學位論文
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Item 從概念改變理論探究建模教學對學生力學心智模式與建模能力之影響(2009) 張志康; Chang, Chih-Kang本研究以Vosniadou、Chi與diSessa (簡稱VCD) 的綜合理論建立「新-心智模式架構」，嘗試整合三位學者的觀點，從多元面向探討「影響概念改變的因素」及「心智模式的類型與演變」。研究目的主要是以VCD綜合理論探討學生概念運作的機制及其心智模式的一致性，並從分析結果中針對VCD的爭議，提出另一個思考的面向。此外，為了刺激學生們對力學概念的活化，研究者採用近十多年來科教界極力提倡的建模教學，分析不同建模教學對學生力學概念與建模能力之影響。在研究工具方面，本研究使用Ioannides& Vosniadou (2001)的「力學概念晤談測驗」，配合建模能力分析指標(邱美虹，2008；張志康與邱美虹，2009)所設計的「力學建模教學」與「力學建模能力測驗」，探究前述之研究目的。 本研究共分四個階段進行：第一階段，研究者分析學齡前、國小、國中與高中學生的力學心智模式架構，在各分層架構內的運作情況與連繫關係。研究結果顯示，(一)跨年級學生心智模式的來源源自「特定領域(Domain-specific)」的人數比例有隨年級的增加而逐漸增長的趨勢。(二)持有迷思預設的人數比例，有隨年級的增加而逐漸減少的趨勢。(三)概念使用的情況，有隨年級的增加而逐漸傾向過程屬性的趨勢。(四)心智模式的類別，有隨年級的增加而逐漸傾向科學模式的趨勢。(五)以全體學生來看，各分層架構間的連繫關係，其Φ相關值達顯著。 第二階段，研究者分析學生力學心智模式的穩定一致性。研究結果顯示，48名學生在未接受力學相關教學前後，其力學心智模式的穩定一致性為83%；此外，48名學生在力學概念晤談測驗各類試題中所使用的力學概念類別一致性為85%。因此，學生的心智模式具有一定程度的一致性，與Vosniadou的觀點相符。 第三階段，研究者分析學齡前、國小、國中與高中學生在經過電腦建模、類比建模與思考建模教學前後，其力學概念改變與建模能力提升的情形。研究結果顯示，(一)三種建模教學對於學生力學概念改變與建模能力的提升，都有顯著的效果(t力學概念=6.424, p力學概念<.01; t建模能力=11.795, p建模能力<.01)。(二)在力學概念改變方面，三種建模教學的效果無顯著差異，而跨年級學生的表現有顯著差異(p<.05)，年級越高的學生，其後測表現越佳。(三)在建模能力提昇方面，以思考建模教學最差，而電腦與類比建模教學的效果與思考建模教學間達顯著差異(p<.05)；而在跨年級學生的表現上，國中與高中學生其後測表現顯著優於國小與學齡前學生。因此，建模教學可促進學生的力學概念獲得更多的過程屬性，亦可提升學生的建模能力；唯不同年級與不同教學法間，仍有差異存在。 第四階段，研究者分析不同建模教學對跨年級學生力學概念與建模能力的影響。研究結果顯示，(一)電腦建模教學對於國小與國中學生力學概念改變的幫助較大，而對國中與高中學生建模能力的提升較佳。(二)類比建模教學對國小與高中學生力學概念改變的幫助較大，而對國中與高中學生建模能力的提升較佳。(三)思考建模教學對國中與高中學生力學概念改變的幫助較大，而對國中與高中學生建模能力的提升較佳。(四)三種建模教學對於學生力學概念的改變無顯著的差異，但對建模能力的提升有顯著的差異；其中，電腦與類比建模教學對跨年級學生均合適，而思考建模教學較適合於國中、高中學生。 綜上所述，以「新-心智模式架構」解釋概念運作的機制，不僅顧及多面向的研究結果，在實徵研究上亦可重新審視VCD等人的理論觀點，針對跨年級學生力學心智模式架構的差異情形進行多元的探討。此外，研究者基於建模能力分析指標，分析跨年級學生的各項建模能力，藉以探討不同年級學生經建模教學後的學習成效；結果發現，國中與高中學生建模能力的學習成效較佳，若能在中學課室中融入建模教學，將有助於學生們對力學概念的學習。Item 探究七年級在「光學」建模教學的心智模式改變與建模能力表現(2009) 楊宜雯; I-Wen Yang本研究採用Treagust (1988) 所提出的雙層診斷測驗探究七年級學生有關於「光與視覺」、「光的行進」、「光的反射與平面鏡成像」、「光的折射」四部分在教學前後的概念理解情形以及心智模式類型的演變。本研究對象共分為兩組，分別為建模教學實驗組與一般教學控制組，兩組各為37人。本研究的實驗組教材是針對國中階段的光學概念，以Halloun (1996) 提出的科學建模歷程重新設計適合的建模教學方案，並發展光學建模能力晤談問卷，透過晤談與測驗收集資料，整理比較兩組學生在教學前後對於光學的另有概念分布、學習成效、正確性與一致性、各子概念的心智模式，以及兩組在教學後的建模能力，並藉由情意問卷了解兩組對於不同教學的觀感。研究結果摘述如下： (1)本研究學生在教學前後所具有的光學另有概念，與國內外的相關研究相似。在「光與視覺」與「光的本質」部分教學前就已具有正確的概念；在「光的反射」部分經由學習後仍持有許多錯誤的概念，對於學生是難以學習；在「光的折射」部分經由學習後就能夠從錯誤的概念轉變成科學概念，對於學生是易經由學習而獲得的概念。 (2)從學習成效結果顯示建模教學較有助於學生在「光的反射」與「光的折射」部分的學習，而傳統教學較有助於學生在「光與視覺」部分的學習。 (3)從正確性與一致性的分布圖，發現兩組學生在教學前後，不斷地經由精緻化與修正對光學的概念，學生的心智模式會趨向一致且正確的科學模式發展。 (4)學生在前測、後測以及延宕測驗的主要心智模式結果如下：「光與視覺」為科學模式/科學模式/科學模式；「光的本質」為科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式；「光的反射」為混合模式/科學＋傳送模式/科學＋傳送模式；「光的折射」為科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式。 (5)從晤談結果分析，不論在實驗組獲控制組，高學習成就群的建模能力表現＞中學習成就群的建模能力表現＞低學習成就組的建模能力表現，顯示學習成就與建模能力是有相關的，呼應Grosslight (1991) 提到想要學好科學，必須先提升建模能力。 (6)實驗組學生對於建模教學都保持正向的態度，喜歡教師以多元的方式教學，尤其是實驗的操作最能讓學生印象深刻且幫助理解。 本研究嘗試以科學建模歷程為基礎，再依照每個歷程的目標設計教學活動，並加入許多實驗與體驗活動，建構一個學生主動建構知識的學習環境，以雙層診斷測驗、建模能力晤談問卷以及學習情意問卷了解學生在認知、情意以及技能三方面的表現，整體而言，以建模為基礎的教學有效地幫助學生學習光學概念。Item 探討建模教學對於八年級學生學習物質粒子概念之學習成效與建模能力之影響(2010) 賴俊文本研究旨在探討建模教學對八年級學生學習物質粒子概念之影響，希望藉由建模教學提升學生物質粒子概念學習成效與建模能力。研究對象為92位台北市某國中八年級學生，研究對象依據教學方式共分為三組，其分別為「靜態模型講述組」、「動態模型講述組」與「動態模型建模組」，利用研究者自行發展測驗工具分析學生學習成效，並利用建模能力評估指標（MAAI）分析晤談學生之建模能力表現。研究結果顯示： 1.三組學生於物質粒子概念後測成績比較（F＝15.49，p＝.000＜0.001）或總結性評量比較（F＝4.663，p=.012＜.05）均達顯著差異，再經由Scheffe’s事後多重比較分析，顯示建模教學有助於學生物質粒子概念建立。 2.三組學生於動態評量部分，除動態評量（Ⅱ）未達顯著差異外（F＝0.965，p＝.385＞.05），其餘三次動態評量比較結果均達顯著差異（F＝4.270，p＝.017＜.05； F＝4.101，p＝.020＜.05； F＝4.577，p＝.013＜.05），再經由Scheffe’s事後多重比較分析，顯示建模教學有助於學生在學習過程中，對物質粒子概念的建立。 3.研究結果亦顯示，不同的教學策略對於學生建立原子結構心智模式演變途徑並不相同。靜態模型講述教學主要途徑為：實心球原子模型→拉塞福原子模型→拉塞福原子模型；動態模型講述教學與動態模型建模教學主要途徑則為：實心球原子模型→波耳原子模型→波耳原子模型，顯示動態模型較能建立學生波耳原子結構模型，而學生所建立的原子結構心智模型愈接近科學模型，學習成效愈好。 4.三組學生於物質粒子建模能力之表現，研究結果顯示，三組學生於模型效化、模型重建與整體建模能力等三個方面均有顯著差異（p=.033＜.05），顯示建模教學有助於提升學生整體之建模能力，特別是在模型效化與模型重建。Item 探討建模教學對於密度及水溶液概念的學習成效(2019) 胡琇惠; Hu, Siou-Huei科學家利用模型思考，解決問題。在科學課程中，教師利用模型，幫助孩童認識世界。學生透過模型了解理論，教師可運用不同的表徵與模型，幫助學生探索與認識自然。本研究依課程內容可分為密度及水溶液兩單元，課程設計以邱美虹（2016）提出的建模歷程為架構，其過程包含八個步驟：分別為模型選擇、模型建立、模型效化、模型分析、模型應用、模型調度、模型修正、模型重建。 本研究主要探討在進行建模教學後，對於學生在密度與水溶液的學習成效上是否有幫助。本研究分為兩個研究主題：研究一：探討建模教學對於「密度概念」；研究二：探討建模教學對於「水溶液概念」學習成效。研究對象為台北市某國中八年級四班學生進行研究，將四班隨機分成建模教學組與一般教學組，建模教學組學生有55位，一般教學組學生有54位，共109位。研究工具分為量化與質性工具，量化工具包含密度及水溶液概念之前測、後測與延宕測驗、認知負荷問卷，質性工具包含學生晤談資料。概念測驗工具由兩位具有化學背景的大學教授，與一位資深國中教師建立專家效度，且密度與水溶液試卷信度為0.81及0.79。針對學生測驗結果，將以SPSS進行t-test及共變數分析（ANCOVA） 整體研究結果顯示：（1）建模教學可以幫助學生科學概念的學習與問題解決，其中在密度概念（F=25.1，p<0.001）及水溶液概念（F=13.83，p<0.001）中均達顯著差異。（2）建模教學最能幫助中能力學生學習科學概念，而在較複雜的科學概念上，對低能力學生幫助較低，但對於高能力學生則幫助較大。（3）建模教學運用模型思考，幫助學生學習與解決問題。但由於過程中學生要學習科學概念與建模歷程框架，相較於一般傳統教學，建模教學更容易造成個體的認知負荷，其中在密度概念整體認知負荷（t=2.66，p=0.009，df=89）及水溶液概念整體認知負荷（t=2.58，p=0.01，df=84）中均達顯著差異。Item 探討建模文本對於十年級學生學習原子模型之學習成效與建模能力之影響(2016) 周宜靜; Chou, Yi-Ching科學文本在學校科學教育中扮演著非常關鍵且重要的角色，不僅能夠幫助學生對於科學概念的學習，更是教師設計教學活動的主要依據。據此，本研究以建模歷程為架構設計了「外顯式」與「內隱式」的建模文本，並依照學生心智模式的屬性，將36位十年級學生平均分到「一般文本組」、「內隱式建模文本組」與「外顯式建模文本組」，最後，則透過各組科學文本的閱讀，探討學生對於原子模型概念、心智模式與建模能力的影響。本研究結果顯示學生在原子模型概念上，以外顯式建模文本的閱讀較有助於完整原子模型概念的學習，並能夠發展其建模能力，也能在閱讀文本之後，建立較接近科學模式的心智模式，因此，此結果也彰顯了外顯化建模歷程的效用，更顯示出外顯式建模文本的有效性，最後，也能在科學教育中提供建模科學文本編寫的參考依據。Item 探討建模本位探究教學於化學電池的學習成效與建模能力(2016) 曾茂仁; Zeng, Mao-Ren學生學習科學方式即是建立模型的過程，並且在學習過程中，不斷修正與精緻化此模型使其能逐漸與科學模型相似，因此，在科學學習的過程中培養學生的建模能力是重要且必須的目標。本研究所使用的建構模型的過程包含八個步驟：模型選擇、模型建立、模型效化、模型分析、模型應用、模型調度、模型修正與模型重建(邱美虹，2014；Jong, Chiu,& Chung, 2015)，在此過程中，每個歷程所應具備的能力即為建模能力。 本研究根據課程內容可分成：研究一：化學電池的成分與關係；研究二：化學電池的交互作用，針對學生之科學概念、建模能力與心智模式分別進行討論。本研究的研究工具改編自邱美虹(2015)科技部計畫，由一位具有科教背景的高中化學教師，與兩位資深國中教師建立專家效度，且試卷信度為 0.76與0.79。本研究之研究對象：研究一：以51位臺北市國中學生為研究對象，分成建模文本教學組(N=24)與一般文本教學組(N=27)；研究二：以研究一之建模文本組為研究對象，分成建模本位探究(N=12)與一般探究教學組(N=12)。資料收集包含課程之前、後化學電池測驗以及學生晤談資料。 研究結果顯示，研究一：在化學電池的總分、成分、關係與系統此四項分類中，建模文本教學組的學習成效較一般文本教學組高；另一方面，學生建模能力的表現上，建模文本教學組，於選擇、建立、效化與應用中皆較一般文本教學組的建模能力階層高。研究二：在化學電池的總分與系統分類中，建模本位探究組的學習成效較一般探究教學組高；另一方面，學生建模能力的表現上，建模本位探究組，於建立、效化與平均建模能力皆較一般文本探究組的建模能力表現好。綜合以上研究結果可知，建模本位探究教學有助於學生在科學概念、建模能力與心智模式的學習與改變。