結論與討論 - 中學生的視覺表徵能力與分子概念理解之探究

本節依照兩個面向論述，一為視覺化表徵與分子概念理解學習表現，一為表徵能力指標，視覺化表徵與分子概念理解學習表現主要在說明學生在視覺表徵能力測驗及分子概念理解測驗中的研究結果，表徵能力指標主要在說明解構表徵的面向調整。

一、視覺化表徵與分子概念理解學習表現

本研究將學習表現分為三個部分，包括視覺表徵能力、分子概念理解、及視覺表徵能力與概念理解的關係。在視覺表徵能力的部分，共分為知覺、詮釋、轉換和連結、及選擇和評估五個成分分別探討，分別對應到研究問題（一）及其四個次問題，茲分述如下。

（一）視覺化表徵的學習表現

1.學生在閱讀視覺表徵時，對表徵的知覺為何？

由單一成分的面向來說，成分一「知覺」的研究結果顯示，學生對巨觀表徵的理解（答對率=71.9%）較次微觀表徵（答對率=42.1%）及符號表徵 (46.6%)為佳。由巨觀表徵的研究結果來看，學生對表徵的理解可能與兩個因素有關，第一，當表徵中呈現的是單一訊息時（答對率=71.9%），較多重訊息（答對率=64.4%）的表徵理解為佳；第二，即便表徵所體現的同為巨觀層級的概念，當此概念可在日常經驗中觀察（答對率=71.9%）時，較無法在日常經驗觀察的概念（答對率=64.4%）理解為佳。由次微觀表徵的研究結果來看，學生可能忽略或不理解圖像式微觀表徵中的視覺資訊，也有可能持有對分子的先前知識（答對率=26.2%），即便只需要對表徵做表面性的描述，微觀表徵對學生而言還是概念負載的，例如，學生傾向於以物質粒子或巨觀的角度詮釋水分子的形狀，此結果與過去研究相呼應(Ben-Zvi et al., 1986，引自 Wu, Krajcik & Soloway, 2001)。由符號表徵的研究結果來看，學生對較不具有概念負載的「部分符號微觀表徵」（答對率=69.7%）理解較具有概念負載的「符號微觀表徵」（答對率=46.6%）為佳，且許多學生傾向於以化學式的表面特徵詮釋表徵，此結果與過去研究相呼應(Ben-Zvi et al., 1988，引自 Wu

& Shah, 2004)。

2.學生在閱讀視覺表徵時，詮釋的層次有何異同？

成分二「詮釋」的研究結果顯示，學生在語法規則的詮釋（答對率=57.3%）

較語意詮釋（答對率=40.3%）為佳，由語法規則的研究結果來看，學生在「概念化命名規則」的答題表現（答對率=57.7%）較「去概念化命名規則」（答對率=50.7%）為佳，且達顯著差異(p<0.05)，此結果與預期不一致，依照學生在視覺表徵能力中其他成分的表現可知，概念負載的表徵對學生而言較不

具有概念負載的表徵困難，例如，符號「箭頭」較「化學式」容易理解，「語法規則」較「語意詮釋」答題表現為佳。然而，由「概念化命名規則」與「去概念化命名規則」的研究結果來看，對學生而言，「概念化命名規則」容易理解，可能原因為，「以文字體現的語法規則」的理解對學生而言較為抽象，

因此需要以概念為基礎助於理解。即便上述兩題屬於同一種語法規則，許多學生仍未能察覺兩題的相關性。在語意詮釋的答題表現顯示，學生偏向於以表徵所觀察到的表面特徵詮釋表徵。

3.學生在閱讀視覺表徵時，轉換和連結表徵的能力有何異同？

成分三「轉換與連結」的研究結果顯示，只有部分學生能依據語意對表徵進行分類（答對率=33.8%），其餘大部分學生偏向於以表徵所觀察到的表面特徵詮釋表徵，例如，以原子的數量或表徵的形式對化合物進行分類。

4.學生在閱讀視覺表徵時，選擇和評估表徵的能力有何異同？

由成分四「選擇與評估」的研究結果顯示，學生在「選擇與評估」的某一類型題目中的答題表現（答對率=46.1%、46.6%）較另一類型題目的答題表現（答對率=28.6%、28.9%、29.2%）為佳，經過歸納之可能原因有二，第一，當表徵所體現的概念具有過程屬性時，較易被學生理解，換句話說，當表徵所體現的概念牽涉分子本身的認識時，學生較不理解；第二，在答題表現（答對率=28.6%、28.9%、29.2%）較低的題目中，含有一維、二維、及二維半的分子結構表徵，學生對表徵中呈現的三維資訊理解有限，無法由二維的表徵知覺三維的空間相對位置（邱美虹和傅化文，1993；廖焜熙和邱美虹，

1996）。此部分研究結果也顯示，學生傾向以表徵中呈現的表面性資訊對表徵及概念進行連結，與成分二「詮釋」研究結果相符。

5.學生在閱讀視覺表徵時，對表徵的理解有何異同？

縱觀五個成分的整體結果，學生對表徵的外觀進行描述的能力（答對率

=59.1%），較對表徵進行詮釋的能力（答對率=50.0%）為佳，而學生對表徵進行詮釋的能力，又較表徵之間的轉換和連結（答對率=33.8%）、選擇和評估（答對率=35.9%）為佳。

由表徵能力層級的研究結果可知，高表現的學生（層級四、層級五、層級 A）也可能無法在所有詮釋表徵的情境下，採取語意層次的詮釋；低表現的學生（層級一、層級二、層級 C、層級 D）僅能描述巨觀表徵所體現的現象，可以藉由語法規則理解表徵，但即便僅需對微觀表徵的外觀進行描述，

也無法選擇出正確答案；有一部分的學生甚至無法對巨觀表徵進行描述（層級零）。

（二）分子概念的學習表現

在分子概念理解的部分，分為巨觀層級及微觀層級概念，巨觀層級包括兩個概念，分別為物質的三態、及物質的性質，微觀層級包括三個概念，分別為物質粒子關、原子與分子觀、及化學反應的原子與分子觀，分別對應到研究問題（二）

及其次問題，茲分述如下。

1.學生在解決分子概念相關問題時，對巨觀層級概念的理解情形有何異同？

總的來說，學生對巨觀層級概念（答對率=67.9%）的理解較微觀層級概念（答對率=46.8%）為好。以巨觀層級的研究結果來說，當概念牽涉物質的特性時，則學生的答題表現較那些可直接觀察的概念為低，此結果與視覺表徵能力測驗「巨觀表徵」一致。

2.學生在解決分子概念相關問題時，對微觀層級概念的理解情形有何異同？

以微觀層級的研究結果來說，學生在物質粒子觀的概念表現（答對率

=52.7%）較原子與分子觀（答對率=37.2%）為佳，甚至以物質粒子的觀點詮釋原子與分子；在「化學反應中的原子分子觀（答對率=50.6%）」答題表現較「原子與分子觀」為佳，可能的原因為，現階段學生對化學過程相關概念的理解較原子與分子本身的理解為佳。此結果與學生在表徵能力的表現相呼應，學生在「選擇與評估表徵」時，對牽涉過程的表徵評估，較未牽涉過程的表徵評估為佳。Cokelez 等人(2008)指出學生以原子分子的層次詮釋化學變化的過程時的困難，例如，認為化學變化的過程中，分子是守恆的，此結果與本研究學生之答題表現(21.0%)相符。

（三）視覺化表徵與分子概念學習表現的相關

此部分回答研究問題（三）學生對視覺表徵的理解與分子概念的關連為何？

總的來說，學生的概念理解與視覺表徵能力表現具有高度相關，此結果與過去研究呼應(Ekstrom, et al., 1976；引自 Gobert, 2007；Seddon et al., 1982，引自 Seddon

& Moore, 1986; Ferk et al., 2003; Gilbert, 2007; Briggs & Bodner, 2007; Rapp, 2007;

Gobert, 2007；廖焜熙和邱美虹，1996)。學生在閱讀某些表徵後，答題表現達顯著進步，第一，當表徵所體現的概念牽涉化學過程時，學生對表徵的理解較好，

此結果在表徵能力測驗及概念理解測驗中一致；第二，當表徵所體現的概念與日常現象無直接相關，但屬於巨觀層級時，表徵對學生的理解有明顯的助益。學生在閱讀某些表徵後，答題表現達顯著退步，當表徵所體現的概念牽涉原子與分子本身的認識時，則學生對表徵的理解受到限制。

二、視覺表徵能力指標(VRAI)

表徵具有多維度的特徵，學生對表徵的理解更受多面向的變因影響。本研究在探討視覺表徵能力時，共分為四個面向探討，又稱為四種表徵的成分，包括知

覺、詮釋、轉換和連結、及選擇和評估。成分一「知覺」偏向於對表徵本身的描述，成分二「詮釋」偏向於對表徵的語法及語意理解，「轉換和連結」及「選擇和評估」則偏向於對表徵的後設認知。由此可知在解構表徵時，具有三種主要的層次，層次一為表徵的知覺，層次二為表徵的詮釋，層次三為表徵的後設認知，

茲分述如下（如表 5-1-1 & 5-1-2）：

（一）表徵的知覺：本研究將表徵的知覺區分為四個成分，分別是巨觀、次微觀、

部分符號及符號表徵，學生在巨觀、次微觀及符號三個不同層級表徵以及單一層級內的答題表現皆有差異，這顯示學生對表徵的理解可能受到詮釋表徵的深入程度影響，而表徵本身的層級或屬性，並非單一的變因。

（二）表徵的詮釋：本研究將表徵的詮釋區分為兩個成分，分別是語意詮釋及語法規則，詮釋並非表徵本身的屬性，而是學習者賦予表徵的意義。學習者可以由語法規則描述巨觀表徵，也可以以語意詮釋巨觀表徵，所謂語法規則的詮釋即對表徵的表面描述，所謂語意詮釋即詮釋表徵所體現的概念。

同理，學習者可以對微觀表徵及符號表徵做語法規則的描述及語意的詮釋，因此，表徵的詮釋與表徵的屬性、表徵的轉換與連結、表徵的選擇與評估，應該屬於垂直的面向。

（三）表徵的後設認知：由研究結果可知，表徵的連結與轉換、及表徵的選擇與評估，對學生而言難度一致，且都涉及跨表徵的連結與比較，因此，將此二成分歸類於同一種能力當中，稱為表徵的後設認知。表徵的後設認知泛指跨表徵的連結與轉換、選擇與評估。在此具有兩項較高層次的技能，第

在文檔中中學生的視覺表徵能力與分子概念理解之探究 (頁 105-113)