近年來，許多學者以認知觀點，從不同概念內容及特定概念著 手研究，探討學生對自然現象的解釋和科學概念的理解情形，如國 外學者 Klein(1982)對地球與地心引力的研究；Maloney(1984)對力學 的研究；Hewson(1986)對密度的研究。而國內學者黃寶鈿、李武勳(民 89)發表多元化評量在理化教學上的應用─以氣體壓力概念為例；黃 寶鈿、黃瑞仁(民 90)發表從化學反應的現象探討國中學生對粒子的相 關概念；黃寶鈿、邱上峰(民 90)發表學生的空氣粒子錯誤概念初步探 討，以上皆是運用概念圖的理念於化學之教學設計。除此之外，也 有不少研究是根據學習的機制加以設計，以瞭解概念構圖的教學成 效。研究者將其統整如下：
壹、概念構圖實驗教學成效
一、「合作學習概念構圖策略」與「個別學習概念構圖策略」
陳嘉成(民 87)在「合作學習式概念構圖在國小自然科教學之成效 研究」中，指出：個別學習概念構圖，讓學生對概念間的關係進行 聯結，監控學習歷程與發現知識結構之矛盾，減輕認知負載；至於，
合作學習概念構圖，除上述優點之外，另有發展人際關係之功能。
在記憶保留指標方面，「不退反進」的成果，意味其潛在學習效果 與有意義學習的發生。
二、「前置組織因子教學策略」和「整合概念教學策略」
李秀娟(民 86)在「不同教學策略對國中生學習生物的影響」研究 結果中，提及「前置組織因子教學策略」和「整合概念教學策略」
兩組學生的學習成就沒有差異；但在概念圖的呈現部份，前者於概 念數、連接詞、階層關係和分支等項目略優於後者，在命題和橫向
連結項目則略低於後者。以概念圖的結構而言，前者傾向記憶給予 之概念圖結構，後者則呈現較大的差異。
三、「經驗建構概念構圖策略」與「統計建構概念構圖策略」
近來，亦有研究者將概念構圖策略分為：「經驗建構概念構圖 策略」與「統計建構概念構圖策略」兩種，在江淑卿(民 86)「知識結 構的重要特性之分析暨促進知識結構教學策略之實驗研究」中即有 詳細說明，分述如下：
(一)經驗建構概念構圖策略
概念圖者以其經驗、知識基礎，主觀地建構階層式概念圖，
其鏈結有命名。本策略常見者有：圖解組織體系統、TCU 系統及 Novak 系統。以下，即就此三個系統作介紹 (江淑卿，民 86)：
1.圖解組織體系統
圖解組織體(graphic organizer)主要為伊利諾大學閱讀研究 中心所發展。此系統以基模理論為依據，假設圖解組織體是基 模，可以幫助閱讀者接觸和整合先前知識，有利其掌握概念的 組織。由於圖解組織體的組織型態，是以基模型式和視覺圖表，
呈現概念間的結構和關係，可依據不同文章結構(如描述、列舉、
比較、因果、問題解決能力等)，教導個人使用一種或多種文章 結構的組織體，其訓練方式可謂系統化和多樣化，大多用在社 會科學和語文方面的研究。
2.TCU(Types Commonly Used)系統
TCU 系統概念構圖主要是學者 Dansereau 與德州克利斯汀 大學的同事及學生，所共同發展出來的策略。此系統過去經常 採 用 網 路 (networking) 一 詞 ， 現 在 則 多 用 語 意 構 圖 (sematic mapping)、知識構圖(knowledge mapping)或概念構圖等名詞。
TCU 系統概念構圖主要以網路模式為理論基礎，重視概念構圖 的鍊結、空間型式、規模特性、教學方式等方面的研究，並運 用多重關係的語意構圖，以具有命名、箭頭的鍊結和節點，呈 二 向度圖解 ，適用於 自然 科學， 強調命題之間的附屬關係 (subordination)。
3.Novak 系統
由 Novak 和同事所共同發展的概念構圖系統，稱為 Novak 系統。此系統以基模理論和 Ausubel 理論為基礎，大多運用在自 然科學領域，並發展出測量學習能力的評分系統，其概念構圖 的型式和 TCU 系統類似，但是有兩點不同：
(1)Novak 系統基本上強調由上而下的概念關係，因此很少用 箭頭式鍊結表示關係，此鍊結僅用在表次下屬概念對上序 概念的關係。
(2)Novak 系 統 以 具 有 命 名 的 鍊 結 ， 表 示 概 念 間 的 特 質 (idiosyncratic)，但其鍊結較無系統(Novak & Gavin, 1984)。
茲將不同系統概念構圖教學策略，整理比較如下表 2-5-1 所 示：
表 2-5-1 不同系統概念構圖教學策略之比較
系統別 說明
圖解組織體系統
以圖解組織體為基模，結合視覺圖表，呈現概 念間的結構和關係，依據不同文章結構(如描 述、列舉、比較、因果、問題解決能力等)，教 導學生使用一種或多種文章。大多用在社會科 學、語文科。
TCU 系統
運用多重關係的語意構圖，以具有命名、箭頭 的鍊結和節點，呈二向度圖解，強調命名間的 附屬關係。大多用在自然科學。
Novak 系統
強調由上而下的概念關係，因此很少用箭頭式 鍊結表示關係。卻以有命名的鍊結，表示概念 間的特質，但卻失之散漫。大多用在自然科學。
(二)統計建構概念構圖策略
構圖者以統計、量尺化的資料為依據，客觀地建構網狀式概 念圖，大致以網狀的圖解呈現，鍊結沒有命名，以鍊結長度表示 概念的關係，亦被稱為「徑路搜尋」。
貳、「機械製圖與實習課程」概念構圖教學策略之確立 參考上述諸多研究，本研究架構之確立：
一、概念圖之結構－採 TCU 系統模式
概念圖呈現方式不一，或呈網狀，或為樹枝狀。其中，TCU 系 統的基本理念，以節點代表命題或概念，並以鍊結呈現命名間的關 係；以及 TCU 系統模式，主張以鍊結的命名代表其中的關係(圖 2-5-1)，並以階層式圖解呈現概念間的關係(圖 2-5-2)，符合本教學實 驗之考量，敘述如下：
圖 2-5-1 TCU 系統的鍊結型態(引自：McCagg & Dansereau, 1991)
圖 2-5-2 TCU 系統的概念圖(引自：McCagg & Dansereau, 1991)
(一)學生初次接觸概念圖，可能不熟悉圖意，故在概念圖中，應提
receive 一條河
此外，概念構圖具有空間與語文表徵，在訊息處理歷程之理解、
編碼/貯存、提取/運用三個階段，具有下列的功能(表 2-5-2)：
表 2-5-2 概念構圖理解模式兩個系統互動的功能
階段 功能
理解 空間系統可以提供正確的後設知識，引導語文系統(如 問題、重要判斷和時間分配)。
編碼/貯存 空間系統可以提供持續的心像表徵，文章基礎表徵透過 精緻化，進入狀態模式。
提取/運用 空間系統能保留位置訊息，提供快速接觸不同部分的知 識領域。空間與語文互動，可增加訊息提取的可能性。
(引自：Lambiotte et al., 1989)
二、選用「閱讀概念圖」教學策略
促進知識結構改變的教學策略，其主要目的在透過知識結構的 建構、重組和改變，以提昇學習表現。根據表徵理論所發展的教學 策略相當多，其中以「概念構圖」策略最受學者青睞。一般而言，
應用概念圖於教學中有兩種方式：一為「閱讀概念圖策略」，指教師 用已繪製好的概念圖進行教學，學生透過閱讀概念圖，獲得概念鷹 架(concepts scaffold)，有助於同化概念；另一為「繪製概念圖」，是 教師教導學生繪製概念圖，學生透過構圖過程，獲得空間的隱喻 (spatial metaphor)，有助於引導出重要的概念(Jonassen et al., 1993)。
若將兩者比較：前者，著重於教學生閱讀概念圖的結果，主要是用 來說明該單元的概念結構；後者，著重於教學生繪製概念圖的過程，
目的是讓學生自己發現該單元的意義。
研究者在進行本實驗之前，參考許多文獻，發現：許多學者主
張概念構圖教學，係先教導學生繪製概念圖，讓其能夠從概念與概 念中尋找關係，進而加以組織成網狀結構，屬由下而上(bottom－up) 的學習。亦即令學生扮演主動建構的角色，透過個人內化的心理運 作(獲得、貯存、提取、運用知識)，連結個人既有的經驗與新知識，
使之成為有意義的學習(Jonassen et al., 1993)。不過，由於繪製過程 複雜，對於低學習能力的學生，繪製概念圖必須耗費許多時間；加 上學生可能加入無關主題的概念，造成個人認知上的過度負荷，故 而影響學習成果(McCagg & Dansereau, 1991)。因此，亦有學者主張 採閱讀概念圖之策略。所謂「閱讀概念圖」，是教師將事先完成的單 元概念圖呈現於學生面前，訓練學生閱讀圖解，屬由上而下(top－
down)的學習。不過，閱讀概念圖策略教學，雖然可以提供學生明確 的專家結構，卻有許多學生將學習的焦點放在單獨的節點(概念)上，
忽略了鍊結(有效命題)意義；此外，教師不易從閱讀概念圖中，清楚 學生知識結構的建構過程(McCagg & Dansereau, 1991)。儘管如此，
對概念間層級關係清楚的學習而言，提供學生專家概念圖，不失為 一有效的教學策略。在江淑卿及郭生玉(民 86)的研究中，接受「閱 讀概念圖策略」的高、中、低能力三組國一學生，在知識結構專家 化及理解能力上，都不比接受「繪製概念圖策略」的同學差。
所以，本研究以閱讀概念圖為實驗組之教學策略，期望透過概 念圖的功能提高學生學習成效：
(一)提供鷹架
1.閱讀概念圖在概念引導探究學習系統中，運用引導機制來指引 學生探究學習的程序與方向，以幫助學生完成探索、歸納、組 織知識的歷程。
2.在自然科學的學習歷程中，科學概念與科學程序技能兩者乃交
互影響，相輔相成(Novak & Gowin, 1984)。因此，閱讀概念圖 一方面可以建構新的概念，一方面練習基本的程序技能，並培 養學生自我主動學習的能力與態度。
3.有實證研究發現：在問題探索的過程中，教師若能提供適當的 引導來幫助學生進行推論，以促進學生深入的思考，則可有效 提昇其學習的成效(Coleman, 1998)。
(二)後設認知功能
「整合概念教學策略」是教師在單元授課結束時，以概念圖 作為整合學習概念的工具。這樣的策略應用有：摘要、自由回憶、
整理大意、問題回答、圖解策略等(陳順和等，民 89)。更具體地 說，「整合概念教學策略」可以提供後設認知的功能。後設認知又 稱為「策略性知識」(strategic knowledge)(Mayer, 1987)。後設認知 是個人在從事認知活動時，對自我認知的過程與內容的覺 察 (awareness)，並進一步對自己認知活動歷程的監控與調整 (Flavell,
整理大意、問題回答、圖解策略等(陳順和等，民 89)。更具體地 說，「整合概念教學策略」可以提供後設認知的功能。後設認知又 稱為「策略性知識」(strategic knowledge)(Mayer, 1987)。後設認知 是個人在從事認知活動時，對自我認知的過程與內容的覺 察 (awareness)，並進一步對自己認知活動歷程的監控與調整 (Flavell,