第四章 研究結果與討論
第二節 不同表徵呈現學習事件下三個不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分
一、不同表徵與不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分析
本研究設計四組「熱膨脹」情境學習事件，每組情境學習事件分別以圖片加文字或 影片加旁白兩種不同表徵呈現，受詴者隨機分為兩組各十人分別以此兩種不同表徵呈現 學習事件進行「熱膨脹」概念學習，在呈現學習事件前，先請受詴者針對該科學問題進 行預測（預測階段），並在呈現學習事件（表徵階段）後，以事件晤談方式與受詴者進 行討論，協助受詴者產生新的論點（解釋階段），全程以腦波儀蒐集受詴者概念學習過 程之腦波資料後，將此概念改變歷程之腦波資料加以區分為預測、表徵、解釋三個階段，
即以此三個不同學習階段為受詴者內因子，兩組受詴者所接受之不同表徵呈現學習事件
（圖文組、影片組）為受詴者間因子，進行重複量數統計分析，分別分析學生θ、α1、α2、
β1、β2、γ等不同頻率腦波之活動。由於實驗一～2為選擇事件，端視受詴者是否需該學 習事件釐清「蠟燭體積是否影響水位」概念，結果共6位受詴者進行實驗一～2，且均集 中於圖文組，因此針對實驗一～2僅進行不同學習階段之腦波分析。結果如表4-2-1所示：
在實驗一中發現受詴者在概念改變歷程之三個不同學習階段（預測、表徵、解釋階 段）間之θ (p = .000)、α1 (p = .006)、β1 (p = .000)、β2 (p = .000)、γ (p = .000) 達顯著差 異，以 sidak 法進行事後比較均呈現預測階段顯著大於表徵階段或解釋階段顯著大於表 徵階段。以不同表徵呈現學習事件間則均無顯著差異。且除了θ (p = .035)外，學習階段 與表徵呈現間均無交互作用。進而針對θ進行單純主要效果考驗，結果如表4-2-1-1所示，
學習階段在圖文及影片兩個獨立因子的水準下均達顯著差異，在圖文水準下為F (2, 34)
= 3.713，p = .045，在影片水準下為F (2, 34)=7.097，p= .006，呈現預測階段顯著大於表 徵階段，表示不同學習階段下其θ功率強度的確有所不同，且在圖文與影片條件下均一 致。另一方面，表徵呈現在預測、表徵、解釋三個相依因子的水準下均未達顯著差異，
在預測階段水準下為F (1, 53) = 2.164，p = .159，在表徵階段水準下為F (1, 53) = 0.348，
p = .562，在解釋階段水準下為F (1, 53) = 3.292，p = .087，顯示在不同學習階段，圖文 與影片兩類表徵均無差異。
在實驗二中發現受詴者在三個不同學習階段間之θ (p = .000)、α1 (p = .002)、α2 (p
= .007)、β1 (p = .000)、β2 (p = .006) 達顯著差異，以不同表徵所呈現學習事件間則同樣 均無任何顯著差異，且學習階段與表徵呈現間也並無任何交互作用，以 sidak 法進行事 後比較，結果均呈現預測階段顯著大於表徵階段、解釋階段顯著大於表徵階段或解釋階 段顯著大於預測階段。
在實驗三中發現受詴者在三個不同學習階段間之θ (p = .000)、α1 (p = .000)、β1 (p
= .000)、β2 (p = .005)、γ (p = .023) 達顯著差異，以不同表徵所呈現學習事件間亦無任 何顯著差異，且學習階段與表徵呈現間也無交互作用，以 sidak 法進行事後比較，結果 均呈現預測階段顯著大於表徵階段及解釋階段顯著大於表徵階段。
在實驗一～2中發現受詴者在三個不同學習階段間之β1、β2、γ 有較明顯差異，但 並未達顯著水準。
小結：以上結果顯示受詴者在預測、表徵、解釋三個不同概念學習階段之腦波活動 顯著的有所差異，意味著學習者在概念改變歷程中，由個人先備知識為出發點，歷經認 知衝突、打破原有心智架構而建立新的心智架構過程中，腦波資料的確可以提供我們相 關訊息，在無法直接觀察學習者之認知思考歷程下，獲得學習歷程中大腦運作的資訊，
並可進一步探討學習者之認知處理過程。而以圖片加文字或影片加旁白兩種不同表徵進 行概念學習上，受詴者所呈現之各頻率腦波功率並無太大差異。
表 4-2-1 不同表徵呈現學習事件下三個不同學習階段之重複量數分析結果
變異來源 N F P 事後比較
θ 實驗一 學習階段（預測、表徵、解釋） 19 9.722 .000
***
1>2(.002)；3>2(.018) 表徵呈現（圖文、影片） 19 1.504 .237學習階段×表徵呈現 19 3.699 .035
*
實驗二 學習階段（預測、表徵、解釋） 20 13.401 .000
***
1>2(.019)；3>2(.001) 表徵呈現（圖文、影片） 20 2.913 .105學習階段×表徵呈現 20 .462 .633
表徵呈現（圖文、影片） 19 .027 .872 學習階段×表徵呈現 19 .680 .513
實驗二 學習階段（預測、表徵、解釋） 20 8.457 .006
**
1>2 (.047)；3>2(.001) 表徵呈現（圖文、影片） 20 .279 .604學習階段×表徵呈現 20 .774 .410
實驗三 學習階段（預測、表徵、解釋） 20 6.220 .005
**
3>2(.018) 表徵呈現（圖文、影片） 20 .060 .809學習階段×表徵呈現 20 .281 .757 實驗一～2 學習階段（預測、表徵、解釋） 6 3.249 .082
γ 實驗一 學習階段（預測、表徵、解釋） 19 15.393 .000
***
1>2 (.001)；3>2(.000) 表徵呈現（圖文、影片） 19 .319 .580學習階段×表徵呈現 19 .534 .591
實驗二 學習階段（預測、表徵、解釋） 20 3.731 .064 3>2(.026) 表徵呈現（圖文、影片） 20 .289 .597
學習階段×表徵呈現 20 .982 .344 實驗三 學習階段（預測、表徵、解釋） 20 4.616 .023
*
表徵呈現（圖文、影片） 20 .016 .901 學習階段×表徵呈現 20 .308 .698 實驗一～2 學習階段（預測、表徵、解釋） 6 5.510 .052 註：*
p< 0.05,**
p< 0.01,***
p< 0.001註：事後比較之 1＝預測，2＝表徵，3＝解釋
表 4-2-1-1 實驗一 θ 之單純主要效果摘要表
實驗一θ之單純主要效果 自由度 人數 F P 事後比較 學習階段
圖文組 2 10 3.713 .045
*
影片組 2 9 7.097 .006
**
1>2 (.047) 表徵呈現預測階段 1 20 2.164 .159 表徵階段 1 20 .348 .562 解釋階段 1 19 3.292 .087 註：
*
p< 0.05,**
p< 0.01註：事後比較之 1＝預測，2＝表徵，3＝解釋
二、靜態圖文或動態影片表徵在不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分 析
由表 4-2-1 可發現學生之各頻率腦波功率在概念改變歷程之三個不同學習階段有 顯著差異，而在兩種不同表徵形式之呈現上則無，為了進一步明瞭兩種不同表徵之呈 現，在各學習階段之腦波功率有何差異，接著分別針對圖文與影片兩種不同表徵之呈 現進行三個學習階段之重複量數分析，並以 sidak 法進行事後比較，藉以釐清不同表 徵呈現下，三個學習階段之各頻率腦波功率是否均有所差異，結果如表 4-2-2 所示：
在實驗一中可發現圖文組受詴者θ、α1、α2、β1、β2 及 γ 波功率之帄均數在預測 階段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段、且在預測階段均大於解釋階段；
而θ (p = .045)、β2 (p = .025)及 γ (p = .023)在預測、表徵、解釋三個學習階段間之差異 均達顯著水準；在事後比較部份，α1 (p = .007)、β1 (p = .033)、β2 (p = .017)、γ (p = .023) 之解釋階段均顯著大於表徵階段。影片組受詴者θ、α1、α2、β1、β2 及 γ 功率之帄均 數在預測階段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段，且θ、α1、α2、β1、β2 功率之帄均數在解釋階段均大於預測階段；而θ (p = .006)、α2 (p = .047)、 β1 (p
= .000)、β2 (p = .002)及 γ (p = .001)在預測、表徵、解釋三個學習階段間之差異均達顯 著水準；在事後比較部份，θ (p = .047)、α1 (p = .005)、β1 (p = .004)、β2 (p = .025)、γ (p
= .017) 之預測階段均顯著大於表徵階段，且 β1 (p = .001)、β2 (p = .016)、γ (p = .020) 之 解釋階段均顯著大於表徵階段。
在實驗二中可發現圖文組受詴者θ、α1、α2、β1、β2 及 γ 功率之帄均數在預測階 段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段、且在解釋階段均大於預測階段；而 θ (p = .010)、α2 (p = .037)、β1 (p = .004)、β2 (p = .003)及 γ (p = .014)在預測、表徵、解 釋三個學習階段間之差異均達顯著水準；在事後比較部份，θ (p = .010)、β1 (p = .008)、
β2 (p = .004)、γ (p = .014) 之解釋階段均顯著大於表徵階段。影片組受詴者 θ、α1、α2、
β1、β2 及 γ 功率之帄均數在預測階段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段，
且在解釋階段均大於預測階段；而θ (p = .012)、α1 (p = .047)、α2 (p = .024)、 β1 (p = .002)
在預測、表徵、解釋三個學習階段間之差異均達顯著水準；在事後比較部份，β2 (p = .037) 之預測階段顯著大於表徵階段，θ (p = .044)、β1 (p = .001)、β2 (p = .042) 之解釋階段 均顯著大於表徵階段，且α2 (p = .045) 之解釋階段顯著大於預測階段。
在實驗三中可發現圖文組受詴者θ、α1、α2、β1、β2 及 γ 功率之帄均數在預測階 段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段、且θ、α2、β1、β2 及 γ 波在解釋階 段均大於預測階段；而α1 (p = .050)、β1 (p = .002)、β2 (p = .003)及 γ (p = .006) 在預測、
表徵、解釋三個學習階段間之差異均達顯著水準；在事後比較部份，β1 (p = .028)、β2 (p = .029)、γ (p = .025) 之預測階段均顯著大於表徵階段，β1 (p = .012)、β2 (p = .017)、
γ (p = .013)之解釋階段均顯著大於表徵階段。影片組受詴者 θ、α1、α2、β1、β2 及 γ 功率之帄均數在預測階段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段，且θ、α1、β1、
β2 及 γ 波功率在解釋階段均大於預測階段；而 θ (p = .000)、α1 (p = .001)、β1 (p = .004) 在預測、表徵、解釋三個學習階段間之差異均達顯著水準；在事後比較部份，θ (p
= .008)、α1 (p = .002) 之預測階段均顯著大於表徵階段，且 θ (p = .001)、α1 (p = .019)、
β1 (p = .015) 之解釋階段均顯著大於表徵階段。
在實驗一～2 中可發現 6 位圖文組受詴者之 θ、α1、α2、β1、β2 及 γ 功率之帄均 數在預測階段均大於表徵階段、在解釋階段均大於表徵階段，僅β1 及 γ 接近顯著水準；
在事後比較部份，β1 (p = .017) 之預測階段顯著大於表徵階段。
小結：綜觀四個實驗可明顯發現不論以何種表徵呈現學習事件，其三個學習階段 之各頻率腦波功率大抵均有顯著差異，且均顯現預測大於表徵，解釋大於表徵，解釋 大致大於預測階段之趨勢。顯示影響受詴者腦波功率強度者並不在於學習事件所呈現 的表徵形式，而在於受詴者由自身原有心智架構，歷經認知衝突，到設法建立新的心 智架構等三個不同階段之概念改變歷程中，在產生認知不和諧與形成新論點上設法折 衝以找出合理的解釋時，大腦需重整與聯繫所有可能的想法，是以腦波功率在預測及 解釋階段較強，而相對於單純的呈現學習事件階段，似乎也顯示在被動接收訊息之際，
較不易進行主動思考。
表 4-2-2 圖文與影片表徵呈現下三個學習階段之重複量數分析結果
M SD N F P 事後比較
θ 實驗一 圖文組 預測 2.177 1.183 10 3.713 .045
*
表徵 1.824 .977 10解釋 1.956 .865 10
影片組 預測 2.733 .928 9 7.097 .006
**
1>2(.047) 表徵 2.032 .992 9解釋 2.894 1.359 9
實驗二 圖文組 預測 2.162 1.530 10 5.950 .010
*
3>2(.010) 表徵 1.690 .881 10解釋 2.389 1.222 10
影片組 預測 3.104 1.357 10 7.518 .012
*
3>2(.044) 表徵 2.397 1.110 10解釋 3.408 1.270 10
實驗三 圖文組 預測 2.696 1.247 10 3.431 .055 表徵 2.193 1.028 10
解釋 2.999 1.651 10
影片組 預測 3.018 1.078 10 18.131 .000
***
1>2(.008)；3>2(.001) 表徵 2.172 .690 10解釋 3.319 1.073 10
實驗一～2 圖文組 預測 1.761 1.073 6 1.295 .316 表徵 1.677 1.251 6
解釋 1.915 1.168 6
α1 實驗一 圖文組 預測 1.887 1.477 10 4.005 .063 3>2(.007) 表徵 1.386 .958 10
解釋 1.723 1.113 10
影片組 預測 1.980 .804 9 4.371 .062 1>2(.005) 表徵 1.158 .535 9
解釋 2.531 2.015 9
實驗二 圖文組 預測 1.935 1.729 10 3.212 .089 表徵 1.406 .979 10
解釋 2.728 2.467 10
影片組 預測 2.548 2.027 10 5.178 .047
*
表徵 1.334 .540 10解釋 2.801 2.087 10
實驗三 圖文組 預測 2.356 1.894 10 3.560 .050
*
實驗二 圖文組 預測 .948 .717 10 10.084 .004
**
3>2(.008)γ 實驗一 圖文組 預測 .478 .365 10 4.684 .023
*
3>2(.023) 表徵 .332 .372 10解釋 .464 .383 10
影片組 預測 .424 .262 9 12.356 .001
**
1>2(.017)；3>2(.020) 表徵 .211 .126 9解釋 .403 .272 9
實驗二 圖文組 預測 .456 .383 10 5.490 .014
*
3>2(.014) 表徵 .296 .300 10解釋 .467 .387 10
影片組 預測 .783 1.389 10 2.206 .171 表徵 .248 .233 10
解釋 .632 .795 10
實驗三 圖文組 預測 .530 .382 10 6.945 .006
**
1>2(.025)；3>2(.013) 表徵 .348 .340 10解釋 .558 .439 10
影片組 預測 .554 .667 10 1.988 .166 表徵 .297 .290 10
解釋 .662 .797 10
實驗一～2 圖文組 預測 .409 .229 6 5.510 .052 表徵 .285 .141 6
解釋 .352 .181 6 註：
*
p< 0.05,**
p< 0.01,***
p< 0.001註：事後比較之 1＝預測，2＝表徵，3＝解釋
三、不同學習階段下兩種不同表徵之概念改變歷程腦波資料分析
由表4-2-1的結果可知接受不同表徵呈現學習事件之受詴者其各頻率腦波功率並無 顯著差異，而由表4-2-2的結果可知不論圖文組或影片組之受詴者均顯示在不同學習階段 間之各頻率腦波功率具一致之趨勢，為進一步比較在每個學習階段下受詴者接受靜態圖
由表4-2-1的結果可知接受不同表徵呈現學習事件之受詴者其各頻率腦波功率並無 顯著差異，而由表4-2-2的結果可知不論圖文組或影片組之受詴者均顯示在不同學習階段 間之各頻率腦波功率具一致之趨勢，為進一步比較在每個學習階段下受詴者接受靜態圖