Top PDF 高中學生的「失重」概念之研究

摘要：在懸吊鋼繩斷裂而自由落下的電梯中，站在磅秤上的人測得的重量為零，所以 說人處於「失重」狀態。如果根據一般教科書採用的「重量即物體所受重力」或「物 體所受重力的大小」來推論，如此一來，物體失重時其所受重力也是零。可是，失重 時真的沒有重力作用嗎？本研究旨在探討高中學生在失重教學後所建構的「失重」概 念。研究對象為學過力學的高二學生 96 人。研究方法以量化的調查研究為主，質性的 個案訪談為輔。研究工具為自編的「失重概念問卷」 ，以霍金體驗失重飛行的新聞為背 景，題目形式採用「事實—理由」兩階段設計，並在每階段另增加一層學生對自己作 答的「信心加權」評分，而形成兩階段四階層測驗。在「理由」階段，前測問卷為開 放式，後測則為是非題，並將信心加權改為逐題對其說服力評分(1 最低，5 最高，0 為「非」)。研究發現：約四成學生知道失重並不是失去重力而是感受不到重量，而同 時能正確說出失重飛行時，何時會產生失重狀態者，僅剩 8.5%。學生的失重概念心智 模式可歸納成七種：測量說、離心力說、漂浮說、高度說、大氣說、零重力說、及直 覺說。重量的重力定義可能導致失重即失去重力的錯誤推論，建議教師教學時應釐清 重量與重力的概念。

5 ＝ 3 5 i ＝ 15 5 i ，而且看這 些學生的化簡過程是很自然而然的這樣想、這樣做，學生化簡起來很輕鬆而簡 捷，根本觀察不出自己哪一個環節開始錯誤？這種現象是很多學生的通病，這個 比例也算蠻高的，我們覺得這是數學教師們在進行課堂教學時，務必要向學生再 三叮嚀的重點。因此，學好學科知識的定義是一個學習的基本前提，定義若產生 模糊不清，更遑論後來的應用與計算，所以往後的相關知識的學習就會錯誤百 出、問題不斷、不可收拾了。有了清楚的定義並妥善理解與應用，不要產生迷思 概念，才能夠往更高深的數學、科學領域去發展、研究。然而不少學生的學習認 知卻只想用應付考試的心態來學習數學，希望把公式背起來就好，希望老師教一 下速解法，有考試就看一下，而沒有去探究為甚麼這樣？為甚麼那樣？這一點令 人擔心我國高中數學教育的發展，這是我們數學教育者當留意的問題，不可不慎。

（三）學校類型方面 不同學校類型之高中職學習障礙學生在整體生活適應呈現無顯著差 異，意即高中職學習障礙學生之整體生活適應不因學校類型的不同而有 差異，但在生理自我、家庭自我及社會自我等分層面有顯著差異，私立 學校之學習障礙學生在生理自我、家庭自我、及社會自我部分明顯比公 立學校學習障礙學生佳，顯示私立學校學習障礙學生比起公立學校學習 障礙學生，自覺滿意自己的外表、體能，在家庭中能獲得支持，且與重 要他人互動良好。此結果與詹文宏（2005）探究高中職學習障礙學生自 我概念與學校適應之研究不同，其研究指出無論就讀公立學校或私立學 校，其自我概念沒有明顯的不同。莊璧阡（2011）亦指出國立與私立學 校之綜職科學生在自我概念上，沒有顯著的差異。公立學校特教資源及 人力皆多於私立學校，研究結果卻是私立學校之學習障礙學生的自我概 念較佳，或許是私立學校學生在校園內的特殊性較不明顯，使私立學校 之學習障礙學生自認能力與其他同學相當，此現象值得進一步探討。

四、 實施狀況 本教學活動於每節課堂中皆進行教室觀察錄影，並於每週課堂結束 隨即記錄教室觀察日誌(如附錄七)以及教師省思札記。 研究者觀察 A 班學生，一開始反應很活潑，到第三、四週感覺較無 心上課；在活動中偶有穿插影片或與教師互動回答時，學生們明顯較一 般投影片有興趣，回答較為熱烈。當第一、二週開始上課時，這個班級 約三分之一極認真參與活動，約二分之一邊看其他學科的書邊聽課，剩 餘六分之一完全不參與課程，尤其當教師問學生： 「鉛筆後陎一定有橡 皮擦嗎？」 ，研究者看到多數的學生都抬起頭思考或回答，好像有震憾 到他們──現在的科技產品不是理所當然的存在，而是人類因某些事才 發明的！但教學單元「月曆」 ，學生感覺較無興趣；而第三週開始上課 注意力較不集中，做其他事情的學生比例明顯較高，甚至有學生向實驗 教師提議不要上課而去戶外打球，研究者於下課時間詢問學生與實驗教 師，得知當日是大學繁星計畫放榜日，有些學生對於其他人已考上大 學，而內心感到焦慮、不安。。

普通高級中學課程綱要 (高中數學學科中心，2009)經過多次調整，「對數」 一直是高中數學的重要概念之一。而且，高一數學課程中，如「數與式」、「多 項式函數」、「指數」等章節都還是國中課程的加深加廣，對高中學生而言不算 陌生，但對他們來說，「對數」卻是一個全新的概念、使用的數學符號也是一個 嶄新的符號。在高中數學課程中，「對數」對於學生來說，可說是非常富有挑戰 性的單元。此外，對數概念除了是對數函數的先備知識，也是往後學習指對數應 用的重要基礎，學生如果沒有先了解基本的對數概念意義，往後學習更高階數學 或其他領域時，如解決複雜的指數運算、求極大數或極小數的問題、銀行存款的 複利、地球科學領域的地震強度表示法或求放射性物質之半衰期等應用問題，都 非常容易產生學習困難。同時，根據研究者的任教經驗，對數單元因為新符號與 新運算規則的引進，這部分的學習經常讓學生感到混淆與挫折，如不清楚符號的 來龍去脈而弄錯對數符號中底數與真數的相對位置，也常看見許多學生雖能模仿 地解題，卻一直不清楚自己在學什麼。

(投稿日期：2011.8.4；修正日期：2011.9.16、2011.11.18；接受日期：2011.12.8) 摘 要 本研究旨在發展系統基模教學策略，並以實徵性資料探究系統基模教學對 高中學生力的迷思概念改變與增強描繪力圖能力的影響。研究方法採準實驗研 究法輔以半結構式晤談。實驗組為研究者任教之高二學生 48 人，進行系統基模 教學；對照組則為另一位教師任教之高二學生 49 人，進行傳統講述式教學。研 究的結論為實驗組學生在物體運動方向必受力、物體運動時所受之力和速度成 正比之迷思概念的改變與正確描繪力圖的能力優於對照組學生；在物體受力方 向錯誤之迷思概念的改變與對照組學生相同；在作用力與反作用力量值不同之 迷思概念的改變則不如對照組學生。研究的結果顯示系統基模的教學策略確實 有助於改善學生一些迷思概念，但仍需繼續修正以增加其效果。

國立嘉義大學 科學教育研究所 （投稿日期：民國 98 年 11 月 09 日，修訂日期：99 年 01 月 06 日，接受日期：99 年 01 月 19 日） 摘要：本研究旨在探討高中學生參與大學所舉辦的物理人才培育課程前後，其科學本 質觀點、科學探究技能的轉變，以及學生對於培育課程的感受。本研究以 96 學年度嘉 義地區的 13 位高中一年級學生為研究對象，資料收集方式包括：科學本質觀問卷、科 學探究技能問卷、學生所撰寫的課程參與心得報告、以及晤談等。研究發現參與培育 課程後，學生的科學本質觀更趨向當代觀點，能瞭解科學方法的多元性，以及科學研 究的進行會受科學家的以往經驗或知識影響等內容，且更有信心確定自己的想法。其 次，學生選用實驗器材、操縱與控制變因與圖示裝置圖等技能，皆有接近滿分的表現，

第一節 結論 1.一般高中學生對化學的學習成就，普遍低於其他科目，導致學生的學習意願低落，甚 至失去信心或放棄。在傳統教學方式下，教師受限於教學進度，無法完整照顧到每一 位學生，評量方式往往也只是為了分等級，因此有些學生常常在較低階層的概念中沒 有學好，將問題不斷地累積，最後終究放棄學習。而本研究中之所以採用精熟學習的 教學策略，秉於每一位學生都可以達到高學習成就的標準，只是每位學生的資質不 同，有些學生需給予足夠的時間，但不代表學生學不會。因此該如何去提升學生的學 習動機，讓他們對於化學科不再感到害怕，是很值得教師去探究的。

第一節 研究動機 1990 年代，美國一群重度身心障礙家長團體提出了「完全融合」 （full inclusion），「完全融合」是指將有特殊需求的學生完全融入 普通班中，特殊需求學生與一般學生不分彼此，同屬一個班級，讓所有 身心障礙的學生都得以在普通班中接受教育（蔡明富，1999）。我國在 1997 年頒發的特殊教育法第十三條規定：「各級學校應主動發掘學生特 質，透過適當鑑定，按身心發展狀況及學習需要，輔導其就讀適當特殊 學校（班），普通學校相當班級或其他適當場所，身心障礙學生之教育 安置，應以滿足學生學習需要為前提下，最少限制的環境為原則 」。根 據教育部特殊教育通報網之統計（http://www.set.edu.tw），九十八學 年度就讀台灣省公私立高中職以下之視覺障礙生人數共 1207 人，而大專 院校也有 675 人。由此觀之，視障生就讀普通學校人數日增，與普通學 生互動機會逐漸增加。視障生回歸普通班後，其人際關係究竟如何，值 得深入探討。而國內目前研究以身心障礙者之人際關係研究多在注意力 缺陷及過動學生、發展遲緩幼兒、身心障礙幼兒等(洪儷瑜

一 、 對 學 術 單 位 的 建 議 (一)研究結果顯示體育高中學生在閱讀報章、雜誌..等及花在課業時間兩 者 的 參 與 量 很 少 ， 甚 至 大 部 分 沒 有 閱 讀 報 章 、 雜 誌 ..等 及 做 功 課 的 習 慣 ， 很 可 能 是 造 成 功 課 普 遍 落 後 的 原 因 。 然 而 學 習 成 就 往 往 關 乎 體 育 生 運 動 發 展 能 否 更 長 久 、 生 涯 規 畫 能 否 更 上 層 樓 的 關 鍵 ， 尤 其 對 國 、 高 中 階 段 的 體 育 生 來 說 紓 解 身 心 的 疲 憊 、 壓 力 固 然 重 要 ， 閱 讀 、 學 科 學 習 能 力 的 培 養 也 不 能 忽 視 。 因 此 ， 學 校 、 教 練 、 師 長 、 家 長 應 多 引 導 學 生 參 與 有 助 心 智 發 展 、 知 識 性 的 活 動 ， 讓 學 生 在 短 暫 的 閒 暇 時 間 也 能 培 養 良 好 的 學 習 習 慣 ， 相 信 在 提 升 閱 讀 、 看 書 能 力 的 同 時 ， 也 有 助 於 改 善 學 科 普 遍 落 後 的 問 題 ， 連 帶 提 升 了 休 閒 活 動 的 價 值 。

學生自己設計實驗步驟創造性地解決問題的現代教學模式。它解決了數學教學中實驗 難以開展的問題，在數學理論與實際問題之間搭起了一座橋樑，使數學在解決實際問 題中得到了充分的展現，也為學生運用創造性思維解決問題，提供了一個展示才華的 舞臺。數學建模本身就是教學方式、教學內容、教學手段上的教學改革，它已經成為 高等教育改革的濫觴，直接推動著高等教育的全面發展 (魏福義，2003)。數學為科 學之母，是科學研究的基礎，而科學發展又是一個國家國力的關鍵指標，因此數學教 育實在是關係著國家的強盛興衰。在目前數學教育中，太偏重各種純數學題目的解題 技巧，而忽略了如何運用數學在真實情境問題。因此對大部分學生而言，學數學只是 一個考試的工具而已，這實在是很讓人遺憾的事。

附錄三 致問卷內容效度考驗專家之研究計畫摘要 題目：高中男生口腔衛生行為及其相關因素之研究-以台北市某高中為例 論文計畫摘要： 教育部自 2001 年開始推動「學校健康促進計劃」，全面推動學齡前 期至國中學生的口腔衛生教育活動，然而高中時期青少年，口腔衛生教 育相關課程及推廣活動卻未持續推廣，致使口腔衛生教育活動成效無法 務實，而實際在高中校園觀察可見，注重口腔衛生清潔，如：飯後使用 牙線、餐後潔牙者寥寥可數，青少年時期是培養與持續正確預防保健行 為的關鍵階段，若能有效控制管理青少年階段影響預防保健行為的相關 因素，提供支持性環境並降低負面影響因素，可使預防保健行為發揮更 大功效。

The results of the study were as follows: (1) The lower the students' conceptual understanding on force was , the more the system schema teaching strategy improved their conceptions offo[r]

電 腦 來 協 助 學 習 者 觀 察 所 欲 觀 察 的 現 象 ； 換 句 話 說 ， 節 省 人 工 計 算 可 能 耗 費 的 時 間 ， 換 取 用 來 認 識 、 理 解 和 獲 得 抽 象 數 學 概 念 的 空 間 。 3. 功 能 之 視 覺 化 有 助 於 學 生 之 探 索 相 較 於 其 它 CAS 軟 體，DERIVE 將 常 用 的 指 令 以 視 覺 化 的 小 圖 示 呈 現，許 多 功 能 亦 以 選 單 的 方 式 呈 現 。 如 此 ， 除 了 讓 學 生 容 易 上 手 ， 不 用 慢 慢 思 考 軟 體 指 令 和 規 則 ， 故 在 操 作 使 用 上 有 很 大 便 利 之 處 ； 同 時 ， DERIVE 的 功 能 與 指 令 以 選 單 及 小 圖 示 的 視 覺 化 方 式 呈 現 ， 使 得 高 中 學 生 較 有 試 驗 動 作 的 依 據 ， 亦 讓 學 生 較 有 心 去 做 嘗 試 。 從 萱 萱 對 DERIVE 的 初 體 驗 中 （ 詳 見 附 件 十 一 WMV01， 節 錄 自 «060614_DERIVE 操 作 _萱 萱 »） ， 可 以 看 到 萱 萱 在 看 過 老 師 的 示 範 後，嘗 試 給 予 函 數 y = + 和 x 4 y = x 2 − ，並繪製這兩個函數的圖形。過 2 程 中 ， 除 了 代 數 視 窗 和 二 維 畫 圖 視 窗 的 切 換 ， 萱 萱 試 驗 工 具 列 上 的 功 能 鍵 ， 針 對 坐 標 系 統 做 了 拉 近 和 放 遠 的 動 作 ， 並 做 了 定 位 觀 察 的 動 作 ； 在 畫 出 圖 形 後 ， 以 較 熟 練 的 手 法 來 重 複 同 樣 的 試 驗 與 觀 察 。 之 後 萱 萱 欲 將 二 視 窗 並 排 ， 亦 成 功 地 從 功 能 表 中 搜 尋 到 關 鍵 處 ， 完 成 視 窗 並 排 的 動 作 。 如 果 不 是 有 這 些 能 簡 單 完 成 動 作 的 小 圖 示 和 選 單 ， 一 般 高 中 生 在 不 熟 悉 軟 體 且 面 臨 必 須 輸 入 指 令 的 狀 況 時 ， 他 們 可 能 會 選 擇 放 棄 ， 也 致 使 他 們 不 會 有 更 進 一 步 的 嘗 試 與 探 索 。

The abilities of Chinese vocabu 1a ry , reading comprehension , and language efficiency , and English pronounciation , structure and grammar , idiom and v此abulary， and [r]

Gfeller 在 2004 年所作的研究報告當中，發現了只有三分之一的學 生能列出他們在做幾何證明時所遇到的性質或定理。我們從這些角度， 反省國內有關「證明」教與學，似乎也有相同的問題，從小一到小六， 並沒有正式的證明相關教學與評量，國中開始有幾何證明的課程，但忽 略了學生的心路歷程，彷彿時間到了，學生就應該會，教學活動並沒有 特別連接到「個人有意義」的概念，小學至國中也沒有特別的「數學說 明」或「說明數學」的活動。國中大部分學生與部分老師都厭煩這額外 的作業或訓練，反正「正式考試」只有選擇題。雖然考大學證明是寫在 文件上必備的項目與能力之一，但是幾乎集體忽略這個重要的「數學思 考與發現工具」，教學更是乏善可成，甚至已準備考試有名的「補習班」

三 、 利 用 隨 手 可 得 的 材 料 ， 設 計 符 合實驗需求的器材設備 有 人 認 為 在 科 技 如 此 進 步 的 時 代 ， PCR、 HPLC、 DNA 或 蛋 白 質 定 序 儀 已 經 充 斥 於 各 種 研 究 報 告 中 ， 若 不 使 用 這 些 高 科 技 設 備 ， 就 不 像 在 做 研 究 ， 就 不 是 走 在 科 技 的「 尖 端 」 。這 種「 偏 見 」正 是 阻 礙 科 學 發 展 、 壓 縮 創 意 發 展 空 間 的 兇 手 。 實 驗 器 材 與 方 法 應 隨 著 研 究 的 目 的 而 改 變 ， 需 要 解 決 什 麼 問 題 就 要 找 尋 適 當 的 方 法 ， 重 要 的 是 實 驗 方 法 是 否 能 解 決 實 驗 的 問 題 。 在 沒 有 可 用 的 器 材 ， 或 無 法 使 用 昂 貴 儀 器 的 情 形 下 ， 為 了 解 決 實 驗 上 的 問 題 ， 必 須 自 行 設 計 相 關 的 器 材 ， 這 正 是 發 揮 創 意 最 佳 的 機 會 。 例 如 上 述 測 量 耗 氧 量 與 排 二 氧 化 碳 量 的 裝 置 (圖 四 )， 針 筒 部 分 可 購 於 五 金 行 ， 細 管 為 園 遊 會 氣 球 的 手 握 柄 。 為 了 驗 證 蟑 螂 的 負 趨 光 性 ， 原 本 設 計 一 個 長 方 形 箱 子 ， 一 半 遮 光 ， 一 半 照 光 ， 觀 察 蟑 螂 在 箱 中 兩 區 所 停 留 的 時 間 ， 但 蟑 螂 經 常 長 時 間 停 留 在 光 照 區 或 遮 光 區 ， 無 法 證 實 蟑 螂 是 否 具 負 趨 光 性 。 因 此 策 略 改 成 遮 光 板 為 移 動 式 ， 強 迫 蟑 螂 暴 露 在 光 照 區 ， 若 蟑 螂 會 隨 著 遮 光 板 移 動 ， 就 可 證 明 蟑 螂 的 負 趨 光 性 。 但 要 如 何 製 造 出 一 個 等 速 移 動 的 遮 光 板 ？ 在 日 常 生 活 中 常 見 的 器 材 中 ， 可 利 用 時 鐘 修 改 成 如 圖 六 的 裝 置 ， 靠 這 套 自 創 裝 置 ， 使 研 究 蟑 螂 負 趨 光 行 為 成 為 可 能 。 如 何 設 計 屬 於 自 己 實 驗 特 色 的 裝 置 ， 就 需 各 顯 神 通 了 。 有 時 實 驗 裝 置 很 簡 單 ， 有 時 較 複 雜 。 例 如 為 了 觀 察 蟑 螂 附 肢 的 細 部 運 動 ， 設 計 了 如 圖 七 的 裝 置 ， 屬 於 較 複 雜 的 設 計 。

不同的概念圖中相同的概念是依附在圖中相對的上層概念，它們之間連結語 的差異也代表不同的意義。因此教師可以透過概念圖了解學生的概念理解的程 度。 概念圖已經成功的應用到許多領域，特別是科學，促進有意義的學習與有效 的教學，概念圖也對於學生學習『質』的部分非常有幫助，對於學生而言，是 一種學習工具；對於老師而言，是一種當作評量、提升教學或是促進課程計畫 的工具。無論在任何領域或是任何階段都能幫助老師與學生更有效率並且更有 意義的學習。概念圖也是做一種學習的路徑圖，讓學生掌握所學習到的新知識 如何建立在舊知識上面，並將概念以整合、階層的方式來表現其相互關係，概 念圖也因概念間的關係外顯，當作進一步的前導組織，有助於有意義的學習 (Edmondson,1999)。Novak(1984)在其著作『Learning how to learn』提到概 念圖是意圖有意義的呈現概念之間的關係，相鄰的兩個概念之間會使用一條線 作為連結，概念圖可以清楚的呈現了關鍵概念之間的關係，並且透過概念圖教 師可以瞭解學生已經學習到了什麼知識以及概念。概念圖在教學、學習、課程 以及管理上都扮演了一個重要的角色。對一個學習者而言，概念圖可以幫助呈 現一些學習的重要概念，並且能讓所學的知識與新知識做連結；對一個教師而 言，概念圖可以去用來幫助學生組織所學習的概念，並且也可以指出學生所存 有的迷思概念。江淑卿(2001)同樣指出概念構圖是科學教育上，頗受重視的學 習策略和評量工具，主要以命題表徵為基礎，將教材的概念、關係與結構，以 二向度的圖解呈現。

七、總結 綜合而言，高中學生的聆聽能力 雖然中規中矩，但是仍然有着很大的 提升空間。課程發展議會（2007b）指 出「聽說讀寫能力互有關連，在學習 上可以互相促進，相輔相成」 ，因此教 師在設計聆聽能力的學與教時，不應 只以機械式的試題操練為本，亦不應 把聆聽能力的訓練與其他的語文能力 訓練相互分割，宜以不同的語文活動 帶動聆聽能力的學與教，舉凡小組辯 論、課堂匯報、戲劇表演等都能夠提 升學生的讀寫聽說能力。事實上，以 活動形式去推動語文學習，一方面能 夠提升學生學習語文的興趣，而另一 方面也能夠有效地讓學生掌握語感，

目 的 。 由 此 可 見 ， 素 養 調 查 重 要 性 及 意 義 ， 不 管 是 在 教 育 改 革 ， 政 策 制 訂 ， 或 研 究 趨 勢 方 面 都 扮 演 了 舉 足 輕 重 的 角 色 。 張 子 超 （ 2003） 在 徵 詢 二 十 八 位 專 家 〈 含 政 府 部 門 環 境 教 育 執 行 人 員 、 研 究 學 者 、 與 民 間 團 體 人 士 〉 的 意 見 ， 歸 納 環 境 教 育 指 標 的 概 念 和 指 標 內 涵 ， 以 及 重 要 性 。 本 研 究 結 果 從 輸 入 、 過 程 與 輸 出 的 指 標 模 式 ， 建 構 政 府 部 門 環 境 教 育 指 標 系 統 ， 含 括 十 一 個 指 標 ： 人 力 資 源 、 資 源 投 入 、 行 政 組 織 、 組 織 運 作 、 教 育 訓 練 、 教 材 與 媒 體 、 宣 導 策 略 、 研 究 與 國 際 合 作 、 考 核 與 獎 勵 、 環 境 素 養 、 及 具 體 環 境 行 動 。 在 IPO 模 式 下 ， 其 中 學 生 環 境 素 養 的 重 要 性 高 達 4.58， 標 準 差 也 僅 有 0.58， 此 說 明 了 學 生 環 境 素 養 主 要 指 標 在 環 境 教 育 檢 測 評 量 中 具 有 優 先 執 行 的 排 序 。