學位論文
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Item 以多重表徵教學探究高二學生氧化還原、電池和電解的概念改變(2013) 李雪碧; Hsueh-Pi Li本研究目的主要探討多重表徵教學活動對於學生學習氧化還原概念、電池和電解概念的概念改變，本研究設計以多重表徵作為教學方法，以電子白板為教學載具，以即時回饋系統作為評量載具，針對新北市某市立高中二年級自然組兩班學生進行研究，將兩班隨機分派為實驗組與對照組，實驗組學生有33位，對照組學生有32位，共65位。實驗組與對照組的主要教學差異為前者以明示法呈現次微觀表徵，後者則是以暗示法呈現次微觀表徵，教學研究為期兩週，共七堂課。 研究結果以量化和質性兩者兼具的方法進行分析。在量化方面，採用SPSS統計軟體分析概念表現情形與其差異，而在質性方面，將學生的概念圖進行概念類別以及概念類型的演變路徑分析。 本研究結果顯示：1.以明示法呈現次微觀表徵的多重表徵教學能幫助學生建立電池機制。2. 以明示法呈現次微觀表徵的多重表徵教學能有助於學生概念改變。3. 以明示法呈現次微觀表徵的多重表徵教學能幫助學生將氧化還原概念、電池概念以及電解概念作連結。 本研究建議教師在化學教學時，要將相關的概念一同教學將有助於學生學習，此外在教學的設計上要使用明示法來呈現次微觀，也要同時呈現巨觀、符號以及語言的表徵，將有助於學生理解化學概念。Item 探討七年級學生人體體溫恆定性心智模式與其一致性之關係(2012) 白勝安; Pai, Sheng An我國100學年度實施的97年國民中小學課程綱要中，將人體恆定性列為必須學習的能力指標之一。美國科學促進學會在Project 2061科學素養的基準中，指出國中人體生理學教學不應僅側重在生理結構和功能介紹，更應強調生命維持的基本需求，包括各個層次生理結構的互動以維持穩定的體內環境。 本研究以二階層診斷問卷、半結構式訪談和教學錄影施測和記錄，探討56名七年級學生人體體溫恆定性心智模式類型與其一致性關係表現，以及心智模式與其一致性兩者受到教學影響的前後如何發生轉變。利用九個命題陳述和五個問題情境設計問卷試題，訪談問題則包括「體溫的改變」、「體溫改變時的反應」和「體溫來源」三類。 研究結果如下： 1、從教學前後的施測結果顯示，學生回答巨觀問題時答對率皆能超過65%，然而對於微觀的題目即使在教學後仍然低於40%，因此無法將顫抖與呼吸作用連結。 2、學生在教學後，不論巨觀或微觀答題表現皆有顯著進步。在延宕測驗中，在巨觀答題的退步未達顯著，但在微觀答題退步達顯著。 3、七年級學生的人體體溫恆定性心智模式類型有科學模式、運動模式、外因模式、不調節模式和混合模式。 4、學生在「體溫來源」、「血液循環與體溫」、「運動、食慾與體溫」和「運動、血液循環與體溫」四個命題陳述中，心智模式一致性較低。前測和後測時在「氣候溫暖」的一致性較低，到了延宕測驗才具有較高的一致性。在「寒冷時運動」的情境中，學生在三次測驗的一致性都偏低。 5、個案教師教學時較少連結生活經驗與微觀機制且未說明「氣候溫暖」和「寒冷時運動」時產熱方式和散熱方式的變化，使學生產生另有概念和降低答題一致性。 研究結果顯示學生較熟悉可觀察到的巨觀現象，而不瞭解微觀機制，且在某些情境答題一致性偏低。教學應強化巨觀和微觀的連結，並涵蓋更多情境。未來研究中可以跨年級研究並結合人體體溫恆定相關「結構」和「功能」以獲得更多心智模式類型。Item 由概念改變探討科學史建模教學對學生熱傳播概念與建模能力之影響(2012) 陳婉(女勻)本研究選取教科書在『熱傳播』單元所呈現的概念為課程內容與教材設計的準則，以『傳統教學』、『建模教學』和『科學史建模教學』為教學方式，探討不同教學法對學生學習熱傳播概念成效的影響。再者，基於『建模能力分析指標』(張志康與邱美虹，2009)，探討不同的教學方式對於學生建模能力的影響，更進一步探討不同的教學方式對學生建模能力和概念改變之間的交互作用關係的影響。最後，探討不同教學方式對學生科學模型本質的影響。 本研究對象為國小五年級學生共84位，所使用的研究工具包含熱傳播概念二階層診斷式紙筆測驗前測、後測和延宕測驗，熱傳播建模能力試卷前測、後測和延宕測驗以及科學模型本質測驗前測和後測。本研究的結果如下： 一、『科學史建模教學』和『建模教學』在整體教學成效和3週後科學概念保留的情形都明顯優於對照組。更進一步針對熱傳播各概念的學習成效分析，發現『科學史建模教學』只在延宕測的微觀向度明顯優於『建模教學』。 二、熱傳播的科學模型是由熱傳導科學模型、熱對流科學模型以及熱輻射科學模型所組成。熱傳導科學模型在範圍和成分兩個面向較易學習，其次是結構面向，接下來是巨觀行為面向；熱對流是在成分和巨觀行為兩個面向較易學習，其次是結構面向，接下來是範圍面向；熱輻射則是在巨觀行為面向較易學習，其次是成分面向，接下來是範圍面向，三個子概念中最難的都是微觀行為面向，學生不易改變迷思概念，概念回歸的情形也容易發生。 三、『科學史建模教學』和『建模教學』在熱傳播建模能力和3周後建模能力保留的情形都明顯優於對照組。更進一步針對各建模步驟的建模能力進行分析，發現在模型效化和模型應用中，『科學史建模組』明顯優於『建模教學』。 四、科學史建模組和建模組在後測以及延宕測的熱傳播概念和熱傳播建模能力都達顯著正相關，但對照組僅在後測有相關性。更進一步進行分析，發現唯有『模型建立』的建模能力在後測以及延宕測都與熱傳播概念有顯著相關。 五、『科學史建模教學』和『建模教學』對科學模型本質的表現都明顯優於對照組。更進一步針對科學模型本質的三面向進行分析，發現『科學史建模組』只有在科學模型方法論的『情境』主題中明顯優於『建模教學』。 綜上所述，建模教學可以幫助學生理解科學概念、建立科學模型，也可以提升建模能力和增進對科學模型本質的認識；若在建模教學中加入科學史的教材，更可幫助學生保留在概念的微觀行為向度了解、增進模型效化和模型應用的能力以及科學模型本質的方法論中『情境』主題的認識，本研究旨在探討國民小學實施建模教學及科學史建模教學之可行性，以供其他地區或學校未來在建構相關課程時之參考。Item 建模教學的課室分析與學生概念改變--以晶體與分子間作用力為例(2016) 鍾曉蘭; Chung, Shiao-Lan模型(Model)與建模(Modeling)是科學發展的重要元素，也是科學學習中不可或缺的認知與能力，本研究探究在實施建模教學前，教師設計教學的歷程；評估建模與模型教學活動對學生學習的影響，以及學生在學習過程中概念改變的歷程；探索不同的課室活動中，教師的教學模式與學生學習成效、概念改變之間的關係。本研究以三種不同的課室教學活動(建模與多重表徵模型教學組、建模組、對照組)，探討高三學生在學習晶體與分子間引力相關概念的過程中對於晶體與分子間作用力的相關概念、晶體模型的想法、建模能力與解釋能力四個面向的概念改變情形。研究對象為新北市某公立高中高三自然組學生共計108位學生，三組皆進行為期二週(10節課)的教學活動。分析資料來源分為教學錄影帶(課室分析)與紙筆測驗兩大類型，紙筆測驗又細分為晶體模型問卷、形成性評量與學習問卷三大部分。主要研究結果彙整如下： 1. 三組經過五節課的教學後，教學中測驗的結果為概念方面進步最多，解釋方面進步最少，僅對照組建模能力略微退步。三組的中測以前測為共變數進行ANCOVA test，以LSD進行事後考驗，考驗結果皆達顯著差異。概念方面顯著性考驗結果為F(2, 106)= 11.46, p=.000；解釋方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=11.20, p=.000；建模能力方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=19.42, p=.000；整體表現顯著性考驗結果為F(2, 106)=24.59, p=.000。概念、建模能力與整體表現皆為建模與多重表徵模型教學組顯著優於建模組，建模組顯著優於對照組。解釋方面則為兩組實驗組之間無顯著差異，兩組實驗組皆顯著優於對照組。 2. 經過十節課的教學後，三組仍持續進步，進步幅度增加，但在解釋方面待加強。三組的後測以前測為共變數進行ANCOVA test，以LSD進行事後考驗，考驗結果皆達顯著差異。概念方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=21.50, p=.000；解釋方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=20.06, p=.000；建模能力方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=24.87, p=.000；整體表現顯著性考驗結果為F(2, 106)= 28.29, p=.000。概念、解釋、建模能力與整體表現皆為建模與多重表徵模型教學組顯著優於建模組，建模組顯著優於對照組。結果顯示同時使用建模與多重表徵模型活動更有助於複雜科學概念的理解。 3. 三組學生經教學後對於模型本體、模型表徵、模型功用與建模歷程的想法多半呈現正向的提升，特別是模型功用與建模歷程的同意度呈現高度同意，但三組後對於數學關係式能表徵晶體模型與量化關係來分析晶體模型的正確性同意度仍偏低。 4. 兩組實驗組學生認為建模歷程的教學活動有助於概念的理解與解決問題能力的提升，對於具體模型活動則持高度正向的同意度。 本研究建議科學教師在課室活動中可以採用建模與多重表徵的模型教學，並透過課室師生的討論活動，幫助學生藉由不同表徵的模型與建模歷程，以系統性的方式學習抽象而複雜的科學概念。Item 以臉部微表情辨識系統探討不同地區學生進行POEVC策略之教學成效—雙球競走認知衝突實驗(2018) 李宜諺; Lee, Yi-Yen本研究是以臉部微表情分析來探討學生在進行POEVC教學策略之學習成效，其研究內容有三個研究目的，分別為：(1)探討臺灣與大陸學生在「雙球競走」實驗中是否具備認知衝突與概念改變的教學效果。(2) 探討臺灣與大陸學生在「雙球競走」實驗中在概念改變與臉部表情變化之關聯性。(3) 探討「雙球競走」教學實驗在不同地區(臺灣和大陸)學生學習之差異性。本研究利用物理中的反直覺實驗「雙球競走」進行POEVC教學，教材設計包含實驗影片、視覺化表徵的動畫教學影片與文字表徵的文字教學影片。本研究的研究對象為大學生，以基礎力學及運動定律為概念的試題施以前後測，施測過程中收集受測者臉部微表情變化生理資訊，透過臉部表情分析技術來分析認知衝突實驗與教學對於受測者的成效性，並比對不同地區學生之間的差異性。 研究工具以量化為主，包含大陸地區與臺灣地區科學概念試題、臉部錄影資料與臉部表情辨識系統資料，科學概念試題分為前測與後測，播放投影片前先對受測學生以科學概念試題進行前測，資料的蒐集方法是在投影片播放中透過攝影鏡頭全程錄下學生臉部表情以及桌面錄影，播放結束後再進行科學概念試題後測，再請學生接受訪談，解釋實驗過程與想法，並對這些資料進行分析。臺灣地區概念試題之Cronbach’sα值為0.8; 大陸地區概念試題之Cronbach’sα值為0.75。 本研究之結果發現:(1)使用認知衝突情境的認知衝突實驗影片教學具有成效性；(2)雙球競走實驗一個良好的認知衝突實驗；(3) 實驗影片中慢速撥放較能產生認知衝突情境；(4) 加入視覺化教學步驟對於教學具有效性（5）不同地區學生在文字教學影片中出現臉部表情變化人數比例有差異性，對於有概念衝突之學生對於文字表徵所產生的臉部表情變化之情緒也有差異。(6) 兩地區學生皆在動畫教學影片中出現臉部表情變化人數比例較多於文字教學影片。(7) 產生概念改變之學生對於不同表徵所呈現的教學方式產生較多情緒而造成臉部表情變化，可以說明產生較多臉部表情變化可成為概念改變的指標。Item 以希望感理論探討概念改變之古典模式與新興模式對低成就與非低成就學生的成效(2016) 江芸慧; Chiang, Yun-Hui本研究主要探討兩種概念改變模型古典模式（Classical Model）與新興模式（Prevalence Model）對低成就與非低成就學生的學習成效之影響，並以希望感理論做出可能原因之解釋。以綜合高中、高職工科、實用技能班一年級的學生共244人，分班進行兩種概念改變的教學，而後資料分析試瞭解對不同類別的學生而言，何種教學法較有成效，且本研究以浮力為主題，使用二階層診斷評量，可釐清哪種教學法對何種浮力的迷思概念之概念改變較有幫助。研究顯果顯示：（一）針對非低成就低希望感的學生，Prevalence Model的課程顯著優於Classical Model的課程。（二）兩種課程對密度迷思3以及體積迷思3都有顯著的概念改變；公式迷思以及體積迷思2僅Classical Model課程能有效的概念改變；密度迷思2以及體積迷思1僅Prevalence Model的課程能有效的概念改變；而兩種課程對三種重量迷思以及密度迷思1都沒有顯著的概念改變幫助。Item 以臉部微表情分析技術與眼球追蹤技術探討認知衝突實驗之成效(2016) 林俊豪; Lin, Chun-Hao本研究主要以臉部微表情分析技術與眼球追蹤技術探討認知衝突實驗之成效，研究內容包含三個主要研究目的，分別為(1)探討雙錐體上坡實驗是否具備認知衝突的教學效果，教學過程中有無概念改變的可能性。(2)探討雙錐體上坡實驗在使用OEVC組(無預測)、POEVC兩種教學設計在概念成就上有無差異。(3)探討使用雙錐體上坡實驗在臉部微表情變化與眼球追蹤紀錄之關聯性。 本研究主要利用科學概念問卷檢測大學生對於雙錐體上坡實驗的科學概念是否正確，研究設計包含雙錐體上坡認知衝突實驗與融入POEVC的教學設計，教材設計包含視覺化表徵的教學影片與文字表徵的文字投影片，並討論過程中受試者對於預測步驟的成效差異。施測過程中利用臉部微表情分析技術與眼球追蹤系統來收集學習歷程的生理資訊，用來分析認知衝突實驗對於受試者的影響，並討論表情變化與眼球生理訊號的關聯性，藉由學習歷程與學習成效來討論認知衝突實驗的設計建議與學習效果分析。分析受試者科學概念問卷表現來了解先備知識的差異與教學後的成效，概念問卷的試題類型主要以是非問答題、單一選擇題、非選題、生活情境題等題型來評估是否具有迷思概念與精力教學的結果是否達到概念改變的條件，雙錐體上坡的科學概念選擇則以高中範圍的力學為主，主要有轉動與力矩等科學概念。 本研究的結果發現： (1)由前測成績在理組與文組間無顯著差異，後測成績理組與文組達顯著，t(18.929)=3.688，(p=0.002)，關鍵概念在兩組的後測結果也達顯著，t(31)=1.773，(p=0.002)，可知科學概念對不同組別受試者的理解難易程度會表現在運用認知衝突實驗的教學成效。 (2)由前後測中的生活情境題結果可知，文組學生在後測的生活情境題中成績與理組比較結果具有顯著性t(31)=-.992，(p=0.042)，可知使用認知衝突情境的實驗在融入教學設計對於關鍵概念的學習是具有成效的。 (3)由實驗影片與關鍵概念教學的各興趣區間數值比較發現，除純滾動文字教學的空白區域外，由各項本研究的眼動指標數值發現，文組受試者的眼動指標數值皆大於理組，可知認知衝突實驗與文字教學設計在眼動指標上與不同類組的受試者有關。文組在前後測成績進步較佳，但與理組的進步成績無顯著性。 (4)認知衝突實驗設計與先備知識有關，例如文組與理組對純滾動概念在高中課程的差異造成具有的先備知識不同，因此在文字教學中的凝視頻率具有顯著差異，t(31)=-1.015，(p=0.01)。 (5)認知衝突實驗影片的播放速度對於不同實驗具有不同的成效，由臉部表情變化指標可知不同受試者會產生微表情變化的區間分布在不同的播放速度區間。不同區間的臉部微表情變化與眼動指標數值具有差異，但未達顯著性。Item 概念取代教學對國中生浮力單元概念學習與概念改變之影響(2017) 楊瑜君; Yang, Yu-Chun本研究以「概念取代理論」為基礎，發展浮力概念取代教學。探討概念取代教學與傳統式教學在浮力單元迷思概念改變之情形。本研究採用準實驗研究法，研究對象為兩班國中九年級學生，分別為實驗組19人，實行概念取代教學；對照組21人，施以傳統式教學，並收集浮力概念診斷測驗前後測、浮力概念應用後測以及浮力概念延宕後測等資料，以了解學生浮力概念的學習成效與迷思概念改變情形。以下為本研究的結果： 1. 實驗組與對照組概念改變皆有成效，然實驗組之概念改變成效顯著優於對照組，但在正確概念學習成效上無顯著差別。代表概念取代教學主要幫助的是概念改變的部分。 2. 實驗組的應用測驗顯著優於對照組。代表學生經過概念取代教學後對浮力概念有較佳的解釋能力。 3. 延宕後測整體而言兩組沒有顯著差異，但實驗組在概念取代題型的得分上高於對照組，雖未達顯著差異，仍有優於對照組的趨勢。 概念取代教學可以有效的幫助學生產生概念改變，並使學生在概念應用上有較好的學習成效，依本研究結果，對未來教師教學與教科書編寫及研究方向提出建議。