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 探討教-學序列對八年級學生建立電解質概念及心智模式的影響(2007) 劉秀娟; Lau,Shiu-Chung摘要 「電解質」是化學教材中相當重要的單元之一，從中小學乃至於大學有關化學的課程，該相關概念皆佔有相當重要的地位。而且「電解質」概念可說是後續進行酸鹼中和、電化學電池、電流的化學效應等相關電化學概念的基礎。但是學生在經過學習後卻仍存在有微觀的迷思概念。因此本研究希望設計一份試題協助教師進行診斷，了解學生在「電解質」概念上的迷思概念；並利用TLS（教-學序列）的設計原則設計一份針對學生迷思概念的教材。 依據上述的目的，本研究的問題有：（一）TLS是否可以幫助學生學習電解質概念？（二）TLS對學生學習電解質的心智模式的改變？因此本研究選取「解離」、「電中性」、「導電的原因」及「離子的運動情形」四個教學主題，並隨機選取兩班八年級學生作為對照組與TLS實驗組進行教學研究。 本研究的結果如下： 1.就學習的成效：兩組在教學前的前測成績並無顯著差異，經過教學後，在後測 及延宕測驗的成績上，TLS實驗組皆優於對照組，並且有顯著差異。 2.就概念的學習及電解質的心智模式一致性而言： （1）電解質導電的微觀解釋：後測中實驗組有82％的學生持有離子的心智模 式，對照組有48％的學生持有離子的心智模式。延宕測驗中實驗組有78 ％的學生持有離子的心智模式，對照組有52％的學生持有離子的心智模 式。 （2）電中性概念：後測中實驗組有59％的學生持有總電量的心智模式，對照組 中有48％的學生持有總電量的心智模式。延宕測驗中實驗組有67％的學生 持有總電量的心智模式，對照組中有49％的學生持有總電量的心智模式。 （3）通電前後粒子移動的概念：通電前粒子移動方向的概念部份，後測中實 驗組有83.9％的學生持有隨機運動的心智模式，對照組中有70.6％的學生持 有隨機運動的心智模式。延宕測驗中實驗組有74.2％的學生持有隨機運動的 心智模式，對照組中有67.6％的學生持有隨機運動的心智模式。通電後粒子 移動方向的概念部份，後測中實驗組有93.5％的學生持有正離子移向負極的 心智模式，對照組中有76.5％的學生持有正離子移向負極的心智模式。延宕 測驗中實驗組有93.5％的學生持有正離子移向負極的心智模式，對照組中有 79.4％的學生持有正離子移向負極的心智模式。 （4）.電解質部分解離的概念：後測中實驗組有59.4％的學生持有部分解離且 離子比分子多的心智模式，對照組有45.5％的學生持有部分解離且離子比 分子多的心智模式。延宕測驗中實驗組有46.9％的學生持有部分解離且離 子比分子多的心智模式，對照組有43.8％的學生持有部分解離且離子比分 子多的心智模式。 3.就情意面向而言：TLS實驗組學生認為此次的教學可以幫助理解且較有趣，對本次教學所抱持的態度是正向的。 綜合以上所述，本研究實驗組所使用的TLS教學策略似乎可以幫助學生建立較佳的「電解質」心智模式。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。Item 探討動態類比對於化學平衡概念學習之研究 -八年級學生概念本體及心智模式之變化-(2004) 陳婉茹; Chen, Wan-Ju動態平衡是許多自然學科的基礎，但是，由於巨觀與微觀世界的差異，造成學習上的困難（van Driel, 2002）。而以Chi等人的觀點而言，動態平衡的困難點在於其本體屬性為突現本體，而非直接過程本體。於是許多研究開始設計各種教學策略，以幫助學生進行學習，而最常被提及的兩種教學方式，分別為類比（e.g. Johnstone, MacDonald,& Webb, 1977; Olney, 1988）與電腦動畫（e.g. Hameed , Hackling, & Garnett, 1993）。本研究結合這兩種方式發展出「動態類比」，以動畫的方式展現類比物與目標物的對應，冀望能夠為學生的學習帶來更多的助益。 依據上述的目的，本研究主要的研究問題為：一、經由類比及動態類比的教學方式，是否可以幫助學生於動態平衡單元的學習？二、經過教學之後，心智模式與概念本體的改變情形為何？三、心智模式、概念本體、學習態度對於概念學習的可能影響情形？因而本研究選擇溶解平衡、化學平衡、相平衡三個教學主題，選取三個八年級的班級，並隨機分派至對照組、類比組、以及動態類比組，以進行教學研究，並由每班中選出六位標目學生，進行晤談以瞭解學生心智模式的變動情形。 本研研究的結果如下： 1. 就概念整體的表現而言，動態類比組的表現是優於類比組的，而類比組的表現優於對照組。 2. 就概念本體得分而言，動態類比組與類比組於本體屬性的得分皆優於對照組，然而動態類比組與類比組有著相近的表現，兩組中產生概念跨越的學生其維持的情形也較佳。 3. 就心智模式而言，學生於動態平衡單元中的四種主要心智模式分別為：雙向心智模式、單向-雙向心智模式、單向心智模式、靜止模式。動態類比組後測晤談中，83%的學生其主要心智模式為雙向心智模式，而類比組為66%，對照組為50%。且關於心智模式的融貫性與一致性皆是動態類比組優於類比組，類比組優於類比組的情形。 4. 就情意面向而言，動態類比組認為此次教學可以幫助理解、較為有趣、而且並未造成學習上的負擔，對於本次教學所持的態度是最為正向的，而類比組次之，對照組則趨向於中性的看法。 5. 學生若具備較科學心智模式（R平方為0.67）、對於粒子運動的本體屬性有較好的認識（R平方為0.25）、對於本次的教學如果抱持較正向的態度（R平方0.09），那麼也就會有較佳的概念學習。研究中的發現是心智模式對於概念學習的影響最大，而本體概念次之，而情意面向的影響層面較小。 綜上所述，由於本研究之「類比物」──「舞者」與「目標物」──「粒子」的對應，因而在概念本體上的表現，類比組與動態類比組兩組的成效相近；而就概念完整性而言，則動態類比組較優，因此動畫似乎可以幫助建立較佳的心智模式。動態平衡概念雖難，但是，只要選擇適當的教學方式，例如：本研究的類比「舞會」或是動態類比的方式，還是可以增進學生的學習。