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 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 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 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 從突現過程本體面向探討生物恆定性概念改變－以七年級學生為例(2007) 黃佳杏; Jia-Hsing Huang摘要 生物恆定性的概念，在生物學當中是屬於重要且不容易學習的單元，學生必須要統合許多生理知識，並且要能掌握其抽象及複雜的動態整體觀，才得以架構出完整的恆定性概念。關於概念學習，Slotta 和Chi（2006）以本體論的觀點分析認為，若是先接受本體分類屬性的訓練，將有助於接下來學習具有此類本體屬性的概念。目前尚未有從概念本體面向來探討生物恆定性的概念改變，因此本研究設計含有突現本體屬性的多媒體教材，希望藉此提升學生學習恆定性概念的整體成效。 本研究欲探討的研究問題為：一、運用含有突現本體屬性的教學媒體對於生物恆定性概念的學習是否有幫助？ 二、經過教學後，是否有助於學生概念本體的跨越？ 三、成就測驗與概念本體得分是否有關？本研究選擇人體體溫恆定、水分恆定以及血糖恆定三個教學單元，以五班七年級學生共172人為研究參與對象，隨機分派為實驗A組、實驗B組以及對照組（C組）。這三組的學生將依不同的恆定單元採用不同的多媒體教學： 1.實驗A組的學生依次實施的是強調突現的體溫恆定教學、強調突現的水分恆定教學，最後則是未強調突現的血糖恆定教學。 2.實驗B組的學生依次實施的是強調突現的體溫恆定教學、未強調突現的水分恆定教學，最後則是未強調突現的血糖恆定教學。 3.對照組的學生依次實施的是未強調突現的體溫恆定教學、未強調突現的水分恆定教學，最後也是未強調突現的血糖恆定教學。 本研究的結果發現：一、就概念整體表現而言，利用含有突現本體屬性的多媒體教材的實驗組，學習成就表現顯著優於對照組。二、就概念本體得分而言，兩組實驗組優於對照組，而在本體跨越的維持情形也較佳。三、成就測驗與本體屬性得分之間呈顯著正相關。 綜上所述，使用含有突現本體屬性的多媒體教學策略，有助於生物恆定性概念的學習以及突現概念本體屬性的建立，而且在本體屬性跨越的維持情形也較佳。Item 以多重表徵的模型教學探究高二學生理想氣體心智模式的類型及演變的途徑(2007) 鍾曉蘭; Shiao-Lan Chung在學習化學的歷程中，不論是物質三態、理想氣體模型、碰撞學說與平衡的相關概念的科學學習上，微觀的粒子概念是理解化學概念的重要基礎。然而,學生在日常生活的觀察之中，不容易察覺與體驗出化學概念中微觀世界的想法，導致在學習理想氣體粒子模型與氣體動力論困難重重，甚至對於氣體的巨觀現象做出許多錯誤的推理因，而產生許多的迷思概念或另有概念(Novick ＆ Nussbaum,1981；Millar,1990；Benson et al., 1993)。本研究根據文獻所提及氣體粒子的迷思概念/心智模式類型，設計出一系列相關氣體體積、壓力、蒸氣壓、擴散與微觀世界中氣體粒子運動關係的診斷式紙筆測驗(預試對像為高三學生，男：45，女：37，共計82人，信度為0.913)，來探討學生理想氣體心智模式的類型。在教學方面，根據理想氣體粒子模型的特性（剛性粒子、隨機運動等）設計符合其現象及屬性的多重表徵的模型教學，藉著分析心智模式類型的分佈與演變途徑，及比較教學前、後及延宕測驗中3C(Correctness、Consistency、Completeness)的演變情形（Chi ＆ Roscoe,2002；Vosniadou,2002；邱美虹,2006），來瞭解多重表徵的模型教學（實驗組為39人，男:27、女：12）是否比傳統文本教學（控制組為40人，男：32、女：8）更能有效增進學生對於理想氣體的科學學習與概念改變。 經過兩週(共計八節課)教學後，分析兩組學生教學前、後的正確性（correctness）、一致性(consistency)與完整性(completeness)，以及五次動態評量的答題情形，研究結果摘要如下： （1）在教學成效方面：實驗組與控制組兩組學生在教學前並未達顯著差異（paired-t test，正確性：t=.781，p=.440； 一致性：t=1.705，p=.081； 完整性：t=1.04, p=.306），教學後則達到顯著差異（ANCOVA ，正確性：F=36.4，p=.000； 一致性：F=40.9，p=.000；完整性：F=42.4，p=.000）。特別在微觀方面，實驗組的正確性顯著優於控制組（F=43.6，p=.000），顯示出藉由多重表徵的教學方式，的確有助於學生建立正確的微觀氣體粒子運動模型。 （2）在教學過程的動態評量中，兩組學生除了第二次評量未達顯著差異，實驗組在其他四次評量的得分率皆顯著優於控制組。 （3）研究者以學生回答診斷式試題中六題相關氣體壓力微觀的解釋理由，來判斷學生的心智模式，並歸類出學生的心智模式共有十大類型：科學模式、科學有瑕疵、科學＋其他、分子量模式、體積模式、引力模式、動能模式、活性模式、兩種心智模式並存的雙模式，以及不一致的混合模式。實驗組學生對於氣體壓力主要心智模式的演變途徑為：混合(30.1％)→科瑕(35.8％)→科瑕(46.1％)；控制組學生對於氣體壓力主要心智模式的演變途徑為：混合(45.0％)→混合(45.0％)→混合(37.5％)。實驗組學生心智模式的演變朝向科學模式/科學有瑕疵的方向邁進，控制組的學習活動中由於缺乏與現象相同屬性(動態－隨機)的多重表徵，較難引發學生建立正確的心象，因而控制組學生心智模式的改變並不多。 （4）多重表徵的模型教學與動態評量有助於學生建立突現過程本體：實驗組學生經由視覺混合、具體混合、數學混合與動作混合等多重表徵的模型教學後，建立了完整的剛性粒子的概念，並深入瞭解粒子微觀的運動是隨機的、瞭解氣壓的成因是快速運動的粒子對容器壁碰撞時的單位體積內動能轉移，因此教學後有48.7％的實驗組學生產生跨越本體及直接過程轉變成突現過程等較困難的概念改變，另外有20.5％的實驗組學生在學習過程中逐漸演變成突現過程。 （5）從學生開放式的問卷中，我們可以瞭解到大部分的學生對於多重表徵模型教學的情意面向是正面的反應居多。 本研究嘗試將多重表徵的模型教學融入理想氣體教學中，研究結果顯示教學成效顯著優於傳統文本教學，建議科學教師在課室活動中可以在時間許可下採用模型教學。藉由呈現模型與不同表徵之間的交互作用，幫助學生觀察並進一步瞭解現象中所蘊含的科學模型，藉以動態修正或精緻化個人的心智模式。 關鍵詞：多重表徵的模型教學、心智模式的演變途徑、概念改變Item 建模教學的課室分析與學生概念改變--以晶體與分子間作用力為例(2016) 鍾曉蘭; Chung, Shiao-Lan模型(Model)與建模(Modeling)是科學發展的重要元素，也是科學學習中不可或缺的認知與能力，本研究探究在實施建模教學前，教師設計教學的歷程；評估建模與模型教學活動對學生學習的影響，以及學生在學習過程中概念改變的歷程；探索不同的課室活動中，教師的教學模式與學生學習成效、概念改變之間的關係。本研究以三種不同的課室教學活動(建模與多重表徵模型教學組、建模組、對照組)，探討高三學生在學習晶體與分子間引力相關概念的過程中對於晶體與分子間作用力的相關概念、晶體模型的想法、建模能力與解釋能力四個面向的概念改變情形。研究對象為新北市某公立高中高三自然組學生共計108位學生，三組皆進行為期二週(10節課)的教學活動。分析資料來源分為教學錄影帶(課室分析)與紙筆測驗兩大類型，紙筆測驗又細分為晶體模型問卷、形成性評量與學習問卷三大部分。主要研究結果彙整如下： 1. 三組經過五節課的教學後，教學中測驗的結果為概念方面進步最多，解釋方面進步最少，僅對照組建模能力略微退步。三組的中測以前測為共變數進行ANCOVA test，以LSD進行事後考驗，考驗結果皆達顯著差異。概念方面顯著性考驗結果為F(2, 106)= 11.46, p=.000；解釋方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=11.20, p=.000；建模能力方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=19.42, p=.000；整體表現顯著性考驗結果為F(2, 106)=24.59, p=.000。概念、建模能力與整體表現皆為建模與多重表徵模型教學組顯著優於建模組，建模組顯著優於對照組。解釋方面則為兩組實驗組之間無顯著差異，兩組實驗組皆顯著優於對照組。 2. 經過十節課的教學後，三組仍持續進步，進步幅度增加，但在解釋方面待加強。三組的後測以前測為共變數進行ANCOVA test，以LSD進行事後考驗，考驗結果皆達顯著差異。概念方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=21.50, p=.000；解釋方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=20.06, p=.000；建模能力方面顯著性考驗結果為F(2, 106)=24.87, p=.000；整體表現顯著性考驗結果為F(2, 106)= 28.29, p=.000。概念、解釋、建模能力與整體表現皆為建模與多重表徵模型教學組顯著優於建模組，建模組顯著優於對照組。結果顯示同時使用建模與多重表徵模型活動更有助於複雜科學概念的理解。 3. 三組學生經教學後對於模型本體、模型表徵、模型功用與建模歷程的想法多半呈現正向的提升，特別是模型功用與建模歷程的同意度呈現高度同意，但三組後對於數學關係式能表徵晶體模型與量化關係來分析晶體模型的正確性同意度仍偏低。 4. 兩組實驗組學生認為建模歷程的教學活動有助於概念的理解與解決問題能力的提升，對於具體模型活動則持高度正向的同意度。 本研究建議科學教師在課室活動中可以採用建模與多重表徵的模型教學，並透過課室師生的討論活動，幫助學生藉由不同表徵的模型與建模歷程，以系統性的方式學習抽象而複雜的科學概念。