研究背景與動機

第一章 緒論

本章共分為四節，依序第一節說明研究背景與動機，第二節說明研究目的與 待答問題，第三節為名詞解釋，第四節為研究範圍與限制。

第一節 研究背景與動機

本節內容分為研究背景與研究動機，分述如下：

一、研究背景

現今科學教育強調科學素養以及科學探究的能力，教師應該讓學生從不同的 情境中進行批判性的思考，試著將自己的想法與科學社群做溝通(NRC, 1996, 2000)。Yore 與 Hand (2010)指出語言在科學的建構和溝通上扮演重要角色，學校 的科學學習傾向於強調口語和數學語言的表徵，但如能同時注意其他形式的表 徵，不同模組間更能促成有效的溝通與科學概念的建構，而學習者在投入科學學 習活動中，也將因多重表徵(multiple representations)而建構對科學豐富的理解，並 能在公開場合中參與科學、技學、社會和環境(STSE)的議題討論。因此有別於以 往只重視語文的表徵，不同形式的表徵也應該被重視，其中包括繪畫、3D 勞作 等視覺表徵。

不同的表徵使用可以增加概念理解和改善溝通，研究中指出多重表徵比單一 表徵有效果，使用不同的表徵能使困難的科學概念更容易被學生理解(Ainsworth, 2006; Ainsworth, Prain, & Tytler, 2011; Niebert, Marsch, & Treagust, 2012; Yore &

Treagust, 2006)。多重表徵的介入，使學習過程產生的想法、概念、衝突被凸顯，

教學和學習也因此有更深入的溝通與修正的機會，以建構更完整的學習架構(Yore

& Hand, 2010)。由上可知，不同形式的表徵可以讓學習者外顯其學習過程的想法 或是外顯其過程中認知的衝突，因而讓教學與學習有更深入的溝通機會，並於其 中做出調整或修正其所學習中可能存在的另有概念。

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Ainsworth 等(2011)指出以往的科學課室，學生主要以詮釋別人、教科書的視 覺表徵為主，學習者較少創造自己的視覺表徵，或在自己的視覺表徵中將自己所 理解的與他人進行溝通，但在科學教育上，視覺表徵和寫作、閱讀、對話一樣扮 演重要角色，在科學學習中繪畫形式的表徵能提升學習動機。學習者可以不受時 間地點限制，隨時隨地以繪畫進行科學學習，將眼睛所看到的，腦中所理解的想 法、概念、衝突，藉由一枝筆、一張紙就能在繪畫中做表達，並在公開場合輔助 溝通，這是以往科學課室較少重視的學習方式。

視覺表徵與語文符號在腦中是以兩種不同系統進行，學習者的學習經視覺表 徵與語文的雙碼系統間取得聯繫，其科學概念將更為穩固，也更利於日後的認知 提取(Schnotz, 2002; Tippett, 2011)。視覺表徵的角色支持科學的學習、推理和發展 科學解釋架構，也能建構和證明有關自然世界的知識；教師和學習者在科學上能 藉著口語、視覺表徵做出有證據且有意義的協商(Tytler, Haslam, Prain, & Hubber, 2009)。尤其是在相關知識較少的情形下，如年幼學生以圖像可以活化非語文系 統，產生心像，形成視覺基礎模式，進一步視覺與語文的互動，文字與圖像間轉 換，有助於知識較少的兒童建構其科學概念（Danish & Enyedy, 2007;

Samarapungavan, Mantzicopoulos, & Patrick, 2008; Yore & Hand, 2010）。由上可 知，視覺表徵可協助年幼兒童發展其科學想法，再者視覺表徵與語文的互動可以 幫助學生科學想法的建構。

二、研究動機

近幾年的研究雖然知道多重表徵的學習能增加學習者的參與和投入科學課 室中的活動與問題解決(Hubber, Tytler, & Haslam, 2010; Yore & Hand, 2010)，但在 教學現場上，2D 繪畫佐以 3D 立體勞作形式表徵，讓低年級學生將想法轉換視覺 圖像並由語文中做出科學解釋、評論對話以促進其科學學習的研究，尚有不足 (Ainsworth et al., 2011)。有越來越多的研究以視覺表徵輔助科學學習，教師如何 協助學生從視覺表徵呈現科學想法並與語文做連結，是未來研究更需關心的

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(Danish & Enyedy, 2007; Danish & Phelps, 2011; Ehrlén, 2009)。這也是形成本研究 想要以視覺表徵為主題進行探討，尤其加入 3D 勞作在學生自行發展的視覺表徵 過程中，了解學生在發展生物身體構造其想法歷程與語文間可能出現的整合情 形。

現今科學教育，強調教師應以學生熟悉的周遭生活為科學探究的起點，讓孩 子從自然的、科學的世界中，去發現與學習科學(NRC, 1996, 2000)。以建構主義 觀點來看，學生主動在生活環境中學習，建構其對環境的認識，透過實際體驗可 以增加與社會、自然的互動（王真麗，2003；教育部國教司，2008）。教育部的 課程綱要中指出低年級學生要能對動物做持續性的觀察，察覺動物吃什麼？做什 麼活動？成長時身體型態的改變？並將自己的構想動手實作出來。但在低年級生 活課本（南一出版社，2102；康軒出版社，2012；翰林出版社，2012）中，教科 書對昆蟲的學習和評量，以書面或實物照片為主，對動物的身體構造較少讓學生 自行發展圖像或立體創作的表徵學習活動去支持其學習。研究者基於多年在低年 級教學的經驗觀察到低年級孩子在動物飼養或觀察方面有很濃的興趣，但真實與 自然動物接觸的經驗有限，故擬定以動物飼養為研究主題，以觀察貼近其生活經 驗，接著考慮教室空間上，飼養動物對課室教學干擾最少情況下可能飼養的物 種，最後選擇以校園內常見卻又容易忽略的蝴蝶幼蟲為飼養觀察對象，因蝴蝶具 有完全變態的身體構造與豐富的生活史變化具有科學學習的意義。

另外，國外研究指出國小低年級學生對昆蟲身體構造的想法，一般存有「小 小的、像蟲子、有點可怕、有腳、有些有觸角、會爬、會飛、會跳、身體分兩部 位」(Shepardson, 2002, p. 638)，但昆蟲種類眾多，國內國小學生對周遭環境中熟 悉的昆蟲學習，與亞洲其他國家相比，仍略低於日本、新加坡，尤其對昆蟲的腳 與翅膀位於胸部，身體分為頭、胸、腹部等科學內容，存在著另有概念（TIMSS 國際數學與科學教育成就趨勢調查成果報告，2003，2007）。教育部（2008）在 低年級自然與生活科技領域中的九年一貫能力指標，國小低年級教材歸入生活 科，強調「觀察」、「組織」與「傳達」，低年級學生若能在真實情境中，運用五

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官去觀察蝴蝶各階段身體構造，把一系列的觀察資料，做出組織，並嘗試在同儕 的科學社群中傳達蝴蝶各階段身體特徵，以及蝴蝶生活史的變化，應能促其發展 更多科學「觀察」、「組織」與「傳達」的能力。

綜合上述，在動物飼養的真實經驗裡，需考慮飼養的空間與學習者的興趣，

昆蟲對居住在都市或是鄉下的學生而言，是最常見到的小動物，研究者選擇以蝴 蝶為例做科學觀察與發展蝴蝶各階段身體構造之表徵，具有地利之便、教學意義 與生態考量。蝴蝶幼蟲的食草、蜜源植物可來自生活周遭環境，不需要另外購買，

而羽化後的蝴蝶可以野放回歸自然，不會造成環境的負擔（許寧真，2008；

Shepardson, 1999），本研究考量到環保、生態與重視生命的教育環境，希望以觀 察生活中常見的蝴蝶為研究主題，希望透過 2D 和 3D 視覺表徵創作，探討低年 級學生在蝴蝶不同階段的身體構造之視覺表徵類型、多重表徵功能及視覺表徵與 語文間之連結、後設表徵能力等之歷程情形。