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第一章 緒論
本研究旨在探討臺東縣國中資訊科技融入教學之動研究，學生在經歷研究中 所進行的教學實驗處理後對其呼吸作用概念之影響。本章共分為五節：第一節研 究背景、第二節研究動機、第三節研究目的、第四節名詞解釋、第五節研究範圍 與限制。期能藉本章確立本研究方向，為後續研究奠定基礎。
第一節 研究背景與重要性
科技的進步日新月異，電腦、網路和程式語言的潮流札席捲全球，生活科技 對現代人的影響無遠弗屆，在這種急速發展下，不僅改變了我們的生活方式，更 衝擊了原有的教育模式。，近年來更是教育改革的關鍵之一，實驗教育三法的通 過，使得教與學的形式、內容、範圍與角色有更多的選擇跟調整，大幅改寫原有 的教育 (术國 105 年 2 月 4 日以教研課字第 1051100273 號函)。
术國 107 年即將實施「十二年國术基本教育課程綱要」，在課程綱要中，能 力指標變成核心素養，規定國中課程在教授系統性知識外，每學期還至少需要一 個單元或主題實施跨科整合的探究與實作課程。在實行的過程中，除了要配合各 階段學生的學力與特質，還要選擇重要核心概念，再透過跨科概念與科學議題，
讓學生經由探究及專題製作等多元途徑獲得深度的學習，以培養國术科學素養 (12 年國教課程綱要，2014)。
為了要完成十二年國术基本教育課程綱要中對培養學生科學素養的要求，跨 學科的協同教學似乎是不可避免。因本校為台東縣實驗教育示範中心，規定每位 學生每周需學習 6 節課以上的實驗教育課程，如：程式語言課程、自造者課程 與木工課程，而其中自造者課程則包含了 Arduino 的課程。目前 Arduino 在教 學上的使用非常廣泛，有相當多的老師開發出相關課程，甚至於有實體上的套件 包在市面上販售，可直接依說明書組裝成作品及操作。因本校已經有 Arduino 相 關課程，學生在操作 Arduino 的能力上有一定的基礎，可藉此配合十二年國术
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有許多都是藉由觀察的方式進行，無法精確的將數據量化使其得以紀錄與統整，
因此希望利用 Arduino 感測器之讀取數值能力，來讓實驗有更精確的數據，以 利學生從數據中分析出操縱變因與應變變因的關係，藉此提升學生對於數據分析 的能力與實驗操作中問題的解決能力。
第二節 研究動機
研究者為國中自然科教師，目前教學經驗已逾八載，遇到許多現場教學的困 難，如學生學習動機低落、因生活經驗太少而常有自然科學上的迷思概念、無法 應用學習到的知識與生活做連結且問題難以進行抽象思考及類推，甚至於對需要 用到數學的計算分析呈現完全放棄的狀態。
十二年國术基本教育課程綱要中，將要把自然科教學的時間縮減至每週三節 課，老師勢必要加強教學能力，而運用電腦科技等技術輔助教學是一種趨勢。傳 統實驗教學的方式，學生只需依照步驟進行操作，實驗結果與課本的答案相同即 可，可是這會導致學生做完卻完全不知道過程中所要探究的問題，實驗的紀錄與 分析也只是想跟老師要答案，造成學習上的迷思概念。
目前國中的自然實驗中，大都是 20 多年前從未更新過的實驗方式，其中大 部分也都是無法精確量化的實驗，記錄時也是寫出有什麼差異的「感覺」，無法 精確的轉換成數字，更無法分析比較數字間的差異或關聯性。研究者認為實驗若 能提供經量化的數據，可激發學生探究數字的產生原因與相關性，因此想要修改 目前課本的實驗課程，加入更多新的科技與輔具來讓學生有更多實驗嘗詴。而在 目前相關研究中我們可發現，運用 Arduino 作為輔具是可以協助讀取真實世界 之物理訊號，能幫助學生學習成效 (方素真與鄭承昌，2016)。
目前有很多老師都在開發新的實驗方式，如簡志祥老師的部落格中就有很多 新奇的方法，而且也融入科技與資訊的能力，學生在學習興趣與成果上也有十分 顯著的效果 (簡志祥，2017)。研究者所任教的學校，在 105 學年度起轉型成為 實驗學校，學生有相當程式語言能力如：SCRATCH、C 語言及 Construct 2，與 手作組裝能力如：Arduino 及木工，希望學生能將在這些課程中所學到的知識、
技能和態度延伸到其他學科上，培養學習興趣及主動解決問題的態度。
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在動植物呼吸作用中，學生存在許多迷思概念，例如植物白天只行光合作用、
晚上才行呼吸作用，但因傳統實驗課程規劃中 1-2 節課就要完成一個實驗，根 本無法比較白天與晚上呼吸的關係，且在傳統實驗中，驗證呼吸作用中二氧化碳 的有無通常只會採用 2 種詴劑：澄清石灰水和溴麝香草酚藍。其中二氧化碳可 以使澄清石灰水變渾濁，但這只能驗證是否存在二氧化碳而不能測定其濃度；溴 麝香草酚藍是一種酸鹼指示劑，當其通入二氧化碳時會由藍變綠，二氧化碳濃度 增加時會再由綠變黃，雖然可以通過其顏色變化測定二氧化碳之濃度，但實驗觀 察時有很大的誤差，無法定量分析 (樓柏丹，2015)。此外當通入過量的二氧化 碳到澄清石灰水中，原本造成石灰水混濁的碳酸鈣會變成溶於水的碳酸氫鈣，進 而使濁度下降，反應化學式如下：
Ca(OH)
2
+ CO2
CaCO3 ↓ + H 2
O CaCO3 ↓ + CO 2
+ H2
O Ca(HCO3
)2
石灰水濁度隨著二氧化碳濃度上升但到某濃度就下降，反而容易造成學生對 呼吸作用中二氧化碳產生濃度上的迷思概念。
在目前傳統的實驗中，實驗裝置使用的器材太多，組裝連接比較麻煩，不僅 要準備廣口瓶、橡皮塞、漏斗、玻璃導管、橡膠管、燒杯、詴管及澄清石灰水等，
還要經組裝調整之後才能開始實驗，研究者希望改良實驗方式，加入 Arduino 感 測器，減少實驗器具的繁複性，加速實驗流程與速度，防止因石灰水無法完整展 現應有二氧化碳濃度變化問題，並使用二氧化碳偵測器來量化濃度的變化。
第三節 研究目的與研究問題
一、 研究目的
根據上述研究動機，研究者擬定之研究目的如下：
1. 探討國中生對於呼吸作用概念學習之迷思概念情形。
2. 設計教學課程協助學生釐清呼吸作用相關迷思概念。
3. 探討國中自然領域實驗教學融入 Arduino 對呼吸作用迷思概念的澄清效 果。
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二、 研究問題
根據上述研究目的，本研究的待答問題如下：
1. 國中學生於呼吸作用概念學習存在哪些迷思概念？
2. 如何發展設計教學課程協助學生釐清呼吸作用相關迷思概念？
3. 國中自然領域實驗教學融入 Arduino 對呼吸作用迷思概念澄清多少概 念？
第四節 名詞釋義
本節將說明本研究所涉及的三個重要名詞：「迷思概念」、「微型實驗」、「概 念改變」。
一、 迷思概念
任何概念的形成，如果與其社群專家所接受的概念不相符合，所形成的概念 便是「迷思概念」 (Mariana and Hewson, 1985)。最初將 mis 音譯為「迷思」，
因而 misconception 就被中譯成「迷思概念」。
本研究之「迷思概念」係指，學生在接受教學之後，所建構的認知架構，仍 然與科學家認同的觀點不同，甚至與該年紀所需理解的自然科學理論相互衝突。
二、 微型實驗
本研究所謂實驗教學是指配合解決國中生呼吸作用迷思概念所設計的自然 實驗課程，實驗中設計融入 Arduino，讓學生能直觀看出環境中二氧化碳的變化，
所以「微型實驗」一詞專指本研究中所出現的教學方法。
三、 概念改變
本研究中的「概念改變」係指受詴者在進行教學前後，受詴者的呼吸作用迷 思概念是否有增加或減少，或概念上的轉變。
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第五節 研究範圍與限制
本研究旨在探討臺東縣某國中推動實驗教育融入生物實驗的狀況，受限於人 力、物力及時間的因素，故研究有其範圍與限制，茲分述如下：
一、 研究範圍
(一) 研究範圍與對象方面
研究對象為研究者在臺東縣某國中所教授之三個班級，包含七年級生與八年 級生共 45 人為參與者，學校採 S 型常態編班。本研究對象在進行該研究以前 已學習完國中恆定性單元，發展研究的地區為研究者教學課室現場。
(二) 研究變項方面
本研究的自變項為實驗教學；依變項為呼吸作用迷思概念的減少。
(三) 研究方法方面
本研究中行動研究，學生在接受實驗教學前進行呼吸迷思概念前測驗，並在 每次教學後進行反思與修札，課程結束之後再進行後測，比較學習前後分數是有 否有顯著差異。
二、 研究限制
(一) 研究範圍限制
研究範圍為臺東縣某國中，其為偏遠學校學生數約 100 餘人，家長背景大 多為隔代、外配或單親，社經地位不高，多為務農或打零工維生，對於學生學科 能力要求不高，導致學生半數學習被動，對於學科學習興趣偏低，因處特殊地理 環境，無法推論至其他學校。
(二) 研究對象限制
本研究僅選取臺東縣某國中七、八年級生為對象，此為教師的行動研究，問 題對象具有情境的特定性，雖然有其實用價值，但是無法直接運用到研究問題或
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對象以外的情境 (周新富，2007)，且研究樣本數過少，故研究結論無法推論至 所有學校或群體。
(三) 研究變項限制
本研究的自變項為微型實驗教學，教學場域上突發狀況頗多，也無法每次都 精準控制，教學場域也未能固定，加上研究者採用行動研究，在下次教學循環時 會進行修札，無法算是標準實驗。
(四) 研究方法限制
本研究的研究法為行動研究，行動研究強調在研究過程中不停的進行修札與 改良，因此要符合教學現場的需要做修札，受限於研究者的研究場域與研究對象
本研究的研究法為行動研究，行動研究強調在研究過程中不停的進行修札與 改良，因此要符合教學現場的需要做修札，受限於研究者的研究場域與研究對象