一、 多媒體工具的使用對於學習的影響
多媒體工具的使用可以幫助學習者理解複雜的科學概念，例如影片、動畫、
模擬以及動態圖片，可以提供學習者不同的方式以看見科學現象，幫助學習者間 接地經驗到在教學環境中很難直接體驗到的現象，將不可能在真實世界看到的現 象（例如原子與分子的世界）可視化。
多媒體工具常被應用在科學教育上，因為科學概念常常涉及複雜又不可見的 過程，例如生物的基因轉錄過程、物理的行星運動到化學反應、原子結構等。
Mayer 與 Moreno (2002a)以認知心理學的觀點，指出有些多媒體同時具有聲音 和圖像，減少學生工作記憶的處理，可降低學生的認知負荷，其目的就是將不可 見的現象「可視化」。可視化的概念，即是要透過不同的表徵形式，讓學生看見
在真實世界中或是教學現場無法直接看到的現象，因為看見總比看不見來的好理 解。
以化學上來說，為了建立學生對於化學概念的理解，尤其針對微觀及符號層 次，Chiu 與 Wu (2009)提出，多媒體的使用可有不同的目的來加強學生在化學 三個層次的學習，見表2.2.1，而文中提到的多媒體工具指的是以電腦為基礎，整 合多樣符號形式的系統(Salomon, 1979) （包含文字、聲音、影片、圖片及動畫來 展示三個不同層次的化學物質或過程），本研究也將動畫整合表中四個不同的角 色來進行教學，以促進學生對於電化學概念的理解。
表2.2.1 多媒體在教學和學習上的角色與說明 建模工具 (Multimedia as a modeling tool)
學習科學的困難歸因於科學概念的本質是複雜且觀察不到的，因此多媒 體的使用在解釋現象上扮演一個重要的角色，可以幫助學習者對於一系列抽 象科學概念的想像，讓概念變得實質化、有意義的，讓學習者能夠建立自己 的心智模型，以提升學習者發展概念及想法。
學習工具 (Multimedia as a learning tool)
多媒體即是設計用來幫助學生可視化不可見的化學物質（原子與分子）， 並以化學符號表示之，用來加強學生對於三個層次關係間的理解。
例如4M:Chem，是將電腦畫面分為四格視窗，分別顯示實際的實驗影片、
分子層次的動畫、符號表徵以及巨觀性質或是結構的圖或表。其目的是要加 強學生對於不同層次的連結，然而後續有研究顯示，讓學生同時處理不同的 表徵形式可能會造成學生的認知負荷，尤其是對於在空間能力較低落的學 生。(Kozma & Russell, 1997)
另一個為ChemSense，整合了建模和多媒體的特徵，能夠讓學生自己建 立模型、蒐集資料、製作圖表和動畫，然而透過這樣的方式，不僅讓學生的 想法能夠外顯出來，學生也似乎能專注在化學反應的動態過程上，以及當以 微觀層次表徵出科學現象，有較顯著的學習表現。(Schank & Kozma, 2002) 評量工具 (Multimedia as an assessment tool)
陸續有學者提出多媒體的學習方式以及設計多媒體學習的原則來促進學生 的學習(Mayer & Moreno, 2002a; Robinson, 2004)，在化學教育方面較常運用到的 多媒體工具，分為下列三種：
1. 原子分子模型(model/ball & stick)：屬於行動操作表徵，是一種實體模型，
又稱球棍模型，在化學教育上用來展示無機或是有機分子的結構或形狀。
由於紙上所表示的化學式或是結構式皆是平面，常常會讓學生誤以為分
子結構是平面的，例如CH4分子（結構式 ），實際甲烷的形狀為 正四面體，學生常會被「所看見的」誤導，因此可使用模型來幫助學生 建立心智模型中的立體概念，尤其針對視覺空間能力較為低落的學生。
2. 電腦模擬(simulation)：屬於視覺圖像表徵，電腦模擬是一個包含系統的 模型或過程的程式，可以概分為以下兩種模式：概念模式的模擬和操作 學習是一個複雜的認知活動，然而隨著教學方式的多元，傳統的紙筆測 驗皆是以描述性的文字或是靜態的圖片組成，可能不足以了解學生對於化學 不同層次概念上的認知，若要得知學生在不同層次的理解程度，因此可利用 科技的輔助當作一個評量工具，例如WISE的平台，其內容除了可提供微觀分 子的動畫，還有嵌入式的提問、測驗，或是簡易的繪圖板，最後教師可蒐集 學生對於測驗的回覆以進行評量。
教學工具 (Multimedia as an instructional tool)
模型的使用在化學教學上常常被忽略，因而讓學生缺乏發展建模的能 力。因此多媒體可以當作一個教學工具來幫助學生對於模型概念的發展，並 讓他們在心中能夠建立自己的模型。
教師可以營造一個以多媒體為基礎的教學環境，可以配合小組合作學習 或探究的教學模式來促進學生的學習。為了要讓教學更有效率，教師必須要 了 解 多 媒 體 這 類 的 科 技 所 能 發 揮 的 力 量 ， 除 了 科 技 的 學 科 內 容 知 識 (technology pedagogical content knowledge, TPCK) 之外，以及不同科技所能 提供的功能，來達到有意義的學習。
型的模擬。前者是持有欲被模擬出的原則、概念或是事實；後者是具有 序列性可操作模擬系統的按鈕，包含認知和非認知的操作(T. De Jong &
Van Joolingen, 1998)。例如前面文獻所提及的4M:Chem，或是分子模型的 3D模擬，融合原子模型與符號表徵。
3. 動畫(visualization/animation)：屬於視覺圖像表徵，動畫指的是一個模擬 式的移動圖像(simulated motion picture)，動畫中的圖像，是以一個人造的、
或是模擬物體所畫出來的圖，結合這些圖片，製成一個動態的影像(Mayer
& Moreno, 2002a)，用來描述某種現象與反應。因此相較於影片(video)，
雖然也是動態，但影片內容呈現出的是真實的物體。與電腦模擬相比，
動畫傳達的概念可能較為複雜及連續。
本文針對不同的動畫使用方式對學生在學習化學上的影響進一步探討。
二、 觀看動畫對於學生學習化學的影響
對於科學學習而言，圖像和動作對於理解和記憶都是必須的。動畫所展示的 動態圖像，提供了很多不同的教學目的。若是學習描述性的科學概念，例如原則 或是公式，動畫可以當作一個記憶性的工具；若是學習有關過程的科學概念，動 畫在解讀有關空間或是程序性的資訊，也扮演很重要的角色(ChanLin, 2000)。
Grubaugh et al. (2017)以STEM 的主題為例，例如有機化學和地球科學，提及有
關空間的概念（例如海洋板塊或隱沒等），若同樣的內容以靜態圖和動畫去表示，
動畫更能夠強調概念之間的關係，而不是單獨的概念。動畫不僅只強調視覺空間 (visuospatial)的概念，也為概念之間的交互作用提供一個外顯的表徵，在學習上 提供很大的外在支持。
而在化學學習上，以電腦為基礎的科技，能夠提供一個有利的方法來去促進 分子的理解，因為電腦可以展現化學中不同層次的概念，呈現出不同的資訊，但 又具有協調各符號系統的能力(Kozma, 1991)。因此，動畫主要提供的協助，就是 要使學生能夠看見那些「不可見」的原子、分子，以及化學反應進行的過程，教 科書僅擁有2D 平面且靜態的特質，在某些單元來說，是無法提供足夠的鷹架來
幫助學生理解微觀層次的現象。Johnson (1998)也推論，當前傳統的教學方式不足 以滿足學生的需求，也指出教學者需要改善對於粒子理論的教學。因此已有許多 研究是讓學生觀看動畫或是與電腦動畫互動，來促進學生在化學三個層次中的學 習，尤其針對微觀概念。
例如Vickie M. Williamson (1995)是研究關於使用微觀粒子的電腦動畫是否 有助於化學系的大學生，對於化學現象的心智模型。電腦動畫的使用為其中一個 實驗變因，測量學生在概念理解、課程達成度以及對於教學的態度是否有差異。
測驗概念理解的工具是使用Novick 與 Nussbaum (1981)、Haidar 與 Abraham (1991)、Yarroch (1985) 和Gabel, Samuel, 與 Hunn (1987)所得出的一個關於粒子 物質概念的評估測驗（Particulate Nature of Matter Evaluation Test (PNMET)），內 容包含要學生畫圖、提出解釋以及從多重選擇選出答案來對一個化學現象做解釋。
課程達成度是學習者依據教學者在課堂上所做的單元測驗所得之分數，由十題多 重選擇題所組成。學生對於教學上的態度是使用Birnie-Abraham-Renner Quick Attitude Differential，the BAR(Abraham & Renner, 1983)，有兩個關於態度的因素 可被測量，一個是滿意因素，指的是學生對於特定單元的滿意程度，另一個是理 解因素，指的是學生對於理解單元概念的察覺或感知。所使用的動畫內容皆為描 述微觀的粒子過程，包含「擴散、混合和理想氣體」的單元，以及「沉澱和氧化 還原」。研究結果發現，相較於只看靜態圖，觀看動畫的組別，在概念理解上有 較顯著的進步（effect size= 0.5)，動畫提供了一個微觀化學過程，因此減少了學 生的迷思概念。
Ardac 與 Akaygun (2004)的研究目的是比較以多媒體為基礎並配合可記錄 式的講義教學（實驗組），與按照傳統教學（教授與問答的方式）的控制組，這 兩組在「化學變化(chemical change)」單元中，對於分子微觀表徵的理解是否有 差異，其中多媒體呈現的內容是強調分子微觀對應巨觀及符號的動畫。研究結果 顯示，實驗組的學生對於分子微觀層次的化學概念理解，比控制組有更高的學習 表現，並且在事後訪談中也較容易使用粒子的表徵，這對應到先前的研究(Gabel, 1993; Haidar & Abraham, 1991; Johnstone, 1993; Lee, 1999)，說明教學方式應該要 連結化學三個層次間的關係，才能改善學生對於化學的理解。除此之外，作者還 發現如此的教學環境，其新穎程度可能會影響學生在課堂上的情意表現，實驗組
的學生比控制組的學生在學習上更具有熱忱。
而接續上述的研究，Ardac 與 Akaygun (2005)除了比較讓學生觀看靜態圖像 和動畫的差異，並更進一步探討教師使用的教學方式或呈現方式，是否影響學生
而接續上述的研究，Ardac 與 Akaygun (2005)除了比較讓學生觀看靜態圖像 和動畫的差異，並更進一步探討教師使用的教學方式或呈現方式，是否影響學生