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科學寫作與學習成就相關分析研究：以高二學生學習「種子萌發和幼苗生長」單元為例

根據系統功能語言法的觀點，本研究旨在探討學生在觀看科學實驗影片後之科學寫作，進而探討其與學生學科學習成就的相關。 以台北縣某高中二年級三十二位學生為研究對象，在觀察五段不同主題的種子萌發和幼苗生長示範實驗影片後，分別要求學生進行觀察與解釋的科學寫作。科學寫作內容以系統功能語言學的及物性分析為主，並蒐集學生國文科作文和生物科學習成就資料，以描述性、Pearson相關進行分析。研究發現如下： 一、學生撰述的現象與步驟觀察小句數多於解釋部分，而前者僅與國文作文有顯著相關。其次，一個小句平均有0.23個環境成分，平均發生0.78次級轉移，詞彙密度平均值為4.27，其中27%為科學內容詞。 二、在學生寫作中詞彙密度、科學內容詞密度、小句深度僅與生物學習成就達顯著相關。 三、科學寫作中解釋部分的小句等級、級轉移次數、環境成分數與生物學習成就達顯著相關。 最後，根據上述的研究發現討論其於科學教學的意涵，並對後續研究提出相關建議。

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從系統典範探討板塊構造學說多重類比教學-「凱利方格法」（RGT）之系統性應用

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從科學史中理論模型的發展暨認知學心智模式探討化學概念的理解－層析理論的模型化案例

模型是一種想法、一個物件、事件、歷程或一個系統的表徵。模型化﹙modeling﹚試圖將「不明確」或「沒有看過」的事物與想法呈現，因此模型蘊含「本源」（source）與「標的」（target）兩個領域。模型化是一種轉換的歷程；在嘗試轉換的程序中，注意力被切換、轉移至特定的意義領域而呈現躍進（leaping）的狀態，因而容易產生創造性的想法，因此模型化（modeling）是一種創造性有意義學習過程。 層析法（chromatography）是物質科學中最常用的分離技術之一，因此是儀器分析課程中十分重要的一部分。層析法的分離作用源自被分離物質和分離系統間的集體現象，涉及分子間作用力、分子的動態分布等概念；相關研究顯示層析技術作用原理的概念理解對大部分學生是複雜和有困難的。 本研究分成三個階段。第一階段，從科學史的角度輔以文獻探討的方式，確認出層析理論發展的五個理論模型－過濾模型、吸附模型、板理論模型、速率模型以及效化熱力學模型。 第二階段，以孔恩的科學革命、拉卡托斯的研究綱領和勞丹的研究傳統等三種科學哲學觀分析層析理論模型的發展，瞭解模型是如何取代。研究結果顯示層析理論的發展是從因果解釋模型如過濾、吸附等分離作用模型發展為兩相間分配板理論模型，隨機分配的速率模型及合併動力學、熱力學形成的最適化模型。理論發展過程中，遭遇必須解決如：成分完全分離、動相的限制、靜相的限制等概念性問題時新理論模型才會出現。新理論模型並促進新的層析儀器的類型的設計和應用，使得分離的一些經驗問題得以解決。因此層析理論模型的發展並非完全累積的，而是聯合、分化和改變的演化歷程，本研究認為層析理論的發展較符合勞丹的科學發展理論。 本研究的第三階段主要探討學習者對於模型的認識表徵(「模型表徵類別」)與層析單元教學以前之相關化學先備能力對於層析單元學習成效與層析模型建構之影響。受試學生是台北某私立技術學院專科部化工科，選修『儀器分析』課程的64位四年級學生（年齡19-21歲），該課程在實驗期間，由研究者利用透過科學史分析所發展出來的模型化導向教學模式（modeling approach teaching）進行層析單元的教學。研究者首先利用根據Grosslight等人(1991)對於模型認識之相關研究結果所自行發展的「學生模型表徵問卷」將受試學生分為「構念－理論」、「構念－空間」、「實體－理論」以及「實體－空間」等四種模型表徵類別後，分別在層析單元教學前與教學後，探討受試者「模型表徵類別」與「化學先備能力」對於層析模型之建構與層析單元成就之影響。 第三階段的主要研究發現為(1)受試學生對於模型之表徵類別與化學先備能力均顯著影響其層析單元之學習成就；(2) 受試學生對於模型之表徵類別與化學先備能力對層析單元之學習成就影響無顯著交互作用；(3)受試學生在層析單元教學前，選擇吸附理論模型為適當層析模型者顯著多於另外三種層析模型；(4) 受試學生在層析單元教學後，選擇隨機的兩相分配速率理論模型為適當層析模型者顯著多於另外三種層析模型；(5)受試者「模型表徵類別」與「先備能力」對於教學前、後之層析模型建構均無顯著影響。由以上(3)、(4)發現，可以推論學生的層析模型建構大致符合科學史發展，也符合教學之進度。然而在單元教學後實際要求受試者解釋層析特例時，發現雖然大部分學生在認知上選擇隨機的兩相分配速率模型為最適當的層析模型，然而在解釋層析特例時，卻大都採過濾模型。

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圖像組織架構教學策略對國中生學習神經系統概念的影響

本研究旨在發展有效的圖像組織架構教學策略，以幫助學生釐清神經系統概念之間的關係，並探討圖像組織架構教學策略對國中學生學習相關概念的影響。本研究以臺北市某公立國中七年級六個班級154位學生為對象，採準實驗研究法，隨機將三個班級（N=85）做為實驗組，實施圖像組織架構教學策略（graphic organizer teaching strategy，簡稱GO教學策略）；另三個班級（N=69）做為對照組，進行傳統教學策略（traditional teaching strategy，簡稱TD教學策略）。研究流程包括前測、教學處置、後測、結構式晤談及延後測四個部分，所使用的研究工具包括神經系統單元自編教材、教學媒體教材、學習活動單及評量測驗試題。主要研究結果如下： 1.「教學策略」與「生物科學業成就」兩種因素在學生選擇題平均分數及各類型試題平均成績的表現沒有顯著交互作用。進一步分析「生物科學業成就」對學生學習的影響，結果顯示無論是GO教學策略或TD教學策略，兩組學生在神經系統單元選擇題測驗平均成績的表現與其生物科學習能力一致；分析「教學策略」的影響發現，GO組學生在選擇題後測總平均成績及知識類型試題平均成績皆顯著優於TD組學生，顯示GO教學策略對於學生知識層次的學習表現能夠產生立即的影響效果。 2.人體圖測驗結果發現，GO組學生在名詞回憶正確性的表現顯著優於TD組學生，且在「中樞神經、周圍神經、腦、脊髓、腦神經、脊神經」這六個名詞的正確作答平均數也顯著優於TD組，顯示GO教學策略有助於學生對構造名稱進行正確記憶，並能幫助學生回憶抽象性較高的名詞。 3.樹狀圖測驗結果發現，GO組學生在「腦神經與脊神經的定義」、「脊神經、腦神經與中樞的關係」、「感覺神經與運動神經的定義」、「運動神經、感覺神經與腦神經、脊神經的關係」概念的理解都顯著優於TD組學生的表現。 4.情境推論題測驗結果發現，GO組學生應用相關概念進行積極性正確推論的平均人數顯著優於TD組學生，而TD組學生在進行問題推論時，較GO組學生容易產生錯誤的判斷。此外，GO組學生在進行問題推論題時能精確地表達概念之間的關係，顯示接受GO教學策略的學生能夠產生較為精緻的概念架構，且在概念的理解與應用的品質上有較佳的表現。

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探討理想氣體動力論之建模教學對高一學生建構微觀氣體粒子運動心智模式的影響

現今台灣的高中化學教材對於氣體動力論的教學，侷限在計算解題的能力培養，教材呈現方式往往以公式、數據關係或實驗的推導來解釋氣體動力論，而忽略了氣體動力論微觀模型上的學習。本研究希望以微觀角度出發，幫助學生建立氣體動力論模型，進而解釋氣體分子的行為。並分析學生對氣體動力論的心智模式，探討不同教學內容對學生心智模式類型的影響。 本研究分三組進行教學，研究對象為台北市某高中一年級學生，為了完整收集研究對象在教學過程中心智模式的演進，並配合晤談資料的收集方便性，因此由研究者對於研究對象進行個別教學，教學之後隨即進行後測與晤談，以記錄研究對象在研究過程中心智模式的改變。 為探討巨觀教材與微觀粒子教材對學生學習氣體動力論的影響，本研究設置兩組「巨觀教材組」與「巨觀＋微觀教材組」進行教學，分別討論學生在不同教材教學下，所產生的氣體動力論的學習成就與所形成的心智模式；另外為了進一步探討學生的建模能力對其氣體動力論心智模式的形成有何影響，另設置了「巨觀＋微觀＋模型教學組」，先進行建模教學，再進行氣體動力論教學。最後討論三組學生的學習成就與心智模式之差異。 研究結果發現本研究所使用之不同教材對學生學習成效有不同的影響，微觀教材組的學習成效大於巨觀教材組，表示微觀氣體粒子模型教學有助於學生學習學習氣體動力論的概念。學生在教學前對氣體行為有許多錯誤的解釋，在微觀教學之後，學生心智模式轉變成科學的模式，表示微觀氣體粒子模型教學有助於學生建立微觀氣體粒子運動的心智模式，用微觀粒子運動解釋氣體的巨觀行為。但在計算解題能力方面，本次三組教學後學生沒有進步。 另由模型問卷可發現，高一學生對本研究之模型問卷持有正向的態度。學生接受建模教材之後對模型的看法有所改變，認為模型可以用多樣化的各種方式呈現，只要能呈現出某個概念或想法即可視為模型。模型教學對高一學生學習氣體動力論的成效影響不大，只要使用微觀教材學生即可學習氣體動力論，因此本研究中微觀教材組與建模微觀教材組的學生在成就測驗表現相同，但建模教材的確有助於學生提升對模型的看法，轉向科學的模型態度。

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探討我國八年級學生在TIMSS 1999與TIMSS 2003數學與科學之表現

本研究以我國國二學生參與1999年和2003年國際數學與科學教育成就研究調查之測驗結果，分析學生在數學、物理、化學上的表現情形，以及影響表現的原因。研究對象為參加TIMSS 1999的國二學生5772位以及TIMSS 2003的國二學生5379位。研究過程為瞭解我國的國二學生在TIMSS 2003的成就表現、排名之變動，接著分析TIMSS 1999和TIMSS 2003的受試學生在內容領域和認知領域的成就表現，並探討數學和物理化學的成就表現之間的相關情形，再藉由趨勢題目來分析學生在這兩年的表現並比較之。最後從性別來探討學生在不同領域上的表現差異。研究結果如下：1.數學與物理、化學有密切的關係，是具高度的正相關。2.TIMSS 1999與TIMSS 2003的整體測驗結果相同之處為：在數學方面都是內容領域的「測量」與認知領域的「推理」表現最差；在科學方面都是化學表現比物理來的好且認知領域的表現都是「知道訊息」的類別最好。而相異之處為：在數學內容領域方面，TIMSS 1999表現最好的是「資料表徵，分析和機率」類別，TIMSS 2003表現最好的則是「數與量」；在數學認知領域方面，TIMSS 1999是「使用複雜的程序」表現最好：TIMSS 2003是「知道事實和程序」以及「使用概念」的表現最好。3.TIMSS 1999與TIMSS 2003的趨勢題表現沒有顯著差異。4.男女在答題表現上並沒有顯著差異。5.影響學生學習成就的因素在數學方面相關係數最高的是「自評在數學的表現」，而科學方面則是「家中藏書」。6.我國在國際間的排名在數學方面從第三名滑落至第四名，科學方面則是第一名到第二名，但是和第一名間沒有達到統計上的顯著差異。

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探討高一學生對於「板塊構造運動」所持有之概念架構之解釋融貫性

本研究為一初探性質之研究，目的在於嘗試以Thagard(1992)的解釋融貫性理論來探討高一學生對於「板塊構造運動」的理論架構之解釋融貫性，以其所提出的ECHO程式加以檢驗，並探討擁有不同解釋融貫性的學生在學習成效上的差異，及其在概念改變的程度上有何相異之處。另外，本研究探討以反駁式文本與自我解釋技巧來進行教學是否對於學生理論架構之解釋融貫性有所影響。研究結果顯示：（1）在板塊構造學說上學生常見之另有概念為「大陸漂移就是板塊構造運動」、「軟流圈等同地函等同岩漿」，而其概念架構之錯誤也與這些另有概念相關，使得學生在板塊構造學說之概念架構上有特定之錯誤類型；（2）反駁性文本與自我解釋技巧的使用能提高學生之學習成就；（3）學生持有之原有概念架構之解釋融貫性不影響其在教學後的學習成就，但是原有概念架構之解釋融貫性較高者較難以改變其概念架構，而較低者則較容易改變其概念架構。

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初任暨資深國中生物教師的教學比較-以『動物體內的資訊網』和『生物體內的恆定性與調節』單元為例

本研究探討一位初任暨資深的國中生物教師在『動物體內的資訊網』和『生物體內的恆定性與調節』兩個單元在概念順序、教學表徵、發問類型和實驗室教學上的差異。本研究個案教師任較於同一所學校，自在民國93年12月初至民國94年1月間參與研究。本研究採質性研究法，透過教室觀察、錄影錄音、晤談、文件蒐集、田野筆記等方法收集資料，本研究所得結果如下：1.兩位教師的概念的組織與順序上大致與課本安排相似，但是資深教師做了些微的調整並且強調概念之間的連結性；2.資深教師使用的表徵比初任教師更為豐富，初任教師使用圖表教學而資深教師則是經常應用問題導引學生，同時也使用多重的表徵來協助學生學習困難處，相對的，初任教師通常重複使用同一表徵來協助學生學習；3.初任教師所發問的問題類型大都為班級管理類，而資深教師所提的問題與教學內容較有相關；4.初任與資深教師在實驗室教學順序大致相同，但是初任教師偏向口頭講解教學，而資深教師則是偏向於問題引導；在實驗室的管理上，資深教師較初任教師具有技巧，這是值得初任教師學習的。 本研究建議提供更多的機會讓教師去促進在發問技巧上的能力；條列出資深教師在實驗室中的規則與程序；建議未來有更多關於撰寫教科書的研究；增加初任教師觀察資深教師的教學以加速成長。

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科學教科書之「主題相關組」結合「體裁」分析

本研究旨在以系統功能語言學為理論架構，探討現行教科書『浮力』單元之課文內容與結構差異，進一步選取某一個版本的教科書進行改寫，並進行準實驗研究，同時分析不同文本對於學生閱讀理解的表現差異，及探討不同先備知識受試者在閱讀不同文本時的表現。 現行教科書四個版本加上國編版共五各版本的分析中，發現「主題相關體裁」的結構呈現差異很大，翰林版和康軒版較為類似，為程序說明、描述報告和因果解釋體裁交互使用的文本，而南一版、育成版、國編版則無因果解釋體裁，僅為程序說明和描述報告的文本，翰林版和康軒版呈現體裁和主題方式較多元，而南一版、育成版、國編版則主題呈現不一，並且體裁使用方式較單一，此三個版本中選擇以使用比例頗高的南一版進行改寫，改寫文本加入了解釋類的體裁，改寫文本的的體裁路徑為『討論→程序說明→描述報告→因果解釋→理論解釋→因果解釋→描述報告』，而南一版的體裁路徑則為『程序說明→描述報告』，且兩文本的主題起頭句（組）也以改寫版較南一版提示程度較強，預期可以幫助學生閱讀及掌握主題結構。 準實驗研究之研究對象133人，閱讀南一版的現行文本為68人，閱讀改寫的主題相關體裁文本為65人，進行浮力相關先備知識測驗、浮力閱讀理解前測、浮力閱讀理解後測，研究主要發現如下： （1）在閱讀學習成就上：受試者閱讀『主題相關體裁改寫文本』優於『現行文本』。 （2）在不同先備受試者的學習成就上：閱讀『主題相關體裁改寫文本』的高、中、低先備受試者表現皆優於『現行文本』，尤其對高先備受試者助益較大，依序為中先備受試者和低先備受試者。 （3）在認知理解層次上：先備知識越高者，則認知理解層次越高，尤其對於高先備和中先備受試者影響較大。 （4）在內容概念向度上：低先備受試者理解內容概念的提升影響較大。

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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

摘要 本研究探討透過資訊科技的不同使用方式─教師引導學習與學生自控學習─學生概念的發展以及投入行為的差異。本研究以九年級學生54人為研究對象，共分兩組教學。教師引導學習班級29人，教師以單槍將電腦模擬投射於大螢幕，透過討論及提問引導學生觀看模擬內容，完成學習單上的問題；學生自控班級25人，依高中低成就同質分組，兩人共同使用一部電腦，學生必須輪流操控電腦，自行完成學習單上的任務，教師為協助者。 本研究的量化分析結果，包括成就與電腦態度測驗。兩個班級(組間)分別在前、後、延宕測驗皆未達顯著差異，但兩班(組內)的後測與延宕測驗皆有顯著的進步( t(57)= - 9.234，p＜.05，t(49) = - 7.634，p＜.05)。後測部分，教師引導班級以低成就學生進步最多，學生自控班級以中、高成就學生進步分數較多。延宕分數，兩個班級的高、中、低成就學生彼此進步幅度皆相當，且以高成就進步最多，中成就其次，低成就進步最少，顯示高成就學生經過教學後長期記憶的保留程度最佳。電腦態度測驗中，兩個班級學生其電腦態度與後測分數皆屬低度相關，此部分結果顯示學生可能對電腦有高度興趣，但是不保證對學習科學概念有高度的理解。 本研究的質性資料是紀錄學生在使用電腦模擬過程的對話，加以分析後發現兩個班級的學生認知投入的比例最高，其次是行為投入；教師引導班級以問答形式互動最多，學生自控班級多以陳述方式互動；教師引導班級中學生提問多是非學習單的概念問題，學生自控班級中教師的提問多是任務性的問題。由學生自控班級的高中低成就學生的對話可知，低成就學生非投入的比例較高，高成就學生出現較多評估正確性的對話步驟，低成就學生較多覆誦。 綜合量化與質化分析結果顯示，電腦模擬的不同使用方式皆能促進學生的概念發展，但高中低成就的學生，在不同情境獲益程度也就不同。本研究詳細紀錄學生使用電腦模擬概念學習的過程，可供未來相關研究之參考。