第二章 文獻探討
第四節 學習環教學模式探究
一、概念改變教學策略
「教學是一種藝術，沒有一種方式是全盤皆解的學習（教學）策略。但在學 習時數有限的情形下，學生應學習核心基要的科學概念。」（熊召弟、王美芬，
2005）。概念的學習主要的因素在於概念改變的過程（Michell, & Baird,1986）。
學生在正式入學前，從活動經驗中包括遊戲、電視卡通、表演、傳說故事…等，
自己解釋複雜但熟悉的自然現象，建構自己的個人理論和模式。由於科學理論模 式常和學生個人的理論模式衝突矛盾，且後者常是迷思概念（熊召弟等譯 1996），Treagust（1988）也指出迷思概念的原因來自於感覺經驗、語言經驗、
文化背景、同儕團體、大眾媒體和科學教學，學生會帶著各種關於自然界事物之 迷思概念進入正式的教學情境中（曾燕玲，2005）。學生進入教室並非一張白紙，
而是帶著既有的想法來學習，因此，建構主義論者視學習為一種概念改變，學生 將原有的迷思概念改變為科學概念（王美芬、熊召弟，2005）。
在科學教育中，常見的概念改變模式（conceptual change model）是由 Posner, Strike, Hewson 和 Gertzog （1982）所提出的。這樣的概念改變模式 是根據 Kuhn（1962）和 Lakatos（1970）認識論的論證所發展（邱美虹，2000），
他們認為學習是一個理性的活動，所謂的理性是與個人願意改變其心意的條件有 關。他們把需要大規模概念上的改變稱為調適（accommodation），不需重大改 變的學習稱為同化（assimilation）。Posner 等人（1982）指出下列四種產生 調適的重要條件：
1. Dissatisfaction：對於現有整體概念感到不滿意，非有重大更改不可。
2.Intelligible：至少對於新的整體概念有粗淺的認識，以便探討其適用
的可能性。
3.Plausible：此一新的整體概念，初看之下應頗為合理，似乎能解決眼前 所碰到的問題，並能和其他知識和經驗調和。
4.Fruitful：新的整體概念應有可能成為有用、有收穫的研究架構，能被 推廣和擴充，能開發新的探究領域。（引自郭重吉，1992）
Roth（1991）認為學生必須明瞭他們個人的理論與實驗證據是不適當的
（inadequate），不完整的（incomplete）或不一致的（inconsistent），而科 學性的解釋更有說服力且更合理，可以取代個人理論，概念改變才有可能發生。
（邱美虹，1993）。
Thagard（1992）認為概念是由種類（kind）與階層（hierarchy）而形成，
一個概念系統被新的概念系統所取代，就稱為概念革命，概念革命需要機制，以 引導人們拋棄舊有概念系統，進而接納新的概念系統（江帷銓，2006）。
Chi, Slotta, 和 deLeeuw（1994）提出了以本體類別的觀點來分析概念的 架構，並提出類別內與類別間概念改變的看法。Chi 等人（1994）將世界實體分 為三種本體類別分別為：物質、過程及心智模式；每一個本體之下又分出次階層 的類別。Chi（1992）認為一個概念本身的意義是由其所屬的類別決定的，當發 生類別錯置（category mistaken）時，就會產生迷思概念；原本所屬的類別發 生改變時，就是所謂的概念改變，且在類別內的概念改變，與類別間的概念改變 需要不同的改變過程。（江帷銓，2006；張英琦，2007）
Tyson, Venville, Harrison 與 Treagust 等人（1996）將概念改變分為增 加（addition）和修正（revision），前者為單純的知識增加，後者為概念重組 或信念修正，又分為若修正與強修正。Tyson 等人提出包含認識論、社會情意、
本體論等三個向度的多面向架構來考量概念改變，這些面向將阻止或促進概念改 變（張英琦，2007）。
然而學生原有的想法是不容易取代的（郭重吉，1992；邱美虹 2000 等），
要讓學生產生概念改變，必須發展出各種不同的概念改變教學策略。
整理郭重吉（1992）所提到的概念改變教學策略及參考其他文獻整理出概念 改變模式教學策略如下：
（一） 三階段概念改變教學模式
圖 2-8 三階段概念改變教學模式
階段一 經驗 探索
找出學生 另有架構
實驗操作
↓ ↓ ↓ ↓
階段二 解釋 解釋
造 成 概念衝突
異例操作
↓ ↓ ↓ ↓
階段三 精緻化 應用
鼓勵學生 認知調適
概念重組 的操作
Renner Kanplus
Nussbaum And Novick
Erickson
（二） Osborne & Freyberg（1985）四階段概念改變教學流程
表 2-14 Osborne and Freyberg 四階段概念改變教學流程 階 段 教 師 活 動
一、準備
1.確定學生的觀點，將其加以分類。
2.找出科學上的觀點。
3.找出科學史上的觀點。
4.考慮可導致放棄舊觀念的證據。
二、聚焦
1.建立情境，提供又發動機的經驗。
2.介入，提出針對學生個人的開放式問題。
3.解釋學生的回答。
4.闡述學生的觀點。
三、挑戰
1.協助觀點的交換。
2.確定所有的觀點都被考慮到。
3.讓討論開放地進行。
4.必要的話提供示範步驟。
5.提供科學家的觀點證據。
6.接受學生對新觀點暫時性的接受。
四、應用
1.想出利用科學家的觀點最能簡易漂亮的解決問題。
2.協助學生澄清新的觀點，要求利用它來解答所有的問題。
3.確定學生可用口頭方式描述問題的回答。
4.介入，激發，並參與對解題的討論。
5.協助解答較難的問題，告訴學生何處可以找到幫助。
（引自郭重吉，1992）
（三） Driver & Oldham（1986）提出五階段概念改變教學模式
表 2-15 Driver & Oldham 四階段概念改變教學流程 階 段 目 的 一、確定探討的方向 激發學生的情緒，並準備就緒。
二、引出學生的想法 讓老師和學生注意到一些原先就有的想法
三、學生想法的重組 使學生觀察到自己和原先概念不同的科學上的觀點，而能以此 種科學的觀點來修正、擴充或取代原先的想法。
1.澄清和交換 → 體認有其他想法的存在，丙仔細解討自己的想法。
2.置於衝突情境 → 考驗現有想法的正確性。
3.建構新的想法 → 修正、擴充或抽換現有的想法。
4.評鑑 → 考驗新建構出來的想法的正確性。
四、應用新的想法 利用熟悉以及新奇的情境來增強學生新建構的想法。
五、回顧想法的改變 注意到想法的改變並熟悉學習歷程，使學生能省察其想法改變 的程度。
（引自郭重吉，1992）
（四） 預測、觀察、解釋（POE）
提供學生一個實物實驗狀況，要求學生預測會產生何種改變，並說明 改變的原因，要求學生仔細觀察其中的改變，最後要求學生思考預測與觀察 間的不同，想出可能造成不同的原因，得到結論。（黃台珠等譯，2002）
（五） 概念圖
概念圖又可稱為概念構圖（concept mapping）或概念地圖（concept maps）。前者注重概念圖製作的具體過程，後者注重概念圖製作的最後結果。
現在一般把概念構圖和概念地圖統稱為概念圖而不加於嚴格的區別。概念圖 主要在呈現知識結構及對知識間相互關係的理解。茲將概念圖的特性、功能 分別說明如下：
1.概念圖特性（李秀娟、張永達、黃達山，1998）：
(1)概念圖是組織和表現的工具，包含概念、連接線及連接詞，概念及連 接詞形成一命題（propositions）。
(2)概念的呈現有階層性，最廣的概念（上位概念）在圖的上方，專一狹 窄包含較少概念（下位概念）的在下方。
(3)概念圖包含衡的連結（cross-links），可讓學習者知道不同概念間的
關係，包含例子（examples）可讓學習者澄清概念的意義。
2.概念圖的功能（熊召弟、王美芬，2005）：
(1)探索學生已有的認知結構。
(2)根據概念圖的結構，可以規劃一個學習的路徑圖。
(3)閱讀課文時，增進對課文意義的了解。
(4)使研究計畫的意義與內涵更清楚。
(5)幫助閱讀報紙雜誌期刊。
(6)運用於論文計畫或文章結構規劃。
(7)診斷評量學生的評量工具。
(8)統整科學單元的主要概念。
概念改變教學策略雖有各種不同的理論與進行方式，但主要的教學原則 在於「讓學生說出其對於科學概念的想法」，教師在了解學生的想法之後，
運用教學活動製造與學生概念相衝突情境，或提供學生更多面相的探索機 會，讓學生能在學學的歷程中檢視自我概念的合理性，透過舊概念的重組形 成新概念，讓學生的概念能更接近專家概念。
二、學習環的發展
「學習環」是一種以探究為基礎的教學模式，這模式起源於 Piaget 的認知 發展論，從認知心理學的角度來看，Piaget 的認知發展理論強調教師在學校中 對兒童施教時，應考慮兒童年齡的發展以及考慮兒童學習的心理歷程。教師在教 導兒童對問題經認知思維學習知識時，必須具有設身處地從兒童觀點來看問題的 推理能力（張春興，1994）。學習環最早為 Karplus & Thier（1967）所提出「探 索－形成－發現（Exploration－Invention－Discovery）」之三階段學習環，
後來部分學者修正為「探索－概念介紹－概念應用（Exploration—Concept Introduction－Concept Application）」，以及「探索－概念形成－概念擴展
（Exploration－Conceptual Invention－Conceptual Expansion）」，直到 Lawson（1988）將三階段稱為「探索－名詞介紹－概念應用」（Exploration－
Term Introduction－Concept Application）（鍾聖校，1995；劉人和，2001；
羅廷瑛，2004）。
圖 2-9 學習環的三階段教學模式圖（引自陳惠芬，2000）
Lawson, Abraham 與 Renner（1989）將學習環延伸出三種型態 1.描述型學習環（Descriptive Learning Cycle）
描述型的學習環，重點在於師生描述其所觀察到的現象，但不加以 解釋原因，由於學生幾乎沒有或者只有些微的錯誤先備概念，因此很少產 生不平衡現象。
2.經驗誘導型學習環（Empirical－Abductive Learning Cycle）
此學習環包含了描述型學習環的學習過程，但必須更進一步探討背 後的原因，在此教學模式中，學生必須用一些先備經驗轉換至新的概念。
3.假設演繹型學習環（Hypothetical－Deductive Learning Cycle）
這是從提出一個因果性問題做為開始，學生必須產生假說，並藉由 演繹預測的結果做實驗驗證。這個學習環也要求學生對某些現象提出解 釋，因此也可以彰顯出學生的迷思概念。（王美芬、熊召弟，1995；劉人 和，2001）
Bybee（1988）提到，美國 BSCS 小學科學課程發展出含有建構主義特性的 5E 學習環，這五個階段分別為投入（Engagement）、探索（Exploration）、解 釋（Explanation）、精緻化（Elaboration）、評鑑（Evaluation）（王美芬、
熊召弟，1995）。引述林曉雯（2000）對於 5E 學習環五個階段目的說明如下：
1.投入（Engagement）：引導學生心智上投入課程的主要概念。激發興趣 與好奇心，探知學生先備知識的了解情形與能力。
1.投入（Engagement）：引導學生心智上投入課程的主要概念。激發興趣 與好奇心，探知學生先備知識的了解情形與能力。