第三章 研究方法
第五節 教學設計
研究者採用佘曉清(She, 2002, 2003, 2004a,2004b)發展出的雙重情境學習模式(Dual situated learning model, DSLM)設計網路化雙重情境學習模式「電學」單元的教學活動。
各階段工作流程敘述如下，其實施的流程如圖3.5.1：
圖3.5.1 DSLM 實施流程圖
分析教學單元之科學概念：
屬性(抽象、動態…) 複雜度(單純、複雜) 階層性(低、高)
分析學生常見另有概念：
過去研究文獻 晤談法 二階層式測驗
分析學生缺乏的心智架構：
就學生現有的「質樸概念」和
「科學概念」進行比較，
以設計「學習事件」
學習事件_衝突情境：
學生的概念於此情境下產 生不滿足
學習事件_提供完善概念架構：
讓學生觀察、操作、體驗、思考 驗證以導入科學概念
學習事件_問題導引：
判斷學生現有概念架構 是否合於科學概念
學習事件_問題檢測：
再次判斷學生概念架構是否合於科學概念 (維持或成功轉移至正確概念)
學習事件_挑戰情境：
讓學生現有的概念架構，有機會擴展至其它情 境，增加概念間的連結和穩固性
兩者相合 兩者相異
階段一：『分析科學概念屬性』，針對康軒版九十三學年度下學期，自然與生活科技第六 冊第一章電學的課程內容中，若要讓學生建構完整的電學概念的情況下，學生 需擁有哪些心智架構，詳述於表3.5.1。
表 3.5.1 學習電學單元，學生所應具備的心智架構 主題一 靜電
1. 摩擦起電(微觀、過程)
2. 庫侖靜電力(物質、微觀、過程、抽象) 3. 靜電感應(微觀、過程)
4. 感應起電(微觀、過程、階層) 主題二 電壓
1. 基本電路，包括電流與電子流概念(抽象、微觀、物質、過程) 2. 電壓大小與燈泡亮度的關係(抽象)
3. 電池串並聯與電壓大小的關係(抽象、階層) 4. 燈泡串並聯與電壓大小的關係(抽象、階層) 主題三 電流
1. 電流通過導線之概念(抽象、微觀、過程) 2. 電流與電子流的區別(抽象、微觀、過程)
3. 直流電路概念(包括電池串並聯、燈泡串並聯與電流大小的關係)( 抽象、微觀、
過程、階層) 主題四 電阻
1. 電阻成因微觀概念(微觀、過程) 2. 歐姆定律(抽象、階層)
3. 燈泡串、並聯對電阻大小的影響(微觀、階層)
在此階段所分析的心智架構中，有些心智架構對學生來說是抽象的(Abstract)、微觀 (invisible or molecular)、物質(matter)、過程(process)的與階層(hierachical)，因此在教學 過程中，常因為這些心智架構所具備的特質，讓學生在學習的過程中，形成迷思概念，
進而造成概念學習上的困難，因此在階段二將會針對學生在學習此單元，可能具有的迷 思概念進行整理與分析。
階段二：『找出屬於此科學概念常見的另有概念』，根據研究者教學經驗、資深教師訪談
及國內、外文獻研究分析，找出學生學習電學容易持有的先有與迷思概念，詳 述於表3.5.2，表中若無特殊註解，表示為訪談資深教師後，所整理出學生的迷 思概念。
表3.5.2 學生學習電學所具有的迷思概念一覽表 主題一 靜電
1.電路概念無法與靜電學產生連結：例如電壓、電流無法與電荷、靜電力與電位差 等概念相連結(Steinberg, 1983；Psillos, et al., 1987)。
2.自由電子概念：認為導體內正、負電荷均可自由移動。
主題二 電壓
1.電壓是電流的結果：認為電路中有電流，才會有電壓(Cohen, et al.,1983)。
2.電壓恆等：電路上任兩點的電壓與電池提供的電壓相同(陳啟明、陳瓊森, 1993)。
3.無法處理兩個變數：學生無法了解電路上沒電流，可是卻還具備電壓的概念 (Psillos, et al., 1988)。
主題三 電流
1.單極模式：不具封閉迴路的概念，認為電路元件是一個儲電槽，因此電流從電池 一端經電線到燈泡底部即可讓燈泡發光(Osborne, 1983)。
2.電流消耗：電流在電路中，經過燈泡、電阻等元件會被部分消耗，或者是全部消 耗(Osborne, 1983)。
3.衝擊模式：電流從電池的兩端出發，流到燈泡後讓燈泡發光，此時兩端電流通過 燈泡，可能完全被消耗、部分被消耗或者是沒有消耗，然後各自回到電池(Osborne, 1983；Magusson, et al., 1997)。
4.摩擦模式：認為電流流經燈泡，因為摩擦燈泡的鎢絲而後造成燈泡發光 (Steinberg,1983)。
5.順序推理：認為電流是從電池的一端慢慢流出，然後漫流整個電路 (Shipstone, 1984；Licht, 1991)。
6.電流平均分配：電路中的電子元件會平均分配電流(Shipstone, 1984)。
7.電池提供定值電流：不論電路的電阻如何變化，電池提供的電流大小相同(Psillos, Koumaras,& Tiberchien,1988；Licht,1991)。
8.認為電流流動，就是能量的流動(Osborne, 1983)。
9.導線消耗：認為導線越長，電流會在導線上慢慢被消耗，因此導線越長，電流越 小(Licht, 1991)。
主題四 電阻
1.局部推理：電路中局部的元件發生改變(例如：燈泡的串、並聯)，學生僅能根據 局部做推理，無法考慮到電路整體所受的影響(例如：燈泡並聯，電阻變小，總 電流變大) (Shipstone, 1984)。
2.受阻模式：認為電阻會阻礙電流流動，並讓部分的電流無法通過(Shipstone, 1984)。
3.對抗模式：認為電阻越大，電流通過時需要更多的能量，因此電流會變大(Licht, 1991)。
4.無法處理兩個以上的變數：在歐姆定律的處理上，無法考量兩個或兩個以上的變 數(Liegeois & Mullet, 2002)。
階段三：『分析學生對於建構新的科學概念所缺少的心智架構』，比較科學概念屬性與學 生的另有概念，我們可以發現學生缺乏的心智架構，詳述於表3.5.3。
表 3.5.3 學生在電學概念中所缺乏的心智架構 主題一 靜電
1. 自由電子概念
2. 庫侖靜電力兩個變數的處理 3. 接地概念
主題二 電壓 1. 燈泡如何發光
2. 電池串、並聯時，電壓大小 3. 燈泡串、並聯，燈泡電壓大小 主題三 電流
1. 導線中電流的微觀概念 2. 電流與電子流的不同 3. 電流與電壓之關係
4. 單一迴路中，電流大小相同 5. 電池串、並聯對電流大小的影響 6. 燈泡串、並聯對電流大小的影響 主題四 電阻
1. 電阻成因的微觀想法。
2. 影響電阻大小因素之微觀想法。
3. 歐姆定律兩個以上變數的處理。
4. 燈泡串、並聯對電路上總電阻的影響。
階段四：設計網路化雙重情境學習事件：依據學生對於建構新的科學概念所缺少的心智 架構，研究者所設計的一連串情境主題事件依序，詳述於表3.5.4：
表 3.5.4 電學情境主題事件表 主題一 靜電
1. 介紹摩擦起電概念(1.1) 2. 影響庫侖靜電力的因素(1.2) 3. 介紹靜電感應(1.2)
4. 介紹感應起電(1.2 , 1.3) 主題二 電壓
1. 利用水位差類比電位差(2.1)
2. 抽水機造成的水位差類比電池串、並聯的電壓(電位差)(2.2) 3. 水車獲得的水位差類比燈泡串、並聯的電壓(電位差)(2.3) 主題三 電流
1. 介紹導線內電子流動的微觀概念(3.1、3.2)
2. 水位差與水車轉動速度之關係，類比電壓與電流關係連結教學(3.3) 3. 抽水機串、並聯水流速度類比電池串、並聯電流大小(3.5)
4. 水車串、並聯水流速度類比燈泡串、並聯電流大小(3.6) 主題四 電阻
1. 電阻微觀概念(4.1)
2. 影響電阻值大小之因素(4.1、4.2)
3. 利用海綿類比電阻，測量通過海綿前後水流速度，來類比通過燈泡前後電流相 同之概念(3.4)。
4. 歐姆定律的推理教學(4.3)
4. 燈泡串、並聯，電壓、電流與電阻概念總整理(4.3、4.4)
註：(1.1)表示此雙重情境事件之設計是根據學生在表 3.5.1 中主題一靜電中，第一個缺乏的心智概念。
因為學生學習電學單元所需要的心智架構具有抽象、微觀、物質、過程與階層性的 特性，本階段將根據這些特性，進行教學情境的設計，例如電子流(不可見的、微觀的) 與電流(抽象)，此時需要使用到 Flash 動畫，將微觀與抽象的概念具體化，幫助學生概 念上的學習。
在電壓與電流的學習主題當中，因為概念的抽象、微觀與過程特性，因此在此二主 題中大量使用類比推理，期望協助學生建構更完整的電學概念，如電壓大小與燈泡亮度 的關係具有抽象的特性，因此在情境的設計上，除了使用類比物flash 動畫與實際實驗 影片之外，更於影片後使用flash 動畫說明待學概念與類比物之間的連結，如圖 3.4.3，
加強學生對於此抽象概念的了解。
圖3.5.2 電池串聯與燈泡亮度類比概念連結圖
而電壓對電流大小的影響，其概念亦具有抽象、微觀與過程的概念特性，故在電流 主題的學習中，亦使用大量的類比推理，利用「水流速度」類比「電流大小」，協助學 生電流概念之學習，如電池並聯對電流大小的影響，其概念類比連結圖，如圖4.5.3 所 示。
圖3.5.3 電池並聯與電流大小類比概念連結圖
同樣的，在電阻主題中，其概念仍是具有微觀與過程的特性，因此在電阻主題的學 習上，同樣也是設計了類比推理，利用「海綿」類比「燈泡電阻」，協助學生瞭解電阻 對電流大小之影響，例如電路中有無阻礙(電阻)，對電流大小之影響，其概念類比連結 圖，如圖3.5.4 所示。
圖3.5.4 燈泡電阻與電流大小類比概念連結圖
此外若概念具有階層性，例如直流電路中電池串、並聯與電流大小的關係，需要學 生具有「電池串、並聯與電壓的關係」、「電壓與電流的關係」、以及「單一迴路上，每 一點的電流大小相等」等概念後，才能進行此概念的學習，因此屬於較高的概念階層，
此時除了類比物的flash 動畫與實驗影片外，更需循序漸進的呈現相關且階層較低的概 念，之後待階層較低的概念學習完畢，再進行此概念之學習。
階段五：『進行網路化雙重情境學習模式的教學』，研究者以問題引導、實物影像、實物 影片、模擬實驗、概念探究等活動事件交替進行，此階段的每一情境主題事件 多以問題引導（依據學生常見的迷思所設計）進行類比推理，而問題的設計根 據Lawson Classroom Test of Formal Reasoning (Lawson, 1978)的推理模式將全 部問題分類，如表3.5.5 的範例：
表3.5.5：電學單元類比推理問題設計～比例思考(proportional thinking)
2-1 左圖的電池改用兩個相同的電池串聯後，燈泡的亮暗會有什麼變化呢？（註：
一個電池電壓1.5 伏特）
你的答案是：
(A)不變 (B)變亮 (C)變暗
你的理由是：
2-2 你的理由與下列哪一個選項較接近？
(A)因為燈泡兩端只能承受 1.5V 的電位差，燈泡亮度不變。
(B)因為燈泡亮度與電池的接法無關。
(C)因為電池串聯，燈泡兩端的電位差會小於 1.5V，燈泡變暗了。
(D)因為電池串聯，燈泡兩端的電位差變為 3V，燈泡變亮了。
提出引導問題引起學生的注意，讓學生對自己的概念進行詮釋，再在經由研究者設 計的實物圖片、實驗影片、FLASH 動畫與概念探究等學習活動事件，除了引發學生認
提出引導問題引起學生的注意，讓學生對自己的概念進行詮釋，再在經由研究者設 計的實物圖片、實驗影片、FLASH 動畫與概念探究等學習活動事件，除了引發學生認