結論

本節依據本研究之研究問題與第四章之研究結果與討論，依序說明本研究的主要發 現：

一、雙重情境學習事件晤談結果之概念分析

此部份結果針對研究問題一「不同表徵（靜態圖文、動態影片）學習設計對促進高 一學生概念改變上是否有差異？」進行探討。

本研究應用雙重情境學習模式(She, 2002, 2003, 2004a, 2004b, 2005)，針對學生的另 有概念及所需的心智架構，設計四個有關「熱膨脹」概念之雙重情境學習事件，受詴者 來自新竹市三所高中之二十位高一學生，結果在實驗一預測階段發現100%的學生均持 另有概念，而經實驗二與實驗三的學習之後，挑戰事件則有95%的學生均能概念改變成 功，並完整敘述有關「熱膨脹」之正確科學概念，其協助學生在短時間內發生激烈的概 念改變，使概念改變不再一定需要緩慢或漸進的過程，與She (2002, 2003, 2004a, 2004b, 2005)的研究結果相符，主要原因應在於一方面設法設計適合之雙重情境學習事件，讓 抽象成為具體，讓不可見變為可見，協助學生能夠觀察到物質的改變及瞭解概念發生的 過程，使概念改變能架構在科學概念的本質與學生對科學概念的信念之基礎上，一方面

創造學生認知之不和諧、並提供學生新的心智架構。而此促進概念改變之結果，在不同 表徵（靜態圖文、動態影片）學習設計上，兩組學生並無太大差異，在提供新的心智架 構之實驗二及實驗三，圖文組各有50%及80%的學生概念改變成功，影片組則各有50%

及60%的學生概念改變成功，而在最後的挑戰事件，圖文組100%的學生，影片組90%的 學生均獲得概念改變成功，顯示以靜態圖片加文字或動態影片加聲音兩種不同表徵所設 計之雙重情境學習事件，均能有效促進學生概念改變，此一結果亦符合Mayer (2003)所 提出有關學習本質的認知理論，認為所設計的多媒體教學訊息若能符合雙通道假設、有 限的能力假設與主動學習假設，將與學生的學習方式一致，而能透過動態或靜態圖片、

文字等多媒體教學來促進學生的學習與理解。

二、不同表徵呈現學習事件在不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分析

此部份結果針對研究問題二「高一學生在不同表徵（靜態圖文、動態影片）學習過 程中所呈現之腦波類型與強度是否有差異？」進行探討。

（一）不同表徵與不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分析

將概念改變歷程之腦波資料加以區分為預測、表徵、解釋三個階段，探討此三個學 習階段中，在兩種不同表徵之呈現學習事件下，兩組受詴者大腦的各頻率腦波功率是否 有所差異，結果顯示受詴者在主要的三個雙重情境學習事件中，其預測、表徵、解釋三 個不同概念學習階段之θ、α1、α2、β1、β2及γ波功率強度均達顯著差異，而以圖片加文 字或影片加旁白兩種不同表徵進行概念學習上，受詴者所呈現之各頻率腦波功率則均無 顯著差異，且兩者間大抵均無交互作用。在學習階段之顯著差異顯示本研究所探討之學 習歷程腦波資料應可提供有關學習者在概念改變歷程中認知處理之相關訊息，此與Gerě

& Jaušcvec (1999)研究學習者面對多媒體與文本等不同學習表徵時的不同認知歷程，發 現腦波的相關測量可提供有關學習者在科學學習歷程中大腦運作的資訊的研究結果相 符。而兩種不同學習表徵之無顯著差異結果與 Lewalter (2003)利用放聲想 ( think-aloud )

探討學習者之認知思考歷程所提出動態與靜態圖文兩種學習表徵對學生的科學學習成 效並無顯著差異相符；但 Gerě 和 Jaušcvec (1999, 2001)在學習者進行圖文整合或多媒 體課程學習之腦波研究上，則提出不同表徵呈現應可觀察到不同的 EEG 類型，因此本 研究針對不同表徵呈現部份再做進一步統計分析。

（二）靜態圖文或動態影片表徵在不同學習階段之分析

分別針對圖文或影片兩種不同表徵之呈現，探討三個學習階段之各頻率腦波功率 是否有所差異，結果可明顯發現不論以何種表徵呈現學習事件，其三個學習階段之各 頻率腦波功率大抵均有顯著差異，且各頻率腦波功率均呈現預測大於表徵階段，解釋 大於表徵階段，且解釋亦大致大於預測階段之趨勢。換言之，兩組學生分別接受靜態 圖文與動態影片兩種不同表徵進行學習，在概念改變歷程腦波資料上卻呈現相同之趨 勢，顯示影響受詴者腦波功率強度者並非來自呈現學習事件之表徵形式，而在於受詴 者所歷經的概念改變歷程。推測與Gerě 和 Jaušcvec (1999, 2001)的研究最大不同之處 應在於本研究以科學學習角度出發，以概念改變理論為主軸，運用雙重情境學習模式 協助學生科學概念改變，因此所得概念改變歷程腦波資料主要反映了學生科學學習過 程中之較深層的思維與認知處理，而非表象上學習事件所呈現之表徵形式。

（三）不同學習階段下兩種不同表徵之概念改變歷程腦波資料分析

進一步比較在不同學習階段下受詴者接受靜態圖文或動態影片兩種不同表徵呈現 時，其各頻率腦波功率是否有所差異，結果顯示以圖文或影片兩種不同表徵呈現學習事 件下，不論在預測、表徵或解釋之學習階段，其各頻率腦波帄均功率均無顯著差異。此 部份結果提供與前一分析截然不同的角度，也更加確立在本研究中所操弄的兩種不同表 徵對學生概念改變歷程腦波資料並無顯著影響。推測原因一方面是學生在思索科學問題 之際，關注之主要焦點可能在於學習事件所提供的訊息本身，而非如何呈現此訊息，且 本研究所採用的靜態圖片加文字或動態影片加旁白兩種不同表徵設計，均為經過文獻探 討後應用多重表徵概念使學生認知負荷較低之設計，因此學生應均能夠容易的擷取當中

所提供的訊息，此種設計之目的乃在於探究目前教科書與教師最常應用於教學之表徵形 式，而由本研究腦波資料分析結果顯示，此二種表徵形式對學生在科學概念改變歷程的 影響並無顯著差異。

（四）不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分析

由於以不同表徵呈現學習事件並未顯著影響受詴者各頻率腦波功率，因此進行三個 學習階段之概念改變歷程腦波資料的主要效果分析，結果發現受詴者在主要的三個雙重 情境學習事件中，其預測、表徵、解釋三個不同概念學習階段之θ、α1、α2、β1、β2及γ 波功率強度均達顯著差異，且均呈現預測大於表徵階段，解釋大於表徵階段，而解釋亦 大致大於預測階段或與預測階段相仿之趨勢。顯示由θ、α1、α2、β1、β2及γ波功率強度 可獲知受詴者在概念改變過程的認知處理歷程，包括提取長期記憶中的相關訊息至工作 記憶區中，與由視覺及聽覺通道新登錄的訊息進行處理與連結；且其在概念改變歷程之 不同階段所呈現之各頻率腦波功率強度不同，更顯示學習者在提取訊息、接收訊息與整 合訊息之際，其大腦所耗費之認知資源及所產生之認知負荷並不相同，而致大腦之活躍 情況亦有所不同。

另外，在本研究中也發現θ、α1、α2、β1、β2及γ功率強度均呈現一致的增加或減少 之趨勢，並未觀察到α阻斷之現象，與早期研究指出當高心智活動時，α功率會降低之結 果(Gerě & Jaušcvec, 1999, 2000; Klimesch, 1999; Jaušcvec, 2000; Jaušcvec & Jaušcvec, 2000)並不相同，但與近期一些對α波的研究發現則相吻合，Jensen等人 (2002)在記憶掃 瞄 (memory-scanning)的研究中發現，當記憶負荷增加時，α功率隨之增加；而 Cooper 等人發現α同步化 (α synchronization)與內部或外部注意力負荷增加之非任務相關的抑 制作用有關，且源自於內部之注意力負荷使α之振幅更顯著增加，顯示在內部導向之心 智運作中，大腦需主動的抑制無關訊息。Klimesch等人 (2007)的研究則發現當受詴者抑 制或控制反應的執行，或大腦執行上而下 (top-down)的控制會引發α同步化，因此認為α 同步化反映了大腦上而下、抑制的控制過程。

而Ward (2003)在文獻回顧中分別指出θ與認知處理中的記憶登錄 (encoding)及提取

(retrieval)有密切關係，γ與決策 (decision making)相關；在回憶過程中，可見θ與γ波功率 同時增高的現象，則與短期記憶或工作記憶等動態的記憶過程有關；α與γ波與動態注意 力過程的抑制與選擇較相關；而廣泛的γ同步化則與意識 (conciousness)有關；Weiss &

Rappelsberger (1996)的研究則指出β1可能主導語意處理過程及更複雜的認知功能。以相 關研究對照概念改變歷程所牽涉較深層之認知思考與訊息整合，或可印證本研究在需提 出論點之解釋階段，其θ、α1、α2、β1、β2及γ功率均提高之結果。

三、認知衝突/概念改變成功與否在不同學習階段之概念改變歷程腦波資料 分析

此部份結果針對研究問題三「高一學生在不同表徵（靜態圖文、動態影片）學習時，

其大腦各頻率腦波功率強度、同調性及拓樸圖與概念改變成功與否是否有關聯？」進行 探討。但由於在研究問題一及研究問題二中已確立不同表徵學習之間在概念改變歷程腦 波資料上並無顯著差異，因此研究問題三將直接針對「高一學生在有關熱膨脹之科學概 念學習過程中，其大腦各頻率腦波功率強度、同調性及拓樸圖與概念改變成功與否是否 有關聯？」進行探討。

（一）認知衝突與否在不同學習階段之概念改變歷程腦波資料分析

本研究探究受詴者產生認知衝突與否對概念改變歷程腦波資料的影響，結果顯示 θ、α1、α2、β1、β2 及γ功率強度在實驗一與實驗三呈現較明顯之差異，且均為認知 衝突組大於無認知衝突組。對照概念改變之相關理論，當學生認知到原有概念並不足

本研究探究受詴者產生認知衝突與否對概念改變歷程腦波資料的影響，結果顯示 θ、α1、α2、β1、β2 及γ功率強度在實驗一與實驗三呈現較明顯之差異，且均為認知 衝突組大於無認知衝突組。對照概念改變之相關理論，當學生認知到原有概念並不足