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不同前置組織對高中學生學習化學反應及相關概念成效

本研究旨在比較現行高中兩種不同版本的化學教科書中，以不同之前置組織引介下，學生對學習化學反應及其相關概念的影響。 研究設計主要以準實驗研究為主，將學生分為A前置組織(文本)與B前置組織(文本)兩個組別，A前置組織組別學生先進行「物質三態變化－粒子行為」理論教學，B前置組織組別學生則先進行「粒子基本定律」理論教學，其後再一同按各版本之後續相同內容，進行化學反應及其相關內容概念的教學。 研究對象有80位高一學生，施行A前置組織教學的學生為38人，B前置組織教學的學生為42人。實驗教學前先進行化學反應學習成就測驗前測，其後進行化學反應及其相關概念教學，最後在教學後進行化學反應學習成就測驗後測。化學反應學習成就測驗的信度為0.75(KR20)，而效度則是經9名專家(內容效度)評定後修正之。 研究結果發現，以「粒子基本定律」理論為前置組織的B組較進行「物質三態變化－粒子行為」理論為前置組織的A組，在整體學習上更能增進學生在化學反應及其相關概念上的學習成效，其中在「原子與分子計量」與「化學反應方程式計量」兩概念向度上，使用B前置組織的學生較A前置組織在學習上有顯著的幫助。 研究結果顯示，就本研究實驗範例，學生在進入高中時期後，若能適當運用教科書中「粒子基本定律」內容進行學習，確實能彌補其在國中時期在化學反應相關概念上的不足。最後對未來高中化學教科書的內容及其架構等安排提出建議。

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探究八年級學生對力持有的「意義」、「心智模式」與「內在一致性」

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」。

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心像旋轉作業中的心智表徵

視覺影像的轉換在化學的學習上扮演重要的角色，但目前心理學界尚未清楚視覺影像轉換之相關運作的關係。心像旋轉是旋轉腦海中的圖像的能力，是視覺影像轉換能力的一種。本研究藉由探究心像旋轉作業中的心像旋轉階段的心智過程，以釐清心像旋轉此一視覺影像轉換過程的機制以及內在的心像表徵特性。本研究設計六個實驗以探究心像旋轉之內在表徵和心智歷程以及心像旋轉作業中的眼球運動掃瞄軌跡特性。研究結果發現心像旋轉歷程包含簡單架構的旋轉以及部件細節的重建兩個細微過程，且心像旋轉時的心像並不完整，並發現旋轉心像時眼球運動掃瞄軌跡與該影像編碼時的眼球運動掃瞄軌跡有關。在化學教育上要幫助學生視覺影像轉換，圖形中的空間關係要儘量明確且具有可以幫助重建部件空間關係的參考軸。這樣的圖形不但能幫助學生記憶與辨識，在轉換上也比較容易降低視覺空間記憶的負荷。為了有效的幫助學生化學學習，宜進一步利用化學領域使用的圖形或符號作為實驗刺激材料，探究化學常用圖形在視覺轉換時重要的線索，才能在教學上加強該線索的使用。

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探討國二學生代數文字題列式表現及波利亞表列法的教學成效之研究--以二元一次聯立方程式為例

代數文字題的列式在歷年的基本學歷測驗中幾乎是必考題，根據90?95年基測的統計數據及研究者的教學經驗顯示：國中生在文字題的列式是有困難的；數學家波利亞(1957)曾在<<怎樣解題>>書中提出用列表的方式引導學生列方程式。因此本研究希望以常見的二元一次聯立方程式之代數文字題為例，探究國二學生代數文字題未知數假設與列方程式表現的困難；其次，探討「表列法」教學法對提昇學生文字題列式的成效。

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以p-prim探究學生學習『力與運動』的學習路徑

本研究的主要目的是利用p-prim 來瞭解學生學習力學的學習路徑。主要的研究方法為質性研究，由研究者擔任教師的腳色，利用POEC教學方式來教導學生學習力學，並且側錄學生在學習過程中其解釋、預測的內容，最後將這些內容編碼以進行分析。研究對象為十二名台北市八年級學生，授課時間為八個小時，共兩週的時間。 研究結果發現學生會持有片段的p-prim來進行思考，同時在相同的科學概念情境當中，會使用不同的想法來解決問題。另外在本研究中發現三個新個p-prim，分別是施力必耗能、有公式才有數字、傳遞力三者。其中施力必耗能以及傳遞力可以歸納在diSessa對p-prim既有的分類之下，而有公式才有數字則被研究者歸為一般類別當中。而在學生學習牛頓力學的路徑當中，發現學生在慣性定律上容易受到引導和力為推動者這兩個p-prim的影響，而在第二運動定律的部份則有比較多的人持有力為推動者的想法。在作用力與反作用力這個概念下，則發現對於作用力與反作用力大小相等這個概念對學生來說容易記憶，但是卻難以找到自我解釋的方式。 由研究結果顯示，若能根據學生的p-prim設計教學，便能夠使學生較為容易的修正其p-prim，而達成科學概念。

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以解釋本質探討中學演化論之教科書內容與教學

「解釋」是解釋者、接受解釋者與被解釋物，三者間的互動，也是科學教室常見的行為，包括教師對學生解釋某一自然現象，或是教科書對師生解釋某一自然現象。本研究即以「解釋」為出發，探討演化論之教科書編寫與教學。 透過科學哲學對解釋的討論，以及科學界對「演化」解釋的典範變遷，兩者作為主要的理論基礎。本研究主要分成兩大主軸，一是分析當今教科書演化課文的內容，一是建立演化機制的改良版課文，並檢視其成效。在教科書探討方面，研究者首先針對現今高、國中七個版本生物相關教科書的「演化」專章和「演化機制」的內容，以「解釋類型」、「複雜系統特性」進兩角度進行分析，並特別針對「演化機制」專節，進行內容分析。在改良課文的探討方面，筆者以「解釋類型」、「複雜系統特性」融入演化機制解釋的撰寫，並以國、高中各三班學生進行教學及前後測，除量的分析之外，也以晤談資料檢視學生的演化概念。 研究結果發現，現今演化教科書編寫，主要仍以達爾文天擇說為典範，即使提及當代對天擇說的修正，也以天擇說的補充角色出現，亦即，現有可含攝天擇說的融貫理論，並不被視為可以取代天擇說。同時部分教科書對於「人擇的類比」、「拉馬克的歷史地位」、「達爾文的理論發展史」的撰寫方式，都有值得討論的議題。 在筆者發展的三組新課文，經轉化為教學材料進行教學後，發現同時包含「解釋類型」與「複雜系統觀」的EC組，學習效果最佳。只有「複雜系統觀」的C組又比只有「解釋類型」的E組來的佳。在高中施用的效果較國中為佳。除了以測驗題成績進步做衡量外，筆者自行發展的演化概念模式層級，也發現這樣的結果。 所謂演化概念層級是以區分「演化現象」、「演化機制」兩不同層次的解釋，將學生的演化概念，區分成「知道生物會演變與否」、「知道生物會演變，但對生物演化方向的理解為何」、「知道生物會朝某方向演化，但演化機制的理解為何」等三大層級，並依正確及完整程度，從中再區分出數個次層級，一共九種基本模式。以此模式可輕易且有效精細的捕捉到學生的演化另有概念及演化概念改變情形。 最後筆者認為教科書基於其文本權威，不應逃避對演化機制做出更正確解釋的責任，本研究將「複雜系統特性」融入演化機制解釋的嘗試，初步證明有效且值得參考。而對演化概念的評量，筆者也建議可採比分數更富意義，非文字的圖形表徵：演化概念模式圖。

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探討高中生氧化還原心智模式及概念改變之研究

探討高中生氧化還原心智模式及概念改變之研究 本研究的主要目的在探討高中學生氧化還原概念心智模式的類型及相關概念改變情形。利用質性晤談，找出學生氧化還原的心智模式，發展封閉式二階層試題診斷工具，並針對屏東縣前三志願公立高中學生進行施測，研究結果以質化與量化兼具的方法進行分析。 在質化分析方面，從RAINBOW理論(邱美虹，2008)中的認識論面向、本體論面向、概念發展等面向，探討不同年級的學生概念改變的情形：(一) 就認識論面向來看，學生對氧化還原概念的心智模式類型(1)就氧化還原反應概念而言，學生持有的心智模式有八種：氧模式、燃燒模式、電子模式、氧化數模式、時序模式、途徑模式、化合/分解模式、科學模式；(2)就氧化數定義及應用概念來說，學生持有的心智模式有七種：氧原子個數模式、非氧原子個數模式、電荷數模式、莫耳係數模式、程度模式、速率模式、科學模式。 (二) 就本體論面向而言，學生在氧化還原反應定義概念上，高一學生多數持有的氧模式、化合／分解模式，多錯置在物質本體中，高二學生若持有的是電子模式與氧化數模式，則分別錯置在過程本體的直接過程與物質類別中，高三學生若持有的是氧化數模式，則會誤派在過程本體的直接過程。 (三)就概念發展的觀點來解釋學生的想法，發現到學生對氧化還原反應的自發性解釋，常常與科學史上已經放棄的舊典範相同。高一學生多持有「燃燒模式」，其想法與Scheele(1779)發現到燃燒現象不謀而合，亦有學生持有「氧模式」，誠如Lavoisier發現到空氣中有一種物質，命名其為「氧氣」的想法呈現一致。高二、高三學生在學習過原子、電子、酸鹼反應單元後，再接觸到氧化還原課程，大多持有「電子模式」，認為氧化還原反應與離子價數有關，此想法與Arrenhius(1884)提出的離子理論與Lewis(1916)的價電子理論相呼應。而持有化合／分解模式的學生，認為一般反應中化合物的分解過程亦是氧化還原反應的一種，此想法與Liebig(1837)將氧化還原定義為化合物移出氫或釋放出氧原子的想法有其類似之處。 在量化分析方面，採用的是SPSS的統計軟體分析概念表現情形，與研究者自行研發的一套機率統計軟體，研究發現學生在回答二階層試題時，我國高中生多數以氧的得失屬於氧化還原反應的概念普遍表現良好，隨年級增加上升；電子的得失亦屬於氧化還原反應的概念，高二學生表現略優於高三學生，但統計上無顯著差異；高三學生氧化數定義及應用概念得到較高的分數，隨著年級而有明顯增加的現象。 本研究從多元面向探討高中學生氧化還原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。

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從力的比較觀點探討九年級學生理解浮力概念困難之研究

摘 要 浮力的概念，在物理學當中是屬於重要且不容易學習的單元，學生必須統合之前學過的密度、體積、質量、壓力…等許多相關知識，並且要能掌握阿基米德的原理及物體在液體中抽象的受力情形，才得以架構出完整的浮力概念。鑒於近年來的基本學力測驗，有關浮力問題的答對率普遍偏低，研究者在學生解題過程中發現，普遍學生不太會使用物體在液體中受力比較的情形來解浮力的問題，許多可以用簡單的受力比較來解決的浮力問題，學生卻被其它複雜的想法所困住，反而無法解答。研究者查閱國內外十八篇相關討論浮力的文獻，尚未發現有從受力的比較觀點，來探討物體在液體中所受浮力的情形，因此本研究設計欲探討學生能否從物體受力的比較情形，來減少在浮力方面的學習困難，希望藉此提升學生在學習浮力的整體成效。 本研究主要從「力平衡」的概念為主軸，探討學生在使用物體受力的比較來理解「浮體」浮力、「沉體」浮力、「判斷浮沉」、「液體密度改變後的浮體」浮力、「液體密度改變後的沉體」浮力，這五個面向的浮力問題。本研究的浮力試題經由預試後確定信度、效度皆達到標準後正式施測。 研究結果發現：一、能掌握力平衡概念的學生，在以上有關浮力的五個向度的答對率皆高於未能掌握力平衡的學生。二、整體而言男生在浮力各向度的表現是優於女生的。三、使用「受力比較」模式解浮力題目的答對率高於使用「密度」模式的學生。 綜上所述，使用力的比較方式來解浮力問題可以減少學生在學習浮力的困難，而且可以提高浮力問題的答對率。

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國二學生非正式學習管道城鄉差異之研究

本研究探討城鄉地區不同家庭背景之國二學生的課外科學知識成就表現，以及其非正式學習管道與課外科學知識成就的關係。以臺北縣與桃園縣國二學生為研究母群體，採分層隨機抽樣，有效樣本720人。研究工具為「課外科學知識測驗卷」與「非正式學習管道問卷」，課外科學知識測驗卷共35題，由TIMSS 2003國中二年級已公佈之科學試題發展而成，其信度Cronbach，s α為.84；非正式學習管道問卷經由訪談學生與收集文獻資料後設計而成，重測信度為.80；資料以描述性統計、相關分析、衛氏-曼-惠特尼考驗、獨立樣本t檢定及多元逐步迴歸分析之。研究結果發現：1)城市地區學生的課外科學知識成就顯著高於偏遠地區學校同年級的學生（P＜.05）；2)父母親教育程度與課外科學知識成就有顯著正相關（r＝.28~.34，P＜.05）；3)閱讀相關管道對學生的課外科學知識成就有益處，城市地區學生的課外科學知識成就與「閱讀自然科學類課外讀物、報章雜誌」及「看小說」正相關（r＝.12~.35，P＜.05），且城市地區與偏遠地區學生之課外科學知識成就都與「閱讀休閒書籍及非科學類的雜誌」正相關（r＝.15，P＜.05）；4)「打電動」及「上網聊天」對課外科學知識成就沒有幫助，與城市地區及偏遠地區學生之課外科學知識成就呈顯著負相關（r＝-.29~-.32，P＜.05）；5)選擇性的看電視對課外科學知識成就有幫助，「觀看自然科學相關的電視頻道」與城市地區學生之課外科學知識成就呈顯著正相關（r＝.23，P＜.05），與「看電視」（綜藝節目、卡通及體育台等）呈顯著負相關（r＝-.11，P＜.05）。本研究建議：1)老師與父母應注意培養學生的閱讀能力；2)父母應留意學生使用電腦網路的內容，減少他們上網聊天與打電動的時間；3)父母應替學生慎選電視節目。

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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

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Mikkil?-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。