概念改變之教學策略

對於概念改變之教學策略，Hewson（1982）等人建議之策略有四方面：

（一）整合（Integration）：整合學生的先前概念及舊概念。

（二）區別（Differentiation）：利用教學策略區分學生的先前概念與新概念。

（三）交換（Exchange）：製造認知衝突，使學生用新概念與舊概念做替換。

（四）概念橋（Conceptual bridge）：教師幫助學生將抽象觀念與實際經驗連結，

使新概念合理。

上述四種教學策略中，製造認知衝突是科學教學中常用的方法之一。根據 Posner et al.（1982）提出，學生遇到新概念與原存概念相衝突，即產生異例時，

將會產生下列可能的情況：

一、異例無法使原概念產生不滿意：

（一）拒絕：排斥新的概念。

（二）忽視：對新概念視若無睹，意味著使之與原概念發生衝突，仍未對其提 出解釋。

（三）隔離：將新概念與原概念做區分，以避免其對原概念產生衝突。

（四）同化：嘗試將新概念納入原架構中。

二、異例使原概念產生不滿意

（一）了解：了解新概念與原概念間的差異。

（二）調和的需要：學生相信將新概念與原概念調和的必要。

（三）減少不一致：學生認為新概念與其所擁有之信念是不一致的。

（四）同化不成功：學生嘗試將新的概念與原概念同化，但不成功。

概念改變教學除了要滿足Posner et al.（1982）所提出的概念改變的四個條件 外，學生的學習經驗也會影響學習效果。以下本節就學習經驗、閱讀策略以及POE 教學策略作整理介紹。

壹、Dale之學習經驗塔（The Cone of Experience）理論：

美國學者Dale於1954 年提出學習經驗塔（見圖2-3-1），將學生學習經驗依 性質分成「直接經驗」、「間接經驗」以及「替代經驗」三個層次（引自楊榮祥，

1979）。只要是學生親身參與的教學活動，都是屬於「直接經驗」，包括了有目的 的直接經驗、設計經驗以及演劇經驗。在此階層中，強調學生自身經驗、感受及 參與學習的重要性，教師的地位是「輔導者」，而不是「講師」，學生是活動的主 角，也可以說是「以學生為中心」的教學活動。第二層次為「間接經驗」，包括 了示範、參觀與展覽三類，這三類為學生運用全部或部份的感官從事學習活動，

如野外教學或博物館的展示教學等。「間接經驗」比「直接經驗」來得抽象，學 生所學習的對象可能是立體的實物，但都不是由學生親手操作來學習的。間接經 驗和直接經驗的教學活動兩者主要的不同點就在於學生是否親身參與，例如同樣 的測量水流流速活動，學生親自測量和只有老師示範如何測量就是不同的階層，

前者屬於有目的直接經驗，後者則歸類為間接經驗中的「示範」，而兩者的學習 感受及效果亦不相同。經驗塔最頂層的部分，屬於「替代經驗」，包括了電視電 影、錄音廣播與靜畫、視覺符號以及語文符號，這個階層最為抽象，且學生也只 能使用一種或兩種的感官學習。

圖2-3-1Dale之學習經驗塔（引自楊榮祥，1979）

Dale認為，學生運用感官親自參與直接體驗的學習活動，不僅會有很高的學 習動機和興趣，且可由親身經驗中自行發現知識，建構正確觀念，進而以其所得 的學習經驗為基礎，繼續發展新的學習。因此，教學的方式，應儘量往經驗塔的 最底層出發與開展，越低越好，讓學生由直接經驗來學習（引自徐鉅昌，民76）。

POE教學策略，除能讓學生達到自身的概念衝突，符合Posner et al.（1982）所提 出學生必須對於現存的概念是感到不滿意（Dissatisfaction）之外，POE透過學生 實際參與活動的實作觀察，更屬於Dale學習經驗塔之「直接經驗」。另一方面，

雖然「替代經驗」較「直接經驗」抽象，但教材設計只要能符合Posner et al.（1982）

所提出的概念改變的四個條件，仍不可忽視其效果。研究者在考量目前國內中學

教育環境，因為升學主義興盛，並非所有實驗皆能由學生親自操作，因此設計「閱 讀」教材之「替代經驗」，作為本研究教學策略之一。

貳、POE之教學策略（Prediction-Observation-Explanation）

「預測－觀察－解釋」是POE（Prediction-Observation-Explanation）的基本 程序，首先設計某一情境，先讓學生進行預測（Prediction）將會有何結果或現象 發生，再讓學生寫下自己的預測以及理由之後，之後讓學生實際操作、觀察

（Observation）有何現象發生？待觀察之後寫下觀察結果，如果與自己的預測不 一樣，請學生說明（Explanation）原因或理由。此歷程具有認知衝突（Cognitive conflict）的特色，即情境是以學生的迷思概念為基礎，設計發生的現象與學生的 預測不一樣，進而探索學生如何解釋自己的觀點與現象之間的差異。

White & Gunstone（1992）指出POE策略的主要步驟有三：

一、預測（Prediction）：學生運用其原有的知識去預測一個事件的結果，其預 測必須要有其支持的理由，才能提出。

二、觀察（Observation）：在事件完成之後，學生去描述這事件的真正結果。

三、解釋（Explanation）：學生要去解釋他的預測和真實結果之間的矛盾，通 常他們會遇到困難，教學者要鼓勵學生去考慮所有的可能因素；此時的鼓 勵是重要的，因為學生在這個步驟中，會展現出他們對於事件的理解。

White & Gunstone（1992）舉出數個在力學概念、熱學概念以及Piaget的體積 保留概念，都屬於POE型式的研究工具，能夠有效而深入探索學生的迷思概念。

例如Liew & Treagust（1998）綜合採用POE、個別晤談以及班級討論，以診斷11 年級學生包括水的膨脹、鹽的溶解度以及燈泡的功率與電阻等概念，該研究顯示

POE除了能有效掌握學生的概念理解，也適合做為教學活動之設計。除了診斷學 生的迷思概念，POE也是設計概念改變教學策略時，相當值得參考的設計。另外，

Searle & Gunstone（1990）在為期十二週的教學研究，探討以POE為教學策略對 於學生在力學的概念改變，研究結果顯示雖然要達成長期性（Long-lasting）的概 念改變是困難的，不過POE的教學策略達成了某些成效。

李家銘（2001）探討6位國三學生，在POE教學活動中的電學概念發展情形，

由研究結果發現學生經過POE教學後，在十二個認知概念和七個技能概念中，有 明顯的進步。Fekete & Walker (1997)運用POE策略於熱力學的教學活動，發現學 生除了在評量成績上的提升之外，在學習動機、活動參與度、學習自主性等方面 都有提高的現象。Fekete & Walker也主張，學生認為POE策略活動讓他們感受到 這是一個有趣的、令人興奮的、令人滿足的、富有挑戰性的、有收穫並且會引發 思考的活動。張宗義（2003）以POE為教學模式，探究國小四年級學生水溶液概 念改變的情況，發現POE對於水溶液概念學習有明顯助益，尤其對於低成就學生 而言，他們在接受POE教學後，最容易產生概念完全改變類型，顯示迷思概念越 多，經過POE教學概念衝突的情形越明顯，改變原有的迷思概念越容易；而相對 於中、高成就學生而言，經過POE教學後最易產生概念增加性的改變類型，顯示 中、高成就學生最能進行概念的再建構，而達到有意義的學習。

邱彥文（2000）從國中浮力活動的課室觀察資料、學習感受問卷與晤談資料 中發現，學生對於教師所進行POE教學的反應，多傾向正向的回應，並且提出POE 教學活動能夠提昇學生學習興趣、幫助課業的學習、思考與解決問題能力、在生 活上增加知識的應用，此外還包括了解不同想法、增進人際關係與溝通以及動手 操作，獲得真實的體驗等面向的增強效果。

蔣盈姿（2004）以POE策略及晤談方式，探究國小六年級、國中二年級、高 中一年級三個年齡層之學生，對於物質之可燃性的另有概念及相關的影響因素，

發現學生對物質可燃性的概念呈現多樣化、不一致及經驗導向等特徵，多數學生 可透過POE活動，調整對於物質可燃性概念之判斷，學生會試圖解釋其原因。陳 志偉（2004）指出在POE策略下，學生在過程技能、科學本質、科學態度、思考 智能、科學應用與合作學習等方面，都有良好的學習成效。蔡明儒（2004）研究 國小學生光學概念改變，研究結果發現學生概念改變途徑，主要是以概念衝突為 主，當學生對於「日常生活中的經驗或現象」無法解釋之際，便會產生困惑與矛 盾，為了減少本身認知的衝突，因此產生概念改變的動機，進而促進了概念改變。

黃朝琴（2003）更指出POE策略，除了可獲得兒童預測的先前想法外，更可進一 步了解兒童在實作後概念改變的結果，學生在POE活動中，需要去結合學生對自 己先前概念的理解，並利用已有的先前想法，進行科學活動的探究，透過驗證的 方式來查核自己的想法，並在科學的探究活動中，瞭解科學知識是需要經過考驗 的。在教學工作使用POE策略，可以引出學生的先前概念，透過實作活動，促進 學生對科學概念的理解，並且培養學生能設計科學活動，來驗證自己的想法。

吳穎沺和蔡今中（2005）探討以建構主義式的科學學習活動，對國小高年級 學生認知結構之影響，指出POE策略是兼採「激進建構主義」與「社會建構主義」

兩者所主張的教學策略，學生經過POE策略的科學學習活動後，不論是在認知結 構中的概念數量或是認知結構的統整性，都能獲得較佳的科學學習成果，且更能 有效學習單元中主要的科學概念。在瞭解學生對於自然現象所自我建構的概念之 後，教師的工作就是要幫助學生修正他們的先前概念，朝向科學界更能夠接納的 觀點。POE策略正符合這些趨勢，因為這種教學策略不但基於建構論的觀點，而

且確認孩童科學上之迷思概念的重要性，在POE的每個階段，設計上都需要考量

且確認孩童科學上之迷思概念的重要性，在POE的每個階段，設計上都需要考量