學位論文
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Item 以概念演化探討物質三態變化之教科書內容與教學對學童心智模式發展歷程之影響(2012) 吳文龍; WEN-LUNG WU本研究綜合多重的研究資料探討學生物質三態變化之心智模式發展歷程，研究內容可分為四個不同的研究主題，據此，四個主要的研究目的分別為：(1)實施跨年級物質三態變化問卷調查，瞭解學生學習現況及檢驗物質三態變化概念演化假說樹的合適性與符合度；(2)透過相關研究文獻，建立理論的物質三態變化之心智模式及認知特徵，藉由系統發育分類學技術建構物質三態變化概念演化假說樹；(3)分析國小、國中、高中階段科學教科書之物質三態變化單元，以概念發展點探討教科書內容結構及與相關概念的銜接，建立各年級的概念教學進程表，並比較不同版本差異；(4)綜合前述三種不同的研究方法確立學生物質三態變化概念發展路徑後，在國小六年級進行「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」，探討不同概念內容與次序對學生學習物質三態變化的影響。 在選樣的部份，研究主題一為四到十二年級跨年級概念調查，研究者考量物質三態變化是日常生活中經常接觸到的現象，且在各年的教學活動亦會應用相關概念，因此受測者以四到十二年級逐年收集的方式收集資料(共832人)；研究主題三為教科書分析，以台灣九十九學年度現行之教科書版本為主，國小階段、國中階段及高中階段共有九種不同版本；在研究主題二實驗教學研究的部份，因研究發現五年級後即超過半數學生具有部份粒子概念，因此以國小六年級四個班級(共110人)進行教學活動。 本研究之研究工具及實驗教學包含：「粒子本質暨物質三態變化問卷」、「系統分類學統計軟體(PAUP* 4.0)」、「教科書分析編碼表」、「學習歷程記錄表」、「自然科學習動機問卷」及「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」。「粒子本質暨物質三態變化問卷」用於跨年級概念調查及配合實驗教學之施測，主要在瞭解學生對於物質三態變化概念的理解程度；PAUP* 4.0常用於系統分類學上，主要用來判斷物種親源遠近的統計工具，本研究用以分析物質三態變化心智模式及認知特徵，透過此軟體計算出可能的概念演化樹；「教科書分析編碼表」為分析不同版本教科書相關單元之編碼工具；「學習歷程記錄表」及「自然科學習動機問卷」為教學期間及教學後收集學生對課程內容的反應，以輔助研究結果的詮釋。 「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」包含微觀粒子概念與物質三態變化兩部份，此教學法根據物質三態變化概念演化樹之發展路徑做為教學的組織架構，分別安排合適教學內容與次序。二階段實驗教學階段包含第一階段粒子本質教學(角色扮演)及巨觀三態物質教學(一般講述)；第二階段物質三態變化教學(角色扮演組及一般講述組)兩個部份。第一階段為建立不同的先前概念做為後續教學的基礎，第二階段為採用兩種不同的教學法進行物質三態變化教學。本研究以角色扮演進行粒子運動的模擬包含三大特點：「眼罩」模擬粒子隨機運動的無方向性及無目的性；「帽子顏色(紅、黃、綠)」代表不同粒子運動速率；「魔鬼氈手套」代表不同吸引力。因國小階段並未安排微觀粒子相關的課程，因此研究者以學期末時間進行教學，教學時間為五至六堂課。 本研究之研究結果發現：(1)物質三態變化概念調查指出學生對於巨觀的概念發展早且已高比例的正確性，但在微觀的部份，大部份國中階段學生尚未建立完整的微觀粒子概念，要到高中階段才會出現高比例的科學概念；而物質三態變化概念的發展大致呈現逐年成長的狀況，但學生對於三態變化中凝結現象答對比例大於蒸發現象，顯示部份的學生仍無法以一致的科學概念解釋三態變化的物相轉變；(2)本研究之物質三態變化概念演化樹22可分為A、B、C、D區，各區出現不同的認知特徵，物質觀點中的混合觀與粒子觀分別在B區及D區出現，由相伴出現的認知特徵可看出各類心智模式對物質三態變化的不同解釋方式；(3)本研究之教科書分析結果認為粒子本質概念在國中階段的教學比重低，即使提到粒子概念也僅解釋物質的微觀結構，對於三態變化時粒子運動觀點要到高一時才有正式的教學活動，因此本研究下一階段實驗教學的主要目標增加粒子本質概念的內容，並瞭解粒子本質概念對學習物質三態變化時的影響；(4)在進行四組實驗組的實驗教學後，本研究之粒子本質教學能顯著地幫助學生學習第二階段的物質三態變化，並且即使第二階段的教學活動未使用角色扮演的方式進行，學生仍能理解物質三態變化概念，達到更好的學習成效。最後，本研究建議概念發展相關研究應採用不同的研究方式，同時進行整合的分析及實驗教學，才能具體對未來課程安排提供合適的建議。Item 利用眼球追蹤技術探討科學圖文閱讀歷程與概念理解之關係(2012) 黃堯琮由於教科書是學生閱讀學習的主要依據，而且科學教科書中充斥著許多不同類型的圖片，科學教科書的圖文閱讀歷程與概念理解之間是否存在關係值得進一步探討。本研究主要使用眼球追蹤系統，針對高一學生的化學教科書圖文閱讀歷程進行紀錄，並且使用半結構式問卷測驗概念理解程度，進而探討閱讀歷程與概念理解之間的關係。眼球追蹤資料透過彙整後，使用SPSS 19軟體進行描述性統計、相關分析，並與概念理解分數進行單因子變異數分析（ANOVA）。結果發現，學生在文字部份所花費的凝視時間，普遍都比在圖片部份高。並且閱讀科學圖片本身就足以協助對文本概念的理解，理論示意圖會達到更關鍵的效果。Item 海峽兩岸國中自然教科書之內容分析比較-以牛頓力學為例(2011) 萬淑宜; Wan Shu-yi本研究旨在探討臺灣國中自然與生活科技以及中國大陸初中物理教科書對牛頓力學處理方式的異同，至於教科書版本的選擇，臺灣方面是採用康軒的國中自然教科書，中國方面則採用人教版的初中物理教科書，並針對牛頓力學部分進行分析比較。研究所採用的方法為內容分析法，分析的範圍包括兩岸對於牛頓力學相關主題的課程目標與課程理念之異同，另外還包括牛頓力學在兩岸教科書中陳述方式的異同、實驗活動在探究層次與過程技能的異同、編排方式的異同、圖表功能的異同和輔助教材內容的異同。 本研究的結果如下： 以康軒版教科書而言：該版本對科學概念的描述較深入，實驗部分較注重變因的判別，內容編排方面較能顧及學生學習概念時所需之先備知識，圖表種類較多元化。惟在實驗部分多採食譜的方式呈現、對科學現象背後的原因及現今科技議題著墨較少。 以人教版教科書而言：該版本在科學概念的廣度上衍生較多的應用，包括在科技上的應用，實驗部分則著重引導學生建立假說、設計實驗、分析和解讀數據以及推論實驗結果，輔助教材方面的題型多元化。惟課程編排順序較無法兼顧學生的先備知識，而且相關圖表較為單調，教學功能不大。 此外，兩版本對於科學過程技能與科學概念的描述差異不大。 對於臺灣自然科教科書未來改版時，本研究根據結果提出如下建議： （1）在課文描述方面，能提供學生更多獨立思考的空間；章末「延伸閱讀」可多增加科學史的介紹。 （2）增加現今科技的議題，使學生更能掌握科學在生活中的應用。 （3）增加讓學生練習畫力圖的機會，並增加每小節練習題的題數。 （4）實驗方面建議減少以食譜式介紹實驗的方式呈現，並逐年增加讓學生提出假說、設計實驗、分析資料與推論結果的機會。Item 由概念演化觀點探究不同教科書教-學序列對不同心智模式學生電學學習之影響(2006) 林靜雯; Jing-Wen Lin摘要 本研究為第一個將生物學之系統發育分類分析方法(Cladistics)引介至科學教育之跨領域研究，其目的旨在以更科學化、系統化且更省時省力的方式獲得兒童概念發展的演化路徑，以奠基於此設計出真正以兒童先備概念為基礎的科學課程。據此，本研究首先由文獻探討及分析建立兒童科學概念學習與生物演化論及認識演化論之間類比的合理性，以為此研究取向提供穩固的理論基礎。其次研究者設計440人參與之跨年級診斷式測驗，藉此檢驗此分析取向所獲得之學生電學概念演化路徑的假設。接著奠基於此概念演化路徑結合教科用書分析，研究者因應不同電學心智模式的學生設計出以學童電學先備知識為基礎發展的教-學序列，最後藉由小組教學的方式檢驗所發展之教-學序列的有效性。 本研究共分四階段進行：第一階段，研究者以單極模式為外群，利用12個認知特徵輸入PAUP 4.0軟體，並以窮盡搜尋的方式分析11個串聯電路的心智模式，建立了兒童電學心智模式演化樹的假設—Tree 70。此假設顯示兒童電學概念的演進路徑為：雙極極性、雙極電流方向封閉性、燈泡因電流會合而發光分配電流燈泡因吸收電流而發光、完整通路的概念、正確電流方向單極極性系統性、電流共享燈泡因電能轉換而發光、修正順序推理模式、錯誤電流強度、電流守恆修正資源消耗模式、正確電流強度。 第二階段，研究者以電學診斷式測驗檢測三年級、五年級、國一及國三學生各60、92、212及76名，藉此獲得學生的心智模式及各認知特徵於各年段的分佈頻率以檢驗Tree 70的預測。研究結果顯示Tree 70的預測與實徵結果大致相符，初步證實了系統發育分類學應用於科學教育的可行性。 第三階段，本研究分析民國57年後八個版本的教科書，研究結果發現：電學相關教科書共有靜電與電量、電路、電壓、電流、電阻及電能這六大次概念之命題陳述共69個，而九年一貫實施後的版本更加著重於電流、電壓與電路這三個次概念。所有版本都沒有考慮到學生的另有概念，且多使用講述、圖示和實驗為主要教學活動。而主要的教學順序，九年一貫的版本大致遵守著靜電與電量電路電壓電流電阻的線性關係。但年代較為久遠的三個版本的安排則傾向於非簡單的複雜關係。所有版本皆與Hrtel所陳之電流電量電壓電阻的線性教學相左。這顯示電流的教學並非妨礙我國學生電壓學習的原因。 第四階段，研究者由第一階段受試者中選取國一學生中具特定心智模式：衰減模式(M1)、混合模式(Mmix)及撞擊模式(M2)各10人，配對平分於TLS實驗組及對照組進行每組5人的小組教學，以進一步檢驗以兒童心智模式演化路徑為基礎，輔以各版本教科書分析後所發展之教-學序列的有效性。結果顯示：本研究所設計之教-學序列無論從量化比較、質化心智模式轉變的分析，或學生情意態度的自評觀之，都顯示其不但能同時達成現行教科書具體目標的要求、協助學生克服另有概念，並有助於電學概念的遷移與應用。而各項測驗成績中，不同心智模式的小組大致呈現M1>Mmix>M2的趨勢，這顯示了心智模式的正確性有助於克服另有概念及協助電學概念的理解。此外，研究發現持有一致性心智模式者的各項學習成效皆優於不具一致性心智模式者，但其並不影響學生認知特徵修正的因素及來源。 綜上所述，以系統發育分類分析取向詮釋兒童電學概念的演化，不僅具有理論的合理性，亦具有實徵調查驗證的支持，且研究者奠基於此分析實際設計教-學序列亦獲得很好的教學成效。此外，研究者基於此種分析取向所呈現的表徵及所獲之研究結果，主張兒童心智模式的運作受「一致性」、「正確性」、及「完整性」三因子的影響。而本研究以概念架構的演化觀點提出「概念的複雜性」、「預設及概念本體的錯置」以及「概念的趨同演化或返祖」這三個向度以更具含括性的觀點，補充了現有的概念改變理論。