科學家們進行科學研究最主要的目的即為建構科學模型，並透過這不斷的檢 視、修正與精緻化科學模型的內容，再利用科學模型進行現象的解釋。
對於學生而言在科學學習的過程中，試圖模擬科學家建構模型的過程，學習 科學研究中會經歷某些特定的步驟，並且產生許多科學理論，而這些特定步驟稱 為建模歷程，那科學理論即為科學模型，當學生透過建模歷程完成科學模型，所 具備的能力即為建模能力。本章節將針對建模歷程、建模能力與建模能力評量進 行詳細說明。
一、建模歷程
學生建立科學模型的過程和科學家並不完全相同，並且，學生不是僅有「建 立」出模型，學生必須不斷的檢驗與精緻化此模型，進一步達到「科學模型」的 目的。因此，研究者們針對學生科學學習的建模歷程所提出的看法，大致上可分 成以下主要的方向：一、模型的建立：利用繪圖、解釋與預測現象並將其理論化 後，才能夠建立出模型。二、模型的使用：學生能利用模型進行描述、預測與解 釋現象。三、模型的評價：能夠使用模型對新現象進行預測，並且評價不同模型 在現象所扮演的表徵以及樣態。四、模型的反思：透過新證據的加入或是情境的 變動能夠得之模型的不足，進而反思此模型增加模型的解釋性與預測能力 (Schwarz, 2009)。
對於建模歷程的內容 Hestenes(2010)更明確指出四個步驟：步驟一、模型建 立：進行模型元件的組裝與定義，並且對於認識此模型的元件之間的關係。步驟 二、模型分析：利用步驟一建立的模型對於現象進行解釋與實驗的預測。步驟三、
模型效化：判斷此模型的解釋性與一致性。步驟四、模型調度：檢驗此模型在不 相同的情境下之情形。Hestenes 並強調這四個步驟在實施的過程中，並非線性的 順序進行，而是以一種循環的方式實施。
本研究所使用的建模歷程，是由邱美虹(2015)科技部計畫對於原有的歷程進
型；二、模型建立：建立原先選擇物件之間的連結關係；三、模型效化：驗證已 建立的模型，對於成份的關係與模型的結構進行效化，並且確認模型內部的一致 性；四、模型分析：使用已效化的模型進行問題的解釋(或是分析)，大多數的情 形為數據的計算或是邏輯推論；五、模型應用：問題的情境與原先有些許的不同 時(進遷移)，能夠使用已效化的模型解釋；六、模型調度：問題的情境已屬於新 情境(遠遷移)時，仍可使用已效化後的模型進行解釋；七、模型修正：若必須增 加或減少成份(物件)與關係，才能進行問題的解釋，進而修正已效化後的模型，
屬於模型(弱)重建；八、模型轉換：當效化後的模型不能解釋現象，代表此模型 已經失效，必須重新建立新的模型，屬於模型(強)重建。
有別於其他研究者所提出的建模歷程，刻意將模型重建的階段放入。在科學 研究當中，每當有新證據的提出，且此新證據並不支持原先所建立的「科學模型」
時，科學家必須放棄原有的模型，重新建立出與此證據相符的「科學模型」。這 樣的修正，雖然後科學研究當中發生的機率並不高，屬於較高層次的建模歷程，
但，透過這樣的修正會更貼近科學家對於科學本質的看法。上述的八個步驟，分 屬在「模型發展階段」、「模型精緻化階段」、「模型遷移階段」、「模型重建階段」
四大階段中(見圖 2-2-1)。
圖 2-2-1 建模歷程指標(Modeling Process Indicators, MPI) (引自邱美虹 2015) 建模歷程
4-1 模型修正 4-2 模型轉換 3-1 模型應用 3-2 模型調度 2-1 模型效化 2-2 模型分析 1-1 模型選擇 1-2 模型建立 模型發展階段
模型遷移階段
模型重建階段 模型精緻化階段
二、建模能力
除了建構模型本身之外，還有其他面向也是相當重要的，例如：許多學者認 為學生在建立模型過程中如何作決定是重要的指標(Prins et al., 2009;Wu, 2010)，
也有學者認為對於學生使用模型解釋、討論以及反思模型本身亦是重要的能力表 現(Chang, Quintana, & Krajcik, 2010;Hogan & Thomas, 2001)。因此，建模能力可 區分成以下三個部份(Bahadir Namdar & Ji Shen,2015)：一、建模成品(modeling product)：從學生自行建構出的模型，判斷學生建模能力的情形，從此模型的物 件組成、變數的使用與因果關係，以及此模型在表徵使用上的情況皆為可觀察面 向。二、建模實作(modeling product)：主要著重在學生「計畫」產出模型的動態 過程作為主要的觀察內容。三、後設建模知識(meta-modeling knowledge)：主要 包含學生對於模型本質的了解、科學模型的目的、如何評價模型、如何反思模型 以及建模歷程的知識(Schwarz&White,2005)。透過上述三個面向，即可讓建模能 力更具有方向即目標的進行檢驗。
三、建模能力評量
建構模型是一個動態且複雜的過程，為了更符合學生在建模教學前後建模能 力的改變，可從建模成品(modeling product)、建模實作(modeling product)與後設 建模知識(meta-modeling knowledge)這三面向進行觀察與評量。在建模成品的面 向，即可與學生建立模型時同時進行評量，評量學生如何使用、建立以及評價模 型，但是，分析此學生與模型互動的動態過程之數據資料，必然是一大挑戰 (Bahadir Namdar & Ji Shen,2015)。對於後設建模知識的評量已跳脫特定建模任 務，在實施上較為單純，並且可用此大略推估學生的建模能力高低。
本研究的建模能力評量根據不同的教學主題有不同的評量內容，其評量面向 較屬於評量學生的建模成品，因此，和學科知識內容較有關係。本研究選用張志 康與邱美虹(2009)開發的建模能力指標，並加以修正(見表 3-4-10 及表 3-4-11)，
研究一使用選擇題組合的方式確認學生的建模能力；研究二則是使用張志康與邱
四、本節對於本研究的啟示
從上述的內容可知，驗證式實驗的探究方式並不能使得學生在學習科學的過 程中，達到其他層面的學習內容。透過引導式的探究，再加上模型的建構過程，
亦可增進學生利用系統化的方式思考科學模型的建構過程。協助學生以建模本位 開始思考問題，進行多變因的因果關係討論以及檢驗，並針對所建立的模型進行 反思及精緻化。
在本研究中，化學電池課程所涉及的內容皆尚未經歷模型重建的階段，由於 本研究對象為國中階段的學生，僅聚焦於化學電池成份與關係的建立和化學電池 交互作用的影響，尚未著墨於較高層次的建模歷程培養，並且較少涉及數據的計 算內容。因此，本研究僅檢測學生模型選擇、模型建立、模型效化、模型應用與 模型調度此五項建模能力，以下將對於建模能力的情況加以描述：
一、模型選擇：化學電池中，電極、鹽橋與電解液的選擇。
二、模型建立：化學電池中，電極與電解液的之間的關係。
三、模型效化：使用鋅銅電池的模型，解釋電子與離子在此系統當中所移 動的現象。
四、模型應用：原本的鋅銅電池，將銅片抽換成石墨棒。
五、模型調度：原本的鋅銅電池，將鋅片抽換成石墨棒，因為，抽換鋅棒 反應物已經消失，此電池的反應已經和原先模型些許不 同，變動較大屬於此建模歷程。
本研究為了達到上述的安排，針對一般教科書文本解構，刻意以外顯化的方 式，凸顯建模歷程的內容，若一般文本缺少建模歷程的內容，則以外加的方式添 加入文本當中，透過此方式將一般文版轉換成「建模文本」，利於本研究使用；
若針對「教學活動」則是透過授課教師引導學生經歷上述的建模歷程。因此，此 兩種方式將作為「建模本位探究」最主要的研究變因。