本研究針對『熱傳播』這個單元，配合自然與生活科技領域教材與教學進度，
將此單元分成『熱傳導』、『熱對流』、『熱輻射』三個活動進行教學，希望學生能 先建立三個子概念的科學模型，每一子概念的科學模型又可分為五個面向：範圍、
成分、結構、行為、巨觀行為和微觀行為，再由此三個子概念科學模型組合成熱 傳播的科學模型，所以，學生在先前學習的教材中，是否已有足夠的先備知識可 以在學習本單元時，來幫助學生建立有關於熱傳播的模型呢？從表 4-3-1 所示，
學生在三年級就開始從日常生活中的現象討論中，學習到有關熱的概念，在四年 級就已經接觸到較為抽象的『能量』這個概念，也開始慢慢地認識微觀世界，在 五年級對於熱、能量和粒子有更深入的學習，這些都是與熱傳播有關的先備知識，
而此內容都是學生在學習熱傳播單元時已學習過的教材，此教材內容有助於學生 發展熱傳播的科學模型。
表 3-3-1 熱與粒子觀的單元內容
年級 單元名稱 教科書內容敘述 概念
三年級 神奇的水 把水加熱，水會變少 熱
四年級 鹽到哪裡去了 鹽加入水中，經攪拌均勻的分布開來，而看 不見鹽的顆粒。
雖然鹽溶解看不見，但鹽還是存在。
粒子觀
四年級 空氣的秘密 任何東西只要裡面有微小的隙縫，都會有空 氣。
粒子觀
四年級 食物與能源 食物可以提供身體活動所需的能量。
能源可以提供機器的動力來源，例如：太陽 能、石油、電。
能量
五年級 觀測太陽 太陽是一顆會發光發熱的星球。
太陽的光和熱是地球主要的能量來源，例 如：太陽能板、太陽能熱水器。
熱 熱能
五年級 熱對物質的影響 熱會改變物質
大部分固體、液體、氣體受熱後體積會膨脹，
溫度降低時體積會縮小。
熱
五年級 熱對物質的影響 一塊方糖是由許多糖粒子組成的。用力敲擊 方糖，方糖會碎裂成許多小顆粒，把敲碎的 方糖放入水中，會分解成更小的，眼睛看不 到的糖粒子。
粒子觀
二、 建模教材設計
本研究針對『熱傳播』這個單元，配合自然與生活科技領域教材與教學進度，
將此單元分成『熱傳導』、『熱對流』、『熱輻射』三個活動進行教學，共分為五節 課，如表 3-3-2 所示(詳見附錄四)，另外，從表 3-3-3 中可進一步知道科學史建模 教學組、建模組和對照組，三組的教學內容都是一致的，每一節課進行的時間、
所欲達成的教學目標和熱傳播的學習內容大致上都相同，教學的概念圖，呈現教 師在進行教學時，幫助學生學習和建構有關於熱傳播的科學概念模型，如圖 3-3-1 所示，詳細的教學內容以第一~二節的熱傳播子概念--『熱輻射』的教學為例，
其教學內容唯有因教學法所強調的特點不同而會在教學中有不同的特點，如表
圖 3-3-1 熱傳播模型概念圖
在本研究中所定義的模型是參考 Buckley(2004)，Hestenes(1993，2006)和 Hallon(2006，1996)對於模型的定義，發展適合本研究中所要建立的概念模型--熱傳播模型的面向。所以，將模型分成五個面向：
(1) 範圍(domain)：Hallon(2006，1996)認為範圍是限制此模型所要表達的要素，
表現出結構上和(或)行為上的特點，以挑選適當的模型。在此研究中，研究者 把範圍的定義為在日常生活中此模型使用的時機和其他模型不同的特點，也 就是在巨觀維度中此模型使用的條件。
(2)成分(composition)：Hestenes(1993，2006)認為成分是模型系統內部的物件；
Hallon(2006，1996)也認為成分是由科學的要素和這個模型顯著的因素所組成，
進而形成一個完整的概念系統。在此研究中，研究者把成分定義為在巨觀維 度中組成此模型的基本物件。
(3)結構(structure)：Buckley(2004)認為結構是成分之間的空間關係，Hallon(2006，
1996)認為結構是能夠研判這個模型中各種因素間的交互作用關係，又可分為 幾何的結構、相互作用的結構、行為的結構。在此研究中，因是在說明微觀 粒子在空間上的分布與排列，研究者把結構定義為粒子之間在空間組成上的 關係。
(4)行為(behaviour)：Buckley(2004)定義行為是動態的過程和結構的改變。在此研 究中，研究者沿用 Buckley 對於行為的定義，研究者把行為定義為描述動態過 程和結構改變的情形，又可分為一般日常生活中可觀察到的『巨觀行為』和 說明粒子運動的『微觀行為』。
在本研究中，此五個面向可分別代表說明模型的巨觀維度和微觀維度，如圖 3-3-2 所示，『範圍』、『成分』和『巨觀行為』屬於科學概念模型中巨觀的維度，
巨觀維度的內容是與生活經驗相結合，可用肉眼測量與觀察，在本研究中是在說 明在日常生活中此模型使用的時機，組成此模型的基本物件和一般日常生活中可 觀察到的動態過程和結構改變的情形；『結構』和『微觀行為』屬於科學概念模 型中微觀的維度，微觀維度的內容是微小不可見，在本研究中是在說明粒子的結 構和粒子運動。
此模型的五個面向可以明確的讓學生知道巨觀維度中模型使用的範圍和時 機、構成此模型的成分以及動態過程，微觀維度中粒子的結構和粒子的行為，以 此五面向來建構出科學概念模型較適合國小以生活經驗和觀察為出發，進一步認 識粒子微觀世界的科學課程內容。
圖 3-3-2 模型五面向的分類
在本研究中，研究者先建立三個子概念模型，分別為熱傳導模型、熱對流模 型、熱輻射模型，最後再將此三個次模型組合成熱傳播模型，每一子概念又可分 為五個面向：範圍、成分、結構、行為、巨觀行為和微觀行為，內容如表 3-3-4 所示，其中熱傳導模型的『結構』面向與熱對流模型的『結構』面向內容相同，
都是在說明固體粒子間距離最小，其次是液體粒子，氣體粒子距離最大，熱輻射 模型因只討論到單一粒子的行為，所以就沒有『結構』面向。
在本研究的建模教學是以邱美虹(2007，2008)的建模歷程做為建模教學和科 學史建模教學的建模方式，邱美虹的建模歷程，是基於『科學與建模實務』的考 量，以 Halloun(1996)的建模歷程為基礎，輔以『循環作用觀點』，將建模歷程調 整為六種序列步驟：(一)模型選擇 (二)模型建立 (三)模型效化 (四)模型應用 (五) 模型調度 (六)模型重建。
但因本研究的研究對象為國小五年級學生，考量學生學習情形，再將建模歷 程和能力指標兩相對照過後，將建模歷程調整成四個步驟，如表 3-3-5 所示：
(一)模型選擇：從多樣生活經驗選擇適合的解決方式，來建立自己的想法，可對 應到能力指標 1-3-4-1 能由一些不同來源的資料，整理出一個整體性的看 法。
微觀維度 巨觀維度
範圍 成分 結構
巨觀行為 微觀行為
(二)模型建立：將選擇模型中的成份與結構做再次的確認，做歸納與整理，建立 (domain)
物體需接觸傳熱 流體流動傳熱 物體不需介質傳熱 成分
(composition)
固體、液體、氣體 液體、氣體 固體、液體、氣體
結構 (structure)
固體粒子間距離最 (macro behavior)
高溫傳向低溫 熱流體上升、冷流體 下降補充
往四面八方輻射
微觀行為 (micro behavior)
粒子吸收熱能後，運
表 3-3-5 建模歷程與能力指標的對應表
建模能力 內容定義 對應能力指標
模型選擇 從個人的多樣生活經驗中加以分 類，選擇適合的解決方式，也就 是選擇模型，來建立自己的想法。
1-3-4-1 能由一些不同來源的資料，整理出 一個整體性的看法
模型建立 將選擇模型中的成份與結構做再 次的確認，做歸納與整理，根據 這些想法，建立自己的科學模型。
1-3-4-2 辨識出資料的特徵及通則性並做 詮釋
模型效化 用一些檢測和生活經驗來討論和 驗證模型的合理性與適用性。
1-3-1-1 能依規畫的實驗步驟來執行操作 1-3-4-3 由資料顯示的相關，推測其背後可 能的因果關係
1-3-4-4 由實驗的結果，獲得研判的論點 1-3-4-9由實驗的結果，獲得研判的論點 2-3-1-1 提出問題、研商處理問題的策略、
學習操控變因、觀察事象的變化並推測可 能的因果關係。學習資料整理、設計表格、
圖表來表示資料。學習由變量與應變量之 間相應的情形，提出假設或做出合理的解 釋
模型應用 用修正完後的模型，類推到相似 問題情境，解此解決問題、找出 問題答案，強化所建立的模型
3-3-0-3 發現運用科學知識來作推論，可推 測一些事並獲得證實
為了讓接受科學史建模教學組和建模教學組的學生，能了解建模歷程中各階 段的名稱及其所代表的內容和意義，所以此兩組的學生會在正式施測科學史建模 教學和建模教學之前的一個單元--『力的世界』，就接受建模歷程的教學方法，
以減低學生對於不熟悉名詞的陌生感和恐懼感，減輕學生的認知負荷，以免此因 素影響到研究結果的呈現。
二、建模教學的輔助工具：建模能力分析指標
張志康(2009)綜觀各家學者對概念認知能力層次的分類方式，以 Biggs 與 Collis(1982)所提出的『觀察學習結果架構(Structure of the Observed Learning
Outcome)』為基礎架構，再配合『Hempel(1958)的科學理論結構』與六種分類層 次的想法，發展出『建模能力分析指標』(Modeling Ability Analytic Index) (張志康 與邱美虹，2009)，將學生建模能力分成了 Level 0~5，但在相關研究中(張志康，
2009) 國小學生的建模能力多落在 1~3 之間，且對照國小學生能力指標後，發現 在國小階段期望學生能發展的能力能對應到 Level 3，如表 3-3-6 所示，Level 0 是無法回答相關因素，Level 1 是可回答一種與理論相關因素，Level 2 是可回答 二種以上與理論相關因素，所以 Level 1 ~2 可對應到能力指標 1-1-1-2-4 和 3-2-3-9，
Level 3 則是可以答出因素間的交互作用關係，可對應到能力指標 1-1-4-1-9、
1-3-4-3-9 和 1-3-3-2-9，但在本研究中期待學生能透過建模教學發展學生更高的建 模能力，訂定出在國小階段中可期望學生發展出各階段的建模能力分析指標，將 學生建模能力分成了 Level 0~4。
1-3-4-3-9 和 1-3-3-2-9，但在本研究中期待學生能透過建模教學發展學生更高的建 模能力，訂定出在國小階段中可期望學生發展出各階段的建模能力分析指標，將 學生建模能力分成了 Level 0~4。