動畫的使用方式如何影響高二學生的化學學習 —以電化學單元為例

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(1)國立臺灣師範大學理學院科學教育研究所碩士論文 Graduate Institute of Science Education College of Science. National Taiwan Normal University Master’s Thesis. 動畫的使用方式如何影響高二學生的化學學習 —以電化學單元為例 The Impact of Different Ways to Use Visualization on High School Students’ Learning in Electrochemistry.. 林佳穎 Chia-Yin Lin. 指導教授：吳心楷博士 Advisor: Professor Hsin-Kai Wu. 中華民國 109 年 1 月 January, 2020.

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(3) 謝辭就讀科教所是從 104 學年度開始，中間休學一年，至今也讀了快四個年頭，感觸甚深。在科教所的期間，真的豐富了我很多關於教師之路的知識及能力，就在此感謝在科教所中一路給予我學習經驗以及陪伴我成長的人。首先，有這本論文的產生，感謝從題目發想一路指導我的吳心楷老師，先前上過心楷老師關於科技融入教學的課程，感受到老師的嚴謹以及老師在研究領域上專業的態度，除了令我崇拜之外，也期望在老師的指導之下進行在科學教育領域的磨練，因此選擇了吳心楷老師。過程中，雖然偶爾蠻害怕令老師失望，但也因此更加鞭策自己，至少希望經過老師指導後，自己的論文能夠有較佳的品質，也算是在這些年，自己一個努力的成果，不愧對自己與老師，也謝謝老師在路上聽我分享一些關於兼課的事，給予我鼓勵。再來想感謝的是邱美虹老師，覺得受益良多的是老師開的科學學習心理學的課程，真的令我難忘。在課堂當中，了解關於在科學教育領域上重要的研究，理解與學習整理文獻，給予我很多對於科學教育的熱情，了解關於概念衝突、建模以及不同的教學方式對於學生的影響，再加上邱老師的博學多聞及在課堂當中分享的經驗，真是令我收穫滿滿，也曾參與與幫忙邱老師與科技部或其他教育單位辦理的活動，都更令我增廣見聞，看見邱老師在化學教育投入的心力，給予我更多的動力投入於未來的教師路上。在科教所的期間，雖然沒有修過所有老師的課，但以能身在其中而感到幸福，每位老師都有各自的專業，謝謝親切的顏妙璇老師當時在課程當中給予我鼓勵與建議，也謝謝張俊彥老師，在我研究上所需的平板工具給予支持，在科教所能遇見這些老師、上過他們的課，真的與有榮焉。再來感謝在科教所的同學們，與他們實際相處的時間其實算來僅有進科教所的第一年，但是可以感受到大家在自己領域的企圖心，以及都有份投注教育的熱忱在，與大家一起努力的那一年，也算是在科教所期間很快樂的時刻，雖然與同學們畢業的期限有所落差，但是看到同學們已在自己的崗位及領域上發光發熱，更促使我要更加努力達成自己的目標。謝謝妤安，難得遇見的活力好夥伴，除了心靈相通之外還陪我上山下海？謝謝宜諺，是我搭訕成功的第一位科教所同學 I.

(4) ^_< 謝謝你願意與我一同切磋學習然後一起耍廢，一起瞎聊一起度過科教所時光，也謝謝陪我度過可怕的美虹時光？謝謝郁璇、Max、靖晟、政修，一路的好同學們，還有同門師妹闕岑樺，希望我們都能一起為教育有所貢獻；也謝謝協助我完成論文的學長，簡頌沛、李韋賢，給予我諸多建議及鼓勵。當然最重要的總是放在後面講，就是我這生當中難能可貴的 BFF，我最好的朋友們，#周陳許林曾，玟婷、珈瑋、庭瑀以及維雨，一路上對於我「老師」身份的支持，聽我述說學生的事、伴我度過還沒成氣候的這幾年，一起玩樂一起大笑一起厭世（我沒有）；還有#當我們一起走過十年的小菜慧宜、欣樺、佩瑾、大妹子穎，從學生時代一起走過且不可或缺的重要人物，給予我心靈上的支持與祝福；以及遠在台東工作的詠安，在忙碌之餘還偶爾捎來一份溫暖的問候，讓我知道她還是記得我，也在我半工半讀的期間，讓我能去小安比樂偷閒放鬆，暫時忘卻煩惱，享受台東的綠生活。我朋友真的不多，但幸好最重要的你們一直都在，真的一言難盡，只覺得很幸運，一路有你們對我的期望，才能繼續支持我在教師路上的堅持。還有最重要的家人，沒有家人就沒有我，謝謝爸爸媽媽給予我的資源，讓我選擇我想走的路，不論是要完成學業，還是工作。雖然這段時間有點長，但是爸爸媽媽還是我最重要的後盾，更讓我想努力達成目標，不辜負家人的期望，謝謝爸爸媽媽讓我過著衣食無虞的日子，以及我最愛的弟弟，包容我的任性和脾氣，最親愛的爺爺，偉大地為家裡的付出，如此疼愛我們，讓我們從小到大都無憂無慮，沒有爺爺也沒有我們現在的成就，從小最照顧我最愛我的阿嬤，只希望爺爺奶奶能一直身體健康，陪我度過未來人生重要的階段。最後最後，我的學生們。在就讀科教所的四年當中，其中除了在知識層面中的收穫之外，就是自己兼課所得的實務經驗了，在這段其間，一共待了三間學校，每間學校為我帶來的經驗都是難以忘懷且深刻，畢竟我還是教育領域的生手。我非常感謝在這三間學校，學生給予我的回饋，以及讓我學習到的事，雖然不全面是正向的，但是都給予我在教師之路的養分，從#我的第一屆高三生，不同的班級，讓我看見教學的現況，學生的處境以及我該面對的現實，給了我很大的學習課題；而隨著到了第二間，第三間學校，值得開心的是，在我的教學及課程上有了一些不同的轉變及進步，讓我更有自信地面對教師這份工作。當然，中途還是 II.

(5) 免不了內心的一個聲音「我真的適合當老師嗎？」，不論是在哪間學校，偶爾都還是有想逃避的念頭，很想放棄，但是，一看到學生發光的眼神（是發光嗎？），還有終於學起來你反覆不停講的概念，有多神奇的是，什麼挫折什麼不想當老師的念頭，又會被拋在腦後，只想好好地做好「老師」這份工作，甚至有時我沒看成是工作，只是想帶給學生一些什麼，不論是化學知識或是正向的影響，只是想享受在教學的當下，我真的覺得，教師就是我的天賦職業了。謝謝我所教過的學生給予我的養分，其實我不知道在我成為正式教師的路上還會面臨什麼挑戰，或許我又有放棄的念頭，但我確定的是，我會不斷不斷被某一群學生又再重新燃起熱情，藉著這本論文的產生，希望自己永遠記得這份教學動力及初衷。最後附上總是在我心上，給予我動力，或許也能給其他人動力的幾句話，共勉之。. -. Once you know which is the right path, how long it takes doesn’t quite matter.. -. When you feel like giving up, remember why you held on for so long in the first place.. 更感謝一路堅持到現在的自己，願我繼續成長茁壯，往後在看這篇謝辭的同時，想到有這麼多人對我的期望，警惕自己，帶著知足感恩的心，繼續踏上人生的旅途，漫長且有意義。#我的教師路 #不是科教所太難讀，是我捨不得離開。. 撰於 2019 年 11 月 27 日林佳穎. III.

(6) IV.

(7) 摘要. 本研究以中學所提到的電化學概念為例，欲探討不同的動畫使用方式，分別是「僅觀看動畫(Visualization)」（稱為 V 組），讓學生在「觀看動畫後畫圖(Drawing)」（稱為 VD 組），以及讓學生在「觀看動畫後製作動畫(Animation)」（稱為 VA 組），對於學生的學習成效及科學學習動機有何影響。本研究以一所市立高中，一類組的高二學生為研究對象，共三個班級，109 人，課程模式採用 VGEM （Visualize, Generate, Evaluate, Modify，觀看、產出、評析、修正四個階段），僅其中的 V 組無產出的階段，但三組教學時間一致。研究工具包含量化的概念診斷測驗、科學學習動機量表，進行前、後測及延宕測驗；質性資料來自焦點學生在課程中的對話錄音以及 VD 組、VA 組學生的成品。研究結果顯示，V 組、VD 組、VA 組之間在電化學概念上並無顯著差異，但是僅觀看動畫的 V 組，較無法提升關於電荷平衡的概念，而 VA 組對於微觀層次和多層次概念的記憶滯留是有顯著的效果，且透過製作動畫能夠有效地減少學生的另有概念；除此之外，VD 組、VA 組因產出方式的不同，在過程中也有很大的差異，VA 組比 VD 組有更高的比例是與化學概念相關的對話，且能夠應用更多的先備知識，雖然三組之間在科學學習動機上並無顯著差異，但是讓學生經過畫圖或是製作動畫的產出方式，經過組內前後測的比較，結果顯示有助提升其學習動機。. 關鍵詞：多媒體、化學學習、電化學、動畫、畫圖、製作動畫、科學學習動機. V.

(8) VI.

(9) Abstract This study aims to explore how different ways of using visualizations influence. students’. conceptual. understanding. and. learning. motivation. in. electrochemical concepts. 109 eleventh graders from three classes in a municipal high school were assigned to three groups: “visualization only” (V group), “drawing after watching the visualization” (VD group), and “creating animation after watching the visualization” (VA group). The instruction sequence used for the three groups followed a VGEM model (Visualize, Generate, Evaluate and Modify), except V group which did not have the “Generate” stage. All groups spent the same amount of time learning the concepts. In this mixed-methods study, multiple sources of data were collected including pre-, post-, and delayed-tests of students’ conceptual understanding, pre-, post-questionnaires of students’ motivation toward science learning, video recordings of focus students’ classroom conversations, and drawings and animations created by the VD and VA groups. The research results showed no significant differences in the total scores of the concept tests between the three groups. However, the item analysis revealed that V group improved less on the concepts of charge balance while VA group showed a significant effect on the memory retention of the concepts at the microscopic level and across multiple levels. The results also suggested that creating animations could effectively reduce students’ alternative conceptions. Additionally, VA and VD groups demonstrated different patterns in their conversations due to the different visualizations they created. VA group had a higher proportion of dialogues related to chemical concepts and applied more prior knowledge than VD group. Although no significant difference was found in the science learning motivation between the three groups, the paired sample t-tests within the groups showed significant increases in motivation in VA and VD groups. This suggested that drawing figures or making animations enhance students’ motivation.. Keywords: multimedia learning, chemistry learning, electrochemistry, chemistry education, visualization, drawing, student-generated animation, motivation VII.

(10) VIII.

(11) 目次謝辭······························································································ I 摘要····························································································· V. ABSTRACT ················································································ VII 目次···························································································· IX 表次···························································································· XI 圖次·························································································· XIII 第壹章緒論 ··················································································· 1. 第一節研究動機與背景 ································································· 1 第二節研究目的與問題 ·································································· 3 第三節名詞釋義 ··········································································· 4 第四節研究範圍與限制 ·································································· 5 第貳章文獻探討 ············································································· 7. 第一節學生在電化學概念的學習 ······················································ 7 第二節使用多媒體工具對於學習化學的幫助 ····································· 14 第三節學生建構表徵輔助動畫學習的影響 ········································ 21 第參章研究方法 ··········································································· 29. 第一節研究設計 ········································································· 29 第二節研究對象與研究流程 ·························································· 32 第三節教學與教材設計 ································································ 34 第四節資料搜集 ········································································· 39 第五節資料處理與分析 ································································ 44 第肆章研究結果與發現··································································· 55. 第一節學習成效的異同 ································································ 55 第二節在產出階段的異同 ····························································· 66 IX.

(12) 第三節科學學習動機的異同 ·························································· 76 第伍章結論與建議 ········································································ 81. 第一節結論··············································································· 81 第二節討論··············································································· 82 第三節研究限制與建議 ································································ 86 參考文獻 ······················································································ 89 附錄··························································································· 100. 附錄一概念診斷測驗 ·································································· 100 附錄二科學學習動機量表 ···························································· 103 附錄三課堂學習單（V 組） ························································· 108 附錄四課堂學習單（VD 組） ······················································· 109 附錄五課堂學習單（VA 組） ······················································· 110 附錄六評析學習單 ····································································· 111. X.

(13) 表次. 表 2.1.1 電化學的概念 ............................................................................................ 7 表 2.1.2 化學層次與其相關的電化學概念.............................................................11 表 2.1.3 關於學生在學習電化學常見的另有概念 .................................................12 表 2.2.1 多媒體在教學和學習上的角色與說明 .....................................................15 表 3.1.1 三個組別的教學設計 ................................................................................31 表 3.3.1 教學內容的說明........................................................................................35 表 3.4.1 概念診斷試卷之題目 ................................................................................41 表 3.4.2 動機量表中的題目範例 ............................................................................42 表 3.5.1 VD 及 VA 組的成品編碼表.......................................................................46 表 3.5.2 化學概念的評分表 ....................................................................................47 表 3.5.3 VD 組、VA 組學生成品的編碼範例 ........................................................48 表 3.5.4 VD 及 VA 兩組在產出階段的對話編碼表 ...............................................51 表 3.5.5 資料處理及分析........................................................................................54 表 4.1.1 成對樣本 T 檢定分析組內概念診斷測驗之結果 .....................................56 表 4.1.2 ANOVA 比較三組間概念診斷測驗結果 ..................................................56 表 4.1.3 概念診斷測驗中的各項概念 ....................................................................57 表 4.1.4 成對樣本 T 檢定分析組內在測驗中的各個概念 .....................................58 表 4.1.5 以 ANOVA 分析比較三組在測驗中的各個概念 .....................................59 表 4.1.5 以 ANOVA 分析比較三組在測驗中的各個概念（續）..........................60 表 4.1.6 含另有概念的題號及其選項 ....................................................................60 表 4.1.7 以成對樣本 T 檢定分析各組學生具有另有概念的比例..........................61 表 4.1.8 化學層次以及題號的對應 ........................................................................63 表 4.1.9 以成對樣本 T 檢定分析三組在微觀層次題目的表現 .............................64 表 4.1.10 以 ANOVA 比較三組微觀層次題目的表現 ...........................................65 表 4.1.11 以成對樣本 T 檢定分析三組在多層次題目的表現 ...............................65 表 4.1.12 以 ANOVA 比較三組多層次題目的表現 ...............................................66 XI.

(14) 表 4.2.1 VD 組及 VA 組的成品結果.......................................................................70 表 4.2.2 產出階段的對話編碼統計 ........................................................................72 表 4.2.3 VD 組及 VA 組在產出階段的對話在各項編碼中的百分比.....................73 表 4.3.1 以成對 T 檢定分析各組的動機量表在前測與後測的差異 ......................77 表 4.3.2 各組之調整前後的量表平均分數.............................................................78 表 4.3.3 三組於後測量表在各向度之主要效果檢定 ..............................................78. XII.

(15) 圖次. 圖 3.2.1 詳細研究流程 ...........................................................................................34 圖 3.3.1 V 組的學習單 ............................................................................................37 圖 3.3.2 VD 組的學習單..........................................................................................37 圖 3.3.4 評析項目的學習單 ....................................................................................39 圖 4.1.1 三組在各題選取另有選項的學生比例在前後的變化 ..............................62 圖 4.2.1 VD 組及 VA 組的成品 ..............................................................................69 圖 4.2.3 VD 組及 VA 組在兩階段的對話數量長條圖............................................74 圖 4.2.4 VD 組及 VA 組在兩階段的對話編碼其各項比例的圓餅圖.....................75 圖 4.3.1 三組在前後科學學習動機的高低比較長條圖 .........................................80. XIII.

(16) 第壹章緒論. 本研究旨在探討不同的動畫使用方式，是否會影響學生對電化學的概念理解及學習動機。研究中設計三種不同的動畫使用方式，分別是「僅觀看動畫」、「觀看動畫後畫圖」以及「觀看動畫後製作動畫」，以比較三組學生在學習之間的異同，以此提出在使用動畫的方式上對於教學的建議。本章則針對本研究的研究動機與背景、研究目的、研究問題、名詞釋義及研究範圍與限制做說明。. 第一節研究動機與背景. 電化學單元被列為化學課程中最為困難的單元之一，而教師的教學方式，也會影響學生的學習，例如 O. De Jong, Acampo 與 Verdonk (1995)在研究中指出，教師在教學電化學單元上會遇到的問題，Thompson 與 Soyibo (2002)也提到，高中生認為化學中最難理解的主題為電解。然而這些研究顯示電化學單元之所以很難學習，除了有新的化學專有名詞之外，其中原因是因為概念都很抽象(Bojczuk, 1982)。在巨觀層次上，學生需要知道電解質和非電解質的概念，電解的過程以及伏打電池；微觀層次上，學生需要了解在電解過程中，離子和電子的移動；而在符號表徵上，學生還要將此過程轉換成化學式或反應式(Osman & Lee, 2014)。學生會對於抽象的化學概念感到困難，尤其是在符號和微觀的表徵 (Ciplickas et al., 2009; Patrick J Garnett, Garnett, & Hackling, 1995; Pamela J Garnett & Treagust, 1992; Hameed, Hackling, & Garnett, 1993; Hamza & Wickman, 2008; Lin, Yang, Chiu, & Chou, 2002; Michael J Sanger & Thomas J Greenbowe, 1997a, 1997b)，原因在於「不可見」，化學是一門可視的科學（Chemistry is a visual science.）(Wu 1.

(17) & Shah, 2004)，若要讓學生發展對於化學概念適當的理解，可以做的方法就是讓化學表徵富有意義，將其「可視化(visualization)」(Gilbert, 2008)。因此，已有許多研究，是透過電腦的 3D 模型或動畫的方式，促進學生的科學學習及對於表徵的理解(Wu, Krajcik, & Soloway, 2001)。動畫的好處是除了能夠展示現象的連續性之外，也可以將看不見的微觀層次，包含原子、分子或離子間的化學反應過程，表現出來，而不只是讓學生「想像」。動畫著實有它有效之處，然而在什麼情況下放置動畫，更能促進學習者有效率的學習，也是值得探討的(Hegarty, 2004)。由於動畫的播放畫面稍縱即逝，因此學習者需要被更有效率地引導，才能有效學習，學生也需要具有一定的先備知識，否則對於動畫的內容可能就只是瀏覽，無法真正理解概念，甚至是產生欺騙性清晰（deceptively clear），亦即一段科學過程透過動畫的展現，能夠讓學習者記憶住，往往他們回憶起動畫的內容只停留在表面的特徵，卻認為他們已經理解了(Gerard & Linn, 2010)。因此，Zhang 與 Linn (2011) 認為，若讓學習者對於所看到的動畫，畫出他們的理解，能夠成功地加強動畫的學習，能夠讓學生專注在動畫中關鍵的特徵，使他們參與知識整合的過程。陸續有一些研究，不是只讓學生看已經準備好的動畫或圖片，而是讓學生建立自己的表徵(Tippett, 2016)，當學生在建立表徵的過程中，有助於對科學概念更進一步的理解。例如，學生在看完動畫之後，能夠產出一些圖形，對於動畫學習是有益的(Ainsworth, Prain, & Tytler, 2011; Hayes, Symington, & Martin, 1994; Van Meter & Garner, 2005)，因為學習者在畫圖過程中，會使用自我監控的策略，來產出一定品質的圖形，也能夠促進學生的參與(Prain & Tytler, 2012) ，但是畫圖這項工作，也可能引起學生正向或負向的情意(Dalebroux, Goldstein, & Winner, 2008; De Petrillo & Winner, 2005)；除了畫圖，讓學生製作動畫也是一種建立表徵的方式，Chang, Quintana, 與 Krajcik (2010)提到學生可以透過動畫繪圖軟體，利用先備知識，去建構出自己的理解，並且對化學反應及現象有自己的詮釋，而不是僅止於對看動畫的了解。Yaseen 與 Aubusson (2018). 因此，綜合上述研究，可得知「動畫」的使用，已是化學教學上普遍使用的一種多媒體方式，可協助化學概念上的可視化，但是「使用方式」對於學生的學 2.

(18) 習卻有不同的影響，無論是讓學生僅觀看動畫，或是讓學生有所產出，都有各自的研究結果顯示其優、缺點。因此本研究欲藉由學生普遍認為較為抽象的電化學單元，將過去研究中不同的動畫使用方式，分別設計不同的實驗組，來探討與比較學生在學習及動機的異同。. 第二節研究目的與問題. 過去已有研究顯示動畫的使用或是以繪圖方式輔助動畫，甚至是做動畫，各自對學習所帶來的好處，但並沒有比較對於動畫使用方式的不同，對學生學習成效的影響。因此，本研究設計三個實驗組別，分別是「僅觀看動畫(Visualization)」（V 組）的組別，一組為讓學生在「觀看動畫後並畫圖(Drawing)」（VD 組），最後一組為學生在「觀看動畫後製作動畫(Animation)」（VA 組），除了探討學生在電化學單元上的學習之外，在情意層面中，學生的學習動機是否有差異，期望能藉此研究，提供教師在教學中使用動畫方式的建議。. 因此，本研究所發展的兩大研究問題為：研究問題一：學生在經由三種不同的動畫使用方式，分別是「僅觀看動. （一）. 畫」(V 組)、「觀看動畫後畫圖」(VD 組) 以及「觀看動畫後製作動畫」 (VA 組) 之後，學生對於電化學單元的學習成效有何異同？關於學生的學習成效，可再細分為三個子問題來回答之，分別為： 1-1 三組學生在不同的動畫使用方式前後，對於電化學的概念理解有何異. 同？ 1-2 三組學生在不同的動畫使用方式前後，在化學中的三個層次理解有何. 異同？ 1-3 關於有「產出」階段的 VD 組及 VA 組，兩組在產生成品過程中有何異. 同？. 3.

(19) 研究問題二：學生在經由三種不同的動畫使用方式，分別是「僅觀看動. （二）. 畫」(V 組)、「觀看動畫後畫圖」(VD 組) 以及「觀看動畫後製作動畫」 (VA 組) 之後，其在科學學習動機有何異同？. 第三節名詞釋義. 一、動畫以電腦科技為基礎的多媒體學習情境，除了真實的影片、電腦模擬，動畫也為其中一種方式，動畫是一個人造或想像的一些圖片所結合成的動態影像，目的在於傳達或描述肉眼不可見的現象，以化學反應而言，動畫的好處在於，可同時展現巨觀及微觀粒子的層次，以支持學生的理解及想像。本研究當中所使用的動畫，即為電池、電解及電鍍模擬微觀粒子的移動，包含溶液中離子、鹽橋及電子，展現其化學反應的過程。二、電化學單元本研究所採用的電化學概念包含國中自然與生活科技第六冊所提及之電池、電流的化學效應，以及高中基礎化學（一）之「化學與能源」的單元，而主要的教學內容則為其中的「鋅銅電池」、「以銅棒電解硫酸銅」以及「在鑰匙上鍍銅」的概念。三、課程模式本研究的課程模式為VGEM，為Visualize 觀看、Generate 產出、Evaluate 評析及Modify 修正，共四個階段，本模式是根據Khan (2007)提出的GEM，是以建立模型為基礎的一種探究模式，透過促進學生的參與，而提升學生在化學概念的學習，模型的建立與修正，可以加強師生之間的互動以及豐富學生的心智模型，. 4.

(20) 而本研究也透過讓學生畫圖或製作動畫的方式建立電化學概念的模型，因此採取此模式，希望也能達到提升學生的概念以及科學學習動機的效果。. 第四節研究範圍與限制. 本研究受限於研究設計、研究內容、研究時間與研究參與者本身影響，因此推論可能會有以下限制： 1. 本研究對象為新北市某所公立高中的高二學生，此高中為地區高中，學生程度為常態分佈，高二學生的背景為文組學生，因此研究結果可能無法推論於所有高二年級的學生，僅可推論於相似情境下學習的學生。 2. 本研究受限於在學期中課程安排的限制，因此研究中的教學時長較為短暫，可能較無法全面了解所有電化學單元的學習成效，僅針對「電池」及「電鍍」的概念，去探討學生的學習差異。 3. 本研究的教學者即為本研究作者，使用三種動畫使用方式授課三個不同的班級，而本研究作者依據先前上課的觀察，對於挑選焦點組及分配實驗設計，無法避免產生研究者偏誤，或是因研究者本身的預期，而產生觀察者期望效應。 4. 本研究僅探討關於不同的動畫使用方式在學生學習上的影響，而無討論性別、社經地位等其他因素。. 5.

(21) 6.

(22) 第貳章文獻探討本研究的研究問題主要為不同的動畫使用方式，對於學生在電化學概念的學習之影響，因此本章將針對與本研究問題相關的研究進行文獻的回顧與討論，一共分為三個章節，第一節先了解電化學主要的概念及學生可能遭遇到的另有概念，並回顧過去研究是以何種教學方式幫助學生學習；第二節則討論多媒體學習的方式，對於學生的學習有何影響，並探討與本研究相關的動畫教學方式在學習上的優缺點；第三節則進一步談論，不同的表徵在學習上的應用，以及讓學生建構表徵輔助動畫學習，在學習成效及學習動機上的影響為何。. 第一節學生在電化學概念的學習. 一、. 電化學概念的相關研究. 電化學的單元內容包含電池和電解電鍍，其主要概念如表 2.1.1 所示，分為基本概念及電流迴圈路徑兩部分。基本概念包含電池和電解槽的組成、氧化還原及正負極的判斷，電流迴圈路徑指的是內電路的離子移動與外電路中的電子移動。. 表 2.1.1 電化學的概念基本概念及組成. l. 化學電池為自發的化學反應，會將化學能轉為電能. 電 l. 電池會發生氧化還原反應，氧化和還原通常各自發生在分開的兩個半. 化. 電池中. 學 l. 反應物的相對活性決定其發生氧化或還原反應. 7.

(23) 電 l. 兩半電池以鹽橋連接. 池 l. 惰性電極例如石墨或白金，都具有導電性，但不實際參與化學反應. l. 電極放在電解液中，提供氧化或還原半反應的一個介面電導體. l. 發生氧化反應的為陽極，還原反應的為陰極，陽極標示為－，陰極為＋. 電 l. 電解的電能需由外界提供，才能產生出化學能. 解 l. 陽極和陰極，由外界提供的電池兩端來決定，若連接正端為陽極，連接. 電. 負端為陰極. 鍍 l. 電解池包含兩電極和電解液，被鍍物需置於陰極，欲鍍物需置於陽極. l. 陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應. l. 陽極標示為＋，陰極為－電流迴圈路徑. 電 l. 電子會透過外電路從陽極直接傳到陰極，而陽離子會釋放到陽極溶液. 化. 附近. 學 l. 陰極的物質會接受電子而還原. 電 l. 陰離子從電解液中移動到陽極，而陽離子移到陰極. 池 l. 電子在連接兩電極的導線中傳遞（外電路）. l. 鹽橋中的陰陽離子移動，完成了電路並維持電中性（內電路）. 電 l. 在外電路中，電子從外界提供電壓的負端流向陰極. 解 l. 在內電路中，離子的移動完成電路並維持電中性. 電 l. 陰離子從電解液中流向陽極，而陽離子從電解液中流向負極. 鍍十二年國教自然科課綱在「氧化與還原反應」的學習內容物 l. 由水溶液導電的實驗認識電解質與非電解質。. 質 l. 電解質在水溶液中會解離出陰離子和陽離子而導電。. 的 l. 鋅銅電池實驗認識電池原理與廣義的氧化與還原反應。. 反 l. 化學電池的放電與充電。. 應 l. 電解水與硫酸銅水溶液實驗認識電解原理。. 8.

(24) 由於本研究的其中一個研究問題為學生在經過不同的動畫使用方式之後，是否有利於電化學概念中微觀層次或多層次概念的學習成效，因此以 Johnstone (1993) 所提出的化學學習層次來區分電化學單元的概念，如表 2.1.2。學生在巨觀層次上除了需要知道電解質和非電解質的概念，以及電池和電解在過程中的變化；在微觀層次上，學生需要了解在電解過程中，離子和電子的移動；在符號表徵上，學生還要將此過程轉換成化學式或反應式(Osman & Lee, 2014)。選擇電化學單元的原因為學生經常在此單元遭遇迷思概念(Ciplickas et al., 2009; Patrick J Garnett et al., 1995; Pamela J Garnett & Treagust, 1992; Hameed et al., 1993; Hamza & Wickman, 2008; Huann-Shyang Lin et al., 2002; Michael J Sanger & Thomas J Greenbowe, 1997a, 1997b)，尤其學生在面對微觀層次和符號表徵。以鋅銅電池為例，由於巨觀「可見」，學生可透過實驗直接觀察到鋅半電池的鋅片溶解、質量減少，而銅半電池有銅析出、溶液顏色也會改變；而微觀層次的離子移動、電子移動，並且轉換成化學反應式的符號表徵，這些都是不可見的，學生難以想像電池其中的分子、離子，以及內部的反應機制，自然而然就較難被學生理解。因此有些研究指出，學生認為化學中最難理解的單元，其中之一即為電化學. (O. De Jong et al., 1995; Thompson & Soyibo, 2002)，因為其概念多為抽象 (Bojczuk, 1982; Huann-Shyang Lin et al., 2002)，以及具有新的專有名詞，例如氧化或還原、氧化劑或還原劑等。 Jong 與 Treagust (2002) 整理出學生在學習化學電池會面臨到的困難，有分為概念性以及過程性，本文僅針對欲研究的電化學概念，摘要出以下四個： 1. 電解質的傳導 (Conduction in the electrolyte)：指的是學生認為電子會出現在溶液中，因為受到溶液中帶正電的離子吸引而在鹽橋中流動，完成了整個電流路徑。 2. 電解質的電中性 (Electrical neutrality of the electrolyte)：學生認為的電中性是其中一個半電池的正電荷的數目和另一半電池負電荷的數目相等（意即正負電荷是分離的），或者是將電中性認為是兩半電池的離子濃度要相等。. 9.

(25) 3. 陰陽極的帶電 (Charge on the anode and the cathode in galvanic cells)：學生對於陰陽極的正負電判斷會有困難，並發展出自己的一套想法，例如學生會認為陽極帶負電是因為陽極吸引溶液中的陽離子，陰極反之；或是陽極帶正電是因為陽極會失去電子。 4. 辨別陰陽極 (Identifying the anode and the cathode)：Michael J Sanger 與 Thomas J Greenbowe (1997b)指出，學生對於辨別陰陽極主要依靠課本上所提供的電池圖片，其物體的配置去做判斷，除此之外有些課本上的圖片，對於電子的流動標示的並不明確，而讓學生對電子移動產生其他的另有概念。. 10.

(26) 表 2.1.2 化學層次與其相關的電化學概念化學層次. Content Knowledge. 定義. 範例. （內容知識） Macroscopic. (1) 可直接觀察到的現象或經驗，. nature of matter. 例如顏色變化或是三態。 (2) 可以儀器直接被測量到的特性，. （巨觀）. Particulate or submicroscopic nature of matter （微觀）. The symbolic representations of. 電池中或電解槽中，陰陽極質量變化、溶液變化或顏色等. 例如質量、溫度、pH 值。. (1) 用來描述、解釋和預測粒子現象的模型表徵，例如圖形或球棍模型。. 粒子觀：電子、離子的移動（內電路、外電路）. (2) 通常與反應內容中的粒子相關，例如結構或反應機制。能夠代表粒子的，包含模型、化學式、. 解離反應式、電池總反應. KNO₃→K⁺+NO₃⁻. 化學反應式、數學式或電價數等。. 離子、電子、陰陽極的正負. Zn+CuSO₄→ZnSO₄+Cu. matter （符號）. 11.

(27) 根據上述所提到的困難，學生在學習電化學概念常遭遇到的另有概念，整理如表 2.1.3。. 表 2.1.3 關於學生在學習電化學常見的另有概念電化學電池. l. 一般說的電流即是正電荷的移動. l. 陰陽離子會互相吸引，而影響電極中離子的移動. l. 陽極帶負電，因為其會吸引陽離子，陰極反之. l. 離子和電子都在電解液中移動. l. 電子會流向電解液中，因為溶液中陽離子的吸引. l. 電子會進入陰極的電解液中，在電解液中移動然後出現在陽極. l. 鹽橋會協助電子流，因為在鹽橋中的陽離子會吸引電子從一個半電池移到另一個半電池. l. 在電池中，陰陽離子會一直移動直到兩半電池的濃度一致（與電中性的概念搞混）電解及電鍍. l. 電解時，所提供電壓的兩端，對於陰陽極的位置不影響. l. 惰性電極的表面不會發生反應. l. 陰陽極的氧化還原反應，在電池和電解是完全相反的，在電池陽極發生氧化反應，電解時陰極發生氧化反應. l. 電子從陽極的電極端流向陰極. l. 其餘與電化學電池的另有概念相似. 二、. 電化學概念的教學方式. 抽象、不可見的概念，學生因為無法想像而遭遇學習困難，因此若要幫助學生對於電化學的概念有更佳的理解，尤其針對微觀和符號表徵，就是要讓學生能夠「看得見」。在教學實作上，雖然可以透過做實驗，讓學生實際看到檢流計的 12.

(28) 數字變化，或是電極、溶液顏色的改變，但其中的化學過程也只停留在巨觀層次，無法展現微觀層次，除此之外，實驗時間的長短，以及實驗過程中不可控制的外在因素，例如同儕間的互動，或是教師的實驗說明等，皆會影響學生對於觀察實驗的重點，因而較無法直接有效地將概念傳達給學習者。為了能夠加強學生在微觀概念的學習，有一些研究透過讓學生使用電腦模擬及觀看動畫的方式，來讓學生看到電池中的反應過程，幫助他們學習(Osman & Lee, 2014)。例如Yang, Andre, Greenbowe, 與 Tibell (2003) 以Paivio (1990)的二元碼理論 (dual-coding theory) 為基礎，應用聲音和圖像同時存在，較好被記憶和理解的原則，讓學生在有教學引導的情況下看電池的動畫，研究結果發現，相較於以靜態圖示教學的控制組，看動畫的組別較能夠提升學生的學習，也更能夠讓學生看見在微觀層次上的化學反應，除此之外，還能夠提高學生的學習興趣。 Doymus, Karacop, 與 Simsek (2010)的研究有兩個實驗組（一個是使用合作學習的教學方式，另一個是讓學生觀看動畫）和一個對照組（傳統教學法），在此僅針對觀看動畫的組別進行討論。觀看動畫的組別是老師讓學生在邊看動畫的過程，邊逐步解釋動畫的內容，一共包含四個類別（電化學電池、燃料電池、電解以及生鏽），結果顯示讓學生觀看有關電化學概念的動畫，相較於另外兩組，學生對於粒子微觀層次有較佳的理解，雖然如此，但是觀看動畫的學生，同時也會產生其他的迷思概念或誤解，因此研究也提到，若讓學生只看動畫或是只看靜態的圖片，都不足以讓學生對於電化學概念有全盤的了解。 Osman 與 Lee (2014)是使用一個電化學單元的互動式媒體模組（interactive multimedia module with the pedagogical agent (IMMPA)），並輔以模組內建的學習助理(pedagogical agents, PAs)，來促進學生對於概念的理解與動機，模組內容包含個別指導(tutorial)、實驗(experiment)、練習(exercise)、小測驗(quiz)、筆記(memo) 以及遊戲(game)。研究發現，使用此模組的學生，有比較高的成就表現，尤其是在微觀和符號層次的概念，此結果也能對應先前之研究(Atkinson, 2002; Kizilkaya & Askar, 2008; Moreno, Mayer, & Lester, 2000)。在國內研究部分，張秀澂 (2002)將電化學概念製成電腦動畫的教材，再融入不同的教學方式（講解式教學、實驗教學、小組示範實驗教學），研究結果顯示， 13.

(29) 電腦動畫教材搭配實驗教學法，最能有效提高學生的學習成效，除此之外，也提到動畫輔助學習，可提高學生的學習興趣以及幫助學生進入粒子微觀世界。柯明志 (2002)以電流的化學效應（電解）為主題，以引導式探究的教學模式，搭配微觀粒子的模擬動畫，來幫助國三學生建立其心智模型，結果顯示此教學方式達顯著成效。劉漢欽 (2006)也根據過去的研究提出，電腦模擬可能是一個有力的工具，可以被應用在一個主動學習的環境，提升學生之間的互動，來達成對於一個科學概念的理解；其研究欲在一個主動學習策略的架構下，來了解學生如何使用電腦模擬來理解電化學的概念，研究結果顯示，電腦模擬可提供一些可視化的資訊，尤其是分子微觀的動畫，可以幫助學生連結對於化學反應到以符號表示的反應式之間的理解；除此之外，還能提升學生之間和與電腦間的互動。蘇金豆 (2018)更將電化學動畫應用在概念圖上，採用此種「動畫融入概念圖」的教學策略，能讓學生主動思考，提升學習成效和成就、減少另有概念的產生，並促使學生的學習態度更正面積極。. 第二節使用多媒體工具對於學習化學的幫助. 一、. 多媒體工具的使用對於學習的影響. 多媒體工具的使用可以幫助學習者理解複雜的科學概念，例如影片、動畫、模擬以及動態圖片，可以提供學習者不同的方式以看見科學現象，幫助學習者間接地經驗到在教學環境中很難直接體驗到的現象，將不可能在真實世界看到的現象（例如原子與分子的世界）可視化。多媒體工具常被應用在科學教育上，因為科學概念常常涉及複雜又不可見的過程，例如生物的基因轉錄過程、物理的行星運動到化學反應、原子結構等。 Mayer 與 Moreno (2002a)以認知心理學的觀點，指出有些多媒體同時具有聲音和圖像，減少學生工作記憶的處理，可降低學生的認知負荷，其目的就是將不可見的現象「可視化」。可視化的概念，即是要透過不同的表徵形式，讓學生看見. 14.

(30) 在真實世界中或是教學現場無法直接看到的現象，因為看見總比看不見來的好理解。以化學上來說，為了建立學生對於化學概念的理解，尤其針對微觀及符號層次，Chiu 與 Wu (2009)提出，多媒體的使用可有不同的目的來加強學生在化學三個層次的學習，見表2.2.1，而文中提到的多媒體工具指的是以電腦為基礎，整合多樣符號形式的系統(Salomon, 1979) （包含文字、聲音、影片、圖片及動畫來展示三個不同層次的化學物質或過程），本研究也將動畫整合表中四個不同的角色來進行教學，以促進學生對於電化學概念的理解。. 表 2.2.1 多媒體在教學和學習上的角色與說明建模工具 (Multimedia as a modeling tool). 學習科學的困難歸因於科學概念的本質是複雜且觀察不到的，因此多媒體的使用在解釋現象上扮演一個重要的角色，可以幫助學習者對於一系列抽象科學概念的想像，讓概念變得實質化、有意義的，讓學習者能夠建立自己的心智模型，以提升學習者發展概念及想法。學習工具 (Multimedia as a learning tool). 多媒體即是設計用來幫助學生可視化不可見的化學物質（原子與分子），並以化學符號表示之，用來加強學生對於三個層次關係間的理解。例如4M:Chem，是將電腦畫面分為四格視窗，分別顯示實際的實驗影片、分子層次的動畫、符號表徵以及巨觀性質或是結構的圖或表。其目的是要加強學生對於不同層次的連結，然而後續有研究顯示，讓學生同時處理不同的表徵形式可能會造成學生的認知負荷，尤其是對於在空間能力較低落的學生。(Kozma & Russell, 1997) 另一個為ChemSense，整合了建模和多媒體的特徵，能夠讓學生自己建立模型、蒐集資料、製作圖表和動畫，然而透過這樣的方式，不僅讓學生的想法能夠外顯出來，學生也似乎能專注在化學反應的動態過程上，以及當以微觀層次表徵出科學現象，有較顯著的學習表現。(Schank & Kozma, 2002) 評量工具 (Multimedia as an assessment tool). 15.

(31) 學習是一個複雜的認知活動，然而隨著教學方式的多元，傳統的紙筆測驗皆是以描述性的文字或是靜態的圖片組成，可能不足以了解學生對於化學不同層次概念上的認知，若要得知學生在不同層次的理解程度，因此可利用科技的輔助當作一個評量工具，例如WISE的平台，其內容除了可提供微觀分子的動畫，還有嵌入式的提問、測驗，或是簡易的繪圖板，最後教師可蒐集學生對於測驗的回覆以進行評量。教學工具 (Multimedia as an instructional tool). 模型的使用在化學教學上常常被忽略，因而讓學生缺乏發展建模的能力。因此多媒體可以當作一個教學工具來幫助學生對於模型概念的發展，並讓他們在心中能夠建立自己的模型。教師可以營造一個以多媒體為基礎的教學環境，可以配合小組合作學習或探究的教學模式來促進學生的學習。為了要讓教學更有效率，教師必須要了解多媒體這類的科技所能發揮的力量，除了科技的學科內容知識 (technology pedagogical content knowledge, TPCK) 之外，以及不同科技所能提供的功能，來達到有意義的學習。. 陸續有學者提出多媒體的學習方式以及設計多媒體學習的原則來促進學生的學習(Mayer & Moreno, 2002a; Robinson, 2004)，在化學教育方面較常運用到的多媒體工具，分為下列三種： 1. 原子分子模型(model/ball & stick)：屬於行動操作表徵，是一種實體模型，又稱球棍模型，在化學教育上用來展示無機或是有機分子的結構或形狀。由於紙上所表示的化學式或是結構式皆是平面，常常會讓學生誤以為分. 子結構是平面的，例如CH4分子（結構式. ），實際甲烷的形狀為. 正四面體，學生常會被「所看見的」誤導，因此可使用模型來幫助學生建立心智模型中的立體概念，尤其針對視覺空間能力較為低落的學生。 2. 電腦模擬(simulation)：屬於視覺圖像表徵，電腦模擬是一個包含系統的模型或過程的程式，可以概分為以下兩種模式：概念模式的模擬和操作 16.

(32) 型的模擬。前者是持有欲被模擬出的原則、概念或是事實；後者是具有序列性可操作模擬系統的按鈕，包含認知和非認知的操作(T. De Jong & Van Joolingen, 1998)。例如前面文獻所提及的4M:Chem，或是分子模型的 3D模擬，融合原子模型與符號表徵。 3. 動畫(visualization/animation)：屬於視覺圖像表徵，動畫指的是一個模擬式的移動圖像(simulated motion picture)，動畫中的圖像，是以一個人造的、或是模擬物體所畫出來的圖，結合這些圖片，製成一個動態的影像(Mayer & Moreno, 2002a)，用來描述某種現象與反應。因此相較於影片(video)，雖然也是動態，但影片內容呈現出的是真實的物體。與電腦模擬相比，動畫傳達的概念可能較為複雜及連續。. 本文針對不同的動畫使用方式對學生在學習化學上的影響進一步探討。. 二、. 觀看動畫對於學生學習化學的影響. 對於科學學習而言，圖像和動作對於理解和記憶都是必須的。動畫所展示的動態圖像，提供了很多不同的教學目的。若是學習描述性的科學概念，例如原則或是公式，動畫可以當作一個記憶性的工具；若是學習有關過程的科學概念，動畫在解讀有關空間或是程序性的資訊，也扮演很重要的角色(ChanLin, 2000)。 Grubaugh et al. (2017)以 STEM 的主題為例，例如有機化學和地球科學，提及有關空間的概念（例如海洋板塊或隱沒等），若同樣的內容以靜態圖和動畫去表示，動畫更能夠強調概念之間的關係，而不是單獨的概念。動畫不僅只強調視覺空間 (visuospatial)的概念，也為概念之間的交互作用提供一個外顯的表徵，在學習上提供很大的外在支持。而在化學學習上，以電腦為基礎的科技，能夠提供一個有利的方法來去促進分子的理解，因為電腦可以展現化學中不同層次的概念，呈現出不同的資訊，但又具有協調各符號系統的能力(Kozma, 1991)。因此，動畫主要提供的協助，就是要使學生能夠看見那些「不可見」的原子、分子，以及化學反應進行的過程，教科書僅擁有 2D 平面且靜態的特質，在某些單元來說，是無法提供足夠的鷹架來 17.

(33) 幫助學生理解微觀層次的現象。Johnson (1998)也推論，當前傳統的教學方式不足以滿足學生的需求，也指出教學者需要改善對於粒子理論的教學。因此已有許多研究是讓學生觀看動畫或是與電腦動畫互動，來促進學生在化學三個層次中的學習，尤其針對微觀概念。例如Vickie M. Williamson (1995)是研究關於使用微觀粒子的電腦動畫是否有助於化學系的大學生，對於化學現象的心智模型。電腦動畫的使用為其中一個實驗變因，測量學生在概念理解、課程達成度以及對於教學的態度是否有差異。測驗概念理解的工具是使用Novick 與 Nussbaum (1981)、Haidar 與 Abraham (1991)、Yarroch (1985) 和Gabel, Samuel, 與 Hunn (1987)所得出的一個關於粒子物質概念的評估測驗（Particulate Nature of Matter Evaluation Test (PNMET)），內容包含要學生畫圖、提出解釋以及從多重選擇選出答案來對一個化學現象做解釋。課程達成度是學習者依據教學者在課堂上所做的單元測驗所得之分數，由十題多重選擇題所組成。學生對於教學上的態度是使用Birnie-Abraham-Renner Quick Attitude Differential，the BAR(Abraham & Renner, 1983)，有兩個關於態度的因素可被測量，一個是滿意因素，指的是學生對於特定單元的滿意程度，另一個是理解因素，指的是學生對於理解單元概念的察覺或感知。所使用的動畫內容皆為描述微觀的粒子過程，包含「擴散、混合和理想氣體」的單元，以及「沉澱和氧化還原」。研究結果發現，相較於只看靜態圖，觀看動畫的組別，在概念理解上有較顯著的進步（effect size= 0.5)，動畫提供了一個微觀化學過程，因此減少了學生的迷思概念。 Ardac 與 Akaygun (2004)的研究目的是比較以多媒體為基礎並配合可記錄式的講義教學（實驗組），與按照傳統教學（教授與問答的方式）的控制組，這兩組在「化學變化(chemical change)」單元中，對於分子微觀表徵的理解是否有差異，其中多媒體呈現的內容是強調分子微觀對應巨觀及符號的動畫。研究結果顯示，實驗組的學生對於分子微觀層次的化學概念理解，比控制組有更高的學習表現，並且在事後訪談中也較容易使用粒子的表徵，這對應到先前的研究(Gabel, 1993; Haidar & Abraham, 1991; Johnstone, 1993; Lee, 1999)，說明教學方式應該要連結化學三個層次間的關係，才能改善學生對於化學的理解。除此之外，作者還發現如此的教學環境，其新穎程度可能會影響學生在課堂上的情意表現，實驗組 18.

(34) 的學生比控制組的學生在學習上更具有熱忱。而接續上述的研究，Ardac 與 Akaygun (2005)除了比較讓學生觀看靜態圖像和動畫的差異，並更進一步探討教師使用的教學方式或呈現方式，是否影響學生的學習，因此設計了三種不同的情況進行比較。情況一為讓學生使用個人電腦觀看動畫（學生在教師指導下個別觀看），情況二為教師在前方以大螢幕播放動畫讓學生觀看（全班式教學），情況三為教師在前方以大螢幕播放投影片，但圖像為靜態的。結果顯示，第一，動畫比靜態圖更能夠有效地提升物質變化中微觀層次的理解；第二，相較於全班式的教學，能夠個別操作動畫的組別，學生較能正確地畫出有關粒子狀態的圖型。Barak 與 Hussein-Farraj (2012) 也歸結出類似的發現，在學習環境中整合電腦模型和動畫，能夠增強學生在化學理解層次之中的轉換，並且改善學生對於蛋白質結構和功能的理解，也建議要讓學生能夠有自行操作動畫的機會，來達到更高層次的認知發展。除此之外，研究者也透過對話和課堂表現發現，此種學習環境能夠提升學生的學習興趣和動機。國內研究方面，江文瑋與劉嘉茹 (2013)以化學單元中的氣體概念為例，運用不同的教學方式比較高中生的學習差異。實驗組為使用嵌入動畫的投影片進行教學，對照組則使用傳統式教學，兩組授課時數皆相同，測驗工具為學習態度量表與成就測驗。研究結果顯示，透過學習態度量表，可發現實驗組的學生對於自我學習成果的認同度以及學習熱忱比對照組的學生還高，因此推論使用動畫教學較能引起學生的學習興趣；依據成就測驗的前後測分析，兩組學生在後測成績上有顯著差異，顯示使用動畫教學能夠讓抽象的概念具體呈現，因此較能提升學生對於氣體概念的理解。會有上述提及的研究發現，是因為動畫對於學習的益處可歸因於兩個因素，第一，動畫能夠幫忙建立在概念、現象及過程的心智模型；第二，動畫能夠替代較具挑戰性的認知過程（例如部分學習者可能較為缺乏的抽象化、想像能力和創造力）(García, Quirós, Santos, González, & Fernanz, 2007; Höffler & Leutner, 2007)。因此，若要讓學生整合化學中的三個層次，促進其化學概念的理解，多媒體動畫的使用可看作一個具有潛力的替代方式，比靜態圖像或是模型，更能夠提供一個較具有說明力的動態表徵。. 19.

(35) 然而，仍有一些證據顯示動畫對於科學學習上的劣勢。第一，有趣的動畫，其較引人注意的情節會讓學生放較少的注意力在處理文字上的想法(Harp & Mayer, 1997; Sanchez & Wiley, 2006; J Wiley, Ash, Sanchez, & Jaeger, 2011)。第二，雖然動畫在傳達系統間的關係上是一個有力的工具，但學習者往往會因為覺得看完動畫流暢的過程，導致理解的錯覺(illusion of comprehension)，他們說出自己認爲已懂的概念比實際上理解的還多(Serra & Dunlosky, 2010; Jennifer Wiley, 2003; Jennifer Wiley, Sanchez, & Jaeger, 2014)。第三，媒體呈現的資訊是被動的，學習者是否能夠從中學習到內容知識，或是促進建構式的學習，讓學生主動參與認知的過程，也是一項挑戰(Mayer & Moreno, 2002a)。第四，動畫的動態特徵是其優點，亦有可能成為缺點。動畫短暫地呈現資訊，一段畫面、一個時間就過了，由於學習者的工作記憶有限，對其可能造成認知負荷(Höffler & Leutner, 2007)，過多的認知負荷，是來自於資訊呈現的量和複雜性(Mayer & Sims, 1994)。因此更需要學習者對該主題有很充足的先備知識或是教師的協助。第五，也有一些研究提到，學習者的空間想像能力(spatial visualization ability) 也會影響對於動畫的理解 (ChanLin, 2000; Yang et al., 2003)。因此陸續有研究者開始利用不同的方式來使用動畫以促進學習(Mayer & Moreno, 2002b; Vermaat, Kramers-Pals, & Schank, 2003)，也就是讓學生不僅只觀看動畫，還要學生建構表徵（例如評析動畫、總結想法、或是產生圖畫等），目的都是讓學生能夠主動參與知識整合的過程，而不是被動地接受知識，建立一個建構式學習的環境。Ardac 與 Akaygun (2004)亦建議當學生在看這些化學動畫的過程中，教師可以提供學生建立自己表徵的機會，除了讓學生能夠檢視自己是否在化學三個層次之間的一致性，也提供教師一個具有價值的參考資訊，來去理解學生如何解釋、連結以及整合這些表徵。依據上述文獻，本研究推論，讓學生觀看動畫有助於學生的化學微觀概念，以及提升學生的學習動機，但是對於概念的記憶滯留或長期效應，可能不如讓學生進行產出來得有效。因此，就本研究所提出的 V 組、VD 組及 VA 組來看，這三組都能透過觀看動畫，在微觀的電化學概念皆有顯著的學習成效，但是在延宕測驗中，僅 VD 及 VA 組有顯著差異。而下一節則探討有關學生若在使用動畫的環境中加上建構表徵的過程，其對於科學學習的影響為何。 20.