由教学演示活动看学习者对「感应产生电流」之另有概念

邹佩琪 叶蓉桦
国立自然科学博物馆科学教育组
(投稿日期:94年6月24日;修正日期:94年7月29日;接受日期:94年8月18 日)
摘要
一些科学教育的文献,指出在学习电学相关概念时,由於无法亲眼观察到电子或电子流的形成,并且多数的解说都以简化的线路图进行,易形成迷思概念.为促进大众对於电学相关知识中,有关电如何产生,以及使器具运作之了解,特别参考有关电学常见的迷思概念研究,设计在科博馆进行演示的公众教育活动,特点在引发观众想法,制造认知冲突,以实际体验和观察作为概念转变的管道.在2年的演示期间,归纳出亲子团体,儿童同侪,中学生同侪及成人等观众,惯用的的教具操作偏好,及其在操作时后电与磁的感应产生,负载等概念的想法.并提出引导不同类群学习者思考的建议方式.
关键词:电,演示活动,冷次定律,电与磁的感应,负载
一,背景与目的
人类在二十世纪后期对电的了解,使我们得以随心所欲的驾驭电,使人类的社会活动不再受到日照长短的限制,人类的沟通也得以突破空间或时间的限制.在新世纪到来之时,对於电的了解将是进行各种公民判断重要的依据,然而电学知识是由一些相当抽象的概念所组成,在教师进行教学时,经常透过举例,类比等方式来协助学生们了解.
但是在学校教学时,受限於空间或教具的不足,教师经常只能以口头描述或者辅以绘图来介绍类比或例子,多数的类比或例示其实并未考虑到学生的先备知识,或者他们既有的概念,经验等,因此使得协助学生进行学习的效果受到影响(邱美虹,1993).
在近期科学教育方面的研究显示,营造概念冲突(cognitive conflict)为一个重要的教学策略(D'Ambrosio & Campos, 1992; Dreyfus, Jungwirth & Eliovitch, 1990; Johnson & Howe, 1978; Rowell & Dawson, 1983, 1985; Thomas, 1989).而Posner, Strike, Hewson和Gertzog(1982)的研究中提出的概念改变模型(conceptual change model, CCM),亦将概念冲突视为造成概念改变的要件.Posner等(1982)提出的CCM模型,系以学习者感知到正确概念是可以被了解(intelligible),合理的(plausible),并且比原有的概念有效(fruitful),进而愿意以新的概念取代原有的概念进行思考或解题,而达到学习的目的.
国立自然科学博物馆剧场教室「物质与能」单元的「伊电园」教案,於推行期间,发现许多观众对於电产生的方式,产生的电以何种方式存在,串联和并联情况下电流与电压间的关系变动,存有许多迷思概念.既有的「伊电园」教案,利用线路与灯泡连接的示范实验,汽球磨擦产生静电说明电的来源,以及图示对这些概念进行说明,然其设计可能忽略了观众本身具有的迷思概念,以致於未能达到最佳的展示说明效果.
因此,本实验活动的设计,参考Posner等(1982)提出的CCM模型,以营造一个引发观众产生认知冲突的状况为前导,并以实验进行现场验证,配合多媒体动画解说电学概念,让观众感觉到电学知识与他们的原有概念一样是可以被了解,合理的,并且比原有的概念可以有效的应用在解决问题或进行思考推理上.
二,研究及演示活动的设计
(一)研究设计
本研究采质化研究的设计.观众操作展示品的程序和模式,由两种方式获得研究资料∶1.解说者主动报告2.研究者现场观察记录.教具展示的现场有壹位解说员在展览期间负责安全维护及回应观众问题,展览时间结束后由解说员主动报告其对观众操作行为的观察;展示期间,研究者在不同时段至展示区对观众操作进行观察与记录.由解说员的主动报告及研究者的观察记录,归纳出不同观众类型操作程序与模式.
观众的操作与对电学概念的诠释,采参与式晤谈搜集资料.研究者在展示区观察特定对象的操作并记录,在观众停顿或讨论时,趋前记录其讨论内容,并适时提问关於操作的动作是否具有求证特定现象的用意.
研究期间自2003年至2005年间,本组电学教具读6次公开展示,每次展示为期3天,每日约有300-2000人次参观.
(二)演示活动设计
为了达到引发认知冲突的目标,以两个活动营造这样的效果.活动一:以磁铁和同样大小的铜块垂直落下,通过铝质管,让观众发现铜块落下的速度远快於磁铁;活动二:同样以磁铁和铜块通过冷次定律演示管,提示观众注意磁铁通过线圈处,线圈上的灯泡会发亮,而铜块经过时不会发亮.接著以图片说明冷次定律.以摆锤发电机示范.

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