理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系（均含學士、碩士及博士課程），及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所，另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人，陣容十分堅強，無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內，座落於臺北市公館，佔地約10公頃，是個小而美的校園，內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年，在此堅固基礎上，理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現，更在臺灣許多研究中獨占鰲頭，曾孕育出五位中研院院士。近年來，更致力於跨領域研究，並在應用科技上加強與業界合作，院內教師每年均取得多項專利，所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上，臺灣師大理學院之排名更高居世界第一，此外更有獨步全臺的科學教育中心，該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務；是全國人力最充足，設備最完善，具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下，學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇，無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作，均是絕佳選擇。
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Item 配方法遊戲式數位學習環境在補救教學應用之成效(2021) 郭欣穎; Kuo, Hsin-Ying本研究目的為針對補救教學學生設計一個融入遊戲的數位學習環境，幫助學生學習配方法；並且探討補救教學的學生在這個學習環境下的學習歷程及學習成效。 本實驗採取量化分析以及質性分析。先以量化資料分析整體的學習成效以及學習感受，再進一步進行質性分析，了解其中4位進步較明顯之學生的學習情形。有效樣本為13位學生，分別為參與補救教學之八年級學生及兩班三組C組之八年級學生。 本研究結果分為量化分析以及質性分析。其量化分析結果如下： 一、學習成效方面，基準題後測分數較高，且達顯著水準。表示整體來說在此環境學習具有顯著進步的成效。 二、在學習感受方面，完成遊戲操作之後，自我效能、情意分數都有較好的表現，而且軟體使用意願高。表示在情意方面有正向的影響。 進一步對4位進步較明顯之學生進行質性分析，結果如下： 一、配方法的概念都有進步，但一開始就能連結圖形與其他表徵者，進步的程度較明顯。 二、一開始無法連結圖形與其他表徵者，操作軟體後，開始能連結圖形與其他表徵。 此研究顯示，在這個遊戲式數位學習環境之下，能夠幫助學生經由實際操作圖形的過程中，加強圖形表徵與代數表徵的連結，進而熟悉配方法的代數運算以及配方法的概念，可作為補救教學之參考。Item 探討雙重鷹架在多重表徵的動態幾何環境中對解題過程之影響－以二元一次方程式為例(2012) 黃卉珍培養學生具備問題解決的能力，是學習數學的主要目的。透過多重表徵的使用，除了能幫助學生理解概念，更能進一步協助問題解決的過程。故本研究先利用學習單作為學生理解多重表徵的鷹架，再使用多重表徵以作為問題解決的鷹架，進而分析不同數位教材與學習單的使用下，不同先備知識學生的學習表現與解題過程之差異。其中表徵方式分為常用表徵（方程式、靜態圖形、數對）與附加表徵（常用表徵、表格、動態圖形）；而學習單分為一般型（概念理解、情境問題解決）與轉譯型（概念理解、表徵轉譯、情境問題解決）。 本研究以「二元一次方程式」單元進行設計，並利用GeoGebra動態幾何軟體進行教學，以探討113位八年級學生於教學過程中，透過不同表徵多樣性與學習單的使用，不同先備知識學生在概念理解、表徵轉譯、問題解決的學習表現。並挑選24位學生進行教學後晤談，以了解不同表徵多樣性與學習單的使用對於學生解題過程之影響。資料收集與分析主要為表現測驗（前、後測）與半結構式晤談。 研究結果顯示，在學習單與先備知識交互作用下，使用轉譯型學習單的學生在表徵轉譯與問題解決的學習成效上，達到鷹架的目的，其中以高先備知識學生的學習成效最為明顯；對於低先備知識學生，其學習成效則無明顯差異。在表徵多樣性與先備知識交互作用下，雖然對於學生在問題解決的表現有所不同，但未有明顯差異，因此附加表徵似乎未能達到鷹架的目的。對照量化與晤談結果發現，不同學習單對於表徵轉譯與問題解決有不一樣成效，其中轉譯型學習單可能對於理解問題、分析目標、發展計畫等三個階段比較有效果，而表徵多樣性對於問題解決沒有明顯成效。此外，對於學生整體的解題表現，轉譯型學習單則是搭配常用表徵進行教學下較有效果。Item 自主多模態影音學習系統對化學鍵結概念學習效應分析(2013) 謝之珺隨著資訊科技的快速發展與網際網路的日益普遍，電腦多媒體融入教學的趨勢日趨明顯，其具有操作上的便利性與個人學習進度的掌控性，使得各式各樣數位學習教材倍出，並以電腦多媒體做為學習的平台。本研究以坊間某數位學習高中化學課程做為研究的素材，來瞭解學生對於使用電腦多媒體進行學習的情形，研究對象以16位學生使用學習系統進行八隅體與路易士結構概念的科學學習，於實驗進行的同時側錄學生於電腦螢幕介面的使用情形，來探討自主多模態影音學習系統課程與學習介面的使用對於化學概念學習成效的影響。 研究結果顯示經由自主多模態影音學習系統進行八隅體與路易士結構概念學習，對於概念的整體理解達顯著差異(p= .00< .05)。部分概念在論述方式上不夠明確可能使學習者產生混淆，而對於涵蓋多種概念的情形舉例說明也略顯不足。整體而言，研究對象後測答題表現皆有相當的進步，此外，自主性進行學習更能提升學習系統對於學習的成效。 對於學習系統建議(1)在課程概念上：課程內容應增加涵蓋數種路易士結構畫法原則、具有價數的路易士結構與共振情形的舉例說明。在概念呈現上，應多加利用電腦多媒體所具備的優勢，以三度空間的立體結構、電腦模擬或動畫的形式來輔助教學，透過多重表徵的方式來幫助學生連結抽象分子符號和分子內部微觀結構兩表徵間的關係，更能增進學生對於微觀分子結構的認知理解情形。(2)在介面功能上：於投影片中增加超連結功能，利用關鍵字連結相關結構進行補充說明。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 多重表徵理論在理化科教學成效之研究—以酸鹼鹽單元為例(2011) 蔡俊義; Chun-Yi Tsai本研究探討多重表徵教學與傳統教學對學生在酸鹼鹽單元的學習動機及學習成就是否會有所差異。研究對象為北市某國中二個八年級的班級共60位學生，研究採準實驗研究設計方式進行，其中實驗組學生有31人，實驗組之教學方式是以多重表徵呈現之「多重表徵教學法」；對照組學生有29人，對照組之教學方式則為教師板書及口語教學並配合課本實驗之「傳統教學法」。研究工具共有二項，其一為研究者自編之學習成就測驗：內容為酸鹼鹽的概念，並於教學完進行測驗，實測的Cronbach's α值為0.90；其二為由國立彰化師範大學林素華教授所領導的工作小組所研發出來的自然科學習動機量表：實施不同教學法前後分別測驗「自然科學習動機量表」，前測和後測的Cronbach's α值各為0.88 和0.89。研究結果如下：（一）實驗組學生在學習成就上顯著優於對照組學生；（二）實驗組學生在學習保留成效上顯著優於對照組學生；（三）實驗組學生在學習動機上顯著優於對照組學生。本研究建議如下：（一）教師多使用多重表徵進行教學，不但可以提昇學習動機低落的學生學習，更進一步可提昇學生的學習成就；（二）針對抽象的化學概念、學生不易連結的巨觀現象與微觀的本質或化學變化的過程之單元，如化學平衡或化學反應，可嘗試以多重表徵進行教學。（三）本實驗不實施酸鹼鹽成就測驗前測而以八年級上學期三次段考平均為起點行為，是因為重測會受到練習的影響，後測會受到前測的影響，會有練習的效應，因此不實施酸鹼鹽成就測驗前測。但經研究後發現，仍建議採用酸鹼鹽成就測驗前測，因為比較能夠看到學生透過教學後在哪些概念上有改善。Item 探究八年級學生對電化學的概念改變歷程(2009) 陳建良本研究根據文獻所提及電化學的迷思概類型，設計出一系列有關「離子移動」、「通路概念」、「物質增減」、「粒子行為」及「鹽橋概念」的診斷式紙筆測驗（題型包含二階層測驗試題、單一選擇題、填充及作圖題），預試對象為國三學生，男：87，女：101，共計188人，信度為0.936，診斷式紙筆測驗用來探討學生電化學的迷思概念。 為調查所發展的多重表徵教學可以協助學生電化學概念的學習成效，以宜蘭縣某國中之57名八年級學生為研究樣本，依準實驗研究設計分為實驗組（28人，男：15、女：13）與對照組（29人，男：18、女：11）。學生在「電化學」學習上的教學策略，包括文本教學，動手作實驗，電腦動畫，微型化學及角色扮演。教學活動均是為了使學生發生概念改變，並比較該教學對學生之影響，並對實驗組學生施以問卷調查，瞭解學生對此種教學的看法。再者，本研究亦想探討老師的教學策略對學生的學習成效。 經過共計九堂課的教學後，分析兩組學生教學前、後的總分、電化學分項概念、概念的屬性及層次，以及三次動態評量的答題情形，在量化上，以spss分析概念的表現，研究結果分述如下： （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（t=0.26，p=0.793），教學後則達到顯著差異（ANCOVA，後測：F=8.29， p=0.006；延宕後測：F=6.18，p=.016）。 （2）在分項概念的組間比較（ANCOVA）中，實驗組與控制組兩組學生在分項概念未達顯著差異，後測在「通路概念」、「鹽橋概念」的概念上達顯著差異。延宕後測於「離子移動」、「通路概念」、「物質增減」及「鹽橋概念」均達顯著差異。 （3）在教學過程的動態評量中，實驗組的得分皆顯著優於控制組，兩組學生除了第一次評量（電離說: t=-1.79，p=0.080）未達顯著差異，在其他的動態評量上均達顯著差異（鋅銅電池: t=-3.79，p=0.000，電解水: t=-2.27，p=0.030）。 由結果發現，實驗組的學生的學習成就顯著高於對照組，顯示本研究所開發之多重表徵教學法能有效地促進學生概念的學習與學習興趣。另外，問卷結果顯示，學生對本教學模型於學習的幫助給予正面的肯定，也喜歡此種的上課方式。 而在教學策略方面，學生對於研究教師給予正面的評價，因此在學校的教學中，實施多重表徵的策略，將更有意義地促進學生的學習。Item 運用自我解釋策略結合多重表徵對於氣體動力論概念學習的影響(2007) 邱智仁本研究以三種多重表徵的教材讓學生閱讀，學生閱讀研究者所指定的教材時必須依提示產生自我解釋，而研究對象為高中二年級的學生二十七名，平均分配為文本組、圖文本組、動畫文本組三組，資料收集的來源為前、後測與學生自我解釋的回答。研究目的為探討運用自我解釋策略結合多重表徵對於氣體動力論概念學習的影響，研究結果顯示： （一） 多重表徵對於氣體動力論概念學習成效（後測）並無明顯的影響，前、後測驗的進步分數是以動畫文本組學生進步的分數最多，文本組次之，圖文本組最少，動畫文本組與圖文本組之間有顯著差異。 （二） 多重表徵對於學生自我解釋推論的數量上並無明顯的影響；自我解釋的正確程度以動畫文本組學生最高，圖文本組次之，文本組最低，動畫文本組與其他兩組之間有顯著差異。 （三） 自我解釋的推論類型出現的次數由高而低依次為：相關型推論、邏輯型推論、參考型推論、常識型推論類、公式型推論、統整型推論、類比型推論、比較型推論，其中相關型推論出現的頻率幾乎佔了所有推論的一半。文本組擅長於參考型推論，圖文本組擅長於常識型推論與公式型推論。動畫文本組擅長於相關型推論、比較型推論、邏輯型推論及統整型推論。 （四） 多重表徵對於學生所呈現的氣體動力論概念：動畫文本組表現最正確，圖文本組次之，而文本組表現是三組中較不好。所有概念類型是以「氣體分子數目」及「氣體分子運動」產生的另有概念的類型為最多。 綜合量化與質化分析結果顯示，提示自我解釋可以促進學生在氣體動力論的概念學習，多重表徵的教材促進學生概念發展的獲益程度也不同。本研究詳細探討學生利用多重表徵以自我解釋為策略的概念學習過程，供未來相關研究參考。Item 以臉部微表情辨識系統探討不同地區學生進行POEVC策略之教學成效—雙球競走認知衝突實驗(2018) 李宜諺; Lee, Yi-Yen本研究是以臉部微表情分析來探討學生在進行POEVC教學策略之學習成效，其研究內容有三個研究目的，分別為：(1)探討臺灣與大陸學生在「雙球競走」實驗中是否具備認知衝突與概念改變的教學效果。(2) 探討臺灣與大陸學生在「雙球競走」實驗中在概念改變與臉部表情變化之關聯性。(3) 探討「雙球競走」教學實驗在不同地區(臺灣和大陸)學生學習之差異性。本研究利用物理中的反直覺實驗「雙球競走」進行POEVC教學，教材設計包含實驗影片、視覺化表徵的動畫教學影片與文字表徵的文字教學影片。本研究的研究對象為大學生，以基礎力學及運動定律為概念的試題施以前後測，施測過程中收集受測者臉部微表情變化生理資訊，透過臉部表情分析技術來分析認知衝突實驗與教學對於受測者的成效性，並比對不同地區學生之間的差異性。 研究工具以量化為主，包含大陸地區與臺灣地區科學概念試題、臉部錄影資料與臉部表情辨識系統資料，科學概念試題分為前測與後測，播放投影片前先對受測學生以科學概念試題進行前測，資料的蒐集方法是在投影片播放中透過攝影鏡頭全程錄下學生臉部表情以及桌面錄影，播放結束後再進行科學概念試題後測，再請學生接受訪談，解釋實驗過程與想法，並對這些資料進行分析。臺灣地區概念試題之Cronbach’sα值為0.8; 大陸地區概念試題之Cronbach’sα值為0.75。 本研究之結果發現:(1)使用認知衝突情境的認知衝突實驗影片教學具有成效性；(2)雙球競走實驗一個良好的認知衝突實驗；(3) 實驗影片中慢速撥放較能產生認知衝突情境；(4) 加入視覺化教學步驟對於教學具有效性（5）不同地區學生在文字教學影片中出現臉部表情變化人數比例有差異性，對於有概念衝突之學生對於文字表徵所產生的臉部表情變化之情緒也有差異。(6) 兩地區學生皆在動畫教學影片中出現臉部表情變化人數比例較多於文字教學影片。(7) 產生概念改變之學生對於不同表徵所呈現的教學方式產生較多情緒而造成臉部表情變化，可以說明產生較多臉部表情變化可成為概念改變的指標。