電腦模擬教學與相關研究

一、電腦模擬教學的意義

資訊融入教學在台灣教育環境已經相當普及，而電腦模擬是資訊融入教學的 其中一種方式。Wichmann、Gottdenker 與 Jonassen（2007）認為電腦模擬教學是 使用電腦建立模型來模擬真實環境，能使抽象概念具體化，適切的表徵可以協助 學生了解現象。電腦模擬與電腦動畫尚存有差異性：電腦動畫依一定的程序呈現 相關內容；但學習者可藉由電腦模擬軟體改變參數或變因，進行各種探究活動（黃 福坤，2006）。

電腦模擬不能只是重複同一種真實現象，尚須藉由省略、改變、增加細節或 特色來簡化表現。這類簡化的模型能夠幫助學生建立自己的心理模型，並且提供 學生練習、嘗試與探究的機會（Alessi & Trollip, 2001）。學生能利用電腦模擬在 安全且有效率地的前提下改善自己的心理模型。

林秀美（1996）認為電腦模擬可以提供學生一個開放的空間，使學生能有嘗 試錯誤、把握重點的機會，以獲得知識遷移、判斷及自主學習的能力。廣義來說，

電腦模擬透過軟體程式暫時地創造出符合現實的情境，並利用因果的關係相互連 結；狹義來說，電腦模擬能協助學生縮短真實與抽象的差距，學生的主動投入與 操作，將提高學生的學習動機（Lee, 1999）。

現實生活中有很多情境可能因危險、高額花費或觀察時間冗長等因素不適合 學習者親自嘗試，但透過電腦模擬的途徑，可以學習者體驗和了解真實情境發生 的反應（楊美雪，1992）。

善用電腦模擬於教學情境中，不僅可以發現學生另有概念，更可製造認知衝 突，藉由學生同儕互動並透過操控軟體探究學科概念，也可提供學習者自行建立 並驗證模型的機制（Zhang, Krajcik, & Liu, 2006）。

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二、電腦模擬教學的優點

科學家以電腦作為科學探究已是日漸普遍的情形，學生所從事的科學活動，

應當扮演類似於科學家，教師應在適宜的單元採用電腦模擬作為協助學生的方法。

歸納電腦模擬融入教學的優點如下（引自王士文，2008）：

(一)程序性的動作：當文字描述或靜態圖片無法呈現出程序性的動作時，即可 藉由電腦模擬動畫清楚的呈現出來，例如減數分裂的過程中，染色體複製、

分裂等變化情況。

(二)微觀現象或知識：有些知識、觀念、現象因為過於微小或是平時難以見到，

造成學生產生學習上的問題。若能進行直接觀察將助於學生概念的建立，透 過電腦模擬展示便是一個很方便的媒介，例如細胞內染色體的數量與排列，

或染色體上基因的分佈。

(三)巨觀現象或知識：演化、地殼的環境變動、天文現象，這些現象必須等待 較長時間才能看到結果，利用電腦模擬軟體可以迅速的讓學習者觀察結果，

縮短時間效益，增加經驗。

(四)引起學生動機：學生利用電腦模擬可以控制輸入參數與觀察輸出結果，學 生能自由探索輸出的結果。學生經過親自動手做這種「做中學」的方式相較 於傳統課室被動學習知識，更能提升學習動機並達成學習目標。

(五)可應變突發的情境：自然環境中天氣和地形是多變的，駕駛員可藉由模擬 系統呈現各種不同指令下的操控結果。利用電腦模擬將可能發生的情況進行 預演，學生可以縮短實際面對狀況時做出相對應變的時間。

(六)抽象概念的介紹：電腦模擬能協助學生縮短真實與抽象的差距，藉由聲音、

圖形、影像、動畫等方式，幫助學生對抽象概念產生具體意義。例如使用電 腦模擬軟體幫助學生學習牛頓運動定律、光學這些不具有真實影像的抽象概 念，可以輔助學生主動建構正確的科學概念。

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三、電腦模擬教學的限制

電腦模擬可將複雜的真實世界簡化呈現，但學生常誤認現實情況與電腦模擬 一模一樣。在飛行員模擬軟體上，電腦所呈現的資訊越接近真實越好，但在課堂 教學上，學生須藉由簡化的模式，學習概念或現象的程序。電腦模擬提供學生探 索、練習的機會，並幫助學生建立心理模型。但過度簡化會造成失去其真實性的 負面影響。因此在設計電腦模擬軟體，要注意真實性與簡化之間的平衡點（引自 陳郁雯，2004）。

任何教學媒體或教科書可能存在設計者的偏見，在電腦模擬教學也不例外，

學生在操作電腦模擬時會不知不覺接受這些訊息，因此除了設計者必須明確地解 釋軟體本身的限制，教師對電腦模擬軟體的設計也要有充分的認識與了解，才有 能力發現電腦模擬內容所隱含的偏見與缺失（引自陳郁雯，2004）。

葉玉珠（1999）指出一個良好的電腦模擬課程最少必須具備三個要件；信度、

效度與實用度。效度為實際生活情境與電腦模擬呈現真實性的表現程度；信度意 指教師使用電腦模擬教學，學生的學習過程和學習成效的一致性和穩定性；實用 度意指電腦模擬教學符合經濟效益的程度。除此之外，教師在進行電腦模擬課程 設計時，應考慮課程的真實性、課程目的、學生的程度、動機因素、引導性的練 習、有意的學習及內省的教學。

四、電腦模擬教學融入遺傳單元

魏金財（1992）利用遺傳模擬軟體 GESP，此互動式實驗情境能刺激學生邏 輯思考，有效協助學生建立正確概念。賴正山（1992）使用資訊軟體融入國小六 年級人類特徵遺傳單元，相對於傳統講述教學，學生對於使用資訊融入的教學方 式表現較佳的學習效果。何秋萱（2004）使用 Flash 軟體融入遺傳教學，藉由 Flash 模擬減數分裂的過程，能降低抽象思考的層級，有助於學生概念改變與知識的建 構。黃美娟（2004）使用電腦模擬孟德爾遺傳實驗對照實地種植教學進行研究，

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發展電腦模擬軟體除了節省時間外，還能增進學生的歸納能力並提升學生的學習 態度，學生的認知成就相較傳統式教學有較佳的表現。陳怡仁（2007）透過不同 資訊軟體的搭配遺傳單元教學，發現較複雜、抽象、連續性的概念，適合使用操 作模擬軟體的方式進行教學，其中模擬過程的呈現佐以文字說明，有助於學生理 解概念。

本 研 究 選 擇 運 用 The Concord Consortium 公 司 製 作 的 電 腦 模 擬 軟 體 Pedagogica 進行教學。此軟體以許多樣貌的小恐龍為主題，學生可以自由操作基 因的型式去改變小恐龍的外觀，甚至控制子代恐龍的性狀

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