附錄一
概念圖概念類型分類準則
概念類型 代碼與概念內容描述 概念圖中的概念節點
(A1) 烏雲擋住太陽造成四季變化。 ※雲層遮蔽
(A2) 月球吸收太陽的輻射熱造成四季 ※月亮吸收太陽輻射熱
(A3) 潮汐與洋流影響會造成四季變化 ※洋流、潮汐
現象與經驗
(A4) 行星風系和氣壓等因素造成四季變化 ※行星風系、氣壓、氣團、鋒面 (B1) 太陽繞地球公轉，面對太陽為夏天，背對太陽為冬天。 ※太陽繞地球公轉 ※背對與面對太陽 (B2) 地球自轉時，背對太陽為夏天，面對太陽為冬天。 ※地球自轉 ※背對與面對太陽 (B3) 地球繞太陽公轉一周，背對太陽為夏天，面對太陽為冬天。 ※地球公轉 ※背對與面對太陽
(B4) 地球自轉和公轉產生背對或面對太陽的現象，造成四季變化。 ※地球公轉 ※地球自轉 ※造成背對與面對太陽 背對面對太陽
(B5) 背對或面對太陽的現象，造成四季變化。 ※背對與面對太陽
太陽本身的變化 (C1) 太陽本身溫度變化造成四季 ※太陽溫度變化
(D1) 夏天晝長夜短，冬天晝短夜長。 ※日照時間變化
(D2) 地球自轉速度的改變。夏天地球轉動慢，白天較長；冬天地球轉動快，白天較 短。
※地球自轉速度變化 ※日照時間變化
(D3) 地球公轉速度變化。夏天地球公轉動慢，白天較長；冬天地球工轉快，白天較 短。
※地球公轉速度變化 ※日照時間變化 日照時間
(D4) 地軸傾斜，造成南北半球日照時間不同。 ※自轉傾斜 ※日照時間變化 (E1) 地球自轉傾斜方向改變造成四季變化。 ※地軸傾斜方向改變
(E2) 地軸傾斜，所以地球某些地區較靠近太陽，某些地區較遠離太陽，造成四季變化。※地軸傾斜 ※地表與太陽距離差異 地軸傾斜
(E3) 因為地軸傾斜，所以夏天北半球照射面積比較大，冬天北半球照射面積比較小。※地軸傾斜 ※南北半球照射面積不同 (F1) 地球公轉的日地距離變化造成四季現象。 ※地球公轉 ※日地距離變化。
(F2) 太陽公轉所造成的日地距離變化產生四季。 ※太陽公轉 ※日地距離變化。
日地距離
(F3) 地球和太陽的距離變化造成四季。 ※日地距離變化
不完整概念 (G) 知道造成四季部分成因，但是概念內容不完整者，或認為陽光照射角度變化是細 微因素。
※地球公轉 ※地軸傾斜 ※日照角度 ※直射位置 科學模式* (H) 地球繞日公轉，自轉軸傾斜且指向固定，於是太陽直射的位置會改變。 ※地球公轉 ※地軸傾斜 ※日照角度 ※直射位置
*此為科學家所認為季節變化的主要成因
附錄二
四季成因另有概念異例總表
另有概念類型 另有概念概念內容描述 異例
現象與經驗 (A1)烏雲擋住太陽造成四季變化。 夏天有時也會烏雲密佈，冬天有時也會豔陽高照
(B2)地球自轉時，背對太陽為夏天，面對太陽為冬天。 地球每 24 小時自轉一周，但是四季變化的週期卻 是一年 365 天。
(B3)地球繞太陽公轉一周，背對太陽為夏天，面對太陽為冬天。 東半球與西半球季節會不同，然而實際上東西半球 的季節相同。
背對面對太陽
(B4)地球自轉和公轉產生背對或面對太陽的現象，造成四季變化。 東半球與西半球季節會不同，然而實際上東西半球 的季節相同。
(D1)夏天晝長夜短，冬天晝短夜長。 北極的永晝一天 24 小時接收日照，溫度卻比赤道 地區還要低。
(D2)地球自轉速度的改變。夏天地球轉動慢，白天較長；冬天地球轉動快，白天 較短。
地球自轉速度固定不變。
日照時間
(D3)地球公轉速度變化。夏天地球公轉動慢，白天較長；冬天地球公轉快，白天 較短。
隨著科技的發展，我們已經知道地球繞著太陽轉。
(E1)地球自轉傾斜方向改變造成四季變化。 由北極星位置維持不變，可以得知地球自轉軸指向 固定不變。
(E2)地軸傾斜，所以地球某些地區較靠近太陽，某些地區較遠離太陽，造成四季 變化。
南半球和北半球某些地區和太陽距離一模一樣，確 有不同的季節。
地軸傾斜
(E3)因為地軸傾斜，所以夏天北半球照射面積比較大，冬天北半球照射面積比較 小。
北極的永晝一天 24 小時接收日照，溫度卻比赤道 地區還要低。
日地距離 (F)地球公轉的日地距離變化造成四季現象。 北半球和南半球在相同的距離，確有不同的季節。
附錄三
四季成因課程動畫、模擬與實驗之內容引導問題
◎手電筒照射實驗
1. 以鐵釘為中心點，鐵釘的右邊為東方，鐵釘的左邊為西方。手電筒打開之 後，陰影產生的方位和手電筒的所在的方位兩者之間的關係為何？
(A) 陰影產生的方位和手電筒的所在的方位相反。
(B)陰影產生的方位和手電筒的所在的方位相同。
2. 承上題，若改變手電筒的角度，會發現手電筒位置和地面的角度大小與陰 影的長度之間的關係為何？
(A) 手電筒和地面所夾的角度大小與陰影長度呈正比。
(B) 手電筒和地面所夾的角度大小與陰影長度呈反比。
◎燈泡照射實驗
下面是不同擺放角度的黑紙,照射燈泡之後的溫度上升幅度變化情況的動畫。
1. 三種不同黑紙的放置角度，其光線照射方向和黑紙所夾的角度由大到小排 列依次為？
(A) 水平放置＞45 度角放置＞垂直放置 (B) 垂直放置＞45 度角放置＞水平放置 (C) 水平放置＞垂直放置＞45 度角放置 (D) 垂直放置＞水平放置＞45 度角放置
2. 那一種方向放置的黑紙，其溫度升高幅度最多？
(A)水平放置 (B) 45 度角放置 (C) 垂直放置
3. 光線照射方向和黑紙表面所夾的角度與溫度升高的幅度之間的關係為 何？
(A) 角度大小和溫度升高幅度呈正比
◎手電筒照射亮度實驗
下面是手電筒再不同照射角度下的亮度變化的模擬動畫。
1. 在哪一個角度，手電筒所投射出來的光圈面積最小？
(A)手電筒垂直於地平面 (B)手電筒貼近地平面
2.在哪一個角度，手電筒所投射出來的光圈亮度最大？
(A)手電筒垂直於地平面 (B)手電筒貼近地平面
3.根據前兩項的觀察，你可以發現照手電筒照射面積和投射的光圈亮度兩者 之間的關係為？
(A)光圈面積和亮度之間的關係成反比 (B)光圈面積和亮度之間的關係成正比 (C)光圈面積和亮度之間沒有關係
◎倒水到容器模擬
下面是我們將水倒進不同底面積的容器的動畫模擬。
1. 我們將水倒進不同底面積的容器，那一個容器的水位高度最高？
(A)底面積 5 平方公分 (B)底面積 10 平方公分 (C)底面積 20 平方公分
2.哪一個容器的的水位最低？
(A)底面積 5 平方公分 (B)底面積 10 平方公分 (C)底面積 20 平方公分
3.如果我們用容器的底面積來比喻手電筒所投影的光圈面積，那麼那一項數 據可以用來比喻手電筒所投影的亮度大小？
(A)容器裝水的體積 (B)容器裝水的高度
◎太陽在天空位置推論—模擬版本
四季竿影位置模擬，是根據在台北地區(緯度 25 度)所描出來的竿影圖所繪製 出來的。
下面是四種太陽運動的路線圖。請你一面觀看四季竿影動畫，一面回答問題：
圖(一) 圖(二)
圖(三) 圖(四)
1. 哪一張圖可以代表「冬至」的太陽移動路線圖？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四 2. 請你推論哪一張圖為「春分」時太陽的移動軌跡？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四 3. 哪一張圖可以代表「夏至」的太陽移動路線？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四 4. 請你判斷哪一張圖是「秋分」時的太陽視運動軌跡？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四
◎四季太陽視運動模擬—模擬版本
下面的動畫是模擬台灣地區四季太陽位置和竿影變化。
在觀看動畫結束之後。請你試著回答以下問題。
1. 在哪個季節的正午時刻，太陽的仰角最小？
(仰角是指地平面和太陽方向所夾的角度)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
2. 在哪個季節的中午時刻，太陽的位置剛好在天頂？
(天頂指的是頭頂正上方)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
3. 在哪個季節裡，太陽升起的時間最早，落下的時間最晚？
(也就是日照時間最長)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
4. 在哪個季節裡，太陽升起的時間最晚，落下的時間最早？
(也就是日照時間最短)
◎四季陽光照射角度模擬—模擬版本
下圖是表示地球繞太陽公轉的陽光照射角度變化的動畫模擬(時間以北半球 為依據)
在看完動畫之後，請你完成下面的問題：
下圖是表示地球繞太陽公轉的陽光照射角度變化的動畫模擬(時間以北半球 為依據)
1. 在夏至的時候，在地球表面哪一個地區受到太陽光的直射(陽光照射方向垂 直地表)？
(A)赤道 (B)北迴歸線 (C)南迴歸線
2. 在冬至的時候，在地球表面哪一個地區受到太陽光的直射？
(A)赤道 (B)北迴歸線 (C)南迴歸線
3. 承上兩題，太陽直射地球不同緯度的變化，和以下哪些因素有關？
(A)地球公轉 (B)地球自轉 (C)地球自轉軸傾斜 (D)太陽位置移動 (E)地球自轉軸傾斜方向改變
◎四季電腦模擬—模擬版本
操作過模擬並與組員討論過後，請寫下你的實驗結果：
實驗一：模擬現今地球的四季變化情形：目前地軸傾角為 ，繞日橢 圓軌道的離心率為 。
1. 操作 simulation 後，你發現有哪些因素影響地球上四季的變化？
2. 請描述這些因素如何影響四季變化？
實驗二：地軸傾角不變下，地球繞日公轉軌道為圓形：
1. 地軸傾角不變下，若改變地球繞日公轉軌道為圓形(也就是地球和太陽的 距離固定不變，將公轉軌道離心率設為 0，記得改過數字後要按鍵盤上的 Enter 鍵)，地球自轉軸傾斜維持固定，那麼此時地球繞太陽公轉一週，地 表上不同月份所吸收的太陽輻射是否有變化？
2. 承上題，此時北半球是否依然有季節變化？理由為何？
3. 改變地球公轉軌道的離心率為 0.3 時(設完後記得按鍵盤上的 Enter 鍵)，地 球自轉軸傾斜維持固定。此時北半球在遠日點與近日點的季節為？理由為 何？
實驗三：繞日軌道維持不變，地軸傾角改為 0 度。
1. 改變地球自轉軸為不傾斜(自轉軸方向和公轉軌道面垂直，也就是先按下 螢幕上的「重設」鍵後，設地軸傾角等於 0，記得改過數字後要按鍵盤上 的 Enter)，地球繞日公轉軌道離心率維持不變時，則此時地球太陽公轉一 週，上不同月份地表所吸收的太陽輻射能量是否有所的變化？
2. 承上題，此時北半球分別在近日點與遠日點的季節為？
3. 此時在南半球和北半球的季節分別是否有所差異？理由為何？
你的實驗發現：你認為影響四季變化的變因當中，哪一個變因的影響最大？
為什麼？
◎太陽在天空位置推論實驗—操作版本 準備道具：
迴紋針 1 支 尺 1 支 手電筒 1 支
油性奇異筆 1 支(可寫在光碟片上) 膠帶少量
壓克力半球(直徑 15 公分)1 個 竿影觀測圖(以下簡稱竿影圖)3 張
(分別為夏至、春分、冬至三個觀測時間的竿影圖)
實驗步驟：
1. 將壓克力半球放在任意一張竿影圖上，並 使用奇異筆在壓克力半球邊畫線並標示 出東、西、南、北四個方位。
W E
S
2. 將迴紋針一端折成 3 公分長，並固定 在任意一張竿影圖中央。
3. 蓋上壓克力半球，並將壓克力半球上的 東、西、南、北對準竿影圖上。
4. 將教室燈光關閉，盡量保持環境昏暗。
5. 將手電筒貼在壓克力半球面上，並移 動手電筒位置(移動時仍然保持手電筒 緊貼壓克力半球球面)，讓迴紋針影子 的長度、延伸方向與竿影觀測圖上的影
子一致，要注意燈光的中央必須在迴紋 針上。
6. 用奇異筆在球面上畫出手電筒所在位置。
7. 重複步驟 5、6，將同一張竿影圖上的的 所有太陽位置點在壓克力半球上。
8. 將同一天的觀測點以曲線連接起來，
並在線旁邊標示觀測日期。
9. 換另外一個時間的竿影圖，重複步驟 3~9。
問題：
四季竿影位置,是根據在台北地區(緯度 25 度)所描出來的竿影圖所繪製出來 的。下面是四種太陽運動的路線圖。請根據你所畫出來的太陽視運動軌跡，
回答下面問題。
圖(一) 圖(二)
圖(三) 圖(四)
1. 哪一張圖可以代表「冬至」的太陽移動路線圖？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四 2. 請你推論哪一張圖為「春分」時太陽的移動軌跡？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四 3. 哪一張圖可以代表「夏至」的太陽移動路線？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四
4. 請你判斷哪一張圖是「秋分」時的太陽視運動軌跡？
(A)圖一 (B)圖二 (C)圖三 (D)圖四 5. 在哪個季節的正午時刻，太陽的仰角最小？
(仰角是指地平面和太陽方向所夾的角度)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
6. 在哪個季節的中午時刻，太陽的位置剛好在天頂？
(天頂指的是頭頂正上方)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
7. 在哪個季節裡，太陽升起的時間最早，落下的時間最晚？
(也就是日照時間最長)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
8. 在哪個季節裡，太陽升起的時間最晚，落下的時間最早？
(也就是日照時間最短)
(A)春季 (B)夏季 (C)秋季 (D)冬季
◎日地操作模擬實驗—操作版本
實驗道具：
1. 黃色的保麗龍球(大)1 個 2. 藍色的保麗龍球(小)1 個
實驗步驟：
步驟 1：黃色的保麗龍球為太陽，藍色的保麗龍球為地球，而藍色保麗龍球 上的竹籤為地球的自轉軸方向。
步驟 2：請模擬出地球與太陽的運動。
(在實驗的過程中，如果遇到問題都可以進入自己組別的討論區，與組員們討 論。)
問題：
1. 在動手操作日地是如何運動之後，請畫出你所模擬的結果。
(要標示日地位置與地球自轉軸)
2. 在夏至的時候，在地球表面哪一個地區受到太陽光的直射(陽光照射方向垂 直地表)？ (A)赤道 (B)北回歸線 (C)南回歸線
3. 承上題，請繪出夏至時，日地之間的相對位置。
(要標示日地位置與地球自轉軸)
4. 承上題，請描述出在嘉義地區(約為北緯 23.5 度，東經 121 度)夏至正午時 刻，太陽的所在位置。
5. 在冬至的時候，在地球表面哪一個地區受到太陽光的直射？
(A)赤道 (B)北回歸線 (C)南回歸線
6. 承上題，請繪出冬至時，日地之間的相對位置。
(要標示日地位置與地球自轉軸)
7. 承上題，請描述出在嘉義地區(約為北緯 23.5 度，東經 121 度)冬至正午時 刻，太陽的所在位置。
8. 承上面六題，太陽直射地球位置的改變，和以下哪些因素有關？
(A)地球公轉 (B)地球自轉 (C)地球自轉軸傾斜 (D)太陽位置移動 (E)地球自轉軸傾斜方向改變
附錄四
四季成因命題陳述與專家概念圖
一、四季成因命題陳述
主概念 次概念 命題陳述 陽光入射
角度
1. 在不同的緯度陽光的入射角會不相同。
2. 由於地球自轉軸傾斜與地球繞日公轉的影 響，造成一年內陽光的入射角會有變化。
3. 各地的陽光入射角度不同，造成陽光投射地 表的面積有所不同，入射光與地面的夾角愈 大，則單位時間單位面積上所接受的能量愈 多。
4. 若陽光入射角度不同，則會影響到陽光穿透 大氣層的厚度，穿透的路徑愈長，則到達地 面的光愈弱。
5. 陽光在夏至直射(陽光入射角為 0 度)北回歸 線，冬至直射南回歸線，春分與秋分則直射 赤道。
6. 陽光入射角度的不同為四季的主要成因。
日照時間 變化
7. 在不同的緯度的地區由於地球自轉軸傾斜 加上地球繞太陽公轉，造成一年中日照時間 的變化。在北半球夏天時，日照時間會比冬 天來的長。
8. 日照時間變化會造成各地接收太陽的能量 有差異，如果單位時間的日照量一樣，則各 地所接收到的能量與日照時間成正比。
9. 日照時間的變化並非四季的主要成因。
地球繞太 陽公轉與 地球自轉 軸傾斜所 造成的影 響
日地距離 變化
10. 地球繞太陽的軌道為橢圓，地球位於近日點 時，北半球為冬季，地球位於遠日點，正好 是北半球的夏季。
11. 在不同緯度的地區與太陽的距離也不同。
12. 由於地球自轉軸傾斜，會造成位於不同緯度 的地區與太陽距離並不相同。
13. 會造成各地接收太陽的能量有差異，若離太 陽較近，則單位時間單位面積上所接受的能 量愈多。
14. 日地距離變化並非四季的主要成因。
二、四季成因專家概念圖
四季的成因
地表緯度 地球自轉軸傾斜
地球公轉地球公轉
太陽在天空 位置變化
陽光照射角度
陽光投射 地表面積
陽光穿透 大氣厚度 地表單位面積 接收能量變化
地表溫度變化
四季變化 日
照 時 間 變 化 日
地 距 離 變 化
地球接收太陽 能量變化
些微地表溫度變化
並非四季主要成因
包括 包括 包括
略造成 造成 造成 造成
造成 造成
造成
造成 影響
造成 造成
影響 影響
造成 造成
造成 造成
結果 形成
春秋分陽光直射赤道 夏至陽光直射北回歸線 冬至陽光直射南回歸線
如 如 如
高緯度終年低溫 中緯度年溫變化大 低緯度年溫變化小
穿透大氣層很厚
陽光照射角度變化很大 陽光照射角度變化很小
如 如 如
因為 因為 因為
(11)
(13)
(7)
(8)
(13)(8) (14)(9)
(2)
(2) (5)
(3)
(3) (3) (4)
(3) (4)
(3)(4) (6)
(5) (5)
(4) (10) (2)
(1) (7) (7)
(12)
*括弧中的數字為相對應之命題陳述
附錄五
四季成因診斷測驗及概念類型分類準則
一、診斷測驗題目內容
四季成因的認識
我們都知道四季是春、夏、秋、冬，但是為何地球上的季節 會有這樣的變化呢？請回答以下問題，看看你對四季了解有多 少。作答時請仔細思考後再動筆。
(圖一) (圖二)
1. 圖一和圖二為不同時間同一地點拍攝到雲量不同的兩張照片，試 判斷圖一與圖二的季節分別為何？（第一題第一階）
(A) 圖一為冬季，圖二為夏季。---請接第 2 題 (B) 圖一為夏季，圖二為冬季。---請接第 2 題 (C) 資料不足無法判定。---請接第 3 題
2. 承第 1 題，選擇此答案的理由為何？（第一題第二階）
(A) 圖一雲較多且阻擋陽光，故為冬季。---請接第 4 題 (B) 圖一雲較多且阻擋陽光，故為夏季。---請接第 4 題 (C) 圖一雲較多且常下雨，故為冬季。---請接第 4 題 (D) 圖一雲較多且常下雨，故為夏季。---請接第 4 題
C1 信心指數 你認為自己答對本題的 機率？
C2 信心指數 你認為自己答對 本題的機率？
3. 承第 1 題，選擇此答案的理由為何？（第二題第二階）
(A) 題目並沒有提供兩張圖當時的氣溫。---請接第 4 題 (B) 題目並沒有提供兩張圖的所在地點。---請接第 4 題 (C) 題目並沒有說明兩張圖當時是否有降雨。---請接第 4 題 (D) 不論什麼季節，都有可能會有雲多或無雲的時候。---請接第 4
題
4. 台北大約位於北緯 25 度、東經 121 度，如果台北現在是冬天，則 下面敘述何者正確？(可複選) （第二題第一階）
(A) 南半球中，經度與台北相近的某城市為夏天。---請接第 5 題 (B) 南半球中，經度與台北相近的某城市為冬天。---請接第 5 題 (C) 西半球中，緯度與台北相近的某城市為夏天。---請接第 5 題 (D) 西半球中，緯度與台北相近的某城市為冬天。---請接第 5 題 5. 承第 4 題，選出造成此答案的原因可能為下列哪幾項？(可複選)
（第二題第二階）
(A) 地球自轉，造成面對太陽的半球為夏季，背對半球為冬季。
---請接第 6 題
(B) 地球公轉。---請接第 6 題
(C) 日地距離隨四季不同。---請接第 6 題 (D) 地球自轉軸傾斜固定角度。---請接第 6 題 (E) 地球自轉軸傾斜角度四季不同。---請接第 6 題
C3 信心指數 你認為自己答對本 題的機率？
C4 信心指數 你認為自己答對本 題的機率？
C5 信心指數 你認為自己答對本題的 機率？
6. 台北在不同季節距離太陽的遠近有何變化？（第三題第一階）
(A) 沒有變化。---請接第 7 題
(B) 有變化，夏天時與太陽距離最近。---請接第 8 題 (C) 有變化，冬天時與太陽距離最近。---請接第 8 題
(D) 有變化，離太陽最近的季節每年都不一定。---請接第 7 題
7. 承第 6 題，選擇此答案的理由為何？（第三題第二階）
(A) 因公轉軌道為圓形，所以台北和太陽的距離四季相同。---請 接第 9 題
(B) 因地球的自轉軸傾斜方向不固定，故離太陽最近的季節每年 不同。---請接第 9 題
(C) 因公轉軌道為橢圓形，加上地球自轉軸傾斜，造成日地距離 相同。---請接第 9 題
(D) 因公轉軌道為橢圓形，故離太陽最近的季節每年不同。---請 接第 9 題
(E) 因為每年軌道都會有變化，故離太陽最近的季節每年不同。
---請接第 9 題
8. 承第 6 題，選擇此答案的理由為何？（第三題第二階）
(A) 離太陽越近會覺得越熱，四季中以夏季最熱，所以台北與太 陽的距離在夏天最近。---請接第 9 題
(B) 夏天太陽直射北半球，所以台北與太陽的距離在夏天最近。
---請接第 9 題
(C) 因公轉軌道為橢圓形，所以台北與太陽的距離在冬天最近。
---請接第 9 題
(D) 因為公轉軌道為橢圓形，加上地球自轉軸傾斜方向不固定，
所以台北與太陽的距離在冬天最近。---請接第 9 題
(E) 因為冬天白天較短，所以台北與太陽的距離在冬天最近。--- 請接第 9 題
C6 信心指數
你認為自己答對本題的機率？
C7 信心指數
你認為自己答對本題的機率？
C8 信心指數 你認為自己答對本 題的機率？
9. 台北的四季中，每天日照時間長短是否有變化？（第四題第一階）
(A) 有，冬長夏短。---請接第 10 題 (B) 有，冬短夏長。---請接第 10 題
(C) 有，但日照時間變化無規律性。---請接第 11 題 (D) 沒有。---請接第 11 題
10. 承第 9 題，選擇此答案的理由為何？（第四題第二階）
(A) 因日地距離會隨四季變化。---請接第 12 題 (B) 因地球自轉速度不是固定的。---請接第 12 題 (C) 因公轉速度不是固定的。---請接第 12 題
(D) 因夏天太陽的照射角度(陽光入射與地平面的夾角)較大，故夏 季日照時間較長。---請接第 12 題
(E) 因夏天比較熱，故夏季日照時間較長。---請接第 12 題 11. 承第 9 題，選擇此答案的理由為何？（第四題第二階）
(A) 因不同季節的日地距離變化無規律性。---請接第 12 題 (B) 因公轉軌道為橢圓。---請接第 12 題
(C) 因地球自轉軸傾斜角度常有變化。---請接第 12 題 (D) 因地球自轉速度不固定。---請接第 12 題
(E) 因地球公轉速度不固定。---請接第 12 題
C9 信心指數 你認為自己 答對本題的 機率？
C10 信心指數 你認為自己答對本 題的機率？
C11 信心指數 你認為自己答對 本題的機率？
12. 從下列選項中選出，嘉義地區(約為北緯 23.5 度，東經 121 度)夏 至時看到的太陽視運動軌跡圖。（第五題第一階）
(A) (B)
---請接第 13 題 ---請接第 14 題 (C) (D)
---請接第 13 題 ---請接第 14 題 (E)
---請接第 13 題
C12 信心指數 你認為自己 答對本題的 機率？
13. 承第 12 題，選擇此答案的理由為何？(複選題)（第五題第二階）
(A) 因太陽離地面最近，所以此為最熱的季節，故為夏季。---請 接第 15 題
(B) 因太陽從東方升起，從西方落下。---請接第 15 題
(C) 因地球自轉軸傾斜，而且夏至正午時刻太陽直射北回歸線。
---請接第 15 題
(D) 因地球自轉軸傾斜，故推測太陽視運動軌跡與地面夾角不為 90 度。---請接第 15 題
(E) 因夏至日照時間最長，故推測太陽在天空停留最久，即視運 動軌跡最長。---請接第 15 題
14. 承第 12 題，選擇此答案的理由為何？(複選題)（第五題第二階）
(A) 因夏季太陽照射偏北半球，所以是最熱的季節。---請接第 15 題
(B) 因太陽從東方升起，從西方落下。---請接第 15 題
(C) 因夏至太陽直射北回歸線，故推測太陽視運動軌跡與地面夾 角為 90 度。---請接第 15 題
(D) 因地球自轉軸傾斜，而且夏至正午時刻太陽直射北回歸線。
---請接第 15 題
(E) 因夏至日照時間最長，故推測太陽在天空停留最久，即視運 動軌跡最長。---請接第 15 題
C14 信心指數
你認為自己答對本題的機率？
C13 信心指數 你認為自己答對本 題的機率？
15. 假設地球自轉軸方向與公轉軌道面如圖三所示，意即地球自轉軸 方向與公轉軌道面交角不為 90 度，試問這樣情況下對四季變化是否有影響？
（第六題第一階）
(圖三) 【地球自轉軸方向與公轉軌道面不垂直】
(A) 沒影響。---請接第 16 題 (B) 有影響。---請接第 16 題
16. 承第 15 題，選擇此答案的理由為何？（第六題第二階）
(A) 因地球自轉軸方向與公轉軌道面不互相垂直，並非四季主要 成因。---請接第 17 題
(B) 因各地與太陽的遠近不同，會使各地接收到的熱量不同，故 為四季的主要成因。---請接第 17 題
(C) 因太陽光照射地表的面積愈大，則在地球上所接收到的能量 愈多，故為四季的主要成因。---請接第 17 題
(D) 因太陽光入射角度不同，會使地表單位面積所接收到的能量 不同，故為四季的主要成因。---請接第 17 題
(E) 因當太陽光照到北半球時，北半球為夏季，南半球為冬季，
此為四季的主要成因。---請接第 17 題
C15 信心指數 你認為自己 答對本題的 機率？
C16 信心指數 你認為自己 答對本題的 機率？
17. 兩隻相同的 100W 燈泡的強力手電筒同時對著地板照射，一隻垂 直照射地板(如圖四)，另外一隻傾斜某一角度照射地板(如圖五)，照射一段時 間。照射前後，分別拿溫度計測量 A 處與 B 處溫度。比較 A 處與 B 處照射 前後溫度變化的情形。（第七題第一階）
A
B
(圖四) (圖五)
(A) A 處與 B 處照射前後溫度變化相等。---請接第 18 題
(B) A 處照射前後溫度變化大於 B 處照射前後溫度變化。---請接 第 18 題
(C) A 處照射前後溫度變化小於 B 處照射前後溫度變化。---請接 第 18 題
18. 承第 17 題，選擇此答案的理由為何？（第七題第二階）
(A) 因為手電筒射出的能量固定，所以無論手電筒垂直或者傾斜 照射地板，溫度變化皆相同。---請接第 19 題
(B) 因為垂直照射時，被照射的地板面積較小，故溫度變化會較 小。---請接第 19 題
(C) 因為垂直照射時，地板單位面積接受到較多能量，故溫度變 化會較大。---請接第 19 題
(D) 因為傾斜照射時，手電筒的光經過的路徑較長，能量衰減較 多，故 B 溫度變化較小。---請接第 19 題
C17 信心指數 你認為自己答對 本題的機率？
19. 在四季中地球自轉軸的指向與公轉軌道面的夾角(可以參閱圖三 所謂夾角的示意圖)是否會發生改變？（第八題第一階）
(A) 無傾斜，角度為 90 度。---請接第 20 題
夏天 冬天 (B) 傾斜方向不變，傾斜角度固定。---請接第 20 題
夏天 冬天
(C) 傾斜方向不變，但傾斜角度會隨季節改變。---請接第 20 題
夏天 冬天
(D) 傾斜方向會隨季節變，傾斜角度固定。---請接第 20 題
夏天 冬天 (E) 傾斜方向跟角度都會改變。---請接第 20 題
C19 信心指數 你認為自己 答對本題的 機率？
夏天 冬天
20. 承第 19 題，選擇此答案的理由為何？ （第八題第二階）
(A) 因一年中太陽都是東昇西落，故地球自轉軸並無傾斜，且角 度為 90 度。---請接第 21 題
(B) 因一年中地球自轉軸都指向在北方夜空的北極星，故推測地 球自轉軸的傾斜角度為 90 度。---請接第 21 題
(C) 因為地球繞太陽公轉，在不同季節所在軌道位置不同，故傾 斜方向隨季節不同。---請接第 21 題
(D) 因為一年中太陽直射的地點一直會改變。---請接第 21 題
C20 信心指數 你認為自己答對本題的機率？
21. 關於四季成因與地球自轉、公轉間之關係，下列敘述何者正確？
（第九題第一階）
(A) 四季成因跟地球自轉運動、地球繞太陽公轉都有關。---請接 第 22 題
(B) 四季成因跟地球自轉運動、太陽繞地球公轉都有關。---請接 第 22 題
(C) 四季成因只跟地球自轉運動有關。---請接第 22 題 (D) 四季成因只跟地球繞太陽公轉有關。---請接第 22 題 (E) 四季成因只跟太陽繞地球公轉有關。---請接第 22 題
(F) 四季成因跟地球繞太陽公轉、自轉皆無關。---請接第 22 題 (G) 四季成因跟太陽繞地球公轉、自轉皆無關。---請接第 22 題
22. 承第 21 題，選擇此答案的理由為何？(可複選)（第九題第二階）
(A) 因為面對太陽為夏天，背對太陽為冬天。---請接第 23 題 (B) 因為地球自轉運動會產生科氏力，並且影響海水和大氣的運
動，是造成四季的原因。---請接第 23 題
(C) 因為公轉造成四季變化，地球自轉造成晝夜變化。---請接第 23 題
(D) 因為會造成各地接受到的太陽能量都不同，因此產生四季。
---請接第 23 題
(E) 因為造成四季的原因跟公轉自轉皆無關，而是其他的原因。
---請接第 23 題
C21 信心指數 你認為自己答對本題的機率？
C22 信心指數
你認為自己答對本題的機率？
23. 下列哪些因素可能是會造成四季的成因？(可複選)
（第十題第一階）
(A) 月球吸收太陽輻射。---請接第 24 題 (B) 月球擋住太陽光。---請接第 24 題 (C) 潮汐與洋流。---請接第 24 題 (D) 季風。---請接第 24 題
(E) 太陽溫度變化。---請接第 24 題 (F) 以上皆非。---請接第 25 題
24. 承第 23 題，選擇此答案的理由為何？(可複選)（第十題第二階）
(A) 因為月球會吸收太陽輻射影響氣溫變化，所以為四季的成因 之一。---作答結束
(B) 因為月球會擋住太陽輻射影響氣溫變化，所以為四季的成因 之一。---作答結束
(C) 因為潮汐與洋流會影響氣溫變化，所以為四季的成因之一。
---作答結束
(D) 因為季風會影響氣溫與雨量變化，所以為四季的成因之一。
---作答結束
(E) 因為太陽本身溫度變化會影響地球上的氣溫，所以為四季的 成因之一。---作答結束
25. 承第 23 題，選擇此答案的理由為何？（第十題第二階）
(A) 因為四季成因，只跟日地之間的運動有關。---作答結束 (B) 因為四季成因，只跟日地距離有關。---作答結束
(C) 因為四季成因，只跟地球自轉軸傾斜有關。---作答結束 (D) 因為四季成因，只跟日地之間的運動和日地距離有關。---作
答結束
(E) 因為四季成因，只跟日地之間的運動和地球自轉軸傾斜有 關。---作答結束
C23 信心指數 你認為自己答對本題的
機率？
C24 信心指數 你認為自己答對本題的機率？
C25 信心指數
你認為自己答對本題的機率？
二、四季成因概念類型分類依據
*此為科學家所認為季節變化的主要成因
概念類型 概念內容描述 診斷測驗中的選項
(A1)烏雲擋住太陽造成四季變化。 ※2-A ※2-B
(A2)月球吸收太陽的輻射熱造成四季 ※24-A
(A3)潮汐與洋流影響會造成四季變化 ※22-B ※24-C
現象與經驗
(A4)行星風系和氣壓等因素造成四季變化 ※22-B ※24-D (B1)太陽繞地球公轉，面對太陽為夏天，背對太陽為冬天。 ※21-E、22-A (B2)地球自轉時，背對太陽為夏天，面對太陽為冬天。 ※5-A ※21-C、22-A (B3)地球繞太陽公轉一周，背對太陽為夏天，面對太陽為冬天。 ※21-D、22-A
(B4)地球自轉和公轉產生背對或面對太陽的現象，造成四季變化。 ※21-A、22-A ※21-B、22-A 背對面對太陽
(B5)背對或面對太陽的現象，造成四季變化 ※21-F、22-A ※21-G、22-A
太陽本身的變化 (C1)太陽本身溫度變化造成四季 ※24-E
(D1)夏天晝長夜短，冬天晝短夜長。 ※10-E
(D2)地球自轉速度的改變。夏天地球轉動慢，白天較長；冬天地球轉動快，白天較短。 ※10-B ※11-D (D3)地球公轉速度變化。夏天地球公轉動慢，白天較長；冬天地球公轉快，白天較短。 ※10-C ※11-E 日照時間
(D4)地軸傾斜，造成南北半球日照時間不同。 ※16-E
(E1)地球自轉傾斜方向改變造成四季變化。 ※15-B、19-D ※15-B、19-E (E2)地軸傾斜，所以地球某些地區較靠近太陽，某些地區較遠離太陽，造成四季變化。 ※7-B ※8-D ※16-B
地軸傾斜
(E3)因為地軸傾斜，所以夏天北半球照射面積比較大，冬天北半球照射面積比較小。 ※16-C ※18-B
(F1)地球公轉的日地距離變化造成四季現象。 ※7-D、21-D ※8-C、21-D (F2)太陽公轉所造成的日地距離變化產生四季。 ※7-D、21-E ※8-C、21-E 日地距離
(F3)地球和太陽的距離變化造成四季。 ※5-C ※8-A
不完整概念 (G)知道造成四季部分成因，但是概念內容不完整者，或認為陽光照射角度變化是細微因素。
科學模式* (H)地球繞日公轉，自轉軸傾斜且指向固定，於是太陽直射的位置會改變。 ※1-C、3-D、4-AD、5-BD、6-C、8-C、9-B、
10-D、12-E、13-CDE、15-B、16-D、17-B、18-C、
19-B、20-BDE、21-D、22-CD、23-F、25-E
附錄六
四季成因概念圖評分規則
(修改自曾永祥，2003)
四季成因概念圖的評分方式，是以專家概念圖(附錄四)做為參考的標 準。
概念圖的評分則參考 Novak & Gowin(1984)設計的方式，分為「命題」、
「階層」、「橫向連結」與「例子」四個方面進行評分，最後再計算總分。概 念圖評分的原則詳述如下：
1.命題(propositions)：一個完整的命題由概念與連結詞組成，在概念圖上由概 念節點與連接線上的連結詞組成命題。(a)在學生的概念圖中的命題，如果在 專家概念圖中也有出現，則為正確而有效的命題，給一分；(b)學生概念圖的 命題與專家概念圖中命題雷同，但是連結語不清楚或模糊的概念所組成的命 題，則給 0.5 分；(c)在專家概念圖中沒有出現卻在學生的概念圖出現的命題，
或者是次要原因卻寫成主要因素者，為錯誤而無效的命題，則不給分。
2.階層(hierarchy)：如果次級的概念和上層的概念彼此有很大的區隔，則可訂 為一個階層。在專家四季成因概念圖中，將造成四季現象的成因分為兩類，
一類為主要的四季成因，共分為六個階層，另一類則為次要的四季成因，共 分為四個階層，每一個階層的總分為五分。而每一個階層中會有數個節點，
這些節點平分階層的總分，學生必須填滿階層中的節點才能拿到該階層的總 分，否則只能拿到該階層的部分分數，但是如果該階層中出現錯誤的概念節 點，則倒扣兩分。例如在主要成因的第一階層，共有兩個節點，所以每個節 點為 5*1/2=2.5 分，但是如果在此階層出現錯誤節點，必須倒扣兩分。另外，
上一階層的節點必須正確，不能有錯誤節點出現，下一階層才能給分。將專 家四季成因概念圖的階層分類，列在表 1 和表 2。
表 1 主要四季成因的階層
階層 概念節點 節點數 總分 錯誤概念倒扣
第一階層 公轉、自轉軸傾斜 2 5 2
第二階層 太陽位置在天空變化 1 5 2
第三階層 陽光照射角度 1 5 2
第四階層 陽光照射地表面積、陽光穿透大氣厚度 2 5 2
第六階層 地表溫度變化或四季變化 1 5 2
表 2 次要四季成因的階層
階層 概念節點 節點數 總數 錯誤概念倒扣
第一階層 緯度 1 5 2
第二階層 日照時間變化、日地距離變化 2 5 2
第三階層 地表接收太陽能量變化 1 5 2
第四階層 些微地表溫度變化或並非四季變化主要因素 1 5 2 3.橫向連結(cross link)：橫向連結指的是兩個不同叢集之間的連結。在四季成 因的概念圖中，將其分為兩個叢集，一個為主要的四季成因機制，另一個則 為次要的四季成因機制。當這兩個叢集間有效且有意義的連結則給十分，對 於有效的橫向連結，但是卻未形成概念群組間的整合，只給兩分。
4.例子(example)：在概念圖中，針對列舉概念所提的例子。在專家四季成因 概念圖的內容裡，大部分的例子是針對四季成因的機制，在不同時間與地區 產生的不同狀況。將專家概念圖列舉的例子，列在表 3 中。每一個正確的例 子則給一分，而例子後面正確的原因命題也給一分。
表 3 專家概念圖的例子
概念 例子
陽光照射角度 春秋分陽光直射赤道、夏至陽光直射北迴歸線、冬至陽光 直射南迴歸線。
地表溫度變化 高緯度終年低溫、中緯度年溫變化大、低緯度年溫變化小。
選取一位學生後測繪製的四季成因概念圖(圖 1)作為概念圖評分的例 子。在這張概念圖的命題方面，學生的有七個正確的命題，分別為(1)四季變 化主因是地軸傾斜(2)地軸傾斜造成直射斜射南北半球(3)直射斜射南北半球 造成各地輻射量不同(4)各地輻射量不同所以有溫度變化(5)四季副因是日地 距離(6)日地距離有近日點遠日點(7)近日點遠日點所以各點輻射量不同，故得
故得 2.5 分；第二階層寫到陽光照射角度變化，得 5 分；第三階層指出各地 輻射量不同，得 5 分；第五階層寫出四季變化，得 5 分，所以在主要階層方 面的總分為 17.5 分。另外在次要階層方面，這張概念圖的第一階層僅寫出日 地距離，得 2.5 分；第二階層寫出間接影響各地輻射量不同，得 5 分，所以 在次要階層方面的總分為 7.5 分，至於例子方面，這張概念圖有兩個正確的 例子，分別為(1)直射的半球為夏天(2 )斜射的半球為冬天，得分為 2 分。統 計整張概念圖的得分，為 7(命題) + 17.5(主要階層) + 7.5(次要階層) + 2(例子)
=34 分。
四季的成因
地表緯度 日地距離
主因是 副因是
直斜射南北半球
各地幅射量不同
有溫度變化
遠日點及近日點
各地幅射量不同
直射之半球為夏天 斜射之半球為冬天
四季變化
造成
造成
所以
有
所以
影響
故有 影響
影響 間接影響
圖 1 學生的四季成因概念圖
附錄七
情境問題測驗與課程回饋問題
一、問題情境測驗
請你利用在本課程中所提到的概念，回答下面問題。
1. 水星的離心率為 0.206，自轉軸幾乎不傾斜(角度為 0.5 度)。若地球的離 心率與自轉軸傾斜角度改變成與水星相同，而其他條件維持不變，在近日 點的北半球與南半球分別為何種季節？
2.
上圖為四個不同季節(指火星北半球的季節)火星所在的位置，括弧內表示在 當時火星與太陽的距離，太陽位於圖片的中心，又火星的自轉軸傾斜角度約 25 度。試問：
(1)火星在什麼季節離太陽最近？
(2)承上題，造成火星四季的成因？
(3)你認為在冬至時，火星自轉軸的方向應為下面何者？
(4)若你站在火星北緯 25 度上，請繪出並描述你在冬至時看到的太陽視運
二、課程回饋問題
1. 在課程中與其他同學進行討論，你認為是否對你有幫助？幫助為何？
2. 在進行完課程後，你認為有哪些四季成因的相關概念是你仍然不清楚的？
附錄八
後測晤談單
1. (1) 學生操作保麗龍球所做的地球與太陽模型 (2) 學生解釋四季的成因
2. (1) (拿出壓克力半球)學生繪出嘉義地區(約為北緯 23.5 度，東經 121 度)夏 至時看到的太陽視運動軌跡圖。
(2) 承上，繪製的理由為何？
(3) 承上，請從以下選擇你的理由。
(A)因太陽離地面最近，所以此為最熱的季節，故為夏季。
(B)因太陽從東方升起，從西方落下。
(C)因地球自轉軸傾斜，而且夏至正午時刻太陽直射北回歸線。
(D)因地球自轉軸傾斜，故推測太陽視運動軌跡與地面夾角不為 90 度。
(E)因夏至日照時間最長，故推測太陽在天空停留最久，即視運動軌跡最 長。
(F)因夏季太陽照射偏北半球，所以是最熱的季節。
(G)因夏至太陽直射北回歸線，故推測太陽視運動軌跡與地面夾角為 90 度。
附錄九
前測晤談內容示例
T：你認為四季的成因是什麼？
S1-24：洋流，地軸傾斜．
T：地軸傾斜會有怎樣的影響？
S1-24：我對地軸不是很了解，因為我覺得它看起來蠻有道理的，所以就寫這個．
T：可是你沒寫耶．
S1-24：喔，那算了．
T：那你覺得地軸傾斜有什麼影響？
S1-24：我也不知道什麼是地軸傾斜．
T：那你為什麼覺得有道理？
S1-24：因為常常聽到．
T：可是你沒有寫啊．
S1-24：對呀．
T：好，那你的答案主要是洋流季風．
S1-24：嗯．
T：你的圖上有提到過，日照的長短是造成四季的原因？
S1-24：對呀，就是夏季的照射會比較長，冬季會比較短．
T：它是不是造成四季的原因？
S1-24：有一點關係吧．
T：所以日照長短有關係？
S1-24：對．
T：地軸傾斜在轉的時候，方向會變麼？
S1-24：有啊．
T：所以在不同地點，方向會不一樣？
S1-24：對呀．
T：這樣造成什麼影響？
S1-24：我也不知道耶．
T：這樣會造成四季麼？
S1-24：地軸，什麼叫地軸，我不知道耶．
T：地球自轉軸啊．
S1-24：喔．
T：那你覺得它的傾斜方向有沒有變？
S1-24：有吧．
T：傾斜方向變化的影響呢？
S1-24：我也不知道．
T：會造成四季麼？
S1-24：會吧．
T：自轉或公轉，面對或背對太陽會不會有影響？
T：面對就是夏天麼？
S1-24：嗯．
T：洋流潮汐有沒有影響？
S1-24：有．
T：月球會不會擋住太陽輻射，造成四季變化？
S1-24：會吧．
T：太陽本身溫度會不會有變化？
S1-24：多少都會有吧．
附錄十
中測晤談內容示例
T：四季的成因為何？
S2-21：就地球旋轉，地球對太陽公轉，然後地球的自轉，然後偏差，我上次就這樣 寫，因為我搞不清楚…
T：從你的概念圖上寫的，是照射時間長短的影響嗎？照射時間越長…
S2-21：就夏天，照射時間越短就冬天，就照射面積。
T：所以你覺得照射面積的大小影響到照射時間的長短？
S2-21：對，可是那天老師給我們看的動畫，好像也有講到這個原因，那個好像只是 造成晝夜長短，是吧？
T：你覺得呢？
S2-21：應該多少有關係，但是不是主因。
T：那主因是什麼？
S2-21：主因阿…嗯…不知道。
T：那你這個想法是什麼時候有的？
S2-21：就剛開始我是以為距離的問題，地球不是繞著太陽公轉嗎？可是好像是橢圓 形吧，像比較近的地方應該就是夏天，像遠就是冬季。剛開始我是這樣認為，可是 看了老師你放的那個電腦動畫，好像不是這個樣子，所以我就觀念現在被打亂了。
T：那你為什麼會想要寫著個成因呢？
S2-21：這第一次嗎？
T：這第二次的。
S2-21：第二次的，因為我覺得第一次的不對，但是我就想不出來有另外更好的方式 推翻它，所以就寫得很凌亂。
T：那你現在的想法是這一個？
S2-21：嗯，應該算吧。
附錄十一
後測晤談內容示例
T：這是太陽(黃球)這是地球(藍球)，演示一下它們之間的運動。
H-05：夏天的時候照北回歸線(左手黃球右手藍球，兩球在同一平面上，藍球向左傾 斜，黃球垂直於北回歸線)，逆時針公轉(籃球漸往前方左移)；冬天的時候直射南回 歸線(藍球繞至黃球左方，這時還是傾斜左邊，使得黃球垂直於南回歸線的地方)。
T：四季的成因是什麼，演示給我看。
H-05：跟剛才一樣，自轉軸傾斜加上繞太陽公轉，就是四季的成因。
T：有個人站在北緯２３點５度的地方，在夏至的時候他看到太陽是怎麼運動的呢，
從日出到日落的軌跡請畫在這個半球上。
H-05：…(畫)
T：你大概解釋一下為什麼這樣畫．
H-05：看圖的吧，照這裡站在這裡應該是這樣。
T：這裡有幾個選項，複選題，選擇對的答案。
H-05：…ＣＧ
T：所以你覺得是從北邊升起？
H-05：畫錯了。
T：從東方還東南方升起？
H-05：東南方。
T：正午時分偏南？
H-05：嗯。
T：從西南方落下？
H-05：嗯。
T：…
H-05：ＣＧ。
T：夾角九十度麼？
H-05：嗯。
