第肆章 研究結果與討論
第一節 學生心智模式分析
本節將透過考驗開放式問題測驗的前後測表現以及晤談資料的分析，以瞭解 學生經過鷹架式探究課程前後心智模式改變之情形。以下詳述分析結果：
一、全體學生開放式問題測驗前測之心智模式分析
為了瞭解全體學生在進行鷹架式探究課程的學習前，其心智模式之類型為何，
因此針對全體學生前測作答內容，逐一探討關於地球內部結構、板塊運動動力來 源及臺灣附近的地體構造之心智模式。
（一） 地球內部結構之心智模式
經分析發現可區分為五種模式，包括：1.無模式、2.層狀模式、3.錯誤的單 一模式、4.混淆模式及 5.正確的單一模式，其各類型人數與百分比如表 4-1.1，以 下並針對各類型進行說明：
表 4-1.1 全體學生前測之地球內部結構心智模式類型分析
地球內部結構 前測（人數/百分比）
無模式 9（11.1％）
錯誤模式 層狀模式 4（4.9％）
錯誤的單一模式 8（9.9％）
部分科學模式（零碎） 混淆模式 20（24.7％）
科學模式 正確的單一模式 40（49.4％）
1. 無模式
此類學生包括未作答或畫出錯誤的地球內部結構，以編號 10133 之學生 為例（如圖 4-1.1）：
該生無法畫出地球內部結構，只是畫一個圓且其中又畫出好幾條線，似 乎想藉以表示其過去曾習得之概念—地球內部屬於層狀結構，然其卻無法 正確畫出內部情況，因此屬無模式。
圖 4-1.1 編號 10133 之學生作答情況
2. 層狀模式
此類學生所持有之模式為地球內部乃層狀結構，以編號 10128 之學生為 例（如圖 4-1.2）：
該生只畫出層狀的構造，但未更進一步指出分層情況，故歸屬層狀模 式。
圖 4-1.2 編號 10128 之學生作答情況
3. 錯誤的單一模式
此類學生能以化學成份差異（或物理性質）畫出主要三層結構，但可能 其中包含未寫出完整名稱或相對位置有錯誤，以編號 10136 之學生為例（如 圖 4-1.3）：
該生畫出三層結構並說明共分三層，但未指出每一層的結構名稱，故為錯 誤的單一模式。
圖 4-1.3 編號 10136 之學生作答情況
4. 混淆模式
此類學生能依化學成份差異及物理性質畫出主要的結構，但劃分方式混 合使用，其中包含描述不完整，以編號 10120 之學生為例（如圖 4-1.4）：
該生畫出分層結構並說明共可區分為：地表、岩石圈、軟流圈、地函、
外核、內核，然若按照正確之劃分方式，依化學成分差異可區分出：地殼、
（莫氏不連續面）、地函、（古氏不連續面）、地核；物理性質可區分出：岩 石圈與軟流圈、上部地函與下部地函、外部地核與內部地核，因此可發現該 生所指出的地表、地函是依化學成分差異來區分，而岩石圈、軟流圈及外核、
內核則又按物理性質來劃分，故屬混合使用兩種劃分方式。
圖 4-1.4 編號 10120 之學生作答情況 5. 正確的單一模式
此類學生能正確選用一種劃分方式，例如從化學成份差異的角度或物理 性質的角度來畫出主要的三層結構，且能正確寫出相對位置及名稱，以編號 10102 之學生為例（如圖 4-1.5）：
該生選擇以化學成份差異的方式把地球內部結構劃分三部分：地殼、地 函、地核。
圖 4-1.5 編號 10102 之學生作答情況
（二） 板塊運動動力來源之心智模式
經分析發現可區分為五種模式，包括：1.無模式、2.運動模式、3.不完整動 力機制模式、4.動力機制模式及 5.板塊構造機制模式，其各類型人數與百分比如 表 4-1.2，以下並針對各類型進行說明：
表 4-1.2 全體學生前測之板塊運動動力來源心智模式類型分析
板塊運動動力來源 前測（人數/百分比）
無模式 15（18.5％）
部分科學模式（零碎）
運動模式 2（2.5％）
不完整動力機制模
式 10（12.3％）
科學模式 動力機制模式 38（46.9％）
板塊構造機制模式 16（19.8％）
1. 無模式
此類學生包括未作答或 無法畫出並說明板塊運動動力機制的可能運作 模式，以編號 10425 之學生為例（如圖 4-1.6）：
該生只畫出畫了一個四邊形以及箭號，然卻因不知其分別表示之意涵以 及此亦非正確運動情況，故屬無模式。
圖 4-1.6 編號 10425 之學生作答情況
2. 運動模式
此類學生只標示板塊運動方向，但未畫出或說明板塊運動動力機制的可
能運作模式，以編號 10401 之學生為例（如圖 4-1.7）：
該生只畫出平面運動方式，也就是左右移動的情況，但並未畫出或說明 造成移動之背後動力來源，故歸屬運動模式類。
圖 4-1.7 編號 10401 之學生作答情況 3. 不完整動力機制模式
此類學生雖畫出或說明板塊運動動力機制的可能運作模式，但其中有誤 或不完整，以編號 10121 之學生為例（如圖 4-1.8）：
該生只說有熱對流，且所畫的圖其運動方式有描述不正確，故歸屬不完 整動力機制模式。
圖 4-1.8 編號 10121 之學生作答情況
4. 動力機制模式
此類學生能正確畫出或說明板塊運動動力機制的可能運作模式，以編號 10439 之學生為例（如圖 4-1.9）：
該生能描述內部溫度較高處，兩旁有上升運動的情形，且易有岩漿向上 噴發並產生新地殼進而向兩側移動，故歸屬動力機制模式。
圖 4-1.9 編號 10439 之學生作答情況 5. 板塊構造機制模式
此類學生除了能正確畫出或說明板塊運動動力機制的可能運作模式之 外，還畫出或提及可能伴隨的地質構造，以編號 10403 之學生為例（如圖 4-1.10）：
該生能板塊運動之動力機制且還畫出伴隨的地質構造：隱沒的海溝等，
故歸屬板塊構造機制模式。
圖 4-1.10 編號 10403 之學生作答情況
（三） 臺灣附近的地體構造之心智模式
經分析發現可區分為五種模式，包括：1.無模式、2.靜態模式、3.錯誤的地 體動力模式、4.不完整的地體動力模式及 5.完整的地體動力模式，其各類型人數 與百分比如表 4-1.3，以下並針對各類型進行說明：
表 4-1.3 全體學生前測之臺灣附近的地體構造心智模式類型分析
臺灣附近的地體構造 前測（人數/百分比）
無模式 11（13.6％）
錯誤模式 靜態模式 10（12.3％）
錯誤的地體動力模式 53（65.4％）
部分科學模式（零碎） 不完整的地體動力模
式 5（6.2％）
科學模式 完整的地體動力模式 2（2.5％）
1. 無模式
此類學生包括未作答或寫出完全錯誤或無法標出板塊位置或無法畫出 並說明臺灣附近的地體動力情形，以編號 10430 之學生為例（如圖 4-1.11）：
該生雖然有寫處板塊名稱，但是板塊位置完全標示錯誤，臺灣的東南方 應為菲律賓海板塊，西北方則是歐亞板塊，然其卻寫成臺灣的西方為菲律賓 海板塊，而東方則為不會出現於此的太平洋海板塊，故歸屬無模式。
圖4-1.11編號10430之學生作答情況
2. 靜態模式
此類學生能正確標示臺灣附近的板塊名稱，但無畫出動力情形（即未用 箭頭標示），以編號 10407 之學生為例（如圖 4-1.12）：
該生雖然都有寫出相對應正確的板塊名稱，但因為描述其動力情形，故 歸屬靜態模式。
圖 4-1.12 編號 10407 之學生作答情況
3. 錯誤的地體動力模式
此類學生未能完整畫出或說明臺灣附近的地體動力情形，包括：動力情 形及相對的板塊名稱有誤、未畫出隱沒帶或隱沒帶有誤，亦或雖正確畫出一 條隱沒帶，然而未正確描述相對的板塊名稱或描述有誤，以編號 10409 之學 生為例（如圖 4-1.13）：
該生雖然有描述其動力情形，但全部皆是錯誤的，正確的動力情形應為：
臺灣的東北方為菲律賓海板塊的西緣衝到歐亞板塊之下；臺灣南方則為歐亞 板塊向東隱沒到菲律賓海板塊之下，故該生歸屬錯誤的地體動力模式。
圖 4-1.13 編號 10409 之學生作答情況 4. 不完整的地體動力模式
此類學生未完整畫出或說明臺灣附近的地體動力情形，包括：只正確畫 出一條隱沒帶並正確描述相對的板塊名稱、正確畫出兩條隱沒帶但未完整說 明動力情形（未用箭頭標示或未正確描述、描述不完整相對的板塊名稱），
以編號 10429 之學生為例（如圖 4-1.14）：
該生只正確畫出並描述臺灣南方之板塊運動情形，但卻未提及東北方之 隱沒帶，故該生歸屬不完整的地體動力模式。
圖 4-1.14 編號 10429 之學生作答情況
5.
完整的地體動力模式此類學生能正確畫出兩條隱沒帶且完整說明臺灣附近的地體動力情形，
以編號 10410 之學生為例（如圖 4-1.15）：
該生清楚畫出並描述臺灣附近的兩條隱沒帶情形，故該生歸屬完整的地 體動力模式。
圖 4-1.15 編號 10410 之學生作答情況
二、全體學生開放式問題測驗前後測之心智模式改變分析
將全體學生前後測進行各項之模式分析，其各模式之類型將依序整理成表並 繪製人次累積圖。
（一） 地球內部結構之心智模式
經分析發現其結果如表 4-1.4 及圖 4-1.16 所示：
學生於課程進行前後之表現情形，原持有無模式之學生由 9 人（11.1％）降 低為 6 人（7.4％）；持有錯誤模式之人數由原先 12 人（14.8％）增加為 15 人（18.5
％）；持有部分科學模式（零碎）之人數由原先 20 人（24.7％）增加為 23 人（28.4
％）；原持有科學模式之人數反而由 40 人（49.4％）減少為 37 人（46.7％）。從 上述人數改變情形可顯示學生於課程進行前後，其心智模式並沒有顯著的進步。
表 4-1.4 全體學生前後測之地球內部結構心智模式類型分析
地球內部結構 前測（人數/百分比） 後測（人數/百分比） 備註 無模式 9（11.1％） 6（7.4％）
Type 1 錯 誤 模
式
層狀模式 4（4.9％） 9（11.1％）
錯誤的單一
模式 8（9.9％） 6（7.4％）
部 分 科 學 模 式
（零碎）
混淆模式 20（24.7％） 23（28.4％）
Type 2 科學
模式
正確的單一
模式 40（49.4％） 37（46.7％）
圖 4-1.16 全體學生前後測之地球內部結構心智模式改變累積人次
為了更進一步了解其中心智模式改變之情形，故將原五種模式再分成兩大類 型：Type 1 與 Type 2，Type 1 則包含無模式與錯誤模式之學生，此類學生屬未 作答或持有錯誤的模式；Type 2 則為部分科學模式（零碎）與科學模式，此類學
生屬持有正確的模式。再針對此分類方式進行卡方檢定（Chi-Square Test, χ2 Test），
備註：□-表直接轉變為科學模式、○-表轉變為負向的模式
備註：□-表直接轉變為科學模式、○-表轉變為負向的模式