一 一 一
一、 、 、何謂概念與 、 何謂概念與 何謂概念與概念的成因 何謂概念與 概念的成因 概念的成因 概念的成因
概念是個人對外在世界認知的基本單位，透過事物概念化的過程中，提供了 解新知識的基礎。而概念的學習發展，就是隨著學習經驗而重複進行同化與調適 的過程（林素華與劉燿誠，2010）。Duit 和 Treagust (1995)指出兒童科學概念主要 來源有下列六種：（一）感官的經驗；(二）語言的經驗；（三）文化的背景；（四）
同儕團體；（五）大眾媒體訊息；（六）學校的科學教育（引自石曉芳，2004）。
張容君和張惠博（2007）綜合 Vygotsky、Werner 以及 Piaget 三位心理學家的理論，
提出幾項結論，一為他們都承認有概念發展的現象，且都認為成長的過程是成 熟、學習和發展三個生理或心理上的觀點交互作用的結果；其次，外在環境佔有 很大的份量；另外，他們也都認為認知主體在成長的過程中是扮演主動的角色。
學習自然科學過程中學生先備的另有概念(alternative conceptions)或迷思概念 (misconceptions)已被廣泛的研究。在科學教育的範疇中，另有概念和迷思概念指 的是學生對自然現象所產生的錯誤想法(Baser & Geban, 2007)，其與正確的科學概 念是相互矛盾的(Chambers & Andre, 1997)，與當前公認的科學理論有差異（楊坤
原和張賴妙理，2004a，2004b）。
Stepans、Beiswenger 和 Dyche (1986)曾指出學生的另有概念可能來自於六個 方面：（一）教師對於學生的另有概念缺乏覺察及興趣；（二）日常生活語言和隱 喻；（三）假設「只要教就立刻能夠學會」；（四）假設「從言談用字就可代表是 否理解」；（五）教科書對概念的呈現方式；（六）過度運用講述法（引自石曉芳，
2004）。以上為教學常犯的錯誤，故本研究欲透過論證活動，供學生有機會與同 儕進行討論，並透過寫作建構自己的知識、論點，以避免過度倚賴教科書上及教 師講述的內容，形成另有概念。
二 二 二
二、 、 、概念改變教學 、 概念改變教學 概念改變教學 概念改變教學
Savinainen、Scott和Viiri (2004)指出過去三十幾年的研究發現，學生對科學課 程裡的自然現象具有先備的概念和信念，而這些想法和我們一般認同的科學觀點 不同，且難以改變。因此如何促成概念改變是科學教學的一大挑戰，光把注意力 放在設計教學的程序上是不夠的，教師如何對這些程序進行計畫與執行也相當重 要。其研究中提及Brown和Clement (1989)所提出的橋樑策略(bridging strategy)具 備四步驟：（一）訂一目標問題，明確將另有概念列入考量；（二）教師提出一類 似的情形及例子；（三）教師要求學生將此類似的例子與目標問題做明確的比較，
以類推兩者間的關係；及（四）如果學生不接受此類推結果，教師需在此例子與 目標問題中找出居中的橋樑做連結。
梁志平與佘曉清（2006）指出要讓學生的學習可以產生概念改變需要有以下 的策略：（一）分析此科學概念的概念架構；（二）檢測學生關於此科學概念的先 存概念；（三）提供一個「衝突」情境，讓學生的概念無法理解或解釋；（四）透 過演示、實驗操作提供科學概念，進而促使學生概念改變；（五）提供另外一個 學習情境，探測學生是否真的利用新建的概念解決問題；（六）提供適當的反省 機會，讓學生回想整個概念改變的過程。
邱美虹（2000）在概念改變研究的啟示與省思中，整合提出幾項教學策略作 為改進教學、促進概念改變的參考：（一）CBI 教學：學生需了解本體論類別的 性質，以一種緩慢和投入的態度經由一般知識獲得的過程來學習這些概念，並重 新確認這些屬於過程類別的實體。（二）類比教學：Glynn 和他的伙伴 (Glynn, 1991;
Glynn, Duit, & Thiele, 1995)曾提出六步驟的類比教學模式：介紹目標概念、引導 回憶類比概念、確認目標物與類比物的重要屬性、對應相似性、說明類比不適用 處、提出結論。（三）科學史的認知分析教學：Nersessian (1992)指出，唯有對科 學發現的過程以認知的角度加以分析，才有助於學生學習科學家的思維方式、瞭 解科學概念的演進、進而建構推理的過程。（四）概念衝突：激發受試者面對個 人既有知識架構與科學活動結果出現不一致時，重新調適與組織，以形成新的知 識體系達概念改變的目的。（五）動態評量的運用：評量個體的表現在引導的情 境中互動的結果，提供「學生能學些什麼，而非他們已學會了什麼」的潛能發展 指標。除此之外，教學所帶來的影響除了概念的改變外，還可從創造力的培養、
先前知識與後設認知的培養等兩點來觀之。
Lawson (2003)亦提到，理論上，假設─預測推理技能和概念改變相關，因為 只有當存在另有概念且必須決定使用何種概念時，改變才會發生。Baser 和 Geban (2007)將研究對象分為兩組，一為接受概念改變教學的實驗組，一為傳統教學的 對照組，研究結果顯示受概念改變教學的七年級生在了解熱與溫度的觀念上有較 大的成就。
本研究的論證活動，欲使學生透過與持不同論點的同儕對話，產生概念衝突，
讓學生徹底思考與反省，促使概念改變的產生。
三 三 三
三、 、 、另有概念診斷工具和方法 、 另有概念診斷工具和方法 另有概念診斷工具和方法 另有概念診斷工具和方法
教育研究者發展出許多策略來瞭解學生另有概念的情形，其中最常被使用的
法同時收集大量樣本資料；概念圖的繪製會受到學生學習經驗與能力的影響，同 時也不容易教會學生繪製概念圖；紙筆測驗主要有開放式問答題、選擇題與二階 層診斷式測驗(two-tier diagnostic instrument)三種，開放式問答題需要花費大量時 間進行評分與信度的校正，傳統式診斷測驗則採用選擇題形式，雖有客觀評分標 準，但無法真確知道學生的選答理由，且易受猜測因素的影響，而二階層測驗是 為改善晤談法與診斷式傳統紙筆測驗的缺失所設計（楊凱悌、邱美虹和王子華，
2009）。
二階層測驗中的每個試題都包含兩個部份，均為選擇題形式，第一階層主要 在提供一個情境來讓學生選答，以瞭解學生對於所欲探討之概念理解的情形，第 二階層則為第一階層作答的理由，藉以診斷學生持有的概念與想法為何（楊凱悌 等人，2009）。Treagust (1988)將發展二階層測驗的流程分為三階段十步驟：（一）
定義內容階段：確認命題敘述、發展概念圖、建構命題知識和概念圖之間的關聯、
效化內容。（二）獲得學生迷思概念的資料階段：檢定相關文獻、進行無結構式 的學生晤談、發展多重選擇題，內容包括自由回答部份。（三）發展診斷性測驗 階段：發展雙層選擇題式診斷性測驗、設計細目檢核架構表、繼續不斷修訂。林 財庫和林慧潔（2003）的二階段式診斷工具的施測即針對第一階段的紙筆測驗（半 開放式筆試)施測結果進行資料的建檔、轉錄、編碼、校正、識別、歸類、再校正、
排序、再校正等一系列反覆精煉的程序，整理成初步的雙層試題，再發展能更深 入探索受測對象之既有概念的「半結構性測後晤談問卷」，此半結構性問卷的設 計仍是分為兩層，第一層是單選題，第二層是第一層選項的理由陳述及施測者對 陳述內容之即時執疑的回覆內容，針對有疑義的地方深入探索，期使學生的每一 個回答都有可能被分析，被建構出意義（林財庫，2004）。
陳均伊、張惠博和郭重吉（2004）對於開放式、封閉式、選擇題與二階層測 驗問卷等評測方式提出五點限制：（一）問卷內容的命題陳述宛如試卷，會影響
學生作答的情緒與反應。（二）學生用猜測的方式作答：在二階層測驗問卷中，
學生可由第二階段中理由選項的敘述，依照邏輯推理，猜選出第一階段的答案，
因此問卷所診斷出的另有概念並非是學生所抱持的真實想法，而是經由推理或直 覺判斷後，篩選、猜測而得的理由，故診斷結果可能高估或低估學生對概念的理 解程度。（三）學生不易理解問卷命題的意涵：多數問卷內容的描述常使用特定 的專有名詞，在敘述上過於學術，學生閱讀時易對命題的陳述產生困惑。（四）
學生觀點的差異性：二階層測驗問卷內容會因學生的看法不同，將第二階段中正 確的理由視為第一階段中選項的重複敘述，並認為累述不是最合宜的理由而選擇 其他的答案。（五）缺乏學生欲選擇的答案。
Giriffard 與 Wandersee (1999)曾指出二階層測驗僅能確認另有概念的類型，難 以深入理解概念間的錯誤連結與另有概念的成因，對於教學恐無實質的助益。因 此，為瞭解學生的另有概念及成因，除利用問卷進行診斷外，尚須輔以晤談、課 室觀察，蒐集學生在上課時所填寫的學習單、報告的投影片和學習的歷程檔案等
（引自陳均伊等人，2004）。
四 四 四
四、 、 、論證與科學概念的關係 、 論證與科學概念的關係 論證與科學概念的關係 論證與科學概念的關係
Aufschnaiter 等人(2008)在探討論證與科學知識(scientific knowledge)的研究中 指出，學生會根據先前的經驗或知識來論證，而論證活動可使學生強化他們的固 有知識，同時精進其對科學的理解、提高抽象思考的層次。論證不只在學習如何 建構論點，亦能在論證的過程中學習科學，藉由與持對立觀點的同儕間的合作學 習，可以促進學生的知識和理解。林燕文、洪振方（2007）認為「對話論證的探 究」能促進學習者對科學概念的理解主要是因為這樣的學習歷程是具批判、反 思、社會情境、以及後設認知的特質，並且強調同儕的合作認知與教師的支持輔 助來促進學習者對科學概念的理解。
蔡俊彥等人（2008）以 115 名國小五年級學童為研究對象，以「光的行進」
為主題，使用 Toulmin (1958)的論證模式做為論證教學及分析依據。研究結果發 現迷思概念組受試者的論證能力明顯低於正確概念的受試者；而在證據的使用 上，正確概念組受試者較迷思概念組受試者更能正確使用證據；另外，在 Toulmin 論證系統的論證活動中，迷思概念組受試者只有少數產生概念改變者。由此可知 學生論證能力的好壞會使得科學概念學習產生差距。
為主題，使用 Toulmin (1958)的論證模式做為論證教學及分析依據。研究結果發 現迷思概念組受試者的論證能力明顯低於正確概念的受試者；而在證據的使用 上，正確概念組受試者較迷思概念組受試者更能正確使用證據；另外，在 Toulmin 論證系統的論證活動中，迷思概念組受試者只有少數產生概念改變者。由此可知 學生論證能力的好壞會使得科學概念學習產生差距。