第肆章 研究結果與討論
本章分為三節，第一節敘述學生凸透鏡成像概念前、後測之結果。
第二節檢驗 POE 教學對於學生在凸透鏡成像測驗之成效。第三節分析學 生在 POE 教學過程中的概念改變情形。
第一節 學生凸透鏡成像的迷思概念
將學生在基本概念題及迷思概念類型題之前、後測各題答題表現分 別說明如下：
一、基本概念題
（一）中間部分較邊緣部分厚的透鏡為凸透鏡（A1）
學生在前、後測的作答情形如表 4-1：
表 4-1 前後測 A1 作答結果
前測 後測
題目
編號 認知內容 學生回答
N（％）
凹透鏡 1（2.9） 2（5.9）
＊凸透鏡 26（76.4） 29（85.3）
三稜鏡 3（8.8） 1（2.9）
A1 中間部分較邊緣部分厚的透鏡稱 為什麼？
平面鏡 4（11.8） 2（5.9）
註：＊為正確答案
本題的目的為測驗學生能否經由透鏡外觀的描述來分辨凸透鏡與凹
透鏡，結果如表 4-1 所示，在前測有 76.4％的學生作答正確，認為中間部
鏡，認為中間部分較邊緣部分厚的透鏡為平面鏡，造成此種結果有可能 是因為學生容易混淆反射和折射（李采褱，2003；唐明，2001；陳均伊、
張惠博、郭重吉，2004；Andersson ＆ Karrqvist，1983），且有些學生 會利用光的反射解釋凸透鏡成像原理（陳均伊、張惠博、郭重吉，2004），
因而將凸透鏡與平面鏡混淆。另外有 8.8％的學生認為中間部分較邊緣部 分厚的透鏡為三稜鏡。
教學後如表 4-1 所示，在後測作答正確的學生增加（76.4％變成 85.3
％）。認為中間部分較邊緣部分厚的透鏡為平面鏡的學生減少（11.8％變 成 5.9％）；認為中間部分較邊緣部分厚的透鏡為三稜鏡的學生也減少了
（8.8％變成 2.9％）。
（二）凸透鏡的聚光性質（A2）
學生在前、後測的作答情形如表 4-2：
表 4-2 前後測 A2 作答結果
註：＊為正確答案
前測 後測
題目
編號 認知內容 學生回答
N（％）
0（0） 0（0）
1（2.9） 1（2.9）
8（23.5） 3（8.8）
A2 在野外採取「用冰點火」的求生 技巧時，可將冰塊作成下列何種 形狀來聚集太陽光，才能達到點 火的目的？
＊
25（73.5） 30（88.2）
本題的目的為測驗學生能否了解中間部分較邊緣部分厚的透鏡能聚 光，結果如表 4-2 所示，在前測作答正確的學生佔 73.5％，認為中間部分 較邊緣部分厚的月亮形狀冰塊可用來聚集太陽光。本題作答正確的比例 與 A1 相近（A1：76.4％；A2：73.5％） ，且大多答對 A1 的學生 A2 也答 對，顯示能分辨凹、凸透鏡外觀的學生，通常也能了解凸透鏡聚光、凹 透鏡散光的性質。
迷思概念部分有 23.5％的學生認為 形狀的冰塊能聚光，會造成此 種迷思概念有可能是因為國中課本常將三稜鏡組合成 與 兩種形 狀來解釋凸透鏡聚光、凹透鏡散光的概念，但學生卻誤解為必須是三稜 鏡的組合才能有聚光或散光效果，而無法了解只要是中間部分較邊緣部 分厚的透鏡即為凸透鏡，能聚光；中間部分較邊緣部分薄的透鏡即為凹 透鏡，能散光。另外有 2.9％的學生認為 形狀的冰塊能聚光，也可能 是上述原因造成的。
教學後如表 4-2 所示，在後測大多數的學生皆能正確作答（73.5％變 成 88.2％）。僅少數學生（8.8％）仍認為 形狀的冰塊能聚光。
（三）凸透鏡成像是光折射的原理（A3）
學生在前、後測的作答情形如下頁表 4-3：
表 4-3 前後測 A3 作答結果
前測 後測
題目
編號 認知內容 學生回答
N（％）
直線傳播 3（8.8） 3（8.8）
反射 2（5.9） 1（2.9）
＊折射 28（82.4） 29（85.3）
A3 透鏡成像是利用光線的何種性 質？
色散 1（2.9） 1（2.9）
註：＊為正確答案
本題的目的為測驗學生能否了解透鏡成像是利用光的折射性質，結果 如表 4-3 所示，在前測作答正確的學生佔 82.4％，認為透鏡成像是利用光 的折射性質。
迷思概念部分有 8.8％學生認為透鏡成像是利用光的直線傳播性質，
經晤談後發現持此種迷思概念的學生認為做成像實驗時，不管透鏡、蠟 燭及屏幕如何移動，三者都是排成一直線，而課本的圖也是這樣呈現，
因而認為透鏡成像是利用光的直線傳播性質。有 5.9％的學生認為透鏡成 像是利用光的反射性質，此與陳均伊、張惠博、郭重吉（2004）的發現 一致，少數學生會利用光的反射解釋凸透鏡成像原理。
教學後如表 4-3 所示，在後測作答正確的學生佔 85.3％，仍有 8.8％
的學生認為透鏡成像是利用光的直線傳播性質，前測有此迷思概念的 3
位學生在後測時皆作答正確，而在後測作答錯誤的 3 位學生前測時皆作
答正確，造成此情形的原因可能是在 POE 教學時，燈泡、凸透鏡、屏幕
必須保持一直線才能清楚看到成像，使得原本持有正確概念的學生反而
產生迷思概念。
（四）凸透鏡成像是光折射的原理（A4）
學生在前、後測的作答情形如表 4-4：
表 4-4 前後測 A4 作答結果
前測 後測
題目
編號 認知內容 學生回答
N％
蠟燭所發出的光經透 鏡產生反射，在屏幕上 成像。
3（8.8） 1（2.9）
＊蠟燭所發出的光經 透鏡產生折射，在屏幕 上成像。
20（58.8） 26（76.5）
蠟燭所發出的光照在 透鏡上時，透鏡會產生 影像，然後投射在屏幕 上。
6（17.6） 5（14.7）
蠟燭所發出的光平行 穿過透鏡，在屏幕上成 像。
1（2.9） 2（5.9）
蠟燭所發出的光都會 通過凸透鏡鏡心，在屏 幕上成像。
4（11.8） 0（0）
A4 在桌上放置點燃的蠟燭、凸 透鏡、屏幕，調整適當距離
，就可以在屏幕上看到蠟燭 的影像。請問：屏幕上的影 像是如何形成的？
其它 0（0） 0（0）
註：＊為正確答案
經透鏡產生折射，在屏幕上成像。本題雖與 A3 測驗相同概念，但答對率 較低，其原因可能是 A3 選項較為簡短、易於判斷，而 A4 選項描述蠟燭 的成像過程，若學生對凸透鏡成像原理未完全了解，很可能就會表現出 迷思概念。
迷思概念部分有 17.6％的學生認為蠟燭所發出的光照在透鏡上時，
透鏡會產生影像，然後投射在屏幕上，此與何嘉峻（2003） 、蕭倍如（2005）
的發現一致。有 11.8％的學生認為蠟燭所發出的光都會通過凸透鏡鏡心，
在屏幕上成像，此與古智雄（1991）、竇一龍（2002）、William（1994）
等人的發現相同，持有此種迷思概念的學生認為凸透鏡成像原理與針孔 成像類似，物體發出的光要能經由凸透鏡折射成像，透鏡鏡心佔有比其 它部分更重要的地位。
另外有 8.8％的學生認為蠟燭所發出的光經透鏡產生反射，在屏幕上 成像，此與陳均伊等人（2004）的發現一致。
教學後如表 4-4 所示，在後測作答正確的學生明顯增加（58.8％變成 76.5％） 。認為蠟燭所發出的光都會通過凸透鏡鏡心，在屏幕上成像的學 生有所減少（11.8％變成 0％），但仍有 14.7％的學生認為蠟燭所發出的 光照在透鏡上時，透鏡會產生影像，然後投射在屏幕上，顯示在教學後，
這仍為不可忽視的想法。
（五）實像形成是因凸透鏡的聚光性質（A5）
學生在前、後測的作答情形如下頁表 4-5：
表 4-5 前後測 A5 作答結果
前測 後測
題目
編號 認知內容 學生回答
N（％）
＊無法成像 20（58.8） 31（91.2）
模糊一些的完整倒立
實像 6（17.6） 1（2.9）
模糊一些的完整正立
像 8（23.5） 2（5.9）
A5 蠟燭在屏幕上形成清楚的倒 立實像，如果移去凸透鏡，
只留下蠟燭及屏幕在原位置
，請問在屏幕上的像會變的 如何？
其它 0（0） 0（0）
註：＊為正確答案
本題的目的為測驗學生能否了解實像形成是利用凸透鏡的聚光性 質，結果如表 4-5 所示，在前測作答正確的學生佔 58.8％，認為移去凸透 鏡後就無法成像。
迷思概念部分有 23.5％的學生認為移去凸透鏡後，像會變成模糊一 些的完整正立像；有 17.6％的學生認為移去凸透鏡後，像會變成模糊一 些的完整倒立實像。會造成上述兩種迷思概念可能是因為學生將光線投 射與投影的概念應用到凸透鏡成像，認為實像即是發光體將光直接灑在 屏幕上，所以將透鏡移去時，在只有光與屏幕的情境下，屏幕上也會有 光源的實像（陳忠志，1989；許榮富、洪振方，1993；張麗莉，2001；
黃湘武、黃寶鈿，1989；Fetherstonhaugh et al., 1987；Goldberg & McDermott,
1986；Galili & Hazan, 2000） 。
此外，認為移去凸透鏡後，像會變成模糊一些的完整正立像的學生，
S21 在實驗 1-3 預測活動學習單中寫到:
「因為沒有凸透鏡折射，像會直接照在屏幕，所以在屏幕上會變成正立 實像」
S21 認為移去凸透鏡後仍會成像，而凸透鏡的用途在於將像變成 倒立實像。
教學後如表 4-5 所示，在後測作答正確的學生明顯增加（58.8％變成 91.2％） ，僅有 8.8％的學生還有迷思概念。
（六）光向四面八方傳播（A6）
學生在前、後測的作答情形如表 4-6：
表 4-6 前後測 A6 作答結果
前測 後測
題目 編號
認知內容 學生回答
N（％）
燈 泡 上 有 無 數 個 光 點，每個點所發出的光 只會照射到所看到的 物體上。
1（2.9） 1（2.9）
燈 泡 上 有 無 數 個 光 點，每個點僅能發出一 條光，以一直線射出。
7（20.6） 1（2.9）
＊燈泡上有無數個光 點，每個點所發出的光 向四面八方射出。
26（76.5） 32（94.1）
A6 在室內放置電燈，在電燈的 左、右邊各有一物體，打開 電燈後，請你選出電燈所發 出的光線，其行進的正確路 徑為下列何項？
其它 0（0） 0（0）
註：＊為正確答案
本題的目的為測驗學生能否了解光向四面八方傳播的概念，結果如 表 4-6 所示，在前測作答正確的學生佔 76.5％，認為燈泡上有無數個光 點，每個點所發出的光向四面八方射出。
迷思概念部分有 20.6％的學生認為燈泡上有無數個光點，每個點僅 能發出一條光，以一直線射出，此與何嘉峻（2003） 、Bendall 等人（1993）
的發現相同。
教學後如表 4-6 所示，在後測作答正確的學生明顯增加（76.5％變成 94.1％） ，僅有極少的學生（5.8％）還有迷思概念。
二、迷思概念類型題
B1～B5 的目的為測驗學生能否應用「光向四面八方傳播」概念於凸 透鏡成像的情境：當蠟燭、凸透鏡、屏幕調整到適當距離，使得蠟燭在 屏幕上形成清楚的倒立實像（圖 4-1），之後以不透光紙遮蔽凸透鏡的不 同區域，像會如何改變。依照學生在迷思概念類型題各題「答案」及「理 由」所填的選項，將其歸類於某一迷思概念類型，學生在各題的表現分 為八種迷思概念類型（1-1、1-2、2-1、3-1、3-2、4-1、5-1、6-1）。
圖 4-1 蠟燭成像示意圖
學生在前後測 B1～B5 各題所表現出的迷思概念類型其分佈情形說 明如下：
（二）迷思概念類型題（B1、B2）
B1 題目為：若用不透光的紙將透鏡的上半部遮住，在屏幕上的像會 變的如何？（圖 4-2）
圖 4-2 B1 示意圖
B2 題目為：若用不透光的紙將透鏡的下半部遮住，在屏幕上的像會 變的如何？（圖 4-3）
圖 4-3 B2 示意圖
學生在前後測 B1、B2 所表現出的迷思概念類型其分佈情形如下頁表
4-7：
表 4-7 學生在前後測 B1、B2 之迷思概念類型分佈情形
迷思概念類型
＊ 1-1 1-2 2-1 3-1 3-2 4-1 5-1 6-1
B1 前測 N
％ 8 23.5
8 23.5
5 14.7
6 17.6
1 2.9
－ 6
17.6
－ 0
0 B1 後測
N
％ 27 79.4
0 0
5 14.7
0 0
0 0
－ 0
0
－ 0
0 B2 前測
N
％ 10 29.4
8 23.5
5 14.7
6 17.6
0 0
－ 4
11.8
－ 1
2.9 B2 後測
N
％ 27 79.4
0 0
3 8.8
0 0
0 0
－ 4
11.8
－ 0
0 註：「＊」為正確概念， 「－」為此題未測該迷思概念類型。各迷思概念類型說明如下：
1. 迷思概念類型 1-1：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方的 屏幕則無法完整成像，也就是說，當透鏡被遮蔽只剩一半時，成像只有一半。
2. 迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方屏 幕的成像會較暗，也就是說，當透鏡被遮蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上半 部較暗，下半部亮度跟原來一樣。
3. 迷思概念類型 2-1：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似。
4. 迷思概念類型 3-1：當作圖法兩條以上的光線被擋住無法通過透鏡時，則無法描繪出成 像，即表示無法成像。
5. 迷思概念類型 3-2：當作圖法通過鏡心的那一條光線被擋住無法通過透鏡時，即表示無法 成像。
6. 迷思概念類型 4-1：透光面積決定成像大小，當凸透鏡沒有被遮蔽時，則形成完整大小不 變的像，若凸透鏡部分區域被遮住，仍會形成完整的像，但像會縮小。
7. 迷思概念類型 5-1：當凸透鏡因中間部分被遮蔽而形成兩個以上的透光區，則每一透光區 可成為一獨立透鏡，各自形成完整成像。
8. 迷思概念類型 6-1：當凸透鏡被不透明物遮蔽時，能了解成像大小不變的原因，而忽略成
像亮度的改變，認為亮度不變。
面八方的光線，所以會形成亮度較暗的完整倒立實像。
迷思概念部分，學生在 B1、B2 主要迷思概念類型分別為 1-1（B1：
23.5％；B2：23.5％）：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，
在不透明物後方的屏幕則無法完整成像，也就是說，當透鏡被遮蔽只剩 一半時，成像只有一半；1-2（B1：14.7％；B2：14.7％）：當平行光遇 到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方屏幕的成像會較 暗，也就是說，當透鏡被遮蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上 半部較暗，下半部亮度跟原來一樣；2-1（B1：17.6％；B2：17.6％）：
凸透鏡的成像原理與針孔成像類似，因為凸透鏡鏡心被擋住了，所以無 法成像；4-1（B1：17.6％；B2：11.8％）：透光面積決定成像大小，當 凸透鏡沒有被遮蔽時，則形成完整大小不變的像，若凸透鏡部分區域被 遮住，仍會形成完整的像，但像會縮小。根據上述可發現學生在 B1 與 B2 迷思概念類型的分佈比例上頗為類似，其原因可能是兩題題目情境相 似，只是一題用不透光紙遮住透鏡上半部，一題遮住下半部，學生在選 答上具有一致性，此與竇一龍（2002）的發現一致。
教學後如表 4-7 所示，在後測 B1、B2 作答正確的學生明顯增加：B1 答對率從 23.5％變成 79.4％；B2 答對率從 29.4％變成 79.4％。迷思概念 部分，B1 仍有 14.7％學生為迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上 的不透明物而無法通過時，在不透明物後方屏幕的成像會較暗，也就是 說，當透鏡被遮蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上半部較暗，
下半部亮度跟原來一樣；B2 有 11.8％學生為迷思概念類型 4-1：透光面 積決定成像大小，當凸透鏡沒有被遮蔽時，則形成完整大小不變的像，
若凸透鏡部分區域被遮住，仍會形成完整的像，但像會縮小。
（三）迷思概念類型題（B3）
B3 題目為：承 B2，若減少不透光紙的面積，在屏幕上的像會變的如 何？（圖 4-4）
圖 4-4 B3 示意圖
學生在前後測 B3 所表現出的迷思概念類型其分佈情形如下頁表 4-8 所示，在前測 B3 作答正確的學生佔 17.6％，認為就算通過凸透鏡的光線 減少了，但蠟燭上的每個點仍能發出四面八方的光線，所以會形成亮度 較暗的完整倒立實像。
迷思概念部分，學生在 B3 主要的迷思概念類型為 4-1（35.3％）：
像的大小跟透光區域大小有關，將凸透鏡的一小部分遮住，像會縮小為 原倒立實像的四分之三大小。另外有 20.6％的學生迷思概念類型為 2-1：
凸透鏡的成像原理與針孔成像類似，凸透鏡鏡心沒有被擋住，所以會生 成一完整的倒立實像，亮度也跟原來一樣；有 11.8％的學生迷思概念類 型為 1-1：就算凸透鏡下半部被擋住了，但並未擋到蠟燭上每一點所發出 的平行光，仍會形成完整的倒立實像。
一倍焦距
兩倍焦距 一倍焦距
表 4-8 學生在前後測 B3 之迷思概念類型分佈情形
迷思概念類型
＊ 1-1 1-2 2-1 3-1 3-2 4-1 5-1 6-1
B3 前測 N
％ 6 17.6
4 11.8
－ 7
20.6
2 5.9
－ 12 35.3
－ 3
8.8
B3 後測 N
％ 20 58.8
3 8.8
－ 3
8.8
2 5.9
－ 3
8.8
－ 3
8.8 註：「＊」為正確概念， 「－」為該題未測該概念類型。各迷思概念類型說明如下：
1. 迷思概念類型 1-1：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方的 屏幕則無法完整成像，也就是說，當透鏡被遮蔽只剩一半時，成像只有一半。
2. 迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方屏 幕的成像會較暗，也就是說，當透鏡被遮蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上半 部較暗，下半部亮度跟原來一樣。
3. 迷思概念類型 2-1：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似。
4. 迷思概念類型 3-1：當作圖法兩條以上的光線被擋住無法通過透鏡時，則無法描繪出成 像，即表示無法成像。
5. 迷思概念類型 3-2：當作圖法通過鏡心的那一條光線被擋住無法通過透鏡時，即表示無法 成像。
6. 迷思概念類型 4-1：透光面積決定成像大小，當凸透鏡沒有被遮蔽時，則形成完整大小不 變的像，若凸透鏡部分區域被遮住，仍會形成完整的像，但像會縮小。
7. 迷思概念類型 5-1：當凸透鏡因中間部分被遮蔽而形成兩個以上的透光區，則每一透光區 可成為一獨立透鏡，各自形成完整成像。
8. 迷思概念類型 6-1：當凸透鏡被不透明物遮蔽時，能了解成像大小不變的原因，而忽略成 像亮度的改變，認為亮度不變。
B3 設計上有別於其它迷思概念類型題，在題目示意圖刻意加上一倍
焦距及兩倍焦距（圖 4-4），其目的為檢視此種呈現方式是否會影響學生
的作答，使其在表現上趨於迷思概念類型 3-1：因為光線作圖法的三條光
線未被擋住，所以仍可求其交點，形成完整倒立實像，亮度與原來一樣。
結果有別於過去的研究發現（古智雄，1991；吳正勳，2002；張麗莉，
2001；竇一龍，2002；Galili & Hazan, 2000） ，僅有少數學生（8.8％）為 迷思概念類型 3-1，其原因可能是光線作圖法在現行的自然與生活科技課 本中僅列為補充資料，教師在教學上較少強調，因而學生比較不會過度 記憶，減少由光線作圖法所導致的迷思概念。
教學後如表 4-8 所示，在後測 B3 作答正確的學生明顯增加，答對率 從 17.6％變成 58.8％，除了作答正確的學生之外，其他則平均分佈於各 迷思概念類型，但均未超過 8.8％。教學後 B3 答對率並不高（58.8％），
顯示學生對於此種類型的題目較難做出正確的判斷。
（四）迷思概念類型題（B4）
B4 題目為：若用不透光的紙將凸透鏡的上、下半部遮住，在屏幕上 的像會變的如何？（圖 4-5）
圖 4-5 B4 示意圖
學生在前後測 B4 所表現出的迷思概念類型其分佈情形如表 4-9：
表 4-9 學生在前後測 B4 之迷思概念類型分佈情形
迷思概念類型
＊ 1-1 1-2 2-1 3-1 3-2 4-1 5-1 6-1
B4 前測 N
％ 6 17.6
2 5.9
4 11.8
8 23.5
2 5.9
－ 11 32.4
－ 1
2.9
B4 後測 N
％ 22 64.7
0 0
3 8.8
0 0
0 0
－ 8
23.5
－ 1
2.9 註：「＊」為正確概念， 「－」為該題未測該概念類型。各迷思概念類型說明如下：
1. 迷思概念類型 1-1：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方的 屏幕則無法完整成像，也就是說，當透鏡被遮蔽只剩一半時，成像只有一半。
2. 迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方屏 幕的成像會較暗，也就是說，當透鏡被遮蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上半 部較暗，下半部亮度跟原來一樣。
3. 迷思概念類型 2-1：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似。
4. 迷思概念類型 3-1：當作圖法兩條以上的光線被擋住無法通過透鏡時，則無法描繪出成 像，即表示無法成像。
5. 迷思概念類型 3-2：當作圖法通過鏡心的那一條光線被擋住無法通過透鏡時，即表示無法 成像。
6. 迷思概念類型 4-1：透光面積決定成像大小，當凸透鏡沒有被遮蔽時，則形成完整大小不 變的像，若凸透鏡部分區域被遮住，仍會形成完整的像，但像會縮小。
7. 迷思概念類型 5-1：當凸透鏡因中間部分被遮蔽而形成兩個以上的透光區，則每一透光區 可成為一獨立透鏡，各自形成完整成像。
8. 迷思概念類型 6-1：當凸透鏡被不透明物遮蔽時，能了解成像大小不變的原因，而忽略成 像亮度的改變，認為亮度不變。
如表 4-9 所示，在前測作答正確的學生佔 17.6％，認為就算通過凸透
鏡的光線減少了，但蠟燭上的每個點仍能發出四面八方的光線，所以會
形成亮度較暗的完整倒立實像。
迷思概念部分，學生在 B4 主要的迷思概念類型為 4-1（32.4％）：
像的大小跟透光區域大小有關，遮住凸透鏡上、下半部，留下中間部分，
像會縮小為原倒立實像的四分之一大小；有 23.5％的學生為迷思概念類 型 2-1：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似，由於凸透鏡鏡心沒有被擋 住，所以會生成一完整的倒立實像，亮度也跟原來一樣；有 11.8％的學 生為迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過 時，在不透明物後方屏幕的成像會較暗，遮住凸透鏡上、下半部，留下 中間部分，則會形成上下暗、中間亮的完整倒立實像。
教學後如表 4-9 所示，在後測 B4 作答正確的學生明顯增加，答對率 從 17.6％變成 64.7％。迷思概念部分有 23.5％學生為迷思概念類型 4-1：
像的大小跟透光區域大小有關，遮住凸透鏡上、下半部，留下中間部分，
像會縮小為原倒立實像的四分之一大小。經晤談學生發現造成此迷思概 念在 B4 前測（32.4％）、後測（23.5％）比例皆高的原因可能是 B4 在五 題的迷思概念類型題中，其凸透鏡被不透光紙遮蔽的區域最大、透光區 最小，學生容易受遮蔽區域最大所影響，而表現出像會縮小的迷思概念。
（四）迷思概念類型題（B5）
B5 題目為：若用不透光的紙將凸透鏡的中間部分遮住，在屏幕上的
像會變的如何？（圖 4-6）
學生在前後測 B5 所表現出的迷思概念類型其分佈情形如表 4-10：
表 4-10 學生在前後測 B5 之迷思概念類型分佈情形
迷思概念類型
＊ 1-1 1-2 2-1 3-1 3-2 4-1 5-1 6-1
B5 前測 N
％ 1 2.9
3 8.8
3 8.8
16 47.1
2 5.9
3 8.8
1 2.9
5 14.7
0 0
B5 後測 N
％ 25 73.5
1 2.9
2 5.9
3 8.8
2 5.9
0 0
1 2.9
0 0
0 0 註：「＊」為正確概念， 「－」為該題未測該概念類型。各迷思概念類型說明如下：
1. 迷思概念類型 1-1：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方的 屏幕則無法完整成像，也就是說，當透鏡被遮蔽只剩一半時，成像只有一半。
2. 迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過時，在不透明物後方屏 幕的成像會較暗，也就是說，當透鏡被遮蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上半 部較暗，下半部亮度跟原來一樣。
3. 迷思概念類型 2-1：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似。
4. 迷思概念類型 3-1：當作圖法兩條以上的光線被擋住無法通過透鏡時，則無法描繪出成 像，即表示無法成像。
5. 迷思概念類型 3-2：當作圖法通過鏡心的那一條光線被擋住無法通過透鏡時，即表示無法 成像。
6. 迷思概念類型 4-1：用透光面積來決定成像大小，當凸透鏡沒有被遮蔽時，則形成完整大 小不變的像，若凸透鏡部分區域被遮住，仍會形成完整的像，但像會縮小。
7. 迷思概念類型 5-1：當凸透鏡因中間部分被遮蔽而形成兩個以上的透光區，則每一透光區 可成為一獨立透鏡，各自形成完整成像。
8. 迷思概念類型 6-1：當凸透鏡被不透明物遮蔽時，能了解成像大小不變的原因，而忽略成 像亮度的改變，認為亮度不變。
如表 4-10 所示，在前測 B5 作答正確的學生僅佔 2.9％，大部分學生
為迷思概念類型 2-1（47.1％）：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似，由
於凸透鏡鏡心被擋住了，所以無法成像。造成答對率低以及迷思概念類 型 2-1 佔較高比例的原因可能是原本在 B1～B5 各題的表現上，迷思概念 類型 2-1 的學生就較多，所佔比例分別為 B1（17.6％）、B2（17.6％）、
B3（20.6％）、B4（23.5％），加上 B5 在題目內容提及用不透光紙將凸 透鏡的中間部分遮住，圖中（圖 4-6）也明顯呈現凸透鏡鏡心及鏡心附近 被遮蔽，因而造成此種答題狀況。
另外，有 14.7％的學生迷思概念類型為 5-1，認為凸透鏡因中間部分 被遮蔽而形成兩個透光區，則每一透光區可成為一獨立透鏡，各自形成 完整成像。
教學後如表 4-10 所示，在後測 B5 作答正確的學生明顯增加，答對 率從 2.9％變成 73.4％，除了作答正確的學生之外，其他則平均分佈於各 迷思概念類型，但均未超過 8.8％。
從學生在前後測迷思概念類型題的答題狀況可發現雖然五題均測驗 相同的概念，但學生在不同的題目情境下，有不同的概念表現，答對率 也不一致，在前後測各題答對率分別為 B1（23.5％；79.4％）、B2（29.4
％；79.4％） 、B3（17.6％；58.8％） 、B4（17.6％；64.7％） 、B5（2.9％；
73.5％） ，此現象與張川木（1995）、黃文吟（1999）的發現一致，學生
的迷思概念常具有變異性，同樣的概念，因所處的問題情境不同，會有
不同的解釋。McGinn 與 Roth（1998）指出學生在回答結構相似但形式不
同的問題時，其所持的概念可能會有不一致的情況產生，測驗的命題設
三、小結
綜上所述，可得知學生在進行 POE 教學前對於凸透鏡成像已存有各 種相關的迷思概念，將學生在前測的基本概念題與迷思概念類型題常見 的迷思概念分別說明如下：
（一）基本概念題
1. 在凸透鏡的外觀為中間部分較邊緣部分厚的概念上，學生常混淆 透鏡與面鏡（11.8％）。
2. 在中間部分較邊緣部分厚的透鏡能聚光的概念上，學生常認為三 稜鏡的組合（ ）才能有聚光或散光效果（23.5％）。
3. 在凸透鏡成像是光折射的原理之概念上，學生常持有下列兩種迷 思概念：
（1）蠟燭所發出的光照在透鏡上時，透鏡會產生影像，然後投射 在屏幕上（17.6％）。
（2）蠟燭所發出的光都會通過凸透鏡鏡心，在屏幕上成像（11.8
％）。
4. 在實像形成是因凸透鏡的聚光性質之概念上，學生常持有下列兩 種迷思概念：
（1）移去凸透鏡後，像會變成模糊一些的完整正立像（23.5％）。
（2）移去凸透鏡後，像會變成模糊一些的完整倒立實像（17.6％） 。 5. 在光向四面八方傳播的概念上，學生常認為燈泡上有無數個光
點，每個點僅能發出一條光，以一直線射出（20.6％）。
（二）迷思概念類型題
迷思概念類型題（B1～B5）各題題目情境為以下所示：
B1：遮住凸透鏡上半部 B2：遮住凸透鏡下半部
B3：遮住凸透鏡下半部一小部分 B4：遮住凸透鏡上、下半部 B5：遮住凸透鏡中間部分
學生在前測迷思概念類型題各題情境下常會表現出的迷思概念類型 如下：
1. 迷思概念類型 1-1：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過 時，在不透明物後方的屏幕則無法完整成像，也就是說，當透鏡 被遮蔽只剩一半時，成像只有一半。在各情境下持有此迷思概念 的學生分別為 B1：23.5％；B2：23.5％；B3：11.8％；B4：5.9
％；B5：8.8％。
2. 迷思概念類型 1-2：當平行光遇到凸透鏡上的不透明物而無法通過 時，在不透明物後方屏幕的成像會較暗，也就是說，當透鏡被遮 蔽上半部時，仍會有完整成像，只是像的上半部較暗，下半部亮 度跟原來一樣。在各情境下持有此迷思概念的學生分別為 B1：
14.7％；B2：14.7％；B4：11.8％；B5：8.8％。
3. 迷思概念類型 2-1：凸透鏡的成像原理與針孔成像類似。在各情境 下持有此迷思概念的學生分別為 B1：17.6％；B2：17.6％；B3：
20.6％；B4：23.5％；B5：47.1％。
4. 迷思概念類型 4-1：透光面積決定成像大小，當凸透鏡沒有被遮蔽 時，則形成完整大小不變的像，若凸透鏡部分區域被遮住，仍會 形成完整的像，但像會縮小。在各情境下持有此迷思概念的學生 分別為 B1：17.6％；B2：11.8％；B3：35.3％；B4：32.4％；B5：
2.9％。
第二節 POE 教學之成效
本節說明 POE 教學對於學生在凸透鏡成像概念前、後測之教學效果。
學生在前後測得分之表現如表 4-11：
表 4-11 學生前後測得分之比較
類別 變項 人數 平均數 標準差 P 值
前測 34 5.18 2.21 整體得分
後測 34 8.71 2.17
.000
＊前測 34 4.21 1.45 基本概念題
後測 34 5.18 0.97 前測 34 0.97 1.45 迷思概念類型題
後測 34 3.53 1.58
－
註：
＊P＜.05。 「－」表示未做 t 考驗。
由表 4-11 可得知 POE 教學後，學生在凸透鏡成像概念測驗得分有明
顯進步，達到顯著改變（P＜.05） ，顯示 POE 教學對於凸透鏡成像的基本
概念，以及解決學生凸透鏡成像迷思概念均有明顯成效。此外，學生在
迷思概念類型題得分有大幅的進步，從 0.97 進步到 3.53。
迷思概念類型題（B1～B5）各題題目情境為以下所示：
B1：遮住凸透鏡上半部 B2：遮住凸透鏡下半部
B3：遮住凸透鏡下半部一小部分 B4：遮住凸透鏡上、下半部 B5：遮住凸透鏡中間部分
將學生在前、後測迷思概念類型題各題作答正確、錯誤的人數進行 卡方考驗（McNemar），得到結果如表 4-12～4-16：
表 4-12 學生在前後測 B1 中作答正確、錯誤的變化情形 B1 後測
正確 錯誤 總和
正確 N
％
8 23.5
0 0
8 23.5 B1
前 測
錯誤 N
％
19 55.9
7 20.6
26 76.5 總和 N
％
27 79.4
7 20.6
34 100 P-value .000
＊註：
＊P＜.05
表 4-13 學生在前後測 B2 中作答正確、錯誤的變化情形 B2 後測
正確 錯誤 總和
正確 N
％
9 26.5
1 2.9
10 29.4 B2
前 測
錯誤 N
％
18 52.9
6 17.6
24 70.6 總和 N
％
27 79.4
7 20.6
34 100 P-value .000
＊註：
＊P＜.05
表 4-14 學生在前後測 B3 中作答正確、錯誤的變化情形 B3 後測
正確 錯誤 總和
正確 N
％
6 17.6
0 0
6 17.6 B3
前 測
錯誤 N
％
14 41.2
14 41.2
28 82.4 總和 N
％
20 58.8
14 41.2
34 100 P-value .000
＊註：
＊P＜.05
表 4-15 學生在前後測 B4 中作答正確、錯誤的變化情形 B4 後測
正確 錯誤 總和
正確 N
％
6 17.6
0 0
6 17.6 B4
前 測
錯誤 N
％
16 47.1
12 35.3
28 82.4 總和 N
％
22 64.7
12 35.3
34 100 P-value .000
＊註：
＊P＜.05
表 4-16 學生在前後測 B5 中作答正確、錯誤的變化情形 B5 後測
正確 錯誤 總和
正確 N
％
1 2.9
0 0
1 2.9 B5
前 測
錯誤 N
％
24 70.6
9 26.5
33 97.1 總和 N
％
25 73.5
9 26.5
34 100 P-value .000
＊註：
＊P＜.05
由表 4-12～4-16 可得知教學後在迷思概念題各題作答正確的學生明
顯增加，達到顯著改變（P＜.05），大部分的學生皆能應用「光向四面八
方傳播」的概念於解決凸透鏡被不透明物遮蔽時的成像問題，不過值得
注意的是在教學後 B3 的正確率仍只有 58.8％，顯示少數學生在 POE 教
學後不容易將所學概念應用在此情境。
第三節 學生在 POE 教學中的概念改變歷程
本節根據各實驗學習單的分類規準，分析學生在每個實驗的預測、
解釋活動的作答內容。
一、 實驗 1-2 概念改變歷程
本實驗依據 POE 教學策略，分為預測、觀察、解釋三個活動，實驗 內容是以雷射光平行射入三種不同的透鏡（雙凹、平凸、雙凸、平凸透 鏡），觀察雷射光通過時的偏折情形。
（一）實驗 1-2 預測活動
＜預測活動＞
＊ 請你預測當雷射光分別通過下面四種透鏡時的路徑，勾選出你的答案後，請在「理由」
欄中寫下你選這個答案的理由。
透 鏡
a b c d
□a1 □b1 □c1 □d1
□a2 □b2 □c2 □d2
請 在 四 個 選 項 中 勾 選 出
□a3 □b3 □c3 □d3
□a4 □b4 □c4 □d4 答
案
□ 其它 □ 其它 □ 其它 □ 其它
理 由
圖 4-7 實驗 1-2 學習單（預測活動）
圖 4-7 為預測活動學習單，學生在預測活動必須勾選出答案，並寫出 支持的理由。將學生在預測活動作答內容分為七種類型，其分佈情形如 表 4-17：
表 4-17 學生在實驗 1-2 預測活動作答類型的分佈情形
類型 N（％）
正確類型（一）
正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光 性質。
5（14.7）
正確類型（二）
以判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、
聚光性質。
3（8.8）
8（23.5）
表 4-17 學生在實驗 1-2 預測活動作答類型的分佈情形（續上頁）
類型 N（％）
錯誤類型（一）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，
但卻對應錯誤。
5（14.7）
錯誤類型（二）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚 光性質對應正確，但在平凸透鏡的外觀及 散光、聚光性質對應錯誤。
11（32.4）
錯誤類型（三）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚 光性質對應正確，但在平凸透鏡提到有一 邊是平的，所以雷射光會直線射出。
5（14.7）
錯誤類型（四）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，
卻對應錯誤且有些部分以「反射」來解釋 原因。
4（11.8）
未提供解釋
只寫出觀察的現象，未進一步解釋原因。 0（0）
其它 1（2.9）
26（76.5）
如表 4-17 所示，在預測活動時，正確類型的學生佔 23.5％（正確類 型一與正確類型二之和） ，他們能正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光 性質或是判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、聚光性質。以 S03 為例
（正確類型一），如下頁圖 4-8：
透 鏡
a b c d
理 由
因為它中間比較 細，所以光會散 開。
因為他中間比較寬 像 一樣，所以 光會聚集。
因為中間比較寬，
所以光會聚集。
因為中間比較寬，
所以光會聚集。
圖 4-8 S03 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S03 在實驗 1-2 學習單的預測活動中，四個答案均勾選正確且在四個 理由欄中能正確根據透鏡外觀來判斷散光、聚光性質。
另外，在迷思概念部分高達 76.5％的學生有迷思概念（錯誤類型一、
二、三、四、五及其它之和） ，此與黃文吟（1999）研究相似，多數學生 在解釋有關透鏡折射等相關問題時，頗感困難。Anderson 與 Karrquist
（1983）的研究也發現學生對折射問題的解釋，常不能確定光進行的方 向，也就是當光由一介質通過另一介質時，不知其偏向何方。在錯誤類 型中，有 14.7％的學生為錯誤類型（一） ；32.4％的學生為錯誤類型（二） ； 14.7％的學生為錯誤類型（三） ；11.8％的學生為錯誤類型（四）。
錯誤類型（一）的學生，以 S11 回答為例（圖 4-9）：
透 鏡
a b c d
理 由
因為鏡面向內，所 以光線會集中。
因為鏡面一凹一 凸，凸的在前面所以 會散開。
因為兩面都是凸 的，所以光線會散 開。
因為鏡面一凹一 凸，凹的在前面所 以會集中。
圖 4-9 S11 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S11 運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，但判斷的依據有別於科 學概念，由自身發展出一套準則因而無法將透鏡對應到正確的性質。
錯誤類型（二）與錯誤類型（三）的學生為正確概念與錯誤概念並 存，他們大都能在雙凹（圖 a）、雙凸（圖 c）透鏡理由說明中包含透鏡 外觀的描述並正確對應到散光、聚光性質，而在平凸透鏡（圖 b、圖 d）
的理由說明中包含透鏡外觀的描述卻錯誤對應散光、聚光性質。錯誤類 型（二）的學生以 S16 為例（圖 4-10）：
透 鏡
a b c d
理 由
因為上下兩邊較 凸，中間較凹，所 以會散光。
因為光由較平的面 出來，所以會散光。
因為上下兩邊較 尖，中間較寬，所 以會聚光。
因為光由較圓面 出，所以聚光。
圖 4-10 S16 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S16 對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光性質對應正確，但不 了解平凸透鏡的聚光性質。
錯誤類型（三）與錯誤類型（二）不同的是錯誤類型（三）的學生
在平凸透鏡（圖 b、圖 d）受到實驗 1-1 雷射光平行通過長方形稜鏡的影
響，認為透鏡只要有一邊是平的，光就會平行通過，以 S04 回答為例（圖
4-11） ：
透 鏡
a b c d
理 由
由實驗 1-1 得知中 間內凹光線會擴 散。
由四方鏡實驗看出 光會平行通過平面 物體。
由實驗 1-1 得知中 間形狀凸出光線會 會聚。
由四方鏡實驗看 出光會平行通過 平面物體。
圖 4-11 S04 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S04 應用實驗 1-1 所觀察到的現象來回答，在圖 a、圖 c 均能勾選正 確答案並說明正確，而在圖 b、圖 d 卻誤用實驗 1-1 雷射光平行通過長方 形稜鏡的觀察來說明。
從錯誤類型（二）與錯誤類型（三）學生的回答可以發現到大部分 學生能在圖 a、圖 c 以透鏡特徵中間厚旁邊薄、中間薄旁邊厚來解釋聚光、
散光，但在圖 b、圖 d 卻很少用此概念來回答，造成此結果的原因可能是 圖 a、圖 c 是學生較為常見的雙凹、雙凸透鏡，而圖 b、圖 d 的平凸透鏡 則較為少見，加上學生未經實際實驗，因此就算實驗 1-2 的概念在國中課 本內容已有提及，但學生仍不易理解。
錯誤類型（四）的學生具有兩種以上的錯誤概念，以 S06 為例（圖 4-12） ：
透 鏡
a b c d
理 由
中間較瘦，光往內 折射。
中間較高，光往外折 射。
圖形對稱，光會直 線前進。
中間比外面高，光 會反射。
圖 4-12 S06 實驗 1-2 學習單（預測活動）
S06 在理由中部分包含透鏡外觀的描述卻錯誤對應散光、聚光性質，
以及部分用反射來回答此種折射問題，此跟 Anderson 與 Karrquist（1983）
的研究發現類似，不論學生是否學習過光學，均難以區分光的反射與折 射，常會以反射解釋光的折射現象。
（二）實驗 1-2 解釋活動
在預測活動完成後即進行觀察活動 ， 觀察後有些學生會發現其預測 與觀察所看到的結果不符合，這其中可能就會產生認知衝突，學生需在 解釋活動寫下調適的過程。將學生在解釋活動作答內容分為七種類型，
其分佈情形如表 4-18：
表 4-18 學生在實驗 1-2 解釋活動作答類型的分佈情形
類型 N（％）
正確類型（一）
正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質。 17（50.0）
正確類型（二）
以判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、聚 光性質。
6（17.6）
23（67.6）
錯誤類型（一）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，但 卻對應錯誤。
0（0）
錯誤類型（二）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光 性質對應正確，但在平凸透鏡的外觀及散 光、聚光性質對應錯誤。
0（0）
11（32.4）
表 4-18 學生在實驗 1-2 解釋活動作答類型的分佈情形（續上頁）
類型 N（％）
錯誤類型（三）
對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光 性質對應正確，但在平凸透鏡提到有一邊是 平的，所以雷射光會直線射出。
0（0）
錯誤類型（四）
運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，卻 對應錯誤且有些部分以「反射」來解釋原因。
0（0）
未提供解釋
只寫出觀察到的現象，未進一步解釋原因。 11（32.4）
其它 0（0）
如表 4-18 所示，經過觀察後，在解釋活動為正確類型（正確類型一 與正確類型二之和）的學生有 67.6％。值得注意的是在迷思概念部分，
經過觀察後有 32.4％的學生為未提供解釋，他們無法完整解釋自己的想 法，以 S10 回答為例（表 4-19）：
表 4-19 S10 實驗 1-2 學習單（解釋活動）
學習單題目 學生作答內容
解 釋 活 動
你發現實驗結果與你所預測的 結果是否符合？你認為符合或 不符合的理由是什麼？請寫在 下面。
不符合。沒想到不論是左邊凸還是 右邊凸，左邊平還是右邊平，發射 出去都會聚焦。
S10 認為觀察結果與自己的預測不符合，但又無法解釋觀念為何，僅 能寫出觀察到的現象。此類型的學生雖在預測與觀察活動間產生認知衝 突，但在短時間內仍無法適當的調適，此與林嘉琦（2005） 、邱彥文（2001）
研究結果類似，有些學生經過觀察後，若觀察結果與預測不符合時，往
往僅以觀察到的現象來解釋，無法作較為深入的說明。
（三）小結
學生在實驗 1-2 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形如圖 4-13，卡方考驗結果如表 4-20：
圖 4-13 學生在實驗 1-2 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形
註：三角形表示預測活動，正方形表示解釋活動。
表 4-20 學生在 1-2 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形 1-2 解釋活動
正確 錯誤 總和
正確 N
％
8 23.5
0 0
8 23.5 1-2
預 測 活
動 錯誤 N
％
14 41.2
12 35.3
26 76.5 總和 N
％
22 64.7
12 35.3
34 100
＊
0%
20%
40%
60%
80%
100%
預測 解釋
人 數 百 分 比
正確 錯誤
如圖 4-13 所示，經過觀察後，在解釋活動作答正確（正確類型一與 正確類型二之和）的學生明顯增加，從 23.5％（預測活動）變成 67.6％
（解釋活動） ，達到顯著改變（P＜.05） ，有迷思概念的學生從 76.5％（預 測活動）減為 32.4％（解釋活動） ，其中需要注意的是未提供解釋的學生 明顯增加（下圖 4-14） ，從 0％（預測活動）變為 32.4％（解釋活動） ，很 多在預測活動為錯誤類型（錯誤類型一、二、三、四）的學生，在觀察 活動發現實驗結果與自己的預測不符合，但又無法解釋觀念為何，僅能 寫出觀察到的現象（錯誤類型五） ，這種情形在預測活動為錯誤類型（二）
的學生最為明顯，從下頁表 4-21 可發現在預測活動為錯誤類型（二）的 學生有 11 位，觀察後有 3 位變為正確類型，其餘的皆變為未提供解釋。
圖 4-14 學生在實驗 1-2 預測與解釋活動中各類型分佈的變化情形
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
預測 解釋
人數百分比
正確類型一 正確類型二 錯誤類型一 錯誤類型二 錯誤類型三 錯誤類型四 未提供解釋 其他
表 4-21 學生在 1-2 預測活動各作答類型到解釋活動的變化情形
1-2 解釋活動 正確
類型
（一）
正確 類型
（二）
錯誤 類型
（一）
錯誤 類型
（二）
錯誤 類型
（三）
錯誤 類型
（四）
未提 供解 釋
其它 總和
正確 類型
（一）
N
％ 5 14.7
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
5 14.7 正確
類型
（二）
N
％ 0 0
3 8.8
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
3 8.8 錯誤
類型
（一）
N
％ 4 11.8
1 2.9
1 2.9
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
5 14.7 錯誤
類型
（二）
N
％ 2 5.9
1 2.9
0 0
0 0
0 0
0 0
8 23.5
0 0
11 32.4 錯誤
類型
（三）
N
％ 4 11.8
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1 2.9
0 0
5 14.7 錯誤
類型
（四）
N
％ 2 5.9
1 2.9
0 0
0 0
0 0
0 0
1 2.9
0 0
4 11.8 1-2
預 測 活 動
其它 N
％ 0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
0 0
1 2.9
0 0
1 2.9
總和 N
％
17 50.0
6 17.6
0 0
0 0
0 0
0 0
11 32.4
0 0
34 100 註：各概念類型說明如下：
1.正確類型（一） ：正確運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質。
2.正確類型（二） ：以判斷此透鏡為何種透鏡來說明其散光、聚光性質。
3.錯誤類型（一） ：運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，但卻對應錯誤。
5.錯誤類型（三） ：對雙凸透鏡、雙凹透鏡的外觀及散光、聚光性質對應正確，但在平凸透鏡 提到有一邊是平的，所以雷射光會直線射出。
6.錯誤類型（四） ：運用透鏡外觀來判斷其散光、聚光性質，卻對應錯誤且有些部分以「反射」
來解釋原因。
7.未提供解釋：只寫出觀察的現象，未進一步解釋原因。
如表 4-21 所示，值得注意的是在預測活動為錯誤類型（三）的學生，
經過觀察後，五位有四位變為正確類型（一） ，其原因可能是錯誤類型（三）
的學生原本在預測活動的表現就能運用實驗 1-1 所觀察到的現象來說明 實驗 1-2 的預測活動，只是誤解實驗 1-1 雷射光平行通過長方形稜鏡的現 象，認為透鏡只要有一邊是平的，光就會平行通過，透過觀察後，能較 快的調適預測與觀察活動間的認知衝突，提出適當解釋，以 S34 為例（圖 4-15） ：
＜預測活動＞
＊ 請你預測當雷射光分別通過下面四種透鏡時的路徑，勾選出你的答案後，請在「理由」
欄中寫下你選這個答案的理由。
透 鏡
a b c d
理 由
因 為 中 間 薄 旁 邊 厚，光會發散。
因為一邊是平的，使 光線直線射出。
因 為 中 間 厚 旁 邊 薄，光會聚集。
因為一邊是平的，使 光線直線射出。
＜解釋活動＞
＊你發現實驗結果與你所預測的結果是否符合，請在下面勾選你的答案。
□ 符合 不符合
＊你認為符合或不符合的理由是什麼？請寫在下面。
圖 b 跟圖 d，都是因為中間薄，旁邊厚，所以光會會聚，我之前以為只要其中一邊平就 會像 圖形一樣，光是平行的過去。
圖 4-15 S34 實驗 1-2 學習單（預測、解釋活動）
S34 在實驗 1-2 預測活動為錯誤類型（三） ：對雙凸透鏡、雙凹透鏡 的外觀及散光、聚光性質對應正確，但在平凸透鏡提到有一邊是平的，
所以雷射光會直線射出。經過觀察後，發現預測與觀察的結果不同而形 成認知衝突，之後很快修正對於實驗 1-1 所產生的誤解，調適出適當的解 釋（正確類型一）。
二、實驗 1-3 概念改變歷程
本實驗依據 POE 教學策略，分為預測、觀察、解釋三個活動，實驗 內容為燈泡的光經凸透鏡折射在屏幕上形成倒立實像後，移去凸透鏡，
只留下燈泡及屏幕在原位置，觀察透鏡移去前後成像的變化。
（一）實驗 1-3 預測活動
【實驗 1-3】
器材：雙凸透鏡、屏幕、燈泡
＜預測活動＞
＊在桌上，由左到右依序放置點亮的燈泡、凸透鏡、屏幕，然後調整凸 透鏡與屏幕到適當距離，使得在屏幕上可以清楚的看到燈泡的倒立實 像。
（1）若移去凸透鏡，只留下燈泡及屏幕在原位置，請問在屏幕上的像會 變的如何？
（2）你的理由為何？
圖 4-16 為預測活動學習單，學生在預測活動必須寫出預測的答案，
並說明支持的理由。將學生在預測活動作答內容分為五種類型，其分佈 情形如表 4-22：
表 4-22 學生在實驗 1-3 預測活動作答類型的分佈情形
類型 N（％）
正確類型（一）
以凸透鏡聚光的性質來解釋實像形成的原 因。
16（47.1）
正確類型（二）
僅確認有無凸透鏡為影響成像的因素，但 未說明原理。
9（26.4）
25（73.5）
錯誤類型（一）
說明中提到無凸透鏡時，成像為正立實像。 5（14.7）
錯誤類型（二）
說明中提到無凸透鏡時，成像會變的模糊 不清。
2（5.9）
錯誤類型（三）
說明中提到因為無凸透鏡反射，所以不會 成像。
1（2.9）
其它 1（2.9）
9（26.5）
如表 4-22 所示，在預測活動時，正確類型的學生有 73.5％（正確類 型一與正確類型二之和） ，正確類型（一）的學生以 S09 為例，他在預測 活動寫到：
「因為要有凸透鏡聚光才能成像，所以移去凸透鏡則在屏幕上就看不到 像。」
S09 在理由中能以凸透鏡的聚光性質來解釋無法成像的原因。
正確類型（一）與正確類型（二）的學生均能正確回答移去凸透鏡 後無法成像，但正確類型（二）的學生在理由說明中不同於正確類型
（一） ，他們僅確認有無凸透鏡為影響成像的因素，但未說明原理。以 S27 為例，他在預測活動寫到：
「因為沒有凸透鏡，所以倒立實像無法呈現。」
S27 在理由中寫到要有凸透鏡才能成像但未進一步說明凸透鏡的聚 光性質。
在迷思概念部分，有 14.7％的學生為錯誤類型（一），以 S21 為例，
他在預測活動寫到：
「因為沒有凸透鏡折射，像會直接照在屏幕，所以在屏幕上會變成正立 實像。」
S21 認為移去凸透鏡後仍會成像，而凸透鏡的用途在於將像變成 倒立實像。此與邱韻如（1998）的發現類似，有些學生認為針孔、面 鏡或透鏡的功能就是將影像倒過來（邱韻如，1998；Feher & Rice, 1988） 。張麗莉（2001）指出有些學生雖了解凸透鏡的性質可將光線 折射，但他們認為折射的意義似乎就是會呈現倒立的像。
此外，為了檢視實驗 1-1、1-2 的教學是否對學生在實驗 1-3 預測活
動的表現有所影響，將學生在實驗 1-3 預測活動作答類型的分佈情形與前
測 A5 相比較，整理如下頁表 4-23：
表 4-23 實驗 1-3 預測活動與前測 A5 作答結果之比較
1-3 預測活動 前測 A5
A5 題目內容 學生回答
N（％）
＊無法成像（正確類型
一與正確類型二之和） 25（73.5） 20（58.8）
模糊一些的完整倒立
實像（錯誤類型二） 2（5.9） 6（17.6）
模糊一些的完整正立
像（錯誤類型一） 5（14.7） 8（23.5）
蠟燭在屏幕上形成清楚的倒 立實像，如果移去凸透鏡，
只留下蠟燭及屏幕在原位置
，請問在屏幕上的像會變的 如何？
其它 2（5.9） 0（0）
註： ＊為正確答案
如表 4-23 所示，與前測 A5 相較，在實驗 1-3 預測活動作答正確的 學生有所增加（前測 A5：58.8％；1-3 預測活動：73.5％），具有迷思概 念的學生減少了，顯示實驗 1-1、1-2 的教學對於學生在實驗 1-3 預測活 動的表現有正面的幫助。
（二）實驗 1-3 解釋活動
在預測活動完成後即進行觀察活動，觀察後有些學生會發現其預測 與觀察所看到的結果不符合，這其中可能就會產生認知衝突，學生需在 解釋活動寫下調適的過程。將學生在解釋活動作答內容分為五種類型，
其分佈情形如下頁表 4-24：
表 4-24 學生在實驗 1-3 解釋活動作答類型的分佈情形
類型 N（％）
正確類型（一）
以凸透鏡聚光的性質來解釋實像形成的原 因。
24（70.6）
正確類型（二）
僅確認有無凸透鏡為影響成像的因素，但 未說明原理。
8（23.5）
32（94.1）
錯誤類型（一）
說明中提到無凸透鏡時，成像為正立實像。 0（0）
錯誤類型（二）
說明中提到無凸透鏡時，成像會變的模糊 不清。
0（0）
錯誤類型（三）
說明中提到因為無凸透鏡反射，所以不會 成像。
1（2.9）
其它 1（2.9）
2（5.9）
如表 4-24 所示，經過觀察後，在解釋活動為正確類型（正確類型一 與正確類型二之和）的學生有 94.1％，僅有 5.9％的學生仍具有迷思概念。
（二）小結
學生在實驗 1-3 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形如圖
4-17，卡方考驗結果如表 4-25 所示：
圖 4-17 學生在實驗 1-3 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形
註：三角形表示預測活動，正方形表示解釋活動。
表 4-25 學生在 1-3 預測與解釋活動中作答正確、錯誤的變化情形 1-3 解釋活動
正確 錯誤 總和
正確 N
％
25 73.5
0 0
25 73.5 1-3
預 測 活
動 錯誤 N
％
7 20.6
2 5.9
9 26.5 總和 N
％
32 94.1
2 5.9
34 100 P-value .016
＊註：
＊P＜.05
如圖 4-17 所示，經過觀察後，在解釋活動作答正確（正確類型一與 正確類型二之和）的學生有所增加，從 73.5％（預測活動）變成 94.1％
（解釋活動） ，達到顯著改變（P＜.05），僅有 5.9％的學生仍具有迷思概
0%
20%
40%
60%
80%
100%
預測 解釋
人數百分比 正確
錯誤
念。而在各類型分佈變化上，正確類型（一）的學生增加，錯誤類型一、
二、三皆減少（圖 4-18）
圖 4-18 學生在實驗 1-3 預測與解釋活動中各類型分佈的變化情形
另外從表 4-26 發現學生從預測到解釋活動，其概念改變是循序漸進 的，在預測活動 9 位作答錯誤的學生中（錯誤類型一、二、三及其它之 和） ，有 5 位觀察後變為正確類型（二） ，僅有 2 位直接變為正確類型（一） ； 在預測活動 9 位正確類型（二）的學生中，有 6 位觀察後使其解釋更加 完整變為正確類型（一） ，其餘 3 位不變。
0%
20%
40%
60%
80%
預測 解釋
人數百分比
正確類型一 正確類型二 錯誤類型一 錯誤類型二 錯誤類型三 其它
