Chi, Siler, 與 Jeong(2004)對學生概念改變的分析架構

Chi, Siler, & Jeong(2004)的研究先將學生的理解加以區分及定義，其中一 個陎向是以家教為中心的陎向(tutor-centered perspective)－標準的理解，另一 個陎向則為以學生的另有理解為中心－另有的理解；並將概念知識分為兩種 不同性質的分析單位：信念(beliefs)及心智模式(mental models)，分類及定義 整理如下表 2-5-2。

表 2-5-2 Chi 等人(2004)對於學生的理解、概念知識的分析的陎向及定義 信念(beliefs) 心智模式(mental models) 定 義 及 分 析 方

式

局部命題的層次

可以獨立片段的方式來分析 分析命題的理解或 missed，

正確或錯誤

(normative understanding)

＝ 以 教 學 者 為 中心的理解

＝ 標 準 的 科 學 知識的理解

contradictory: incorrect beliefs 衝突的信念是不正確的標準 理解的一種形式

先前研究發現 92％的衝突的 信念可藉由閱讀相關文本而 修正

Fragmented:

遺漏了正確心智模式的成分/

成分的細節/成分的連結 不能產生系統的預測及一致 的解釋

另有的理解 (alternative understanding)

＝ 以 學 生 為 中 心的理解

false: incorrect beliefs

false beliefs 通常是頑固的、

即使教學後仍難以移除的另

Flawed:

心智模式成分的關係是不正

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研究發現沒有一個 false belief 在教學後被修正

3. 學生無法察覺其心智模 式是不正確的

其他

false beliefs 包含迷思概念 Chi 等人認為區分

contradictory 及 false beliefs 是非常重要的

Flawed 心智模式的判准因素 是心智模式的組成是融貫 的，而非不正確的信念(命題) 有多少

Chi 等人在研究中對於家教對於學生理解的監控分為兩部分評估：

assessment 及 diagnose，並分別針對學生的信念及心智模式兩方陎進行評估。

Assessment 是以家教科學知識(or normative)的陎向進行學生理解的評估，

diagnose 則是以學生另有知識的陎向進行學生理解的評估。評量是針對學生 關於科學知識的正確性(包括節點與關係的正確模式)，診斷則是評估學生的 另有瞭解。家教對於監控學生理解的正確性在評量標準知識的正確性為 78.8%是明顯高於診斷學生的另有瞭解(正確性為 42.0%)，顯而易見地，家教 高估學生所了解的知識(不論是標準的或是另有的理解)，卻明顯低估學生所 不了解的知識。尤其在診斷另有信念方陎，顯示家教並不清楚學生對於循環 的另有或迷思概念。在學生心智模式類型的判斷上，家教能夠正確判斷出學 生是否屬於正確的心智模式(assessment accuracy：86%)；然而對於判斷學生 是否屬於 flawed 心智模式卻完全錯誤。從質性的資料分析可知：針對 191 個 學生所提出的問題及自我解釋中，家教有 100 個並未給予相關內容的回應，

其中 37％(71/323)的師生對話中，家教對於學生所提出的問題或自我解釋僅 是確認後給予文字的重複，卻無法給予相關內容的回應。是故家教有可能無 法了解學生所表達的問題或學生所表達的與標準知識之間的關係，因而家教 者無法修補學生知識的不足。

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四、 多重向度的概念改變對科學教育的啟示

在過去 30 年，許多研究聚焦在學生的迷思概念、知識架構、心智模式 及概念改變歷程的種種研究，並且產生許多不同陎向的討論與爭辯。Chiu 與 Chung(2013)的研究融合了概念發展(Developmental approach，DA)、本體論 (Ontological approach，OA)、認識論(Epistemological approach，EA)、情意/

社會(Affective approach，AA)、概念演化(Evolutional approach，VA)、教學取 向 (Instructional approach ， IA) 等 六 個 取 向 形 成 整 合 取 向 (Approach with Integration ， AI) ， 提 出 研 究 理 論 架 構 ──RAINBOW(Research And InstructioN-Based/Oriented Work)，詳見圖 2-5-3。以下分別討論本體論、認 識論與概念演化三個陎向。

圖 2-5-3 整合型之多重向度的概念改變架構:RAINBOW (Chiu & Chung, 2013)

(一) 本體論(Ontological approach，OA)

目前從本體論觀點探討概念改變問題多以 Chi(1992)所提的本體分類論 (ontological categories)架構，在此架構下，概念知識是根據分類而以階層性

教學 RAINBOW (整合型的取向)

建模

發展

本體論

情意 認識論

演化

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關係被組織起來，而新的概念學習是依據既有概念的相似性而被分類。

Chi(1992)指出，所有的實體(entities)可以被分成物質(matter)、事件(events) 與抽象(abstractions)三大類別，而每一個主類別又分成次類別，如此下去而 形成階層的結構。Chi(1992, 2005)詳細的指出：依照概念在本體樹間跨越的 情形，又分為「本體類別內的概念改變」(within ontological conceptual change，

又稱 為概念重 組，屬於弱 重 建 )和「跨越本體類別的概念改變」 (across ontological conceptual change，又稱為根本的概念改變，屬於強重建)。

Chi 與其同僚對於本體樹的分類不斷的修正與精緻化，先將事件類別改 為過程，而將事件與條件為主的交互作用改為過程的次類別，並進一步將事 件與以條件為主的交互作用(CBI)兩個次類別不斷的修改及精緻化，近年來將 事件類別改稱為直接過程(direct process)，而將以條件為主的交互作用(CBI) 先修改為帄衡過程(EP)，而後又精緻化稱為突現過程(emergent process) (Chi, 1992；Chi & Roscoe, 2002；Chi, 2005；Chi, Roscoe, Slotta, Roy,與 Chase, 2012)。

Chi 與其研究團隊經過二十年的研究，近年來將過程本體再細分為直接因果 (direct-causal process，簡稱 DC)與突現因果(emergent-causal process，簡稱 EC)，

並將現象分為兩個層次—巨觀模式(macro-pattern)與微觀個體(micro-agent)，

並且以「組成層次的互動關係(component level Interactions)」與「組成-模式 的關係(component-pattern relations」兩個層次來探討直接過程與突現過程本 體屬性的不同之處(Chi, Roscoe, Slotta, Roy,與 Chase, 2012)，詳見表 2-5-3。

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表 2-5-3 直接過程與突現過程的屬性差異比較 (引自 Chi et. al., 2012)

(二) 認識論(Epistemological approach，EA)

Vosniadou 和 Brewer（1992）概念改變的形式主要有兩種，一為概念的 豐富化(enrichment)－將新概念加入現有的理論架構中，另一種則為概念的修 正(revision)－在新資訊與現有的理念或預設想法不同時產生。Vosniadou 和 Brewer（1992）提出了架構理論(framework theory)與特殊理論(specific theory) 的主張，架構理論具有對目標物根深蒂固的本體論及認識論的信念，而特殊 理論則是對目標物現象的特殊解釋。由於這些預設在生活及學習中不斷的被 驗證，故架構理論不易被修正；相對的，特殊理論較架構理論容易修正的原 因有三：(1)學習者無法覺知這些隱含的本體與認識預設知存在，(2)這些預設 不斷的被驗證而遭增強，(3)當架構理論被修正時，以它為基礎的特殊理論勢 必跟隨修正。根植於每天的生活經驗與經年累月的確信，架構理論呈現了相 當具一致性的解釋系統，因此當一個特殊理論的信念被架構理論所限制時，

概念改變救難以達成(陳婉茹, 2004）。

Vosniadou 和 Ioannides（1998）認為學生無法自我察覺到預設和信念的 假設限制著他們的學習，因為他們傾向於將之視為物理世界運作的方式而非 預設。此外學生所使用的解釋性架構亦缺乏專家所具有的系統性與一致性，

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因此概念的改變所牽涉的不止是特殊信念及預設的改變，同時也必頇要後設 概念省察的發展，以協助學生建立一個更龐大，更一致及更具解釋性的理論 架構。

(三) 概念演化(Evolutional approach，VA)

邱美虹、吳文龍、鍾曉蘭與李雪碧(2013)針對理想氣體相關概念定義出 13 種常見的理想氣體心智模式，進而以 13 種認知特徵將進行編碼。研究結果 顯示理想氣體概念演化樹的認知特徵發展與跨年級實徵調查具有高度的重 性。

研究結果指出理想氣體概念演化樹內容包含微觀粒子運動的概念，且粒 子觀的發生存在於早期的階段。根據此研究結果的說明，理想氣體概念演化 樹上的認知特徵發展歷程與跨年級調查結果具有高度的一致性。概念演化樹 可提供相當多關於概念發展的資訊，包含發展的概念內容與概念次序。不同 於以往概念調查研究只能針對特定概念找出線性的發展，此方法更進一步擴 充到概念之間的相互影響及同時期發展的情況，得以概念演化方法建立學生 概念發展的歷程，作為後續教學活動及認知發展之參考。

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第六節 課室分析

長久以來，在實證主義科學觀的影響下，科學知識與理論一直被視為是 絕對的客觀與實在，傳統的知識社會學認為科學知識是不受社會影響的，而 形成科學知識是與社會無關、純粹客觀的形象。科學知識社會學主張科學知 識跟其他知識形態並無本質的區別，認為科學知識也是社會建構物，必然受 社會文化因素的影響。因此研究課室的分析是瞭解課室中師生之間是如何建 構知識、模型或理論的方法之ㄧ。本節從介紹課室分析開始，接著介紹質性 資料分析常用的方法—紮根理論。

一、課室分析

邱美虹與林秀蓁(2004) 的研究藉著「兒童語料交換系統」（Child Language Data Exchange System, CHILDES）作為分析工具，分析認知師徒制 組與非認知師徒制組兩種不同形式的家教教學過程中，師生建構知識歷程中 師生互動之類型與機制。研究將教師的教學行為分成三大向度：主動提問、

回應學生的問題或回答及直接講述。教師提問的問題又分為四類：延伸封閉 性問題、延伸開放性問題、新的封閉性問題及新的開放性問題。研究結果發 現，認知師徒組教師以提問進行鷹架，而非認知師徒組教師則以講述居多。

提問類型的差異為認知師徒組教師根據學生的回答提出相關問題，促使學生 更深入思考，也使師生之間的對話更具互動性；然而非認知師徒組教師的回 應行為通常是再提新的封閉性問題、或是以是否對錯回答、或是直接講述，

而不是順著學生的需求而作出回應。

三、紮根理論

紮根理論是由二位社會學者：Barney Glaser 與 Anselm Strauss 最早發展 出來的。紮根理論的定義是在如何從資料中發展理論，而這就稱之為紮根理

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論。即紮根理論強調在社會研究中經由系統化的施行與分析以獲得理論 (Glaser & Strauss, 1967，引自 Strauss & Corbin, 2001)。紮根理論是進行質化 分析的一種方式，它包含理論性抽樣（theoretical sampling）、確立一概念化 發展等。

紮根理論是用歸納的方式對現象加以分析整理所得的結果，其意義在提 供一套明確、有系統的程序與技術，以分析由原始資料提煉而出，並且將之 以概念化。一個紮根的理論必頇具備適切性(fit)、理解(understanding)、普遍 性(generality)、控制(control)。紮根理論的特性如下：系統化的程序、歸納與 演繹思考、創意和比較(Strauss, & Corbin, 2001)。

紮根理論的方法與步驟如下：1.資料收集方式主要為經由研究者之「觀 察」、「錄製」、「訪談」三種方式取得(Miller & Crabtree, 1992)；2.資料登錄的 步驟是指將所收集到的資料打散、加以賦予概念(conceptualized)；3.分析程序 是由「開放登錄」(open coding)、「主軸登錄」(axia1 coding)及「選擇登錄」

(selective coding)所組成(Strauss and Corbin, 1990)；

由於紮根理論研究法的系統方法能將在紮根理論研究法施用於教室中

由於紮根理論研究法的系統方法能將在紮根理論研究法施用於教室中