學位論文
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Item 探討科學探究與實作課程中建模教學對高中學生論證表現的影響(2022) 謝東霖; Hsieh, Tung-Lin「論證與建模」是臺灣在民國108年正式實施的十二年國民基本教育(簡稱108課綱)中，探究與實作課程裡所提到的探究學習內容。本研究擬透過實徵研究達到以下三個研究目的： (1) 探討不同教學活動下學生的論證表現；(2) 探討不同教學活動下學生模型功能與建模歷程表現；(3) 探討教師和學生在課堂中對話上論證使用的情形。本研究利用蠟燭燃燒實驗，透過建模歷程引導，讓學生在不同現象中修正呈現模型，最終透過課堂任務將模型應用在TAP論證任務中，訓練學生「論證與建模」能力。本研究結果顯示：(1)在論證表現上，兩組學生後測表現均優於前測，但兩組學生在後測表現上未達顯著差異。在論證表現的四個向度中，實驗組在「論據種類分辨」表現優於對照組；兩組學生在TAP任務上測驗分數未達顯著差異，但TAP任務的四個向度上，在「支持」向度實驗組表現優於對照組。(2)在模型功能與建模歷程表現上，兩組學生在前後測表現與兩組後測表現上未均達顯著差異。不過在模型功能與建模歷程的四個向度中，在「建模歷程」向度上實驗組表現優於對照組。(3)從課堂對話分析中可發現，在建模教學的課堂中確實能在不同階段展現學生「處理數據、爭論」等技巧，若想訓練學生反對、產生替代理論與反駁的技巧，有賴教師在課程設計上的加入論點的討論，以及增加師生對話的提問。研究結果可以提供高中進行探究與實作課程時具體的參考方向。Item 探討模型與建模對於學生原子概念學習之影響(2011) 劉俊庚; Liu Chun-Keng模型（model）在科學理解上扮演非常重要的角色，它不僅作為科學現象的外在表徵，更是作為連結學校科學活動與真實科學之間的橋樑。本研究分為三個部分，首先，探討學生對於模型的認識與理解，以及學生如何利用模型來表徵所欲理解的現象、概念。其次，採取內容分析法對國、高中教科書「原子理論」單元進行分析，探究模型在我國教科書中所扮演的角色和功能，以及教科書是否具建模歷程的要素。最後，探討不同建模教學策略對於三組學生於原子概念學習之影響。研究結果顯示，彙整如下： 1. 8和9年級學生對於模型之定義，著重於模型是具體的事物，模型是物體的複製品。10和11年級學生對於模型之認識則已慢慢地轉變為著重於模型的功能，並且認為模型不再是實體的複製品，模型亦可如想法等抽象的形式。 2.學生對於模型認識之架構，分別是語意、本體論、認識論和方法論。語意部分為「實體關係」與「表徵形式」；本體論分為「模型呈現」、「變化關係」和「模型限制」；認識論分為「模型學習」與「模型觀點」；方法論則可分為「模型解釋與推理」和「模型檢驗與預測」。 3. 8年學生對於問題或現象所使用之模型與表徵系統主要以具體形式或示意圖為主，學生所使用之模型表徵以「形態相似性」為主；9年級學生除使用具體形式的模型外，亦開始使用如化學方程式或物理公式來描述現象。10和11年級學生則受到其化學背景知識的增加與概念理解，其使用模型表徵已經會考量模型與其目標系統之間的結構性關係，如抽象形式的化學方程式、物理公式，或關係圖等。 4.高中化學教科書完全符合良好模型特徵之比例偏低，顯示教科書內容以陳述科學事實為主，所使用模型著重於模型物件之呈現（完整性）（95.4%），實驗結果與理論運作之間的概念性解釋（概念性）（64.8%）與提供適當的圖像模型（具體性）（68.5%）則較為缺乏。 5.大部分高中化學教科書著重於描述原子理論內容介紹，「模型描述與選擇」和「模型建立」得分較高（93分，72.7%；106分，82.8%），至於「模型效化」與「模型分析與評估」得分較低（66分，51.6%；48分，37.5%）。 6.經過不同的教學活動後，類比建模組和電腦輔助建模組成績皆優於講述教學組，且原子概念問卷（II）後測亦達到統計上顯著差異（p = .027< .05），此外，原子成就測驗達統計上顯著性差異（p = .000 < .005）。此外，三組學生於建模能力測驗之「模型選擇與描述」、「模型建立」、「模型分析與評估」和「平均建模能力」達統計之顯著差異（p = .047 < .05；p = .035 < .05；p = .027 < .05），惟「模型效化」、「模型調度」和「模型重建」等建模能力則未達統計上顯著之差異（p = .062 > .05；p = .135 > .05；p = .069 > .05）。 7.分析三組學生於「原子概念問卷（II）後測」與「建模能力測驗」之Kendall’s tau相關係數，講述教學組未達顯著相關，類比建模組與電腦輔助建模組達高相關，換言之，透過類比建模教學模式除可以能提升學生的概念理解外，亦可以提升學生的建模能力。 模型與建模在教學上扮演非常重要的角色。本研究認為建模能力是豐富科學學習的重要方式，另外，本研究亦主張模型與建模的了解亦將使學生發展後設認知的知識。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 一位高中化學教師使用建模本位教材的教學歷程之個案研究 ─ 以電化學概念之教學為例(2016) 楊雅婷; Yang, Ya-Ting本研究為探討一位高中化學教師使用建模本位教材的教學歷程之個案研究─ 以電化學概念之教學為例。以具有科學教育背景的高中化學教師為研究對象，以此教師的四個班級進行教學，分別為建模與模擬組、建模與操作組、一般與模擬組、一般與操作組，以建模教學與一般教學的教學策略，對學生進行電化學概念的教學。從中探討此教師在建模教學的教學歷程中，教師的建模學科教學知識、與其發展的動態過程、以及建模教學與一般教學的學科教學知識之比較，過程將輔以一般教學進行比較。 使用「教學前中後教師晤談問卷」、「教學記錄表」、「學生學習信心/興趣量表與問卷」，在整個教學歷程中進行研究。透過教師、學生、整個情境的各個因素與面向間彼此的交互作用，來探討教師的建模學科教學知識；透過教學推理的理解、轉換、教學、評量、反省、新的理解六個過程，來探討教師的建模學科教學知識發展的動態過程；並以SWOT分析建模教學與一般教學的學科教學知識之比較，輔以學生的情意結果對照比較。 本研究結果，教師的建模學科教學知識與其發展的動態過程，提供一個重要的建模學科教學知識 (M-PCK) 發展範例，教師對於建模教學擁有一定的理論基礎與教學經驗，實踐過程以明確外顯式的建模歷程，配合模型與建模觀點的語言解釋、建模文本、建模教學PPT、開放式Q&A、系統性板書、次微觀影片、與開放性紙筆測驗等呈現，完整進行建模教學，凸顯建模教學的特色。本研究也提出未來建模教學在實踐推廣的建議與方向，期許讓教學與學習，能達到更好的進展。