职前及在职国民小学教师的天气概念及其相关迷思概念之探究

科學教育學刊1999，第七卷第三期，的7-176ChineseJournalofScienceEducation1999,7(2),157-176職前及在職國民小學教師的天氣概念及其相關迷恩概念之探究蘇育任國立台中師範學院自然科學教育系所(投稿日期:87年10月20日，接受日期:88年4月28日)摘要:本研究旨在藉研究者自行設計並效化之筆試問卷及唔談工具，探討職前及在職國小教師的天氣概念及其相關迷思概念。先以筆試探用大量樣本的資料，以進行假設考驗;唔談則針對筆試的結果作深入的暸解。筆試樣本包括職前國小教師508人及在職國小教師444人;唔談樣本則針對筆試分析結果選定代表樣本，總計划人。研究所得結論主要可分成兩點敘述如下，首先由分析筆試結果發現:在「天氣概念問卷」的表現，職前國小教師與在職國小教師皆是男性優於女性;職前國小教師在「天氣概念問卷」的得分表現優於在職國小教師;又從整體上來看，職前及在職國小教師在問卷上的得分偏低。其次，分析歸納問答題資料及唔談結果，發現:職前及在職教師對天氣概念暸解並不深入，在回答筆試的問答題及唔談題目時，常常無法回答，即使答出來，其中含錯誤或迷思概念的百分比很高，顯示錯誤概念或迷思概念具有相當的普遍性。職前教師及在職國小教師對於天氣概念的解釋，常常是片面而不完整的，兩者對於天氣概念的解釋類型也大致相同，但是在迷思概念方面，在職國小教師出現的比率高於職前國小教師。職前國小教師在解釋概念時，有套用特定科學名詞的傾向。關鍵詢:天氣概念、在職教師、迷思概念、國小教師、職前教師。壹、緒論一、研究動機吾人每天生活在大氣的環境之下，天氣與我們可說是息息相關。然而，人類對於天氣的暸解卻十分有限，原因在於天氣所牽涉到的概念，非常的抽象、複雜，常常包含自然界中大氣園、水圈、甚至岩石圈的複雜交互作用。天氣概念抽象難懂，但我們卻天天在接觸天氣現象。因此人們常常根據自我的觀察與直覺的推論，對天氣現象加以解釋，而與實際的科學概念相差甚遠，因而形成了各種不同的迷思概念。國內外的學者曾經針對天氣概念做過許多相關的研究，不過研究的對象，大都以國小學生為主，對於教學中扮演重要角色的教師，則很少有研究。不少學者指出:學生的迷思概念有一部份是來自教師不當的教學;而且教師本身也有許158蘇育任多迷思概念，並將自己的迷思概念傳授給學生(B1osser,1987;Westbrook&Marek,1992)。因此，研究教師對於天氣概念的瞭解情形，也是非常重要的課題。施惠(1994)指出:在職國小教師非常需要地球科學學科知識的研習。按民國七十六年以前，各師專依部頒課程標準所開授之課程均未含地球科學。民國七十六年改制後，師院生除數理系之外，文組學生(約佔80%)在師院所修數理課程僅有十八學分(包含地球科學)。自八十二學年度起，地球科學在師院各系由必修改成選修(和資訊科學二選一，兩學分)，師院生能否勝任日後地科單元之教學實堪憂慮。因為自然科學許多概念抽象難懂，造成許多教師的學科知識不足，而且產生許多的迷思概念，因此就降低了選擇擔任自然科學教師的意願。以李田英(1992)的研究為例90%的職前教師同意自然科學在小學很重要。但是只有16%的人會優先考慮教自然40%的人擔心無法勝任自然科教學。由以上的分析可知:在職國小教師對於自然科教學憂心仲l中，在師資培育過程中，又缺乏足夠的訓練。因此，教師是否能勝任自然科的教學，實在令人憂心。基於此，研究者希望能針對國小在職教師及職前教師，探討其對於天氣概念的想法及其相關的迷恩概念，以作為改進教學、提昇師資素質的參考。二、研究目的卜)編製簡易可行之「天氣概念問卷J以探求職前及在職國小教師對於有關天氣概念的想法。(.=)分析不同背景之職前及在職國小教師，在「天氣概念問卷」上的表現是否有所差異。已分析職前及在職國小教師，具有哪些有關天氣的迷恩概念。個綜合職前及在職國小教師的天氣概念，與相關的迷思概念，以作為師資養成教育及教師在職進修時的參考。三、待答問題卜)不同背景之職前國小教師(師院學生及師院師資班學生)，在「天氣概念問卷」上的表現，是否有顯著差異?1.男、女學生之間是否有顯著差異?2.師院數理系學生與非數理系學生之間是否有顯著差異?3.師院學生與師院師資班學生之間是否有顯著差異?(.=)不同背景之在職國小教師，在「天氣概念問卷」上的表現，是否有顯著差異?1.男、女教師之間是否有顯著差異?2.城市、鄉鎮、偏遠地區教師之間是否有顯著差異?3.服務年資不同之教師間是否有顯著差異?4.自然科任教年資不同之教師間是否有顯著差異?5.最高學歷不同教師之間是否有顯著差異?6.數理系(組)與非數理系(組)畢業之教師間是否有顯著差異?自職前國小教師與在職國小教師，在「天氣概念問卷」上的表現，是否有顯著差異?回職前與在職國小教師具有哪些有關天氣的迷思概念?四、研究範固與限制卜)本研究是以台中市、台中縣、彰化縣及南投縣等地區的國小教師，以及台北市立師院、國立台中師院、國立嘉義師院的學生為研究對象。因此研究結果僅作為參考，不宜過度推論。。本研究涉及的天氣概念，僅限於問卷中的颱風、氣團、氣壓、風、雲、雨、閃電、雷、霧、露、霜、四季、蒸發、凝結等概職前及在職國民小學教師的天氣概念及其相關迷思概念之探究159念。唔談則僅針對風、海陸風、雲、雨、閃電、雷、霧、露、霜等概念的成因做進一步的分析。主要目的在探討在職教師及職前教師的概念瞭解情形。五、名詞釋義卜)職前國小教師:指九所師院之在學學生並包含師院師資班學生，不包括在國小第一年服務的實習教師。(=:)在職國小教師:指具有正式任用資格，目前在國小服務的教師。此外，也包含在國小第一年服務的實習教師。白天氣概念:指研究者針對常見的天氣概念，經信度與效度考驗後，編成正式的「天氣概念問卷」中所涵蓋之概念。四迷思、概念:指學生或教師對於某一科學概念，有不完整的、甚至錯誤的想法，與現今科學界所接受的概念不相符者。貳、文獻探討一、有關天氣的迷恩概念Stepan和Kuehn(1985)利用唔談法，研究二年級和五年級學生，針對兒童對天氣的理解，分為五種類型:1.參與感(feelingofparticipation)。2.萬物有靈論(animism)。3.人為論(artificialism)。4.決定論(finalism)。(1)宗教決定論(religiousfinalism)。(2)非宗教決定論(nonreligiousfinal­ism)。5.真實因果關係論(truecausality)。Aron等人(1994)針對中學及大學生，以封閉式問卷的方式，來分析學生的大氣迷思概念，結果發現:1.受試者基本上缺乏關於大氣過程和現象的暸解。迷思概念似乎是根深蒂固的，通常隨著教育的增加而減少。但不幸的是:未來的小學教師(futureelemen­taryteachers)所擁有的迷思概念，與一般美國初中學生類似。2.未來小學和中學的科學教師所擁有的大氣迷思概念，發現和那些修過導論的科學課程(introductoryclasses)之學生相類似。這意指經過大學教育，仍然缺少重大的進步。3.不管在性別或是高中選修的背景方面(在數學、地球科學、化學、物理學、生物學上)，他們回答的正確性，幾乎沒有什麼差異。林顯輝(1992)在兒童水循環概念的研究中發現:1.四至六年級才有較多的學生，具有空氣中含有水氣、雲雨的形成，及蒸發結等概念。而且年級越高持有的百分率越晶。2.許多二年級的學童不知道雲和下雨的關係。有些認為雲變黑就會下雨;少二、四、六年級的學生認為雲是一個地方的容器。3.許多四和六年級學生認為下雨是水氣凝結而成。林顯輝(1994)進一步以國小學童蒸發和凝結概念為研究，結果發現:1.有38.02%的四年級和42.22%的六年級學生，認為冷空氣上升、熱空氣下降，會使水滴變成看不見的水。2.有31.94%的四年級和18.15%的六年級學生，真有只要水氣遇到空氣就會變成水的迷思概念。賴莖川(1994)在「年長孩童水循環概念和物質組成模式」的研究中，發現:1.約有三分之一的孩童認為天空無雲之處亦會下雨。160蘇育任2.雲的形成機制有水汽分裂、合併、凝結、凝固等類型。3.對「雲和降雨的關係J雖多數已放棄「蒸發至容器(雲)J的想法，但降水原因仍以「雲中水分積滿」佔高比例，「雲為(水)的容器」的迷思概念未根除。許民陽(1996)針對國小學童對天氣變化概念發展的研究中，指出:1.低年級學童在晴、陰、雨的概念認知上，80%以上學童可判斷實際的天氣狀況。判別晴或陰的依據除太陽外，最重要者依序為冷熱及雲量多少，此外溫度和風也影響判斷，習慣上只要冷或風大就不是好天氣。判別陰或雨的主要依據為下雨與否及雲量。五分之一左右的學童認為陰雨天看不見太陽時，有太陽沒升起或落下的迷思概念。大部份學章也沒有主動觀察天氣調整衣著的習慣，而依賴父母的關照。2.中年級在雲概念的認知發展上，學童能察覺雲的形狀會改變，風造成雲的運動。雲也有末一樣的高度，此可由上下層雲運動的速度不同而得知。晴天的雲較高，但陰天的雲卻有37%的學童認為比雨天的雲厚。學童普遍認為有灰、白、及黑色的雲，認為有紅或黃色雲的人較少，但三分之一左右學童認為有藍色的雲。一般學童認為灰黑色雲是因為雲層很厚之故，大城市學童認為和空氣污染也有關。3.中年級學童在雨量的測量上，三分之一學童認為屋頂上承接的雨量較多，因屋頂較高，先承接雨水之故。男有認為操場上較空曠，承接的雨水較屋頂多。學童容易將雨量的測量概念(雨量筒成將雨水的高度)和雨量筒容積相混淆。4.f~及中年級在各項概念認知上，大城市學童的通過率大部份較小城市及偏遠地區為高。5.男女學童的比較上，在大部份的概念認知上差異不大，但在較具推理性質題目中，男生較優，但在需細心觀察及測量的項目中，女生較優。6.某些中年級有雲沒有顏色、有藍色的雲、晴天及陰天的雲較厚、容積大的雨量筒量得的「雨量」較多的迷思概念。在國外的研究方面Piaget早在西元1929年即探討兒童對於雲和雨等自然現象來源的看法(引自Bar，1989)。他綜合兒童對於雲、雨的來源的所做的解釋類型如下:1.雲的來源:(1)雲是由人或神製造的。(2)雲主要由煙(smoke)做成的。(3)雲是由水做成的。有時雲是由空氣、由轉變為水的熱(heat)做成的。2.雨的來源:(1)雲和雨是獨立不相關的。(2)由雲可預測雨。(3)雨來自雲。Za'rour(1975)問6-9歲的學童「下雨之前雨水來自何處」的問題。結果有一半的學童的回答是來自雲中;而44%的學童回答來自海洋;約有四分之三的學童認為雨水和蒸發及水循環有關。Osborne和Cosgrove(1983)對水的狀態變化研究中，發現學童有下列想法:1.沸騰:沸騰時的氣泡是由什麼構成的?(1)熱。(2)空氣:指氣泡得自水面的空氣。(3)氣泡是氧氣或氫氣。(4)由蒸氣構成。2.蒸氣的凝結:在蒸氣蒸發的路徑中，以盤子接住蒸氣，問學生發生什麼?(1)像冒汗一樣全部消失。(2)蒸氣使盤子濕了。(但不瞭解其中的作用)(3)蒸氣在盤中變為水。(但不同於原來職前及在職國民小學教師的天氣概念及其相關迷思概念之探究161水罐中的水)(4)蒸氣中的氧氣和氫氣重新組成水。(5)蒸氣冷掉，且水分子移動而靠在一起。3.蒸發:盤子中的的水漸漸消失，問學生:水跑到那裡了?(1)跑進盤子裡。(2)水消失了、乾掉了。(3)跑進空氣中，且變成雨。(4)變成空氣。4.凝結:水在冷的玻璃杯上凝結成水滴，問學生原因是什麼?(1)水穿過玻璃而形成。(2)冷(coldness)穿過破璃而形成水。(3)冷表面和乾空氣交互作用而形成水。(4)空氣中的水附著在玻璃上。5.冰融化:在玻璃杯中放些冰塊，有什麼現象發生?表1水循環概念發展表守恆概念的等級蒸發沸騰液體的數量是守恆水變成水蒸當水沸騰時的。空氣永遠存在氣蒸氣產生(空氣是永恆的)水變成水蒸氣。蒸發進入容器中液體的數量是守恆水穿過固體當水沸騰時的。空氣由運動所物蒸氣產生產生(空氣非守恆的)液體的數量非守恆水不見了當水沸騰時的。空氣的數量非蒸氣產生守恆(1)融化