Title

探討電腦模擬實驗和動手操作實驗對概念學習之影響-以八年級「透鏡成像」單元為例

Authors

陽季吟

Key Words

迷思概念 ; 電腦模擬 ; 實驗教學 ; 透鏡成像 ; misconception ; computer simulation ; hands-on experiment ; imaging of a lens

PublicationName

臺灣師範大學科學教育研究所在職進修碩士班學位論文

Volume or Term/Year and Month of Publication

2006年

Academic Degree Category

碩士

Advisor

吳心楷

Content Language

繁體中文

Chinese Abstract

本研究針對國中自然與生活科技「透鏡成像」的學習單元,探討兩班八年級的學生使用不同的實驗環境─「電腦模擬實驗」與「動手操作實驗」對學習成效的影響。比較其學習成效與概念內容的成效差異,進而探討兩種實驗環境對不同學習成就學生的影響。本研究對象共70人分兩組教學,電腦組35人,每兩人一組在電腦教室進行電腦模擬實驗;操作組35人,每三人為一組在理化專用實驗室進行透鏡成像實驗。利用概?測驗前後測、問卷、半結構晤談、教室錄影、實驗記錄學習單等研究工具,收集學生在學習過程中的相關資料進行分析。研究發現兩組(組間)分別在前測、後測皆未達顯著差異,但兩組(組內)的後測皆有顯著的進步(電腦組:t(34)= -5.661, p = .000 < .05;操作組:t(34)= -4.619, p = .000 <.05)。顯示使用電腦模擬實驗與動手操作實驗皆可使學生達到學習效?。兩組之概念內容的成效也有差異。電腦組表現較佳的概念有「像與物體的動態相對關係」、「由實際光線所成的像為實像」、「凸透鏡部分被遮蔽仍可成完整的像」。而操作組表現較佳的概念有「凹透鏡的成像類型」、「倒立縮小的像為實像」、「實像與物異側」、「像與物圖形的對稱關係」、「照相機的功能」。但操作組易產生的迷思概念有「成像大小與凸透鏡的面積有關」、「眼睛只能看見實像不能看見虛像」與「凸透鏡成像原則等同於實像的成像原則」。研究顯示電腦模擬實驗可以幫助學生將抽象事物視覺化,?結具體與抽象??,並發展問題解決的概?模式。動手操作實驗能提升具體可觀察的概念,藉實際的經驗增進了技能的發展,而有廣泛的類化效應。若能搭配使用這兩種實驗環境,發揮兩者之特定功能,應能增進學習的概念成長。本研究的發現可提供給自然科教師在進行實驗教學時作為考量,並可作為未來相關研究之參考。

English Abstract

The purpose of this study was to investigate and compare the development of eighth graders’ conceptual understandings about lens and imaging in two learning environments. Seventy students participated in this study and were divided into two groups. In one group, 35 students worked in pairs and used computer simulations to learn (computer group), while in the other group 35 students worked in groups of three and engaged in hands-on experiments (experiment group). Multiple sources of data were collected and analyzed (e.g. concept pre- and post-tests, questionnaires, semi-structural interviews, classroom videotaped and worksheet of experiment). The results showed that students in both groups improved significantly from the pre-test to the post-test, but there appeared no significant difference between the two groups in post-tests. The results showed that both computer simulation and hands-on experiment learning environments helped improve students’ learning achievement. Computer simulations could generate visuals and represent abstract concepts to help students understand complex and abstract ideas. On the other hand, hands-on experiments supported students’ understandings about concrete and observable concepts and enhanced the development of experimental skills through practical experiences. The findings suggest that both learning environments promoted students’ conceptual understandings and provided students with different opportunities for science learning. Implications for science teaching are also discussed and provided in the study.

Topic Category 理學院 > 科學教育研究所在職進修碩士班
社會科學 > 教育學
Reference
  1. 王晉基(1992)。利用選擇題的方式來探求國中學生對「光」的迷思概念。國立彰化師範大學科學教育研究所碩士論文。
    連結:
  2. 王晉基、郭重吉(1992)。利用選擇題的方式來探求國中學生對「光」的迷思概念之研究。科學教育學刊,3,73-92。
    連結:
  3. 吳昌家(2002)。電腦動畫輔助教學對國中學生粒子概念學習成效之研究。國立臺灣師範大學化學研究所碩士論文。
    連結:
  4. 吳政勳(2002)。高中學生光學迷思概念之研究。 國立臺灣師範大學物理學系碩士論文。
    連結:
  5. 吳盟仁(2001)。國中網路虛擬化學實驗。國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文。
    連結:
  6. 李秀貞(2002)。電腦媒體教學與自我效能對國中理化學習成就之相關研究。國立臺灣師範大學化學研究所碩士論文。
    連結:
  7. 林合彥(2003)。具有教學支援的網路化模擬學習環境。國立臺灣師範大學資訊教育學系。
    連結:
  8. 邱美虹(2000)。概念改變研究的省思與啟示。科學教育學刊,8(1),1-34。
    連結:
  9. 高德義(2003)。國小學童以電腦模擬學習電路概念之學習成效分析研究。國立台北師範學院教育傳播與科技研究所碩士論文。
    連結:
  10. 陳均伊、張惠博、郭重吉(2004)。光反射與折射的另有概念診斷工具之發展與研究。科學教育學刊,12(3),311-340。
    連結:
  11. 陳啟明(1991)。發展紙筆測驗以探究高一學生對直流電路的迷思概念。彰化大學科學教育研究所碩士論文。
    連結:
  12. 黃雅鈴(2004)。探究九年級學生在電腦模擬的不同環境中,概念學習與投入行為之研究─以力與運動為例。國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士論文。
    連結:
  13. 劉俊庚(2002)。迷思概念與概念改變教學策略之文獻分析-以概念構圖和後設分析模式探討其意涵與影響。國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士論文。
    連結:
  14. 蔡佩穎、張文華(1999)。國一學生參與生物實驗活動之過程分析與成效探討。科學教育,9,108-126。
    連結:
  15. Andersson, B., & K?rrqvist, C. (1983). How Swedish pupils, aged 12-15years, understand light and its properties. European Journal of Science Education, 5(4), 387-402.
    連結:
  16. Cross, R. T., & Pitekethly, A. (1998). Speed, education and children as pedestrians: a cognitive change approach to a potential dangerous na?ve concept. International Journal of Science Education, 10(5), 531-540.
    連結:
  17. De Jong, T., & W.R, V. J. (1998). Scientific Discovery Learning With Computer Simulations of Conceptual Domains. Review of Educational Research, 68(2), 179-201.
    連結:
  18. Dentici, O. A., Grossi, M. G., Borghi, L., & De Ambrosis, A. (1984). Understanding floating: a study of children aged between six and eight years. European Journal of Science Education, 6(3), 235-243.
    連結:
  19. Ebenezer, J. V., & Gaskell, P. J. (1995). Relational conceptual change in solution chemistry. Science Education, 79(1), 1-17.
    連結:
  20. Feher, E., & Rice, K. (1988). Shadows and anti- images: children’s conceptions of light and vison. II. Science Education, 72(5), 637-649.
    連結:
  21. Galili, I., & Hazan, A. (2000). Learners' knowledge in optics: interpretation, structure and analysis. International Journal of Science Education, 22(1), 57-88.
    連結:
  22. Goldberg, F. M., & McDermott, L. C. (1986). Student Difficulties in Uderstanding Image Formation by a Plane Mirror. The Physics Teacher, 4, 72-80.
    連結:
  23. Gorsky, P., & Finegold, M. (1994). The role anomaly and cognitive dissonance in restructuring students' concepts of force. Instructional Science, 22, 75-90.
    連結:
  24. Gutwill, J., Frederiksen, J., & White, B. (1999). Making their own connections: Students’understanding of multiple models in basic electricity. Cognition and Instruction, 17(3), 249-282.
    連結:
  25. Hameed, H., Hackling, M. W., & Garnett, P. J. (1993). Facilitating conceptual change in chemical equilibrium using a CAI strategy. International Journal of Science Education, 15(2), 221-230.
    連結:
  26. Hofstein, A., & Lunetta, V. N. (1982). The role of the laboratory in science teaching: Neglected aspects of research. Review of Educational Research 52(2), 201-217.
    連結:
  27. Johsua, S., & Dupin, J. J. (1987). Taking into account student conceptions in instructional strategy: An example in physics. Cognition and Instruction, 4(2), 117-135.
    連結:
  28. Lewis, E. L., & Linn, M. C. (1994). Heat energy and temperature concepts of adolescents, adults,and experts: Implications for curricular improvements. Journal of Research in Science Teaching, 31(6), 657-677.
    連結:
  29. Lunetta, V. N. (2004). The laboratory in science education: foundations for the twenty-firist century. Science Edutation, 88, 28-54.
    連結:
  30. Reif, F.(1987). Instructional design, cognition and technology:Applications to the teaching of scientific concepts. Journal of Research in Science Teaching, 24(4), 309-324.
    連結:
  31. Rice, K., & Feher, E. (1987). Pinholes and images: children’s conception of light and vision.Ⅰ. Science Education, 71(4), 629-839.
    連結:
  32. Rogan, J. M. (1988). Development of a conceptual framework of heat. Science Education, 72(1), 103-113.
    連結:
  33. Sanger, M., & Greenbowe, T. (2000). Addressing standing misconceptions concerning electron flow in aqueous solutions with instruction including computer animations and conceptual change strategies. International Journal of Science Education, 22(5), 521-537.
    連結:
  34. Saxena, A. (1992). An attempt to remove misconceptions related to electricity. International Journal of Science Education, 14(2), 157-162.
    連結:
  35. Shapiro, B. L. (1989). What Children Bring to Light:Giving High Status to Learners'' Views and actions in Science. Science Education, 73(6), 711-733.
    連結:
  36. Thagard, P. (1992). Conceptual revolutions Princeton: NJ:Princeton University Press.
    連結:
  37. Van Driel, F., De Vos, W., Verloop, N., & Dekkers, H. (1988). Developing secondary students’ conceptions of chemical reactions: the introduction of chemical equilibrium. International Journal of Science Education, 20(4), 379-392.
    連結:
  38. Weller, H. G. (1995). Diagnosing and altering three Aristotelian alternative conceptions in dynamics: Microcomputer simulations of scientific models. Journal of Research in Science Teaching, 32(3), 271-290.
    連結:
  39. White, B. (1984). Designing computer games to help physics students understand Newyon's law of motion. Cognition and Instruction, 1(1), 69-108.
    連結:
  40. Wu, H.-K., Krajcik, J. S., & Soloway, E. (2001). Promoting understanding of chemical representations: Students' use of a visualization tool in the classroom. Journal of Research in Science Teaching, 38(7), Journal of Research in Science Teaching.
    連結:
  41. Zietsman, A. I., & Hewson, P. W. (1986). Effect of instruction using microcomputer simulations and conceptual change strategies on science learning. Journal of research in science teaching, 23(1), 27-39.
    連結:
  42. 一、中文文獻
  43. 古智雄(1992)。凸透鏡成像迷思概念的詮釋系統研究。 國立台灣師範大學物理所碩士論文。
  44. 江武雄(1997)。國民中學化學科教師教學困難及問題之調查研究(二)。行政院國家科學委員會報告NSC-75-0111-S-018-06。
  45. 吳幸宜譯(2000)。學習理論與教學應用。台北:心理出版社。
  46. 李采褱(2003)。國小中、高年級學童光迷思概念研究。屏東師範學院數理教育研究所碩士論文。
  47. 林秀美(1998)。電腦模擬在科技教育上之應用。教學科技與媒體, 42, 23-31.
  48. 林秀蓁(1995)。一位國中理化教師實驗室之教學與經營。國立高雄師範大學科學教育研究所碩士論文。
  49. 林陳涌(1995)。從經驗證據和科學理論之間的關係來探討自然科實驗教學的意義。科學教育月刊,184,2-16。
  50. 林傳傑(2003)。資訊融入教學與評量─以「地球運動」為例。屏東師範學院數理教育研究所碩士論文。
  51. 邱俊宏(2004)。多媒體電腦輔助教學對國小學童學習線對稱圖形成效之研究。屏東師範學院數理教育研究所碩士論文。
  52. 邱韻如(1998)。成影概念的成長與學習。國立臺灣師範大學物理研究所博士論文。
  53. 洪姮娥(1984)。實驗室在科學教學上的功能。中等教育,35(6),25-27。
  54. 唐明(2001)。國小五年級學童光概念及相關迷思概念之研究。臺北市立師範學院科學教育研究所碩士論文。
  55. 張川木(1995)。促進概念改變教學法(Ι)。科學教育月刊,185,21-27。
  56. 張川木(1996)。促進概念改變教學法(II)。科學教育月刊,186,10-18。
  57. 張靜儀(2002)。科學迷思概念的研究與概念改變的教學。屏師科學教育,16,49-56。
  58. 許榮富、趙金祁(1987)。科學實驗教學目標之確認之客觀性評量分析研究。國科會報告NSC76-0111-S003-24。
  59. 陳忠志(1989)。大一學生物理學錯誤概念之研究(Ⅱ)光學錯誤概念。行政院國家科學委員會專案計劃成果報告NSC77-0111-S017-005-D。
  60. 曾靖華(2003)。電腦輔助教學在改變學生基礎物理迷思概念之研究。中華大學應用數學系碩士班。
  61. 黃竹坤(2001)。應用模擬動畫於國中理化輔助教學之研究。國立高雄師範大學物理系碩士論文。
  62. 黃志清(2001)。應用模擬動畫輔助國中實驗教學之研究。國立高雄師範大學物理研究所碩士論文。
  63. 黃福坤(2003)。簡易動畫模擬設計製作環境:互動式的科學教學/學習工具。行政院國家科學委員會專題研究成果報告NSC91-2520-S-003-010。
  64. 黃寶鈿、劉靄雯(1993)。化學師資基本能力及條件之初步研究。師大學報,38,203-222。
  65. 楊文金、許榮富(1987)。物理教育中實驗的角色。科學月刊,18(2),103-105。
  66. 楊純珠(1998)。「溶液」多媒體CAL之概念學習研究。國立台灣師範大學化學研究所碩士論文。
  67. 鄭麗玉(1998)。如何改變學生的迷思概念。教師之友,39(5),28-36。
  68. 羅慶璋(2003)。國中網路虛擬物理實驗室。國立臺灣師範大學資訊工程研究所碩士論文。
  69. 竇一龍(2002)。高一學生凸透鏡折射成像另有架構類型與成因。國立高雄師範大學物理研究所碩士論文。
  70. 二、西文文獻
  71. Akpan, J. P., & Andre, T. (2000). Using a computer simulation before dissection to help student learn anatomy. Journal of Computers in Mathematics and Science Teaching, 19(3), 297-313.
  72. Goldberg, F. M., & McDermott, L. C. (1983). Not All the Wrong Answer Give Misconception : Example from Interview on Geometrical Optics. . ERIC Document Reproduction Service, No. ED 242553.
  73. Novak, J., & Gowin, D. B. (1984). Learn how to learn. New York: Cambridge University Press.
  74. Thomas, R. A., & Hooper, E. (1991). Simulations: An opportunity we are missing. Journal of Research on Computing in Education, 23(4), 497-513.
Times Cited
  1. 蕭民健(2011)。整合式實驗教學在普通物理實驗教學的初探— 以「RC/RL基本交流電路實驗」為例。臺灣大學物理研究所學位論文。2011。1-165。 
  2. 尤建捷(2007)。POE教學策略對於九年級學生學習「凸透鏡成像」概念改變之研究。臺灣師範大學科學教育研究所學位論文。2007。1-208。
  3. 許峻豪(2009)。科學史融入九年級自然與生活科技教學之探討—以『動能、位能與能量』單元為例。臺灣師範大學科學教育研究所在職進修碩士班學位論文。2009。1-137。
  4. 莊淑娟(2016)。以「虛擬實驗室」數位教材發展國中「牛頓第二運動定律」課程之設計與研究。淡江大學教育科技學系數位學習碩士在職專班學位論文。2016。1-196。