第一章 緒論
第一節 研究背景與動機
第一章 緒論
第一節 研究背景與動機
「教育」隨著時代的推進不停的在改革，因應社會的進步、科技的創新與順 應國際趨勢的變化，除了教育制度不斷改善外，教育設備也漸漸提升，這些努力 的最終目標，無非是希望能提升孩子們的學習品質與效率。面對不斷輩出的莘莘 學子，許多教師紛紛投入教學策略的改革與創新，「翻轉教學」即是一個最好的 例子。
「翻轉教學」旨在讓學生成為學習的主體，強調老師與學生之間角色與溝通 的改變，讓學生真正地從學習的本身得到成長。事實上，翻轉教學並不是新的教 學策略，而是起源於 1990 年，哈佛大學物理學教授 Eric Mazur 發現學生會考試 卻不會活用知識，因而對此提出同儕教學（Peer Instruction），要求學生課前 須預習以及自學，並且透過網路提出自學時遇到的問題，因此，課堂時間不再花 時間講授，而是讓學生透過小組討論問題、合作學習。2000 年，Lage 等人明確 地提出了反轉教室(Inverted Classroom)的創新教學模式，也是讓學生在課前依 照自己的學習步調學習指定的內容，其方式包含課本文本，或是線上簡報、錄音 檔等，而課堂中便是將重點放在學生的討論與實作上，此研究顯示這樣的教學模 式對學生而言確實提升了學習動機。而 2004 年，擁有麻省理工電機碩士與哈佛 大學 MBA 學位的薩爾曼･可汗（Salman Khan），為了給遠在紐奧良的表妹學習數 學，便錄製教學影片放上 YouTube 供表妹學習，沒想到不只獲得表妹的讚賞，還 在網路上廣泛受到歡迎，且收到許多回應表示這個影片對許多學習者有很大的幫 助，對此， Khan 便於 2006 年創立了一所非營利的教育機構：可汗學院(Khan Academy)－提供更多免費且各式各樣領域課程的教學影片，為翻轉教是奠定了科 技應用的基礎。但「翻轉教室 (Flipped Classroom)」的名詞真正出現是在 2007
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年，由美國科羅拉多州洛磯山林地公園高中的 Jon Bergmann 與 Aaron Sams 兩位 化學老師所提出，他們為了解決學生缺課的問題，開始錄製上課時的剪報與講述 內容上傳至網路，讓學生可以自行學習，當發現學習成效不錯後，他們漸漸改變 教學模式，開始讓所有學生進行自學，在課堂上由原本匆促的講課轉變成由老師 帶領學生進行小組討論、實驗、問題解決以及個別協助來提供學生所需的資源與 引導。這樣開創性的教學方式，隨著可汗學院的創辦人薩爾曼･可汗大力推動下，
「翻轉教學」的概念在美國的教育中迅速茁壯，並且愈來愈多人關注到此議題。
翻轉教學簡單來說：就是教師先將即將教授的內容錄製成影片放上網路，讓 學生課前先行依照自己的學習步調觀看學習，到了課堂上，用已吸收的知識與同 學、老師進行討論，在問答間讓所要教授的觀念更清晰明確，以達成學習的目的。
在台灣也有許多老師參考翻轉教學的模式，發展類似的教學法，如台北市中山女 高的國文老師張輝誠－提出學思達教學法，強調教師應注重學生「自學、思考、
表達」的能力，並讓教室成為學生思考、討論的殿堂。學思達教學法中兩大核心 概念，一為讓學生成為學習主角，二則是想辦法不斷誘發和維持住學生的好奇心 和思考，其完整的教學流程為：學生自學－思考問題－組內討論－上台表達－老 師補充，透過課堂上閱讀老師製作「以問題為核心」的講義進行自學，再讓學生 分組討論並上台發言，透過小組之間「既合作又競爭」的學習模式，將講臺還給 學生，老師則是在台下協助整個課堂的進行。
傳統教學的環境下，多數學生僅接受教師單向傳授的知識，缺乏雙向互動的 機會（Ewing，2011），而翻轉教學與學思達教學法等這類創新的教學模式相較於 傳統教學，最大不同就是改變了學生的角色及課堂時間的學習模式，讓教師與學 生及同儕彼此間的互動增加、教師也比較能顧及學生的個別差異、發展高階的知 識應用、培養學生主動探究精神，及團隊合作能力(Bergmann & Sams, 2012a;
McDonald & Smith, 2013)。隨著「翻轉教學」的興起，學者們紛紛投入相關的 研究，且多數研究結果指出翻轉教學較傳統教學能有效提升學生的學習成效與學
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習態度(Enfield, 2013; Fulton, 2012; Westermann, 2014; 王嘉慶, 2015; 紀 佩妘, 2014)，因此，「翻轉教學」逐漸成為現今的學習趨勢。
翻轉教學建立了一個架構，讓學生可以獲得適性且個人化的教育(Bergmann
& Sams, 2012a)。而翻轉的架構大致分為「學生課前自學」、「課中教師協助小組 討論」及「課後評量及作業」等部分。因翻轉教學強調讓學生成為學習的主角，
並在課堂中真正擁有學習自主權，因此，「自學」便是翻轉教學的關鍵之一，可 以說是牽動著整個翻轉教學的進行，包含課堂中的討論及課後的學習成效等。
如何訓練學生自學，選用什麼樣的自學教材顯然是件重要的事。「翻轉教學」
中，為了讓學生能在課前先完成預習，教師會提供課本、傳統型講義或簡報 (PowerPoint, PPT)等教材讓學生觀看、學習(Bergmann & Sams, 2012a)。搭上 線上 e 化教學的盛行，網路平台的發展，如：可汗學院、均一教育平台等，提供 學生線上教學影片自學，每則影片僅 10-15 分鐘，且為了避免教學者的臉部表情 干擾學習者學習，影片內容只有聲音、靜態圖片和電子黑板講述。事實上，任何 形式、任何呈現方法的教材均可成為學生自學的工具，但教師還須因應不同的單 元特性來選擇。
在地球科學的範疇中，常常包含抽象且大空間及時間尺度的概念(蔡義本 &
陳斐卿, 1999)，因為缺乏適當的教學工具而無法有效的學習相關概念。如九年 一貫國中階段自然與生活科技的課綱中－聖嬰現象的單元，因其受時間、空間關 係及海氣作用影響，概念抽象且涵蓋尺度規模較大，不利於觀測或製作模型。並 且，由於聖嬰現象的概念牽涉到大氣、海面及海底的交互作用，為了理解地球系 統及海氣循環等概念，學習時須建立立體的空間架構以了解整個動態過程，因此 學生對空間概念的感知能力便與學習有密切關係，這時，自學的教材該如何呈現 儼然成為教學上須致力研究的目標。
在進行地球科學教學時，教師很難完全進行實驗室內的教學，而是必須以周
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遭生活實例為教材，甚至必須走出戶外作實地考察(張俊彥 & 董家莒, 2000)；
另外，也有學者提出使用模型教學的可行性(邱美虹 & 陳英嫻, 1995)，然而，
實地觀察或是模型的使用，仍會受到時間和空間上的限制。近年來，愈來愈多能 夠輔助學生理解會隨著時間與空間尺度改變之抽象概念或複雜過程的多媒體動 畫應用於教育上(Ploetzner & Lowe, 2012)，並且隨著資訊科技日新月異，「多 媒體」的教材不僅常用來輔助呈現一些抽象、大尺度或微小尺度的單元，還可以 改善紙本教材閱讀上較單調乏味，並藉由醒目的效果達到持續吸引學習者興趣及 注意力(Burger, 1993)，並改善學習者的學習成效(Kalyuga, Chandler, &
Sweller, 1999; Mayer, 2002)。回顧過去相關的研究，許多研究者認為「多媒 體」輔助教學在釐清課程中的抽象概念，以及增進學生的學習動機，是相當有效 果的。因此，研究者認為利用多媒體教材來輔助教學恰巧很適合應用於聖嬰現象 的單元教學。
多媒體的呈現方式上，Mayer（2002）認為多種媒體的呈現（如文字加圖片）
的學習效果比單一媒體的呈現（如純文字）的學習效果好，因為當文字和圖片一 起呈現時，學生有機會去建構語言和圖形的心智模型及整合語言和圖形之間的關 聯。此外，多媒體也有靜態（如圖片）與動態（如動畫）的差異，有學者指出：
動畫因為較具吸引力、及較易描述動態的過程，因此，在描述流程、程序上，動 畫有較好的學習效果(陳彙芳 & 范懿文, 2000)，也有學者認為：靜態圖片造成 學習者較低的認知負荷，因此帶來較好的學習成效(Tversky, Morrison, &
Betrancourt, 2002)，另也有人提出：動、靜態的多媒體呈現方式在學習成效上 是沒有差異的 (曾冠雲, 2012)。
文獻回顧的結果發現：「動畫」或「靜態圖片」何者能帶來較好的學習成效 目前仍無定論。因為在討論多媒體教材的學習成效時，除了比較動畫及靜態圖片 的學習環境，還要注意其他因子可能會影響的因子，如「教材本身的設計編排」
或是「學生的個別差異」等。
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過去對於動畫及靜態圖片的研究結果不一致，可能是受到「多媒體教材的設 計」的影響。回顧過去的相關研究發現，許多相關研究中的工具是直接使用現成 的多媒體教材，並未提及其設計的依據（使用的教材可能未遵循多媒體設計原則）， 然而，多媒體的圖片、文字、動畫或旁白等，不同的組合方式或是不同的位置呈 現，都可能會影響到多媒體的學習成效。因此，為了客觀的比較動畫及靜態圖片，
本研究設計教材時盡量遵循 Mayer 提出多媒體設計原則（包含多媒體原則、空間 相近原則、時間相近原則、連貫原則、個別差異原則、分割原則及標記原則）。 另外，「學生的個別差異」也可能影響多媒體學習，如本研究選用－聖嬰現 象的單元，學習者「空間能力」的差異有可能成為潛在的影響因子，也確實有研 究指出：在透過動畫或圖片學習特定單元的知識時，空間能力有很重要的影響 (Hays, 1996; Large, Beheshti, Breuleux, & Renaud, 1996; Yang, Andre, Greenbowe, & Tibell, 2003)。但是，對於空間能力不同的學習者在利用多媒體 學習時，相應的效果為何，尚未有一致的答案，有學者認為動畫多媒體能帶來補 償效應(Hays, 1996; Mayer, 2002)；亦有學者認為是增強效應(Mayer & Sims, 1994)。
由於「聖嬰現象」的單元抽象且不易學習，因此，本研究分別利用「動畫」
由於「聖嬰現象」的單元抽象且不易學習，因此，本研究分別利用「動畫」