近年來，建模學習(model-based learning)或建模教學(modeling teaching)受到 科學教育界的重視(Hogan & Thomas, 2001; Penner, 2000; Stratford, Krajcik, &
Soloway, 1998; Zhang, 2003)，本研究以(Hsu, Lin, Ke, Wu, & Hwang, 2007)所辨識 之專家生手建模技能的差異作為課程的學習目標，以情境學習理論為基礎，再綜
合鷹架與建模學習之相關研究，來發展鷹架式建模課程。透過設計研究法 (design-based research) (Collective, 2003)之「設計-實施-評估-再設計」的反覆過程，
回溯課程的演進歷程，並探討分散式鷹架如何影響學生建模過程，再據以修正與 提出鷹架式建模課程的設計特徵。
本研究目的是發展與評估複雜系統「空氣品質」之鷹架式建模課程，並以設 計研究法檢視學習環境的分散式鷹架，對學生建模技能與概念理解的影響。本章 就研究背景、研究動機、研究重要性、研究目的與問題分項闡述，再針對研究有 關的專有名詞加以定義與解釋。最後界定本研究的範圍與限制。
第一節研究背景與目的
模式是將自然系統或現象以組成物件、變因、變因關係等來呈現的簡化表徵 (Ingham & Gilbert, 1991)，模式可傳遞資訊、意義化資料、呈現變因及變因間的 關係，進而作為溝通彼此對自然現象理解的媒介。學生於學習過程使用模式不只 有助於他們具體化知識和聚焦現象背後的意義以促進理解，更能透過模式建構與 應用的過程—建模(modeling)還提供學生參與真實情境中科學家科學實務機會 (Penner, 2000; Stratford et al., 1998)以及促成學生發展出類似科學家的建模技能
(modeling)」涵蓋對科學知識的深度理解、科學思考的嚴謹應用，是學生需要具 備的科學學習方法(Clement, 2000; Gobert & Buckley, 2000)。
傳統學習中，學生主要透過教師講述來進行學習，很少有機會參與真實科學 建模活動。建模活動通常比較開放，需要領域知識與科學思考的整合應用，而學 生往往受限於參與這類活動所需的領域知識與科學技能之不足，對這部分學習經 常感到困難(Stratford et al., 1998)。Zhang, Liu, and Krajcik (2006)研究也發現學生 與科學家的實務表現存在明顯差異，需要適當的工具、同儕以及教師鷹架，才可 能建構出有意義的科學模式，及進行有目的且有意義的科學實務(Fretz et al., 2002)。
在整合科技的學習環境中進行建模學習，已被研究證實能有效促進學生複雜 概念的理解，與建模實務能力(Stratford et al., 1998; White & Frederiksen, 1998)的 提升。過去研究顯示，根據學習目標設計學習環境鷹架，有助於學生參與複雜任 務的學習，並且逐漸發展出獨立完成活動任務的能力，例如：透過電腦化的建模 環境，將建模過程階段化，提供學生有系統地參與真實且複雜的科學實務機會 (White & Frederiksen, 1998)。White and Frederiksen (1998)更指出在教室中發展出 類似科學家的實務社群，透過同儕互動討論讓學生練習反思，教師一開始提供較 多引導來促進學生學習，隨著學生理解的提升，再逐漸減少所提供的學習支持，
最後讓學生獨立完成複雜的活動任務。以上提及的研究大都具焦在單一或特定鷹 架功能對學習的影響，關於學習環境中學習工具、同儕以及教師鷹架如何協調互 動，以提供有效的鷹架支持，則有待進一步研究。
此外，過去鷹架學習相關研究強調個體「近側發展區」(ZPD，zone of proximal development)內提供褪除式(fading)(Collins, Brown, & Newman, 1989)的學習支持，
多 位 學 者 探 討 鷹 架 褪 除 作 用 的 重 要 性(Azevedo, Cromley, Winters, Moos, &
Greene, 2005; McNeill, Lizotte, Krajcik, & Marx, 2006)，或軟體工具的鷹架功能 (Fretz et al., 2002)，這些研究均強調鷹架設計必須回歸鷹架隱喻的原始意涵，亦
即鷹架設計應考慮個體的ZPD問題與鷹架的「褪除」特性，但對於如何協調整合 學習環境中分散式鷹架以支持教室中具不同ZPD學生的討論較為不足。
雖然過去幾年來，針對「科技支援之複雜學習活動」的課程發展準則或理論 已有一些相關的文獻，例如：聚焦在課程學習情境設計的Learning-for-use(Edelson, 2001)、國家課程標準為學習目標的目標導向式專題課程—IQWST (Investigating and Questioning ourWorld through Science and Technology)(Krajcik, McNeill, &
Reiser, 2008)、以知識統整為訴求的課程鷹架設計準則—KIE (the Knowledge Integration Environment)(Davis & Linn, 2000) 以 及 聚 焦 在 促 進 建 模 理 解 的 ThinkerTool 探究課程設計(White & Frederiksen, 1998)等，但是這些課程發展準則 或理論多以臨場教學、學習理論，或比較性研究為基礎，較少考慮領域專家實務 特徵，由於不同領域社群有不同形式的科學實務，因此領域訓練特性是課程發展 應考慮的項目之一(Passmore & Stewart, 2002)。
鑑於此，本研究根據Hsu, Lin, Wu, Lee, and Hwang (2012)所探討之專家、非 領域研究生，以及生手建模實務表現，瞭解三種不同身份之建模技能之差異，來 制定學習目標，並作為設計建模活動之參考。此外，參考「建模」與「鷹架」的 相關理論與實徵研究，來發展鷹架式建模課程/學習環境的設計特徵。
本研究根據研究發現，來調整與修改鷹架式建模學習課程/環境的設計特徵。
具體而言，本研究蒐集多種研究資料，包含晤談資料、建模技能測驗、學習單、
紙本模式、電腦側錄、錄影以及會議紀錄等資料，來描述學生參與建模學習的過 程、以及建模技能與概念理解的改變情形。以紮根理論作為分析質性資料的方法，
以探討兩種鷹架式建模課程版本的演變，及其對學生建模技能與概念理解的影響。
另外，分析焦點組學生的建模過程，來探討分散式鷹架的影響，並據以研究如何 協助學生參與複雜系統「空氣品質」的建模學習。