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 以概念演化探討物質三態變化之教科書內容與教學對學童心智模式發展歷程之影響(2012) 吳文龍; WEN-LUNG WU本研究綜合多重的研究資料探討學生物質三態變化之心智模式發展歷程，研究內容可分為四個不同的研究主題，據此，四個主要的研究目的分別為：(1)實施跨年級物質三態變化問卷調查，瞭解學生學習現況及檢驗物質三態變化概念演化假說樹的合適性與符合度；(2)透過相關研究文獻，建立理論的物質三態變化之心智模式及認知特徵，藉由系統發育分類學技術建構物質三態變化概念演化假說樹；(3)分析國小、國中、高中階段科學教科書之物質三態變化單元，以概念發展點探討教科書內容結構及與相關概念的銜接，建立各年級的概念教學進程表，並比較不同版本差異；(4)綜合前述三種不同的研究方法確立學生物質三態變化概念發展路徑後，在國小六年級進行「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」，探討不同概念內容與次序對學生學習物質三態變化的影響。 在選樣的部份，研究主題一為四到十二年級跨年級概念調查，研究者考量物質三態變化是日常生活中經常接觸到的現象，且在各年的教學活動亦會應用相關概念，因此受測者以四到十二年級逐年收集的方式收集資料(共832人)；研究主題三為教科書分析，以台灣九十九學年度現行之教科書版本為主，國小階段、國中階段及高中階段共有九種不同版本；在研究主題二實驗教學研究的部份，因研究發現五年級後即超過半數學生具有部份粒子概念，因此以國小六年級四個班級(共110人)進行教學活動。 本研究之研究工具及實驗教學包含：「粒子本質暨物質三態變化問卷」、「系統分類學統計軟體(PAUP* 4.0)」、「教科書分析編碼表」、「學習歷程記錄表」、「自然科學習動機問卷」及「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」。「粒子本質暨物質三態變化問卷」用於跨年級概念調查及配合實驗教學之施測，主要在瞭解學生對於物質三態變化概念的理解程度；PAUP* 4.0常用於系統分類學上，主要用來判斷物種親源遠近的統計工具，本研究用以分析物質三態變化心智模式及認知特徵，透過此軟體計算出可能的概念演化樹；「教科書分析編碼表」為分析不同版本教科書相關單元之編碼工具；「學習歷程記錄表」及「自然科學習動機問卷」為教學期間及教學後收集學生對課程內容的反應，以輔助研究結果的詮釋。 「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」包含微觀粒子概念與物質三態變化兩部份，此教學法根據物質三態變化概念演化樹之發展路徑做為教學的組織架構，分別安排合適教學內容與次序。二階段實驗教學階段包含第一階段粒子本質教學(角色扮演)及巨觀三態物質教學(一般講述)；第二階段物質三態變化教學(角色扮演組及一般講述組)兩個部份。第一階段為建立不同的先前概念做為後續教學的基礎，第二階段為採用兩種不同的教學法進行物質三態變化教學。本研究以角色扮演進行粒子運動的模擬包含三大特點：「眼罩」模擬粒子隨機運動的無方向性及無目的性；「帽子顏色(紅、黃、綠)」代表不同粒子運動速率；「魔鬼氈手套」代表不同吸引力。因國小階段並未安排微觀粒子相關的課程，因此研究者以學期末時間進行教學，教學時間為五至六堂課。 本研究之研究結果發現：(1)物質三態變化概念調查指出學生對於巨觀的概念發展早且已高比例的正確性，但在微觀的部份，大部份國中階段學生尚未建立完整的微觀粒子概念，要到高中階段才會出現高比例的科學概念；而物質三態變化概念的發展大致呈現逐年成長的狀況，但學生對於三態變化中凝結現象答對比例大於蒸發現象，顯示部份的學生仍無法以一致的科學概念解釋三態變化的物相轉變；(2)本研究之物質三態變化概念演化樹22可分為A、B、C、D區，各區出現不同的認知特徵，物質觀點中的混合觀與粒子觀分別在B區及D區出現，由相伴出現的認知特徵可看出各類心智模式對物質三態變化的不同解釋方式；(3)本研究之教科書分析結果認為粒子本質概念在國中階段的教學比重低，即使提到粒子概念也僅解釋物質的微觀結構，對於三態變化時粒子運動觀點要到高一時才有正式的教學活動，因此本研究下一階段實驗教學的主要目標增加粒子本質概念的內容，並瞭解粒子本質概念對學習物質三態變化時的影響；(4)在進行四組實驗組的實驗教學後，本研究之粒子本質教學能顯著地幫助學生學習第二階段的物質三態變化，並且即使第二階段的教學活動未使用角色扮演的方式進行，學生仍能理解物質三態變化概念，達到更好的學習成效。最後，本研究建議概念發展相關研究應採用不同的研究方式，同時進行整合的分析及實驗教學，才能具體對未來課程安排提供合適的建議。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 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 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 探討建模教學對八年級學生酸鹼概念發展與建模能力的影響(2013) 黃文田; Wen-Tien Huang本研究選取國民中學教科書自然與生活科技第四冊『酸與鹼』單元為研究主題，依課程內容擷取『酸鹼的定義與通性』、『酸鹼濃度與pH值』和『酸鹼中和與鹽類』三個主題概念設計教學活動。分別進行『建模教學』、『建模合作教學』和『一般教學』三種不同教學模式，探討不同教學法對學生酸鹼概念與建模能力的影響，並進一步探討兩者間的相關性。 本研究的研究對象為國中八年級三個班共88位學生，所使用的研究工具為研究者針對主題概念所研發的『酸鹼概念診斷測驗』與『建模能力分析試題』，據此工具以量化的形式來分析學生的酸鹼概念與建模能力。研究結果如下： 一、兩種建模教學(實驗組)在教學後酸鹼概念的後測及延宕測表現，都顯著優於一 般教學(控制組)，在兩實驗組間的比較上，『建模合作組』在後測和延宕測的 表現皆優於『建模教學組』。建模教學與建模合作教學在『酸鹼的定義與通 性』和『酸鹼濃度與pH值』主題概念的學習，都能顯著優於一般教學。但在較 為複雜的『酸鹼中和與鹽類』概念學習上，建模教學無法顯著優於一般教學， 而建模合作教學依然能顯著優於一般教學。 二、教學前三組學生在『酸鹼中和』心智模式皆以現象模式、直覺濃度模式與不一 致的混合模式、競爭模式和散亂模式為主。教學後『一般教學組』達類科學模 式的比例為25%，『建模教學組』的類科學模式比例為35.7%，『建模合作 組』有34.7%的類科學模式，且有9.4%達科學模式。延宕測後『建模教學 組』與『建模合作組』在類科學模式以上的比例稍增加，但『一般教學組』卻 減少，顯示建模教學較一般教學能幫助學生建構出正確的科學心智模式。 三、兩種建模教學(實驗組)在教學後建模能力的後測及延宕測表現，都顯著優於一 般教學(控制組)，在兩實驗組間的比較上，『建模合作組』後測的表現優於 『建模教學組』。延宕測後『建模合作組』在三組間仍然保有最佳表現。建模教 學在各個建模歷程的後測和延宕測表現上都優於一般教學，顯示建模教學較一 般教學更能有效提升學生的建模能力。研究中亦發現，兩實驗組在前三個歷程 的建模能力表現上差異不大，但在後二個建模歷程，『建模合作組』的表現明 顯優於『建模教學組』。可見透過合作式的建模教學，對於學生高階認知與推 論能力的培養具有較佳的成效。 四、教學前三組中僅『建模合作組』的酸鹼概念與建模能力達顯著相關 (p＜.01)，其餘兩組的相關性低。教學後三組均達顯著正相關(p＜.001)， 顯見三種教學模式均能同時提升學生的酸鹼概念與建模能力。而建模教學比一 般教學較能同時提升教學成效與學生的建模能力，且透過合作式學習，更能增 進整體的成效。Item 探討國中三年級學生對於重力概念之瞭解及心智模式(2003) 余秀麗; Yu Hsiu-Li本研究的主要目的是以重力為例，以三角交叉檢視（triangulation）的方式，使用二階段式設計及臨床晤談等方法，以不同面向探討學生對於力的初始概念、對非接觸力概念的瞭解，並診斷學生對重力另有概念的種類和認知架構，以及學生對詮釋重力概念的心智模式。研究的樣本為國中三年級學生共337人，其中男生181人，女生157人，受測學校分佈的地區為台北縣市共七所公立國中。 發現學生對於重力有一些另有概念的看法，例如：「蘋果和地面之間有空氣存在，蘋果才能掉下來」、「月球和地球之間有一排斥力，此力和地球引力平衡」、「月球在地球的大氣層外，不受地球引力的影響」、「月球因為沒有空氣，所以在月球上的物體或太空人均不會掉落或跌落至月球表面」、「地球會繞著太陽運行，是因為其他星球對地球的拉力達到平衡」等。 本研究分析之國三學生對於重力現象詮釋的心智模式歸納後有四種類別：（一）經驗論模式：他們認為非接觸力作用需要靠介質的傳遞，地球引力僅能存在大氣層內，在月球上因缺少空氣，所以沒有引力，因而月球表面上的物體會任意的飄浮。天體的運行乃是宇宙形成時，具有的自然現象。（二）大氣壓力論模式：學生認為非接觸力是要靠介質傳遞的，但是如果有大氣壓力，則物體不但會受到地球引力的作用，也會因為大氣壓力的作用而具有重量。（三）引力製造論模式：認為引力是星球本身製造出來的，若是製造出來的引力大，則物體所受的引力較大。物體在月球所受的引力較小，是因為月球本身所儲存的能量不足，製造的引力較小的緣故。（四）準科學平衡論模式：學生對於非接觸力的作用具備有較完整的基本科學概念，對於地球環境及月球環境下的事例亦能用基本的科學概念來詮釋現象，延伸至天體運動時，學生會在認知架構中試圖利用靜力平衡的概念來詮釋。Item 由概念演化觀點探究不同教科書教-學序列對不同心智模式學生電學學習之影響(2006) 林靜雯; Jing-Wen Lin摘要 本研究為第一個將生物學之系統發育分類分析方法(Cladistics)引介至科學教育之跨領域研究，其目的旨在以更科學化、系統化且更省時省力的方式獲得兒童概念發展的演化路徑，以奠基於此設計出真正以兒童先備概念為基礎的科學課程。據此，本研究首先由文獻探討及分析建立兒童科學概念學習與生物演化論及認識演化論之間類比的合理性，以為此研究取向提供穩固的理論基礎。其次研究者設計440人參與之跨年級診斷式測驗，藉此檢驗此分析取向所獲得之學生電學概念演化路徑的假設。接著奠基於此概念演化路徑結合教科用書分析，研究者因應不同電學心智模式的學生設計出以學童電學先備知識為基礎發展的教-學序列，最後藉由小組教學的方式檢驗所發展之教-學序列的有效性。 本研究共分四階段進行：第一階段，研究者以單極模式為外群，利用12個認知特徵輸入PAUP 4.0軟體，並以窮盡搜尋的方式分析11個串聯電路的心智模式，建立了兒童電學心智模式演化樹的假設—Tree 70。此假設顯示兒童電學概念的演進路徑為：雙極極性、雙極電流方向封閉性、燈泡因電流會合而發光分配電流燈泡因吸收電流而發光、完整通路的概念、正確電流方向單極極性系統性、電流共享燈泡因電能轉換而發光、修正順序推理模式、錯誤電流強度、電流守恆修正資源消耗模式、正確電流強度。 第二階段，研究者以電學診斷式測驗檢測三年級、五年級、國一及國三學生各60、92、212及76名，藉此獲得學生的心智模式及各認知特徵於各年段的分佈頻率以檢驗Tree 70的預測。研究結果顯示Tree 70的預測與實徵結果大致相符，初步證實了系統發育分類學應用於科學教育的可行性。 第三階段，本研究分析民國57年後八個版本的教科書，研究結果發現：電學相關教科書共有靜電與電量、電路、電壓、電流、電阻及電能這六大次概念之命題陳述共69個，而九年一貫實施後的版本更加著重於電流、電壓與電路這三個次概念。所有版本都沒有考慮到學生的另有概念，且多使用講述、圖示和實驗為主要教學活動。而主要的教學順序，九年一貫的版本大致遵守著靜電與電量電路電壓電流電阻的線性關係。但年代較為久遠的三個版本的安排則傾向於非簡單的複雜關係。所有版本皆與Hrtel所陳之電流電量電壓電阻的線性教學相左。這顯示電流的教學並非妨礙我國學生電壓學習的原因。 第四階段，研究者由第一階段受試者中選取國一學生中具特定心智模式：衰減模式(M1)、混合模式(Mmix)及撞擊模式(M2)各10人，配對平分於TLS實驗組及對照組進行每組5人的小組教學，以進一步檢驗以兒童心智模式演化路徑為基礎，輔以各版本教科書分析後所發展之教-學序列的有效性。結果顯示：本研究所設計之教-學序列無論從量化比較、質化心智模式轉變的分析，或學生情意態度的自評觀之，都顯示其不但能同時達成現行教科書具體目標的要求、協助學生克服另有概念，並有助於電學概念的遷移與應用。而各項測驗成績中，不同心智模式的小組大致呈現M1>Mmix>M2的趨勢，這顯示了心智模式的正確性有助於克服另有概念及協助電學概念的理解。此外，研究發現持有一致性心智模式者的各項學習成效皆優於不具一致性心智模式者，但其並不影響學生認知特徵修正的因素及來源。 綜上所述，以系統發育分類分析取向詮釋兒童電學概念的演化，不僅具有理論的合理性，亦具有實徵調查驗證的支持，且研究者奠基於此分析實際設計教-學序列亦獲得很好的教學成效。此外，研究者基於此種分析取向所呈現的表徵及所獲之研究結果，主張兒童心智模式的運作受「一致性」、「正確性」、及「完整性」三因子的影響。而本研究以概念架構的演化觀點提出「概念的複雜性」、「預設及概念本體的錯置」以及「概念的趨同演化或返祖」這三個向度以更具含括性的觀點，補充了現有的概念改變理論。Item 從科學史中理論模型的發展暨認知學心智模式探討化學概念的理解－層析理論的模型化案例(2005) 吳明珠; Wu, Ming-Chu模型是一種想法、一個物件、事件、歷程或一個系統的表徵。模型化﹙modeling﹚試圖將「不明確」或「沒有看過」的事物與想法呈現，因此模型蘊含「本源」（source）與「標的」（target）兩個領域。模型化是一種轉換的歷程；在嘗試轉換的程序中，注意力被切換、轉移至特定的意義領域而呈現躍進（leaping）的狀態，因而容易產生創造性的想法，因此模型化（modeling）是一種創造性有意義學習過程。 層析法（chromatography）是物質科學中最常用的分離技術之一，因此是儀器分析課程中十分重要的一部分。層析法的分離作用源自被分離物質和分離系統間的集體現象，涉及分子間作用力、分子的動態分布等概念；相關研究顯示層析技術作用原理的概念理解對大部分學生是複雜和有困難的。 本研究分成三個階段。第一階段，從科學史的角度輔以文獻探討的方式，確認出層析理論發展的五個理論模型－過濾模型、吸附模型、板理論模型、速率模型以及效化熱力學模型。 第二階段，以孔恩的科學革命、拉卡托斯的研究綱領和勞丹的研究傳統等三種科學哲學觀分析層析理論模型的發展，瞭解模型是如何取代。研究結果顯示層析理論的發展是從因果解釋模型如過濾、吸附等分離作用模型發展為兩相間分配板理論模型，隨機分配的速率模型及合併動力學、熱力學形成的最適化模型。理論發展過程中，遭遇必須解決如：成分完全分離、動相的限制、靜相的限制等概念性問題時新理論模型才會出現。新理論模型並促進新的層析儀器的類型的設計和應用，使得分離的一些經驗問題得以解決。因此層析理論模型的發展並非完全累積的，而是聯合、分化和改變的演化歷程，本研究認為層析理論的發展較符合勞丹的科學發展理論。 本研究的第三階段主要探討學習者對於模型的認識表徵(「模型表徵類別」)與層析單元教學以前之相關化學先備能力對於層析單元學習成效與層析模型建構之影響。受試學生是台北某私立技術學院專科部化工科，選修『儀器分析』課程的64位四年級學生（年齡19-21歲），該課程在實驗期間，由研究者利用透過科學史分析所發展出來的模型化導向教學模式（modeling approach teaching）進行層析單元的教學。研究者首先利用根據Grosslight等人(1991)對於模型認識之相關研究結果所自行發展的「學生模型表徵問卷」將受試學生分為「構念－理論」、「構念－空間」、「實體－理論」以及「實體－空間」等四種模型表徵類別後，分別在層析單元教學前與教學後，探討受試者「模型表徵類別」與「化學先備能力」對於層析模型之建構與層析單元成就之影響。 第三階段的主要研究發現為(1)受試學生對於模型之表徵類別與化學先備能力均顯著影響其層析單元之學習成就；(2) 受試學生對於模型之表徵類別與化學先備能力對層析單元之學習成就影響無顯著交互作用；(3)受試學生在層析單元教學前，選擇吸附理論模型為適當層析模型者顯著多於另外三種層析模型；(4) 受試學生在層析單元教學後，選擇隨機的兩相分配速率理論模型為適當層析模型者顯著多於另外三種層析模型；(5)受試者「模型表徵類別」與「先備能力」對於教學前、後之層析模型建構均無顯著影響。由以上(3)、(4)發現，可以推論學生的層析模型建構大致符合科學史發展，也符合教學之進度。然而在單元教學後實際要求受試者解釋層析特例時，發現雖然大部分學生在認知上選擇隨機的兩相分配速率模型為最適當的層析模型，然而在解釋層析特例時，卻大都採過濾模型。