地球水循環系統思考課程對於個案的系統思考技能之影響

本節以地球水循環系統思考課程欲學習者發展的系統思考技能進行討論，內 容包含四個部分，第一部分為系統思考技能階層評斷依據，第二部分為該課程對 於高成就學生系統思考技能的成效及影響，第三部分為該課程對於低成就學生系 統思考技能的成效及影響，第四部分為總結該課程對於提升不同成就學習者系統 思考技能的成效。

壹、 系統思考技能階層評斷依據

在整個實驗過程中，研究者真實而自然的呈現並掌握事實的真象，依照紮 根理論的精神，蒐集個案學生的資料，不論是小組工作單、畫圖、討論記錄、訪 談、課室錄影，都是在蒐集之列，進而作深入的理解以便詮釋其意義。質的研究 所得的資料，必須進一步理解資料之間的關係及其意義，而不是平舖直述的說明 資料而已。因此，在實驗課程結束之後，與指導教授經過一連串不斷的「觀察、

歸納、比較、驗證」的循環過程，加以分析與修正。

在課程結束後，研究者將個案學生所有的畫圖資料與知識結構錄音訪談資 料進行編碼整理，依據課程內容與個案學生在一系列資料中的作答情形，依 STH 各階層有所區分，總結歸納出如表 4-1-1 系統思考技能階層編碼表，進而參照 Ben-Zvi Assaraf 與 Orion (2010)的評斷依據，並對照該研究的個案學生回答內容 將系統思考技能階層加以修改後擬定出評分標準，接下來針對各階層進行說明。

表 4-1-1 系統思考技能階層編碼表

滲透、地上水、地下水，進而針對各個組成和過程進行編碼，以便分析討論。因 此若個案學生無法答出任何概念則列為 L0、10 個概念以內列為 L1、10~15 個概 念列為 L2、15 個概念以上則列為 L3。

在 STH2 是能了解系統中的組成間的關係，此階層的判斷依據為個案學生能 說出地球水循環中的任一個「單一過程」，主要分成六大類：水圈─大氣圈(雲的 形成、下雨)、水圈(河流)─水圈(海洋)、人類─水圈(從水庫得到水資源)、大氣 圈─岩石圈(雨水滲進泥土形成地下水)、水圈─生物圈(植物根部吸收水分、動物 使用水)、人類─岩石圈(人類使用地下水)。若個案學生無法答出任一單一過程則 列為 L0、1~2 個列為 L1、3~4 個列為 L2、5 個以上則列為 L3。

在 STH3 是能了解系統中的組成間的動態關係，這階層的動態關係是強調地 球水循環系統思考課程中的「雙向關係」，舉例來說個案學生提到當小水滴聚集 太多、太重時就會形成雨；而在形成雨時若溫度太高，部分雨水也會蒸發變回雲 或是當下雨時水庫的水位會上升，當民生用水、農業用水、工業用水的需要時會 使水庫的水位下降。因此若個案學生無法回答出任一動態關係則列為 L0、僅說 出 1 個動態關係列為 L1、回答 2 個列為 L2、回答 3 個以上則列為 L3。

在 STH4 是能了解組織系統中的架構，也就是個案學生能說出或畫出地球系 統中水循環的變化及其動態關係，並形成網絡關係，若個案學生沒有地球水循環 的架構則列為 L0、若能說出簡單水循環則列為 L1、若能在組成之間進行解釋形 成完整水循環則列為 L2、若在地球水循環的大系統中包含其他的小系統，像是 人和水庫、人和地下水、雲雨之間的關係…則列為 L3。

在 STH5 是能了解整個系統中自然循環過程，因為地球水循環是由許多小系 統所組合而成，若個案學生能說出地球水循環之中不同的子系統，則被歸類為此 一階層。若個案學生說出的地球水循環系統未包含任何子系統則列為 L0、大循 環中包含一個小系統列為 L1、大循環中包含兩個小系統列為 L2、大循環中包含 三個小系統則列為 L3。有了以上的評斷依據，研究者則能更精確且深入的探討 不同高低成就的學生其系統思考技能的變化情形。

貳、 地球水循環系統思考課程對於高成就學生系統思考技能的成效及影響 一、 個案 H1

茲將個案 H1 的畫圖、省思單、學習單以及訪談依據系統思考技能階層編碼 表，整理成個案 H1 系統思考技能發展階層詳表如表 4-H1-1，接下來再就各個學 習階段，詳細分析說明如下：

(一)前測：

圖 4-H1-1 個案 H1 前測畫圖

根據圖 4-H1-1 可以得知，個案 H1 在一開始便具有簡單的水循環概念，圖中 畫出「水降下來，落在陸地，經由河流再流入大海，大海的水分蒸發，凝結成雲，

再降下來形成雨……」(D-H1-1)；訪談中也提及：「水蒸發到高空愈冷凝結變成 雲，雲裡面水氣太重就會下雨，落入陸地就會滲進泥土成為地下水，部分會流進 河川、湖泊，最後流至海洋」(I-H1-1)，因此可以知道個案 H1 對於水循環是具 有先備知識的。在 STH1 已達 L2，另外在 STH2 個案 H1 就能說出水圈、大氣圈、

岩石圈三大面向及蒸發─凝結─降雨的動態關係，因此對於地球水循環也具有簡 單循環，因此 STH3、STH4 已達 L1，唯獨 STH5 尚未發展。因此，個案 H1 在 前測時，STH1 已達 L2、STH2 已達 L2、STH3 已達 L1、STH4 已達 L1、STH5

表 4-H1-1 個案 H1 系統思考技能發展階層詳表

(二)訪談一：

圖 4-H1-2 個案 H1 訪談一畫圖

在完成「雨→地上水」的課程後，可以發現個案 H1 的 STH1 往上進階一層 至 L3，無論是在畫圖或是訪談都能提及人類和水圈之間的關係，由圖 4-H1-2 得 知：「水降下來，落在陸地的水庫，可供人類使用；有些雨水滲進土壤，形成地 下水；經由河流再流入大海，水分蒸發，凝結成雲，再降下來形成雨」(D-H1-2)，

使得概念數目增加，但 STH2 仍維持 L2；在訪談中提及雨和雪之間的關係，如：

「當小水滴累積愈多就會形成雨，若溫度夠低就會形成雪」(I-H1-1)，這也是唯 一一個個案學生在完成第一次課程後進行訪談時能提及下雨和下雪的成因，此次 的訪談個案 H1 在 STH4 能詳細的解釋說明，因此提升至 L2，唯獨 STH3、STH5 維持在同一階層。總結來說，個案 H1 在訪談一後 STH1 已達 L3、STH2 仍維持 在 L2、STH3 仍維持在 L1、STH4 已達 L2、STH5 仍維持 L0。

(三)訪談二：

圖 4-H1-3 個案 H1 訪談二畫圖

從圖 4-H1-3 中可以發現個案 H1 的水循環愈來愈完整了，比照前兩次都能對 於各組成之間的關係進行解釋說明；像是其在圖 4-H1-3 揭示水圈和大氣圈之間 的關係─「陽光照射，地上水蒸發，水蒸氣在高空愈冷凝結成雲，雲裡面的水分 太多，太重所以降下來形成雨」(D-H1-3)；人類和水圈、大氣圈和岩石圈之間的 關係─「水降下來，落在陸地的水庫，人們透過水庫儲水來使用；有些雨水滲進 土壤，形成地下水；經由河流再流入大海，再進行一次的循環」(D-H1-3)，因此 STH2 達至 L3。由個案 H1 的畫圖與訪談中可以發現，在 STH5 有所進步，特別 是能說明水循環系統中包含人和水庫的小系統。因此，個案 H1 在訪談二後，STH1 維持 L3、STH2 已達 L3、STH3 維持 L1、STH4 維持 L2、STH5 維持 L1。

(四)後測：

在兩次課程結束後，發現個案 H1 在 STH1、STH2 有所進步，但在 STH3、

STH4 大多維持在一開始的表現，直到第六次課程帶入「水循環知識統整活動」， 其表現有明顯的進步。就如同其在省思札記時提到：「我從未想過『水』這個東 西透過雲端教學竟然是如此的有趣，且讓我能更深刻的了解」(W-H1-3)。隨著課 程的發展，可以發現個案 H1 無論是在畫圖資料或是知識結構訪談中，都能針對 水循環的各部分細節詳加解釋與說明，如圖 4-H1-4，特別是去意識到水循環不 僅只有水圈與大氣圈的相互關係，更包含了岩石圈和人類。

個案 H1 在訪談更提及在地球水循環中不同子系統，像是：「水庫的水會供給 到農業、工業、民生用水，農業用水有時會抽地下水，所以才有超抽地下水的問 題」，去意識到人類超抽地下水；「霧是接近地表的雲；雲是遠離地表，它們的組 成成分是一樣的」，雲和霧之間的關係，因此在後測時 STH1、STH2、STH3、STH4 都能已達至 L3、STH5 也提升至 L2。

圖 4-H1-4 個案 H1 後測畫圖 (五)小結：

若將其系統思考技能階層按課程發展來看，且認定個案學生該階層發展至 L2、L3 才趨於穩定發展，如圖 4-H1-5，L2、L3 皆以實線表示，可以發現個案 H1 在教學前 STH1、STH2 已成熟發展且持續到課程結束；在學習過程中 STH3、

STH4 雖然稍有停留原步，但最後都能往上提升；而 STH5 則是到第六次課程介 入，也就是進行「水循環知識統整活動」才有明顯的提升。

圖 4-H1-5 個案 H1 系統思考技能階層變化情形

0 1 2 3 4

STH1 STH2 STH3 STH4 STH5

個案H1

L0 L1 L2 L3

前測 訪談一 訪談二 後測

二、個案 H2

茲將個案 H2 的畫圖、省思單、學習單以及訪談依據系統思考技能階層編碼 表，整理成個案 H2 系統思考技能發展階層詳表如表 4-H2-1，接下來再就各個學 習階段，詳細分析說明如下：

(一)前測：

圖 4-H2-1 個案 H2 前測畫圖

在一開始的前測的畫圖資料與知識結構訪談中，可以發現個案 H2 試著要將 其所知道的地球水循環的組成與過程全部包含進去，從圖 4-H2-1 可以知道她畫 的水循環包含了動物喝的水、汗水和植物，而且在訪談中也提到：「在陸地上有 海洋、湖、河、人體汗水，動植物的水和人喝的水，經過太陽照射後有些水分會 被蒸發到天上……」(D-H2-1)，這也是唯一一個個案學生中在前測時便注意到動

物和植物也列入在地球水循環系統之中。個案 H2 在前測中，對於 STH1 地球水 循環的組成和過程能說出：汗水、露水、植物、雲、小水滴、雨、河流、湖泊、

海洋、蒸發、降雨；在 STH2 水循環中組成間的關係也涵蓋水圈、大氣圈及生物 圈三大範疇，在 STH3 能說出蒸發、凝結、降雨之間的動態關係，因此 STH4 具 有簡單的地球水循環系統，但在 STH5 卻無法說出地球水循環系統中包含其他子 系統，唯獨此階層無發展。因此，個案 H2 在前測時，STH1 已達 L2、STH2 已 達 L2、STH3 已達 L1、STH4 已達 L1、STH5 尚未發展為 L0。

(二)訪談一：

圖 4-H2-2 個案 H2 訪談一畫圖

在完成「雨→地上水」兩次課程後，個案 H2 在接下來的畫圖資料與知識結 構訪談中，STH1、STH4 都比之前所進步。她能說出大氣圈和岩石圈之間的關係，

在完成「雨→地上水」兩次課程後，個案 H2 在接下來的畫圖資料與知識結 構訪談中，STH1、STH4 都比之前所進步。她能說出大氣圈和岩石圈之間的關係，