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 高中生對拋物線、橢圓及雙曲線的心智模式類型研究(2011) 吳姿瑩; Tzu-Ying, Wu本研究的目的是對於高中學生在拋物線、橢圓及雙曲線的心智模式類型進行研究，進而了解學生學習過圓錐曲線單元後，對於拋物線、橢圓及雙曲線所形成的概念，以及在這些概念之下所形成的心智模式。 本研究為質性研究，使用半結構性晤談。研究之初，研究者先對幾位科教所不同背景的學生進行訪談，以瞭解本研究是否可行。接下來，研究者先以一般性的問題對學生進行紙筆測驗，並與任課老師討論後，挑選出適合晤談的學生。訪談的過程中，發現學生的表現與一般性的問題表現並無太大的正相關，因此研究者與指導教授討論後，再挑選另一所PR值無太大差異的國立高中，由教師挑選不同能力及不同組別的學生進行晤談，在正式施測時，兩所學校的研究對象總共為自然組及社會組學生各6位。 透過質性資料的分析，本研究發現學生對於拋物線的心智模式類型有火箭筒型、類拋物線型；對橢圓的心智模式類型有操場型、類橢圓形；對雙曲線的心智模式類型有雙曲線型、類雙曲線型。另有一心智模式，受圖形外觀影響較大的，本研究稱為受圖像型。在這些類型中，研究者歸納出學生判斷拋物線、橢圓、及雙曲線可略分為六個概念，分別為「開口」、「無限延伸」、「弧度」、「對稱」、「漸近線」及「幾何定義」。這六個概念中，「開口」為教師們在圓錐曲線單元的教學的常用語；「無限延伸」為描述圖形的發展；「弧度」與高中教材所定義的弧度(radian)不同，為學生為描述一曲線彎曲的程度所使用的日常用語，且不同的學生在使用上所表達的概念不盡相同；「對稱」為圓錐曲線中一重要的概念；「漸近線」為學生觀察雙曲線的重要概念；「幾何定義」對學生而言，為不太容易了解的概念。 本研究發現學生學習過圓錐曲線單元後，仍舊有許多與正確模式相異的心智模式存在。建議教師在教學的過程中，強調拋物線、橢圓及雙曲線的幾何定義與學生所熟知的各概念，如「開口」、「對稱」等作連結。本研究另發現不同學生口中的「弧度」不盡相同，因此建議教師教授本單元時，可利用離心率切入，使學生在理解拋物線、橢圓及雙曲線具有融貫性。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 探討多重表徵教學對聽覺障礙高職生學習血液循環概念之影響(2009) 林佳穎; Lin,Jia-Ying本研究以多重表徵教學為基礎，發展循環系統概念改變教學。探討多重表徵教學與傳統講述教學在循環系統概念診斷式紙筆測驗答題正確率之差異，同時進行半結構式晤談並結合概念改變教學歷程事件分析，以深入瞭解學生循環系統概念的建構與改變情形。研究採用準實驗研究法，研究對象為四班聽障高職學生，分別為兩組，一組為實驗組20 人，以多重表徵教學；一組為控制組20 人，施以傳統講述教學。 由比較循環系統概念診斷測驗結果以及血液循環研究相關論文，可以得知聽障高職生與聽人學生的迷思概念差異不大。由循環系統概念紙筆測驗答題結果也顯示出，實驗組的答題正確性式明顯優於控制組，無論是在心臟、血管、血液、循環途徑題目；在結構、功能、行為、機制題目或是在過程與物質本體概念題目，其概念改變成效皆優於控制組，且於學習後仍持續進步。 在心智模式演變歷程與分佈方面，本研究經由血液循環紙筆測驗及晤談七位學生，得到聽障學生的心智模式可分為七類:未形成模式、發散式、單循環、雙循環、多循環、類科學、科學等模式。實驗組在教學後，其心智模式傾向於正確化，且種類趨於收斂；反之，控制組在教學後，其心智模式總類反而趨於發散和多樣化。研究也發現，學生最後會形成之心智模式除了會受到教學影響之外，也會受到學生所持有的初始心智模式的影響。 本研究從多元面向探討聽覺障礙高職生其血液學還概念之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 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 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」。