第貳章 第貳章
第貳章 文獻探討 文獻探討 文獻探討 文獻探討
本章說明本研究的理論基礎和理念，共分成四節，第一節說明概念改變；第 二節敘述表徵及多重表徵；第三節說明電化學的相關研究；第四節文獻在本研究 的貢獻。
第一節 第一節 第一節
第一節 概念改變 概念改變 概念改變 概念改變
研究指出，應用有效的教學策略及適當的教學內容可避免迷思概念的產生，
更可使迷思概念轉變為正確的科學概念，在科學教育中，較為大家所熟知的是 Posner，Strike，Hewson&Gertzog(1982，引自邱美虹，2000)所提出的概念改變模 式（conceptual change model，CCM），這種概念改變模式是根據 Kuhn（1962）
和 Lakatos（1970）認識論的論證所發展出來的。Posner 等人所提出概念改變必 須具備下列四個條件，包括
1.學習者對必須對現有概念感到不滿意（dissatisfaction），
學習者只有在對於目前的概念，無法解決當前所面對到的問題，因而覺得不 滿足，也唯有如此，才會有動力想要對概念進行改變。
2.新的概念必須是可以理解的（intelligible），
學習者接受到新的概念時，能理解新的概念帶給他什麼幫助，若能夠為他所 瞭解，便能分析以前概念的不同，進行概念改變。
3.新的概念必須是合理的（plausible），
新的概念也必須要與其他的概念一樣要有解決問題的方法，它的內涵必須是 合乎道理的，例如化學反應，如果與現在的實際狀況不一致，或是產生矛盾 的情形，就無法令人接受。
4.新的概念必須是豐富的（fruitful）。
新的概念不但要俱備解決問題的合理步驟，亦可幫助學習者日後的思考。它 給予學生不僅只有單純的概念，而是創造出探索其他領域的能力。
變。
4.擱置此資料：學生有注意到此資料，但打算「晚點兒」再來解釋它。原有 理論雖不變但學生會考慮到「將來有一天」此理論或許可以解釋新概念了。
5.重新詮釋此資料：學生以原有理論的方式去重新詮釋此資料，雖可接受此 資料的存在，但原有理論不變。
6.外圍理論改變（Peripheral theory change）：以 Lakatos 的理論為基礎，一個 理論由硬核命題（Hard core proposition）與保護帶命題（Protective belt proposition）組成，硬核為理論的中心，保護帶則在外圍。學生在這層次的反 應為「稍微」改變原有理論的保護帶（外圍）理論以解釋新概念資料的出現。
7.理論改變（Theory change）：這是最劇烈的改變，此新概念讓學生不得不放 棄原有理論，也就是改變其硬核理論而轉換成一個全新的理論。
Hewson & Hewson(1992）以「概念生態（conceptual ecology）」與「概念地 位（concept status）」的方式來解釋概念改變的模型。Hewson et al.指出一個概念 俱備有的可理解性、合理性與豐富性這三個條件，其交集程度就是「概念地位
（concept status）」，當概念符合越多條件，交集越多時，概念地位就會越高。概 念會如何改變則取決於新舊概念之間的交集，新概念若符合容易理解的、合理 的、豐富的，便能夠和既有的概念結合，這稱之為概念獲取（conceptual capture）。 假如新概念對於學生是可理解的，但卻與既有的概念產生競爭時，學生會認為新 概念不合理，因為相互競爭的概念無法合理地同時存在，新概念會受到舊概念所 阻礙，此時便產生概念地位的改變，當學生認為新概念的合理性優於舊概念時，
新的概念的地位升高，舊概念的地位便會下降時，面對間題，以新概念作為處理 的依據，這樣新概念取代舊概念的方式，他稱之為概念取代（conceptual
exchange）。
Vosniadou 和 Brewer（1992）提出了綜合性模式（synthetic models）的觀點，
孩童已日常生活的經驗建構出初始的心智模式（initial models）後，為了與學習 的新知取得平衡而主動形成綜合性模式，據此想法，概念改變便是一種漸進的演 變趨勢，由最初的初始的心智模式，經過綜合性模式再轉變為正確的科學模式 (scientific models)的經歷過程，概念改變的形式主要有兩種，一為概念的豐富化 (enrichment)－將新概念加入現有的理論架構中，另一種則為概念的修正(revision)
－在新資訊與現有的理念或預設想法不同時產生。
Vosniadou 和 Brewer（1992）提出了架構理論(framework theory)與特殊理論
斷的被驗證，故架構理論不易被修正；相對的，特殊理論較架構理論容易修正的
Thagard(1992，引自邱美虹, 1999, 2000)認為，概念組織是由種類(kind)與階 層(hierarchy)而形成，如果包含一個概念系統或規則，被另一個新的組織系統所
做類別階層性或部分階層性根本的改變，一般是很罕見的。
Thagard 認為大部分的科學革命（如托勒密的地心說到哥白尼的日心說）
屬於分枝跳躍，僅是改變概念類別的歸屬問題，而非樹的轉變。
第 第
第 第二 二 二 二節 節 節 節 表徵與多重表徵 表徵與多重表徵 表徵與多重表徵 表徵與多重表徵
一、表徵的理論基礎
表徵的發展較早是以布魯納（Bruner）的認知表徵理論為基礎，之後Paivio
（1971，1986，1991）將人類的表徵系統分為文字與非文字兩種，並根據這兩種 表徵系統發展出雙元編碼論（dual coding theory），此理論的表徵系統分類方式 與本研究較為相關，分別就認知表徵理論與雙元編碼論整理說明如下。
（一）認知表徵理論
認知心理學的先驅之一布魯納（Bruner）認為人類對其環境周遭的事物，經 由知覺而將外在物體或事件轉換為內在心理事件的過程，稱為認知表徵
（cognitive representation），或稱為知識表徵（representation of knowledge）。意 指人類經由認知表徵的過程，獲得知識。布魯納將認知表徵的發展，分為以下三 個階段（張春興，1997）
1.動作表徵（enactive representation）
人類在三歲以前，需要靠動作來認識這個世界，以及獲得知識，也就是需要 靠動作才學得到。
2.形象表徵（iconic representation）
此時期的學習者可藉由留在記憶中的心像（mental image）、照片圖形，即可 獲得知識。
3.符號表徵（symbolic representation）
指運用符號、語言文字為依據的求知方式。認知發展到此階段，學習者已能 用邏輯思維的方式去推理解釋周遭的事物，並發現原則，從而解決問題。
布魯納是依認知表徵的發展來區分，但是也強調：即使同年齡在知識經驗 上，尤其是求知方式上，彼此間也具有很大的個別差異，因此，教師的最重要任 務是，配合學生身心發展，教學生如何思維，如何從求知活動中發現原則，從而 整理統合，組織成屬於自己的知識經驗。
（二）雙元編碼論
Paivio（1971，1986，1991，引自陳盈吉，2003）提出雙重編碼模式（Dual coding model），認為人對於外在訊息的處理可以分為兩大表徵系統，一為專門負責處 理語言表徵系統（verbal representation system），另一則為專門處理非語言表徵
廣義的表徵包括文字、圖形、聲音、曲線圖、空間資訊、數學公式、動畫、
影片等，可以用來表達一個實體或抽象的意義（Ainsworth，1999），根據以上 的理論而表徵的類型大致上可以分類為：語言與非語言，再加上電腦科技所呈現 的表徵包含動態與靜態，與包含空間維度的2D與3D，可用圖2-2-1來表示（陳盈 吉，2003）（圖形引自陳盈吉，2003）
圖 2-2- 1 表徵類型的分類 二、多重表徵
在對同一件事物的描述上，可以使用不同的表徵方式予以表達。例如：對於 水的描述可以使用下列不同的表徵方式，如圖 2-2-2。
文字表徵 符號表徵 圖像表徵 水是由二個氫原子與 Ｈ２Ｏ
一個氧原子所形成的
種功能的特色與內容。
1.多重表徵的互補角色功能
多重表徵的互補角色可以分為兩大部分加以探討，分別為互補過程
（complementary process）與互補資訊（complementary information）。首先，互 補過程指的是個人處理資訊的多樣性能力，對於不同表徵具有不同的處理能力與 處理過程。例如描述DNA 分子為雙股螺旋形狀，可以使用文字來描述雙股螺旋 的形狀，也可以使用圖像來呈現立體構造，當這些不同的表徵呈現給學習者時，
學習者會有不同處理表徵的過程， 符合Paivio（1971，1986，1991）所提出的雙 重編碼論，人類對於資訊的處理可以分為”語言表徵處理”與”非語言表徵處 理”，所以這裡強調的互補過程，是指對資訊處理能力的互補，因為對於不同資 訊的處理過程是不相同的。除此之外，每個人處理資訊的過程也有所差異，因為 每個人的認知風格與資訊處理偏好皆不相同，所以使用多重表徵可以使得學習者 不受限於單一表徵的優點與缺點限制，而發揮不同資訊處理能力的使用。接著，
互補資訊指的是不同的資訊表徵有其獨特的資訊承載能力，可以呈現某些特定的 知識表徵。如果學習的表徵資訊太過於複雜使得學習者無法一下子瞭解複雜表徵 之間的關係，可以允許將這個單一複雜的表徵拆解成為許多較為簡單的多重表 徵，讓簡單的多重表徵發揮彼此互補資訊的功能，便於學習者的資訊處理與學習。
2.多重表徵的限制詮釋
「杯子放在書本的旁邊」，在以上這段話的描述中，你知道杯子到底在書本 的何處呢？上、下、左、右都有可能，所以對這一段以”文字表徵”為主的描述，
研究者們可以得到很多空間推論的可能，但無從得知杯子確切的位置。如果在此 段文字描述的旁邊擺上相關圖片，那研究者們則可以很快知道杯子與書本的相對 位置，而減少空間推論所產生的誤差。在以上的例子中，圖像表徵可以限制文字 表徵的推論，轉化到學習情境上，多重表徵可以限制解釋，趨向於某些內容的學 習與瞭解。亦如同電化學中電腦動畫的設計，以文字的描述要說明微觀的現象，
對學習者多少有些困難，若是以分解的細部流程，輔以動態的圖像，使學習者能 真實學到欲傳達的概念。
3.多重表徵促進建構深層理解
多重表徵可以促進知識的抽象化、延伸化與多重表徵關係之間的連結。在學 習知識之後，往往就是學習表徵之間的轉化，當學習者融貫多重表徵中的訊息 時，則可產生更深層的瞭解，例如：更為抽象的概念、延伸性的瞭解等。而這樣 的理解是單一表徵所無法達到的。
因此，若能善用多重表徵，可以使抽象化的概念具體化，加強概念之間的連