第壹章 緒論
一個研究的形成需要經過許多的思考和行動，在此過程中有許多階段與科學 研究的方法可以互相呼應，包括觀察、提出問題、參考文獻資料、提出假說、設 計實驗、分析實驗數據和討論及結論。在本章研究者將透過四個部份初步介紹研 究如何形成以及其概略的樣貌，這四個部份分別為：研究背景與動機，說明研究 者觀察到目前科學教育中有哪些待解決的問題，這一些問題形成的背景和研究者 進行研究的動機為何；研究目的與問題，說明在前一節的背景和動機下，研究者 有哪些想要探討的主題和想要解決的困難，並根據這些目的提出哪一些待回答的 問題；名詞釋義，在這一節會說明一些術語在本研究中的操作型定義；研究範圍 與限制，說明在本研究中所得到的研究結果在解釋和推論時其適用的範圍和限 制。
第一節 研究背景與動機
生命科學在描述生物個體時，從五個層次探討其組成層次，由小到大分別是 細胞、組織、器官、器官系統和個體。在 Chi 的研究中依照血流路徑和心臟組成，
將學生對血液循環系統的認知分成無循環模式、潮流模式、單循環模式、單循環 與肺模式、雙循環-1 模式和雙循環-2 模式(Chi, de Leeuw, Chiu, & LaVancher, 1994)。因此研究者提出幾個疑問：學生對於不同的器官系統是否皆能形成一個 心智模式？學生在前述的五個層次裡，是否皆抱持數個心智模式？是否能將學生 同一組成層次的數個心智模式視為組成成份，進而形成另一個層次的心智模式，
如心臟、血管和血液的心智模式結合成血液循環系統的心智模式(Chi et al., 1994)？
在生命科學中探討人體恆定性的觀念時，我們必頇結合相關的器官系統的功能以 說明恆定性維持的機制。那麼學生對於人體恆定性的心智模式是否能將相關的器
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官系統的心智模式結合呢？
當研究者根據上述的思考開始設計研究時，發現若要針對整個人體恆定性探 討心智模式時，將使整個研究過於龐大。人體恆定性在國中生物被分成四部份介 紹，分別是體溫恆定性、氣體恆定性、血糖恆定性和體液恆定性(林英智，2009；
郭重吉，2009；陳世煌，2009)。研究者檢視過國中生物課程中四種恆定性的概 念及概念之間的關係後，發現人體體溫恆定機制涉及許多的生理構造，包括血液 環系統、外分泌腺(汗腺)、消化系統、肌肉組織和神經系統，如圖 1-1-1。人體體 溫恆定機制還包括許多微觀的層面，例如在粒線體中進行的呼吸作用、汗水的蒸 發等。因此研究主題聚將探討國中學生對於人體體溫恆定性持有哪些心智模式類 型，以及其心智模式的組成內容。
圖 1-1-1 人體體溫恆定機制相關生理結構
然而人體體溫恆定性是否為一個值得研究的主題呢？一些研究分析人體體 溫恆定性概念後，從概念的特性和本體類別說明人體體溫恆定性不易學習。人體 體溫恆定性屬於整合性的概念，不但在維持機制中涵蓋許多器官系統，更包括現 象和微觀兩個層次，不但複雜且不易學習。如果學生對於各個器官系統抱持許多 另有概念時，學習恆定性時是否會產生更多的另有概念—即與科學概念不同的概
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念？換句話說，學生於各個器官系統的學習程度，是否與相關恆定性的學習程度 成正相關？研究者認為答案是肯定的。許多研究也認為學生必頇對相關的人體器 官系統有較完整的瞭解後，對於體溫恆定性才能有整體性的理解(Chang, 2007;
Westbrook & Marek, 1992; Simpson & Marek, 1988; 林陳涌和徐毓慧，2002)。
Chi(2008)認為我們可以依照科學概念的本體屬性，將它們分類到實體本體、過 程本體和心智狀態三個類別底下，這三個類別即 Chi 所指稱的本體樹。當學生持 有的概念本體屬性與科學概念本體屬性分到不同本體類別時，不但學生無法理解 科學概念，而且持有的概念很難轉變。因為概念分別屬於不同本體類別時，因為 具有不同的本體屬性而無法溝通協調，即概念具有不可共量性 。Barak 和 Gorodetsky(1999)認為解釋人體體溫恆定性概念時，必頇知道透過許多相關生理 結構的協調合作，在不同的環境變化下調節體溫以維持恆定性的過程，因此屬於 過程本體的概念。他們的研究結果指出學生常常誤以物質屬性概念解釋體溫調節 過程，例如他們覺得動物是透過身上的毛皮或脂肪來維持體溫。黃佳杏(2007)認 為體溫恆定性概念不但是過程本體概念，更具有突現的屬性：抽象的、動態的、
持續的、整體的和具回饋性的。但是七年級學生無法理解體溫恆定性中突現本體 的概念屬性，導致學生學習體溫恆定性概念產生困難。
因此本研究藉由二階層診斷問卷和半結構式訪談，瞭解七年級學生學習人體 體溫恆定性的情況，以及他們持有的概念。接著依照他們連結人體體溫恆定性概 念的交互關係，根據其階層性和系統性分析他們人體體溫恆定性心智模式的類型。
並在問卷和訪談中，設計不同情境的問題，探討問題情境是否影響學生作答。
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