科學教育研究所
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本所於民國75年秋奉教育部核准設立，經當時理學院吳院長京一、與數學系、物理系、化學系、生物系、地球科學系等系主任，以及本校科學教育學者之籌備和規劃，分別於75年成立博士班，於76學年度招收第1屆博士班學生，83年成立碩士班，於84學年度起正式招收第1屆碩士班學生，87年成立教學碩士班，於88學年度招收第1屆教學碩士班學生。
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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 探究多重表徵教學對於八年級學生學習化學平衡概念與概念改變的影響(2009) 卓憲瑞化學教師選出學生感到困難的單元有化學平衡、莫耳、氧化還原、化學計量反應，其中化學平衡是被列為學生最難理解的單元(Finley et al., 1982)，對化學平衡這個單元而言，許多學生誤以為是一種靜平衡的狀態，殊不知其實它是屬於一種動平衡的概念，Chi等人認為化學平衡的困難之處在於其本體屬性為突現本體，而非直接過程本體，本研究希望透過多重表徵的教學方式，來增進學生的學習理解。 本研究以八年級61位學生為研究參與對象，共分為兩組教學。其中實驗組學生有32人，教學過程是以多重表徵的方式呈現；對照組學生有29人，教學方式則為教師口語和板書教學，兩組學生之中各選出6位標的學生，進行晤談以了解學生具有何種心智模式。 本研究的結果如下： 1.兩組的概念問卷後測部分有達到顯著差異，表示實驗組的多重表徵教學確實能造成學習成效上的差異。 2.兩組的本體問卷在後測、延宕階段都有達到顯著差異，表示強調巨觀、微觀等不同面向的多重表徵教學有助於學習者理解化學平衡的突現過程本體屬性。 3.比較兩組間的心智模式類型分佈結果，不管是實驗組或是控制組方面，在前測階段兩組學生的心智模式都有集中在化學平衡反應的方向是從方程式的左邊向右邊進行的，至於在化學平衡的微觀機制部分，在前測階段兩組的心智模式都有集中在反應物與生成物達平衡時兩者的濃度相等，其中實驗組更有高達七成的比例。 4.從學生的情意問卷中顯示，大部分實驗組同學對於多重表徵教學是抱持著正面的反應。 研究結果顯示實驗組的多重表徵教學成效是優於控制組的傳統教學，建議科學教師可以在教學活動中，藉由不同表徵之間的交互作用，幫助學生了解化學現象中的科學概念，如此以協助學生建立正確的科學心智模式。Item 探究不同數位學習教材設計模式對國小六年級學童光合作用概念學習之影響(2008) 楊凱悌; Kai-Ti Yang光合作用在生物科學上有其重要性，因此，一直被視為生物課程中的主要議題之一，以我國九年一貫課程為例，其亦被列入相關的課程綱要中。然而，光合作用因其所具備的概念面向相當地多，且囊括許多與日常生活經驗不同的概念，因此，學童往往僅將之直接納入既有的概念體系中而非去理解它，因而產生許多迷思概念，故光合作用一直以來被認為是學生最困難學習的主題之一，且為科學教育研究者長期關注探究的焦點。本研究以文獻所提及之學童普遍存有的光合作用迷思概念為依據，並參考Mikkilä-Erdmann ( 2001)設計概念改變文本的論點以及動態評量的理論為基礎，來發展出一個概念改變教材設計模式(Conceptual Change Material Development Model, CCMD Model)，並實際應用該模式來發展數位學習教材，用以輔助國小六年級學童於光合作用概念上的學習。 本研究為考驗CCMD Model所發展之光合作用數位教材的效益，採用準實驗設計，將四所公立國民小學八個班級共232位六年級學童，以班為單位，隨機編派到四個研究組別—「概念改變教材設計含動態評量組(CCM+D組)」、「傳統教材設計含動態評量組(TM+D組)」、「概念改變教材設計但不含動態評量組(CCM組)」與「傳統教材設計但不含動態評量組(CCM組)」。在進行為期兩週的自由學習之後，比較四組不同數位學習教材設計模式學童之學習效益、概念改變與學習感受的情形。此外，也將從先備知識的角度，來探究學童之先備知識對其在不同數位教材設計模式下的學習影響。 本研究的具體發現如下： 1.採用CCMD Model—概念改變教材含動態評量的設計模式來開發數位教材，有助於國小六年級學童進行光合作用概念的學習。數位教材採用概念改變之設計模式的學習效益較傳統設計模式佳，且數位教材中若包含動態評量的設計將具有更好的學習效益。 2.數位學習環境中融入概念改變數位教材的設計，對於學童在「光合作用的必要條件」與「光合作用在生態上的意義」概念上的學習較有助益，但若能同時融入動態評量的策略，則能達到更好的學習效益；而動態評量的設計則對「光合作用的意義」、「光合作用的場所」、「光合作用的原料」與「光合作用的產物」概念上的學習幫助較大。 3.學童在進行光合作用單元的學習之前即持有相當多的迷思概念，經過教學之後，以CCMD Model所開發之數位教材較能協助學童改善其迷思概念，傳統數位教材含動態評量之設計模式與僅含概念改變數位教材之設計模式，雖也能協助學童改善部分迷思概念，但效益不如前者，而僅含傳統數位教材之設計模式的學童，經學習後於光合作用之迷思概念上的改善狀況最差。概念改變數位教材對於「光合作用的意義」、「光合作用的場所」與「光合作用的產物」之迷思概念的改善較有幫助，而動態評量則對於「光合作用的必要條件」與「光合作用的原料」之迷思概念的改善較有幫助。 4.CCMD Model所開發之數位學習環境包含概念改變數位教材與動態評量兩大部分。透過學童們在動態評量上的作答表現可以發現到，相較於傳統數位教材設計而言，本研究所設計之光合作用的概念改變數位教材，對於學童進行光合作用概念的學習具有良好之輔助成效。同時，動態評量所提供之漸進式提示也能協助學童學習光合作用的概念並修正錯誤的想法。 5.學童之先備知識與其學習效益間具有顯著正相關(r=0.633, p<0.01)；先備知識成績屬於高分群者與中分群者學童之學習效益，顯著優於先備知識屬於低分群者，因此，學童的先備知識對其概念學習具有重要影響。 6.從數位教材設計模式的角度來探討其對於不同先備知識學童之學習影響，則可以發現，數位學習環境中融入動態評量的設計，對於先備知識屬於高分群的學童而言，較能輔助其學習效益；對於先備知識屬於低分群的學童而言，動態評量雖能輔助其學習效益，但仍需要搭配上概念改變教材的設計，方能達到較佳的學習成效。另外，相較於傳統教材設計模式的數位學習環境中，具有概念改變教材設計模式的數位學習環境，較能提供不同先備知識層次學童有較多的學習機會。 7.不同數位教材設計模式的學童，多對於採用電腦學習自然與生活科技課程持有正向的態度；利用電腦上課的方式，不但讓學童更具正向的學習態度、更重視於完成課堂上的活動外，教材中的各項設計與表徵也更能促進學童的學習。另外，CCM+D組與TM+D組學童多對於數位教材設計模式中所包含之網路動態評量的漸進式提示設計具有正向的態度，且認為該設計猶如隨侍在旁的家教老師，在其做錯時給予適切的輔助與指引，促進更主動地進行光合作用概念的學習。Item 透過建模與多重表徵教學探討高二學生的建模能力與概念改變－以空間概念為例(2009) 蔡春風; Chun-Feng Tsai本研究旨在透過科學建模與科學概念改變理論的觀點來探討學生在學習數學上的空間概念時的建模能力與概念改變。在本研究中，研究者發展了一套為期六週、以建模與多重表徵為設計基礎的數學課程，並在一所普通高中內實際進行教學。研究者將三個班級（共125位高二學生）透過方便性取樣分為建模與表徵組(MR)、表徵組(R)與控制組(C)等三組。其中建模與表徵組（簡稱建表組）與表徵組由研究者進行教學，而控制組則由該校一位經驗豐富的數學教師進行教學。 在本研究中，研究者修改了張志康和邱美虹（2009）所提出的「建模能力分析指標(Modeling Ability Analytic Index, MAAI)」，發展了一套多面向的概念試題，在每單元結束後各施測一次，以作為評量與分析的依據。該試題共有五個單元，每個單元均包含許多開放性問題；學生必須完整地進行答題與解釋，才能獲得高分。在後測結束後，每位學生均接受為時20至30分鐘訪談，以協助研究者確認對學生所持之心智模式的歸類是合理的。此外，研究者尚挑選了27位持有不同心智模式與建模能力的標的學生進行為時1小時的深度訪談；此深度訪談旨在深入探討這些學生的心智模式與建模能力，以作為典型個案的呈現。本研究所有的研究工具均經過信效度檢驗，並達到合理標準。 經過資料編碼與分析，本研究顯示出以下結果：首先，三組學生在接受過建模與多重表徵教學後，在概念理解上均有顯著的進步，其中又以建表組的進步幅度最大，表徵組的學生次之，而控制組的學生進步幅度最小。在這當中，建表組與表徵組學生的進步幅度也顯著地較控制組來得大。其次，學生所持有的空間概念心智模式是多元且多樣的。本研究根據先前文獻與試測結果，將學生的心智模式分為科學模式、斜角模式、有界模式、符號模式、實體模式、二維延伸模式、以及其他等七類。在教學前，持有二維延伸模式與有界模式的學生是最多的，隨著教學活動的進展，二維延伸模式的學生開始減少，取而代之的是實體模式與符號模式。有界模式雖然一直都有學生持有，但卻不是比例最高的。在教學的尾聲以及教學完畢後，持有科學模式與符號模式的學生則是最多的。這樣的結果符合了研究者的教學目標，也符合了先前的研究發現。接下來，在學生所使用的建模歷程上，建表組的學生所使用的建模歷程顯著地較表徵組與控制組來得高。學生在六個建模歷程當中，以模型選擇、模型建立與模型應用的表現較為理想。建表組的學生在模型效化、模型調度與模型重建三個歷程上，所使用的次數與表徵組及控制組的學生有顯著的差異。接下來，在學生的建模能力方面，建表組學生的平均建模能力（2.81分）顯著地比表徵組（2.03分）與控制組（1.98分）來得高。56%的建表組學生在教學結束後具備了進階的建模能力，然而三組學生在答題層次上並未展現出顯著差異。接下來，在學生所採用的表徵形式與種類上，學生最常使用的表徵種類為數學表徵，其次是言語表徵與具體表徵。學生較少使用視覺與動作表徵。造成這樣的差異的主要來源，乃是由於建表組的學生在進階建模能力上的得分顯著地比其他兩組來得好。最後，根據回饋單、情意問卷與課堂錄影等資料顯示，學生對這樣的課程持有相當正向的態度，且在課程中有著良好的師生互動。根據本研究的結果，研究者建議教師設計建模與多重表徵課程，並以外顯化的方式實施，以提升學生的建模能力並促進概念改變。Item 建模教學對國小五年級學生酸鹼心智模式改變之探究(2009) 邱柏融; Chiu Po-Jung摘 要 本研究由概念改變的觀點出發，探討建模教學對國小五年級學生酸鹼心智模式之改變。本研究針對國小階段的酸鹼概念，設計適合國小階段的建模教學方案，並發展酸鹼概念二階層診斷式問卷。透過晤談與問卷收集資料，分析並整理出國小五年級學生所持有的酸鹼心智模式，並由此得知國小學生經過建模教學後期心智模式的改變。 本研究共晤談了19位國小五年級的學生，並使用酸鹼概念二階層診斷式問卷，共調查了實驗組( 建模教學組 )與對照組( 一般教學組 )各50位學生。研究發現國小五年級學生在酸與鹼的意義及其性質之心智模式主要有：1.現象模式( 38% )；2.關鍵字模式( 23% )；3.推論模式( 36% )；4.微觀結構模式( 36% )；5.微觀粒子模式( 34% )。在酸鹼中和的部份，本研究在教學前所發現的有1.酸鹼並存模式1( 33% )；酸鹼並存模式2( 17% )；3.抵銷模式( 41% )。在酸鹼指示劑部分，本研究則發現特定顏色模式( 29% )與科學模式( 65% )。 在教學上，本研究亦發現，不論是建模教學組或是一般教學組，在教學後這些心智模式均仍有出現，但其分布的情況就有所差異。在酸與鹼的意義及其性質上，在教學後，兩組的關鍵字模式均明顯下降，建模教學組的學生主要轉移到推論模式；而一般教學組則主要轉移到現象模式。在酸鹼中和部份，建模教學組與一般教學組之酸鹼並存模式均明顯下降，一般教學組主要轉移到抵銷模式；而建模教學組的學生除了轉移到抵銷模式之外，有38%的學生可以達到筆者所設計的科學模式。可見本研究所設計之建模教學雖然不能完全的把所有的學生建構出正確的科學模式，但大部分的學生已經能有效的修改既有的心智模式，以接近科學模式。 本研究接受建模教學之學生在後測表現與前測表現間具有顯著差異。顯示藉由建模教學活動，國小學生已經可以接受微觀模式的教學，甚至透過視覺與動作表徵的建模方式，修改學生原有的心智模式。本研究結果也呼應了Maskill ＆ Cachapuz ( 1997 )的研究，國小高年級學生是可以有效的學習微觀概念的科學知識。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 高一學生生物演化概念分析與概念改變教學之研究(2007) 茬家續; Chia-Hsu Chih本研究以概念本體論、生物演化的變異論與轉型論為理論背景與心智模式分類依據，以改編自Shtulman(2006)設計的生物演化概念問卷，首先對120位高一學生進行紙筆測驗，以了解學生的生物演化概念。 紙筆測驗結果顯示，在生物演化概念問卷的紙筆測驗表現上，120位學生具有轉型論、變異論與綜合型三種心智模式。六大題組30題總得分最高者為+28，最低者為-14，平均5.68。顯示就全體學生在整份問卷的表現而言，變異論心智模式傾向多於轉型論心智模式傾向。 研究者根據Chi& Slotta、Geraedts & Boersma、Shtulman的主張，設計一個生物演化教學課程，對教學組的學生進行實際教學補救，並於教學後進行紙筆測驗之後測。最後再對教學組與對照組學生進行生物演化問題之晤談，以其對生物演化問題的解釋架構與邏輯性，佐證教學成效，並比較不同問題情境下的表現差異。 在紙筆測驗上，學生在面對教科書中學過的演化問題時，普遍能有變異論的作答反應，但卻不能遷移至未學過的演化問題情境，遂代之以轉型論的作答。在解釋達爾文理論的物種適應因果機制時，變異論者會選擇具有完整突現過程本體屬性的選擇類比；而轉型論者最為偏好的類比與本體屬性則依序為外力類比（直接的與相呼應的屬性），其次是成長類比（次團體或種類屬性），而意圖類比（意圖的屬性）則較少。在晤談中，學生在遇到教科書中未學過的演化問題時，普遍傾向以轉型論的架構來推論演化模式。 綜合紙筆測驗前、後測及晤談結果顯示，對照組學生對達爾文的演化理論停留在機械記憶，並未能充分理解其理論。而教學組學生在實施過以提問法輔助進行的生物演化教學課程及突現過程本體訓練後，則會有較多的變異論心智模式，並普遍能遷移至未學過的演化問題。 研究者認為，傳統教科書在論述生物演化時，偏重在變異（個體差異）、過度繁殖、生存競爭、適者生存這四個達爾文演化論名詞與直線式過程（程序）的描述上。生物演化教育應聚焦在演化本身的意涵、族群在演化上的重要意義、以及演化模式發生的突現過程因果機制。Item 探究八年級學生對力持有的「意義」、「心智模式」與「內在一致性」(2008) 施宗翰; Tsung-Han Shih摘要 本研究是以Vosniadou(2002)的研究為基礎及使用相同研究的工具，並試圖探討學生在不同情境下持有「力的意義」，與「內在一致性」情形。研究對象為82名台北市八年級的學生，在無教學的情況下給予施測，並挑選30名學生作晤談，最後將這些資料編碼，作為量化與質性分析的來源。 研究結果發現學生的心智模式不同於Vosniadou的結果，學生對於力的意義在不同情境下，會有改變的情形，不同於Vosniadou所宣稱：「近九成孩童的心智模式具有狹隘且內在一致性之力的解釋」。研究顯示學生的心智模式可分成四種模式，分別為「初始模式」、「漸進模式」、「混合模式」與「類科學模式」。本研究並無發現完全符合「科學模式」的類型。在同一個年齡層中，這四種模式有漸進的意涵，有如橫向的概念改變形式。本研究根據所定義的心智模式「內在一致性」，量化一致性的程度。研究結果顯示：四種心智模式中，以「類科學模式」的一致性最高，其次是「漸進模式」，接著是「混合模式」，最低為「初始模式」。 最後，若能針對「混合模式」設計合適的教學，便能夠使學生的心智模式修正成為「類科學模式」或「科學模式」。Item 探討自我解釋對四年級學生閱讀不同表徵之學習教材的影響-以國小「繁殖」概念為例(2006) 覃湘晴摘 要 許多的研究均指出自我解釋有助於學習(Chi et al., 1989, 1991, 1994)，因此有些學者發現圖表或圖解具有促進自我解釋的功效( Ainsworth& Loizou, 2003; Cox, 1999)，但亦有學者持相反意見(Wilkin, 1997)；再者在教材中加入了輔助的圖表或圖解後，是否對學習者產生過多的認知負荷而不利學習亦是研究者想探討的問題；因此本研究以自我解釋的方式閱讀不同表徵的教材，以探討各組的學習表現、自我解釋數量、自我解釋類型的數量分佈、自我解釋的型態、在閱讀時所感知到的認知負荷並探知各組概念改變的情形及對自我解釋的態度。 研究對象為國小四年級中等程度的學生32名，隨機、平均分配至文組、格文組、圖文組、圖格文組共四組進行研究。閱讀過程中以自我解釋的方式學習，並於前測、後測結束後晤談以瞭解受試者的迷思概念及概念改變情形。研究結果如下： 1.各組學習表現：以圖文組表現最佳，之後依序為圖格文組、格文組、文組。 2.自我解釋數量：圖文組自我解釋量為數最多，再來是圖格文組、格文組、文組，且學習表現和自我解釋數量為顯著正相關。 3.自我解釋類型分佈：含有圖片的組別在「情境精緻的自我解釋」比無圖片的組別來得多；含有表格的組別在「講述摘要或大意的自我解釋」比無表格之組別來得多。 4.自我解釋的型態：格文組、圖文組各有5類，圖格文組有6類，其中的共同點為：若受試者有交互參看不同表徵而自我解釋者，在學習表現及自我解釋數量上會表現得較好。 5.各組的認知負荷：圖文組的認知負荷最低，文組的認知負荷最高，且認知負荷和學習表現為顯著負相關。 6.迷思概念與概念改變的情形：在動物和植物的繁殖概念中共同迷思概念為「學生易將繁殖和生長混淆」，且迷思概念主要成因為動、植物之外形、字義上的錯誤學習、日常生活經驗、直覺式的判斷；在概念改變方面，受試者較難產生概念改變的亦為上述這些成因之下的迷思概念。 7.對自我解釋的態度：圖文組和圖格文組「對自我解釋的接納度」及「自我解釋的學習功效」有較高的正向支持率，反之格文組、文組則無。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。