認識論是指個體對於外在世界的理解，而模型認識論則指學生對於模型的相關想法為何。模 型認識論的經典研究是 Grosslight 等 (1991)針對 7-11 年級的學生所作的探討，而許多學者基於
其問卷內容探討不同年齡層或是不同對象的模型認識論觀點(Sins et al., 2009; Schwarz & White, 2005; Treagust et al., 2002)。Grosslight 等人認為學習者建模能力具有 3 種一般性的階段，這些階 段顯示出學習者對模型的看法以及在科學上的使用的情形，也代表著學習者對於科學認識論的觀 點，其中階層 2 與階層 3 的最大區別是持有階層 2 觀點的學生認為模型仍是實體的模擬而觀點 的描述，內容如下：
階層 1：模型被視為是玩具或是外在實體世界的複製品。此階段的學生持有素樸的實在論者 觀點。表示模型只能表徵外界實體的投影。
階層 2：透過特殊性的目的，開始理解模型是可以被想法建構的，模型本身不再只是外在實 體的複製品，可以透過簡化、聚焦等方法著重在模型的某些特點。然而，模型的檢驗並非著重在 其背後的想法，而是對於模型複製外在實體的工作能力的考驗。
階層 3：模型的建立是為了發展與檢驗觀點，而非是外在實體的複製。建模者為一個主動的 模型建造者，並且依據目的評量模型的設計。同時，模型能夠透過建模者的操作，藉以主動考驗 訊息想法。
Grosslight 等人 (1991)發現大部分的七年級學生模型認識的處於階層 1 約 67%，階層 2 為 18%，介於階層 1 與階層 2 者為 18%。11 年級學生的模型認識階層位在階層 1 者約 23%，階層 2 為 36%，介於階層 1 與階層 2 者為 36%。其中七年級以及 11 年級學生都沒有位於階層 3。
Treagust 等 (2002)使用量化問卷分析 8、9、10 年級學生的模型認識論觀點。問卷使用李克 氏 5 等第量表，探索出學生模型本質觀中的不同想法。經過因素分析之後萃取出 5 個次構念，包 括：(1)模型可以是多重表徵(models as multiple representations, MR)；(2)模型是精確的複製品 (models as exact replicas, ER)；(3)模型是解釋的工具(models as explanatory tools, ET)；(4)科學模型 的使用(uses of scientific models , USM)；(5)改變模型本質(the changing nature of models, CNM)。
分向的信度分別為 0.81、0.84、0.71、0.72、0.73。研究結果發現受試學生 60%認為模型可以多重 表徵組成，例如：圖片、流程圖等；與 Grosslight 等人 (1991)相似的是多數的學生仍然認為模型
必須是放大縮小(62%)或是精確的(43%)複製品，少數學生(20%)認為模型可以是抽象的未知實體；
與 Grosslight 等人不同的是約 50%學生認為模型可以進行預測而 71%學生認為模型可以依據新 的數據結果做出修正。
Schwarz 和 White (2005)修正 Grosslight 等人所發展的工具，以質性訪談方式探討模型認識觀 的五個面向，包括：(1)多重模型(multiple models)，強調不同科學家是否可以對相同的數據形成 不同模型；(2)模型本質(nature of models—constructed nature of models)，強調模型是真實實體的發 生還是觀點的描述；(3)建模歷程(nature or process of modeling)，強調模型建立與修正的歷程；(4) 評價模型(evaluation of models)，強調如何評價模型以及另有模型的價值為何；(5)模型的使用與 目的(purpose or utility of models)，強調模型是否有用。Schwarz 和 White 研究結果發現受試學生 在後測時約 50%的學生認為抽象的因果規則、方程式或是科學理論能夠稱為科學模型。而學生參 與建模教學活動之後，學生對於創造、評價與修正模型的觀點屬於中等層次。
Sins 等人(2009)同樣修改自 Grosslight 等 (1991)的問卷，透過電腦建模的歷程探討模型認識 觀的四個面向，包括：(1)模型本質(Nature of models)，著重在如何定義模型；(2)模型的目的 (Purposes of models)，強調模型與建模的目的；(3)設計與修正模型(Design and revision of models)，
強調模型如何建構以及模型何時及如何修正；(4)評價模型(Evaluation of models)，如何評價模型 以及評價的標準有哪些。以 3 等第方式評量學生在不同面向中的認識論階層，Sins 等人 (2009) 結果顯示多數學生經過教學之後仍在階層 2。
雖然 Schwarz 和 White (2005)以及 Sins 等人 (2009)正式進行教學之前，都說明建模工具的使 用，可惜的是在往後的教學過程中並未將科學模型的意義與學生所建構的模型做聯結，可能造成 學生著重在階段的任務而忽略整體性的思考，以至於模型的相關概念仍未明確建立。
邱美虹、吳明珠以及周金城三位學者所開發的模型本質問卷，分別強調認知/方法論 (林靜雯 和邱美虹，2008)、本體論(周金城，2008)以及認識論(吳明珠，2008)等三個面向(見圖 2-3-4)。研 究結果顯示，在本體論面向，學生的模型本質觀點具有三個構念，包括：本質、呈現形式以及變
化關係三個構念；認識論面向指出學生對於模型的認識，包括：主體對於客體的了解形式，區分 的表徵形式、過程以及情境三個構念；而認知/方法論則探討建模歷程中的方法面向，區分為現 象解釋、推理、建模歷程以及連結新想法四個構念。研究結果顯示學生對於模型的認識仍然著重 在具像的實體物質而非抽象的表徵形式。然而與 Grosslight 等人 (1991)不同的是，邱美虹 (2008) 的研究顯示模型所具備的功能亦是學生判別模型的考量依據。
圖2-3-4 模型本質觀的面向 (邱美虹，2008)
四、建模與科學學習
(一)模型本位的學習
Buckley和Boulter (2000)透過圖2-3-5再詳細說明模型的學習歷程與機制。他們認為學習者透 過感官知覺可以接收新的訊息，而新的訊息會再與學習者個人的先前知識融合形成對某物質或 事件的初始模型。依據模型成功學習或解決問題與否，判別此一模型是否獲得強化而持續保存 或需要進行檢視與修正，達到精緻模型的目的。如果成功解決問題，模型會受到強化，學習者 將持續使用此一模型；如果無法達到目的，學習者必須檢視模型的適用性，判斷是要進行修正 或是抦棄不用，修正後會使個人內在心智模式更加擴充以適用於特殊的情境中。其他學者也曾 提出相似的解釋架構說明模型建構的循環歷程，表示透過模型可以架構外在現象世界的呈現模
本體論
認識論 認知/
方法論 本質 呈現形式 變化關係
表徵形式 過程 情境
現象解釋 推理 建模歷程 連結新想法
型以及個人內在的心智模式，使心智模式逐漸茁壯(Clement, 1989; Justi & Gilbert, 2002)。
圖 2-3-5 模型本位的學習模型 (修改自 Buckley & Boulter, 2000)