學位論文
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Item 探討高中生氧化還原心智模式及概念改變之研究(2008) 江文瑋; Chiang,Wen-Wei探討高中生氧化還原心智模式及概念改變之研究 本研究的主要目的在探討高中學生氧化還原概念心智模式的類型及相關概念改變情形。利用質性晤談，找出學生氧化還原的心智模式，發展封閉式二階層試題診斷工具，並針對屏東縣前三志願公立高中學生進行施測，研究結果以質化與量化兼具的方法進行分析。 在質化分析方面，從RAINBOW理論(邱美虹，2008)中的認識論面向、本體論面向、概念發展等面向，探討不同年級的學生概念改變的情形：(一) 就認識論面向來看，學生對氧化還原概念的心智模式類型(1)就氧化還原反應概念而言，學生持有的心智模式有八種：氧模式、燃燒模式、電子模式、氧化數模式、時序模式、途徑模式、化合/分解模式、科學模式；(2)就氧化數定義及應用概念來說，學生持有的心智模式有七種：氧原子個數模式、非氧原子個數模式、電荷數模式、莫耳係數模式、程度模式、速率模式、科學模式。 (二) 就本體論面向而言，學生在氧化還原反應定義概念上，高一學生多數持有的氧模式、化合／分解模式，多錯置在物質本體中，高二學生若持有的是電子模式與氧化數模式，則分別錯置在過程本體的直接過程與物質類別中，高三學生若持有的是氧化數模式，則會誤派在過程本體的直接過程。 (三)就概念發展的觀點來解釋學生的想法，發現到學生對氧化還原反應的自發性解釋，常常與科學史上已經放棄的舊典範相同。高一學生多持有「燃燒模式」，其想法與Scheele(1779)發現到燃燒現象不謀而合，亦有學生持有「氧模式」，誠如Lavoisier發現到空氣中有一種物質，命名其為「氧氣」的想法呈現一致。高二、高三學生在學習過原子、電子、酸鹼反應單元後，再接觸到氧化還原課程，大多持有「電子模式」，認為氧化還原反應與離子價數有關，此想法與Arrenhius(1884)提出的離子理論與Lewis(1916)的價電子理論相呼應。而持有化合／分解模式的學生，認為一般反應中化合物的分解過程亦是氧化還原反應的一種，此想法與Liebig(1837)將氧化還原定義為化合物移出氫或釋放出氧原子的想法有其類似之處。 在量化分析方面，採用的是SPSS的統計軟體分析概念表現情形，與研究者自行研發的一套機率統計軟體，研究發現學生在回答二階層試題時，我國高中生多數以氧的得失屬於氧化還原反應的概念普遍表現良好，隨年級增加上升；電子的得失亦屬於氧化還原反應的概念，高二學生表現略優於高三學生，但統計上無顯著差異；高三學生氧化數定義及應用概念得到較高的分數，隨著年級而有明顯增加的現象。 本研究從多元面向探討高中學生氧化還原心智模式類型及概念改變情形，研究成果可作為課程設計者、科學教師們、科學教育學者之參考。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。