore science and their notion and thought when they are engaged in inclined plane movement. I went deeper into how strategies are applied in teaching science in order to improve my pedagogy when I guide children to science. The research subject includes six five-year-old children and the process in inclined plane movement. The data were collected by observation and interview and the result are as follows.
First, in the process of inclined plane movement, the frequencies of children’s using ability to explore science from high to low are “experiment”, “communicating”,
“observing”, “inferring”, and “predicting”. By posteriori comparisons of the percentage, there is significant difference between “experiment”, “inferring” and
“predicting”.
Second, as children are engaged in inclined plane movement, they are able to effectively utilize “observing”, “inferring”, “predicting”, “experiment”, and
“communicating” to explore science.
Third, children have some misconception regarding inclined plane movement. When children are probing into the weight of object which influences the rolling speed on an inclined plane, they think the bigger the object is, the heavier it is and vice versa.
Before the experiment, children believe that the lighter the object is, the faster it slides on an inclined plane. Young children understand that the rolling speed on an inclined plane is related to smoothness. They would connect the weight of a cylinder with smoothness and they believe a light cylinder would be smoother. Furthermore, in the children’s opinion, a solid cylinder’s rolls faster than a hollow one because of the wind. They also think that a hollow cylinder rolls slower than a solid one because the wind is inside the hollow cylinder.
Fourth, after the inclined plane movement, the young children have understood some scientific facts which are stated as follows. They acquire that the angle of inclination influences object’s rolling speed. On an inclined plane, a curve of sphere and cylinder
“roll” while a cuboid, cube, or pyramid “slide” down the plane. The length of diameter of a cylinder does no affect its rolling speed. The smoothness of the plane and cylinder is related to the cylinder’s rolling speed while the weight of the cylinder is not.
Fifth, from the inclined plane movement, the researcher has learned self-examination from introspection. Moreover, I comprehend the significance of young children’s science education and acquire confidence in teaching young children science.
According to the result above, there are some suggestion proposed for young children’s science teacher and future researcher.
Keywords: Young Children, Scientific Activity, Inclined Plane Movement
目 次
中文摘要……….……… i
英文摘要………iii
目 次………..………. ………...iv
表 次………...vi
圖 次………..vii
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………....3
第三節 名詞釋義………..……..…3
第四節 研究範圍與限制………5
第二章 文獻探討………7
第一節 幼兒科學教育………..………..…………7
第二節 幼兒科學學習的認知理論………..………11
第三節 斜面運動………..20
第三章 研究方法………..31
第一節 研究者的背景與角色………..………31
第二節 研究情境………..33
第三節 研究程序………..………49
第四節 資料的蒐集、整理與分析………..50
第四章 參與「斜面運動」的行動歷程………..57
第一節 「滾動」的軌跡………..57
第二節 「滾動」中的科學探究能力………..73
第三節 幼兒「斜面滾動」概念的發現………..95
第四節 研究者的省思………..………..107
第五章 結論與建議………113
第一節 結論………113
第二節 建議………118
參考文獻………..120
中文部分………120
英文部分………...125
附錄………..126
附錄一 教學活動設計………126
附錄二 斜板規格………130
附錄三 圓柱體規格………131
附錄四 活動二學習單………135
附錄五 活動學習單………136
附錄六 家長同意函………137
表 次
表 2-3-1 國內近年來研究力與運動及摩擦力相關論文彙整表………...23
表 3-1 小太陽附幼幼兒作息時間………... 35
表 3-2-1 幼兒學習概況表……….. 39
表 3-2-2 幼兒斜面運動實驗工具內容………...42
表 3-3 研究進度時程表………...50
表 3-4-1 研究資料代碼一覽表………...52
表 3-4-2 資料分析內容符號意義………...53
表 3-4-3 科學探究能力編碼類別………...53
表 4-2-1 幼兒整體行動科學探究能力卡方檢定摘要表.…………...74
表 4-2-2 「斜不斜有關係」活動科學探究能力卡方檢定摘要表………...76
表 4-2-3 「是滾動還是滑動」活動科學探究能力卡方檢定摘要表…………...78
表 4-2-4 「粗糙和光滑之戰～斜面」活動科學探究能力卡方檢定摘要表…...80
表 4-2-5 「粗糙和光滑之戰～圓柱體」活動科學探究能力卡方檢定摘要表...82
表 4-2-6 「大與小的對話」活動科學探究能力卡方檢定摘要表…...85
表 4-2-7 「斤斤計較」活動科學探究能力卡方檢定摘要表………...87
表 4-2-8 「決戰空心和實心」活動科學探究能力卡方檢定摘要表…...89
表 4-2-9 「大家一起來」活動科學探究能力卡方檢定摘要表…...91
圖 次
圖 1-1 斜面關係圖………...5
圖 2-1 訊息處理過程………...19
圖 2-3-1 斜面運動概念暨活動程序關係………...21
圖 3-1 白兔班教室平面圖………...37
圖 3-3 研究架構圖………...49
圖 3-4 資料分析過程………...54
圖 4-2-1 幼兒參與斜面運動「觀察能力」表現圖………...92
圖 4-2-2 幼兒參與斜面運動「推論能力」表現圖………...92
圖 4-2-3 幼兒參與斜面運動「預測能力」表現圖………...93
圖 4-2-4 幼兒參與斜面運動「實驗能力」表現圖………...94
圖 4-2-5 幼兒參與斜面運動「溝通能力」表現圖………...94
第一章 緒 論
本研究主要之目的在於瞭解幼稚園教學中進行有關「斜面運動」的科學活 動時，受試幼兒之探究能力及對「斜面運動」的相關概念與想法，並進一步探 討研究者於引導科學教學歷程中之策略運用情形，進而改善研究者帶領幼兒進 行科學教學的方式。本章共分為四節，第一節主要說明研究背景與動機；第二 節敘述研究目的與問題；第三節界定名詞釋義；第四節陳述研究範圍與限制，
分別敘述如下：
第一節 研究背景與動機
多年來，研究者在教學現場的觀察發現，大部分學前教育機構的教學課程 大都注重在生活教育、智能教育及才藝課程，常忽略自然科學活動這個領域。
在生活中幼兒常有許多自發性的科學探索行為，有時孩子會蹲在地上觀察螞蟻 的活動情形，久久不願散去；有時孩子喜歡在下雨天的積水處跑來跑去，其樂 無窮；有時也常見三五成群的孩子聚集在一起，依在洗手檯旁，刻意將排水孔 塞住，讓水放滿水槽後，玩起「八八水災」的遊戲，並會聽見他們正全力研究 討論如何製造出「海浪」、及「大海嘯」的方法，等到大人出面制止，才停止水 花四濺的探索活動。但是孩子們並沒有因大人的制止而停止他們的好奇心，接 下來，當拔起排水孔塞蓋，孩子們的頭馬上又靠在一起，原來是排水孔上有了 奇特的「龍捲渦」，旋轉的威力強大地發出奇怪的聲響，好奇的孩子伸手去感覺，
小心翼翼的則在一旁看著會發生什麼事？或急著問「有什麼感覺？」，孩子們無 時無刻地自發、好奇的科學探索行為，引發研究者想要探究幼兒的科學概念與 思考，進行本研究的第一個動機。
教育改革已如火如荼的展開數年，教育專家、學者、家長甚至於孩子，皆 希望改變以往傳統刻板的教育方式，教育部（2003）在科學教育白皮書中指出：
「科學教育是經由科學性的探究活動，養成學生以科學思考的習慣，獲得科學 相關的知識與技能。同時，也能依照科學方法從事探討與論證，培養解決問題 的能力及建立科學態度」。由此可知，我國科學教育改革的趨勢，在於強調兒童 的科學學習，應該透過兒童實際參與和實際操作的過程進行。而對幼兒階段的 科學學習，周淑惠(1998)指出，在日常生活中要讓幼兒參與以遊戲化的教學活
動，從中經歷探索的過程，以培養幼兒科學探究的能力。在研究者服務的學校，
曾嘗試過讓實習生在實習課程中安排一系列的科學遊戲活動，其目標為增進孩 子科學探索機會，培養孩子在科學活動過程中發現問題、解決問題。剛開始，
孩子會一直期待老師將解決方法直接說出來，但老師以引導的方式，讓孩子思 考、討論可行的方法，當結果出現時，孩子們驚奇的神情，已讓整個教學情勢，
由老師說學生做的被動狀態，轉換成孩子躍躍欲試的主動動能。就是這樣有別 於研究者以往教學經驗的感動，在心底產生一些觸動；假日時亦常與孩子在海 邊踏浪，為人母總會擔心大浪無預警地襲捲上岸，弄濕孩子的衣服，因而一直 提醒孩子別靠海水太近，年僅六歲的女兒，反而轉身告訴我「媽咪！你不用擔 心，我會看海浪，海浪如果捲得很高，我就知道要趕快跑，但是如果海浪捲得 很高，可是它前面的浪也剛好退下，和它碰撞在一起，這時候浪就不會衝上來」， 從這句話中，發現年僅六歲的孩子，可以運用五感知覺去觀察周遭的環境變化，
歸納整理出自己的想法並做出判斷。但孩子如何運用科學探究能力來建構知 識？這是一門值得探討的話題，此為研究者進行本研究的動機之二。
每每帶著就讀幼稚園中班的兒子出門，經過家附近的橋時，他就會要求我 下橋時不要刹車，他想感受車子在(他自認)沒有任何阻力下，隨著自然的速度往 下滑行的快感。假日到了小公園，兒子更拿著心愛的小汽車在溜滑梯上，反覆 地讓小汽車從滑梯頂端快速地往下滑行，甚而坐在另一滑梯道與小汽車一同滑 下，感受由上往下的速度。回到家中，組合小火車軌道時，不但加長並嘗試地 加高軌道製作斜斜的軌道，讓小火車從斜面軌道上失速往下滑落，而且他還主 動地告訴我，他要蓋高一點，這樣才能讓小火車更快速地滑下。
聯合國教科文組織在一九九八年國際教育會議中，曾針對為培養孩子面對 未來的關鍵能力提出「學習的四個支柱」中將：（1）學習知的能力（learning to know）：學習基本知識與技能。（2）學習動手做（learning to do）：培養自主學習 與終身學習的能力，列為其中的二項重要的學習支柱（引自許芳菊，2006，頁 27）。可見主動又自主的學習是孩子面對未來學習的重要能力，而讓孩子「動手 操作」產生實際的「經驗」能對孩子建構科學概念的影響程度為何？為引發研 究者進行本研究動機之三。
國內學者幸曼玲（1999）曾指出：「目前幼兒的科學教育是各領域教材教法 中最弱的一環，最大之原因是學前教師的專業智能不足，而如何將抽象的科學
概念，轉化成幼兒淺顯易懂的詞語，更是幼教老師一大挑戰」。這引起研究者省 思，在教學的活動設計中，科學活動實是涉及最少的領域，雖然在教室環境規 劃有科學區的設置，但卻如同標本展示區乏人問津，對於此現象，也許真如上 述學者所言而未能深入探究與釐清。
綜觀近年來國內有關兒童科學概念的研究，已有許多中小學教師投入研 究，結合理論與實務，形成一門科學教育研究的顯學，但研究對象大多侷限於 小學中年級以上（林碧芬，2002），而在幼兒相關物理知識的研究中，除了以浮 沈（陳玉真，2004；黃尹貞，2004）、光影(曾慧蓮，2006；鄭婷媛，2008）、速 度（王幸雯，2001)、水、空氣、磁鐵（曾秋華，2004）…，目前尚無針對斜面 運動做深入探究之研究。然而，在日常生活環境中，幼兒經常可以接觸到斜面 運動現象，例如：在幼兒溜直排輪、騎三輪車、滑板車……等活動時，小小的 斜坡道就可以讓孩子樂在其中，可見這是一個有趣又可行的議題。
第二節 研究目的與問題
依據上述研究動機，本研究將透過行動研究的方式，嘗試在小組活動中，實 施有關於「斜面」之科學活動，其主要目的是在探討幼兒參與「斜面運動」之科 學活動的歷程與表現，及瞭解幼兒對「斜面運動」概念的想法，並於研究歷程中，
增進研究者對科學活動教學之經歷，以提升科學教學之能力。
根據研究目的，本研究所欲探討之研究問題如下：
一、幼兒參與「斜面運動」所展現之科學探究能力為何？
二、幼兒參與「斜面運動」之科學活動歷程中，具備有哪些科學概念或迷思概念？
三、透過行動研究的自省察覺，探究研究者之所知、所行、所思為何？進行自我 探究的歷程為何？
第三節 名詞釋義
一、 幼兒（young children）
本研究所稱「幼兒」，是指研究者服務之台東市某公立國小附設幼稚園所任 教班級中六位滿五歲之幼兒。
二、 科學概念
鍾聖校（1988）曾對科學概念一辭簡述為：對問題尋求簡單答案的過程，
是自發建立在探索性行為上，而又以解答問題為導向。本研究泛指的科學概念 為～幼兒在「斜面運動」小組的科學活動中，根據自身的經驗所發展出之科學 概念，包含斜面的高度與物體滾動間的關係、影響圓柱體在斜面上滾動的因素：
物體形狀、大小及圓柱體的重量、光滑度、圓柱體的結構等，幼兒所呈現之認 知想法。
三、 迷思概念 (misconception)
幼兒在尚未接受正式教育前，於日常生活中所建構的科學知識往往異於正式 的科學概念，被稱之「另有架構」（alternative framework）、「天真理論」（naïve theory）、「迷思概念」（misconception）（周淑惠，2007）。
迷思概念是指學習者在某一科學概念的認知，有某些概念不完整或是錯誤 的想法，有別於科學家所認同之概念，但學習者卻能以所持有的概念加以運用 於日常生活中，且對學習者來說是合理的，為了尊重學習者原有的想法，則視 為迷思概念。
四、 斜面運動 (inclined plane movement )
我國國民小學六年級上學期自然科康軒版本（2001）的教學指引中，曾提 出有關斜面之定義為：用斜放的木板來搬運東西，這斜放的木板就稱為「斜面」。 牛頓版本（2001）在國民小學六上自然科的教學指引中亦稱：斜面是一種斜坡。
蔡坤憲（2001）於其譯著「觀念物理Ⅱ」中提及：義大利科學家伽利略發現，
當球沿著斜面的方向往下滾的時候，速率會增加，而球在水平光滑的表面上滾 動時，速度維持不變，如果摩擦力完全不存在，則球在水平面上的運動將永遠 繼續下去。而物體在斜面上之關係，如圖 1-1 所示。本研究因考慮研究對象的 認知能力與發展，僅探討斜面、斜面高度、物體重量等因素，影響物體運動之 關係與產生之現象。
圖 1-1 斜面關係圖
第四節 研究範圍與限制
一、就研究對象而言
本研究之研究對象以立意取樣方式，選自於研究者服務之台東市某一公立國 小附幼滿五歲之幼兒。參與本研究之小組成員共有六名，為在研究者於新生入園 後，觀察學習區活動時間，進入科學區活動次數較頻繁及對於科學性活動較感興 趣之幼生，男生、女生比例不拘，在徵詢家長意願後，納入為研究小組之成員。
所以本研究之研究對象是九十九學年度就讀研究者所任教班級內滿五歲之幼 兒，因此無法推論至其他的地區或是不同年齡層之幼兒。
二、就研究內容而言
基於研究時間及人力，本研究的範圍主要以探究「斜面運動」所引發幼兒之 相關概念、想法及研究者之教學策略運用為主。研究者依據概念圖中之脈絡找出 影響物體運動之可能因素，以五 E 學習環之教學模式為架構進行教學活動。為減 少研究進行中，對班級教學與日常活動的影響，資料蒐集的時間以每週固定二天 的上午時段為主，因此資料的蒐集內容可能會因時間的固定而有所限制。
分力 重力
註：重力在斜面上的分力，會導致物體朝斜面方向加速運動。
三、就研究結果而言
行動研究強調「研究者即教學者」之原則，研究者是觀察者、亦是教學者，
所以在研究資料記錄及分析過程中，難免因主觀看法及個人詮釋角度問題，而會 影響研究結果與發現，因此研究結果與發現不宜做過度的推論。
第二章 文獻探討
本研究旨在透過「斜面運動」之行動歷程，提升教師實施科學活動的策略運 用能力，並瞭解幼兒在科學活動中之表現情形。本章共分為四節，將分別就探討 幼兒與科學教育間的關係；影響幼兒科學學習的認知理論；斜面運動相關研究及 教育行動中之教師自省，分述如下。
第一節 幼兒科學教育
一、科學教育的內涵
（一）科學的意涵
要瞭解科學教育之內涵，首先要理解科學的內涵，一般人提及科學時，第一 個聯想到的是穿著實驗袍在實驗室中埋頭做實驗的科學家，或是晝伏夜出地守在 高倍望遠鏡旁鑽研浩瀚宇宙的天文學家。根據 Harlan（1988）為科學一詞所下定 義為：「當人們欲求理解世界之心導成仔細蒐集、測試、分享訊息的方式，就稱 之為科學。」（引自周淑惠，2002，頁 1）。而洪文東（1996）也提出：「科學旨在 經由描述、解釋與預測自然的過程中，以解決人類生活問題並獲得知識，滿足人 類的求知慾與好奇心。」；科學對我們的生活（或用學習）有何重要性？Hold（1989）
認為「科學是個做事及解決問題的方法，是一個能引導個體好奇心、追尋、發現、
了解，以至再進入另一個新的好奇的一種形式（style），讓個體產生喜悅、興奮、
優美等感受，主動與世界互動。」（引自簡淑真，2003）。荷特（Bess-Gene Holt）
更明確說明了科學的過程包括偵查、發現、實驗、觀察、定義、比較、聯想、推 論、分類和溝通等等（林鴻瑜譯，2003）。科學教育家 Yeager（1994）則主張「科 學應該涵蓋多重層面，如：概念知識的層面、科學方法的層面、創造力的層面、
科學精神和科學態度的層面、應用及連接社會的層面、以及科學本質的層面」。
周淑惠（1997）則提出全面性的科學含意應涵蓋：（1）科學知識：包含科學概念、
原則與原理；（2）科學方法：內含觀察、分析、分類、預測、推論、實驗、解釋 等方法；（3）科學態度：則為發現問題、客觀、好奇、謙卑、努力不懈等態度。
科學是可藉由觀察、測量、反覆操作、思索現象，並發現解釋自然現象的道理（黃 意舒，1998）。Tobin、Tippins 與 Gallard（1994）認為科學知識的習得及理解並非 僅是科學字彙與公式的背誦，而是要能利用科學概念來解決現實生活中的科學問 題（引自邱嘉慧、柯華葳，2004）。
綜合上述得知，科學即是一種了解人類生活知識的方式並與人類生活有密切 關係，是為一個問題解決的過程，屬於一種運用各種科學方法，建構知識的歷程，
且是一門結合知識、技能、態度的學問。
（二）科學教育的學習範疇
教育部（1987）公佈的「幼稚園課程標準」中，明確提出常識課程之教育目 標，旨在培養幼兒學習自然科學的正確概念、態度與方法。而即將在 2010 年公 佈實施的「幼稚園教保活動與課程大綱」中，在認知領域的部份，強調幼兒應習 得的認知能力為：（1）善用感官及運用工具蒐集及記錄訊息。（2）能使用比較、
分類、連結、推論等方法整理訊息。（3）能提出問題解決的方法，思考其可能性 後，實作、驗證及評鑑結果，並回顧歷程。此認知能力與幼兒科學能力相輔相成。
近年來陳淑芳等（2003）研究小組參考國外科學教育內容標準及國內九年一 貫之「生活領域」、「自然與生活領域」課程綱要，提出我國幼兒科學教育的目標 在「引導幼兒觀察各種自然現象和物理現象，以及對其變化產生好奇、探索的興 趣，進而學習科學探究的方法和態度，奠定將來進入正式科學學習系統之良好基 礎」；並將幼兒的科學認知內容分為三大項：（1）物理科學（物質的特性／物質 的變化／力與運動）；（2）生命科學（生物的特性／生物成長變化／生物生活環 境）；（3）地球科學（水、空氣與土壤／氣侯／天空）。
由此可知，幼兒的科學學習需經由個體的感官，去察覺生活周遭中大自然與 生物的變化、物體的現象，並能記錄所聞、提出問題與假設、實作驗證結果，以 獲得科學知識。
二、幼兒科學學習之內涵
（一）幼兒科學探究能力或稱之為科學程序能力（process skill）
幼兒的科學學習在幼兒教育階段之重要性已無庸置疑，但在探討幼兒科學學
習之前，首先需對幼兒學習特質有所瞭解。蒙特梭利博士曾指出：「我看到了，
我聽到了，直到親手做了，我才真正瞭解」以用來說明幼兒的學習特色。周淑惠
（1997）也認為幼兒是天生的探索者，對周遭事物滿疑問，也是個行動者、實踐 者。幼兒總是充滿好奇心，是個充滿動機的學習者，對於周邊的事物總是想去觸 碰它，用手去操作、用腦去思考、用嘴去說唱、用身體去活動（羅秋昭，2002）。
荷特（Bess-Gene Holt）認為幼兒喜歡和物體有身體接觸，以直接、積極的方式，
主動參與感興趣的事物，對於親身經歷的事情總會學習得很好（林鴻瑜譯，
2003）；幼兒具有好奇及喜歡動手做的本能，以支持其主動進行探索（林佳儒，
2008），可見幼兒與生俱來對自然界的好奇心及求知欲，是驅動五感學習的重要 動力。
而當仔細觀察幼兒在「主動探索」、「愛提疑問」、「想像豐富」、「重複操作」、「樂 於表現」的行為特質時，就會發現幼兒如同科學家般運用「觀察」、「推論」、「實 驗」、「溝通」等探究方法（吳采燕，2002），顯現出如同科學家敏銳觀察力、發 現問題、努力不懈、追尋答案等開放積極的學習態度及思考特質（周淑惠，2003）。 幼兒的想法是根據直覺感官與觀察現象來判斷，依問題與條件的不同而有不同的 解決方式，並透過「比喻」的想法，以擬人化的語言來想解決問題的方式（李昭 賢，2004）。
Padilla（1990）則將科學探究時所使用的技能分為基本（簡單）與統整性二 種類型。基本（簡單）科學探究能力的學習提供了基礎的集成（更複雜）的探究 能力。以下針對其所言之各項探究能力說明如下：
1. 基本科學探究能力包含：
（1）觀察（observing）：用感官來收集有關物體的訊息。例：描述鉛筆為黃色。
（2）推論（inferring）：根據以前所蒐集的訊息或資料，來做「猜測」有關這個 物體或事件。例：使用了鉛筆卻產生很多錯誤，是因為橡皮擦品質不好的 關係。
（3）測量（measuring）：使用標準和非標準測量工具，去預測描述一個物體或 事件。例：使用尺測量桌子的長度。
（4）溝通（communicating）：使用文字或圖形符號來描述一個物體的動作或事 件。 例：以書面方式來描述植物隨著時間的推移改變高度的歷程。
（5）分類（classifying）：對物體現象或事件，以屬性或條件的基礎進行分組或
排序，使其類別化。例：把所有的岩石以相同顆粒大小或相同硬度分為一 組。
（6）預測（predicting）：根據目前所持有的證據去說明物體或事件的未來的結 果。 例：根據某一種植物在兩週時間之成長曲線圖，預測在過去四個星期 之成長曲線。
2. 統整性的科學探究能力：則包含較高階複雜的控制變項、定義操作型定義、
提出假設、解釋資料、實驗、形成公式…等能力。
而國內學者周淑惠（2002）則在綜合國內外各學者之看法後，將幼兒科學探 究的方法或技能稱之為程序能力（process skill），在適用於幼兒的能力上，以不 涉及複雜的形假設、控制變項等正式科學程序能力之前題下，區分為五項能力臚 列於下。
1. 觀察：運用五覺去獲取第一手資料。
2. 推論：對所觀察的事項推想其原因並提出合理的解釋。
3. 預測：根據所觀察現象與過去經驗思未來可能狀態。
4. 實驗：以行動、操作驗證預測是否正確。
5. 溝通：以肢體、語言、圖畫…等方式表達或紀錄對科學概念的理解或探究的 心得。
綜言之，就如同 Ingrid 和 Karen「與幼兒一起探索自然」一書中所言之「科 學教育」的目標，就是要我們了解自然界，具備某種程度的科學知識以協助我們 解釋、預測現象的發生原因，但並非僅有獲得知識而已，這也是一個探索的過程，
而此過程被稱為「科學探究（science inquiry）」（張瀾、熊慶華譯，2007）。由此可 知學者們皆認為，幼兒的學習是透過直覺的感官與對於事物的好奇心為動力，以 各式之方法探索周遭環境，並以易於自已或同儕瞭解的方式詮釋之。本研究採用 周淑慧（2002）所提科學探究能力之內容，為國內較廣泛被使用之區別方式。
（二）幼兒的科學概念
張春興、林清山（1994）對於「概念」一辭的初步定義為：用一個概括的名 詞或符號代表具有共同屬性同類事物的全體時，稱此名稱或符號所代表者為之
「概念」。再者鍾聖校（1997）提出「概念」是處理訊息資料的依據，可讓學習
者將新經驗套入舊經驗，轉化獲得新的知識。並將概念分為直接由感官對外在世 界經驗後而得概念為初級概念和經由數個概念再抽象之後得到的二級概念。而 Vygotsky 更將概念分成兩類：（1）自發性（spontaneous）概念：即個體從日常生 活經驗中自然反應出來的概念，屬於發展的層面。是由具體生活經驗開始，發展 到抽象概念。（2）科學性概念（scientific）：即在科學理論裡有明確的定義，可 以經由一套技術的教育方式教導小朋友學習，是屬於學習方面（熊召弟、王美芬、
段曉林、熊同鑫譯，1996）。對兒童的科學教育，自 1960 年以來，Piaget、Ausubel 和 Gangne 等科學教育學者，提出自然科學的教學，應以學習者原持有的概念為 教學的出發點（黃萬居，1996）。荷特（Holt）視科學為一種生活方式，認為幼 兒時期是建立一生科學興趣的最好時機，也是培養追求、思考、理解和善用證據 的意願，以便能夠完全參與不斷變動的世界性決策過程的最佳時機；再者科學教 育能夠支持幼兒自我概念的發展，科學經驗幫助幼兒智能、溝通技巧與社會互動 能力發展，並能安定情緒…等多種發展（林鴻瑜譯，2003）。Cross 和 Mehegan
（1988）研究亦發現 4～9 歲兒童透過觀察、操作、比較與親身體驗活動，可以 修正兒童之迷思概念。
綜而言之，幼兒時期是發展科學活動的最佳時期，而幼兒科學教育活動需建 立在幼兒原有概念基礎，著重於幼兒求知的主動性與幼兒的能力，科學概念的獲 得重視過程和統整性的學習，學習的內容需與生活的直接經驗相融合。
第二節 幼兒科學學習的認知理論
以往學校的科學課程傳承方式，大都需要倚靠背誦與記憶，使大部份的人無 法有系統地解釋科學現象的形成架構，導致對科學領域的忽視（陳素蓉，2002）。
就如同哲學家盧梭在其代表作「愛彌兒」一書中所言：「兒童在建構知識上，有 他自己一套觀察、思考、感覺的方法」。因而在近年來，科學教育的逐漸受到重 視，但一般教育工作者知其重要性，卻不知如何引導學習者除了靠記憶以外，進 入科學議題轉化成系統概念之方法？是故身為教育工作者的我們，更應對科學概 念形成有所瞭解，以減輕學習者對科學學習的排斥感及提昇科學學習的興趣。而 欲探討科學概念的學習，首要之務是瞭解知識建構的歷程。美國國家科學教師組 織（NSTA）認為，幼兒科學教育要明瞭幼兒發展的過程和學習經驗，如此才能
知道幼兒有效學習的需要。為更清楚說明幼兒的科學學習特性，以下研究者將以 影響科學教學最深之皮亞傑認知理論、維高斯基理論及布魯納理論為探究重點，
最後探討訊息處理理論，以瞭解幼兒在接收學習訊息轉化成知識的歷程。
一、皮亞傑（Piaget）之認知發展論
皮亞傑（Piaget）是瑞士的教育心理學家，他所提出之認知發展論是近代認 知心理學中最重要的理論之一。他認為兒童的學習有一定的成長順序，受生理成 熟影響，強調物理經驗與人際關係的交互作用，需要提供學習者自主學習的機 會。其所提出的重要理論，幫助世人更瞭解兒童的認知發展。
（一）認知學習歷程
皮亞傑從他研究發現生物體為了生存、因應環境的變動而建構出所需的特定 的生物結構，與後期研究針對兒童的認知結構（基模），會隨著個體與外在環境 的互動而不斷的改變，相互呼應。當個體發現外在環境與其內在的認知結構有所 不同，而產生失去平衡（equilibration）的心理狀態時，則會利用同化（assimilation）
即是將新的知識融入、整合在個體既有的認知結構之中，或調適（accommodation）
即是調整既有的認知結構以適應新的知識；而同化與調適間亦有不斷地自發性地 調整的「平衡作用」，其最終目的是使個體建構新知識（王文科，1996；吳幸宜，
2001）。
（二）認知發展階段理論
皮亞傑的認知發展階段理論注重個人的發展，他認為兒童來於自然世界的想 法，是經歷一系列變換的階段。他將孩童認知發展分為四個階段：第一階段是感 覺動作期：自出生到二歲幼兒，發展出物體恆存的概念並由本能的反射動作行為 獲得感覺，進而認識周圍的世界。第二階段是運思預備期：自二歲至七歲的兒童，
開始使用語言、符號來思維但不合邏輯，此階段以自我為中心，表現不具保留概 念與可逆性。第三階段是具體運思期：自七歲至十一歲的兒童，邏輯思考能力的 增進，能理解可逆性與守恆之道理，並根據具體操作經驗，以邏輯推理解決問題。
第四階段是形式運思期：自十一歲的兒童至成人，是最高形式運思，些階段已能 使用概念的、抽象的、純屬形式的邏輯方式進行推理，並能按假設驗證的科學法 則思考以解決問題。
整體而言，影響認知發展最主要有四個因素：包括物理環境、成熟、社會的 影響和平衡作用。皮亞傑認為個體與世界的互動是新知識的來源，所以與物理環 境接觸是不可或缺的，而兒童的神經系統成熟，使得兒童得順利地以與生活環境 的互動，獲得新的知識。可見成熟開啟了發展的可能，亦能使兒童自物理環境互 動經驗中獲得最大助益。第三個因素是社會環境的影響，包括語言和教育的角色 以及人際的接觸。而與人接觸的目的在使兒童知悉自身某些意念的錯誤，否則，
主觀上肯定自身信念的兒童不太可能採取改變不正確觀念所需的行動。最後平衡 作用的因素是整個發展過程中學習者自我調節與自我校正歷程，調節個體與環境 的特殊互動、社會經驗、物理經驗和身體發育的一種作用，使認知發展能以和諧 而有組織方式進行。（王文科，1996；吳幸宜，2001）
綜上所述，由皮亞傑各認知階段發展顯示，兒童隨著年齡的增加，其思考由 完全主觀變客觀，由接受動作或知覺的影響變為受理念的影響，由具體思考而變 為抽象思考，由呆板思考變為彈性思考，從無批評變為自我批評的人（魏明通，
2002）。兒童進入認知發展四個階段的時間或許有個別差異，但是四階段的發展 順序是不變的（溫武男，1999）。可見兒童的認知發展受到個體成熟度的影響而 非遺傳而來，是經由個體內發性主動的去探索環境，調適與同化，發展出兒童本 身的認知結構以適應週遭環境，並存在個別差異性，雖認知發展逐漸接近成人的 標準，但認知結構與運思方式都與成人不同。所以本研究所欲探討的斜面運動與 皮亞傑理論中，強調提供機會讓幼兒透過感官探索環境中各種事物，促使幼兒思 考出屬於自己的見解，幼兒才能不斷地建構自己的認知結構和知識之理念相輔。
二、維高斯基（Vygotsky）之社會互動學習理論
維高斯基受到馬克斯主義的影響，於解釋個體心理發展時，著重於社會文化 脈絡對發展的影響，不同於皮亞傑認為個體是經由發展學習逐漸社會化的觀點
（陳淑敏，2001）。
（一）兒童的心理發展能力
維高斯基認為社會文化是影響認知發展的要素，因為人類自甫出生的嬰兒開 始，就生長在屬於人的社會體系中，隨著年齡的成長，經兒童期、青少年期、成 年期，都無法脫離人的社會，社會中的一切，如風俗習慣、宗教信仰、社會制度、
行為規範等，影響成人的行為，也影響成長中的兒童（張春興，1997）。他將心 理發展的能力分為二個層次：一個是低層次的心理能力，由生物遺傳而來；另一 個是經由社會文化影響產生的高級心理能力。此高級心理能力之轉換會在個體發 展過程出現二個不同層面，先是社會層面，就是人與人互動而來的；再來是個人 內在的心理層面，並強調認知思維與語言發展有密切關係，語言是社會互動與個 人心智功能之間的重要思考工具，個體使用語言改變心智功能的運作，使思考的 層級從低層次轉變到高層次。在成人和兒童的互動中，成人的表現或示範成為兒 童學習的對象，兒童在學習的歷程中，將其內化成為高層次心理功能歷程的主要 仲介（陳淑敏，2001）。
（二）最近發展區（Zone of Proximal Develompment，ZPD）理論
維高斯基並將發展分為「實際的發展層次」與「潛在的發展層次」二個層次，
「實際的發展層次」是個體能獨立解決問題的層次，「潛在的發展層次」是指在 成人的引導下或與能力較佳的同儕合作才能解決問題的層次；這兩個層次之間的 差距，即是「最近發展區」（Zone of Proximal Develompment，ZPD），是維高斯 基提出的理論中重要的一環，（簡淑真，1998；陳淑敏，2001；陳玉真，2004）。 並強調在這個區域內應提供兒童多元的學習經驗，讓兒童多方面的嚐試、探究中 建構新的行為結構，尤其在教學環境中，教師應根據孩子認知發展能力的情形，
作為教學過程中引導與互動的依據，師生應緊密的合作，孩子才能享受學習的過 程，提昇心智發展的目標，並同時將新舊知識統整，形成新階段的認知結構亦成 為下一個最近發展區的基礎（陳淑敏，1995）。兒童在成人的協助輔助下，在最 近發展區內從事新知識的學習外，更在面對新的認知思維方式，而啓發兒童的智 力。在此種情形下他人所提供兒童的協助，即稱為鷹架作用（scaffolding）。鷹架 主要是提供在教育上的支援，以作為一種工具、拓展學習者的範圍，使原本不可 能完成的事情成為可能，且必要時選擇性的運用，其最主要是減少學習初期犯錯 的機率和失敗的經驗（吳幸宜，2001；張春興，1996）。
維高斯基認為：概念可依性質分為二類：一為自發的概念（spontaneous concept）來自於日常生活的經驗，藉由感官探索事物現象與變化而獲得，是孩子 在和大人互動的過程中，依個人的知覺和事物的功能而發展出來的概念，不需成 人教授即可學到。另一類為科學概念（scientific concept）此概念則需藉由個人先
備之自發概念為基礎，經過內在的分析、歸納、推理而獲得。這類概念需由成人 教導，一代傳給一代，也是經由正式的學校教學而發展出來。在個體發展中，因 這二類概念的交互作用，促使個體更精確完整地掌握、瞭解事物間的關係（陳淑 敏，1996；游麗卿，1996）。因此教師必須具備對兒童能力的高敏感度以及建構 使兒童發揮潛能的作業能力（谷瑞勉，1999）。換言之，孩子是以生活中的自發 性概念為仲介，促使科學概念逐漸邁成熟與有系統之路發展，教師則必須瞭解幼 兒的自發性概念與最近發展區，為其搭設學習的鷹架，以提昇其認知發展層次（周 淑惠，2002）。
由此可知，維高斯基強調社會互動的最近發展區理論，強調幼兒概念的形 成，將建立於幼兒原有之舊經驗上並產生連結作用，而將幫助幼兒建立知識的鷹 架，可見對幼兒發展有相當程度的影響。從維高斯基對概念發展的說明，在社會 體系中與同儕或成人互動，可瞭解社會互動對於幼兒心理發展的重要性。與本研 究斜面活動中，所要探究教師如何引導幼兒主動的參與活動、或利用同儕合作學 習，對幼兒建立新的科學認知及概念之影響相互呼應。
三、布魯納（Jerome Bruner）之發現式學習理論
美國心理學家布魯納是研究認知學習論和發展心理學的專家，其所提倡之
「發現學習法」，在科學教育上影響甚鉅，鼓勵學習者進行個人的思考、比較、
對照、運用各種策略，以發現重要概念（魏明通，2002）。指讓學習者自己以如 同科學家般的思考方式，去探索未知，去發現教材的結構、結論和規律的學習（張 愛卿，2001）。其理論與皮亞傑理論相互呼應，並融入維高斯基之「鷹架」論，
支持教師與學習者互動的教學角色（周淑惠，1998）。並認為學習應是學習者透 過與環境的互動，主動地探索各種不同的資訊，並運用歸納推理的方法，建立並 檢驗假設，以便發現科學知識的整體性結構，即知識的基本原理、原則（邱上真，
2003）。在布魯納在發現學習論中的理念包括兩部份，一是對認知表徵的理論解 析，二是在發現學習論中的結構理念。茲依次說明如下：
（一）認知表徵論
布魯納對人類認知發展研究是導源於種族演化及文化傳遞研究。他認為人類 的認知發展是從內外兩種歷程引導出來的。人類的知覺、推理、思考、技巧是一
種內向的心理歷程；而教育是轉化知識，引導個人改變，是一種外向的歷程。而 人類經由知覺將外在物體或事件轉換為內在心理事件的過程，稱為認知表徵
（cognitive representation）（張春興，1996）。他將認知表徵分成三個發展階段：
第一階段操作表徵（約自六個月至二歲）：學習個體透過直接的操作行動來理解 事物，或表達對事物的看法，即建立經驗和動作之間的聯繫，此階段模式與幼兒 學習方式非常契合。第二階段影像表徵（約二、三歲以後）：此時個體之認知模 式已能透視覺媒體來理解事物，如透過平面影像、圖片來理解事物，或表達對事 物的看法。第三階段符號表徵（約六歲以後）：是個體認知的最高形式，亦是最 重要階段，個體以抽象符號系統的運用，即透過語言、文字、數字或圖形等符號 來代表其所認知的環境或知識（周淑惠，1998）。這三個表徵系統是平行並存的，
具獨特性且彼此互補而非取代（張春興，1996）。在整個認知發展歷程中，布魯 納相當重視發展性的互動作用，例如人際互動、先天傾向和後天經驗的互動、個 人和文化的互動等意義。所以，互動歷程的第一步驟，必須透過文化中有經驗的 個體－成人「轉化」其知識、技能和程序到較少經驗的學習者身上（引自沈翠蓮，
2001）。
（二）發現學習論
所謂發現學習，即當學習者在學習情境中，經由自己的主動探索尋找，以獲 得問題的答案，此學習的方式即可稱為發現學習（張春興，1996）。布魯納非常 重視以操作探究、對照比較、尋找矛盾等技能，並強調學習者「直觀思考」和「分 析思考」是重要的。所謂「直觀思考」是指學習者面對問題時，對其結構和意義 的解讀或認知，不須要依個人分析或證明的方法來解決問題。並具有三個特徵：
（1）不確定時地之感知：在不確定的地方產生整體的感知，直接對事物全貌粗 略的認識。（2）多數是影像之型態：即掌握影像表徵的型態特色直接判斷。（3）
非語言的過程：直覺思考是深層知覺的過程，缺乏語言媒介的直接過程，是一種 飛躍式或閃電式的思考。直觀思考在教學上強調知識結構和連貫的重要性，教師 需掌握教材結構之重點，提供學生直觀思考並鼓勵對教材進行猜測與推理。而在
「分析思考」是指陳述系統思考方法，例如：傳統的演繹、證明、歸納方法皆屬 之；當直觀思考獲得前所未有的問題解決方法，則再經由分析的歸納證明，以獲 得問題解決的正確性、合理性和可行性（沈翠蓮，2001）。
就整體觀之，發現學習是建立在具有結構性的學習情境中，且學習者需具備 認知結構的基礎知識（指直觀思考之能力）（張春興，1996）。在觀察、分析、比 較、假設、驗證等歷程中，教師給予學習者機會、作業、討論、澄清、理解等事 件處理的直觀和分析經驗，學習者才能建構屬於自己所擁有的真實世界（沈翠 蓮，2001）。布魯納重視的是獲取與轉化知識的過程，甚於知識獲取的結果，在 教育過程中教師必須引導學習者自行發現，如此學習者所獲取之知識，將可以運 用自己內在的符號系統去處理更多的新問題。
四、訊息處理論
蓋聶(R. M. Gagné)是兼具行為主義和認知心理學的學者，其最受矚目的見解 是提出「學習成果」（learning outcomes）、「學習階層」（hierarchy of learning）、「教 學設計」（instructional design）和「教學事件」（instructional events）。而這些學 習和教學的最主要的論點是：學習者在學習和記憶過程中，涉及不同的大腦結構 和訊息轉換歷程（張新仁，1992）。是故學習首要條件是瞭解學習者訊息處理能 力，以便設計學習階層和教學事件。
認知心理學把人看作是一個學習與認知的系統，認知心理學的核心觀點是訊 息處理模式，亦可視為一種簡單形式的建構主義。訊息處理包含二項對學習重要 的領域，一是研究個體獲得和記憶訊息的歷程，一是研究個體問題解決時運用的 歷程（盧雪梅譯，1991）。Greeno 和 Bjork 提出形成訊息處理理論基礎的學習和 記憶模式，是假定人類大腦裡有許多結構，而這些結構產生許多相對應的過程。
從圖 2-1 可看出認知系統的架構，以較粗實線圍成的部份就是一個學習與認知的 系統，封閉實線之外表示外在的環境，系統內由四個主要的部分所組成。而此系 統具有七項特徵，分述如下：(1)人類是主動的訊息處理者，憑藉著語言、文字與 其他符號的能力，使其獲得知識與學習並傳遞給別人。（2）人是一個多階段訊息 傳遞的系統。人類大腦系統有著多元而複雜的訊息傳遞系統，外在訊息，必須經 過感覺的登錄、注意與辨識、短期與長期的記憶等階段轉化後，才能成為個人的 知識與經驗。（3）每一階段的運作有其能力或容量的限制。無論是感覺的登錄，
注意的能力、記憶的廣度及容量都有其限度。（4）人類所從事的學習都是相當複 雜的，無論是語文、數學、科學概念等學習、思考與問題解決或動作技能的學習。
（5）人必須發展有效的認知策略，以提高其學習與記憶、思考與解決問題的效 能，以應付各種不同繁雜的作業與學習。（6）人有發展監控認知的能力。此能力 的發展是個體發展一個自我監督與指揮的能力，使之適時地使用個人的知識與認 知策略。（7）人在從事一項學習時，已具備某些知識與經驗。人類的知識具有階 層性與累積性，往往新知識的理解、獲得與貯存，都建立在「新知識」與「既存 知識」的連結上（鄭昭明，1997）。
訊息處理是經由感官察覺、注意、辨識、轉換、記憶等內在心理活動，以建 構知識的歷程（張春興，1996）。在學習有重要的影響的是短期記憶的儲存、長 期記憶儲存和控制歷程三者。短期記憶是指經過轉換的訊息能維持二十秒左右的 記憶，當有新的訊息進入時，則原有的短期記憶容易被遺忘，而短期記憶是長期 記憶的基石。長期記憶是於短期記憶尚消失前繼續練習得來的，在此過程中，學 習者學會某些知覺特徵轉換成概念或有意義的編碼（encoding）形式，則有可能 進入長期記憶（沈翠蓮，2001）。可見有效的學習是善用感官所接收的短期記憶，
再經由操作或思考轉化為有意義之訊息，才能精進習得長期知識。在控制歷程 中，則需透過「執行控制」和「期望」二個運作組織，可使學習者越有效地完成 知識的內化。張新仁（1992）曾對「執行控制」、「期望」進行說明，如下：所謂
「執行控制」是引導學習者的注意力、決定如何進行編碼、如何檢索提取及如何 組織反應。「期望」則是指學習者想要達到自己或他人所定學習目標的一種特殊 動機。這些過程使學習者成為「學習如何去學習」的人，在教育上，教師應熟知 學習者完成訊息處理記憶新知的執行控制和期望歷程，設計完備的教學活動讓學 生自己能完成學習。
綜括而言，人的學習系統是主動地透過語言、文字及符號等方式，輸入大腦 轉化成新知識，此知識建立在舊經驗的基礎上，而在有限的能力與容量限制上，
去開發、支配及監控原存於大腦的知識歷程。
圖 2-1 訊息處理過程
資料來源：引自鄭昭明（1997）。認知心理學理論與實踐，頁 16。台北市：桂冠。
新知識 ？ 或策略
感覺的訊息登錄 注意與辨識 事件記憶(短期) 事件記憶(長期)
刺激訊息 動
作 系 統
行 為 反 應
監控認知系統 覺知 指揮
認知策略系統 學習與記憶 思考與解題 知識系統
表徵 儲存 重整 合成
第三節 斜面運動
一、斜面運動之概念
本節將針對影響斜面運動相關因素之研究文獻進行探討。斜面運動的作用力 一開始是由文藝興時代後期偉大的義大利科學家伽利略所發現，他注意到當球從 斜面上往下滾的時候，速率會增加，可說是沿著斜面的方向，而球在水平光滑的 表面上滾動時，速度維持不變，如果摩擦力完全不存在，則球在水平面上的運動 將永遠繼續下去。只要球一開始運動，即不需要推力，也不需要拉力，就可以保 持球的運動狀態（蔡坤憲譯，2001）。
二、斜面運動相關研究
在研究者搜尋全國碩博士論文與各期刊中，發現目前國內學者針對幼兒斜面 運動概念的研究，僅有莊麗娟（2008）於科學教育學刊中所發表之「三～六歲幼 兒對運動起因與軌跡的認知：自由落體、單擺與斜面運動」，其研究以自由落體、
單擺與斜面運動三種型式之「純重力」運動為主軸，探究三～六歲幼兒對運動起 因及軌跡的思維。研究結果發現：1.在運動起因上，幼兒的判斷是以「力」與「支 撐」為二大判斷法則，以不同的型式轉化出現，呈現思維的條理性。2.在運動軌 跡上，幼兒雖存有「重量主導」、「直落」、「坡度－速度」的直覺信念，然而其思 維與年長者有別，易隨情境的不同而變異。此類思維並非隨機，其中隱含「若－
則」的條件邏輯與判斷結構，呈現幼兒的思維潛力。對於斜面運動部份的研究發 現為：幼兒們對於斜面運動發生原因之概念尚在萌發中，認定「斜面體」（斜度）
是物體運動中，力的表徵。在「斜面」中，幼兒亦能發覺斜面及物體的粗滑是運 動的起因之一，有重量使球移動得較近或較遠距離的迷思。對力的概念則是以具 象之推力、風力為主，完全未考量地心引力之部份。
根據此概略思維，研究者將幼兒所認知影響斜面運動之因素整理如下（圖 2-3-1）：
斜面運動
摩擦力
動 摩 擦 力
靜 摩 擦 力
因 顧 及 研 究 對 象 之 成 熟 度，此要項將 不 列 入 探 究 範圍。
物 體
形 狀 重 量 光滑度
（材質）
基 本 形 狀 的 物 體
純 滾 動
滑 動
球 形
大
／ 小
相 等
輕
／ 重
相
等 粗 糙
／ 光 滑
實 心
／ 空 心
活 動 二
活 動 三
活 動
四 活
動 五
活 動 六
斜 面
傾斜度
低
／
高 粗
糙
／ 光 滑 光滑度
（材質）
活 動
一 活
動 七
圖 2-3-1 斜面運動概念暨活動程序關係 活
動 八
國外相關研究部份，則有 Matsuda（1994）探討 4 至 10 歲之兒童針對判斷與 解釋速率、時間及距離關係，發現透過具體操作，五歲以上能了解時間和距離、
距離和速率關係，八歲以上可以了解時間和速率關係。Anna（2004）則以質性研 究之方式，探討教師帶領七到十歲之兒童以小組活動，透過物理性活動如何建構 物理知識。研究發現學生透過教師預設之教學環境中，以解決問題為主要目標，
並具有因果關係解釋物理現象之能力。
綜合其他與國內「斜面運動」相關之研究文獻，發現研究對象大都以國小階 段學童為主，且主要皆為有關於力與運動及摩擦力方面的探討，整理分述於下：
表 2-3-1 國內近年來研究力與運動及摩擦力相關論文彙整表 研究者
（年代） 研究主題 研究對象 研究方法 研究結果
彭泰源
（1999）
國小五年級學 童「力與運動」
概念學習之研 究
國小五年 級學童
封閉式問卷 前後測、晤 談法、教室 觀察
學童在「力與運動」單元中 對物體的位置、物體的運 動、力的作用、摩擦力、重 力、作用力、反作用力、力 與運動等具有迷思概念。並 發現下列之特性：
1.以直覺及日常生活的經 驗來判斷。
2.受科學用語的表面字義 影響。
3. 會 受 最 明 顯 的 現 象 影 響，而忽略其他看不到的因 素。
鍾文勳
（2002）
國民小學高年 級學童對運動 速率與力另有 概念之研究
某 國 小 五、六年 級各三班 每班各十 位學童
晤談法
1.學童會以車子的次序、超 越及路線的彎直來描述運 動速率。
2.學童會單以距離因素或 單以時間因素來描述運動 速率。
3.學童認為力是一種人為 的事情。
4.地心引力是一種推的作 用。
5.認為球往下掉主要是因 為有空氣、風力往下。
6.物體沒有運動，就是沒有 力作用在物體上。
7.力蘊含在運動的物體之 中。
8.物體在運動，則物體運動 的方向有受到力的作用。
9.力與運動快慢成正比。
表 2-3-1 國內近年來研究力與運動及摩擦力相關論文彙整表（續）
研究者
（年代） 研究主題 研究對象 研究方法 研究結果
陳美月
（2002）
台北市國民小 學中年級兒童 對物體運動快 慢與力之間的 另有概念分析 研究
台北市國小 中年級六十 位學童
一 對 一 個 別 事 例 晤 談
1 運動快慢部份：大部份 中年級 兒童以 路徑的長 短與出 發時間 的先後來 判斷運動快慢。
2 地心引力作用於垂直運 動的物 體使物 體運動部 份：多數中年級兒童認為 物體往上運動，物體上的 力會逐漸消耗之「衝量」
想法及 物體往 上拋是強 迫運動，往下落是屬自然 運動的想法。
3 推拉力作用於水平運動 的 物 體 使 物 體 運 動 部 份：大多數中年級兒童認 為物體 運動的 方向上會 有力的 作用， 擁有所謂
「運動力」的迷思概念。
陳素蓉
（2002）
利用晤談方式 探究國小低年 級學童對運動 與力另有概念 之研究
桃園縣某國 小一、二年 級各三班每 班各十名學 童
個別晤談
1.部分學童會忽略時間因 素的影響，認為二部車運 動速率與路徑長成反比。
2.當二部走等長路徑的車 子先後 出發卻 同 時到達 時，學童認為先出發的車 子就是運動速率快。
3.學童認為「力必定會使 靜止的 物體產 生運動或 運動變快，若是使物體變 成 靜 止 的 力 不 能 稱 為 力」。「力的方向是隨著運 動方向而改變」。
4.學童具有「力可以從一 個物體『傳入』另一個物 體 內 ， 使 物 體 產 生 運 動」，並認為「力會隨著 運動而慢慢耗損，最後會 用光而使得運動停止」。
表 2-3-1 國內近年來研究力與運動及摩擦力相關論文彙整表（續）
研究者
（年代） 研究主題 研究對象 研究方法 研究結果
林組明
（2002）
桃園地區國小 六年級學生對 有關摩擦力之 概念研究
桃園縣某國 小六年級六 十名學童
事 例 晤 談、事件晤 談 與 示 範
－ 觀 察 － 解釋晤談
發現學童的另有概念：
1.摩擦力僅存在於固體與 固體之間的相互運動，不 存在於固體與液體之間 的相互運動之中或不存 在於固體與氣體之間的 相互運動。
2.物體移動的距離長，摩 擦力大；物體移動的距離 短，摩擦力小。
3.當物體受推拉力時，摩 擦力會增進物體的運動 速率；摩擦力的方向與施 力的方向相同；摩擦力的 方向與物體移動的方向 相同；仍維持靜止的物體 沒有摩擦力存在。
4.靜摩擦力沒有方向。
5.當物體受推拉力時，重 量重的物體，摩擦力比較 小；重量輕的物體，摩擦 力比較大。／重量輕重不 會影響摩擦力大小。
6.建議學童學習摩擦力課 程的年齡不宜過早，應待 大部份學童進入「形式運 思期」時才實施較佳。
楊之明
（2005）
國小中高年級 學童摩擦力概 念之研究
台中市某國 小三到六年 級三十二位 學童
晤談法
發現學童對摩擦力的迷 思概念，有三種類型：
1.對摩擦力來源的誤解。
2.摩擦力與接觸之間關係 的錯誤認識。
3.摩擦力與物質材質之間 關係的錯誤解釋。
4.不同年級的學童之間對 相同概念的認識存在程 度上的差異性。
資料來源：研究者自行整理
研究者將上述之研究結果統整如下：
一、就研究方法而言：
除彭泰源（1999）有使用封閉式問卷進行前後測外來瞭解學童科學概念外，
其餘皆以晤談法為主要探討學童科學迷思的方法。
二、就研究結果而言：
針對國小階段學童對於科學概念持有迷思的有：1.對物體的運動：會單以時 間因素來判定運動速率，並認定力的產生是人為的，力與運動快慢是成正比且認 定靜止的物體，是沒有力作用在物體上，且力可以從一個物體導入另一個物體致 使其運動，直到力耗損後而使得運動停止。2.對地心引力的想法：認為地心引力 是一種推的作用，物體往下落是一種自然的運動。3.對摩擦力的迷思有：認為是 固體與固體間的作用力，物體在推拉時摩擦力會增進物體的運動，摩擦力方向與 物體運動方向相同，摩擦力的大小與物體重量成反比，而靜止的物體是不存在摩 擦力的。
三、就教學建議而言：
教師在使用科學用語時，應謹慎小心避免擬人化的說法，以免讓學童以人為 中心的思考方式並與日常生活用語產生混淆，對於「力」、「運動與力」、「速度」
的概念應跨學科地融入生活、體育、數學等相關課程。而學童學習摩擦力部份其 學習年齡不宜過早，應待學童進入「形式運思期」時才實施較佳，而教材選擇應 與學童的日常生活經驗相呼應。教師在教學過程中，應多與學童互動以瞭解學童 的真實想法，才能進行有效之教學。
第四節 教育行動中之教學省思
熊同鑫（2002）為行動研究定義為：教學現場之教師，面對現場發生的問題，
進行問題解決策略的規劃、執行、評估成果，透過研究者的反省思考與批判精神，
以解決現場發生的實際問題。夏林清等譯（2002）認為行動研究其過程是一種持 續不斷的努力歷程，教師致力於行動與反省間緊密聯繫、二者間相關與互動的特 性，促進教師的專業反省，進而發展個人行動之意識與潛識行為。而本研究所進 行的教學活動，對研究者本身而言是一個專業成長的重要歷程，希望透過此歷
程，研究者可以練習做專業判斷，進行批判性省思，有系統地自我分析，以持續 促進教師的專業成長。陳美玉（2000）指出教師的教學經驗唯有透過反省的過程，
才能對個人的專業成長產生更高的價值，因此在進行研究中「省思」對教師解決 教學問題具有重要性的影響（許靜文，2003）。
一、省思的意涵
饒見維（1998）為省思(reflection)下個定義，乃指個人能從自己無序的經驗 中理出頭緒，並將經驗加以整理、分析、歸納，並從中找出共通性與原理原則，
使原本雜亂無章的經驗形成有意義組合的心理活動；個體可以不斷地經由解決實 際問題以學習與成長，就是因為個體能進行省思活動。Schon（1983）指出反省 的重點應該是在互動性的行動結果、行動本身及行動背後暗默的(implicit)假設與 直覺的(intuitive)認知上，反省是教師建構引導行動的知識與意義的方法。Dewey 則界定反省是處在直接經驗的情境中，從疑惑的狀態形成的思考形式，反省係人 類為追求美好生活，尋求與不斷改變的環境相互調和所產生的行為（引自陳美 玉，1999，頁 56）。廖鳳瑞（1995）則指出省思可以協助教師從衝動、週期固定 與無思考性的活動過程中跳脫出來反思自我教學的歷程與活動的意義，並檢視他 人或事物不同的觀點，進而促使教師以審慎的方式進行教學。黃意舒（1999）認 為省思是屬於後設思考，當教師在教學情境中思考幼兒學習與教師行動的關係 時，如因突發問題使教學行動迫使暫停，教師必須對當下整體事件有所覺查，並 重新評估思考使行動更具意義。綜言之，省思是教師在教學情境中覺查出問題，
而產生緊密與連鎖的思考，教師透過自身具備之經驗、知識與信念，以觀察、驗 證等方式，重新檢視做出決定，促使教師於教學行動更具意義的心理過程，藉以 深刻自我探究與挑戰。
歸納上述各學者之論述，彭新維（2000）更對省思進行時提出其特點，他認為：
1. 省思是一種內省的能力，為面對自己的一種能力。
2. 省思大部份始於遭遇問題的情境。
3. 省思是內心對外在觀念進行的深沈思考，進而產生新觀念的現象。
4. 省思具有連續性，不限直接感知的事物，可由想像的世界中產生目的，
並於實際情境中透過實驗做出結論的歷程。
5. 省思是對人類行動意涵的認知。
6. 省思是對自己內心活動進行觀察、體驗與陳述。
二、教學省思的類型
Wildman 認為多數教師以自然的方式反省，其反省內容常是無意圖的、無焦 點與無系統的（引自吳和堂，2000，頁 69）。是故要如何進行反省？反省的具體 可行策略為何？顯得格外重要。
Louden 認為教師的省思可以分成四種形式：（引自饒見維，1998，頁 241）
（一）技術性(technical) : 關心的是如何預測和控制事件，如何應用各種手段以 達成特定目的，此即科學本位的「技術理性」。
（二）個人式(personal) :把經驗加以連接起來，以便理解自己的生活。通常是透 過創造性的故事描述，使自己的思想、感覺和行動對自己或他人都變得清晰且可 以理解。
（三）問題式(problematic) :集中心力於解決專業行動中所遭遇的問題，改善工作 情境，類似「行中思」或「行動研究」。
（四）批判式(critical) : 對任何被認為理所當然的思想、感覺或行動，提出質疑。
國內學者歐用生（1995）則提出教師的反省可分為三個層次：
（一）技術的反省：即是對程序的、技術的問題，例如：如何運用最佳教學方法 及技巧，使學生獲得最大學習成效，以達到教學目標。
（二）實際的反省：其目的在探究澄清個人的意義，例如：學生學習成效不彰，
則反省教學設計是否合乎學生舊經驗？透過實際反省，使之成為習慣性的思考，
隨時進行建構與重組。
（三）批判的反省：即針對道德的、倫理的標準進行反省，以廣泛的社會、政治、
經濟等面向來省思問題，查覺潛藏的意識型態進而導引改革。
教師進行省思以行動時程區分又可分為行動前、行動中與行動後三種型態，
分述如下（陳美玉，1999）：
（一）行動前的反省：
