資優學生概念構圖教學之實施與
成效探究
摘 要
本文以探討資優生概念構圖教學為主，從實施成效分析進而建立適當的 教學模式。首先針對資優學生的學習特質與思考歷程、概念形成、學生學習 與概念構圖進行分析，進而透過高一基礎生物課程之概念構圖教學，以探討 教學之程序、方法、教學策略、教學媒體與教學評量等，透過專家審查與實 際教學進行，分析探究概念構圖的教學歷程與學生表現。根據教學後的成效 評估，資優學生在高層思考能力與情意態度上有所提升。此外，課程中架設 有 數 位 學 習 平 台， 讓 學 生 得 以 相 互 評 鑑 與 資 源 分 享， 並 透 過 教 師 反 思， 探 究 教 師 在 其 中 扮 演 的 角 色， 最 後 根 據 研 究 發 現 提 出 建 議 給 予 教 育 界 參 考。 關鍵詞：概念構圖教學、資優學生 于曉平＊ 國立臺灣師範大學 特殊教育學系 副教授 吳育雅 國立臺灣大學 地質科學系 博士 孫譽真 臺北市立第一女子高級中學 教師 Hsiao-Ping Yu* Associate Professor, Department of Special Education, National Taiwan Normal UniversityYu-Ya Wu Doctor,
Department of Geosciences, National Taiwan University
Yu-Ching Sun Teacher, First Girl High School,
Taipei City
Implementation and Effect of Using Concept
Mapping to Teach the Gifted Students
壹、前言
近 年 興 起 的 建 構 主 義， 源 於60 年 代 Piaget 提出的認知發展理論，其主張學習者會 主動建構他們擁有的知識，發展出一套個人 對應週遭環境的心智基模，並用以解釋和了 解新的經驗。學生乃是根據原有的經驗和知 識，對學習的內容加以選擇、組織、理解和 應用（引自莊嘉坤，1995，25 頁）。 從認知發展理論分析，思考是人類最複 雜的行為，普遍被認為是一種需要以知識為 基礎的認知過程及心智活動，思考過程中個 人把自己的經驗與所學習到的概念加以結合、 分類與統整，形成一個重要的概念，進而不 斷學習相關的知識，形成自己的知識系統。 根據螺旋模式來看思考，所謂基層思考與高 層思考的差異就在於高層思考須經過轉化（從 不同的角度觀察、重新詮釋、闡述、將意義 延伸或隱藏、合併）與應用（將轉化過的資 訊或過程應用在複雜的思考任務中）過程， 將已得的知識加以變化，透過分類、概念化、 形成原則、結論，進而形成通則。 科學教育是當前教育中很重要的一環， 用以培育學子對科學概念的理解並加以應用 發展，然而其概念形成的過程如何？Smith 和 Medin（1981）指出，概念形成基本上是一種 分類的過程與結果。人們在環境中將物體加以 分類，形成類別系統（category system），組 織大量訊息於長期記憶中，並藉此而引導他們 的 推 理 過 程（ 許 良 榮、 彭 煜 堯，2002）。然 而，學生所習得的概念都能被充分理解與運用 嗎？鄭湧涇（2001）曾指出，經由過去數十 年的研究，科學教育學者們已經了解，學生在 接受教學前，對於老師所講授的科學知識內容 並非「沒有概念」，學生也不是一塊「空白的 石板」（blank slate），老師想刻上什麼就可 以刻上什麼；相對的，學生對於老師所講授的 科學知識、原理、法則，甚至自然界的各種現 象，都已先有自己堅信且根深蒂固的想法和解 釋，這些想法與解釋稱為另有概念或迷思概 念，因此，在科學教育中，如何提供或引導學 生學習清楚正確的概念，成為教育現場教師或 學者專家研究的一大重點。 而資優生在學習上本是得天獨厚的一群， 有其優異的學習與認知能力，包括學習快速、 記憶理解力強、興趣廣泛、觀察力敏銳、思 想新奇獨特、喜歡發問、點子很多等等，然 隨著傳統教學與升學導向的影響，多數中學 階段課程缺乏較具創新的教學與引導，也產 生一些缺少主動學習或低成就資優學生的現Abstract
This paper attempted to explore the teaching of concept mapping for the gifted, formulate the teaching model, and analyze the effect after the implementation. In the first step of our analysis, we examined the learning characteristics and thinking process of the gifted students, formation of concept, and students’ learning with concept mapping. Throughout the basic biology course taken by 10th graders examined by experts in actual classroom setting, we then used concept maps as part of instruction to explore the teaching procedure and methods, instructional strategies, media, and assessment techniques. After the use of concept maps in teaching, the gifted students demonstrated improved higher order thinking skills and emotional attitudes. An e-learning platform was also built during the courses, not only allowing the students to evaluate each other’s work and share resources, but also offering the teachers an opportunity to reflect on their teaching and examine their role in instruction. The paper concluded with some implications for education and future researches.
象。目前臺灣針對概念構圖教學或相關研究 多數以一般學生為對象，且多傾向博碩士生 所進行的短期實驗教學，且多以國小階段為 主，由於非教學現場教師所進行的長期教學， 落實成效與後續持續進行有限，且較缺乏資 優生概念構圖教學之相關研究，或僅透過概 念構圖的方式呈現資優學生的學習成效，用 以評估學生推理、概念的理解或架構等情形 （Diket & Abel, 2001; Hirsch, 1992），此外， Russell（1993）的研究也發現，進行過創造 力訓練的學習障礙學生、一般生或資優學生， 其概念構圖的複雜性也較沒受過創造力訓練 的學生複雜。因此，資優生概念構圖教學應 如何進行？實際實施的成效又如何？值得加 以探討。
貳、資優生的學習特質與思考歷
程
資優生由於比同年齡的學生心智更為成 熟，因此所需要的學習環境與教育方式也與 一般學生有所不同，有關資優生認知特質方 面的研究已有豐富的成果，其中也發現，資 優生獨特的認知特質可能幫助其有效學習， 但也可能衍伸學習上的問題，需要教師予以 適當的輔導，提供更適切的教學活動（Dune, 1989）。Rogers（1986）發覺在認知過程中， 資優生具有以下獨特的思考特質： 一、 較能辨別出欲解決的問題。 二、 較能敏捷、自動地產出一連串解決問題 的方法。 三、 能有步驟地解決問題。 四、 能如專家般的選擇表達方法。 五、 能決定在解決某項問題時所需要的資源。 六、 能有系統地監控問題解決的過程。 七、 解決問題時常需要較長的思考時間。 由於其獨特的思考方法與歷程，在其教 學上也應有所區隔，在資優教育常用的教學模 式（毛連塭，1987）中，部分偏重認知導向 的教學模式，而Betts 提出兼重認知、情意與 社會能力等三面整合、以促進學生有效適應 及全人發展的自主學習者模式（Autonomous Learner Model for the Gifted），以培養資優學 生主動學習、熱愛學習的意願和獨立學習的 能力。藉由定向輔導、個體發展、充實活動， 深入研究與討論會等五個向度，強化資優學 生在認知與情意等的全面發展，藉以培育他 們成為主動學習者，肩負起主動學習的責任， 並達成終身學習的目標（Betts, 1991）。參、概 念 形 成、 學 生 學 習 與 概 念
構圖
概 念 是 認 知 的 重 要 單 位， 透 過 認 知 過 程加以歸納整理建立而成，用以表達或代表 某 些 意 義， 也 是 一 種 邏 輯 關 係 的 建 構， 並 透 過 抽 象 形 式 連 結。 此 外， 概 念 也 與 命 名 （naming）、定義 （defining）與語言使用有 關，因此概念的產出在知識系統有其重要性。 然而，由於各個學科專家的研究領域不同， 因此，對「概念」的認知、詮釋及定義會有 差異。就心理學而言，概念是從一群事物的 屬性（attributes）中，找出其共同性或相似性， 再以某符號（symbols）代表之。以心理學領 域的行為及認知兩學派而言，行為學派學者 視概念為一群能產生某特定反應之相似刺激， 認知學派學者則視概念為一心智的活動（黃 台珠，1984）。 美 國 學 者 Novak 與 Gowin (1984) 在 《Learning how to learn》 一書中提出概念構 圖（concept mapping）的概念，強調有意義 的學習即涉及將新概念與命題同化於既有的 認 知 結 構 中， 其 概 念 源 自 於Ausubel 的階層 認知結構理論或稱為同化理論（assimilation theory），強調先前知識（prior knowledge） 是學習新知識的基礎框架（framework），並 有不可取代的重要性。因此，讓學習者針對 學習內容的概念，做階層性的分類，並將兩 兩概念間的關係以聯結、命名，以輔助說明 概念間的關係，設計成一種網狀結構（余民寧，2002）。這種概念結構可在師生討論下 幫助學生澄清迷思概念，當學生共同討論而 成，亦可促進其後設認知思考，即為概念構 圖，目前在教學與評量上都可以有效使用。 概念構圖的基本假設即強調人類會主動 建構所經驗事物的意義，進而有意義的學習， 透過這些先備知識的存在，學習者也會主動進 行新概念與命題的同化，並以有組織、系統 的方式，利用圖形工具來呈現認知結構的組 識及內部關係（譚克平，2009）。其中 Novak 與Gowin (1984) 指出，概念所代表的意義是 指具有能被信號（sign）或符號（symbol）所 指稱之共同性（regularity）的事件（events） 或物件（objects），因此，為表徵所欲教學和 學習的概念與概念之間的聯結關係，並可作 為評量與研究學習者概念或認知結構之依據， 概念構圖成為極佳的方法。 而概念構圖的組成要素包括以下四部分 （Novak & Gowin, 1984）：
一、 概念（concepts）：是可感知的事物之規 則或屬性，通常用專有名詞或符號表示。 二、 命 題（propositions）： 是 對 事 物 現 象、 結構和規則的陳述，是兩個概念之間通 過某個連接詞而形成的意義關係。 三、 交叉連接（cross-links）：不同知識領域 概念之間的相互關係。 四、 層 級 結 構（hierarchical frameworks）： 是概念的展現方式，通常將一般性、最 為概括的概念放在圖的最上層，從屬性 的概念安排在下面。 而 概 念 構 圖 中， 每 一 概 念 是 一 個 節 點 （node），而且都有一個名稱也就是所謂的 命 題（propositions）， 運 用 連 結 詞（linking words）概念加以連結，而概念之間也具備所 謂的交叉聯結的關係（cross link），最後形 成一個階層（hierarchy），上層是最一般化的 概念，下層是最特殊化的概念，也包含例子 在內。 概念構圖在教學上的應用有幾項優點（耿 筱曾，1997；張秀鳳，2004）： 一、 是有效的教與學之策略：在各種的學習 策略之中，概念構圖已經成功的使用在 概念的學習上，尤其是能促進有效的教 學和有意義的學習。其具有表徵個人認 知思考歷程的功能，不僅有助個人與自 己、同儕、或教師對話，以進行高層思 考的活動，有利學生統整、監控個人的 學習。此外，小組合作概念構圖擴大個 人認知基模，並有利提升個人理解力， 亦可與生活結合，從中發現與探究問題， 嘗試解決問題。 二、 是理想的評量工具：傳統的紙筆測驗只 能測出學生的記憶程度，概念圖卻能清 楚呈現學生的概念架構，既可清楚瞭解 學生認知結構的改變，是一種有效的診 斷迷思概念或評量策略，亦可呈現學生 的個別差異，呈現學習者所偏好理解、 組織學習材料的方式。
肆、資優生概念構圖教學之實施
于 曉 平、 吳 育 雅、 孫 譽 真（2011）以高 一基礎生物課程進行概念構圖教學以探討其 教學模式，為了解實施之可行性，先行於前 一年度進行試教與相關資料的蒐集，並聘請 專家學者進行相關意見的提供與審核，進行 教學的調整與修正，其中針對高一兩個班級 於基礎生物課堂上進行概念構圖教學（實驗 組），另外6 個班則進行一般講述演練教學。 老師先於學校日向家長說明教學的方式，學生 於課前不分組預習，並撰寫概念分析表，整 理專有名詞，之後課堂上隨機分組，分配單 元主題，之後小組討論，合作完成概念構圖， 並上台報告發表，學生學期成績表現與一般進 行傳統講述與演練教學的學生（對照組）在一 般成就評量上，雖然實驗組學生（M=87.17） 平均分數高於對照組（M=86.37），但統計上 沒有顯著差異（p>.05），顯示學生在自主建 構的知識概念下的教學，表現比一般傳統教 學略好，但即使面對傳統式的評量亦不會顯示不利的情形。最後於高一生物選修課程中 實施，以建立資優生概念構圖之教學模式（Yu, Wu, Sun, Chen, & Liao, 2009）。
正式課程利用高一一整個學期的生物選 修課程，由教師指導學生進行概念構圖，並 透過分組方式進行生物學科書籍的閱讀與討 論，形成小組的概念構圖，進而透過預演與 正式上台報告，一方面提升資優學生的合作 學習以及高層思考等能力，進而瞭解其情意 態度，實際教學後進行學生的成果評估，以 了解學生在生物概念學習的情形，並加以檢 討修正，形成資優生概念構圖教學的模式。 模式參考張祖忻、朱純、胡頌華（1995）等 人的教學設計架構、概念構圖教學的實施與 專家學者的意見，將概念構圖教學模式包含 三個階段（如下圖1）： 圖1 資優生概念構圖教學模式 一、教學前 （一） 學習需要分析：包含教學內容分析與 教學對象分析 1. 概念構圖教學內容分析：由於高中階段科 學知識概念日趨複雜，加上艱深的專有名 詞與複雜的文本資料，若透過概念圖的教 學與組織以學習如生物等科學領域之學科， 將有助於學生對整體概念之瞭解與釐清， 更有效的學習。 2. 資優學生學習特性分析：根據文獻探討與分 析，高成就者適合透過概念構圖學習，資優 生優異的認知能力，若透過圖示組織與邏輯 性高的概念構圖教學，既可協助學生處理複 雜概念，亦可透過概念構圖策略，協助學生 自我建構概念，成為主動學習者。 （二） 學習目標編寫設計：在進行概念構圖 教學前，教師除協助學生學科內容知 識之學習，連接舊經驗與學習建立新 的知識概念，更以提升學生學習方法 與策略為潛在目標，進而提升學生在 認知與情意態度上的表現。 二、教學中 （一）概念構圖教學策略計畫與運用 1. 教學重點與進度說明：教師說明本學期教 學重點與進度，讓學生了解，並介紹以架 設之MOODLE 隨時上傳資料與發問。 2. 課前預習與專有名詞整理：請學生針對高 一生物教科書進行課前預習，並將不熟悉 的專有名詞（概念）進行整理。 修 改 修 改
3. 選取適當閱讀範圍：針對生物教科書、科 普叢書（概念生物）與期刊、高瞻資源平 台網站文章等適合高中資優生閱讀、範圍 適中的文章作為閱讀題材。 4. 概念構圖教學介紹與實施：教師說明概念 構圖的方法，並按照以下步驟實施： (1) 確定關鍵概念和概念等級：教導學生關 鍵概念與等級之區分。 (2) 擬定縱向分層和橫向分支：教導學生概 念連結之方法與等級之差異。 (3) 建立連接、標明關係：針對關係加以連 結並標名之間的關係為何。 (4) 確認概念結構：確認概念的層級結構是 否完整無誤。 5. 小組討論、發表與全體評分：課堂上隨機 分組，分配學習主題，利用課堂進行小組 概念構圖之討論，先利用便利貼寫下關鍵 概念，並思考概念的等級、分層，經學生 或師生討論後皆可隨時調整修正，最後確 認後寫下連結與關係，確認結構，過程中 利用課餘時間與老師相約討論，並事先預 演。最後，小組完成概念構圖，於課堂發 表，並接受所有同學的提問與修改建議。 6. 閱讀不同層次的科學文章以擴展閱讀深度， 提供多樣化的學習內容，並透過概念構圖 之繪製與修正，確認學生所掌握的概念與 修正變化情形。 （二） 教學情境規劃與布置：利用一般教室 與一開放式教學空間進行教學，前者 進行一般課堂講解與討論，後者針對 概念圖展示與師生課餘時間討論使用， 另鼓勵學生小組討論，教師則適時引 導與解答疑問，建立學生主動學習與 發問的習慣。 （三） 教學媒體使用與平台建置：教師利用 自行架設之MOODLE 教學平台與學生 互動，課程中讓學生利用海報與便利 貼 討 論 概 念 構 圖， 之 後 介 紹Cmap 軟 體，讓學生練習個人概念構圖，並隨 時將所繪之概念圖上傳平台。教師則 於課堂中利用E 化教學設備展示學生 概念構圖之成果，進行分享與討論。 三 . 教學後 （一） 形成性評量：在教學前、中、後皆進 行 評 量（ 如 圖1 所示），以作為隨時 調整修改教學目標、策略與教學方法 之依據。實際進行概念構圖教學時， 教師可針對學生討論與互動情形，以 及第一階段生物教科書概念構圖發表 與互評結果加以評估，以掌握學生的 學習狀況。另針對學生學習Cmap 軟體 後個別繪製的概念圖，依據以下概念 圖建構之指標進行評量： 1. 關鍵概念的選取 2. 概念與概念關係連結的正確性 3. 整體概念圖結構縝密性 4. 整體概念圖可讀性 5. 範例的引用 6. 新概念或想法的產生 （二） 總結性評量：除透過一般成就評量與 高層思考評量進行評估外，亦針對學 生對教學之回饋意見與互評表加以了 解，作為課程修正之參考。
伍、資 優 學 生 概 念 構 圖 教 學 之
實施成效
學生學習成效評估透過以下工具進行： 一、 一般成就評量：以學生該年級生物科學 期評量作為成就表現基準，以了解學生 在概念構圖教學與一般講述演練教學之 學生在一般學習成就表現的差異。 二、 高層思考評量：選用包含綜合、分析、 評 鑑 等 認 知 分 類 層 次 較 高 之 評 量PISA 2006 樣本試題進行施測，以探討概念構 圖教學與一般講述演練教學之學生在高 層思考表現的差異。 三、 概念分析表：學生於閱讀高一生物教科 書後，針對教科書中的專有名詞或概念， 用自己的詮釋，撰寫在概念分析表中。四、 概念構圖學習心得與回饋表：於學期結束 前，針對概念構圖教學中的感想、小組的 合作學習、生物學科學習的幫助，以及對 生物概念的轉變等，寫下自己的想法。 五、 概念構圖評估與組內互評表：設計概念 構圖組內互評表，針對個人與小組內之 成員之概念構圖學習情形加以評量，另 於課堂上針對小組所繪製的概念構圖發 表意見，並提供相關修正建議。 在 一 般 成 就 評 量 部 分， 以 學 生 該 年 級 生 物 科 學 期 評 量 進 行 比 較 發 現， 參 與 概 念 構 圖 教 學 的 實 驗 組 學 生（M=65.23）在生物 學 科 成 就 表 現 上 與 進 行 一 般 教 學 的 對 照 組 （M=64.69）無顯著差異 (p>.05，見表 1)。在 高層思考評量上，參與概念構圖教學的實驗 組學生（M=64.93）與進行一般教學的對照組 （M=49.69）在統計上有顯著差異 (p<.001， 見表2 與表 3)，顯示參與概念構圖教學之學 生在一般學科成就上與其他學生相當，但在 高層思考評量上有較突出的表現。 表1 一般成就評量統計 組別 人數 平均數 標準差 標準誤平均 一般成就測驗 實驗組 30 65.23 8.807 1.608 對照組 30 64.69 13.803 2.520 表2 高層思考評量統計 組別 人數 平均數 標準差 標準誤平均 一般成就測驗 實驗組 29 64.93 5.000 .928 對照組 26 49.69 14.770 2.897 表3 高層思考評量 t 檢定 平均數 t 檢定 t 值 自由度 顯著性 平均數差異 標準誤差異 分數 假定變項等值 5.236 53 .000 15.239 2.910 未假定變項等值 5.010 30.116 .000 15.239 3.042 學生在互評表中會肯定或自行檢討自己 報告時的情形，包括：有創新的想法、會額 外蒐集更多的資料、時間掌握不當、解說過 於瑣碎等，也會提出組內同學的優點如：細 心、積極主動、口語清晰、有追根究底的精 神等但仍會提出一些建議修正的意見，此外， 分析學生的概念構圖以探討其另有概念的改 變發現，學生概念構圖的能力受其個人閱讀 理解與用心程度而有不同，部分學生的概念 構圖經討論或建議後，呈現在概念層次與概 念連結上的差異，甚至經由概念圖的繪製而 澄清文本資料說明不清之處（見圖2）。
歸納學生回饋表的意見發現，學生指出： （一） 學科學習中可以經由事先預習和討論 而學習。 （二） 經由概念構圖教學，學習到更多科學 知識，並能學習如何組織、理解，且 能進行問題假設與回答，十分享受概 念構圖學習的過程。 （三）感受自己的自主學習能力提升。 （四） 學校考試無法考出他們真正理解了些 什麼。 （五） 更喜歡閱讀科學書籍，並且比以前更 關心環保與自然環境的議題。 老師在教學前備感壓力，擔心學生對概 念構圖這種與以往不同教學方式的反應，以 及教學的成效，但經過教學後提到： （一） 可以學生為中心進行教學，由學生主 導教學的進行。 （二）幫助學生建立預習的習慣。 （三）學生自學力提升。 （四）增加學習興趣。 （五）老師有機會個別做小組或個人指導。 （六）具備小組合作學習的優點。 （七）提問與討論更為踴躍。 （八）提供更多表達能力的訓練。
陸、結語
透過資優生概念構圖教學之實施可發現， 可以針對高中階段學生進行概念構圖教學， 透過教學前教學內容與教學對象等學習需要 之分析，以及學習目標之確立與設計，進而 掌握教學策略與方法、教學情境、教學媒體 等之使用，達成教學目標，過程中透過學生 概念構圖情形之形成性評量隨時調整，進而 進行總結性評量與成效評估。 在實施成效上發現，其科學高層思考評 量方面與對照組學生有顯著差異，顯示概念 構圖之教學對資優學生有其助益，從學生的 回饋意見亦可以看出。另對願意投入更多時 間的學生也可明顯看出在概念構圖與概念組 織上的進步，值得加以推廣。 而教師也肯定概念構圖教學對資優學生 的意義，認為亦可延伸到其他學科的教學中， 也建議未來科學教科書中，可在進行文本內容 呈現前，以概念構圖方式呈現本章節的關鍵概 念以及彼此間的關係。另外，不見得以教科書 作為概念構圖教學之開端，可以觀念生物等學 科概念整理較完整的書籍，作為輔助教科書學 習的讀物，並透過所學之概念構圖技巧，作為 閱讀與整理其他學科知識之方法。致謝
感謝科技部計畫補助本研究之進行NSC 99-2511-S-142-005。參考文獻
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