基於學生不是空著腦袋進入教室，會將生活經驗中所形成的觀念帶入到學 校，並對課堂上呈現的現象、概念、規則有所解釋。因此，一些以建構主義觀的 人們就建議要重視一些研究活動，以幫助學習者有更好的概念學習環境。其中包 括：開發新的內容結構避免困難或降低困難、開發新（建構主義）的教學策略、
開發新的教與學媒體（如電腦模擬等）、開發後設認知策略和給老師傳授建構主 義的觀點等(Duit, 1991)。然而從概念的學習研究和教學的改善方案研究中，我們 也發現：「相隔一二十年前、後不同的學習者，在相同的概念上仍呈現出同樣的 錯誤概念類型」，例如，比例概念(林福來, 民 76; 馬秀蘭, 民 92; 魏金財, 民 76)、
對稱概念(左台益, 民 93; 陳天宏, 民 92; 魏金財, 民 79a, 80)。這反映出傳統課 堂的學習環境和後來改進的教學方案，對協助學習者的認知發展和改善支持學習 者的概念學習是有限的。此也顯示大量豐碩的研究成果，若不能轉化成有效的教 學設計，創設出有利的學習環境，其對學習者的學習而言仍是助益甚微的。
又一般課程大都以主題設計之方式偏重低層次的認知，而教學又過度簡化使 概念學習的結果無法遷移至複雜的真實情境中。凡此影響課堂學習活動和教學方 案中有關概念學習所欠缺的一些要素，是否可透過資訊科技與多媒體技術的發展 所帶來的一些機會和可能，創設出更多的學習機會和更有效的學習環境，以支持 學習者的概念形成和概念理解。其中是否能輔助傳統課堂學習環境的不足；或獨 自形成網路學習環境中的一套學習課程(course)；抑或課堂和網路交互支持共構 成新的學習課程，使得學習者在概念上的學習更為有效？而有效的學習環境可根 據哪些認知學習理論為基礎，以哪些設計觀點來建立其系統？又這種環境需具備 怎樣的功能，以何種類型的鷹架(scaffolding)才能提供適切的輔助和支持效果？
這些輔助工具和支持鷹架需架構在怎樣的學習活動中，學習者才能達到最佳的學 習效果？而個別概念和其概念架構的認知支持學習環境如何開發？此乃為本研 究所欲探討的問題，也是本研究探討的目的所在。基於此，本研究的目的如下：
1. 探討概念學習認知支持環境的設計方法和發展架構；
2. 探討概念學習環境中的認知支持類型和鷹架功能；
3. 發展概念學習認知支持環境的學習模式；
4. 設計概念學習的認知支持情境和認知支持工具；
5. 實作開發出對稱概念學習環境中的各種認知支持工具和鷹架。
1.3 研究理念與架構
有效的概念學習需要有效的學習環境來支持，而學習環境的設計是否切合學 習者的概念學習需要，又端賴於一套整體的計畫和構思。上述討論了有關概念學 習的問題與重要性，學習環境設計需要一致性的統合觀點，以及認知工具和認知 鷹架的多種功能，這都是整體構思時的重要內涵和項目。然而，這其中若能再考 慮到網路學習和課堂學習兩種形式的結合，則這套整體構思將更為完備。依此，
本研究提出了「概念學習的認知支持環境設計理念」，其關係和整體架構如圖1 所示。「概念學習的認知支持環境」是以三個支柱來建立認知支持環境平台，再 透過這個平台來進行概念形成、概念達成和概念遷移，進而達成有效的概念學習。
圖1 概念學習認知支持環境的理念架構體系
圖1 所顯示的概念學習環境設計整體結構系統中，第一個支柱是以知識和學 習者中心的「整合性」觀點，此觀點旨在綜觀周延，能兼顧到學習者擁有知識的 良好結構性和學習者自主學習與建構的機會，並避免偏執一種觀點所產生的疏 漏。第二個支柱是網路和課堂學習的「共構性」觀點，意在兼顧到兩種學習形式 或環境中的特有功能互享其優點並互補其缺點，以避免不必要的功能替代性而發 生效能的遞降現象。第三個支柱是認知工具和鷹架的「輻輳性」觀點，則是藉由 各種工具的輻輳效應交織生成加乘放大的效果，並避免工具形式大於支持功能而 產生假性的支撐。以此設計觀點所設計的學習環境，是希望藉由支持環境的給養 (affordance)，將概念學習所需的概念、知識、技能、情境，和探索工具、認知工 具安置於一種可動手做、有迴饋和可理解的學習狀態，使得學習者可以浸潤
(orchestrated)其中，並在放鬆的警覺(relaxed alertness)下，進行積極加工(active processing)而達到有效的學習(Caine & Caine, 1990, 1994)。
概念學習的認知支持環境設計理念轉化成設計與發展的參考架構時（如圖 2），是以「核心概念」的理解學習為中心，基於學習理論的觀點，安排在覺察、
發現、建構和應用的學習環(learning cycle)中，並在這學習環中配合概念內涵和 內容，提供適當的認知工具形成鷹架支持。而設計過程則是一種診斷模式，從分 析學習者概念學習的問題、診斷出認知之所困、尋求可用的資源、改進或創設開 發新資源，並依此設計出各種支持工具，而後重新檢討學習目標、重新組構學習 內涵、重新安排學習活動或流程，最後再經教學設計整合成概念學習課程。在實 施上，則是考慮課堂和網路學習環境兩種形式的個別性和共構性，而認知支持工 具則輻輳交織於這兩種學習環境中，形成不同功能性的支持。
圖2 概念學習認知支持環境設計與發展的研究架構
1.4 論文內容和組織
基於前述研究問題、研究目的、研究理念和架構，本研究的內容共分六章、
二十四節、十四小節。從概念學習的重要性，探討概念的定義、概念學習的理論、
概念學習的課程和教學模式和概念學習的問題。基於概念學習的問題，從而探討 概念學習的環境設計問題，以及根據認知學習理論和建構主義的觀點，探討認知 支持環境中的情境布置與支持鷹架功能的設計架構。而後從上述的探討中，建立 概念學習認知支持環境設計的方法和架構。且依據上述理念、方法和架構以對稱
概念為例，實作設計出認知支持環境的工具和鷹架類型，並說明每個認知支持情 境的設計觀點、設計的認知支持工具、鷹架功能及做案例的介紹，同時提出課程 與教學實施的模式。最後做出討論和建議。
在組織結構上：第一章緒論，包含：研究動機和背景、研究問題與目的、研 究理念和架構及論文內容與組織等四節。第二章文獻探討，包含：概念想法基模 和架構的區別、概念學習的過程和理論派別、概念學習的教學和課程設計及概念 學習和概念建構的認知支持類型等四節。第三章認知支持學習環境的設計理論基 礎，包含：基於腦的學習理論、記憶和編碼的表徵理論、學習生成理論、認知靈 活性理論及貫一設計的理論等五節。第四章概念學習認知支持環境設計的方法和 架構，包含：整體貫一設計的觀點和方法及設計過程和步驟等二節，其中第二節 又分：整體課程的結構和項目分析、核心概念的內涵和結構分析、概念學習環與 學習活動設計、認知支持工具和鷹架的設計等四小節。第五章個案設計和實作：
以對稱概念為例，包含：對稱概念的相關內涵和架構、對稱概念的學習問題分析、
對稱概念的學習診斷和解決策略、對稱概念的認知支持情境設計、對稱概念的認 知支持設計與理論關聯及對稱概念的課程和教學實施等六節。第六章討論與結 論，包含：討論、結論及未來發展等三節（如圖 3）。最後為參考文獻。
圖3 論文內容和組織
第二章 文獻探討
概念是我們人類藉以思考的工具，它可以將生活、經驗及學習上所接觸的 人、事、物加以分辨和歸類，以使人類在處理事物上時更加迅速且確實。人們利 用符號、概念進行思維，因此，形成概念和使用概念也就成為人的一個重要特點，
若沒有形成概念和使用概念的能力，那麼智力就會停滯不展。而就認知發展而 言，在個體的成長的過程中，個體會依據他們原先所持有的信念，找出這些概念 的相關性與階層性，將它們予以組織，並形成一個複雜的概念架構。就學習而言，
當個體在做現象觀察、解釋時，他們就會利用已具有的概念架構來解釋各種現 象，同時在新概念不斷的加入下，使這個架構更為完備。當某個概念與愈來愈多 的概念形成聯結時，這就會形成一個有意義的命題，於是概念便開始在意義中成 長。當成份概念獲得意義時，命題亦獲得意義。
概念和認知有著密切的關係，皮亞傑即提到：人們通過框架(frame)或概念架 構(framework)以幫助自己瞭解世界(Piaget,1954)。儘管每個人的建構的架構不盡 相同，但我們可以向學習者提供一些基本結構來幫助他們形成自己的架構。Taba (1962)也提出：在概念形成的過程中，當自己的現有概念與新的經歷發生相互作 用時，人們會重新組合現有的概念。Schunk(2000)認為大量的學習都涉及概念，
而Novak(1979)也認為概念主宰了我們對世界上所有事務的看法及對其意義的解 釋，它幾乎可說是學校教育內涵的全部。Bransford 等人(1999)在新的學習概念中 所提出的關鍵結論中也指出：「如果學習者具備概念性知識，他們就更容易進行 獨立性的學習。又從對兒童在概念形成和概念發展的研究也顯示，概念性知識對 學習者在問題的心理表徵方面也有其作用，如問題間的異同、對問題整體結構的
而Novak(1979)也認為概念主宰了我們對世界上所有事務的看法及對其意義的解 釋，它幾乎可說是學校教育內涵的全部。Bransford 等人(1999)在新的學習概念中 所提出的關鍵結論中也指出：「如果學習者具備概念性知識，他們就更容易進行 獨立性的學習。又從對兒童在概念形成和概念發展的研究也顯示，概念性知識對 學習者在問題的心理表徵方面也有其作用，如問題間的異同、對問題整體結構的