探究七年級學生之神經系統另有概念

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(1)國立臺灣師範大學生命科學系碩士論文. 探究七年級學生之神經系統另有概念 Investigating Seventh Grade Students’ Alternative Conceptions of the Nervous System. 研究生：涂志銘 Chih-Ming Tu 指導教授：林陳涌博士 Chen-Yung Lin 中華民國 106 年 8 月.

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(3) 致謝. 花了很多很多年，才真的能寫下這一段致謝，過往的日子很長，回憶起來，或許有許多惆悵，但，現在應該要高興，自己能繼續向前走了！感謝鄭湧涇老師的指導與照顧，給我到世界增廣見聞的機會、給我安穩讀書研究的環境、給我充沛的人脈資源支持，最重要的，您對人生的責任與堅持，讓我知道，未來的我，不論在哪裡、做什麼，都應該要努力不懈，認真踏實。感謝林陳涌老師一路的支持、鼓勵與指導，我才能順利完成這一段早該完成的人生旅程。感謝張永達老師、林秀玉老師給我的建議與提醒，讓我能更深入的思考論文研究的價值與貢獻。感謝楊榮祥老師和張文華老師讓我對科學教育有更深刻的認識，也感謝林金盾老師、王震哲老師、杜銘章老師、王玉麒老師、周雪美老師、陳仲吉老師…等生科系老師對我的關心和鼓勵，讓我有這段幸福的求學旅程。感謝研究室的伙伴，妙理學姐、維典學長、江德、祖強、怡玲、佳慧、劉新老師、麗美老師、美玲老師、靜芬老師、秀玉老師，有你們的陪伴，研究工作才能順利進行，研究生活才更加精彩有趣。感謝淑娟學姐總是在我需要鼓勵打氣時伸出援手，讓我能堅持不放棄，也感謝生物教育組所有曾經一起努過的朋友們。感謝爸爸、媽媽，在這一段很長的旅程中，無條件支持我，做我的後盾，沒有你們，我不可能完成。謝謝惠琪，總是將焦慮與壓力藏在心裡，給我最多的鼓勵與陪伴，給我力量繼續下去，真的謝謝！最後，給茉葇和子澈，爸爸畢業了！志銘 2017 年 8 月.

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(5) 摘要本研究的目的在深入探究學生的另有概念，做為增進生物教學與改善生物課程的參考，利用自行發展的「神經系統概念診斷工具（CDIN）」做為探究七年級學生神經系統另有概念的工具，並採用詮釋性研究法，分析學生回答 CDIN 的理由，深入探究學生在神經系統單元所具有的另有概念。另外，利用概念圖晤談的方式，引導學生繪製神經系統概念圖，透過分析學生概念圖的結構、概念圖的型態、概念圖上位概念使用與概念圖連接詞使用，釐清學生的神經系統概念之知識架構。研究結果顯示，CDIN 是一個有效的概念診斷工具，CDIN 的診斷結果反映學生在神經系統單元，確實存有另有概念，特別在神經系統掌控心跳呼吸等生理反應的概念，存有較多的另有概念，有關神經系統控制人體生理活動和神經傳遞路徑的相關概念，學生也有許多與科學概念不同的想法。概念圖分析的結果顯示，學生繪製的概念圖結構相對於課本內容概念圖的結構簡單許多，不論是概念數、命題數、分支數、階層數和交叉連結數明顯偏少。而概念圖型態部分，大部分學生能形成網絡狀概念圖，但也有學生的概念圖型態為線型、兩群型、三群型或四群型。在上位概念的使用上，學生最習慣使用「腦」為上位概 i.

(6) 念，還會形成不同的上位概念組合。概念圖連結詞的分析結果顯示，使用最多的是包含關係連結詞，其次是行動關係連接詞，描述特徵關係的連結詞使用比例相對較低。依據研究的結果，建議進行神經系統教學時，應該多結合日常生活的經驗，幫助學生建構陌生的神經系統概念，重視神經系統概念階層的說明，特別要強調中樞神經和周圍神經兩個概念。另外，教學時，應該增加說明神經系統概念間的特徵關係，以增進學生的概念理解。在神經系統教材編寫上，應該運用生活化的例子介紹神經系統概念，運用圖形描繪神經系統概念的階層，幫助學生釐清中樞神經系統與周圍神經系統，並透過表格比較，幫助學生區別幾個具有「神經」名詞的概念，另外，教材編寫時可以多增加概念間特徵關係的描述，以幫助學生更全面的理解神經系統概念。. 關鍵詞：另有概念、神經系統、概念圖. ii.

(7) Abstract The purpose of this study is to investigate the seventh grade students’ alternative conceptions in order to improve the biology teaching and the biological curriculum. The “concept diagnostic instrument in nervous system, CDIN” is developed as a tool to explore students’ alternative conceptions. By means of analyzing the reasons for answering CDIN questions, the students’ alternative conceptions can be revealed. In addition, the concept map interview framework is designed to explore students’ concept maps. By means of analyzing the structures of concept map, the patterns of concept map, the superordinate concepts of concept map and the linking words used in the concept map, students’ knowledge frameworks can be clarified. The results of the study showed that CDIN is a valid instrument for diagnostic students’ conceptions. The results of CDIN reflected that students indeed have a variety of alternative conceptions in nervous system, especially the concepts of “the nervous system control heartbeat, breathing and other physiological responses”. The concepts related to “the human physiological activities are controlled by nervous system” and “the nervous signal transduction pathways”, students also had some conceptions different from the scientific concepts. The results of the concept map revealed that the conceptual structure of students’ concept maps are much simpler than that of textbook. Students’ concept maps had less conceptions, propositions, branches, hierarchies and crosslinks than those showed in the concept map of textbook. Most students formed a network pattern of concept map, but there were students formed the patterns of the linear, the two groups, the three groups and the four groups. In the use of the superordinate concept, students were most accustomed to using the “brain” for the superordinate iii.

(8) concept. In addition, students also used different combinations of superordinate concepts to draw concept maps. The results of the linking words showed that the inclusion relations were most used in the concept maps. Students also used a lot of the linking words belonged to action relations to describe the relationships between two concepts. Therefore, the linking words that describing the characteristic relations were less used in the concept maps. According to the results of the study, it is suggested that the teaching of the nervous system should combine the scientific concepts with the daily life experiences to help students construct the conceptions. Teaching should focus on the concepts of “central nervous system” and “peripheral nervous system” to help students construct a complete structure of the nervous system. In addition, teaching should be added more characteristics relations between conceptions to enhance the students’ understanding of the nervous system conceptions. Keywords: alternative conceptions, nervous system, concept map. iv.

(9) 目次. 第壹章緒論…………………………………………………...….....…1 第一節研究的背景與理念…………………………………………2 第二節研究的重要性………………………………………………6 第三節研究的目的與問題…………………………………………7 第四節名詞釋義……………………………………………………8. 第貳章文獻評述………………………………………...…………...11 第一節學生的另有概念與科學學習……………………………..11 第二節探究學生另有概念的方法………………………………..16 第三節神經系統概念研究成果…………………………………..27. 第參章研究方法與過程…...………………………………...………29 第一節研究的對象………………………………………………..29 第二節研究的工具………………………………………………..30 第三節研究的內容與過程………………………………………..37. 第肆章研究結果與討論…………………………...………………...43 第一節神經系統控制人體大多數生理活動之另有概念..………44 v.

(10) 第二節跑步接球的神經傳導路徑之另有概念…………………..59 第三節腦幹掌管心跳呼吸之另有概念…………………………..68 第四節神經系統概念圖分析……………………………………..74. 第伍章結論與建議…………………………………………………105 第一節結論………………………………………………………105 第二節建議………………………………………………………110. 參考文獻…………………………………...…………………...……..117. 附錄一神經系統概念診斷工具……………………………………135 附錄二神經系統概念圖連接詞分類整理表………………………139. vi.

(11) 表次表1. 理解程度與晤談探針對照表………………....……...…..........18. 表2. 連接詞分類表………………………………………………….25. 表3. 研究對象人數統計表….………………………………………30. 表4. CDIN 探究之科學概念與學生的另有概念對照表…………..34. 表5. CDIN 三大題組之編號與題幹內容對照表..…………………44. 表6. CDIN-S1 得分表……………………………………………….45. 表7. CDIN-S1 學生選答百分比……………………………….........46. 表8. S1Q4 學生理由分析表………………………………………...49. 表9. S1Q6 學生理由分析表………………………………………...51. 表 10 S1Q2 學生理由分析表………………………………………...53 表 11 S1Q3 學生理由分析表………………………………………...54 表 12 S1Q1 學生理由分析表………………………………………...56 表 13 S1Q5 學生理由分析表………………………………………...58 表 14 CDIN-S2 得分表……………………………………………….59 表 15 CDIN-S2 學生選答百分…………………..………..……….....61 表 16 S2Q1 學生理由分析表………………………………………...64 表 17 S2Q2 學生理由分析表………………………………………...65 表 18 S2Q4 學生理由分析表………………………………………...67 vii.

(12) 表 19 CDIN-S3 得分表……………………………………………….69 表 20 CDIN-S3 學生選答百分……………………………………….70 表 21 學生概念圖平均分數表……………………………………….76 表 22 學生概念圖型態統計表……………………………………….88 表 23 學生概念圖上位概念使用次數統計表……………………….91 表 24 網絡概念圖之上位概念使用次數統計表…………………….92 表 25 上位概念之概念組合統計表………………………………….93 表 26 對稱連結連接詞類別與使用個數對照表…………………….96 表 27 包含關係連接詞類別與使用個數對照表…………………….97 表 28 特徵關係連接詞類別與使用個數對照表…………………...100 表 29 行動關係連接詞類別與使用個數對照表…………………...102. viii.

(13) 圖次圖1. 神經系統課本內容概念圖……………………....……...…......40. 圖2. CDIN-S1 不同命題陳述答對率……………………………….47. 圖3. CDIN-S2 不同命題陳述答對率……………………………….62. 圖4. CDIN-S3 不同命題陳述答對率……………………………….71. 圖5. 學生（J70529）神經系統概念圖……....……….…………….75. 圖6. 學生（J70529）CmapTools 版神經系統概念圖………..........75. 圖7. 學生（C70527）的線型概念圖…………………………….....79. 圖8. 學生（S70606）的獨立兩群概念圖…………..…...…………80. 圖9. 學生（S70606）CmapTools 版獨立兩群概念圖...……...……81. 圖 10. 學生（J72327）的連結兩群概念圖……….………………..81. 圖 11. 學生（J72327）CmapTools 版連結兩群概念..……………..82. 圖 12. 學生（C70501）的獨立三群概念圖…..……………………83. 圖 13. 學生（C70501）CmapTools 版獨立三群概念..…………….84. 圖 14. 學生（C72031）的連結三群概念...…...…………………….85. 圖 15. 學生（C72031）CmapTools 版連結三群概念..………….....86. 圖 16. 學生（L71235）的四群概念..………………………..……...87. 圖 17. 學生（L71235）CmapTools 版四群概念..…………….........87. 圖 18. 神經系統概念圖連接詞使用個數與分類統計..…………….95 ix.

(14) x.

(15) 第壹章緒論. 科學知識是人類詮釋自然現象的語言，是人類體認自然現象的結果，人類在詮釋或體認自然現象的過程，往往會創造許多字詞以表徵心中的想法，也就是所謂的「概念」。人們可以透過概念的使用，將自然世界的複雜關係簡單化，利用概念描繪自然現象，解釋自然事件的因果關係，也可以運用概念解決生活周遭的問題。所以科學概念是人們了解科學的媒介，也是幫助人們培養科學素養及發展科學思考的基本要素。若能了解學生的科學概念學習，釐清概念學習的問題或困難，便能改善科學教學，進而培養具有科學素養的公民。科學概念學習一直是科學教育最為重視的部分，從二十世紀初學生的另有概念研究，到 1970 年代提出的科學概念建構的想法，科學概念學習的焦點逐漸由重視學習結果，轉而關注概念學習的過程。而描繪概念學習過程之「概念改變」理論的發表，更引領了往後三十年科學概念學習研究的發展，而瞭解學生存有的概念，是探究概念學習過程的根本，因此本研究以探究學生的概念為研究的核心，期望能深入透徹的釐清學生的概念。本章首先回顧科學概念學習研究的理論基礎與發展，進一步釐 1.

(16) 清教學前概念、先存概念或另有概念在科學概念學習所扮演的角色，做為尋找研究議題的基礎；接著，依據設定的研究議題，詳細陳述研究的理念與重要性，為本研究的定位做出說明；最後提出具體的研究目的與問題以利研究的進行。. 第一節研究的背景與理念. 過去四十多年來，有關學生概念的研究是科學教育領域最熱門的研究主題之一，探究的重點主要聚焦在學生的教學前概念（preinstructional conception）在科學學習中扮演的角色與其如何影響科學學習，但科學概念學習研究並非一直都是科學教育研究的主流，雖然早在二十世紀初就有許多科學教育學家曾經探究學生的概念，可是當時的教育環境不佳、教育組織鬆散，教育的目標重在提升教育的「量」，期望讓每位學生都能夠接受教育。反觀概念學習研究的目的是瞭解學生的想法，做為了解學習過程、改進教學的參考，藉此提升科學教育品質，這樣的目標與當時的時代背景與教育目標不盡相同，自然較不受重視。但 1960 年代到 1970 年代初期的課程改革成果不如預期，而科學哲學、認知心理學等相關學科領域的發展，啟動了科學概念學習研究的浪潮，1970 年以後，科學概念學習的研究，逐漸成為科學教育研究的主流。 2.

(17) 學生的教學前概念被科學教育研究者重視，應該是受到 Ausubel (1968)提出的一句格言的影響，也就是：「影響學習的一個最重要的因子是學習者已經知道的」。事實上，Ausubel 這一句教學法上的格言表達的洞見並非是全新的想法，早在十九世紀，德國的教育學家 Diesterweg 就曾提出由學生的觀點開始進行教學是非常重要的， Diesterweg 認為探究學生的教學前概念對科學教師而言是必要的；另外，教育學家 Dewey 也主張科學教育應該連結科學知識內容與學生的經驗 (Treagust, Duit, & Fraser, 1996)。這些重視學生概念的教學觀點與傳統由事實和概念出發的教學取向產生強烈的對比，促使科學教育學者對科學學習和教學有新的詮釋。科學概念學習逐漸受到重視，學者開始將研究的焦點集中在探究學生對科學現象、原理和概念的學習，特別是針對「熱」、「能量」、「光合作用」或「遺傳」等主題之相關概念的探究，結果發現學生對這些主題所持有的概念和科學家的科學概念有很大的不同，而且大部分的學生都對自己的概念十分滿意，也非常堅持，經過科學教學後也不輕易改變自己的概念或想法，接受教師教授的科學概念，造成學生只能了解一小部分的科學概念或科學原理，無法真正理解科學知識或科學概念 (Treagust, Duit, & Fraser, 1996)。為了釐清學生無法真正學會科學知識或科學概念的原因，科學 3.

(18) 教育學者積極探究知識或概念建構的過程，結果發現學生在接受正式的科學教學前，心中就已經存有許多解釋自然世界的想法，學生對於教師所要教授的科學知識並非「沒有概念」，學生不是一塊空白的石板（blank slate），教師想要刻上什麼概念就可隨意刻上；相反地，學生有一套屬於自己想法，可以解釋科學概念的內容、原理法則及自然界的現象 (Driver, 1981; Driver & Erickson, 1983; Osborne & Freyberg, 1985)。這些想法在教學前就已經存在，因此被稱為「先存概念（preconceptions）」或「教學前概念（pre-instructional conceptions）」。學生在接受正式的教學之前，心中就存有許多解釋自然現象、事件的想法，這些先存概念會影響學生對科學概念的學習，學生即使接受正式的科學教學，心中的概念與科學家的概念也不盡相同，他們會利用自己的先存概念及教師教授的科學概念為基礎，建立一套屬於自己的概念架構（conceptual frameworks），用以解釋生活周遭的自然現象，這些與科學概念架構不同的想法被稱為「另有架構（alternative frameworks）」、「另有概念（alternative conceptions）」或「兒童的科學（children’s science）」。另外，學生在教學後所存有的概念通常與現今的科學概念不同或被認為是錯誤的科學概念，又被稱之為「迷思概念（misconceptions）」(Driver, 1981; Duit, 1991; Duit 4.

(19) & Treagust, 1995; Gilbert & Watts, 1983; Osborne, 1985)。由於不同學者探究學生概念的切入角度不同，創造出不同的名詞描述學生的概念，而研究者傾向採用 Wandersee、Mintzes 和 Novak (1994)的看法採用另有概念代表於學生的概念，因為「另有概念」不僅是指學習者基於經驗所建構出能讓一系列自然現象和事物易於理解的解釋，另有概念還賦予持有這些解釋的學習者在智能方面的尊重，也就是說另有概念在內容上是有效且合理的可以促進學習者建構更有用的概念（例如，科學概念），所以，另有概念比較接近學習者的實際認知狀態，適合用來代表學習者的概念。學生的另有概念可能是在日常生活中，透過自身的感受、觀察、直覺、學習和體驗等過程，逐漸發展形成的，學生平時就會利用另有概念幫助他們解釋或觀察身邊的自然物象，解決日常生活面臨的各種問題，或者運用另有概念幫助他們學習新的事物、理解科學知識、接收新的訊息或詮釋新資訊，所以學生的另有概念與他們的生活經驗通常是緊密結合的，可以合理的、正確的及有效的幫助學生解釋日常生活所面臨的問題與所遭遇的現象 (Duit & Treagust, 1995; Osborne & Freyberg, 1985; Wood-Robinson, 1995)。當學生在學習的過程中，發現教師教授的科學知識或教科書的科學概念與自己的概念不同，學生會認為他們的概念是正確、好用且有效的，不願 5.

(20) 意改變他們的想法，進而影響科學概念的學習 (Chi & Roscoe, 2002; Duit, 1999; Posner, Strike, Hewson, & Gertzog, 1982; Treagust, Duit, & Fraser, 1996)。. 第二節研究的重要性. 由前述的背景和理念得知，學生的另有概念具有不易改變的特性，即使教師強調科學概念是正確的、真實的，或者強調科學概念較另有概念更有邏輯、更合理，但學生仍堅信他們的概念是正確的，除非教師能提供相當堅實的證據或經驗，證明學生的另有概念是錯的，是不敷使用的，否則，學生不會輕易改變他們的想法 (Chi, 2005; Duit & Treagust, 2003; Hewson, 1996; Posner, Strike, Hewson, & Gertzog, 1982)。因為學生的另有概念不易改變，學生若想「真正」學會科學概念，勢必將本身的另有概念轉變成科學概念，或者利用科學概念取代原有的概念，所以概念的學習可說是一種概念改變的過程，是學生將其另有概念轉變成科學概念的過程。學生的概念學習過程是概念改變的過程，要讓學生存在於日常生活中的另有概念轉變成科學概念，並不容易，若能充分瞭解學生另有概念的內容，另有概念的來源或成因，對於促進學生概念改變 6.

(21) 一定會有實質的幫助。因此，探究學生的另有概念是釐清學生概念學習過程的重要基礎。. 第三節研究的目的與問題. 基於前述背景理念的分析，本研究的目的在深入探究學生的另有概念，以做為增進生物教學與改善生物課程的參考。研究者選定以神經系統為另有概念研究的主題，發展一份可信、可靠的「神經系統概念診斷工具（Concept Diagnostic Instrument in Nervous System, CDIN），做為探究學生另有概念的工具，透過分析學生在 CDIN 的作答結果與理由，釐清學生在神經系統主題存有的另有概念。另外，利用概念圖晤談的方式，更深入探究學生的神經系統另有概念。依據前述的研究目的，本研究設定以下幾個研究問題：一、「神經系統概念診斷工具（CDIN）」是否為有效的另有概念探究工具？二、透過 CDIN 的結果分析，學生在神經系統存有哪些另有概念？三、透過概念圖結果的分析，學生繪製的概念圖結構如何？有幾種概念圖型態？使用了哪些概念為上位概念？四、學生繪製概念圖時，使用哪些連接詞？. 7.

(22) 第四節名詞釋義. 1、概念概念（concepts）是一個人或一群人所具有之觀念的象徵（symbolism），是經驗與物體、現象和事實所衍生的一種概括（generalization）。概念是包含許多經驗的抽象思考的結果，可以幫助人們詮釋或預測物像、事件，概念的形成通常會受到感官經驗及文化型態的影響 (Pella, 1966)。簡單的說，概念就是心智表徵（mental representation）的單位，通常以單字或單詞來表示 (Carey, 2000)。另外，概念（conceptions）是指個人的獨特心智表徵特質（idiosyncratic mental representation），其含意與一般慣用之概念（concepts）不同，concepts 表示一些已經明確定義或廣泛為大眾所接受的觀念 (Duit & Treagust, 1995)。. 2、教學前概念（pre-instructional conceptions）一個人在接受教學前，心智中已經存在的概念（conceptions），又被稱為先存概念（preconceptions）(Treagust et.al, 1996)。就科學知識的性質來說，學生在接受教學之前，本來就存有一些知識，因此教學前概念亦稱為質樸知識（naïve knowledge）、先存知識（prior 8.

(23) knowledge）或先前概念（prior conceptions）。. 3、另有概念（alternative conception）學生的教學前概念可以幫助他們解釋生活周遭的現象、事物，自成一套系統，通常被稱之為另有概念（alternative conceptions）、另有架構（alternative frameworks）或兒童的科學（children’s science），有時候，這些概念與科學概念不同而被認為是錯誤的，因而被稱為迷思概念（misconceptions） (Driver, 1981; Duit, 1991b; Duit & Treagust, 1995)。目前，科學教育學者傾向使用較能充分代表學生認知狀態的另有概念代表學生的概念 (Wandersee et al., 1994)。. 4、概念圖（concept map）概念圖是一種圖形表徵（graphic representation）的型式，是一個二維、樹枝狀、許多概念階層式排列的圖形，概念與概念之間利用許多線段連結，線段上附有連接詞，表達概念間的關係，此為概念圖的基本元素命題（proposition）。因此，概念圖是利用命題代表概念間有意義連結的網狀圖形，可以真實反應學習者的知識架構 (Edmondson, 2000; Novak & Gowin, 1984; Wandersee, 2000b)。. 9.

(24) 10.

(25) 第貳章文獻評述. 第一節學生的另有概念與科學學習. 自 1970 年來，科學概念的研究是科學教育最熱門的研究領域之一，每年都會有許多的期刊論文發表，也有許多的專書討論科學概念研究的相關議題及結果。根據 Duit (2006)的 Bibliography-STCSE: Students’ and Teachers’ Conceptions and Science Education 資料庫所蒐集的文獻的統計，截至 2006 年 2 月為止，與科學概念研究相關的論文就已經有 6995 篇，與物理學的概念相關的研究共有 2750 篇，約佔 40%；與化學領域相關的研究有 2408 篇，約佔 34%；生物概念研究的論文有 1041 篇，約佔 15%；與地球科學相關的研究則有 105 篇，佔全部文獻的 1.5%。相對於物理及化學領域，生物概念研究的數量及內容都不及物質科學來得豐富，但是也已有相當可觀的成果。進一步檢視資料庫中的生物概念研究文獻的內容可以發現，生物概念研究的內容主要集中在探究「學生對不同生物學領域的另有概念」，大約有 640 篇，以及探究「生物教學與另有概念的關係」，大約有 374 篇。若以生物概念的主題來區分，「遺傳學」、「生態學」、「演化」、「生理學」及「生物多樣性（分類學）」等是最受到重視的研究主題。另外，許多研究者也已針對學生的另有概念，設計 11.

(26) 出能促進學生概念學習及概念改變的教學策略。生物概念研究的文獻中，絕大多數都是著重在探究學生的另有概念，研究的主題幾乎涵蓋所有生物學的領域，從生殖、遺傳、演化、生態，到生理學、生物行為、生物的生長、發育及分化及生物多樣性…等，其中又以遺傳、生態、演化、生理（光合作用、呼吸作用及循環等）及生物多樣性的主題最受矚目，研究的成果也最為豐碩。在遺傳概念的部分，學生對於基因、染色體及 DNA 等專有名詞存有許多另有概念，對於基因、染色體及 DNA 的關係容易產生混淆，也不清楚生物細胞與遺傳物質的關係，認為不同細胞中的遺傳物質皆不相同；另外對於細胞分裂、減數分裂、孟德爾遺傳、父母在遺傳的貢獻度、性別的決定、基因性狀的顯隱性、突變等概念上，也具有許多另有概念 (Lewis & Kattmann, 2004; Lewis, Leach, & Wood-Robinson, 2000, 2000; Lewis, Leach, & Wood-Robinson, 2000; Venville, 2004; Wood-Robinson, 1994; Wood-Robinson, Lewis, & Leach, 2000)。在生態學的部分，學生對於生產者、消費者及分解者的概念存有一些迷思，影響學生對於食物鏈、食物網兩個概念的學習，在物質循環及能量流轉的部分，無法正確的區分物質循環與能量流動的差異 (Barman, Griffiths, & Okebukola, 1995; Barman & Mayer, 1994; Griffiths & Grant, 1985)。在演化概念的部分，學生對於演化的現象與機制、演化的單位等概念存有許多另有概念，學生通常利用目的 12.

(27) 論去解釋演化的現象，採用拉馬克的觀點解釋演化的機制，以生物個體來解釋「適應」，無法體會演化是以族群為單位 (Anderson, Fisher, & Norman, 2002; Creedy, 1993; Dagher & Boujaoude, 2005; Demastes, Good, & Peebles, 1995; Wood-Robinson, 1994)。生理學的部分，光合作用是研究最為透徹的主題，大多數的學生無法清楚地說明光合作用的功能及過程，也無法明確區分光合作用與呼吸作用的差別，產生光合作用是逆呼吸的另有概念 (Barker, 1989; Canal, 1999; Griffard, 2001; Haslam & Treagust, 1987; Kinchin, 2000; Stavy, 1987)；動物的循環系統是生理學的另一個研究的重點，學生無法清楚瞭解血液的結構和功能，對於血球的形狀及功能的概念容易產生混淆，動脈、靜脈的差異也無法清楚地區分；另外，學生會建立獨特的血液循環模式來解釋血液循環的路徑 (Arnaudin & Mintzes, 1985, 1986; Chi & Roscoe, 2002)。關於生物多樣性概念的研究，主要在探究學生對於什麼是動物或什麼是植物的想法，通常學生會利用生活經驗作為判斷動植物的標準，或者利用獨特的標準來區分動物或植物 (Barker, 1995; Bebbington, 2005; Kattmann, 2001; Shepardson, 2002)。除了前述的「熱門主題」外，其他的生物主題，例如：生物科技 (Dawson & Schibeci, 2003)、健康 (Guimaraes & Gavilan, 1996; Turner, 1997)、生物行為及恆定…等，也都有豐富的研究成果。因此，科學 13.

(28) 教育學者對於學生的生物另有概念，不論是廣度上或深度上都已經有相當充分的認識，能夠充分瞭解學生的另有概念，對於生物教學的設計及生物課程的規劃都有正面的幫助。探究生物教學與生物另有概念的關係是近年來生物概念研究的另一個重要的方向，以學生的另有概念為依據，設計適當的教學策略促進學生的概念學習及概念改變，增進學生的概念理解。目前已經有許多的研究指出符合建構論理念的教學可以有效的促進學生的概念學習及概念改變 (Christianson & Fisher, 1999; Kinchin, 2000; Odom & Kelly, 2001)，因為學生的另有概念具有不易改變的特質，必須透過符合建構論的教學，讓學生在認知衝突的情境下，瞭解自身概念的不足，透過討論、澄清、論辯及應用等的過程，幫助學生重新建構生物概念 (Chi, Slotta, & de Leeuw, 1994; Duit & Treagust, 2003)。依據建構論的理念，許多的學者設計了不同的教學策略來幫助學生的概念學習與概念改變，例如：學習環教學（learning cycle approach） (Lawson, Abraham, & Renner, 1989)、概念改變模式（conceptual change model） (Duit & Treagust, 2003; Posner, Strike, Hewson, & Gertzog, 1982)、概念構圖教學（concept mapping approach） (Novak, 1996)、類比橋教學法（bridging analogies approach） (Brown & Clement, 1989)等。另外，也有許多研究利用 14.

(29) 類比 (Chiu & Lin, 2005; Treagust, Harrison, & Venville, 1996)、問題導向 (Kearney, Treagust, Yeo, & Zadnik, 2001)及情境學習的教學理念 (She, 2004)來幫助學生改變另有概念，學習正確的生物概念。設計增進學生概念學習、幫助學生概念改變的教學策略或教學模式是生物概念研究未來的趨勢，唯有透過良好的教學設計，才能有效的提升學生的生物概念學習成果，改變學生的另有概念。除了調查學生的另有概念及設計幫助另有概念轉變的教學之外，探究學生另有概念的來源與產生的原因，以及某些另有概念不易轉變等問題 (Chi, 2005; Chi & Roscoe, 2002)，也是生物概念研究的重點。經由探究另有概念的本質，可以瞭解為何某些概念不易轉變，也可以找尋教學成效不彰的原因。台灣對於科學概念的研究不如國外起步的早，但是自 1980 年代中期以來所發表的研究報告及期刊論文也超過百篇以上，而生物概念的研究也如同國外的情況一般，不如物理及化學領域來得豐富，但是針對某些特定的主題有深入的探究，例如：遺傳學概念 (黃台珠，1990；1993; 湯清二，1990; 楊坤原，1989)、細胞的概念 (湯清二，1993; 曾千虹和耿正屏，1993; 謝祥宏、耿正屏和湯清二， 1996)、生物分類的概念 (莊志彥和蘇育任，1999)、呼吸作用 (吳復中，2001)、生殖概念 (陳業勇，2001; 楊宜聆，2002)、循環系統 15.

(30) (邱耀德和耿正屏，1994; 許朝貴和耿正屏，1995)等。2000 年以後，生物概念研究的主題更為豐富，不再只侷限在某些特定的生物主題，開始廣泛地，大規模的進行調查，同時也針對不同的年齡層進行探究，這樣可以得到更完整的生物另有概念資料，除了調查學生的生物另有概念之外，也對學生另有概念產生的原因進行調查，期望獲得更完整的資料。另外，已有數個研究開始設計促進概念學習及概念改變的教學策略，顯示國內的生物概念研究，不論在質或量上，都有顯著的提升，相信對於台灣學生的生物概念學習，一定能有更好的幫助。. 第二節探究學生另有概念的方法. 根據 Duit (2007)的 STCSE 資料庫所蒐錄的研究論文，可以瞭解學者主要利用三種方式探究學生的概念，分別是晤談、紙筆測驗和概念圖（或認知圖形），以下分別針對這三種探究方法加以說明。. 一、晤談晤談是透過和學生面對面的溝通方式，利用一些問題的引導，讓學生將心中的想法表達出來，以瞭解學生概念理解的方式，通常可以分為結構式晤談、半結構式晤談和開放式晤談三種。結構式晤 16.

(31) 談利用許多問題當作探針（probes），促使學生釐清他們對特定科學概念的想法，晤談的過程是一對一的情境，學生使用自己的用語來解釋概念，有時候，晤談者會要求學生利用科學概念解決問題或應用科學概念，晤談者盡可能的聆聽學生的解釋和描述，適時的發問以釐清學生的說法和行為舉動，記錄學生的思考過程和表情。因此，結構式晤談有明確的晤談架構、晤談問題，晤談進行的過程，按照一定的程序與學生進行對談，以瞭解學生的想法 (Southerland, Smith, & Cummins, 2000)。結構式晤談可依探究學生對概念理解程度的高低，分為事例晤談（interview about instances, IAI）、預測晤談（prediction interview）、分類晤談（sorting interview）和問題解決晤談（problem-solving interview）等不同的晤談策略（表 1），例如：若想探究學生是否能辨識概念，或學生對於概念的定義，則可採用事例晤談；若要偵測學生是否能應用概念，則可運用預測晤談或問題解決晤談的方式。 IAI 是探究學生對特定事物所存有的概念的晤談方法，晤談過程中，晤談者提供一系列不同的圖畫給學生觀看，要求學生區分圖畫中的物體是否屬於特定概念的例子，並進一步追問學生分類例子與非例子的標準，晤談者由學生的回答可以瞭解其是否理解科學概念，例如：若要瞭解學生對於植物的概念，晤談者會準備許多不同 17.

(32) 表1 理解程度與晤談探針對照表理解程度. 晤談探針. 概念辨識／定義. 事例晤談. 概念應用. 事例晤談預測晤談問題解決晤談過程晤談分類晤談. 建構因果關係的解釋. 分類晤談. 資料來源：Southerland, S. A., Smith, M. U., & Cummins, C. L. (2000). "What do you mean by that?": Using structured interviews to assess science understanding. In J. J. Mintzes, J. H. Wandersee & J. D. Novak (Eds.), Assessing science understanding - A human constructivist view (pp. 71-93). San Diego: Academic Press.. 生物的圖卡，接著詢問學生圖卡上的生物是否屬於植物，並說明理由，晤談者經由分析學生對不同圖卡的答案及理由，可以瞭解學生對植物這個概念的想法。事件晤談（interview about events, IAE）也是結構式晤談的一種，晤談過程與 IAI 一樣，不過晤談內容主要是探究學生對日常生活現象的想法，晤談過程通常利用實際的例子或圖片來詢問學生的意見，要求學生解釋圖片發生的事件，經由學生的說明來瞭解學生的概念 (Carr, 1996; Southerland et al., 2000)。預測晤談是要求學生預測特定情境的結果，並針對預測結果提供解釋或辯證的過程，預測晤談強調概念的應用，通常透過四種不. 18.

(33) 同的方式達成晤談的目的，分別為：(1)預測事件的結果；(2)為預測做出解釋或辯證；(3)描述事件的實際結果的圖像；(4)調和個人預測和實際結果的衝突 (White & Gunstone, 1992)。分類晤談是利用許多與特定科學概念相關的圖卡讓學生排序或分類，並請學生解釋原因以瞭解學生的想法，例如安排數個圖卡分別代表生物演化過程的卡片，要求學生依據他們的演化概念依序排列圖卡，學生的排列結果及說明可以代表學生的演化概念。問題解決晤談或過程晤談（process interview）的重點在探究學生解決問題過程中的行為表現，通常搭配放聲思考（think aloud）的方式釐清學生解決問題的思考過程，這樣的晤談方式可以判斷學生是否屬於好的問題解決者，也可經由學生在晤談過程的表現，瞭解學生如何使用科學概念，進而分析學生的概念理解。對於具有較多問題解決認知需求的學科，如：數學、化學、物理或遺傳學等領域的概念學習評測，十分有價值 (Southerland et al., 2000)。半結構式晤談與結構式晤談類似，具有設計過的晤談架構與晤談問題，但是在晤談的過程中會依據學生的回答進行追問，深入瞭解學生的想法。至於開放式的晤談則類似對談或聊天的方式，利用開放性問題來探究學生的想法 (Carr, 1996; Mintzes, Wandersee, & Novak, 2001; Osborne & Gilbert, 1980)。 19.

(34) 進行科學概念探究時，可依據探究概念的屬性、範圍，選擇合適的方法或策略，而晤談是目前科學概念學習研究最常使用的研究方法，因為晤談可以深入且精確的偵測學生的另有概念和判斷學生的概念理解，有效反映學生的概念學習成效或概念改變的情形 (Southerland et al., 2000)。但是晤談的方式耗時耗力，無法進行大規模的調查，而且未受過訓練的科學教師或晤談者可能因為晤談過程中的暗示或期望，無法獲得預期的結果 (Sadler, 2000)。. 二、紙筆測驗（概念診斷測驗）紙筆測驗是研究者、教師和學生最熟悉也最方便的概念診斷工具，但紙筆測驗在概念研究發展之初，並非評量學生另有概念的主要方法，探究學生的概念主要還是透過晤談的方式。由於晤談有其限制，教師或晤談者必須受過訓練才能有效地診斷學生的想法，若教師或晤談者訓練不足，在晤談過程中很難避免對正確回答的贊同，造成學生在回答問題時傾向提供能得到教師或晤談者認同的答案，因而無法真實反應學生的想法。另一個問題在於教師或晤談者在晤談過程中聽到科學術語、科學概念、科學名詞或科學理論的回答後就會停止追問，認為學生已經理解概念，造成誤判。因為晤談的方法有這些缺失，學者便開始利用晤談診斷出的另有概念為基 20.

(35) 礎，設計紙筆測驗做為探究學生概念理解的工具 (Sadler, 2000)。選擇題（multiple-choice test）是最常見的概念診斷測驗型式，但用於概念診斷的選擇題與標準化測驗不同，因為測驗的目的在於診斷學生的概念，設計測驗時採用學生的另有概念做為選項，與標準化測驗由測驗編製者發展選項的方式不同。以學生的另有概念做為選項可能造成選項的難度提高，降低鑑別度 (Narode, 1987)，但選項代表的是學生的真實想法，可以有效達成診斷學生另有概念的目的。目前用來探究概念學習或概念改變的選擇題式概念診斷測驗，題目設計通常是由一個概念問題和多個學生另有概念的選項組成，概念問題是欲探究的科學概念，選項則由一個科學概念與多個學生對概念問題的另有解釋所組成，有的研究者會加上「其他」的選項供學生書寫自己的概念 (Sadler, 2000)。因此，分析學生的回答情況，就可以瞭解學生具有那些另有概念。除了選擇題式概念診斷測驗之外，開放式測驗（open-ended test）也常被用於診斷學生的概念。研究者將欲探究的概念設計成概念問題，讓學生主動書寫答案，透過分析學生的回答瞭解學生的概念。開放式測驗比選擇題式測驗能獲得更多學生的概念，但結果分析與施測的方便性則不及選擇題式測驗。而 Treagust (1988)結合選擇題與開放式測驗的要素設計兩階層診斷測驗（two-tier diagnostic 21.

(36) test）做為診斷學生概念的測驗工具，兩階層診斷測驗與選擇題式診斷測驗相同，都具有一個概念問題及多個另有概念的選項，但答案的選項分成兩個階層，第一層詢問學生對概念問題的答案，第二層則進一步詢問學生選擇答案的理由。兩階層的診斷測驗可以診斷較為複雜的概念，分析學生對於答案與理由的配合，可以更明確的瞭解學生的想法，目前已廣泛使用於診斷不同學科領域的概念，例如：Odum 和 Barrow (1995)用以調查大學生的擴散和滲透概念、Lin (2004)用以調查植物的生長和發育概念、Wang (2004)則發展兩階層診斷測驗探究學生的生物運輸作用相關概念。概念診斷測驗可以大規模施測，快速瞭解大部分學生的想法，但學生在填答測驗的過程，可能對診斷測驗的文字敘述產生誤解，或者利用測驗技巧回答問題，未必能反應學生真實的概念或想法，而學生在兩階層診斷測驗的填答上，也會出現答案與理由相互矛盾的情況 (Griffard & Wandersee, 2001)，造成解釋學生所具有的另有概念的困難。因此，概念診斷測驗應配合其他的概念探究方式，才能完整瞭解學生的想法。. 三、概念圖或各種認知圖形概念圖是一種圖形表徵（graphic representation）的型式，是一 22.

(37) 個二維、樹枝狀、許多概念階層式排列的圖形，概念與概念之間利用許多線段連結，線段上附有連接詞，表達概念間的關係，此為概念圖的基本元素命題（proposition）。因此，概念圖是利用命題代表概念間有意義連結的網狀圖形，可以真實反應學習者的知識架構 (Edmondson, 2000; Novak & Gowin, 1984; Wandersee, 2000b)。概念圖具有多元化的用途，可以幫助學生進行有意義的學習（meaningful learning），教師可以利用概念圖做為教學工具，概念圖也可做為評量工具，診斷學生的概念理解，而概念圖也可做為課程評鑑及師資培育的工具 (Edmondson, 2000; Novak & Gowin, 1984; Wandersee, 2000b)。因為概念圖可以代表學習者的知識架構，透過分析學習者的概念圖可以瞭解其概念結構，反映學習者的概念理解。而應用概念圖評量概念理解的主要方式為分析學習者概念圖中的命題，釐清學習者是否具有另有概念，若進一步計算學習者在概念圖中使用的概念數目、連接詞數目、正確命題數、階層數、分支數與交叉連結數等概念圖的性質，可以完整描繪學習者的知識結構並得到量化的數據，有利於進行統計的比較，瞭解不同學生、教學前後的概念理解的差異。所以概念圖的評量結果除了可以進行質的分析，也可以進行量的比較，是探究概念學習的有利工具 (Novak & Gowin, 1984; 23.

(38) Wandersee, 2000)。 Kinchin (2001)主張概念圖是反映概念生態中概念結構的有效工具，對於探究概念改變的過程也十分有效。目前已有許多研究採用概念圖的方式做為探究學生概念改變過程的工具，例如：Jones 等人 (2000)便利用概念圖的方式探究學生對生態概念的改變，而 Liu (2004)的研究則利用概念圖探究學生對化學平衡概念的本體論信念和認識論共識，同時也利用概念圖瞭解社會／情感情境的因子對概念改變的影響。可見，概念圖是探究概念改變的有效工具之一。命題是構成概念圖的基本元素，形成命題是指在兩個概念間加上連接詞，選用適當的連接詞形成命題是繪製概念圖的重要步驟，而連接詞的選用，充分反映繪圖者對命題的瞭解。Fisher (1988)透過分析許多概念圖，提出一個概念圖連接詞的分類表，將連接詞分成「對稱連結（symmetric link）」連接詞與「不對稱連結（asymmetric link）」連接詞兩大類，其中不對稱連結連接詞可再分為五類，分別是最常見的「包含關係（inclusion relations）」和次常見的「特徵關係（characteristic relations）」，以及「行動關係（action relations）」、「過程關係（process relaions）」和「時間關係（temporal relations）」，不同的連接詞分類與連接詞例子如表 2。. 24.

(39) 表2 連接詞分類表對稱連結（Symmetric Links）相反的 is opposite of 有兄弟姊妹的 has sibling 有同義詞 has synonym 接近 is near to 類似 is similar to 相同的 is same as 獨立的 is independent of 等於 is equal to 相反 is opposed to 不對稱連結（Asymmetric Links）包含關係 Inclusion Relations (Typically the most common) 有部分/一部分是 has parts/is part of 組成/部分 composed of/is part in 例子/是例子 has examples/is example of 包含/包含 contains/is contained in 包括/包含 includes/is included in 實例/是實例 has instance/is instance of 特徵關係 Characteristic Relations (Next most common) 具有特徵/特徵 has characteristic/is characteristic of 有屬性/屬性 has property/is property of 有種/是一種 has kind/is kind of 描述 describes/is described by 表示 denotes/is denoted by 有優勢/優勢 has advantage/is advantage of 有功能/功能 has function/is function of 高於/低於 is above/is below 有屬性/屬性 has attribute/is attribute of 有類型/類型 has type/is type of 定義 defines/is defined by 模型 models/is modeled by 隱含/暗示 implies/is implied by 資料來源：Fisher, K. M. (1988). Relations used in student-generated knowledge representations. Paper presented at the annual meeting of the American Educational Research Association, San Francisco, CA. （續下頁） 25.

(40) 具有缺點/缺點 has disadvantage/is disadvantage of 有大小 has size/is size of 高於/低於 is higher than/is lower than 行動關係 Action Relations 原因/造成 causes/is caused by 解決/解決方案 solves/is Solution for 減少 decreases/is decreased by 破壞 destroys/is destroyed by 影響/受影響 influences/is influenced by 能夠 enables/is enabled by 行動 acts on/is acted on by 轉換 converted from/converted to 採用/使用 employs/is employed by 生成 generates/is generated by 源自 originates from/is origin of 需要 requires/is required by 發送/接收 sends to/receives from 使用/被使用 uses/is used by 利用/被利用 exploits/is exploited by 增加 increases/is increased by 阻礙 impedes/is impeded by 決定/被決定 determines/is determined by 吸收/被吸收 absorbs/is absorbed by 消耗 consumes/is consumed by 設計 designs/is designed by 演變成/演變 evolves into/is evolved from 修改/被修改 modifies/is modified by 提供 provides/is provided by 調節 regulates/is regulated by 過程關係 Process Relations 有目的/目的 has object/is object of 結果/起因於 has result/results from 有過程 has process/is process in 輸入 has input/is input to 依賴/依靠 depends on/has dependent 輸出 has output/is output of 有子進程/有進程 has subprocess/is subprocess of （續下頁） 26.

(41) 組織 organizes/is organized by 提出/提議 proposes/is proposed by 結論 concludes/is concluded by 時間關係 Temporal Relations 有步驟 has step/is step in 前/後 precedes/follows 有階段/階段 has stage/is stage in. 除了概念圖外，學者也發展了許多的認知圖形，應用在概念研究上 (Fisher, 2000a)，例如：SemNet (Fisher, 2000b)、V 圖 (Novak & Gowin, 1984)、概念圓圈圖（concept circle diagrams, CCD） (Wandersee, 2000a)及圓形房屋圖（Roundhouse）(Ward & Wandersee, 2001, 2002)等，透過圖形工具幫助學生表達自己的想法，以釐清學生的概念理解。概念圖與其他認知圖形雖然可以幫助學生表達自己的概念，但是繪製圖形需要訓練，學生可能無法快速掌握繪製圖形的訣竅，造成學生的真實想法與繪製之圖形間的落差。因此，使用概念圖或其他圖形工具當作探究學生概念的方法時，可能需要安排足夠的時間讓學生熟悉圖形工具，這樣學生才能真正的表達自己的想法。. 第三節神經系統概念研究成果. 神經系統是一個涵蓋相當多概念的單元，學生對神經系統的相 27.

(42) 關概念通常很陌生，日常生活中也不常接觸，因此國內外學者對於神經系統的研究也不多，以下針對幾個特定的概念加以說明(沈鴻明和蔡長添, 1996; 涂志銘、張賴妙理和鄭湧涇, 2001)。神經系統是控制人類行為的系統，但學生對神經系統的功能常有誤解，學生認為和生命較相關的行為是神經系統控制，或者四肢的活動是神經控制的，也有學生認為能夠自己控制的行為是神經管的，無法自己控制的行為就不是由神經負責控制，另外，學生認為不同器官的活動由器官本身負責，例如：心跳由心臟控制，呼吸的快慢由肺臟控制，這些想法表示學生對神經系統的功能並不清楚。若進一步探究神經系統的不同部位和人類活動的關係，學生認為大腦很大，可以管控人類所有的行為和活動，或者人類的行為是一層管一層，大腦是最上層。若更仔細詢問學生神經系統如何控制人類的行為活動，許多學生認為神經系統是透過類似操縱木偶的方式，利用神經拉動手腳或器官產生活動。關於神經細胞的想法，學生大多沒有明確的想法，也不是非常瞭解感覺神經或運動神經的區別，即使經過教學，仍有學生對於感覺神經或運動神經產生誤解，對於神經衝動傳遞的方向也無法正確解釋。整體來看，關於神經系統的概念，學生在教學前並沒有太多想法，教學後仍會有一些另有概念。 28.

(43) 第參章研究的方法與過程. 本研究利用自行發展的「神經系統概念診斷工具（Concept Diagnostic Instrument in Nervous System, CDIN）」，做為探究學生神經系統另有概念的工具，並進一步利用詮釋性研究（Interpretive Research），深入分析學生在 CDIN 的作答理由，以充分瞭解學生在神經系統單元所具有之另有概念。另外，設計神經系統概念圖晤談架構，做為探究學生在神經系統單元之知識架構的工具。. 第一節研究的對象. 一、研究的對象本研究選擇 5 所國民中學的七年級學生為研究對象，其中 3 所位於台北市，另 2 所位於新北市，總共研究對象有 1333 位，分別來自 40 個班級，其中男生有 703 位，女生有 630 位，參與研究的學生人數如表 3。另外，於 5 所國中分別抽取學生進行概念圖的晤談，總共晤談 51 位學生，30 位男生，21 位女生。. 二、參與研究的教師本研究邀請 5 位國中生物教師為合作教師，其中 3 位任教於台 29.

(44) 表3 研究對象人數統計表學校. 班級數. 學生人數. 男生. 女生. C. 10. 330. 171. 159. J. 11. 419. 229. 190. L. 5. 184. 99. 85. S. 7. 216. 112. 104. Y. 7. 184. 92. 92. 合計. 40. 1333. 703. 630. 北市，另外 2 位則任教於新北市。5 位合作教師皆曾參與師資教育機構或教育行政單位所舉辦之研習班，此研習班的主題與建構論及科學概念學習相關，對於先存概念、另有概念、概念學習和概念改變等研究主題有相當程度的瞭解。5 位合作教師的主要任務是協助研究者發展「神經系統概念診斷工具（CDIN）」，做為診斷另有概念的工具，並協助研究者進行 CDIN 的施測。. 第二節研究的工具. 本研究發展神經系統概念診斷工具（CDIN），做為探究學生另有概念的依據。另外，針對神經系統單元中重要的生物概念，設計概念圖晤談架構，探究學生的知識架構。以下，分別說明兩個研究工具的發展過程。 30.

(45) 一、神經系統概念診斷工具（CDIN） CDIN 為診斷學生神經系統概念的測驗，題目的設計是以一個概念問題或概念事件做為題幹，題幹之下包含數個不同的概念敘述，用以回答或解釋題幹的概念問題或概念事件，這些概念敘述包含科學概念及多個不正確或不完整的另有概念。CDIN 的設計理念假設學生對特定科學概念可能是「缺乏概念」，以及存有「另有概念」或「科學概念」，因此設計時將選項分成三類，分別代表學生對特定概念是屬於缺乏概念、另有概念或科學概念。 CDIN 讓學生判斷題目中不同的概念敘述是「正確」、「不正確」或「不知道」，並說明判斷的理由。「不知道」的選項代表學生對題目中的概念敘述是「缺乏概念」，「正確」和「不正確」的選項則依照概念敘述的正確性分別代表學生具有「科學概念」或「另有概念」，也就是說，若概念敘述正確，學生選答正確選項，表示學生具有科學概念，選答不正確選項則表示學生持有另有概念。期望透過這樣的測驗，能區分學生對於特定概念是「有概念」或「缺乏概念」。此結果可幫助研究者釐清學生對神經系統概念的起始狀態。 CDIN 是以涂志銘、張賴妙理和鄭湧涇 (2001)發展的「生物概念診斷測驗—神經系統單元, BCDI-N」為基礎發展而得。CDIN 的發展包括以下四個階段及 11 個步驟： 31.

(46) （一）選定擬診斷的生物概念 1、回顧神經系統概念研究的相關文獻，選定重要的概念做為研究的標的。 2、分析 BCDI-N 工具診斷之概念的特性並加以分類。 3、分析 BCDI-N 的診斷結果，做為挑選研究標的概念的依據。 4、彙整前述三個步驟的結果，確立欲探究的神經系統概念。（二）設計 CDIN 5、以階段 1 選定之概念為依據，參酌 BCDI-N 的題目內容，適度加以修正，發展能探究標的概念的概念問題或概念事件，做為題幹。 6、於 BCDI-N 中選取能解釋或說明步驟 5 所設計之概念問題或概念事件的命題陳述，並於相關文獻中尋找能解釋或說明概念問題或概念事件的相關命題陳述，做為選目。（三）發展診斷工具初稿與試測 7、測驗發展的過程，由兩位生物教育專家及參與研究的五位生物教師組成專家群，共同討論階段 2 所設計的概念問題或概念事件是否能評測標的的概念。 8、適度修正及精鍊步驟 6 的命題陳述，以符合學生的想法。 9、組合步驟 7 的概念問題或概念事件與步驟 8 的命題陳述，設 32.

(47) 計完整的題目。 10、選取一個七年級的班級進行試測。（四）修訂和定稿 11、依據試測的結果，分析學生的填答情況、答對率和選擇的理由，再經由專家群討論，適度修正題幹的概念問題或概念事件之敘述，並增刪命題陳述，使測驗更為精鍊，堅實其內容效度。發展完成的 CDIN 包含 3 個題組，可調查 3 個神經系統概念，分別是「神經系統控制人體大多數的生理活動」、「跑步接球的神經傳導路徑」與「腦幹可以掌管心跳和呼吸」。每一個題組包含 5 到 6 個不同的命題陳述，分別代表科學概念和另有概念，表 4 列出 CDIN 探究的科學概念及相對應之另有概念。CDIN 內容如附錄一。 CDIN 的計分方式依據學生選答的選項給分，選答正確給 1 分，選答錯誤或選答「不知道」則計為 0 分。此計分方式所得之結果，可用以評測學生對 CDIN 中各命題陳述的理解，以供判斷學生的概念理解。另外，分析學生選答時所提供的理由，可以歸納整理學生判斷命題陳述正確與否的想法，供研究者更深入釐清學生的另有概念。 CDIN 的發展過程，除參酌 BCDI-N 的內容外，亦經由專家群確 33.

(48) 表4 CDIN 探究之科學概念與學生的另有概念對照表科學概念. 另有概念. 神經系統可以控制 1. 無法自己控制的活動，例如：消化、打噴嚏、人體自主和非自主的活動。. 瞳孔放大縮小等，不是神經系統負責掌控。 2. 反射動作無法自己指揮，所以不是由神經系統負責控制。. 跑步接球的神經傳 1. 跑步接球的動作是由眼睛、手和腳相互配合導路徑為眼睛接收. 即可完成。. 訊息傳至大腦判 2. 跑步接球的動作是由眼睛接收訊息後，經由斷，再將動作訊息. 神經傳遞訊息至手和腳所完成。. 由大腦經過脊髓傳 3. 跑步接球的動作由眼睛接收訊息，利用神經至手腳完成接球動. 傳遞訊息至大腦判斷，再利用神經將大腦的. 作。. 訊息傳遞至手和腳完成動作。 4. 跑步接球的動作必須迅速完成，所以眼睛接收的訊息利用神經傳至脊髓後再傳給手腳完成動作，是一種反射動作。. 腦內有一區域（腦 1. 呼吸和心跳是由心臟和肺臟負責控制。幹）掌管呼吸和心 2. 連接心臟和肺臟的神經可以控制心跳和呼跳的快慢。. 吸的速度。 3. 大腦負責掌控大部分的生理活動，包括呼吸和心跳。 4. 小腦負責協調肌肉活動幫助運動，所以運動時的呼吸和心跳由小腦負責控制。. 立測驗的題幹和命題敘述，以確立 CDIN 的內容效度。CDIN 的信度考驗，採用內部一致性信度，Cronbach α 值為 0.75。. 34.

(49) 二、神經系統概念圖晤談架構本研究利用概念圖做為探究學生知識架構的工具，概念圖晤談架構之詳細內容如下：（一）概念圖晤談輔助工具 1、概念卡片 (1)示範用的概念卡片組，包含：「學校」、「學生」、「老師」、「教室」、「同學」、「操場」與「上課」等 7 個概念。 (2)學生練習用的概念卡片組，包含：「颱風」、「下雨」、「陣風」、「水災」、「土石流」、「停電」、「放假」等 7 個概念。 (3)神經系統概念卡片組：包含「神經系統」、「神經元」、「中樞神經」、「周圍神經」、「腦」、「大腦」、「小腦」、「腦幹」、「脊髓」、「感覺神經」、「運動神經」、「腦神經」、「脊神經」、「受器」、「動器」和「反射作用」等 16 個概念。 2、二開海報一張，提供學生繪製神經系統的概念圖。 3、彩色筆數支，提供學生繪製概念圖之用，讓學生可用不同的顏色標示不同的連接詞。（二）概念圖晤談的步驟 1、概念圖的介紹及示範 (1)介紹概念圖：概念圖是依據概念（名詞）與概念（名詞） 35.

(50) 之間的關係所繪製的圖形。 (2)示範繪製概念圖：以「學校」為主題，畫出包含「學生」、「老師」、「教室」、「同學」、「操場」、「上課」等 7 個概念的概念圖，研究者在示範的過程中會說明建構概念圖的方法，並解釋概念、連接詞、命題等組成概念圖之元素的意義。 2、概念圖練習 (1)採用師生共同建構的方式幫助學生練習如何繪製概念圖。由研究者引導學生以「颱風」為主題，繪製包含「下雨」、「陣風」、「水災」、「土石流」、「停電」和「放假」等概念的概念圖。引導的過程中，研究者逐次加入一個概念，並詢問學生新加入的概念與既有的概念要如何連結；或者由學生自行選擇欲加入的概念，並決定如何與既有的概念加以連結。透過問答的方式，研究者與學生共同繪製完整的概念圖。 (2)於共同繪製概念圖的過程中，研究者可詳細的說明概念、連接詞、概念連結線段等構成概念圖之元素的使用方法，也可實際幫助學生利用連接詞連結兩個概念形成命題，使學生能充分理解繪製概念圖的方式。 36.

(51) 3、正式建構概念圖 (1)請學生以神經系統為主題，建構一個概念圖。 (2)提供學生 16 個神經系統的概念卡片，要求學生利用 16 個概念繪製一個完整的概念圖。 (3)學生繪製概念圖過程不一定要使用全部的概念卡片，學生可依據自己的理解，盡量使用所有概念。 (4)學生若想使用其他的概念繪製概念圖，則提供空白的卡片給學生使用，讓學生可以自行製作概念卡片用於繪製完整的概念圖。 (5)學生繪製概念圖的過程，研究者會適時提醒學生在概念與概念之間加上連接詞，也會適度引導連結不同的概念，讓學生能順利完成概念圖。 (6)概念圖繪製完成後，學生需要說明繪製概念圖的想法，也需要解釋繪製完成的圖形，幫助研究者瞭解其概念圖。. 第三節研究的內容與過程. 所有參與研究的學生，於神經系統單元教學前兩週內，完成 CDIN 問卷的作答，學生於作答前，施測的教師會明確的說明施測的目的在於瞭解學生對於神經系統概念的理解，CDIN 的作答結果 37.

(52) 不會影響學生的學業成績，作答的結果也不會公開，讓參與研究的學生能放心作答。另外，施測的教師會提醒學生 CDIN 共有三個題組，每一個題組有 5～6 個小題，每一個小題有 3 個選項，分別是「正確」、「不正確」和「不知道」，學生依據個人的想法，選擇「正確」、「不正確」或「不知道」的其中一個選項，並提供選擇選項的理由，不論學生選擇哪一個選項，都需要在問卷預留的空白處填寫理由。 CDIN 施測完成後，回收問卷，並適時由施測教師或研究者檢視學生的作答情況，若發現漏答或沒有提供理由的情形，在條件許可的情況下，盡可能讓學生完成選答或提供理由。最後，回收所有的 CDIN 問卷，進一步將學生的答案和理由加以建檔，以利後續的分析處理。 CDIN 建檔編碼的方式，若學生選答「正確」，編碼為 1，選答「不正確」，編碼為 2，選答「不知道」則編碼為 3，透過統計軟體分析編碼 1、2 或 3 的百分比，就可以清楚知道學生在 CDIN 單一命題陳述的作答情況，以瞭解學生概念理解的程度，也可以知道存有另有概念的學生比例，釐清那個神經系統概念，學生存有較多另有概念。將學生在 CDIN 提供的理由加以建檔，由研究者和一位科學教 38.

(53) 育專家組成專家群，分別檢視學生在 CDIN 所提供的理由，進一步互相討論，將學生的理由加以分類整理，形成不同的概念編碼，做為分析 CDIN 理由的標準。依據前述的概念編碼，分析學生提供理由的類型、特性和百分比，彙整成表格，便可清楚的釐清學生在神經系統具有哪些另有概念。總結來說，透過分析 CDIN 單一命題陳述的作答百分比，可以釐清七年級學生在教學前，對神經系統概念的理解程度；透過 CDIN 理由的分析，能充分理解七年級學生在神經系統單元，具有哪些另有概念，也可以知道這些另有概念有那些類型？在概念圖晤談的部分，研究者在神經系統單元教學前，分別進行 51 位學生的概念圖晤談，概念圖繪製的時間約 25～30 分鐘。概念圖晤談完成後，回收學生繪製的概念圖海報，並以數位相機拍照建立電子檔案，方便後續的結果分析。學生繪製的概念圖，利用 IHMC（Institute for Human and Machine Cognition）所研發的 CmapTools 軟體進行轉檔，繪製完整的電子概念圖，之後參酌 Novak 和 Gowin (1984)和 Thompson 和 Mintzes (2002)所提出的概念圖分析方法，解構學生在神經系統單元的概念圖，透過分析概念圖中概念數、命題數、分支數、階層數和交叉連結數，瞭解學生的概念圖結構。另外，透過分析學生繪製的 39.

(54) 概念圖，將概念圖歸類成不同的型態，探討概念圖型態所反映的意義，接著，透過分析學生繪製概念圖時所使用的上位概念，瞭解學生教學前選用的上位概念的情況。最後，仔細分析學生繪製概念圖時所使用的連接詞，依據 Fisher (1988)提出的連接詞分類，探究學生使用的連接詞分類有何特性，進而分析這些連接詞的使用對後續概念學習可能產生的影響。除了分析學生的概念圖外，本研究也依據神經系統單元的教科書內容，繪製課本內容概念圖，做為分析討論的參考（圖 1）。. 40.

(55) 圖 1 神經系統課本內容概念圖 41.

(56) 42.

(57) 第肆章研究結果與討論 CDIN 包含三個題組，分別探究「神經系統控制人體大多數的生理活動」、「跑步接球的神經傳導路徑」與「腦幹可以掌管呼吸、心跳的快慢」三個神經系統概念，每一個題組包含一個題幹和數個選目，為了後續結果呈現與討論的方便，分別將三個題組編號為 S1、S2 和 S3，而題組中，用以解釋題幹的命題陳述，則編號為 Q1 ～Q6（以命題陳述的數目多寡依次編號），表 5 為 CDIN 三個題組的題幹與編號對照表。 CDIN 的結果分析分為三大部分，首先統計學生在 CDIN 選答「正確」、「不正確」和「不知道」的人數，計算學生在 S1、S2 和 S3 的不同命題陳述的答對率，進一步計算學生在 S1、S2 和 S3 的整體答對率，釐清學生對 CDIN 三個題幹內容的神經系統概念的整體理解程度；其次，透過分析學生在 S1、S2 和 S3 中對不同命題陳述的選答百分比，瞭解學生對不同概念的理解程度；最後，分析學生回答 S1、S2 和 S3 中不同命題陳述所提供的理由，深入探究學生具有哪些另有概念。概念圖結果的分析，利用 CmapTools 軟體進行轉檔後，詳細分析學生的概念圖結構、概念圖型態、概念圖上位概念的使用，並深入分析學生繪製概念圖時使用的連接詞特性。 43.

(58) 表5 CDIN 三大題組之編號與題幹內容對照表編號. 題幹內容「人體不同部位的活動，有些是神經系統管的，有些不. S1. 是神經系統管的。」下面是關於人體活動的敘述，請你判斷這些不同的活動是否和神經系統有關，並說明理由。阿鋒看見打擊者擊出一個高飛球，於是往前跑，將高飛. S2. 球接殺。這一連串的動作必須依靠身體不同的部位和器官共同完成，請依照你的看法判斷下面敘述是否正確，並寫下你的理由。在激烈運動時，我們會覺得心跳變快，喘不過氣來，這. S3. 些生理的活動是怎樣控制的呢？請依據你的想法判斷下面敘述是否正確，並說明理由。. 以下，依序呈現學生在 CDIN 三個題組的另有概念分析結果，接著敘述學生在神經系統概念圖的分析結果。. 第一節神經系統控制人體大多數生理活動之另有概念. 計算學生在 CDIN-S1 中對不同命題陳述的答對率，進一步計算 S1 整體答對率，S1 有 Q1～Q6 共 6 個命題陳述，若學生 6 個命題陳述都具備科學概念，則在 S1 可以得到 6 分，若有 5 個命題陳述選答正確，則計為 5 分，依此類推，若 6 個命題陳述都答錯，則為 0 分，S1 的得分結果如表 6。依據表 6 的結果，有 15.5％的學生在 S1 44.

(59) 表6 CDIN-S1 得分表題組. S1. 得分. 人數. 百分比. 累積百分比. 0. 89. 6.7. 6.7. 1. 102. 7.7. 14.3. 2. 216. 16.2. 30.5. 3. 290. 21.8. 52.3. 4. 241. 18.1. 70.4. 5. 188. 14.1. 84.5. 6. 207. 15.5. 100.0. 全部答對，14.1％學生正確判斷 5 個命題陳述，18.1％的學生正確判斷 4 個命題陳述，而正確判斷 3 個命題陳述的學生人數最多，有 21.8％。進一步分析學生在 S1 總得分累積百分比發現，超過五成（52.3％）的學生僅能選對 3 個或 3 個以下的命題陳述，約 7 成的學生（70.4％）能選對 4 個以下的命題陳述，這樣的結果反映學生對「神經系統控制人體大多數生理活動」的概念的理解程度並不高。釐清學生對 S1 整體的概念理解程度後，更重要的是需要瞭解學生對 S1 的不同命題陳述的理解，因此將學生在 S1 的單一命題陳述選答「正確」、「不正確」和「不知道」的百分比整體成表 7，再將表 7 的結果依據「答對率」、「答錯率」與「不知道率」繪製成圖 2。依據圖 2 的結果，學生在 S1 的 6 個命題陳述之答對率都在 4 成 45.