職前科技教師的工程設計思考認知結構

為探究職前科技教師的工程設計思考之認知結構，本研究主要針對實 驗組與控制組的職前科技教師進行訪談，並應用語意流程圖析法以分析職 前科技教師的工程設計思考認知結構。以下主要針對 28 位職前科技教師進

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行分析，結果如下：

一、 職前科技教師工程設計思考認知結構概念之現況分析

為探討職前科技教師的工程設計思考認知結構之現況，本研究依指 Tsai 和 Huang（2002）將工程設計思考的認知結構分為五個向度，包含

「概念廣度」、「正確性」、「整合性」、「可得性」與「訊息處理策略」。職前 科技教師在各構面表現的情形如表 4-1。認知結構量表前測的部分，職前科 技教師的「概念廣度」（M=12.18，SD=5.72），其組成之構面含「最初直線 連結數」（M=5.86，SD=2.80）、「最後直線連結數」（M=6.32，SD=2.98）；職 前科技教師在「正確性」組成之構面「錯誤陳述概念數」的表現為

（M=0.00，SD=0.00）；職前科技教師的整合性（M=11.02，SD=5.84），其組 成之構面含「最初迴歸連結數」（M=4.86，SD=2.80）、「最後迴歸連結數」

（M=5.32，SD=2.98）、「最初直線概念複雜度」（M=0.41，SD=0.12）、「最後 直線概念複雜度」（M=0.43，SD=0.09）；職前科技教師的可得性（M=0.95，

SD=1.79），其組成之構面含「直線概念改變量」（M=0.46，SD=0.88）、「迴 歸連結改變量」（M=0.46，SD=0.88）、「直線概念複雜度改變量」（M=0.02，

SD=0.08），以及職前科技教師的訊息處理策略（M=6.32，SD=2.98），其組 成之構面含「定義」（M=0.71，SD=0.90）、「描述」（M=4.21，SD=2.06）、

「比較或對比」（M=0.50，SD=0.79）、「推理」（M=0.68，SD=0.67）、「因果

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解釋」（M=0.21，SD=0.42）。

表 4-1 職前科技教師認知結構前測量化資料概況分析表（n=28）

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的數量多寡，如果存放在「認知結構」中的概念越多，則代表學習者能夠 喚取得概念就越多。在前測的部分可以發現職前科技教師對於陳述具有共 同特徵之事、物或理念的名詞，普遍較為廣泛與多量。分析語意流程圖可 以初步頗析職前科技教師大多能說出簡單的工程設計思考之現象或模糊的 概念；而一部分的職前科技教師會先專注於工程設計思考之流程與其細節 做探討，以最主要的核心概念作為概念發想的出發點。由此可以初步歸納 出職前科技教師擅長從單一概念作為概念廣度的數量延伸，在概念量增加 的同時，亦更廣泛地涵蓋工程設計思考中的質量。

2. 正確性：

由統計結果可以得知，正確性的全體平均是 0.00 分，職前科技教師的 平均為 0.00，沒有人有錯誤敘述。而推測沒有錯誤的敘述量之原因在第二 章文獻探討中已提及，職前科技教師會帶著自己原先存有的概念（或先備 知識）進入學習情境，其先備知識亦會和上課中所學到的概念產生交互作 用，結果可能產生出乎教學者意料之外的迷思概念。這樣的迷思概念是普 遍存在而且頑固的，即使透過許多的教學策略，還是難以加以改變的

（Wanderse, et al., 1994; Bodner, 1986; Anderson, 1992）。因此，對於工程設 計思考的概念不做沒有把握的敘述、對於整體的問答型態之定義不清楚、

選擇將學習過的舊經驗過度類推、整體工程的概念有基礎的先備知識、學 習過的工程實作概念（例如氣球車）帶入所有工程設計思考的概念中，可

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能是無法分析職前科技教師在錯誤陳述概念數的原因。

3. 整合性：

吳穎沺、蔡今中（2005）提出討論學習者認知結構的「整合性」時，

將分成兩個部分進行討論：第一部份是學習者認知結構中概念間的連結情 形，由於「最後迴歸連結數」是學習者在訪談中最後所有陳述概念之間的 連結數，所以在討論學習者認知結構中概念間的連結情形時，將以「最後 迴歸連結數」來代表學習者的認知結構中概念的連結情形；另一個部分則 是學習者認知結構中概念的複雜程度，因為「最後概念複雜度」是學習者 經過學習後認知結構的概念複雜度，所以討論學習者認知結構中概念的複 雜程度時，將以「最後概念複雜度」表示學習者學習所得的認知結構中概 念的複雜程度。而在教學前的測試結果，發現職前科技教師的整合性之平 均數為 11.02 與概念廣度之平均數為 12.18，相去不遠。亦即職前科技教師 對於整合性的概念有組織系統的能力，對於組織工程設計思考相關的資料 庫，利於以最有效率地方式找到所需要的資訊。

從附錄三中職前科技教師的語意流程圖中，可以發現職前科技教師大 部分擅長以舉例的方式說明，以案例的方式來做整合性的概念思考，或許 工程設計流程之教學方式對於學習者概念複雜度改變的助益不是一開始就 會出現的，而是必須經過一段時間的學習活動後才會特別明顯。由語意流 程圖中可以觀察出職前科技教師會將工程設計思考分為幾項核心要點來進

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行說明，或從工程設計思考的案例作為延伸，在整合的過程中對於工程設 計思考的概念亦更加地清楚明瞭。

4. 可得性：

職前科技教師在可得性的概念中，平均數為 0.95，可見其對於單位時 間內工程設計思考之認知結構，活化或提取的概念數量之頻率，較為缺乏 頻繁且重複提取的能力。Gunstone（1994）認為每個人對於「後設認知」

（metacognition）的解釋都不同，歸結後發現「後設認知」是指學習者對於 自我學習的控制、自我知覺與知識，因此職前科技教師對於自我學習成果 的監控也是後設認知能力的運用成果，而「後設認知」能力的運用也會影 響職前科技教師的工程設計思考概念學習。因此，透過附錄三的語意流程 圖可以發現在教學前的訪談，職前科技教師不太擅長有系統地提出工程設 計思考所包含的流程，以及流程的步驟和循環，對於工程設計思考的概念 連結及關聯密度方面之能力較為不足。

5. 訊息處理策略：

經過語意流程圖的分析後，發現職前科技教師善於對工程設計思考的 概念提出具體的定義，再對於事物進行描述或事件的連結，而後對於對兩 件事情的因果關係提出辯證。吳穎沺、蔡今中（2005）認為相較於傳統的 問題解決流程而言，工程設計流程之教學方式較能促進學習者漸漸使用較

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高階的訊息處理策略，然而或許需要經過更多的教學活動之後，才可以看 到學習者運用高階的訊息處理策略。此處亦發現，在教學前的訪談，職前 科技教師較能對於工程設計思考的概念進行初階的定義與描述，相對於高 階的推理與辯證能力而言，其使用之頻率與概念闡述較為頻繁，或許在經 過工程設計流程之教學方式後，能促使職前科技教師訊息處理策略的使用 上由低階往高階移動。

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第二節 工程設計流程對職前科技教師建構工程設計思考認知結