第四節 研究範圍與限制
一、本研究範圍主要針對國三的學生，因此不宜過度推論至尚未學習相關概念的學 生。
二、本研究取樣對象為桃園縣某國中三年級學生，因研究對象的取樣上具有侷限 性，故研究結果只適宜推廣至相同類型的學校，不宜做過度的推廣。
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第貳章 文獻探討
本章共分為四節。第一節為概念的形成，針對概念的定義、概念類型和概念的 形成加以闡述；第二節為概念改變的研究；第三節為迷思概念的研究，說明何謂迷 思概念及其形成原因；第四節為力與力平衡概念的相關研究，第五節為浮力概念的 相關研究。第六節為介紹教科書中浮力概念及基測的浮力試題相關分析。
第一節 概念的定義與形成
一、概念的定義
當科學教師在教授科學課程時，通常會告訴學生科學的學習不在於死背公式，
而是在於科學概念的理解。然而什麼是概念呢？相信不同領域的學者會有不同的認 知。
Pella（1966）定義概念為代表一組想法或事實的重要性之要點，是由眾多經 驗所形成抽象想法的符號，是由多於一件事物、一個現象或一種事實的經驗累積而 成，為一種概括性的結論。
Novak（1977；引自黃萬居,1993）則定義概念為物件或事件的規則性，可以利 用符號或記號來表示。
黃台珠（1984）認為概念是一種學習的基本單位，也是一種心智的活體，是經 由學習與經驗而來，且會隨著成長而不斷修正。
張春興（1998）則認為概念是對具有共同屬性事物的一種概括性認識。
因此，綜合上述學者的看法，我們可以將概念視為一種由學習或經驗所得到的 符號或記號，可用來概括表示物體和事件的共同屬性或規則性，且會經由成長而不 斷地修正。
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二、概念的類型
有關概念的類型，許多學者根據不同的觀點，而提出了不同的分類方式：
鍾聖校（1994）將概念分為兩種：第一種概念是自然概念，是在日常生活中，
為應付需要而產生的概念。第二種則是邏輯概念，是刻意創造出來，為達成特別目 的所產生的概念。
劉宏文（1996）則按照屬性將概念分為：
1.簡單概念：具有單一屬性者。
2.複雜概念：由兩個以上的屬性共同定義者。
張春興（1998）依照概念性質受否具體顯著，而將概念分為：
1.具體概念：事物的共同屬性具體而顯著者，例如：昆蟲、椅子等。
2.定義概念：不能用指認的方式來學習的抽象概念，其共同屬性無法具體顯現 者，例如：功、能、熱等。
三、概念的形成
Pella（1975）認為概念是經由分析相似與相異的刺激而形成。Gilbert、Watts
（1983）則從知識論的角度，認為一個概念的例子都具有相同性質，而這些性質必 須能定義此概念，所以提出概念的形成為一種尋求相同性質表徵的行動。因此認為 概念的形成是學習者主動建構的行為。
鄭昭明（1993）認為概念的形成與學習常涉及屬性與規則的學習。在屬性學習 方面，如果一個概念是由外界眾多的事物或屬性中，去發現其界定的屬性，則稱為 屬性的學習。若是概念的學習是在強調尋求一個屬性混合的規則，則稱為規則的學 習。
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饒見維（1994）認為概念的形成類似場的性質，其基本法則是「物以類聚」－
依共通性質而聚、依類似性質而聚、依關係而聚。依共通性質而聚的概念稱為共性 概念，事例間具有相同的屬性，所以容易下定義。若事例間無共同屬性，卻可透過 間接關係而連結，則是依類似性而聚。而透過關係而聚的事例，則有空間關係、時 間關係和人為關係等三類。
Gilbert、Osborne 和 Fensham（1982）則認為兒童在學習科學概念時，可分為 三種情況：
1. 空白的心智假設
學生在學習前不具備任何科學知識，此時教師的科學知識會影響學習者的 空白心智。
2. 教師優勢的假設
雖然學生在學習之前具有一些科學知識，但對學習不具有什麼意義，因此 容易被教師的科學知識所取代。
3. 學生優勢的假設
學生在學習之前已具有強烈的知識，以致和教師的科學知識互相影響。
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第二節 概念改變
Kuhn 在 1962 年發表了「科學革命的結構」一書，讓全世界開始引發概念改變 的關注，書中提到：「科學概念的改變過程中，新、舊概念的轉換，就如同進行革 命一般」。根據 Kuhn 的觀點，概念改變就如格式塔（Gestalt）的轉換，是在一瞬 間變化成全有或全無的過程。
雖然 Kuhn 在 60 年代及提出有關科學概念的轉換，但到了 80 年代，因另有概 念研究的興起，才有較多學者投入概念改變的研究。Hashwen（1988）發現學生在 學習過程中，容易產生另有概念，必須使用有別於傳統的講述教學法的教學策略，
才能改變學生的另有概念。然而近來的許多研究發現，許多學生在學習科學概念時 常存有迷思概念，不論是使用傳統的講述教學法或是啟發式教學，對於學生的迷思 概念改善並沒有多大的幫助，這些迷思概念對學生而言是根深蒂固且不易改變的。
（Trowbridge & Mintzes,1988）
有關概念改變的理論，一些學者提出不同的看法，以下就不同學者及其理論加 以敘述。
一、PSHG 模式
在科學教育領域最早提出概念改變的為 Posner、Strike、Hewson、Gertzo 等 人，認為概念改變有兩種面向，一種為同化，另一種則是調適。同化是指利用原有 的概念去處理新的訊息。而調適則是當現有概念不足以處理新訊息時必須調整原有 想法，即所謂的概念改變。而要發生調適，則必須滿足以下四點條件：
1. 學習者對先前知識感到不滿意。
2. 新知識對學習者是可理解的。
3. 新知識必須是合理的概念。
4. 新知識必須是豐富的概念。
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當學習情境符合上述四個條件，透過調適的方式使原有概念重組而達到概念改 變。
Posner 和 Strike 在 1985 年修正原有的 PSHG 模式，提出概念生態的觀點，將 影響概念改變的因素擴大成七大範疇：（1）異例現象；（2）類比與象徵；（3）範例 與影像；（4）後來經驗；（5）認識論的立場；（6）形而上的信念；（7）其他知識來 源；以豐富原有模式的解釋範圍。
此外，Posner 和 Strike 在 1992 年體認到原有理論過於強調理性及線性，忽略 了其他面向的考量，所以另外加入了情意與社會面向，即概念生態包括科學概念與 迷思概念，是以動態方式不斷交互作用而發展。
二、Chi 的本體論觀點
Chi（1992）和 Chi,Slotta & deLeew（1994）從本體論的角度分析概念結構，
將實體分為三種類別：
1. 物質（matter）：含有特定屬性的東西。
2. 過程（process）：事件發生具有序列性與因果關係或僅是機率問題。
3. 心智狀態（mental state）：情意部份。
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圖 2-2-1 概念本質的本體樹（Chi,Slotta & deLeew,1994,引自邱美虹,2000）
在這三種類別中，每一類皆有其特殊的屬性且彼此獨立，並分別有次類別，如 自然種類、人造物質、步驟、事件、條件為主的交互作用、情緒的、意圖的等等。
所謂的概念改變，是指當知識內容的本體屬性，不同於我們原先的認知結構時，則 概念會由由原先的類別，重新轉換到另一種類別。
因此，由 Chi 的本體樹架構，可將概念改變分為兩類：
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1.本體類別內的概念改變：
是指概念改變發生在同一本體樹內，是概念在本體樹內的上下位置遷移，並未 跨越到不同的本體樹，可視為信念的修正。這類型的概念改變，通常發生在缺乏 知識或練習。學習者只需以增加、刪除、普遍化和區分屬性的方式來改變概念結 構，而不需產生重大的認知結構改變。
2.跨越本體類別的概念改變
當科學概念由一個本體樹，遷徙至另一棵本體樹時，這類型的概念改變被稱為 跨越本體類別的概念改變。由於這樣的改變相當困難，所以這類型的轉移又稱為 根本的（radical）概念改變。原則上，物質、過程和心智狀態，其本體屬性是 獨立的，所以三者間的轉移為根本的概念改變。
而在根本的概念改變過程，Chi（1992）認為有三項必須經歷的步驟：
1.經由獲得的過程，學習新的本體分類方式。
2.經由獲得的過程，學習到個別概念的意義。
3.重新連結概念到新的分類方式，有三種方式：
a.主動放棄原來對某一概念的定義，並以新的定義取代之。
b.使新、舊概念並存，而新、舊概念的出現視情境而定。
c.透過教學等方式，強化新的意義而放棄舊有觀念。
因此，本體論可歸納出兩個要點（邱美虹,2000；引自蔡春來,2002）
1.本體類別內的概念改變與本體類別間的概念改變是完全不同的。本體類別內的概 念改變是不適用於本體類別間的概念改變，而且不能將本體類別間的概念改變看 成是一種完全改變，較適當的說法是根本的概念改變是新概念的獲得與發展，而 原本的概念可能仍保留著原封不動。
2.科學概念並非都是不易改變的。若概念改變只是牽涉類別內的轉變，則是容易的 且較常發生，例如原子的結構。但概念改變如果牽涉到類別間的轉換，則是較少 且不易發生的，例如化學平衡。而在科學領域中的學習常常需要跨越本體類別的
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概念改變，這正是學習困難的原因。及原有知識與待學習的新知識具有共同的屬 性，概念改變是容易的。反之若彼此缺乏共享的屬性，則概念改變是困難的。
三、Vosniadou 的架構理論
Vosniadou（1994）認為：概念改變要先有大的架構，然後在逐步增加新的知 識去充填細部的概念。他將孩童所具有的「架構理論」稱為素樸架構，源自於孩童 從日常生活中的經驗，構成了某些功能性本體論和知識論的預設。預設中的細部概 念則源自「特定理論」，事由一組有相互關係的命題或描述物件的屬性和行為的信 念所構成；心智模式則是一種特殊的心智表徵。以「架構理論」解決問題情境時會
Vosniadou（1994）認為：概念改變要先有大的架構，然後在逐步增加新的知 識去充填細部的概念。他將孩童所具有的「架構理論」稱為素樸架構，源自於孩童 從日常生活中的經驗，構成了某些功能性本體論和知識論的預設。預設中的細部概 念則源自「特定理論」，事由一組有相互關係的命題或描述物件的屬性和行為的信 念所構成；心智模式則是一種特殊的心智表徵。以「架構理論」解決問題情境時會