依據本研究的研究目的，研究者將於實際高中地理課堂中實施翻轉教學課程，
並在翻轉教學課程結束後進行高層次認知能力測驗，以檢驗翻轉教學的實施是否 有助於高中生地理科高層次認知能力的發展。以此研究結果建立一個有效教學的 策略，供未來地理科教師在課程設計時借鑑參考。
因此本研究在進行課堂教學與測驗之前，需先探討翻轉教學的課程設計，以 及高層次認知能力的測驗設計。透過文獻探討，首先定義翻轉教學的核心概念，
以及翻轉教學的實施流程，設計出符合翻轉教學模式的高中地理課程。接著，參 照 2001 年「修訂版 Bloom 教育目標分類法」，定義高層次認知能力，以設計出 符合「修訂版 Bloom 教育目標分類法」高層次認知能力的課程教學目標及測驗目 標。
壹、 翻轉教學
一、 翻轉教學的定義與起源 (一)翻轉教學的核心概念
翻轉教學的核心價值，在於改變傳統以教師為中心的教學情況，將學習 主導權回歸到學生手中。亦即改變教師的角色，從知識的給予者，轉為學生 探究知識的引導者。引領學生對知識產生學習動機與興趣，讓學生「想探究」
也「願意學」，進而產生有效的學習（宋育賢、林顯明，2014）。
在翻轉教學中，此種將學習的主動權回歸於學生的概念，主要奠基於 1967 年 J. P. Piaget 及 1978 年 L. S. Vygotsky 「 以 學 生 為 中 心 學 習 」
（student-centered learning）的認知理論（郭靜姿、何榮桂，2014）。
為達成「以學生為中心」的理念，教師在課程當中須採取引導式的教學，
設計出能夠讓學生參與的小組討論教學活動。如此的課程設計勢必會比傳統 講述法教學占用更多課堂時間，在整體教學內容不變的情況下，以學生為中 心的教學方式，將面臨教學進度上的壓力。因此，在設計翻轉教學的課程時，
有兩個核心的問題是必須被審慎思考的，一是「教師要如何將教室中與學生 面對面教學的時間最有效化？」，二是「學生在學習歷程中的哪一個階段最需 要教師面對面的指導？」（Sams & Bergmann, 2013）。
為達到課堂時間利用的最有效化，教師在設計翻轉教學課程時，須先了 解學生在學習歷程中的哪一階段最需要教師面對面的指導。因此，在設計翻 轉教學課程時，將依據 2001 年「修訂版 Bloom 教學目標分類法」擬定教學 目標。並將教學目標依認知歷程的高低，由低到高分為記憶、了解、應用、
分析、評鑑、創造六項。其中記憶與了解兩項，屬於低層次認知能力，而應 用、分析、評鑑、創造屬於高層次認知能力（Hamdan, McKnight, Mcknight &
Arfstrom，2013；Sams & Bergmann，2013；葉連祺、林淑萍，2003）。以認知 能力層次的高低，做為判斷學生在學習歷程中，是否需要教師面對面協助的 依據，進而訂定出最能有效利用實體課堂時間的課程設計。
一般來說，在講述法為主的傳統教學情境裡，以「教師講解、學生吸收」
為常態，教師在課堂中能達成的教學目標多半是記憶與了解等低層次的認知 能力。如果教師想要訓練到學生應用、分析等較高層次的認知能力，在課堂 中就需加入學生活動、試題演練或是簡易的師生問答互動，但相對要付出較 多的課堂時間，在進度壓力之下教師能施作的次數並不多。至於評鑑與創造 等最高層次的認知歷程，則往往受限於講述教學法先天特性上的限制以及時 間進度的壓力而無法在課堂中進行。
然而，學生課後在寫作業或考試時，往往都會應用到高層次的認知能力。
此時，由於沒有教師在旁指導，學生高層次認知能力的發展常依循個體先天 能力的差異而不同。先天能力較好的學生，在沒有教師引導的情況下高層次 認知能力也能有較佳的發展，因此在作業與考試成績上亦有教好的表現；反 之，先天能力較差的學生，寫作業與考試時因為沒有教師或同儕在旁進行引 導，其高層次能力的發展依然沒有先天能力較強的學生來的好，課業表現亦 較差。
為改善上述情況，翻轉教學的設計將高層次認知能力的教學目標移至實 體課堂中進行，透過以學生為中心的教學模式，引導每一位學生發展高層次 認知能力。至於低層次認知能力的教學目標則透過線上教學影片的方式讓學 生於家中獨自完成，在進入實體課堂之前就已經達成低層次認知能力的教學 目標。因此，翻轉教學的課程設計，主要分為兩大項目：其一，以低層次認 知能力為教學目標的線上課程；其二，以高層次認知能力為教學目標的實體 教室課程。簡言之，透過數位線上教學媒體的使用，將實體教室內教師與學 生面對面教學的時間做最有效的利用（劉怡甫，2013）。
由於線上教學影片的使用，在翻轉教學當中佔了很重要的部分，因此，
大部分人會將線上教學（Online Learning）、遠距教學（Distance Learning）或 是混和教學（Blended-Learning）等運用線上媒體的教學方法與翻轉教學混 淆。
線上教學與遠距教學都止於使用電子設備學習，僅以線上課程的方式進 行教學，並沒有面對面的實體課程。雖然線上教學也有使用線上評量的程式，
讓教學者得知學生的學習是否達到預期的教學目標。但是，此類評量往往僅 止於低層次認知能力問題的回答，並沒有教師面對面輔助學生進行高層次認 知能力的發展。
另外，混和教學與翻轉教學同樣具備線上課程與實體課程，使翻轉教學 被視為只是混和教學的一種變形。但事實並不然，混和教學的實體課程與傳 統教學一樣，是進行講述法，教師為中心的教學方式。與翻轉教學的核心概 念以學生為中心的教學方式不同，更沒有與翻轉教學一般，強調高層次認知 能力的培養（Hamdan et al., 2013）。
因此，翻轉教學與其他使用數位線上設備教學的方式，最大的不同點，
就在於翻轉教學在實體課程的教學，是以學生為中心的教學模式，以及強調 學生高層次認知能力的培養。
(二)翻轉教學的起源
在翻轉教學此一名詞確立以前，在課堂教學中早已出現類似翻轉教學模 式的案例。為了讓學生更有效率的學習，在課堂中發展學生高層次認知能力，
教師要求學生進行課前預習，並在課堂進行中常使用詰問法（Socratic method），
使學生在課堂中透過思考，習得概念知識，而非只是單向接受，教師講述的 知識（黃政傑，2014）。
另外，如以科技運用翻轉教學來看，1977 年 Gibbons、Kincheloe 與 Down 在 Science 期刊發表了〈Tutored Videotape Instruction: A New Use of Electronics Media in Education〉一文，此文章即在介紹當時如何使用電子器材錄製教學 影片供學生學習。
1997 年，哈佛大學物理學教授 Eric Mazur 認為傳統講述型的課程，課堂 時間都被教師單向式的講述所佔用，忽略了學生內化知識的過程，也無法即 時得知學生理解的程度，因此提出同儕教學法（Peer Instruction）。學生必須 課前預習，並透過網路提出預習時所遇到的問題。課堂上教師不再站在講臺 上講課，而是解決學生預習時所提出的問題，以及引導學生討論，進行探究 活動。Mazur 教授的教學與翻轉教學十分接近，同樣是以學生為中心的教學 方式，並且在課堂中進行高層次認知能力的培養，只是當時 Mazur 教授並未 正式提出翻轉教學一詞（劉怡甫，2013）。
時至 2000 年，Lega、Platt 及 Treglia 在《The Journal of Economic Education》
一書中發表了兩篇文章，分別是〈The Internet and the Inverted Classroom〉以 及〈Inverting the Classroom: A Gateway to Creating an Inclusive Learning Environment〉。在第一篇文章中，介紹作者們建立的微觀經濟學教學網站，
並說明學生可以利用網站資源進行課外學習，如此在課堂期間就可以進行更 多的師生互動。第二篇文章則是介紹作者們所發明的反轉教學法（Inverted Classroom），在經濟學概論這堂課中的實際操作情形。並說明反轉教學的核 心概念、施作方式、教師與學生的反應以及與傳統教學法進行比較。此外，
在 Cedarville University 任教的 Baker 亦於 2000 年在佛羅里達州召開的第十一 屆大學教學國際會議中發表了〈The "Classroom Flip": Using Web Course Management Tools to Become the Guide by the Side〉一文，文中提及學生應在 進入實體課堂前閱讀教學網頁上的資料，而課堂進行中，教師則成為學生學 習歷程中的引導者，在課堂結束後學生運用教學網頁彼此討論問題以及繳交 作業。在以上文章中可以看見關於翻轉教學（Inverted Classroom 或 Classroom flip）的概念已經有了明顯的輪廓，各學者對於翻轉教學的討論，也都已經將 翻轉教學當作一個獨立的概念進行探討（黃政傑，2014）。
翻轉教學（Flipped Learning）正式成為確立的教學模式是在 2007 年，由 美國科羅拉多州林地公園高中（Woodland Park High School）的兩位化學老師 Jonathan Bergmann 和 Aaron Sams 所設計的。起初錄製線上教學影片的目的，
只是為了讓因運動賽事而公假缺課的學生進行補課，使之跟上教學進度，並 精熟課程。在累積大量的線上教學影片之後，Bergmann 和 Sams 開始將教學 影片應用至一般課程之中，並使用布魯姆的教學目標分類以及精熟學習的概 念，設計線上課程與實體課程的教學目標。線上課程主要達成布魯姆認知領 域教學目標中的低層次認知能力教學目標，而高層次認知能力教學目標則透 過「以學生為中心」的實體課堂教學達成。Bergmann 和 Sams 兩位老師所設 計的翻轉教學模式，在全美各地受到廣大迴響，因此在 2012 年與 Pearson Education 以及 George Manson University 合作，建立以教育為目的的非營利組 織 Flipped Learning Network，持續推廣翻轉教學（Hamdan et al., 2013）。
在臺灣，隨著 Cosera、Udacity、edX 與 Khan Academic 等大規模線上開發
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