同儕團討對科學概念改變之探討

本研究經由前後、測的資料收集，依不同的實驗項目(如表三)，參照表四的計分方式，就受測者的得分，進行初步的統計分析，結果如下表五至表九

	個人臆測答對率(PS)-無小組討論	第1次小組討論答對率-無科學演示	第2次小組討論原因答對率-科學演示後	後測-1 (PTS-1)
Group-A	0.59	-	-	1.80
Group-B	0.24	0.57		1.68
Group-C	0.28	0.37	1.12	1.66

理論上，當在紙片下方吹氣時，很自然地會吹到紙片，使紙片受到吹力往上飄揚。但當在紙片上方吹氣時，依據柏努利原理，紙片會因空氣在紙條上方流動所產生的壓力，比紙片下方靜止不動的空氣要小一些，因此紙條會往上飄，但上飄後又因重力作用，紙條又會往下降，如吹氣不間斷，紙條就會上下飄動。

調查結果顯示如下:

第1組的前測個人臆測平均得分率由0.59分，增為後測之1.80分(增幅205%)。
第2組的前測個人臆測平均得分率由0.24分，但在第1次小組討論後，平均得分增為0.57分(增幅136%)；在後測變為1.68分(增幅600%)，增幅比第1組大。
第3組的前測個人臆測平均得分率由0.28分，在第1次小組討論後，平均得分增為0.37分(增幅32%)，增幅比第2組小；但觀摩演示後第2次小組討論，平均得分為1.12(增幅300%)，在後測變為1.66分(增幅493%)；
資料顯示，小組討論後得分有增加，且在全體均觀摩過科學演示後，對於空氣流體在紙片上方吹氣的所產生的上、下壓力差異，均能作正確地回答其產生的原因。

表六、在兩紙片中間吹氣

	個人臆測答對率(PS)-無小組討論	第1次小組討論答對率-無科學演示	第2次小組討論原因答對率-科學演示後	後測-2與5 (PTS-2/ PTS-5)
Group-A	0.55			1.80/1.12
Group-B	0.38	0.60		1.68/1.03
Group-C	0.56	0.93	1.35	1.66/1.34

理論上，當在兩紙紙片中間吹氣時，兩紙片中間會因空氣流動所產生的壓力，比兩紙片外靜止不動的空氣要小一些，因此兩紙片會相互吸引。

當在兩紙片中間吹氣時，加入後測的液體流體實驗(PTS-5)，結果顯示如下:

第1組的前測個人臆測平均得分率由0.55分，增為後測之1.80分，與1.12分(增幅227%，104%)，似乎學生認為空氣流體與液體流體壓力差不同。
第2組的前測個人臆測平均得分率由0.38分，但在第1次小組討論後，平均得分增為0.60分(增幅58%)；在後測變為1.68分與1.03分(增幅342%與171%)，增幅比第1組大，在認為空氣流體與液體流體壓力差異時，與第1組雷同。
第3組的前測個人臆測平均得分率由0.56分，在第1次小組討論後，平均得分增為0.97分(增幅66%)，增幅比第2組稍大；但觀摩演示後第2次小組討論，平均得分為1.35分(增幅141%)，在後測變為1.66分與1.34分(增幅196%與139%)，在認為空氣流體與液體流體壓力差異時，與第1、2組雷同。
資料顯示，小組討論後得分有增加，且在全體均觀摩過科學演示後，均能體會並解釋流體在兩物中間穿過時，會使兩物外側與中間的壓力差產生變化，且兩物會相互吸引，唯在液體中的效果答對率較低。

表七、使用吹風機吹球

	個人臆測答對率(PS)-無小組討論	第1次小組討論答對率-無科學演示	第2次小組討論原因答對率-科學演示後	後測-3 (PTS-3)
Group-A	0.45			1.44
Group-B	0.74	0.81		1.25
Group-C	0.84	0.74	0.86	1.54

理論上，當空氣碰到圓球曲面球體時，依據康達效應(Coanda Effect），球面四週的空氣會沿著球面由下往上運動並在球的上方會合，繼續前進，此時在球上方放一紙條，即可清楚見到紙挑會往往飄動；此時球表面的空氣速度流速比球外靜止的空氣快，球四週外側空氣壓力大，往球體四週擠壓，使球不致於脫離空氣運動軌道，即使將吹風機傾斜吹球，球也不會離開空氣運動軌道，此時球所受到力的平衡，即時往上的風力與球本身的重量。

當使用吹風機吹球時，結果顯示如下:

第1組的前測個人臆測平均得分率由0.45分，增為後測之1.44分(增幅99%)。
第2組的前測個人臆測平均得分率由0.74分，但在第1次小組討論後，平均得分增為0.81分(增幅7%)；在後測變為1.25分(增幅69%)，增幅比第1組小。
第3組的前測個人臆測平均得分率由0.84分，在第1次小組討論後，平均得分增為0.74分(降幅12%)，原因值得探究；但觀摩演示後第2次小組討論，平均得分為0.86(增幅2%)；在後測變為1.54分(增幅83%)，第3組的後測得平均得分比第1、2組較佳。
資料顯示，小組討論後得分雖有增加，但增加幅度微小。

表八、搖擺中空管後，觀察羽毛運動型況對照中空管下方放置羽毛、上方吹氣

	個人臆測答對率(PS)-無小組討論	第1次小組討論答對率-無科學演示	第2次小組討論原因答對率-科學演示後	後測-3 (PTS-3)
Group-A	0.63			1.40
Group-B	0.83	0.88		1.10
Group-C	0.63	0.97	0.99	1.57

本搖擺中空管實驗中，搖擺方式計有3種，分述如下:

A型: 手持中空管上端當軸，並帶動管徑下端左右運動

X型: 手持中空中段當軸，並帶動管徑上、下端左右運動

V型: 手持中空管下端當軸，並帶動管徑上端左右運動

理論上，當採用”A型”搖動時，羽毛會在桌面上飄動，此時學習者總認為是搖桿下端左右運動，驅使空氣運動，帶動羽毛飄動；但當採”X型”搖動時，即使搖桿下端左右運動，但羽毛卻靜止不動，足見驅動羽毛飄動的原因並不是左右運動的搖桿；如果採用”V型”搖動時，羽毛會沿著管徑內側由下往上運動，顯見有一股力量驅使羽毛往上運動。經進一步探究，當管徑上方空氣因搖桿擺動快速時，管徑上的空氣流速相對比管徑下方快些，相對空氣壓力較小，驅使空氣由下往上運動，帶動羽毛往上飄動。

依上述三種方式運動，分別進行實驗，並取其平均得分值，再將觀察羽毛運動型況對照中空管下方放置羽毛、上方吹氣，結果顯示如下:

第1組的前測個人臆測平均得分率由0.63分，變為後測之1.40分(增幅122%)。
第2組的前測個人臆測平均得分率由0.83分，但在第1次小組討論後，平均得分變為0.88分(增幅6%)；在後測變為1.10分(增幅33%)。
第3組的前測個人臆測平均得分率由0.63分，在第1次小組討論後，平均得分增為0.97分(增幅54%)；但觀摩演示後第2次小組討論，平均得分仍為0.99(增幅57%)，顯示學生對空氣流動產生壓力差，會有基本的認知，但是如細看各種搖擺方式得分，對於「V型」的搖擺方式所產生的吸羽毛結果，許多學生表示無法理解。
資料顯示，對於中空搖桿產生的上、下壓力差，學生很難理解，但在中空管上吹氣時，仍會認知壓力較小，會帶動羽毛往上飛升。

表九、在懸吊的乒乓球側邊吹風對照紙摺橋樑狀

	個人臆測答對率(PS)-無小組討論	第1次小組討論答對率-無科學演示	第2次小組討論原因答對率-科學演示後	後測-3 (PTS-3)
Group-A	0.41			0.96
Group-B	0.76	0.83		1.03
Group-C	0.74	0.56	1.00	0.83

理論上，在球單邊吹氣，球應會往吹氣方移動。

在懸吊的乒乓球側邊吹風對照紙摺橋樑狀，結果顯示如下:

第1組的前測個人臆測平均得分率由0.41分，增為後測之0.96分(增幅134%)。
第2組的前測個人臆測平均得分率由0.76分，但在第1次小組討論後，平均得分增為0.83分(增幅9%)；在後測變為1.03分(增幅36%)。
第3組的前測個人臆測平均得分率由0.74分，在第1次小組討論後，平均得分增為0.56分(降幅24%)，原因值得探究；但觀摩演示後第2次小組討論，平均得分為1.00分(增幅35%)；在後測變為0.83分(增幅12%)，第3組的後測得平均得分比第1、2組較差，原因也值得探討。
資料顯示，小組討論後得分雖有增加，但增加幅度微小。

研究結果顯示：

三個隨機分配編組的小組，對於前測時個人的無討論時的臆測結果與解釋原因，並無統計上的顯著差異(F=1.823 , P=.169 >.05)，顯見隨機分組可信度高。
從各小組的前、後測得分成長量來看，除了有關使用不同搖擺中空管方式，對紙片運動的實驗項目，小組間差異性的統計顯著水準較大(F=3.21, P<0.05)，其他四個實驗設計，小組間差異度統計顯著水準不明顯。
個人的先備概念與小組成員不同時，個人會願意投入討論，倘被小組說服時，也會接受小組討論結果。
般大學科學通識課程有關柏努利原理的應用，學生間彼此無機會相互討論，本實驗研究設計中，發現即使學生無先備概念，就算被小組成員說服概念改變，也願投入討論。
從學生前後、測的開放式問卷中，擇幾件樣本觀察，會發現學生的概念改變的歷程，如表十

表十、學生概念改變的歷程

組別	就讀學院	前測狀況	前測臆測結果與解釋原因	後測狀況	後測臆測結果與解釋原因	改變的歷程
A	藝術	PS1	吹紙下方，會會飛起來，因受力；出紙上方，紙不動，因無受力	PTS1	紙會往上飄揚	1. 眼見為憑，記憶與經驗延宕難以連結。 2. 大自然裡總存在一些莫名的奧妙，用感性的字眼比較容易接受。
A	工程	PS1	當吹紙上方時，紙會飄動，原因是吹氣的氣流隨者紙片傳至下方，所以力量較強。	PTS1	紙會往上飄揚	1. 會解釋紙片上方壓力比下方較小 2. 日常生活中，流動空氣無所不在，穿風衣騎車時，風衣容易鼓起也是流動空氣所產生的因果關係。
A	管理	PS3	球會往上直飛，因為風流是往上	PTS3	兩球會相互吸引，因兩球中間壓力比兩球外側小。	1. 會解釋流體速大壓小的現象。 2. 喜用直覺觀察並表現空氣的運動。
B	文學	PS4	“V型”上動下不動時，羽毛不會動，因無任外力作用	PTS4	羽毛沿管徑上飄，因上端壓力大	1. 無法說明上下壓力差的原由。 2. 無法解釋或理解較複雜的的科學實驗。 3. 空氣壓力的感覺太抽象。
B	文學	PS2	兩紙不會動，因無任何力作用利在紙上；小組討論後認為，紙會受力往外往上飛。	PTS2	紙會相互吸引，因紙外側壓力大於內側	1. 會經由實驗則歸納出紙的運動是受流體壓力差。 2. 與日常生活的經驗難以連結與解析。
B	社會	PS5	球不會動，因球體未受到風吹力；小組討論後，以吹風機吹乾頭髮經驗，頭髮會飛揚，所以球會飛揚往外。	PTS5	在B點處上方與下方吹氣，均會使B點上下運動	1. 會解析B點會動，除了直接受力外，當體速度改變時，也會影響其運動。 2. 相同的原理、不同的表徵方式，學習者難以作連結。
C	文學	PS1	吹紙上方，未知紙會如何小組團討後，認為紙會飛起來，但無法解釋原因觀察實驗後，團討認為是因為風行程氣流，使紙飛起來	PTS1	吹紙上方，紙會往上飛揚，是因為紙上方空氣流速快，壓力小所致。	會觀察並說出影響紙張運動的主要原因是壓力
C	管理	PS5	球會遠離出風口第一次團討後無共識科學演示後，第二次團討，認為球會旋轉、內轉與公轉，但未知原因。	PTS5	吹B點下方會使B往下陷。吹B點上方，會使B往上飄揚	1.未明示吹B點時，由上往下吹會使B受力下陷，但如在B點上方橫吹，如力氣夠大可能會使B點往上飄揚。 2. 誤認為所有的空氣流動總會產生壓力差，原因在於無法探究力的作用方式與作用點。