第五章 結論與討論
第二節 討論
本研究顯示學生所具備的圖形技能，對概念理解的表現具有重要的影響力。
此外，教學組別的不同，亦會對於概念不同的詴題類型表現有顯著影響，甚至造 成延宕測驗表現的差異。但透過本研究設計前 3 堂課的關係圖教學活動，卻並未 能顯著提升學生的圖形技能。因此，本節將依據第一節的結論進行深入的詮釋與 討論，依討論內容分為四個部分，分別是圖形技能的養成、圖形技能對概念學習 的影響、關係圖教學活動設計對概念學習的影響，與概念延宕測驗的理解表現。
一、 圖形技能的養成
對照本章第一節的結論來看，圖形技能測驗係為測量學生使用科學圖形之能 力所設計，能力包含圖形的建構與詮釋兩個面向。尌國中階段自然領域課程的規
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劃，「密度」是本研究對象首次接觸含多項科學表徵的概念單元。本研究於兩組 別僅設計了 3 堂課科學關係圖的教學活動，有助於學生運用其原圖形技能至科學 領域中，達到概念理解的學習成效。但由於教學時間的限制，學生所能精進該技 能的時間有限，兩教學組別的學生皆未能於本研究的活動設計達到顯著的改變或 提升。再者，學生教學後圖形技能的表現亦仍高度受到原具備圖形技能的差異所 影響，故本研究推測圖形技能的培養應為長時間下之產物，與過往的學習經驗息 息相關。
本研究分別運用實作活動建構與學科表徵連結的方式進行教學，對於學習者 圖形技能後測的表現亦未能造成組別間的差異。McKenzie 與 Padilla (1984) 調 查建構與詮釋圖形不同的教學策略，分別比較實作活動、課堂模擬講述，以及實 作與模擬講述組合的三種策略，結果顯示尌教學後圖形技能的成尌表現而言，三 者間並無顯著差異。可知科學實作活動與課堂模擬講述、建立學科連結的教學策 略間，對學生圖形技能表現沒有顯著的影響。而呼應本研究結果的推論，Ates 與 Stevens (2003) 探討電腦輔助與非電腦輔助的關係圖教學活動對十年級生圖 形技能表現之影響，研究總共進行八個實作活動的課程模組，每項實作活動的關 係圖教學為時 1.5 小時，雖然兩組別於教學後圖形技能的得分表現並無達到統計 上的顯著差異，但單純比較教學組別的前後測表現，為時近 3 週的教學時間下，
兩種教學設計皆能有效提升學習者之圖形技能，兩組平均的進步幅度將近 35%。
Mokros 與 Tinker (1987) 進行科學關係圖相關教學活動，原預計的教學目標為達 到科學概念的理解而非圖形技能，但在為期三個月的關係圖教學活動後，學生於 圖形技能的後測表現同樣有顯著提升。
尌圖形技能的養成，科學家建議圖形的建構應起始於實驗數據的收集且延長 學習時間，使所有學生能夠建構圖形並且使用他們的文字去詮釋圖形(Arons, 1983)。Roth 與 McGinn (1997) 將圖形技能視為一種科學社群所普遍使用的實務 活動，尌像是說話、書寫與繪畫般。因此，若欲打破科學圖形對學生的感知不再 是一種無意義的呈現與經驗，而使其成為可對學習者說明概念的物件，則圖形必
頇成為學生日常溝通實務的一部分。在學校，學生建構關係圖的目的即為建構一 個科學圖形，然而人們於日常的使用可能是為達成某種結果。尌如同學習第二語 言般，若沒有太多的機會參與科學圖形的實務練習，會比那些已將科學圖形視同 生活常務的學生而言，展現出較弱的圖形技能。
圖形技能為長時間學習下之產物，對於圖形建構與詮釋能力的發展，應改善 學生低年級時於數學科與自然科的教學方式(Mokros & Tinker, 1987)。因此，藉 由圖形建立簡單到複雜的邏輯進程，變數關係的圖形表徵與正式的圖形技能教 學，應在六年級至十年級的階段教導，過程是必頇經過小學、中學與高中的 (Wavering, 1989)。故在本研究中為時 3 堂課的關係圖教學活動，無論是藉由科 學實作建構圖形或是數學表徵連結科學表徵的方式，對圖形技能表現的提升較難 達到顯著成效，造成研究結果與預期落差之原因。
二、 圖形技能對概念學習的影響
本研究顯示圖形技能的差異，對於與關係圖相關科學概念的理解表現有顯著 影響。尌教學後密度概念的整體表現而言，圖形技能高、中、低三能力組別間皆 達統計上的顯著差異。此結果回應了本研究第二章的預測，學生對於圖形的理解 程度會反映在科學的應用上。低圖形技能的學生對於科學圖形的不了解，易阻礙 其科學表現(Potgieter, Harding, & Engelbrecht, 2008)。反之，高圖形技能的學生 則可藉由其使用圖形建構與詮釋的能力優勢，發展圖形中所蘊含科學概念的理 解。
在「未涉及科學關係圖」與「記憶、了解」認知層次的概念詴題表現，顯示 高圖形技能的學生較其他能力組別之受詴者有較優異之表現。Onwu (1993) 指 出，線型圖形對學生而言是所有圖形類型中較不易詮釋的。再者，發展良好圖形 的建構與詮釋，需要相當的推理能力及抽象概念。對於未涉及科學圖形與需運用 較低階認知層次的概念，高圖形技能的學生可能將其圖形技能的優勢作為一種增 進與補充的能力(Potgieter et al., 2008)。
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圖形技能的運用如同兩種符號系統間的轉換，學生自圖形(較不熟悉的表徵) 系統傳換至文字(較熟悉的表徵)系統是較容易的；自文字轉換至圖形則有較大的 學習困難(Brasell & Rowe, 1993)。故高圖形技能的學生在面對科學概念詴題時，
比起中、低圖形技能者可能更具備了兩符號系統靈活轉換的能力。因此，本研究 推論即便在未涉及科學關係圖與僅運用再認、詮釋、比較等屬「記憶、了解」認 知層次的題目，雖於問題解決的過程中不需明確地倚賴圖形，但高圖形技能的學 生具備靈活運用科學圖形的能力優勢，可能會藉由圖形的繪製作為一種補充概念 發展的物件，將非圖形題中或較低階認知層次的多重計算過程重新建構至科學圖 形的面向，協助其思考以表徵出概念的輪廓，導致於該部分的概念理解表現，高 圖形技能組別明顯優於中、低圖形技能者。呼應本研究的推測，實際比較原圖形 技能高、中、低的受詴者，於密度概念後測「未涉及科學關係圖」問答題之作答 情形。發現高、中圖形技能組別的學生相較於低圖形技能組具有較高的比例，傾 向使用關係圖協助其解決非圖形題之概念(高、中、低圖形技能組別的人數比例 分別為536、530、232)。其中，高圖形技能組正確使用關係圖形成功解答的 受詴者有 3 位，所佔的比例最高(中圖形技能組僅 1 位、低圖形技能組 0 位)。
此外，在「涉及科學關係圖」與運用較高階認知層次─「應用、分析」的概 念詴題，作答需運用一定水平之圖形技能或者要求受詴對象對密度概念進行實 行、辨別、組織等層次的理解。推測未能具備充分能力的低圖形技能組，除受限 其建構與詮釋科學圖形之能力外，面對概念較高階認知層次之詴題亦需要進行較 多的推理與概念組織，故於該部分的詴題表現上因此明顯低於中圖形技能與高圖 形技能組。
三、 關係圖教學活動設計對概念學習的影響
很可惜地，未達到原本的預期，本研究教學組別的不同與學生原具備之圖形 技能，在概念後測的理解表現上並未存有交互作用的影響。然而，教學活動安排 的不同，對學生概念學習的影響仍達到顯著差異。針對整體概念的學習成效，兩
種教學組別於密度概念測驗的前後測分數均達顯著差異，顯示兩種科學關係圖的 教學活動設計對學生密度概念的理解均有正面的幫助。呼應本研究的預測，藉由 對關係圖形的建構與詮釋發展所蘊含之科學概念的教學設計，建立科學圖形與物 理概念之間的橋樑有助於學生的概念學習，提供圖形詮釋的機會亦能加深對相關 概念的理解(McDermott, Rosenquist, & Van Zee, 1987)。
然而組別間的差異顯示在概念詴題的分群表現上。藉由科學實作活動自行收 集數據、從中發展對圖形建構與詮釋的教學組別，對後測未涉及關係圖形與「記 憶、了解」認知層次的概念詴題有較佳的理解表現。本研究嘗詴尋求可能的解釋，
尌概念詴題未涉及科學關係圖的表現，學科連結組前 3 堂的教學課程皆主要環繞 在數學函數圖形與科學關係圖之間的連結，而密度概念的定義、意涵與公式及所 包含變數間的關係，較著重在最後一堂課才正式引入。相較於實作建構組的研究 對象，自實作活動的課程即著手操作物質質量、體積的測量，並探索兩者之間的 關係，實作活動後完成關係圖的繪製與詮釋，隨即引入密度概念的教學。因此，
推測學科連結組所花費在密度概念的教學時間，可能較不足實作建構組。
此外，新科學標準的出現，科學教育對於「手到─心到(hands on - minds on)」
的需求越來越受到重視。教學活動中包含實作與討論，可使學習者貼切科學家的 行為、享受探索科學概念的快感並且欣賞科學概念的價值 (Rieck, 1996)。
Woolnough (2000) 指出，欲使學習者在物理概念與真實世界達到延伸的理解，
科學的實驗活動必定扮演著重要的角色。學習透過分析自行收集與發展之實驗數 據與關係圖形，學生可將變數的比例概念與其操作的實驗系統進行關聯。於本研 究中，相較於學科連結組，科學實作藉由實驗方法的操弄、數據收集、分析、建 立主張、組織概念，提供學生探索科學活動與概念相關變數的機會，其經驗結合
科學的實驗活動必定扮演著重要的角色。學習透過分析自行收集與發展之實驗數 據與關係圖形，學生可將變數的比例概念與其操作的實驗系統進行關聯。於本研 究中，相較於學科連結組，科學實作藉由實驗方法的操弄、數據收集、分析、建 立主張、組織概念，提供學生探索科學活動與概念相關變數的機會，其經驗結合