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第肆章 研究結果

本章針對在本研究中所收集到之資料來進行分析，分析結果可以分為量化資

料與質性資料部份，量化資料來自於前測、後測的測驗結果，而質性資料則為學

生自我解釋的口語轉譯的文件資料。

本章主要分為四節，第一節為前後測資料的探討，主要是將前後測的結果加

以相互比較；第二節為自我解釋數量與正確程度的探討，主要是將質性資料加以

編碼，來比較學生自我解釋正確程度；第三節為分析自我解釋推論的類型，瞭解

與學習表現的關係；第四節為分析學生自我解釋的內容進而瞭解氣體動力論概念

的呈現與另有概念的探討。

第一節 前後測資料的探討

在此節中將敘述學生在前後測驗中的表現，主要是以量化方法分析，意即對

文本組、圖文本組、動畫文本組三種不同表徵與前後測的結果，和低、中、高能

力與前後測的結果，分別以SPSS軟體做量化分析。

一、多重表徵前測結果差異分析

對於前測結果進行單因子變異數分析（One-way ANOVA analysis），以了解

在進行自我解釋活動之前，三種多重表徵的學生對於氣體動力論概念的表現是否

可以視為沒有差異，各組前測平均分數文本組為 47.11、圖文本組為 50.67、動

畫文本組為 49.78 ；標準差文本組為 13.23、圖文本組為 14.28、動畫文本組為

10.97，經過進行變異數同質性檢定，獲得顯著性為 .087，未違反變異數同質性

假定，所以繼續進行變異數分析獲得三組學生之表現在前測分數方面的 F 值

為 .185，未達到顯著水準（p = .832），由以上分析可知，三組學生在進行自我

解釋活動之前，在氣體動力論概念測驗之表現可以視為沒有差異。

55

二、多重表徵後測結果差異分析

自我解釋活動之後即實施後測，將測驗結果進行分析。各組後測之平均分數

文本組為 62.07、圖文本組為 59.56、動畫文本組為71.56；標準差文本組為

10.77、圖文本組為 16.55、動畫文本組為 14.06，各組各次測驗平均分數變化如

圖4-1-1所示。

圖4-1-1 各組各次測驗平均答對率變化

結果顯示各組之平均分數皆有進步，在後測增加趨勢較為明顯的是動畫文本

組，其次是文本組，而圖文本組呈現較緩和之增加趨勢。

此外動畫文本組與圖文本組之標準差在後測增加，尤其動畫文本組學生由

10.97 增加至14.06，顯示出動畫文本組與圖文本組各個學生在後測的表現較為歧

異；而文本組各個學生在後測的表現與前測表現較為一致。

已知前測結果在三組之間並無顯著差異，同樣地對於後測進行單因子變異數

分析。先進行變異數同質性檢定，後測結果獲得顯著性為 .462，並未違反變異

數同質性假定，所以繼續進行變異數分析，結果顯示後測結果在三組之間無顯著

差異，顯著水準為 .190，推測原因是自我解釋的活動皆有利於三組後測表現，

45

50

55

60

65

70

75

前測 後測

測驗別

文本組

圖文本組

動畫文本組

平

均

答

對

率

56

所以三組後測成績之間則無顯著差異。

若以前、後測驗進步的幅度來看，顯示在經過自我解釋活動之後，動畫文本

組學生之平均分數增加最多，達21.78，文本組次之，達15.56，圖文本組最少，

僅8.89，F 值為 .185，顯著性為 .047，可知三組平均分數進步情形在後測-前測

之間達顯著差異，而其變異數同質性檢定分別為 0.144，未違反變異數同質性假

定，遂使用Tukey 法進行事後分析，所得結果如表4-1-1 所示。

表4-1-1 平均分數進步情形單因子變異數分析Tukey 法事後比較

測驗別 組別(I) 組別(J) 平均差異(I-J) 標準誤 顯著性

後測-前測 文本組 圖文本組 6.67 4.88 .374

動畫文本組 -6.22 4.88 .422

圖文本組 動畫文本組 -12.89 4.88 .037*

p*＜.05；p**＜.01

由上表可知在後測-前測之平均分數進步情形上，皆以動畫文本組最優，而

動畫文本組與圖文本組之間有顯著差異，顯著性為 .037；動畫文本組與文本

組、圖文本組與文本組之間則無顯著差異，可推論動畫文本組經由自我解釋活

動的學習之後的成效增益較其他兩組為佳，可以確定的是經由自我解釋活動之

後，動畫文本組較圖文本組學習成效的增益有明顯的改變。

若以有效程度（effect size）來看，顯示在經過自我解釋活動之後，動畫文

本組有效的程度 ES=1.99，文本組 ES=1.18，圖文本組 ES=0.62，若對應Cohen

（1988）效應大小的標準，動畫文本組與文本組是「高度的」效應，而圖文本

組是「中度的」效應。可知以有效程度觀察，以動畫文本組最優，文本組次之，

而圖文本組最低。

三、高、中、低成就前測結果差異分析

對於前測結果進行單因子變異數分析（One-way ANOVA analysis），以了

57

解在進行自我解釋活動之前，高、中、低三種不同成就的學生對於氣體動力論概

念的表現是否可以視為沒有差異，經過進行變異數同質性檢定，獲得顯著性

為 .101，未違反變異數同質性假定，所以繼續進行變異數分析，獲得結果低成

就組平均分數為 50.22、中成就組為 48.89、高成就組為 48.44；標準差低成就

組為 15.89、中成就組為 8.89、高成就組為 13.18，而三組學生之表現在前測平

均分數方面的 F 值為 .046，未達到顯著水準（p = .955），由以上分析可知，

三組學生在進行自我解釋活動之前在氣體動力論概念測驗之表現可以視為沒有

差異。

四、高、中、低成就後測結果差異分析

接下來欲檢驗高、中、低三種不同成就的學生對於氣體動力論概念的後測表

現是否有差異，先進行變異數同質性檢定，後測結果獲得顯著性為 .084，並未

違反變異數同質性假定，所以繼續進行變異數分析，獲得結果低成就組平均分數

為 59.11、中成就組為 66.22、高成就組為 68.44；標準差低成就組為 12.77、中

成就組為 19.19、高成就組為 9.48，而三組學生之表現在後測平均分數的 F 值

為 1.033，未達到顯著水準（p = .371）。

比較前測與後測的結果顯示各組之平均答對率皆有進步，在後測增加趨勢較

為明顯尤其是高成就組，其次是中成就組，接下來的是低成就組，如圖4-1-2所

示。在標準差方面低成就組與中成就組之在後測增加，但是高成就組之標準差由

13.18 減少至9.48，顯示出經過自我解釋活動後，高成就組各個學生在後測的表

現比較趨向於一致，而低成就組與中成就組表現則較為歧異。

58

圖4-1-2 不同成就各組各次測驗平均答對率變化

若以各次測驗平均分數進步的幅度來看，在經過自我解釋活動之後，高成就

組學生分數增加最多達20.00，中成就組次之達17.33，低成就組最少僅8.89，進

行變異數分析可知三組平均分數進步的情形在後測-前測之間未達顯著差異，顯

著性為 .332。因此，低、中、高成就者在自我解釋活動學習之後的成效增益皆

有進步，但相互之間並未達顯著水準。

五、小結

綜合以上分析，在此可以回應研究問題一：多重表徵的自我解釋活動對於氣

體動力論概念學習的學習成效是否有影響？

結果顯示多重表徵之自我解釋活動對於氣體動力論概念學習的學習成效並

無明顯的影響，但在後測-前測之平均分數進步的情形上，動畫文本組與圖文本

組之間有顯著差異。若以文本組、圖文本組、動畫文本組各組平均答對率來觀察，

後測之表現皆比前測要來的好，顯示不論使用何種表徵，自我解釋活動有利於氣

體動力論概念學習。

若以有效程度來看，動畫文本組有效程度較文本組高，而文本組有效程度較

圖文本組高。

而不同學習成就的學生運用自我解釋活動對於在氣體動力論概念學習的學

45

50

55

60

65

70

前測 後測

測驗別

低成就

中成就

高成就

平

均

答

對

率

59

習成效並無明顯的影響，以高、中、低成就各組平均分數來觀察，後測之表現皆

比前測要來的好，顯示不論是任何的成就的學生，自我解釋活動有利於氣體動力

論概念學習。

第二節 自我解釋數量與正確程度之探討

在此節將瞭解學生在自我解釋活動的表現，主要是由自我解釋的數量以及正

確程度來分析，並探討自我解釋活動對文本組、圖文本組、動畫文本組三種多重

表徵有何不同的結果。

一、自我解釋數量

本研究中的自我解釋活動共設計了十七個自我解釋提示問題，學生在回應自

我解釋提示問題方面，平均每人可以產生 14.07（S.D.=4.01）個自我解釋，若以

多重表徵來探討，文本組、圖文本組及動畫文本組三組產生的自我解釋數量，如

表4-2-1所示。

表4-2-1 多重表徵自我解釋數量變異數分析

多重表徵 文本組

N=9

圖文本組

N=9

動畫文本組

N=9

F值 顯著性

自我解釋數量 12.00 14.11 16.11

(標準差) (5.70) (2.89) (1.36)

2.671 .090

總量 108 127 145

p*＜.05；p**＜.01；括號中數值為其標準差。

表4-2-1 顯示，在經過自我解釋活動之後，動畫文本組學生之自我解釋數量

最多，達 16.11，圖文本組次之，達 14.11，文本組最少為 12.00，可知三組自

我解釋數量未達顯著差異，顯著性為 .090；而標準差大小的順序正好與自我解

60

釋數量的順序相反，也就是文本組的標準差最高，動畫文本組的標準差最低，所

以動畫文本組的自我解釋數量較有一致性。

本研究中發現三種表徵的學生之自我解釋數量未達顯著差異，但是三種表

徵組皆可以產生高數量的自我解釋。

二、自我解釋的正確程度

文獻中指出無論自我解釋推論的大小、完整與否、正確與否，都算是自我解

釋的一部份（Chi et al., 1994），在學習活動中能促使學生產生自我解釋是有其

必要性，因此至少在本研究中自我解釋的數量上已經達到原本研究者所預期的目

的了，這是自我解釋活動中一項重要的目的，接下來研究者希望能再進一步分

析、探討自我解釋的品質的問題，亦即學生在自我解釋的正確程度。

將所有學生自我解釋側錄的內容依正確程度評分，由評分的分數再換算成百

分比，即為自我解釋的正確程度。在本研究中學生自我解釋的正確程度，平均為

67.81（S.D.=23.10），若以多重表徵來探討，文本組、圖文本組及動畫文本組三

組的自我解釋的正確程度，如下頁表4-2-2所示。

表4-2-2 多重表徵自我解釋的正確程度變異數分析

不同表徵 文本組

N=9

圖文本組

N=9

動畫文本組

N=9

F值 顯著性

自我解釋正確程度 52.56 63.66 87.56

(標準差) (25.55) (14.76) (11.83)

8.581 .002**

p*＜.05；p**＜.01；括號中數值為其標準差。

表 4-2-2 顯示，在經過自我解釋活動之後，動畫文本組學生之自我解釋的

正確程度最高，達 87.56，圖文本組次之，達 63.66，文本組最低為 52.56，可知

三組自我解釋正確程度達顯著差異，顯著性為 .002；而標準差大小的順序正好

與自我解釋正確程度的順序相反，也就是文本組的標準差最高，動畫文本組的標

61

準差最低，所以動畫文本組的自我解釋的正確程度較有一致性，若用 Tukey 法

進行事後分析，所得結果如表 4-2-3所示。

表4-2-3 自我解釋正確程度單因子變異數分析Tukey 法事後比較

組別(I) 組別(J) 平均差異(I-J) 標準誤 顯著性

自我解釋正確程度 文本組 圖文本組 -10.78 8.65 .439

動畫文本組 -35.00 8.65 .001**

圖文本組 動畫文本組 -24.22 8.65 .026*

p*＜.05；p**＜.01；括號中數值為其標準差。

由上表可知自我解釋的正確程度以動畫文本組最高，而動畫文本組與文本組

之間有顯著差異，顯著性為 .001；而動畫文本組與圖文本組之間也有顯著差異，

顯著性為 .026；文本組與圖文本組之間則無顯著差異，由此結果可以瞭解在文

本中加入了動畫的表徵對於自我解釋推論的正確程度是最有幫助的。

三、小結

綜合以上分析，在此可以回應研究問題二：多重表徵對於學生所產生自我解

釋的數量和正確程度有何影響？

結果顯示多重表徵對於自我解釋的數量上並無明顯的影響，最主要的原因是

在本研究中三種表徵組別皆有安排自我解釋的提示，而自我解釋的提示有助於學

生促進自我解釋。

而多重表徵對於自我解釋的正確程度有明顯的影響，以動畫文本組學生之自

我解釋的正確程度最高，圖文本組次之，文本組最低，三組自我解釋正確程度達

顯著差異，若進行事後分析，動畫文本組與文本組之間有顯著差異，而動畫文本

組與圖文本組之間也有顯著差異，其餘皆無顯著差異，因此在教學上如果將課文

中加入了動畫的表徵，對於提示自我解釋推論的正確程度是有幫助的。

62

第三節 自我解釋的類型

自我解釋類型在本研究由兩方面來探討，第一是自我解釋提示問題的類型，

第二是自我解釋推論的類型：將所有學生自我解釋活動中所做的推論內容，依不

同的類型分類進而整理出自我解釋推論的類型。本節除了針對自我解釋提示問題

的類型及自我解釋推論的類型兩方面來探討，進一步欲分析多重表徵對於自我解

釋推論的類型的影響。

一、自我解釋提示問題與自我解釋的數量及正確程度之探討

自我解釋提示問題分為：逐字逐句的問題、理解性的推論問題、知識性的推

論問題共三大類。研究者將所有學生自我解釋側錄的內容依自我解釋提示問題類

型分類，再運用統計軟體統計，將三種自我解釋提示問題類型出現的推論次數做

統計，結果為全部學生在逐字逐句的提示問題類型中，平均每題推論次數為 23.6

次、理解性的推論問題平均每題為 21.6 次、知識性的推論問題平均每題為 22

次，可得知在各類型平均出現的推論次數並沒有很大的差異，因為是課程內容中

有給予提示的關係，所以學生大致上在各種類型的提示問題都會產生推論，只是

正確與否的差別；於是進一步來分析各類型與提示問題與自我解釋正確程度的關

係，其中自我解釋正確程度是依據上節所定義：依照學生產生的自我解釋正確性

做評分，將評分的分數再換算成百分比，研究結果為逐字逐句的問題平均為 79.5

分、理解性的推論問題平均為 63.5分、知識性的推論問題平均為 62.4分，而自

我解釋提示問題的類型與正確程度關係如圖 4-3-1所示。

63

圖 4-3-1 自我解釋提示問題的類型與正確程度

由圖4-3-1 可知學生作自我解釋推論，對於逐字逐句的問題正確程度答對率

較高，因為這類的問題大部分是由課文中的一個句子或由前一個句子所衍生而來

的，提示問題也比較明確，而理解性的推論問題與知識性的推論問題，學生必須

從課文中去歸納、推理，其中知識性的推論問題更可能需要產生新知識，所以正

確程度為最低。

二、多重表徵與自我解釋提示問題的類型之探討

若以多重表徵來探討，文本組、圖文本組及動畫文本組三組的提示問題的類

型與正確程度的平均值作分析，其提示問題的類型與正確程度如表4-3-1及圖

4-3-2所示。

表4-3-1 多重表徵與自我解釋提示問題的類型之正確程度

自我解釋提示

問題的類型

逐字逐句的問題 理解性的推論問題 知識性的推論問題

文本組 63.0 48.1 48.0

50

55

60

65

70

75

80

自 我 解 釋 正 確 程 度

自

我

解

釋

正

確

程

度

逐 字 逐 句 的 問 題 理 解 性 的 推 論 問 題 知 識 性 的 推 論 問 題

64

圖文本組 79.3 60.7 53.4

動畫文本組 96.3 81.5 85.7

圖4-3-2 多重表徵與自我解釋提示問題的類型之正確程度

由以上結果顯示可知：不論提示問題的類型是逐字逐句的問題還是理解性的

推論問題或者是知識性的推論問題，動畫文本組的表現是優於圖文本組，而圖文

本組是優於文本組，也就是無論是哪一種的提示問題都是相同的結果，值得一提

的是動畫文本組對於知識性的推論問題的表現較其他兩組的表現甚為明顯；欲回

答知識性的推論問題是必須對提示問題需有充分的理解和先備知識的使用（包括

專業、一般和生活知識），需從中去歸納、演繹，結果顯示動態的表徵是有利於

此種能力的發展。

三、自我解釋推論的類型之探討

研究者將所有學生自我解釋側錄的內容依自我解釋的推論類型分類，運用統

計軟體統計各類型出現的次數統計如表 4-3-2所示。

自 我 解 釋 正 確 程 度

40

50

60

70

80

90

100

文 本 組 圖 文 本 組 動 畫 文 本 組

逐 字 逐 句 的 問 題 理 解 性 的 推 論 問 題 知 識 性 的 推 論 問 題

自

我

解

釋

正

確

程

度

65

表4-3-2 自我解釋推論類型出現次數統計

自我解釋

推論類型

(1)參考

型推論

(2)常識

型推論

(3)公式

型推論

(4)相關

型推論

(5)比較

型推論

(6)類比

型推論

(7)邏輯

型推論

(8)統整

型推論

總計

推論次數 59 43 14 171 2 7 76 8 380

若將各類型出現的次數統計換算成百分比如圖 4-3-3所示。

圖 4-3-3 自我解釋推論類型百分比圖

由表 4-3-2可知自我解釋的推論類型出現的次數由高而低依次為：相關型推

論、邏輯型推論、參考型推論、常識型推論類、公式型推論、統整型推論、類比

型推論、比較型推論。由圖 4-3-3可以看出相關型推論出現的頻率幾乎佔了所有

推論的一半，推測原因是氣體動力論大部分的基礎是根據牛頓力學，要具備有一

定相關的先備知識才易於瞭解前後文的相關性，而邏輯型推論、參考型推論、常

識型推論類也是學生較常使用的推論，至於公式型推論、統整型推論、類比型推

論、比較型推論出現的機率偏低。

(5)比較型推論

1%

(6)類比型推論

2%

(7)邏輯型推論

20%

(8)統整型推論

2%(1)參考型推論

16%

(2)常識型推論

11%

(3)公式型推論

4%(4)相關型推論

44%

(1)參考型推論 (2)常識型推論 (3)公式型推論 (4)相關型推論

(5)比較型推論 (6)類比型推論 (7)邏輯型推論 (8)統整型推論

66

四、多重表徵與自我解釋推論的類型之探討

若以多重表徵來探討，文本組、圖文本組及動畫文本組三組的推論類型分

類，進而統計各類型出現的次數統計如表 4-3-3所示，若將文本組、圖文本組及

動畫文本組三組的推論類型計算出現的次數，換算成百分比如依次為下頁圖

4-3-4。。

67

圖 4-3-4 多重表徵自我解釋推論類型百分比圖

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

文本組 圖文本組 動畫文本組

表徵別

(8)統整型推論

(7)邏輯型推論

(6)類比型推論

(5)比較型推論

(4)相關型推論

(3)公式型推論

(2)常識型推論

(1)參考型推論

推

論

類

型

百

分

比

68

表4-3-3 多重表徵自我解釋推論類型出現次數統計

自我解釋

推論類型

參考型

推論

常識型

推論

公式型

推論

相關型

推論

比較型

推論

類比型

推論

邏輯型

推論

統整型

推論

總計

文本組 22 20 5 50 0 2 9 0 108

圖文本組 19 17 8 62 1 1 18 2 128

動畫文本組 18 6 1 59 1 4 49 6 144

總計 59 43 14 171 2 7 76 8 380

單位：次數

由圖 4-3-3顯示：文本組與圖文本組在自我解釋各推論類型上的比例較為相

似，除了邏輯型推論、參考型推論、常識型推論類三種類型出現比例差距在 5%

之外，其餘五種類型出現比例差距皆在 2%以內；而動畫文本組在自我解釋各推

論類型上的比例就與文本組與圖文本組有所不同，其中又以邏輯型推論及統整型

推論兩種類型高出甚多，代表若相對於文本組與圖文本組而言，動畫文本組較擅

用的類型為邏輯型推論及統整型推論。

接下來將不同表徵在自我解釋各推論類型上的正確程度編碼與出現次數的

關係，整理如表4-3-4所示。

表4-3-4 自我解釋正確程度編碼與出現次數統計

文本組 圖文本組 動畫文本組

參考型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 5 4 13 2 0 5 12 0 4 3 11

總計 22 19 18

常識型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 14 6 0 0 2 13 2 0 1 4 1

總計 20 17 6

公式型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

69

次數 0 1 4 0 0 4 3 1 0 0 1 0

總計 5 8 1

相關型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 10 13 27 0 14 19 29 0 1 14 44

總計 50 62 59

比較型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1

總計 0 1 1

類比型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 3

總計 2 1 4

邏輯型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 1 3 5 0 2 6 10 0 1 3 45

總計 9 18 49

統整型推論 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

次數 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 5

總計 0 2 6

研究者希望能進一步瞭解不同自我解釋推論類型的正確程度與出現次數等

關係，因此以下就八種自我解釋推論類型依次分析及討論。

（一）參考型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組三組之參考型的自我解釋推論出現的次

數，與該類型之自我解釋的正確程度編碼統計整理如圖 4-3-5。

70

圖 4-3-5 參考型推論正確程度、次數編碼圖

從圖 4-3-5可知就參考型推論而言，文本組、圖文本組、動畫文本組無論是

各種編碼與次數都不會相差太多，而大部分的學生都集中在編碼「高」及「中」

的理想狀態，可推測學生在閱讀課文中如果有明確且可以理解的敘述時，即會促

使學生講述其摘要或大意進而做推論，研究者認為學生在做參考型的推論時，可

以從課文中自我解釋而並不需要不同的表徵來輔助，所以不同表徵的學生在參考

型推論似乎有一致性。

整理學生的回答發現參考型推論主要以自我解釋推論問題的第四題與第七

題為最多，此兩題在課文中就有明確或易於使學生理解的敘述，所以出現的次數

分別有 14次與 13次，以下是一位圖文本組學生的回答來說明：

問題四：為何速度變化量為 2vx ，而不是 vx 或 0 ？

S15：因為一開始是＋vx變成 －vx，一前一後差了 2，就相當於 1跟 -1中間

差了 2，所以是 2 vx。

課文中第二段的敘述：此一分子經器壁反彈後，其 x 方向速度分量 vx，變

為 －vx，而 vy 及 vz則不變，如圖12-7b所示。在此

一碰撞中，其速度的改變量∆v 為 ∆v = vx －(－vx)

= 2vx

0

5

10

15

20

25

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

71

問題七：為何 ∆t = xvL2？此時我們假設氣體在做何種運動？

S15：2L是來回碰撞的距離，碰撞前速度是 vx，碰撞後速度是－vx，但都還

是 vx，所以說是 2L除以 vx，那這樣我們假設他在做等速度運動，那他

就沒有加速度。

課文中第三段的敘述：設想此一分子在兩邊器壁來回的碰撞，我們可以用下

列方法來估算它平均多久才碰撞器壁一次：設容器平

行於 yz 面的兩器壁面相距 L，則此一分子平均在

∆t = xvL2的時間內會碰撞 yz 面一次

參考型的推論較容易出現在一些較為明確或易於使學生理解的敘述上的文

字找到，但在用暗喻或較為艱深的問題上，例如提示問題第十題、第十四題，學

生就無法立即做出推論了。

（二） 常識型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的常識型的自我解釋推論出現的次數，

與該類型之自我解釋的正確程度編碼統計整理如圖 4-3-6。

圖 4-3-6 常識型推論正確程度、次數編碼圖

從圖 4-3-6可知常識型的推論就推論次數而言，文本組推論次數最多、圖文

0

5

10

15

20

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

72

本組次之，而動畫文本組產生的次數最少，雖然文本組推論次數最多，但是相較

於圖文本及動畫文本組，文本組大部分的推論都集中在編碼「低」的狀態。

常識型推論最多是出於文本組，可能是因為當文本組資料量不充足時，就會

以應用一般生活經驗或常識產生的推論來解釋科學中的專有名詞或艱深的概

念，而動畫或圖形隱含文章內的概念往往會產生「提示」的作用，當資料量充足

時，動畫文本組或圖文本組較不會以一般的常識來回答，若有回答其正確率也較

高，產生編碼「低」的狀況也較少。以下是文本組編碼「低」的學生以常識型的

推論的回答：

問題八：對於器壁而言，此施力是持續的力嗎（不會時有時無）？你的推論

為何。

S26：我認為施力是持續的力，對於器壁來講他會一直施力給分子，分子才

會動啊，所以他會一直受到持續的力，因為我推論他在做等速度運

動，等速度運動，等速度運動這個力當然是持續的力。

由上面的例子可以知道學生持有的概念是錯誤的，由於分子是做等速度運

動，但是卻認為等速度運動需要持續的力，而此力來自於器壁。在生活經驗中要

保持物體等速度運動是需要持續的力，正確的科學知識描述是因為受到摩擦力影

響，達成合力為零物體才會作等速度運動，因此這是由生活常識推論而得的錯誤

概念。

（三） 公式型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的公式型的自我解釋推論出現的次數，與

該類型之自我解釋的正確程度編碼整理如圖 4-3-7。

73

圖 4-3-7 公式型推論正確程度、次數編碼圖

公式型推論從表 4-3-7可知：無論是在文本組、圖文本組還是動畫文本組相

對於各類類型推論的總數的比例都不高，每組的推論次數都是個位數，而以圖文

本最高為八次。

整理此類型出現最多是在問題十七，有多人以公式的描述來回答，而且是不

同表徵的組別裡都會發生，舉例一位動畫文本組學生的回答如下，研究者將此類

似於如此的回答編碼為「中」。

問題十七：A、B 兩容器，若分子平均動能及體積 V 相等，壓力 P 也會一

樣嗎？你從何判斷之。

S13：A、B容器內分子平均動能和體積 V相等， A容器的分子比較少，B

容器的分子比較多，兩者壓力就不一樣，壓力 P＝F/A，面積 A相等，

所以 P 跟 F 成正比，等等…F 是平均值，F 跟 P 是成正比的，F =

VvmN

3

2

，那兩者的平均動能或許會一樣，由公式來看，F 的公式上

面的分子有 N，那代表分子數量個數越多他的質量就越大，B 的壓力

會比 A 來的大，而且 N跟 m的乘積的結果，B 都比 A大，所以 B的

壓力會比 A大。

又如文本組一位學生直接用數學公式的推導來回答：

0

2

4

6

8

10

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

74

問題十三：總力 F 可不可以寫成 L

mv x2

1 × N（個分子）？為什麼？

S09 ： 是 不 能 寫 成L

mv x2

1 ×N 個 分 子 ， 因 為 上 面 的 F 等 於

Lvvvm Nxxx )...(

222

21 +++ ，那如果他們兩個等於的話，另外一邊就會

剩下L

vvm Nxx )...(22

2 ++ ，就會不相等。

該名學生的想法是將L

mv x2

1 ×N 式子展開而成為N

vvvm xxx )...(2

12

12

1 +++ ，其

中2

1xv 共有 N 個，而正確的總力 F 是等於 Lvvvm Nxxx )...(

222

21 +++ ，他認為兩式

相對應比較可以看出：從後式的2

2 xv 到2

Nxv 明顯與前式不同，所以推論總力 F 不

可以寫成 L

mv x2

1 × N，如此的推論就數學公式而言是合理正確的。

以符號構成的數學公式來推論而產生解釋，可能是因為學生可能對於科學

概念是真實的理解，但是也有可能是學生僅知符號表面上的意義而並沒有深入瞭

解符號本身的意涵，如此的回答並不能確定該名學生是否對概念有正確的理解，

這也是教師在教學上需要注意的地方，

綜合上述，學生在這類提問中是如此的解釋，推測原因是專注在課文中的文

字、符號描述以及數學的運算，但是是否能夠理解文字、符號所表達的意義，甚

至是背後更深入的意義是值得商榷的。所以由上面的例子觀察，該生的回答就公

式上的符號所做推論是正確的，但是從其中的回答並無從得知該生是否真正瞭解

「每個分子的速度是否不同」、「分子運動是無規」的概念，也就是符號背後的

意義是否真實的理解，否則僅是一個「符號」而已，此種情形在科學的教學上是

值得注意的。

（四） 相關型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的相關型的自我解釋推論出現的次數，與

該類型之自我解釋的正確程度編碼統計整理如下頁圖 4-3-8。

75

圖 4-3-8 相關型推論正確程度、次數編碼圖

要做出相關型的推論在於學生是否能運用跟學科的相關知識與正在閱讀的

知識內容產生連結，在文本組、圖文本組還是動畫文本組出現相關型推論的次數

都非常的高，代表自我解釋活動對於學生知識的建構是有幫助的，從圖 4-3-8可

知相關型的推論就推論次數而言，圖文本組推論次數最多、動畫文本組次之，而

文本組的次數最少，不過差距皆在十次以內，而編碼「中」和「高」的總次數則

是動畫文本組與圖文本組相當，文本組的次數最少，而動畫文本組編碼「低」者

是三組中最少的，所以研究者認為整體而言動畫文本組的表現優於圖文本組，圖

文本組優於文本組。

由於相關型的推論類型的人數眾多，研究者希望分析此種推論類型是在哪一

種提示問題上使用的最多，利用編碼程式 Nudist Vivo的整理後，統計的結果是

問題二、問題三、問題五、問題九與問題十五，學生在此五題提示問題使用相關

型的推論次數超過該題推論次數的半數，如表 4-3-5所示

表 4-3-5 相關型推論正確程度編碼與問題二、三、五、九出現次數統計

表徵別 文本組 圖文本組 動畫文本組 總計

編碼 無 低 中 高 無 低 中 高 無 低 中 高

問題二 0 0 3 2 0 2 4 2 0 0 2 3 18

0

10

20

30

40

50

60

70

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

76

問題三 0 0 1 2 0 2 1 4 0 0 0 5 15

問題五 0 0 3 3 0 1 2 2 0 1 1 4 17

問題九 0 0 0 7 0 0 1 6 0 0 0 10 24

問題十五 0 1 2 5 0 0 2 6 0 0 2 8 26

總計 0 1 9 19 0 5 10 20 0 1 5 30 100

單位：次數

由上表可知多重表徵對於此推論類型的正確程度編碼為「中」和「高」的次

數，文本組為 28次、圖文本組 30次、動畫文本組 35次，此結果顯示並無太大

的差距，研究者試圖分析不同表徵對於此推論類型的內容的差異性，但是並不太

容易找出三組之間不同的地方，推測原因是三組學生對於推論所使用的先備知識

類型是差不多的。

因此再將學生的回答而整理出此類型的推論所用的相關知識，發現主要是以

高中物理上的運動學、牛頓運動定律、能量以及化學上的理想氣體方程式

PV=nRT為基礎，整理出相關的知識有運動的獨立性、牛頓第二運動定律、牛頓

第三運動定律、力學能守恆、理想氣體方程式，以下用具有代表性的學生的解釋

舉例說明：

（1）運動的獨立性的知識

問題三：每一個氣體分子在各軸上的速度分量 vx 、 vy 、 vz 三者相等嗎？

請說明理由。

S09：我覺得 vx 、 vy、 vz 會相等，恩，因為他…，不，三者不互相等，可

是，在各軸速度分量也就不相等，那不管 x跑多快與 y沒關係，y跑多

快與 z沒關係，跑多快沒有關係啦！我覺得。

「運動的獨立性」在物理學上是非常重要的概念，常用於平面上的二維運

動，例如水平拋射運動在 x 方向是做等速度運動，y 方向是做等加速度運動，x

方向與 y方向都是獨立而不相干的。S09的解釋即是應用運動的獨立性的相關知

77

識詮釋。

（2）牛頓第二運動定律的知識

問題五：請問此分子在撞擊器壁前、後與撞擊器壁瞬間的加速度分別為何（有

或無）？請推論此「加速度」與「對器壁施力」的關係。

S24：分子在撞擊器壁前跟後並沒有加速度，撞擊器壁瞬間才會產生加速

度，因為 F＝ma，我撞擊他，他反作用力給我，可以得到 a的加速度，

氣體分子一定有質量，所以速度越快給牆壁的力就越大，所以這時候

加速度也就越大。

牛頓第二運動定律的描述：當物體有質量與加速度時，一定有受到力的作

用，學生 S24即是以牛頓第二運動定律的知識來推論氣體分子撞擊器壁瞬間時產

生的加速度及受力的情形。

（3）牛頓第三運動定律的知識

問題九：分子對器壁施力，器壁也會對分子施力嗎？兩者關係為何

S06：氣體分子會對器壁施力，而器壁也會對氣體分子施力，遵守牛頓第三

運動定律，此兩力大小相等、方向相反。

近九成的同學回答問題九的答案都與 S06的解釋相近，顯示大部分的學生會

應用遵守牛頓第三運動定律來解釋氣體分子與器壁受力的異同處。

（4）力學能守恆的知識

問題二：為何彈性碰撞較符合氣體分子模型？如果非彈性碰撞又會如何呢？

請提出你的說明。

S24：彈性碰撞我想他是分子撞到之後會完全反彈回來，如果是這樣就不會

消耗掉太多的能量，而且比較規則性，如果是非彈性碰撞彈到的地方

會非常的奇怪，然後方向會不太一樣，又會消耗掉比較多的能量。如

果是彈性碰撞撞到會以相同速度反彈，如果是非彈性碰撞反彈之後速

度會變的比較弱。

雖然研究的學生尚未學過「碰撞」，但在三種不同表徵組各有兩人是以能

78

量的觀點來解釋而且回答的非常正確，認為理想氣體分子為完全彈性體，碰撞時

為完全彈性碰撞，氣體粒子遵守力學能守恆，值得一提的是圖文本組有兩位同學

的回答為：

S04、S15：彈性碰撞較符合氣體模式，我認為要處於非具有外力的情況下

所產生的，如果是非彈性碰撞，器壁是非光滑的剛體，與彈性

碰撞不合，所以如果是彈性碰撞的話，器壁是光滑的剛體，而

非有外力及摩擦力，因為是光滑的就沒有外力、摩擦力，就不

會損失能量。

事實上，彈性碰撞或者是非彈性碰撞之碰撞時間都是相當短暫的，所以外

力或摩擦力損失的能量是極小的，非彈性碰撞損失的能量大部分是來自於物體本

身的內能，所以這兩位圖文本組的同學的解釋編碼為「中」。

（5）理想氣體方程式的知識

問題十五：請說出密閉容器中，影響氣體壓力的因素有哪些？這些因素與氣

體壓力關係為何？

S24：密閉容器中，影響氣體壓力的因素有哪些？根據理想氣體方程式

PV=nRT，溫度、莫耳數、容器體積，這是化學上的啊，如果也可用

微觀角度的話，照這裡說那麼分子的速度、撞擊面積，數量、質量，

溫度越高會影響速度，數量越多撞擊牆壁頻率越高，次數也就越高，

一直撞一直撞壓力就很大，比少少撞擊較還要多，體積越小的話，

撞擊頻率越高，壓力就越大，質量越大，F＝ma受力越大。

本題許多學生都是應用理想氣體方程式 PV=nRT，因為在活動實施前一個

月，學生已在化學課學過理想氣體方程式相關的先備知識。

（五） 比較型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的比較型的自我解釋推論出現的次數，與

該類型之自我解釋的正確程度編碼統計如圖 4-3-9所示。

79

圖 4-3-9 比較型推論正確程度、次數編碼圖

在文本組、圖文本組還有動畫文本組出現比較型推論的次數都非常的低，分

析原因可能有二：在本活動的課文內容中的每一段落都是獨立的敘述，所以前後

段並無可以互相比較之相關的內容，也有可能是因為段落中穿插著自我解釋的提

示，所以學生只會針對提示的問題去推論，不會去比較其他段落相關的知識。

（六） 類比型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的類比型的自我解釋推論出現的次數，與

該類型之自我解釋的正確程度編碼整理如圖 4-3-10。

0

1

2

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

80

圖 4-3-10 類比型推論正確程度、次數編碼圖

在物理教學上常常會使用類比的技巧，例如：電流如水流、電線如水管等；

從圖 4-3-10 很明顯的瞭解動畫文本組在類比型推論的次數、正確程度都較高，

文本組、圖文本組出現類比型推論的次數都非常的低。

在本研究中有些學生會利用類比物對應到複雜抽象性的氣體粒子概念，以動

畫文本組的例子說明如下：

問題十三：此體積 V 是氣體分子本身的體積，還是氣體分子運動的體積？

你的推論為何？

S01：氣體應為氣體分子運動的體積，推論因為氣體分子本身極小，這就是

好像是一個教室裡面有學生，然後學生本身的體積跟教室的體積比起來

很小，我們可以把容器看成教室，那學生就是分子了。所以整個容積 V

就是 L 三方，氣體分子可以運動的空間，就是他可以運動的體積。

由上例學生 S01運用類比型的推論將容器類比為教室、氣體分子類比為學

生，由圖 4-3-10得知動畫文本組利用類比來推論的次數遠高於其他兩組，推測

原因是許多動畫中的表徵容易使學生引發聯想成類比的題材。

（七） 邏輯型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的邏輯型的自我解釋推論出現的次數，與

該類型之自我解釋的正確程度編碼如圖 4-3-11所示。

0

1

2

3

4

5

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

81

圖 4-3-11 邏輯型推論正確程度、次數編碼圖

從圖 4-3-11 可得知動畫文本組在邏輯型推論的次數、正確程度都較高，其

中學生 S24有九次邏輯型的推論，學生 S01、S07有八次的推論，學生 S25有七

次的推論，這幾位學生在自我解釋策略主要是以此種形式來做推論的，而圖文本

組次之，文本組出現邏輯型推論的次數非常的低。

這四位動畫文本組的學生共計產生三十二次的邏輯型推論，研究者希望找出

邏輯推論與動畫間的關連性，所以先試圖找出他們在哪一種提問上會使用邏輯型

的推論，發現以提示問題第五題、第八題、第十一題、第十三題頻率為最高，再

整理出所有動畫文本組所有的學生自我解釋的內容，希望找出他們使用邏輯的陳

述與動畫間的關係，綜合說明如下：

S01、S07、S13、S17、S20、S24、S25問題五自我解釋的綜合整理：

問題五：請問此分子在撞擊器壁前、後與撞擊器壁瞬間的加速度分別為何

（有或無）？請推論此「加速度」與「對器壁施力」的關係。

綜合回答：基本上撞擊前沒有加速度，撞擊後也沒有加速度，就是撞擊與

器壁之間接觸才會產生加速度，去讓他反彈，假設他朝x方向進

行，可是他回來之後是朝－x方向，所以說牆壁會給他一個加速

0

10

20

30

40

50

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

82

度是－x方向，那從原本的x方向速度變成－x方向的速度，所以

前後是應該沒有，只有撞擊瞬間才有。

如上面敘述，因為分子由＋x 方向變成－x 方向，所以在撞到的瞬間就有

加速度，碰撞前後則是沒有。「前提」（premise）是「＋x 方向變成－x 方向」，

「結論」（conclusion）是「產生加速度」，事實上，研究者在此課文的段落四中

設計了兩個動畫安排在文本中，左邊動畫顯現出分子由右邊撞擊後往左邊跑，右

邊動畫顯現出撞擊到器壁瞬間的 a-t 圖，所以相對應著邏輯上的「前提」與「結

論」，因此在此動畫文本組較能產生出邏輯型的推論。

在動畫文本組中，問題八使用邏輯型的推論的學生有S01、S02、S07、S24、

S25，以 S07的自我解釋為例子說明：

問題八：對於器壁而言，此施力是持續的力嗎（不會時有時無）？你的推

論為何。

S07：雖然是持續的，可是他每次歷時..…咦（觀察動畫中），那個力是有不

同的，對此器壁這個力是持續的，這個力每次是有不同分子給他的，

因為分子彈走，應該馬上會有下一個分子在他後面，所以像氣球才能

保持他的膨脹。

此為學生是觀察到動畫中的分子會去碰撞器壁而產生力（微觀觀點），而

且接續去撞而產生持續的力（巨觀觀點），推測當觀察到動態的表徵可以促使學

生應用到邏輯學的演繹邏輯。

在動畫文本組中，問題十一使用邏輯型的推論的學生有S01、S02、S13、S24、

S25，以 S02的自我解釋為例子說明：

問題十一：總力 F 可不可以寫成 L

mv x2

1 × N（個分子）？為什麼？

S02：可不可以寫成 L

mv x2

1 ×N個分子，不行，因為 v是v1x＋v2x＋…＋vNx 的

平均值，而v1x只代表一顆球，比如是黃色球、紅色球、藍色球，所以

代表一顆是沒有辦法代表全部，所以不能代表 F。

83

研究者在課文中的段落五穿插了動畫，此 Flash 動畫中的設計誠如學生S02

所述，黃色球、紅色球、藍色球各個有快有慢，因為每一個速度不同，所以不能

以一個代替全部，此因果關係為演繹邏輯的思考模式。

在動畫文本組中，問題十三使用邏輯型的推論的學生有 S01、S02、S7、S24、

S25，以 S02、S25 的自我解釋為例子說明：

問題十三：若「容器中分子數量相當的多」與「容器中分子只有幾個」的

情形下，何者在單位時間內，往 x 、 y 、 z 三個方向的分子

數量會差不多，請說明。

S02：越多顆的話，像右邊的那個比較多.....我覺得 x、y、z方向的分子數會

差不多，因為越多顆，這樣同樣點數機會越大。

S25：當然是分子數量相當多，這是機率吧，照理往 x、y、z 的機率應該是

相等的，若分子只有幾個的話，甚至有可能五個分子都在 x 軸上或五

個分子都在 y 軸上或五個分子都在 z 軸上，那數量越多分子間會撞

擊，那就會改變方向，不會完全朝同一方向。

問題十三是一個難度相當高的問題，綜合了「無規」與「數量大」的概念，

理想氣體是由極大數目的分子所組成，且分子的運動是無規的，因此在任何一段

時間內，各方向運動的分子數目皆相同。研究者當初在設計動畫時陷入苦思，如

何能設計出同時展現「無規」與「數量大」這兩個概念的動畫，而且易於觀察在

每一個座標軸都有相同數量的分子通過，無意間看到的黏蟑屋讓研究者有了設計

的靈感，設計動畫中的分子會在器壁上「黏住」，可以觀察出數量少的與數量多

的停在各向度的數量會不一樣。

學生 S02觀察完動畫後產生了「同樣點數機會越大」的推論，這也就是「數

學期望值」的概念，此過程是學生運用歸納邏輯而做出「類推」（analogy）來顯

示命題間的關係，學生 S25也是如此的運用此邏輯推理。

（八） 統整型推論：

將文本組、圖文本組及動畫文本組的統整型的自我解釋推論出現的次數，與

84

該類型之自我解釋的正確程度編碼如圖 4-3-12所示。

圖 4-3-12 統整型推論正確程度、次數編碼圖

由圖4-3-12 知文本組、圖文本組還有動畫文本組出現比較型推論的次數都

很低，關於統整型推論為學生能利用之前文本中所做的自我解釋推論，再將統整

的結果運用在其他的推論中，所以必須把前後內容能夠融會貫通之後才能此種推

論，學習者必須綜合正在學習的內容以及前面學過的內容，所以產生此種推論類

型是較為困難的，整理學生的自我解釋資料，發現統整型推論有五位學生是在提

示問題八產生推論的，而是統整段落四的推論進而產生新知識，以 S16 為例說

明如下：

問題八：對於器壁而言，此施力是持續的力嗎（不會時有時無）？你的推論

為何。

S16：之前在段落四有提到，就是當一個氣體分子撞擊器壁的那一瞬間有加

速度，有此加速度的氣體分子對器壁施力的大小，那氣體分子是粒

子，所以說氣體分子對器壁施力為撞擊瞬間才有，未撞擊時就無，如

果一直撞，撞擊蠻頻繁的時後呢，我們就可以看作為持續的力，分子

一直持續給力。

以上畫線的部分即為學生統整先前所得的推論，變成知識再對問題八去推

論，統整後而產生新的知識。

0

1

2

3

4

5

6

7

文本組 圖文本組 動畫文本組

高

中

低

無

表徵別

次

數

85

五、小結

綜合以上分析，在此可以回應研究問題三：多重表徵對於自我解釋推論的類

型有何影響？

結果顯示：不論提示問題的類型是逐字逐句的問題還是理解性的推論問題或

者是知識性的推論問題，動畫文本組的表現是優於圖文本組，而圖文本組是優於

文本組，而動畫文本組對於知識性的推論問題的表現較其他兩組的表現甚為明

顯。

若將多重表徵在自我解釋推論類型的正確程度加權（自我解釋正確程度評分

乘以出現的次數）來計算，如表 4-3-6所示。

表 4-3-6 多重表徵在自我解釋推論類型的正確程度加權統計

加權分數 文本組 圖文本組 動畫文本組

一、參考型推論 52 ** 46 * 43

二、常識型推論 26 * 34 ** 12

三、公式型推論 9 * 13 ** 2

四、相關型推論 117 139 * 143 **

五、比較型推論 0 1 * 3 **

六、類比型推論 4 * 3 31 **

七、邏輯型推論 22 38 * 142 **

八、統整型推論 0 5 * 17 **

** 表示為三組中最高的，* 表示為三組中次高的

藉由表4-3-14 可以讓我們瞭解三種表徵對於自我解釋推論類型的正確使用

程度關係，文本組擅長於參考型推論，圖文本組擅長於常識型推論與公式型推

論。動畫文本組擅長於相關型推論、比較型推論、類比型推論、邏輯型推論及統

整型推論。

86

第四節 氣體動力論概念的探討

本研究希望由學生自我解釋的內容來分析、探討其對氣體動力論的概念，原

因是前、後測的概念測驗內容是研究者預期希望檢驗出的氣體動力論概念，或多

或少會有不完整或未被檢驗出來的部分，而利用學生自我解釋推論的內容有助於

研究者了解學生在氣體動力論的相關概念以及另有概念。

本研究的自我解釋活動共含有十七個自我解釋提示問題，學生在回應十七個

自我解釋問題時會對氣體動力論的概念做陳述，將學生的自我解釋內容所呈現的

概念做整理，以瞭解不同表徵對於氣體動力論概念學習的影響，以下將以氣體的

粒子特性、氣體的體積、氣體的壓力、氣體的分子數目、氣體分子的運動五大概

念分別來做說明。

一、氣體的粒子特性

研究者從各組學生的自我解釋回答內容整理出氣體動力論概念的陳述，

歸納出不同表徵各組的學生對氣體粒子特性的概念，所持有的正確及另有概

念的呈現與統計，如表 4-4-1：

表4-4-1 學生對氣體的粒子特性所呈現的概念整理

正確概念

文本組概念

持有人數

圖文本組概

念持有人數

動畫文本組概

念持有人數

1-1 氣體分子本身體積極小 1 2 4

1-2 氣體的分子大小不會改變 0 0 1

1-3 氣體本身是沒有體積（理想氣體方程

式假設）

1 2 0

總 計 2 4 5

由表 4-4-1可以得知各組學生在「氣體的粒子特性」的概念都持有的正確概

念，動畫文本組有部分同學陳述「氣體分子本身體積極小」的概念，雖然是以動

87

畫文本組學生表現最好，不過整體而言持有此類概念的比例都不高，分析原因可

能是在課文段落中或者是提示問題裡沒有出現相關的內容，所以由牽涉到此概念

的回答的人數也就不多。

二、氣體的體積

研究者歸納出不同表徵各組的學生對氣體的體積概念，所持有的正確及另

有概念的呈現與統計，如表 4-4-2：

表4-4-2 學生對氣體的體積所呈現的概念整理

組別

類別

文本組概念

持有人數

圖文本組概念

持有人數

動畫文本組概

念持有人數

一、正確概念

2-1 容積 V 是氣體分子運動的體積 5 8 9

2-2 氣體本身是沒有體積（理想氣體方程

式假設）

1 2 0

2-3 氣體容積裡面不是全部是氣體，只有

部分的氣體

0 0 1

小 計 6 10 10

二、另有概念

2-4 容積 V 是氣體分子的體積 4 0 0

小 計 4 0 0

由表 4-4-2可以得知動畫文本組與圖文本組的學生在氣體的體積概念大部分

皆持有「容積 V 是氣體分子運動的體積」的正確概念，而文本組有四名學生認

為是「容積 V 是氣體分子的體積」，此為不正確的概念。動畫文本組有部分同

學陳述「氣體分子本身體積極小」的概念，所以整體而言是以動畫文本組表現最

好，值得注意的是文本組與圖文本組有學生認為「氣體本身是沒有體積」，應該

是以理想氣體作為假設。

88

綜合上述，動畫文本組比圖文本組在氣體的粒子特性概念的表現上要來的

好，而圖文本組又比文本組要好，值得一提的是動畫文本組與圖文本組都沒有另

有概念的產生，可見多重表徵無論靜態或動態在氣體的粒子特性概念上可以完整

呈現出來。

三、氣體的壓力

研究者歸納出不同表徵各組的學生對氣體的壓力概念，所持有的正確及另有

概念的呈現與統計，如表 4-4-3所示。

表4-4-3 學生對氣體的壓力所呈現的概念整理

組別

類別

文本組概念

持有人數

圖文本組概念

持有人數

動畫文本組概

念持有人數

一、正確概念

3-1 氣體分子對器壁施力是因為碰撞所造

成的，而不是來自於分子的重量

3 2 4

3-2 氣體分子撞擊器壁瞬間才會有力的產

生，所以不是持續的力

1 2 7

3-3 氣體分子撞擊器壁不是連續的力，粒

子間有時間的間隔

0 1 1

3-4 氣體分子不停的撞擊器壁，以巨觀來

看是持續的力

0 2 1

小 計 4 7 13

二、另有概念

3-5 氣體分子對器壁施力是來自於分子的

重量，只有底部受力

0 2 1

3-6 氣體分子對器壁施力是來自於分子的

重量，可是不一定只有底部受力

1 2 3

89

小 計 1 4 4

由以上結果可得知動畫文本組持有的正確概念次數較高，圖文本組次之，在

另有概念方面，三組沒有什麼差異，再觀察表 4-4-3為學生「氣體的壓力」概念，

其中氣體的壓力正確的概念是概念 3-1「氣體分子對器壁施力是因為碰撞所造成

的，而不是來自於分子的重量」，三種不同表徵組在此提問回答中答對的人次皆

不到半數，顯示此概念對學生是有困難度的；明顯錯誤概念的是概念 6-2「氣體

分子對器壁施力是來自於分子的重量，只有底部受力」，而有些學生會認為「力

量的產生是來自於氣體分子的重量，但又不一定只有底部受力」，他們認為受力

產生應是四面八方撞擊器壁而來的，不過又反映了心中既存的概念：認為氣體分

子應該是有重量會往下產生力量，這兩種概念在此產生而衝突著。而概念 3-2、

3-3、3-4 是闡述氣體碰撞器壁施力產生壓力的行為，可以將這類的概念分為兩

類：如果以微觀的觀點來看，概念是 3-2「氣體分子撞擊器壁瞬間才會有力的產

生，所以不是持續的力」，如果以巨觀的觀點來看，概念是 3-4「氣體分子不停的

撞擊器壁，以巨觀來看是持續的力」，也有學生兩種概念都同時存在，舉例說明

如下：

S04：對於器壁而言，此施力是持續的力嗎？應該我認為不是，因為在微觀

方面他是一下有一下沒有，如果是巨觀的話，他其實是產生連續的，

不斷的撞擊速度很快，所以不斷的撞擊，撞擊所以是持續的力，不過

對器壁而言，他是被撞的物體，在我們的觀察下他是持續的，類似是

持續力，幾乎是持續的力，但對器壁而言，他是時有時無的，因為分

子不停的碰撞。

關於這類的回答以動畫文本組與其餘兩組有明顯的差異，甚至有許多學生沒

有產生推論，所以在此提問的內容中也觀察不到錯誤的概念，推測原因在於學生

對於氣體分子撞擊器壁的行為並不瞭解，研究者設計的動畫能夠考量到讓學生瞭

解氣體分子撞擊器壁的特性，因此動畫文本組所得的概念是觀察動畫中每個氣體

90

分子運動情形而來的，所以在認知上較具有微觀的觀念。

四、氣體的分子數目

研究者歸納出多重表徵各組的學生對氣體的分子數目概念，所持有的正確及

另有概念的呈現與統計，如表 4-4-4所示。

表4-4-4 學生對氣體的分子數目所呈現的概念整理

組別

類別

文本組概念

持有人數

圖文本組概念

持有人數

動畫文本組概

念持有人數

一、正確概念

4-1 理想氣體由極大數目的分子所組

成，且分子的運動是無規的，因此

在任何一段時間內，各方向運動的

分子數目皆相同

3 2 8

4-2 理想氣體由極大數目的分子所組

成，且分子的運動是無規的，因此

在任何一段時間內，各方向運動的

平均速度都會相等

1 4 6

小 計 4 6 14

二、另有概念

4-3 氣體分子數量相當多時，較易互相

碰撞而改變方向，往 x 、 y 、 z 三

個方向的分子數量就會不均等

2 1 0

4-4 氣體分子數量相當多時，大部分的

氣體分子往某方向移動，其他的分

子也會跟著往某方向移動

2 0 0

4-5 氣體分子數量相當多時，經過很長 1 0 0

91

的時間後，往 x 、 y 、 z 三個方

向的分子數量就會相等

4-6 氣體分子數量相當多時，碰撞機率

高造成分子速率會變慢，往 x 、

y 、 z 三個方向的分子數量就會不

相等

0 2 0

4-7 無論氣體分子數量相當多或少時，

往 x 、 y 、 z 三個方向的分子數

量都會相等

0 1 0

4-8 氣體分子數量多取平均值較為準

確，誤差較少

0 2 1

4-9 氣體分子數量相當多時，經過很長

的時間後，往 x 、 y 、 z 三個方

向的分子速率就會達成一樣

1 0 0

4-10 氣體分子數量不管相當多還是少，

往 x 、 y 、 z 三個方向的分子平

均速率沒什麼關係

1 0 1

4-11 氣體分子數量相當少時，碰撞機率

較低，分子速率才不會變慢，往 x 、

y 、 z 三個方向的分子速率的平均

值才會一樣

1 1 1

小 計 8 7 3

可以得知動畫文本組持有的正確概念次數較高、另有概念次數最低，圖文本

組與文本組概念持有皆差不多，但圖文本組稍微優於文本組。

氣體分子數目的概念大致可以分為兩類：第一類為容器內分子數量多寡與分

92

子運動三個方向的關係，第二類為容器內分子數量多寡與分子運動速度的關係，

分別討論如下：

第一類的正確概念如概念 4-1「理想氣體由極大數目的分子所組成，且分子

的運動是無規的，因此在任何一段時間內，各方向運動的分子數目皆相同」，動

畫文本組的學生幾乎都持有的正確概念，而另有概念種類卻相當的多為 4-3 至

4-8 共六種，其中概念 4-4「氣體分子數量相當多時，大部分的氣體分子往某方

向移動，其他的分子也會跟著往某方向移動」，有學生會認為分子有其特定的方

向，而概念 4-5「氣體分子數量相當多時，經過很長的時間後，往 x 、 y 、 z 三

個方向的分子數量就會相等」，持有此概念是文本組一位學生，他認為氣體擴散

是緩慢進行的，值得一提的是有兩位學生持有概念 4-6「氣體分子數量相當多時，

碰撞機率高造成分子速率會變慢，往 x 、 y 、 z 三個方向的分子數量就會不

相等」，他們已有氣體碰撞是機率問題的想法，但持有認為碰撞會使分子速率減

慢的錯誤概念，由於他們都是圖文本組的學生，推測原因可能是圖形無法呈現連

續的動作，也就是無法像動畫文本組的學生觀察「碰撞後速率是否變慢」現象的

呈現。

第二類的正確概念如概念 4-2「理想氣體由極大數目的分子所組成，且分子的

運動是無規的，因此在任何一段時間內，各方向運動的平均速度都會相等」，動

畫文本組較多的學生持有的正確概念，至於另有概念方面，概念 4-9 與第一類的

概念 4-5相似，概念 4-9與概念 4-11相似，因為是相同學生所持有的。

五、氣體分子的運動

學生氣體分子的運動所呈現的概念是相當的豐富，研究者歸納出不同表徵各

組的學生對氣體分子的運動概念，將分子的運動的概念分為「氣體分子的速度」

與「氣體分子的加速度」兩大類分別說明如下：

（一）氣體分子的速度概念

整理氣體分子的速度之概念如表 4-4-5所示。

93

表4-4-5 學生對氣體的分子的速度所呈現的概念整理

組別

類別

文本組概念

持有人數

圖文本組概念

持有人數

動畫文本組概

念持有人數

一、正確概念

5-1 每個氣體分子方向並不一定相同 2 1 7

5-2 氣體分子在各軸上遵循運動的獨立性 2 4 5

5-3 並非每個氣體分子具有完全相同的速

度

4 3 8

5-4 某一個氣體分子速率並不能代表平均

速率

3 4 8

5-5 容器內氣體分子的速率視為平均速率 2 3 6

小 計 13 15 34

二、另有概念

5-6 氣體分子不是無規的 1 1 0

5-7 速度不一樣，所以受力不一樣 1 1 1

5-8 每個氣體分子具有完全相同的速度 1 2 1

5-9 每個氣體分子質量相等，速度就會相

等

1 0 0

5-10 氣體分子經由碰撞後，最後速度都會

相等

1 0 0

5-11 每個氣體分子有相同的速度，最後會

漸漸便慢

0 1 0

5-12 每個氣體分子速度雖然不相等，但 平

均速度會相等，所以每個氣體分子 x

方向的速度會相等

1 0 0

94

5-13 每個氣體分子 x 方向的速度會相

等，但 y、z 方向不會相等

0 1 0

5-14 某一個氣體分子速率可以代表平均速

率

0 2 1

5-15 每一個氣體分子的速率與平均速率是

不一樣的，但是平方後就會一樣

1 0 0

5-16 氣體中有一個分子的速率大，碰撞的

總力也會跟著變大

0 1 0

5-17 容器內氣體分子的速率取平均值可以

減少分子運動的誤差

3 2 1

5-18 容器內氣體分子的速率取平均值可以

使方向相同

0 1 0

小 計 10 12 4

由以上結果可以得知動畫文本組持有的正確概念次數較高，而且總次數達三

十四次之多，其另有概念次數是三組最低的，圖文本組與文本組所持有的概念次

數皆差不多。因為物理上的速度是向量，包含速度的大小及速度的方向兩種意

涵，因此再整理成氣體分子速度大小、氣體分子速度方向以及氣體分子的平均速

度概念來探討。

1. 氣體分子速度方向概念

概念5-1與概念5-2呈現氣體分子是無規的、無方向性的概念，由表4-4-5可以

明顯得知動畫文本組對於「每個氣體分子方向並不一定相同」持有的此種概念的

人數較多，而圖文本組及文本組的學生持有的此種概念的人數較少，由於研究者

設計的動畫可以觀察出每個設計的物體的方向不一樣，所以推測可能原因在於動

畫文本組所得的概念是由動態表徵觀察而來的，動畫文本組表現的較好。至於概

念5-2「氣體分子在各軸上遵循運動的獨立性」這是運動學的重要概念，其概念

95

詮釋的意義，舉例說明如下：

S07：氣體分子在各軸上的速度分量 vx 、 vy、 vz 三者不相等，因為

他們在每個氣體運動的方向不一樣，所以每個速度分量也不太一

樣，他們朝不同方向運動，所以分量不同。

整理此部分的另有概念，概念5-6 「氣體分子不是無規的」這是另有概念，

圖文本組及文本組皆有一位學生持有的此種概念，他們認為所有氣體分子方向都

一樣。概念5-7 「速度不一樣，所以受力不一樣」也是另有概念，該名學生把「速

度」與「力」混為一談，認為每個方向速度不會一樣，所以合力就不為零，氣體

分子才可以運動，事實上「速度」和「力」是兩個獨立的物理量，A…（不）一

樣，所以B…就（不）一樣，此類型為直覺法則的一種。

2. 氣體分子速度大小概念

動畫文本組大部分的學生都有正確的概念 5-3「並非每個氣體分子具有完全

相同的速度」。從學生自我解釋的資料中找出錯誤的概念有五種，其中概念 5-10

「氣體分子經由碰撞後，最後速度都會相等」及概念 5-11 「每個氣體分子有相

同的速度，最後會漸漸便慢」表示有學生認為氣體粒子最後都會達到一致的速度

的另有概念，而概念 5-12「每個氣體分子速度雖然不相等，但平均速度會相等，

所以每個氣體分子 x 方向的速度會相等」，這表示學生把「平均速度」當作是

「每一個分子真實的速度」的錯誤概念，而概念 5-13 「每個氣體分子 x 方向

的速度會相等，但 y、z 方向不會相等」，有此種另有概念的是一位圖文組的學

生，顯然是受到文本上的圖形的影響，因為在文本上的圖形在x 方向的速度分量

每一個繪製的「長度」差不多相等，但 y、z 方向的「長度」不是相等，所以應

是受到圖形影響，所以有關氣體分子速度大小的概念，動態的表徵會使學生得到

較正確的理解。

3. 氣體分子平均速度概念

動畫文本組大部分的學生都有正確的概念 5-4「某一個氣體分子速率並不能

代表平均速率」，推測原因是動畫文本組的同學可以在動畫中發現每一個分子的

96

速率都不一樣，所以動畫文本組幾乎都可以得到正確概念。整理學生自我解釋內

容中找出此類的另有概念有三種，其中概念 5-17 「容器內氣體分子的速率取平

均值可以減少分子運動的誤差」，有學生認為取平均值的意義是在減少誤差，尤

其在文本組及圖文本組特別明顯。

（二）氣體分子的加速度概念

整理氣體分子的加速度之概念如表 4-4-6所示。

表4-4-6 學生對氣體的分子的加速度所呈現的概念整理

組別

類別

文本組概念

持有人數

圖文本組概念

持有人數

動畫文本組概

念持有人數

一、正確概念

6-1 氣體分子撞擊器壁瞬間才會產生加速

度

5 3 9

6-2 撞擊力量越大，加速度越大 (F=ma) 1 4 3

6-3 氣體分子兩次碰撞之間做等速度運動 4 5 7

6-4 氣體分子兩次碰撞之間做直線運動 0 1 2

小 計 10 13 21

二、另有概念

6-5 氣體分子撞擊器壁前後及瞬間都會有

加速度產生

2 1 0

6-6 氣體分子撞擊器壁瞬間不會產生加速

度

1 0 0

6-7 氣體分子撞擊器壁前沒有加速度，撞

擊後會有加速度產生

1 3 0

6-8 氣體分子撞擊器壁瞬間會產生加速

度，但會損失能量

0 1 0

97

6-9 氣體分子兩次碰撞之間做等加速度運

動

0 1 0

6-10 氣體分子做來回搖擺、週期性運動 2 0 0

小 計 6 6 0

可以得知動畫文本組持有的正確概念次數較高，總次數達二十一次之多，圖

文本組與文本組所持有的概念次數皆差不多。

由概念 6-5到 6-8的另有概念瞭解有些學生對於氣體微觀的運動情形不甚瞭

解，所以出現了不同的另有概念，值得一提的是動畫文本組在此一提問的回答都

沒有錯誤的概念，顯示出動態表徵對於學生的正確概念是有幫助的。在此以動畫

文本組同學觀察了動畫而作自我解釋的推論為例子說明：

S17：應該撞擊前沒有加速度，撞擊後也沒有加速度，就是撞擊與器壁之

間接觸才會產生加速度，去讓他反彈，電腦上的小球他朝 x 方向進

行，可是他回來之後是朝－x方向，所以說牆壁會給他一個加速度，

只有撞擊瞬間有，對…也可以從 a-t圖看出撞擊瞬間才有。

六、小結

在此可以回應本研究之研究問題四：多重表徵對於學生呈現的氣體動力論概

念影響為何？

將多重表徵對於學生呈現的氣體動力論正確及另有概念次數統計整理，如表

4-4-7所示。

表 4-4-7 不同表徵對於學生呈現的氣體動力論正確（另有）概念次數統計

正確概念表現 文本組 圖文本組 動畫文本組

一、氣體的粒子特性 2（0） 4（0） 5（0）

二、氣體的體積 6（4） 10（0） 10（0）

三、氣體的壓力 4（1） 7（4） 13（4）

98

四、氣體的分子數目 4（8） 6（7） 14（3）

五、氣體分子的運動 13（10） 15（12） 34（4）

（）為另有概念的次數

綜合分析結果顯示不同表徵對於學生呈現的氣體動力論概念影響，就概念的

正確性及多寡來看，整體而言是以動畫文本組表現最為正確，圖文本組次之，而

文本組表現是三組中較不好的。

就學生在氣體分子數量概念及氣體分子運動概念產生的另有概念的類型是

最多的，而不同表徵對於學生呈現的氣體動力論另有概念影響，就概念的不正確

性及多寡來看，整體而言是以文本組表現較為不好，圖文本組次之，而動畫文本

組表現是三組中較好的。

第肆章研究結果第一節前後測資料的探討第二節自我解釋數量與正確程度之探討第三節自我解釋的類型第四節氣體動力論概念的探討