本研究旨在探討不同表徵順序融入 5E 探究式學習環下進行教學時，學生對於「簡 諧運動」概念學習的情況。本章分別以研究動機與背景、研究目的與問題、研究的重要 性和名詞解釋，共四節加以說明。
第一節 研究動機與背景
自民國 91 年開始的指定科目考試，物理考科已締造了不少的低分紀錄，讓家長及 考生都認為指考物理題目是所有考科之中最難的，各標分數必然是落在所有科目之底，
更讓學習成效不理想的學生因此優先選擇放棄物理。隨著大考中心前兩年開始取消倒扣 制度，並調整試題測驗方向，使得物理整體的成績標準終於有所成長。如何增進學生運 用物理知識來思考、分析、推理進而解決問題的能力，或是如何改變當前物理教學的瓶 頸，對於從事物理教育的研究者而言是不可推卸的使命。物理教育研究者為了達到教學 相長，必須充實並增進自我的學習理論基礎，除了嘗試提出有效的教學改革策略，仍需 拓展對物理教育的教學觀，以便能洞悉改革策略背後的源由，進而發揮達到策略實施的 目標（Hammer, 1996）。
這三十年來國內外對於物理教學課程較著名的改革策略實例，像是：哈佛大學 Mazur 教授等團隊所執行的「Peer Instruction」計畫 （Crouch & Mazur, 2001）、MIT 的 TEAL 計畫（Belcher, 2001）、華盛頓大學 McDermott 與物理系研究團隊所執行的 PEG 計畫（McDermott & Shaffer, 2002）、臺師大的 Easy Java Simulation（EJS）模擬動畫物 理教學（黃福坤，2006）、中正大學的 TEAL 計畫（湯兆崙、黃鼎凱、蔡宜君，2006）
或是逢甲大學的互動教學（張慧貞，2003），這些實例的共同特點就是包含：將教材具 體化、增進課堂互動與討論、及應用數位科技於物理學習。
在研究者的教學經驗中發現，學生在學習簡諧運動時不太容易將質點週期性的振動 過程與各項運動物理量的改變性質作連結，且因簡諧運動 S.H.M.(Simple Harmonic Motion) 的質點運動過程是連續且動態的，一般文本比較無法完整將其連續動態的特性
顯示出來，故此單元對於學生的學習是困難的。當學生觀察物體做簡諧運動時的運動狀 態變化，剛開始只能觀看一整段的運動，無法想像運動的連續過程，因此認為物體的運 動都一樣快。當學生能想像物體在運動過程中每一個瞬間的運動狀態，才能進一步對物 體運動狀態的變化有正確的理解(陳韻竹，1999)。因此，研究者希望能引入影片或多媒 體動畫模擬等新科技應用將抽象的概念具體化，將動態表徵融入教學活動來實施，藉以 提昇學生基礎科學之抽象概念的學習成效。
根據前述之物理教學策略與研究者對物理教學的建議，故本次研究不同於大多數研 究採用的傳統講述法作為對照，而改採取 5E 探索式學習環理論為研究架構，透過不同 表徵順序進行研究操弄，希望提升教學品質之餘，也能發現不同表徵順序對學習環各階 段之學習影響，研究成果可作為未來相關物理教學策略的參考。
第二節 研究目的與問題
本研究為了能夠檢視不同表徵順序融入 5E 學習環教學模式對檢協運動概念學習的 成效，首先研發不同表徵順序融入 5E 學習環教學模式的不同版本教材，透過所設計的 學習單中學生的作答內容，教師可以獲得回饋，瞭解學生概念學習的情形。另外，研發 簡諧運動的概念測驗，檢視不同版本教材對學生的學習成效的影響。研究目的：
一、探討不同表徵順序融入 5E 學習環的教材對於學生學習簡諧運動之概念學習的 影響。
二、探討不同表徵順序融入 5E 學習環對於學生學習簡諧運動的學習成效的影響。
三、探討不同表徵順序融入 5E 學習環對於不同性別的學生學習簡諧運動的學習成 效的影響。
四、探討實施不同的教學方式之後，對於學生學習簡諧運動的學習成效的差異性。
根據上述研究目的，所延伸的研究問題如下：
1. 高中二年級學生在課程教學進行前，對力學中之簡諧運動的概念為何？
2. 運用不同表徵順序融入 5E 學習環的教材對於學生學習成就是否有明顯差異？
3. 運用不同表徵順序融入 5E 學習環的教材對於不同性別學生的學習成就是否有 明顯差異？
4. 比較不同表徵順序融入 5E 學習環的教材在學習環的各階段學生學習成就是否 有明顯差異？
第三節 研究的重要性
在進行研究文獻資料的蒐集過程中，發現 5E 探索式學習環極符合科學教育之未來 方向，且教學實施的過程都有助於提升學習者的學習成效（李志鴻，2006；林琬縈，2010；
翁韻婷，2010；張維倫，2010；郭嘉彬，2011；曾美蓮，2010；曾燕玲，2006；賴柏承，
2012；蘇育男，2009）
而近幾年臺灣推動的教育改革，其理念所強調的「快樂學習、快樂成長」，隨著科 技進步，數位多媒體在物理教學領域上的應用大幅增加，讓學習者可透過豐富逼真的圖 像，生動活潑的動畫提升求知慾與學習動機。在數位資料快速膨脹增加下，物理除了傳 統文本講述法教學之外，已經增多了不少的呈現方式及進行流程。透過電腦動畫輔助教 學則是突破傳統班級教學、有效提高教學品質的途徑之一。透過影片、視覺動畫模擬等 新科技，可使得抽象的概念具體化，並提昇學習者基礎科學之抽象概念及概念學習成效。
（吳昌家，2001；陳昌宏，2001；黃志清，2001；蔡月卿，2012；薛文隆，2001）
既然5E探索式學習環理論能提升科學教育學習，而動態多媒體教學又有助於物理 學習成效提升，經由文獻蒐集尚未發現有同時進行教學的相關研究探討。故本研究將設 計探討融入動態表徵於學習環各階段造成之學生學習成效影響，希望除了提升物理教學 品質之餘，也能發現探討出動態表徵在學習環各階段之影響程度。
第四節 名詞解釋
一、多重表徵
表徵乃具體的呈現抽象參考物，或實物的特徵，傳遞訊息資訊。多重表徵即為使用 兩種類型以上的表徵來呈現同一概念時。
二、靜態表徵
不隨著時間變化而呈現出不同訊息的表徵，如文字、圖片、符號等。
三、動態表徵
依時間持續改變而連續呈現不同訊息的表徵，如影片、電腦動畫等。
四、表徵順序
當一概念或事物使用兩種類型以上的表徵來呈現時，為了避免同時呈現所有表徵而 增加學習者的認知負荷，則產生逐一呈現各表徵的先後順序。
五、5E 學習環
美國生物科學課程於 1980 年代發展出含有建構主義特性的教學模式 ─BSCS
（Biological Science Curriculum Study）課程，經歷多次改革後，由 Bybee 和 Landes
（1988）將學習環改變成參與（Engagement）、探索（Exploration）、解釋（Explanation）、
精緻化（Elaboration）及評鑑（Evaluation）等五個階段（Bybee & Landes, 1988）。
六、簡諧運動
簡諧運動 S.H.M.的質點振動過程中的振幅是不變的，滿足「簡單」(simple)；運動 物理量可以用角頻率的正弦函數(或餘弦函數)呈現，滿足「諧和」(harmonic)；振動過 程的角頻率與振幅無關，滿足「等週期性」(isochronism)。