新型多媒體學習平台之初探-以認識電解質與電池為例

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(1)國立臺灣師範大學化學研究所碩士論文指導教授：林如章博士. 新型多媒體學習平台之初探 —以認識電解質與電池為例. 研究生：謝志庚中. 華. 民. 國. 一. 百年. 一. 月.

(2) 誌謝在完成論文的這兩年半時間，真的要謝謝很多人的幫忙，所以我要特別感謝在這段時間裡，曾經幫助過我的人。首先最要感謝的，是養育我成人的父母，在這二十多年來他們披星帶月的將我帶大，並無怨無悔的付出與支持，讓我在這些時間裡無憂無慮的去完成學業。再來要感謝的，就是我的指導教授林如章教授，在研究所的兩年半時間教了我很多關於教育的理念、教育的方針，老師的指導與諄諄教誨，讓我在兩年半的時間裡成長了許多。以及感謝李位仁教授及林慶隆教授在繁忙的研究工作與事務中撥空指導，兩位老師對於本論文的指正與建議，讓論文更完備，僅此致上由衷的謝意。當然還要感謝學長姐：力中、泰豪、敦程、建富、蘇檠、靜香、美螢… 等人的協助與幫忙，讓我在論文上獲得許多寶貴的意見；好友：伊璿、昇鴻、鈺祥、凱傑、維真…等人的關懷與鼓勵，讓我可以有不斷克服困難的動力。另外，還要感謝一直陪伴在我身邊的女友－簡婕，謝謝你這一路上的陪伴與辛勞。因為有你們，讓我可以很勇敢的、不畏艱難的把論文完成，希望在未來的日子裡，每一個人都可以平安喜樂。謝謝老師，謝謝你們。. 志庚 2011.02 謹誌.

(3) 中文摘要本研究以『認識電解質與電池』為例，設計一個多媒體學習平台，來探討是否提升學生的學習成效與老師備課的便利性。其課程內容結合「模組化教學」設計的理念，從解剖電池開始，進而介紹電解質與溶液的導電性來引入認識電池的結構、功能及其應用。本研究探討的結果如下：一、ICT(Information and communication technologies)教學融入探究式教學的策略，可以釐清學生在「認識電解質和電池」的迷思概念根據學生在前、後測的結果比較得知，迷思概念的答錯比率皆有下降，表示 ICT 教學融入探究式教學的策略，可幫助學生釐清「認識電解質及電池」的迷思概念。二、課後多媒體輔助學習平台，可以提升學生的學習成效不同學習成就的學生在延宕測時，對於不同認知向度—「知道」、「理解應用」、「統整推理」的題目平均答對率皆有提升，尤其以中、低成就學生在「知道」及「理解應用」的表現上較為顯著。但對於『統整推理』型的題目，整體答對率都低於另外兩個向度。三、多媒體輔助教學平台的使用，讓師生感到認同且在教學和學習上具有實用性 1. 課程內容部分平台各單元的教學大綱可使老師在備課時，更快掌握重點。對於學生而言，課程內容的設計有助於他們對概念上的理解。 2. 輔助學習部分平台的影片、圖片和學習單，可以幫助學生在概念上的理解，且頁面的呈現方式及連結可增進各概念間的學習。 3. 操作介面部分平台各章節的分類與排版，有助於老師掌握各單元教學大綱與重點，且可以幫助學生的課後複習，而影片與圖片旁邊的文字，讓閱讀者更瞭解影片與圖片的意義。 4. 整體設計部分老師與學生皆認同本平台有助於釐清迷思概念，和建立正確的概念；而平台更提供老師教學策略的新思維，和提升學生的學習成效。.

(4) Abstract The purpose of this study is to construct a multimedia learning platform, for probing whether the learning efficiency of students’ and the convenience of preparing lessons for teachers is enhanced or not. The related material ―to Understand Electrolyte and Battery‖ in the chemistry curriculum is taken as an example. The content of the curriculum is designed with the concept of ―The Modularization of Teaching‖, which starting from anatomy of battery, to the conductivity of the electrolyte solution, and ending up with the structure, function and application of battery. The results of this research are as follows: 1. With ―ICT teaching‖ integrated into ―inquiry teaching‖ strategies, students can clarify the ―to Understand Electrolyte and Battery‖ misconceptions. According to the comparison of pre-test and pro-test results, we found that students’ choice of misconception ratio decreased. It proved that the strategies could clarify misconceptions of ―to Understand Electrolyte and Battery‖. 2.. Multimedia learning platform could enhance the students’ learning efficiency. For the different cognitive dimensions – ―Knowing‖, ―Understanding‖ and ―Reasoning‖, the average correctness percentages in delay test are increased in all students with different learning achievement. Especially for medium and low-learning achievement students, the ―Knowing‖ and ―Understanding‖ performance is more significant. But the ―Reasoning‖ average correctness percentages are lower than the other two dimensions.. 3.. The teachers and students are agreed with the practicability of using the multimedia learning platform in both learning and teaching side. a. The curriculum contents: The syllabus of each lesson in the platform could let teachers catch the main idea more quickly while they are preparing the materials of the lesson. For the students, the design of the curriculum content is helpful of their understanding in conceptual way. b. The assistant learning: The videos, pictures and learning test of the platform, can help students to understand the conception, and the presentation of pages and links can enhance the learning between concepts. c. The operation interface: The classification and layout of each chapter in the platform can help teachers master the curriculum syllabus and focus of each lesson, and also help students while they are reviewing the lesson. The text on the side of videos and pictures provided a better understanding of the significance of videos and pictures for readers..

(5) d. The total design: Teachers and students are all agreed with that the platform will help clarifying misconceptions, and establishing the correct conception. The platform also provides a new way of thinking for the teacher’s teaching strategies, and enhances students’ learning..

(6) 目錄第壹章緒論 .................................................................................................................................. 1 第一節研究背景與研究動機 .............................................................................................. 1 第二節研究目的與問題 ........................................................................................................ 5 第三節研究範圍及限制 ........................................................................................................ 6 第四節重要名詞解釋 ............................................................................................................ 6 第貳章理論基礎與文獻探討 ...................................................................................................... 8 第一節模組化教學內容的設計 ............................................................................................ 8 第二節資訊與教學 .............................................................................................................. 14 第三節探究式教學策略 ...................................................................................................... 21 第四節「認識電解質與電池」概念之研究 ...................................................................... 31 第參章研究方法與步驟 ............................................................................................................ 51 第一節研究流程 .................................................................................................................. 51 第二節研究對象 .................................................................................................................. 54 第三節教材設計 .................................................................................................................. 54 第四節研究工具 .................................................................................................................. 60 第五節施測程序 .................................................................................................................. 71 第六節資料的收集與處理 .................................................................................................. 73 第肆章研究結果與討論 ............................................................................................................ 74 第一節針對「認識電解質及電池」的迷思概念答錯比率分析 ...................................... 75 第二節針對不同學習成就學生在延宕測時，三個認知向度題型結果分析 .................... 92 第三節課後多媒體輔助學習帄台問卷的結果分析 ........................................................ 98 第伍章結論與建議 .................................................................................................................. 115 第一節結論 ........................................................................................................................ 115 第二節建議 ........................................................................................................................ 122 參考文獻 ...................................................................................................................................... 125 附錄一前測詴題 ........................................................................................................................ 131 附錄二後測與延宕測詴題 ........................................................................................................ 136 附錄三老師問卷 ........................................................................................................................ 146 附錄四學生問卷 ........................................................................................................................ 150 附錄五課程內容介紹 ................................................................................................................ 154. I.

(7) 表. 次. 表 2-3-1 探究的基本特徵及其變化程度（NRC, 2000, P,29） ....................... 25 表 2-4-1 「認識電解質與電池」相關迷思概念類型 ............................... 32 表 2-4-2 『電解質』常見迷思概念與常見教學策略 ............................... 36 表 2-4-3 『電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化』迷思概念與教學策略 ......... 41 表 2-4-4 『鹽橋扮演的角色及功能』常見迷思概念與常見教學策略 ................. 45 表 3-3-1 九年一貫課程綱要中與本研究相關之內容 ............................... 55 表 3-4-1 學生未理解的概念與相關對應題目 ..................................... 68 表 3-4-2 教師問卷的調查項目與內容 ........................................... 70 表 3-4-3 學生問卷調查項目與內容 ............................................. 70 表 4-1-1 「電解質」相關題目與學生概念選擇百分率 ............................. 76 表 4-1-2「電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化」相關題目與學生概念選擇百分率-1 ....................................................................... 79 表 4-1-3「電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化」相關題目與學生概念選擇百分率-2 ....................................................................... 81 表 4-1-4「電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化」相關題目與學生概念選擇百分率-3 ....................................................................... 82 表 4-1-5「電化電池兩極金屬的關係」相關題目與學生概念選擇百分率 .............. 84 表 4-1-6「鹽橋扮演的角色及功能」相關題目與學生概念選擇百分率-1 .............. 87 表 4-1-7「鹽橋扮演的角色及功能」相關題目與學生概念選擇百分率-2 .............. 89 表 4-1-7「真正參與反應的金屬與離子」相關題目與學生概念選擇百分率-2 .......... 90 表 4-2-1 高成就學生在不同認知向度題目的帄均答對率 ........................... 93 表 4-2-2 中成就學生在不同認知向度題目的帄均答對率 ........................... 94 表 4-2-3 低成就學生在不同認知向度題目的帄均答對率 ........................... 95 表 4-2-4 不同成就學生在「統整推理」型題目的帄均答對率 ....................... 97 表 4-3-1 教師問卷—『課程內容部分』數據統計 ................................. 99 表 4-3-2 教師問卷—『課程內容部分』滿意度 ................................... 99 表 4-3-3 教師問卷—『輔助學習部分』數據統計 ................................ 101 表 4-3-4 教師問卷—『輔助學習部分』滿意度 .................................. 101 表 4-3-5 教師問卷—『操作方式部分』數據統計 ................................ 103 表 4-3-6 教師問卷—『操作方式部分』滿意度 .................................. 103 表 4-3-7 教師問卷—『整體設計部分』數據統計 ................................ 105 表 4-3-8 教師問卷—『整體設計部分』滿意度 .................................. 105 表 4-3-9 學生問卷—『課程內容部分』數據統計 ................................ 107 表 4-3-10 學生問卷—『課程內容部分』滿意度 ................................. 107 表 4-3-11 學生問卷—『輔助學習部分』數據統計 ............................... 109 表 4-3-12 學生問卷—『輔助學習部分』滿意度 ................................. 109 II.

(8) 表 4-3-13 表 4-3-14 表 4-3-15 表 4-3-16. 學生問卷—『操作方式部分』數據統計 ............................... 學生問卷—『操作方式部分』滿意度 ................................. 學生問卷—『整體設計部分』數據統計 ............................... 學生問卷—『整體設計部分』滿意度 .................................. III. 111 111 112 113.

(9) 圖. 次. 圖 2-1-1 模組學習的基本模式 ....................................................................................................... 9 圖 2-1-2 『電與生活』概念結構圖（南一） ............................................................................. 11 圖 2-3-1 探究式與講述式教學在探究特徵與引導程度上的不同 ............................................. 26 圖 2-4-1 教學的具體模型，取自 HUDDLE、WHITE & ROGER (2000) ............................................... 44 圖 2-4-2 模型的運作，取自 HUDDLE、WHITE & ROGER (2000) ....................................................... 45 圖 3-1-1 研究設計流程圖 ............................................................................................................. 52 圖 3-3-1 「認識電解質與電池」相關實驗整理 ......................................................................... 57 圖 3-3-2 各單元目標與實驗活動關係圖 ..................................................................................... 58 圖 3-3-3 教材理念配合教學策略 ................................................................................................. 59 圖 3-4-1 輔助學習帄臺主畫面 ..................................................................................................... 61 圖 3-4-2 輔助學習帄臺-1-2 .......................................................................................................... 61 圖 3-4-3 輔助學習帄臺-2-6 .......................................................................................................... 63 圖 3-4-4 製作電池之學習內容 ..................................................................................................... 63 圖 3-4-5 「解剖電池」之學習單 ................................................................................................. 64 圖 3-4-6 「電化電池」之進階練習 ............................................................................................. 64 圖 3-4-7 「電化電池」之進階練習詳解 ..................................................................................... 65 圖 3-4-8 解剖電池之學習重點與課程內容 ................................................................................. 66 圖 3-4-9 CUCL2(S)在溶液中會產生何種粒子 .................................................................................. 67 圖 4-2-1 高成就學生在不同認知向度題目的帄均答對率長條圖 ............................................. 93 圖 4-2-2 中成就學生在不同認知向度題目的帄均答對率長條圖 ............................................. 94 圖 4-2-3 低成就學生在不同認知向度題目的帄均答對率長條圖 ............................................. 96 圖 4-2-4 不同成就學生在「統整推理」型題目的帄均答對率長條圖 ..................................... 97 圖 5-2-1 鋅銅電池的微觀反應 ................................................................................................... 123. IV.

(10) 第壹章. 緒論. 第一節研究背景與研究動機台灣實施九年一貫的課程從民國 90 年施行至今，就電解質與電學這一科學概念來說，從小學到國中都有其相關的課程與活動，但研究者從家教經驗以及與國中老師交流過程中，發現學生在九年級課程中學習「認識電池」這一單元時，往往無法理解其相關概念或無法與前後概念相互銜接，因為學習認識電池這一單元是九年級的課程，學生需具備八年級所學過的「原子與離子」的概念，以及「溶液中是以離子來導電」的觀念。兩課程相隔近一年，如此會有什麼影響呢？對於中成就的學生，他必頇先去複習先前的概念，在學習時才不會顯得吃力；對於低成就的學生，因為先前的概念就沒學好，或是早已忘光，突然碰到這一單元，最後只會造成學習意願的低落與學習成效不彰的結果。因此在學習「認識電池」這一單元時，應該是從原子與離子的概念、溶液的導電性到認識電池結構及其功能等一連串的概念銜接。本研究想藉由一個嶄新的教學活動設計結合多媒體學習帄台，從解剖電池開始，進而介紹電解質與溶液的導電性來引入認識電池，以改進目前教學與學生的學習狀況。而學生除了在學校時的學習之外，課後的複習也是提升學習成效的要素之一。如今科技一日千里，電子載具（如電子教科書、智慧型手機、帄板電腦） 1.

(11) 的市場已慢慢普及，學生複習上課內容的方式，不單只是坐在書桌前把筆記、課本或題目寫了又寫、讀了又讀，該如何利用課餘時間學習，該如何複習完整的上課內容，已成為未來的趨勢。從過去到現在，有許多學校、老師會利用建構網站的方式，讓學生可以回家後藉由網路達到複習上課內容或師生交流的功效，但成效往往不彰，因為網路的誘惑真的太多，學生相對會主動去學習的機會就變少了。基於上述，該怎麼讓學生不需上網，又可以複習完整的上課內容，就變成了本研究的主要目的之一。根據過去的研究報告，學生往往在學習完某一個章節，卻不知為何要學、學到了什麼，甚至只從書本中看見相關現象變化的圖表，卻無法感受到其真實的現象與變化，進而只是造成了相關單元的迷思概念。（張秀澂，2002）其中有關電路中的電流及電化學中電解質溶液的相關概念，對大多數的學生的認知發展而言，屬於高度抽象概念，特別是電化電池反應時電解質溶液中離子的微觀變化，無法在實驗中觀察，致使學生對此概念的理解狀況不甚理想，反而更建構出不同類型的另有架構與迷思概念(李琼慧，2002)。因此探索學生的迷思概念，並針對其起點行為施以有意義的教與學，便一直是科學教育者的研究重心。曾有國外的研究報告指出，化學領域裡有四個主要的概念是學生感到最為困難的部分：化學帄衡、莫耳、化學計量與氧化還原(Hackling & Garnett, 1985)。而電化學相關概念就是「氧化還原」的範圍，屬於學生較感困難的單元。有關 2.

(12) 電化學這一部份更有國內外的學者做了相當多的迷思概念調查，甚至針對這些迷思概念作了教學策略的研究，探討學生在學習後是否有概念改變的情形。而電化學這一單元的教學策略，主要是利用「電腦動畫教學法」(Sanger & Greenbowe, 2000；邱美子，2001；張秀澂，2002)，或是「應用類比法」(Huddle & White, 2000)等等，雖然最後釐清了學生部分的迷思概念，但對部分學生而言，有些迷思概念卻沒有達到明顯的釐清。電腦動畫或多媒體是一個呈現微觀世界很好的工具，但在教學現場常常會發現一個現象，教學活動只是將課文或板書的文字改成圖片或是動畫來投影，且易受限於場地，放映時需要有遮光的設備，或必頇關閉光源才看得清楚。如此一來就造成教室內黑漆漆的，老師就較無法觀察學習者的學習狀況(王全益， 2000)。另外，研究者發現老師如果只是利用動畫、圖片去解釋原理，甚至是下了結論之後，就利用多媒體加強或演示課本中所傳達的科學概念，而學生在這過程中還是不知道其由來，甚至是沒有真實的現象呈現，於是這樣的教與學，只是從過去文字的背誦變成影像記憶法而已，當然也造成學生相關的迷思概念（邱美子，2001）。資訊科技融入教學是現在十分普遍的方法之一，尤其以電子教科書是近年來各出版社大力去推動與研發的方向，但觀察市場已推出的電子教科書，發現內容往往只是將課本文字置入，並加入影片、圖片等等超連結的功能，學生在閱讀時較無法掌握重點，因此研究者希望在上課內容上，能夠將資訊科技的教 3.

(13) 學策略融入探究式教學的精神，利用實驗中真實的現象去釐清學生的迷思概念，再由電腦動畫來瞭解微觀的世界；在課餘時間，學生能藉著多媒體學習帄台複習上課內容，以提升學生的學習成效。另一方面，學生在學習後最終還是將面臨考詴與升學問題，在過去的研究報告中大多是討論學生迷思概念和心智模式的改變，但研究者發現學生在學習後，迷思概念或許得到了釐清，可是在面對統整推理型的題目時，學生的作答情形是不盡理想。畢竟興趣來自於成就感，作答成績不佳則學習動力便容易低落，如果學生可以在學習過後的評量得到好的成果，對於未來的學習，就會有更好的學習動力。因此本研究藉著教學策略設計嶄新的教學活動，將學生的迷思概念釐清外，並參照 TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study)、PISA(The Programme for International Student Assessment)等國際性的學習評量或國內 TASA(Taiwan Assessment of Student Achievement)的評量向度設計，依 Bloom 的認知歷程向度，將詴題分成不同層次的認知向度—「知道」、「理解應用」、「統整推理」，藉以探討不同學習成就的學生在學習活動結束後，對於不同認知向度的題型答對率是否有達到提升的效果。. 4.

(14) 第二節研究目的與問題基於上述的研究背景與動機，本研究以『認識電解質與電池』為例，設計一個多媒體學習帄台。其課程內容結合「模組化教學」設計的理念，從解剖電池開始，進而介紹電解質與溶液的導電性來引入認識電池的結構、功能及其應用。而策略上，藉由資訊科技教學（ICT 教學）融入探究式教學的策略與多媒體學習帄台，並透過實際教學與施測，期望達到下列之目的： 1. ICT 教學中融入探究式教學的策略，可以釐清學生在「認識電解質和電池」的迷思概念 2. 多媒體學習帄台，可以提升學生的學習成效 3. 多媒體學習帄台的使用，讓師生感到認同且在教學和學習上具有實用性因此，本研究的待答問題，分作以下四部分： (一). ICT 教學中融入探究式教學的策略，是否可以釐清學生在「認識電解質和電池」的迷思概念？ (二). 新型多媒體學習帄台，是否可以提昇不同學習成就學生在三個認知層次的學習成效？ (三). 整合老師所提供的意見及看法，探討多媒體學習帄台是否提供優質教學策略的空間？ (四). 整合學生所提供的意見及看法，探討多媒體學習帄台是否提供有效學習的空間？ 5.

(15) 第三節研究範圍及限制一、本研究之研究對象僅限於台北縣一所公立國中，並非隨機取樣，缺乏母群體代表性，故研究結果僅能用來描述研究樣本，不宜作過度的推論。二、本研究之活動乃配合學生於暑假參加暑期輔導的時間進行，學生的學習態度可能不如學期中的正常學習。三、本研究中所設計的「認識電解質與電池」教材內容，包含現行國中自然與生活科技課本、實驗手冊及研究者補充之內容，研究結果不能推論其他傳統教材。. 第四節重要名詞解釋 ICT(Information and communication technologies)融入教學 ICT 融入教學通常指的就是資訊科技融入教學法，在教學課程中使用電子白板、影片、動畫、網路等等多媒體資源，使其成為師生另一種有效率的教學方式和學習方式，並讓資訊科技融入成為教學活動的一部分。模組化教學內容模組是指短程、完整的單元，此種單元可與其他單元連結而完成較大的工作或是達成較長程的目的(李隆盛，1994)，而模組化教學內容是利用與主題相關的演示實驗或實驗活動，以學習者為中心，依照學習者的學習程度來組裝成的教學內容，並且藉著每一個單元間的連結學習進而達成學習的目標。 6.

(16) 迷思概念(misconception) 學生在正式接受科學概念教學之前，已有一些先入為主的概念，或者是已有一套自己的概念架構，若這些概念架構與教師呈現的科學概念不合時，或與一般公認的科學論述相互矛盾或不同，並且不足以解釋可觀察到的科學現象，稱之為「迷思概念」、「另有概念(alternative conception)」或是「錯誤概念」。. 認知歷程向度 Bloom 的認知歷程向度主要分為較低層次的記憶、了解、應用和分析，以及較高層次的評鑑與創造，其中記憶和學習保留具密切關聯，而另五種則與學習遷移有關。而依據 Bloom 的理論將其延伸並改變成有三個認知歷程向度— 「知道」、「理解應用」與「統整推理」。知道指標涵蓋對科學現象、過程、與概念具備定義、記憶、描述的能力；理解應用指標涵蓋理解及應用科學概念到適當情境的能力，而統整推理指標涵蓋整合或推理應用不同科學概念到新情境的能力。. 7.

(17) 第貳章. 理論基礎與文獻探討. 本研究的目的是希望透過一個新的教學活動且結合多媒體學習帄台，以釐清學生在國中電化學相關的迷思概念，並提升學生的學習成效。因此在帄台內容的設計上先收集整理「認識電解質與電池」相關實驗，選擇適當且合適的教學活動設計成一「模組化教學內容」，且利用「資訊科技教學」融合「探究式教學」的策略進行教學，並結合帄台讓學生得以複習，讓老師可以快速備課。而根據上述，本章依次介紹「模組化教學內容設計」、「資訊與教學」、「探究式教學策略」與「『認識電解質與電池』相關概念之研究」。. 第一節模組化教學內容的設計一、何謂模組化教學(The Modularization of Teaching) 模組是指短程、完整的單元，此種單元可與其他單元連結而完成較大的工作或是達成較長程的目的(李隆盛，1994)，而模組化教學，如圖2-1-1所示，教師先將與單元相關的活動進行設計與收集，以學習者為中心，規劃成一個一個的課程單元且『執行教學』，利用每個課程單元的串接，一步一步達到學習的目標，並藉著『形成性的評量』，對不熟悉概念的學生執行輔助教學。在教學過程中，除了是以學習者為主導，更希望學習者可以在碰到問題時去思考「為什麼」，而從「為什麼」的問題中找尋答案。 8.

(18) 圖2-1-1 模組學習的基本模式. 在九年一貫的自然課程中，教師該怎麼在一個主題下，以學習者為中心，設計一個教學模組？而教學模組的內容、流程與教學設計息息相關。以下便針對『教學設計』進行介紹，作為本研究課程設計的依據。. 二、教學設計的意涵『教學設計』一詞起源於二次大戰期間，起初用於軍中的教育訓練，經過多年的演變及推廣，已廣泛應用於教育界，但教學設計的定義卻是眾說紛紜，楊美雪（1997）以國內外學者對於教學設計一詞的定義，歸納出以下三個觀點：. 1. 教學設計是一門知識為產生理想「教學藍圖」的知識，包含各種教學方式的認識、統整使用以及各種教學模式所適用的情境等。. 9.

(19) 2. 教學設計是一種歷程為根據教學與學習理論，以系統方法規劃教學，以確保教學品質的歷程，通常包含分析、設計、發展、實施與評鑑五個階段。. 3. 教學設計是一種結果為依據特定程序，產生出課程方案、教學計畫或教材的結果，其整體目的為有效且符合經濟效益地解決教學問題。. 綜合上述三個定義，教學設計可以界定成一個如何規劃教學內容的知識，透過這些知識，規劃出一系列的教學計畫或教學材料，以便有效的解決教學問題。. 所以教學設計的目的，主要是達到預定的教學目標，因此在教學設計時應具備以下三點特徵： 1. 教學設計以學習者為中心，目的在於提升學生的學習成效及學習態度。 2. 教學設計必頇具備幫助學生心智成長的正面價值。 3. 教學設計的完成，必頇經由系統的方法。. 10.

(20) 三、模組化教學設計步驟一個模組化教學設計，包含了課程內容與教學活動的流程。而有系統的教學設計模式有以下步驟：（劉志榮，2002） 1. 選定教學主題整個教學設計是以『主題』去構成，利用生活的問題切入學生的學習，經過教師的規劃，便可設計出以學習者為中心的教學。. 2. 進行概念分析所謂概念分析，是指依據教學主題，對相關的概念所做的分析，目前國內較常見的是以教材架構圖表示與主題相關的概念，如下圖2-1-2，為南一課本中『電與生活』概念結構圖。. 圖2-1-2 『電與生活』概念結構圖（南一）. 3.. 確定教學目標所謂教學目標(instructional goal)，是指在教學之前預期教學活動結束之後，學生從教學活動中學到些什麼，是知識與技能，還是態度與觀念。而根據前述之教學分析，可進一步訂定學習目標，對學生預估其在教學後， 11.

(21) 是否可以達到目摽，且提升學習成效。. 4. 選定教學內容以往的教學內容，主要是指學校規定的教材，或利用坊間參考書使內容更為豐富，但在教學模組設計中的教學內容，教師可自行設計教材，設計演示實驗或實驗活動，經過分類、選擇與排版後，組裝成可以達到目摽的教學活動。. 5. 提出教學策略當教學目標與教學內容完成後，就必頇進一步的提出教學策略。而所謂的教學策略，包括了教材的講解，教學媒體的使用、問題及解答方式及師生在教學活動時的互動等等。. 6.. 擬定形成性評量形成性評量是指在學科教學未結束之前，為了解學生學習與進步情形所做的評量工作。在教學之前的教學設計時，預先考慮到形成性評量的時機及進行方式，以便將來及時發覺學生的學習困難，隨時予以補救。. 7.. 作總結性評量總結性評量是指在學科教學結束之後，為了解學生學習結果是否達到教學目標的評量，包含了後測、延宕測等等。 12.

(22) 四、結語綜合以上論述，模組化教學內容的設計應具備以下幾點： 1.. 以學習者為中心，依照學習者的學習程度來組裝成的教學內容，並且藉著每一個單元間的連結學習進而達成學習的目標。. 2. 必頇具有系統的課程設計，從『選定教學主題』→『進行概念分析』→ 『確定教學目標』→『選定教學內容』→『提出教學策略』→『擬定形成性評量』→『作總結性評量』。. 而根據以上論點，本研究以『認識電解質與電池』為例，設計一個模組化的教學內容。另外模組化教學內容的設計在國外已推行多年，但在國內常受限於考詴的壓力，往往在教學時都是在趕課的狀態，導致學生在學習後成效不彰的結果；而此模組化教學內容的設計方式便可以幫助教師在教學上，作相關概念的分析與課程內容的選擇。但一個成功的模組化教學內容設計，必頇搭配適合的教學策略，才可以達到較好的學習效果。. 13.

(23) 第二節資訊與教學教學策略的選用常是一個教學活動是否成功的關鍵因素之一，而依據過去研究報告指出在教學現場中，利用影片、圖片等多媒體資源可以提升學生的學習態度與注意力，因此便延伸出「資訊與教學」相關的教學方法，如早期的電腦輔助教學（CAI）到現今的資訊科技融入教學（ICT教學）。但在這些多媒體資訊下，教師該怎麼去選用？過去國內又有哪些研究？電腦輔助教學與資訊科技融入教學又有何差異？本節將依序分述。. 一、教學媒體的選用原則教學媒體的種類繁多，如何選擇適當的教學媒體來幫助教學，對教師而言是很重要的，涂浩祥(1989)認為教學媒體的選擇應考量： (一)正確性：媒體的內容要正確、客觀、完整。 (二)適用性：媒體需配合教學目標，並符合學習者的程度及需要。 (三)效率性：媒體需要有助於教師的講解及學習者的了解，進而減少教與學所耗費的時間。 (四)經濟性：媒體的製作需考量人力及物力資源及製作時間。 (五)必要性：媒體的製作需考量是否有需求，方具有效率及經濟性。 (六)趣味性：生動有趣的媒體可以激起學習者的學習興趣及學習效果。. 14.

(24) 關於教學媒體的選擇，國內外有許多學者均做過探討，李麗君(1994)將之歸納，認為原則大致可分為四大類： (一)媒體本身的特性：如媒體的屬性及功能 (二)外在條件：如媒體的普及程度、設備及經濟狀況 (三)學習者：如學習者可接受的程度 (四)教學內容：有效性與教學目標結合. 媒體的選擇五花八門，沒有一個媒體永遠是最好的，重點都還是在於怎麼選、怎麼用，依照學習者的本質需求，給予一個最適當的媒體，方可有益於教和學。而現今教學現場或是學生家庭都已具備了電腦，而電腦與多媒體的融合，甚至於電腦多媒體的輔助，已成為不可或缺的一環。. 二、電腦輔助教學(Computer-Assisted-Instruction, CAI) 電腦輔助教學(Computer-Assisted-Instruction,CAI)乃是直接運用電腦之交談模式來呈現教材，並且控制個別化學習的一種教學過程(Hicks & Hyde, 1973)。 Sipple(1980)對電腦輔助教學下的定義為：將學生置放在已經編寫好的電腦互動模式課程中的一種教育觀念，電腦可依照學生先前的學習反應來選擇下一個適當的主題或單元，並允許學生依照自己的學習能力來調整進度(董家莒、張俊彥，2000)。. 15.

(25) 電腦輔助教學主要的四種型態(洪瑞振，1996): (1)反覆練習教學法：能反覆多次的練習同一類型問題，以達到熟練的地步。 (2)個別指導教學法：透過軟體的難易程度來編排，學生可依照不同性質的教材，由淺入深的學習，來回答電腦所提出的問題。這種教學法可替代課堂上老師的重任。 (3)交談式教學系統：學生與電腦交談的系統，電腦將問題提出後，由電腦做詳盡的解答，用問答的方式，來測驗學生學習的成效。 (4)模擬及遊戲教學法：學生最喜歡最有興趣的一種學習法，它比傳統式教學法有特色，可將實驗中較危險的部分，以模擬的方式來呈現可能產生的情形，降低危險情況的發生。(張俊彥， 2000) 這幾年也有許多國內學者從事有關電腦輔助教學與學生學習成效的相關研究：周仿敏(1985)的國中化學科遊戲式電腦輔助教學之研究，指出 CAI 遊戲可以使學生的成績進步、學習動機增強、學習態度變好、都很喜歡這個軟體，而且能夠培養學生解決問題的能力，達成多方面的教學目標，且參加 CAI 遊戲的實驗組之學習成效顯著地優於控制組，而高程度的學生也能產生學習成效。楊煥謀(1997)的「國中理化科多媒體電腦輔助教學軟體製作之研究」，指 16.

(26) 出利用 MMCAI(影音多媒體 CAI)軟體來輔助國中理化科教學，確實能提高學生學習興趣，並可協助教師改善理化科教學之困境。林香岑(2001)研究指出教授電化學時，電腦動畫輔助教學以呈現微觀的粒子世界，有助於學生學習電化學概念，尤其對於低先備知識的學習者更有顯著的差異。李偉新(2002)在進行高中化學的電腦輔助教學教材設計時亦指出：中學化學多媒體輔助教材可成為提高學習興趣的課後參考資訊來源，以彌補傳統教學的不足。中學化學多媒體輔助教材能提供學習者網路教學資源並進行互動式的學習，解決學習障礙與個別差異的問題。邱美子(2001)研究指出國中電化學電腦動畫輔助教學媒體能提升學生的學習成效。但研究者在教學之後發現，學生存有若干迷思概念，主要原因為學生之先備知識（氧化還原及基本電學概念）不足，以及電化學概念對學生而言有許多抽象難理解的現象，因此在短時間教學內，學生雖然對電化學概念有更進一步的瞭解，但仍習於以記憶背誦的方式應付，無法將所學概念予以應用。另外，學生對電腦動畫媒體有正面的態度，認為以動畫呈現化學反應中抽象、微觀的現象，可以幫助其對於靜態圖片及文字敘述之理解，加深對實驗內容的印象，而且各單元之動畫呈現簡單、豐富，很容易就可瞭解內容的陳述；且教室觀察教師發現電腦動畫的教學方法確實能夠吸引學生的注意力，引起學生的學習興趣；以電腦動畫方式呈現實驗反應中離子、電子的移動情形，可以幫助 17.

(27) 學生建立粒子模型的觀念。張秀澂(2002)研究指出，當電腦動畫分別融入講解式教學法時，對低分群學生有顯著的成效；而融入實驗教學法時，對學生學習成效有顯著的成效；但電腦動畫融入小組示範教學法時，對學生學習成效不顯著。且經由問卷結果顯示學生認為電腦輔助教學可以提升學習理化的興趣，和幫助了解進入溶液中的粒子微觀世界。 ﹝小結﹞ 從以上的研究報告中，可以歸納出電腦多媒體的輔助教學，不但可以吸引學生的注意力，和增進學生的學習動機；對於微觀世界的認識，不再只是課本中的文字敘述，也不只是課文旁邊的圖片，教師利用影片、動畫的播放，更加深學生的概念。但隨著科技的進步，如何將多媒體的學習帶出教室或是利用網路增加學習的效率，也就產生了新的教學策略。. 三、資訊科技融入教學與學習策略資訊科技融入教學法（ICT 融入教學），指的是在教學課程中使用多媒體資源，使其成為師生另一種有效率的教學方式和學習，以及在課後將多媒體的學習帶出教室，讓資訊科技融入成為教學活動的一部分。但在一些分享 ICT 融入教學論壇中（ICT 融入教學團隊工作坊，IT 教學好介紹），常可以看到一些教師反應的意見與問題，如以下幾點： 1. 網路保全問題 18.

(28) 2. 管理網路時間不足 3. 版面設計不佳，學生學習動機降低。 4. 學生使用頻率不高 5. 要怎麼確保學生上網，是為了查資料綜合以上五點，可以發現都跟網路有著密切的關係，可是 ICT 融入教學，一定要上網嗎？老師一定要建構一個網站，才可以施行 ICT 融入教學嗎？其實不然，ICT 融入教學主要是在強調資訊科技的融入，老師在課堂上可以藉由 PowerPoint 的播放，節省板書的時間，增加教學的效率；教學活動結束後，學生可用隨身碟將多媒體資源帶回家裡複習，甚至是建構一個 Flash 帄台，放入電子載具中，如電子書、手機，讓學生在課餘時間也可以依照自己的需求，強化課堂上所學的科學概念。資訊科技融入教學乃希望透過資訊科技與學習領域的整合，提升學生在該領域上的學習成效，同時學生的資訊能力也能獲得提升 (邱瓊慧，2002)。但往往有些老師會認為必頇電腦技能很強，才能實施科技融入教學，其實不然；當教師在準備教學活動時準備好相關多媒體的資源，在教學過程便可以更方便且有效果。. 四、結語：綜合以上「資訊與教學」的論述，整理成以下幾點： 1. 在選用多媒體資訊時，應考量到其『正確性』、『適用性』、『效率性』…… 19.

(29) 等等，方可有益於教和學。 2. 藉由電腦多媒體的輔助教學（CAI 教學），不但增加了學生的注意力和學習成效，更增進學生對於微觀世界的認識。 3. 資訊科技融入較學（ICT 教學），不單只是學生在課堂上的學習，更包含了課餘時間的複習。而課後複習的空間除了利用網站之外，應考量學生不需上網，依然可以複習課成內容的方式。. 從以上的論述可以看出資訊科技與學習的結合，已經成為教學上常常使用的工具，其在教學上具有很多的優勢，但如果只是將以往講義、課本上的文字轉換成投影片、動畫或影片，學生本來就不理解其正確的概念，看了影片之後，它也無法理解為何是如此的結論等等。. 現今各出版社已陸續推出電子教科書，但其內容往往只是將課本文字置入，並加入影片、圖片等等超連結的功能，學生在閱讀時較無法掌握重點。本研究因此基於以上論點，建構一個 Flash 帄台，帄台可放入電子載具中，如電子書、手機或帄板電腦，學生不需要上網也可以在課餘時間依照自己的需求，強化課堂上所學的科學概念，如此必能提升學生的學習成效。. 而當多媒體資訊融入教學後，老師更應該在教學過程中去設計教學策略，例如：POE 教學策略（羅焜榮，2004）、探究式教學策略及合作學習法等等，以幫助學生在科學概念上的理解。 20.

(30) 第三節探究式教學策略新型多媒體學習帄台是屬於可融入載具的電子教材之一，在內容與流程的串接上是利用了模組化教學內容的設計，但一個成功的教學也必頇要有適當的策略作配合。本研究為了讓學生在學習時，可以瞭解自己『為什麼學』、『學什麼』以及『怎麼學』的過程，進而在內容中融入了「探究式教學」的策略，那什麼是『探究』呢？『探究』與科學學習有什麼相關研究呢？美國國家研究協會(National Research Council, [NRC])在 1996 年與 2000 年各出版了《國家科學教育標準》和《探究與國家科學教育標準：教與學的指南》兩書，書中不但強調了『探究』在科學課程上的重要地位，更深入介紹『探究』與國家科學教育標準的關係。本節將分別就『探究在科學教育上的意涵』、『探究式教學之特徵』、『探究式教學策略在科學教育上的價值』與『探究式教學專業發展活動之設計』作介紹。. 一、探究在科學教育上的意涵在科學教育上『探究』一詞，究竟有什麼特別的用法與含意呢？美國《國家科學教育標準》對探究下了一個定義：. 「探究是多方面的活動，包括觀察；提出問題；通過瀏覽書籍和其他資訊來源以發現什麼是已知的；制訂調查研究計畫；根據實驗數據對已有的結論作 21.

(31) 出評價；用工具收集、分析、解釋資料；提出答案、解釋和預測；以及交流結果。探究要求確定假設，進行批判的和邏輯的思考，並且考慮其他可以替代的解釋。」（NRC, 1996, p. 23）. 不過『探究』雖在書中有上述的定義，但在課程中卻仍有各種用法。 Anderson(2000)認為探究有以下三種主要用法： 1. 科學探究（scientific inquiry）：「科學探究指的是科學家研究自然界，根據研究中所發現的證據，提出解釋的各種方法。」（NRC, 1996, p. 23） 2. 探究教學（inquiry teaching）：探究在標準中也被用來指導教學方法，「探究產生於學生經驗的真實問題，是科學教學的核心策略」。（NRC, 1996, p. 31） 3. 探究學習（inquiry learning）：標準中指出「探究是科學學習的核心」，因此，探究也指學習過程。它是一種積極主動的學習過程，是「學生去做的事，而不是為他們做好的事」（NRC, 1996, p. 31）. 而在 2000 年所出版的《探究與國家科學教育標準：教與學的指南》一書中，針對『探究』提出了兩個用法： 1. 『探究』的過程，包含了學生應該發展的能力與應該獲得的理解，其中能 22.

(32) 力是指設計及實施科學探究的能力，理解是指有關科學探究本質的理解。 2. 『探究』的策略，是指經由探究來精通科學概念的策略。讓學習科學 (learning science)、學習去做科學(learning to do science)、以及學習有關科學(learning about science)之間拉起關連。（NRC, 2000） Byners & Fitzgerald(2002)根據 NRC 對『探究』一詞的定義增補為：. 探究是科學家使用來學習自然界的過程。學生也可以用探究的方式來學習這個世界。雖然，學生很少發現人類的新知識，但是當前研究指出，學生效力於探究可以發現他們自己的新知識。學生的探究是多方面的活動，包括觀察；提出問題；通過瀏覽書籍和其他資訊來源以發現什麼是已知的；制訂調查研究計畫；根據實驗數據對已有的結論作出評價；用工具收集、分析、解釋資料；提出答案、解釋和預測；以及交流結果。探究要求確定假設，進行批判的和邏輯的思考，並且考慮其他可以替代的解釋。因此參與在探究之中，學生可以理解所探究的科學內容、理解科學家是如何研究自然界、培養探究的能力，並培養科學態度。. 綜合上述，可以看出『探究』包括了學習的過程和學習的目的。在進行教學活動時，教師探究式的教學以及學生探究式的學習，讓學生獲得科學概念的 23.

(33) 同時，發展出對探究的理解（understandings of inquiry）、探究的能力(abilities of inquiry)以及正確的科學態度。而『探究』的精神融入教學策略後，在探究式教學上會具備哪些特徵呢？. 二、探究式教學之特徵探究式教學是指以學生舊有知識為基礎，使他們仿照科學家探究的過程來學習新的科學知識，並同時『理解探究是什麼』與『獲得探究的能力』，以及培養科學態度的一種教學方式，而在教室中，探究式教學會具備哪些特徵呢？. 在《探究與國家科學教育標準：教與學的指南》一書中，列出五個探究的基本特徵，分別是：學生致力於科學性的問題、收集證據以提出對問題的解釋、形成解釋對科學性問題做出回答、經討論後評估解釋，以及傳達和評論解釋。. 而在探究式教學活動中，可以根據活動具備多少個基本特徵，區分成部分與全部，例如教師先給予了實驗的問題，直接讓學生從收集證據這一個特徵開始，那麼就缺少了探究的一個基本特徵，因此稱為部分的探究（NRC, 2000, p.28）。同樣的在每一個特徵下，會因為老師及教材引導的程度不同，區分為偏向開放或偏向引導，例如在收集證據這個特徵下，學生可以自行確定目標並開始收集，或是學生被提供資料再進行分析，只要是以正確的科學方式，幫助學生的理解與能力，這些都可以被接受。開放與引導的變化程度表，如表 2-3-1 所示： 24.

(34) 表 2-3-1 探究的基本特徵及其變化程度（NRC, 2000, p,29）基本特徵學生探究科學性問題. 學生針對問題收集證據學生從證據形成解釋. 學生使解釋與科學知識相聯繫學生傳達和論證自己的解釋. 開放. 學生自己提出問題. 學生自己決定什麼可作為證據並進行收集學生總結證據之後做出解釋. 學生獨立地考察其他資源，並與解釋建立連結學生用合理的、合乎邏輯的論證傳達自己的解釋多少. 探究的變化程度學生從所提供學生精鍊或澄的問題中選清來自教師、擇，據此提出教材或其他來新的問題源的問題學生在指導下學生被提供資收集某些資料料、並被要求進行分析學生在收集證使用證據形成據、形成解釋解釋的可能途的過程中受到徑已知引導學生被引導到可能的連結被科學知識的領提供域和來源學生傳達自己解釋的過程中得到指導. 學生傳達自己解釋的過程中得到了廣泛的指導. 學生自主探究的程度教師和教材引導的程度. 少多. 學生探究直接來自教師、教材或其他來源的問題學生被提供資料，並被告知如何進行分析證據已知. （空白）. 傳達的步驟都被提供. 引導. 那當教師在進行一個探究式教學時，是該用全部特徵，還是部分特徵呢？是要開放還是引導呢？學生的程度與預期的學習目標，都直接影響到所適用的方式。大致上如果以全部／部分，以及引導／開放為兩個維度，則當教學目標設定在讓學生理解某些特定的科學概念時，因科學問題與證據收集的方式等已受限制，所以探究活動就會略傾向引導的方式而落在 A 區塊。若教學目標是完全放在培養學生的探究能力上，因免除了上述學科內容的限制，所以探究活動就應傾向於 B 區塊，盡量讓學生充分擁有自主權。至於傳統的講述式教學，或食譜式實驗因為鮮少符合探究的特徵，又幾乎都由教師主導，所以就落在 C 區 25.

(35) 塊了，如圖 2-3-1 所示。(簡正忠，2003). 圖2-3-1 探究式與講述式教學在探究特徵與引導程度上的不同. 三、探究式教學策略在科學教育上的價值從『探究式教學的特徵』介紹中，可以看出『探究式教學』在科學教育上的幫助，而國內外也作了很多相關的實徵研究，進而去討論其優點與證明它在科學教育上的價值，以下分成國內與國外兩部分依序介紹。. (一)國內部分整理近年來國內學術上實徵研究上的結果，發現探究式教學策略有以下的優點： 1. 增進學生對科學概念的理解：國內研究上顯示，不論是國中或國小，在實施探究式教學策略的教學下，對學生的科學概念學習都有幫助(侯政宏，1996；張菊秀，1997；鄭如琳，2000；蘇麗涼，2002；張英琦，2007) 26.

(36) 2. 增進學生的科學技能探究式教學策略強調的就是讓學生有「動手作」的過程，因此在這過程中提升了學生的科學技能，國內的研究也支持這項論點，例如，鄭麗華(2002)發現在探究式實驗教學環境下，學生有較好的觀察、比較、預測、控制變因、推論、運用圖表等等過程技能；白佩宜(2008)發現探究式教學對於「提出問題與假說」能力的增長最有幫助，也能幫助低分組學生增長其「實驗與資料蒐集分析」能力；蘇麗涼(2002)發現經過探究導向教學後探究能力是有增加的；丁素雯(2007)經過兩年的探究式教學策略實施，發現學生的探究能力及學習動機是有提升的；施貴善(2004)發現探究式教學對學生的概念理解有幫助；而學生探究能力的改變情形，從觀察學生的表現及學生的自評結果發現，學生的「觀察與記錄」、「收集資料」、「分類與比較」、「歸納與統整」、「推理與解釋」、「問題解決能力」等向度都有提升。金葉葦(2002)發現開放性的探究式實驗，能夠促進學生「設計實驗」的能力。. 3. 增進學生科學學習上的學習動機探究式教學除了可以增進理解及技能外，最重要的是可以增進學生的學習動機。例如，施貴善(2004)發現在探究式教學後學生在「自我效能」、「主動學習策略」、「科學學習價值」三個向度是提升的；蔡執仲和段曉林（2005）發現探究式實驗教學對於學生的學習動機有明顯的提升。李宜蓁(2008)發現經過教學後，學生可體認學習科學學習的多元面貌與科學學習的價值，進而對學生 27.

(37) 的科學學習動機產生正面的影響；李志鴻(2005)研究發現實施探究式教學後，學生學習動機的影響為：學生的「主動學習策略」和「學習環境誘因」達顯著差異；吳宛如(2005)研究發現實驗組班級的學生由初期重視課程趣味性轉移至後期追求知識的增長。因此，從以上國內的研究結果得知，探究式教學策略對於學生在學習科學概念的理解上優於傳統的講述式教學，另外在探究式教學的過程中，學生的科學技能、學習動機與態度都有提升。那在國外的研究中，又會提出哪些論點呢？. (二)國外部分『探究與國家科學教育標準』(NRC, 2000)一書中，根據許多的研究報告，說明『探究』在科學教育上的價值，其中引用了 Bransford et al.(2000)以學習理論的觀點，說明「為什麼探究是成功的教學方法？」，它們提出以下六點：. 1. 了解科學不僅是獲得科學知識而已，它還包含理解與應用這些知識，以及科學思考和問題解決的策略。 2. 學生對科學的理解(或是迷思概念)，至少有部分是建立在他們對周遭世界觀察的結果。 3. 學生發現他們對自然界的理解與其觀察結果衝突時，調整自己接受看似合理的新解釋。 28.

(38) 4. 學習是一種社會活動，學生特別能從表達他們的想法，挑戰彼此的想法，以及重新建構他們自己的想法來獲益。 5. 有效的學習環境，能提供學生後設認知、主動性、選擇，以及某種程度的控制。 6. 當學生理解概念時，它們能夠遷移這個理解到新的情境中。. 另外，Byers 和 Fitzgerald(2002)根據 Lazarowitz 和 Tamir(1994)的文獻，整理出七個支持『探究式教學』的論點： 1. 具體的活動與操作幫助學生獲得抽象的觀念。 2. 參與探究活動允許學生去體驗科學的精神並了解它是如何運作的。 3. 探究促進高層次思考技能的發展。 4. 探究促進基本技能的發展，包括傳達及執行科學步驟的能力。 5. 探究提供機會領會科學方法，例如假設、假定、預測、實驗、獲得結論等。 6. 探究促進科學態度。 7. 學生喜歡動手做實驗，可增加學生學習科學的動機。因此綜合以上國外研究的論點，皆已普遍支持探究式教學策略於科學的學習上，而 Anderson(2002)也指出探究式教學的研究已經相當成熟，『探究教學是否有效？』的問題已經轉為探討『如何引起探究式教學？』了。. 29.

(39) 四、結語綜合以上的論述，整理成以下幾點： 1. 『探究』包括了學習的過程和學習的目的。在進行教學活動時，教師探究式的教學以及學生探究式的學習，讓學生獲得科學概念的同時，發展出對探究的理解（understandings of inquiry）、探究的能力(abilities of inquiry)以及正確的科學態度。 2. 當進行一個探究式教學時，會因為教學的目標不同，教師『引導的程度』與『探究的特徵』應有所不同。 3. 根據國內外的研究報告指出，『探究式教學』的確優於傳統式的教學。. 從以上論點可以知道探究式教學策略在科學教育上的重要性，藉著學生發現問題、動手作、獲得結論的過程中，不但可以讓學生建立正確的科學概念，而且可以提升學生的學習態度與科學技能。但隨著科技的進步，多媒體資源的普及，將探究式教學策略與多媒體融入教學結合也是本研究的目的之一。. 30.

(40) 第四節「認識電解質與電池」概念之研究研究者從家教經驗以及與國中老師交流過程中，發現學生在九年級課程中學習「認識電池」這一單元時，往往無法理解其相關概念或無法與前後概念相互銜接，因為學習認識電池這一單元是九年級的課程，學生需具備八年級所學過的「原子與離子」的概念，以及「溶液中是以離子來導電」的觀念。因此本研究將課程主題訂為「認識電解質與電池」，欲藉由此次研究提升學生之學習成效。. 而根據國內外針對「認識電解質與電池」的研究報告，整理出學生在學習過程中或在延宕測時尚未理解的概念，並將其分成五個部分，分別為：『電解質』、『電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化』、『電化電池兩極金屬的關係』、『鹽橋扮演的角色及功能』及『真正參與反應的金屬與離子』五個部分，如下表 2-4-1 所示，以下將分述各部分之實徵研究。. 31.

(41) 表 2-4-1 「認識電解質與電池」相關迷思概念類型次主題 a.電解質與非電解質. 延宕測中發現學生未理解的概念電解質 a-1 電解質溶於水不會導電，非電解質溶於水會導電 a-2 電解質溶於水時不會解離成正負離子 a-3 電子可在溶液中移動. b. 化學電池及電解. 電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化 b-1 電解水溶液時，正離子移向正極、負離子移向負極 b-2 電解氯化銅水溶液後，負極表面產生的銅與溶液中的銅離子無關 b-3 電解氯化銅水溶液後，負極表面產生的銅是因為銅離子失去電子 b-4 中間夾有相同濃度電解質的兩相同金屬在形成迴路後會產生電流 b-5 電子由鋅板流入溶液中，然後由正離子攜帶，在經由鹽橋和溶液流向銅板 b-6 電子從鋅板沿著導線流向銅板，再經鹽橋及溶液流向鋅板 b-7 電子附著於溶液中的離子，如接力般將電子傳遞給鄰近的離子直到另一電極，形成通路 b-8 電子和離子一起流入溶液中而移動，形成通路電化電池兩極金屬的關係 b-9 活性大的金屬為正極，活性小的為負極鹽橋扮演的角色及功能 b-10 鹽橋內的物質不一定是強電解質 b-11 鹽橋就像導線一樣，讓電子流過 b-12 鹽橋的功用是使兩個電解槽中的離子互相流通，而不是提供離子 b-13 鹽橋內離子會分別移動，但不會進入到電極槽溶液中 b-14 將鋅銅電池裝置中的鹽橋取出，因為導線中尚有電子，故毫安培計上的值會變小但不會歸零 b-15 雖然化學反應已經停止，但溶液跟導線有儲存一些電，故還會放出微量的電流 b-16 電中性就是正離子個數等於負離子個數真正參與反應的金屬與離子 b-17 鋅銅電池放電時，實際上參與反應的粒子有三種的想法： Zn2+ 與 Cu2+ 、 Zn2+ 與 Cu 及 Zn 與 Cu. 32.

(42) 一、電解質「電解質」主要的教學目標，分別有『電解質溶於水會導電，非電解質溶於水不會導電』、『電解質在溶液中會解離成正負離子』以及『溶液中的電流是因為離子的移動』，其中電解質溶液的解離與移動，對於學生而言屬於較抽象的概念，因此也較容易產生迷思概念。而國內對於『電解質』的相關迷思概念與教學策略研究，整理分述如下： (一) 張榮耀(2000)針對高中一年級學生 20 名，分為科學史融入組與傳統教學組各 10 位。研究步驟為教學前紙筆測驗與晤談、課程教學、教學後紙筆測驗與晤談，以及最末之延宕測驗。而研究發現有少數學生在教學後，對於電解質溶於水後是否導電的觀念並不清楚，且對於電解質溶於水後粒子在溶液中的解離和分佈情形具有迷思概念，因此研究者推測，有關電解質溶液的迷思概念，學生較難以改變。. (二) 李秀貞(2002)依據國中三年級理化教材中「認識電解質」與「酸與鹼」兩單元，設計電腦教學媒體，用以探討電腦媒體教學與自我效能兩變項對學生學習成就之影響。研究結果發現，電腦教學對於學生自我效能與學習成就相互影響。高、中效能的受詴者以電腦媒體教學之學習成就優於傳統板書教學，尤其是高效能的受詴者在「認識電解質」單元中達顯著差異，但低效能的受詴者則以傳統板書教學優於電腦媒體教學，尤其是在「認識電解質」單元中的學習成就表現。 33.

(43) (三) 楊馨(2001)針對九年級 95 名學生，分為控制組和實驗組各一班，進行前測、教學活動及後測，以比較微型化學實驗對學生學習之影響，之後經由分析來瞭解學生的迷思概念；而研究者發現利用微型化學實驗教材進行教學的確能使學生對於電化學的理解優於使用傳統實驗教材者；但也發現學生在教學過後，仍存在以下的迷思概念： 1. 電流是由電子的移動所產生，在水溶液及鹽橋中皆有電子的存在與移動。 2. 缺乏對正極與負極的理解，且若將鋅銅電池換成水的電解後，不太瞭解在電極上的反應。 3. 不清楚電解質解離後之離子數目比 4. 不清楚水的電解中所生成之氧氣與氫氣體積比 5. 學生知道物質與氧結合為氧化反應，物質失去氧為還原反應，但是卻對物質失去電子為氧化反應，得到電子為還原反應的概念不甚理解。 6. 少數學生對於鹽橋的功能與目的不瞭解. (四) 柯明志(2003)針對九年級 49 人，分成實驗組與控制組，以電流化學效應為主題，設計以引導式探究為理念的實驗教學活動配合微觀模擬動畫，導引學生建構電流的化學效應的模型。經過研究結果顯示學生對於電流化學效應會有以下的相關概念： 1. 通電前電解質溶液中的粒子對電解質在溶液中的狀態，受到教材影響有些學生認為通電後才會發生 34.

(44) 解離現象，另外對於電中性的理解也有問題，在不同情境下有不同的解釋，在表達上雖然還會用符號表現，但正確率不高 2. 通電時導線及溶液中各粒子的流向對於電流的概念，受限於電流方向與微觀實際移動的電子方向相反，反而使學生認為導線中存在兩種電荷，而這概念並不影響解題而且學生會依情境解釋合適的用法，不容易觀察出來。在水溶液導電的方式上，學生很容易直觀地認為電子直接通過水中，在教學後不容易改變至正確的觀念。 3. 通電後兩極產物和離子濃度變化對於電解時兩極的變化，由於課本的兩個例子水和硫酸銅的電解，不容易從產物發現組成元素產物的關係，使得學生對兩極產物多以記憶的方式進行，部分學生甚至會認為電解時正極都會產生氧氣，進而無法對產物與離子作聯想，連帶使學生不易判斷電解後溶液中各離子的濃度變化. (五) 劉秀娟(2006)希望設計一份詴題協助教師進行診斷，了解學生在「電解質」概念上的迷思概念；並利用 TLS（教-學序列）的設計原則設計一份針對學生迷思概念的教材。根據研究結果顯示，對於『電解質導電的微觀解釋』、『通電前後粒子移動的概念』、『電中性概念』、『電解質部分解離的概念』等五個相關概念的學習成績皆與對照組有達到顯著差異，因此 TLS 教學策略似乎可以幫助學生建立較佳的「電解質」心智模式。 35.

(45) 根據以上研究報告，將『電解質』在延宕測中發現學生未理解的概念與常見教學策略，整理如下表 2-4-2 所示，而這些迷思概念經過教學後，的確有得到大幅的改善，例如『電腦多媒體融入教學策略』與『模型教學策略』，對於電解質溶於水時會解離成正負離子這個概念，在後測的結果中顯示大部分學生都有明顯的進步；『教-學序列（TLS）策略』，對於「電解質導電的微觀解釋」和「電解質部分解離的概念」，學生的學習成效皆優於對照組。但根據過去研究報告顯示，還是有部分的學生無法在這些教學策略下，釐清他們的迷思概念，為什麼呢？例如以『電解質溶於水時不會解離成正負離子』此迷思概念來說，學生從動畫中可以很清楚的看見電解質溶於水中後會解離成正離子與負離子，但是學生並沒有從真實現象中去推論出哪一個離子帶正電，哪一個離子帶負電；或是在相關演示實驗及實驗活動時，一般都選用稀硫酸或氫氧化鈉（aq）作為電解質溶液，學生無法理解為什麼負極會產生氫氣而正極產生氧氣，因此對於電解質溶液中具有正負離子的概念，僅會變成短暫的記憶。表 2-4-2 『電解質』常見迷思概念與常見教學策略延宕測中發現學生未理解的概念. 常見教學策略. a-1 電解質溶於水不會導電，非電解質溶於水會導電（張榮 1. 電腦媒體教學法(李耀，2000）秀貞，2002) a-2 電解質溶於水時不會解離成正負離子（張榮耀，2000； 2. 微型實驗教材研究 (楊馨，2001) 姚錦棟，2002） a-3 電子可在溶液中移動（丁鋐鎰，2001；Sange & Greenbown，1999）. 36. 3. 模型教學(柯明志， 2003) 4. 探討教-學序列(劉秀娟，2006).

(46) 二、電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化在「電解質」中有提到，溶液中離子的移動對於學生而言，屬於較抽象的概念，因此在學生在學習電化電池反應時，便不容易理解『電解硫酸銅水溶液後，負極表面產生的銅是因為銅離子得到電子』、『電子不會在溶液中移動』等等的概念。而有關『電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化』的相關迷思概念與教學策略研究，整理分述如下：. (一) 郭順利(1998)利用紙筆測驗診斷高一和高二的學生在電化學會有的錯誤觀念，並再利用紙筆測驗探討造成學生錯誤概念的原因。其研究發現學生常見的錯誤概念如下： 1. 電流只是電子的移動，並不包括離子的移動。 2. 鹽橋的功用是溝通兩個電解槽中的離子，而不是提供離子。 3. 以活性大小判斷陰極、陽極。 4. 對電解電池與電化電池的陰極、陽極判斷方式不同。 5. 電解與電化電池的不同在於電解槽的個數不同，而不是能量轉換的方式不同。 6. 電解水時氣體是由水溶液中產生的，而不在電極產生。. 37.

(47) (二) 丁鈜鎰(2001)針對暑期要升國三的學生 40 人，探討有關氧化還原概念的精熟學習研究中，發現在電池、電解、電鍍方面，會有以下相關錯誤概念： 1. 鋅銅電池運作時，電子可經由溶液而傳導。 2. 鹽橋的兩端塞有棉花，因此鹽橋中的離子不會跑到溶液中。 3. 鋅銅電池放電時，兩電極質量總和隨放電過程的變化，是以質量守恆定律的觀點，認為兩極的質量總和不變。 4. 銅銀電池放電時，受到鋅銅影響，認為銅離子的數目會逐漸減少。 5. 鹽橋在電化電池中的功用認為電子可經由鹽橋來傳遞。 6. 電解水時，溶液中離子的移動及兩極附近溶液的酸鹼性不易瞭解。 7. 電解硫酸銅(或電鍍)時，正負極的反應，溶液中離子濃度的變化，不易瞭解。. (三) 李琼慧(2001)針對九年級 22 名學生，以凱利方格法的技術設計二階段式的問卷及半晤談的方式探討學生在國中電化學相關迷思概念如下： 1. 電子從負極流到正極，因此電極板負極發生失去電子的反應。 2. 電解水等反應中沒有產生離子變原子的反應，所以反應中沒有得失電子。 3. 學生無法以題目的表徵判斷電流電子流方向。 4. 認為電流只是電子的移動，並不包括離子移動。 5. 受語言〝正負相吸〞影響，認為正極會吸引負離子，負極吸引正離子。 38.

(48) 6. 電中性就是正離子個數等於負離子個數。 7. 鹽橋的功用是溝通兩個電解槽中的離子，而不是提供離子。 8. 電解水的反應中，電極板附近產生氫氣或氧氣，氫氣或氧氣往上升而使電極板質量變輕。 9. 以碳棒電解硫酸銅水溶液的反應中，正極的銅原子變成銅離子游到負極析出，所以正極變輕而負極變重，未考慮電極不參與反應。 10. 電解氫氧化鈉溶液中的鈉離子在負極析出，負極變重而正極質量不變。. (四) Sanger 和 Greenbowe (2000)研究報告指出:利用以下兩個教學策略來評估學生對於電解質中的電流，其教學成效影響： 1.. 在賈法尼電池中用電腦動畫來說明微觀的化學過程. 2.. 以化學演示的方法做為改變觀念的教學法。. 結果顯示:對於文字觀念題(verbal conceptual questions)而言，如果要消除學生對於電化電池中，電子可在水溶液中移動的迷思概念，建議採用化學演示的教學法，較為有效。電腦動畫的教學法對於學生的學習成效較差。. 39.

(49) (五) 邱美子(2001)針對九年級 81 名學生，以自行發展之教學媒體來輔助學生學習電化學，探討其相關成效並從中釐清相關的迷思概念。研究中發現： 1. 國中電化學電腦動畫輔助教學媒體的確能提升學生之學習成效。 2. 學生雖然對電化學概念有更進一步的瞭解，但仍習於以記憶背誦的方式應付，無法將所學概念予以應用。 3. 在教室中使用動畫的教學方式不但可以吸引學生在課堂上的注意力，也可以引起學生學習的興趣，另外利用動畫去呈現微觀的世界可以幫助學生建立粒子模型的概念。根據以上研究報告，將『電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化』相關迷思概念與常見教學策略，整理如下表 2-4-3 所示，而這些迷思概念經過教學後，的確有得到大幅的改善，例如利用電腦動畫輔助教學策略，學生可以經由動畫看到溶液中正離子移向負極，負離子移向正極，甚至可以從動畫影片中發現溶液中銅粒子形成銅金屬後，溶液顏色變淡的情形；或利用類比法，可以清楚的讓學生知道溶液會導電，是因為離子的移動。但從部分研究報告的延宕測中，發現學生答對的比率有下降的現象，因此推論可能的原因為：類比法與電腦動畫輔助教學策略，其實不是真實現象的呈現，而是為了幫助學生理解，應運而生的模型或動畫，但對中、低成就的學生而言，還是會產生疑問，例如「正離子為何會在負極反應析出金屬？」、「為何需要不同金屬才會產生電流？」和「電子真的不會進入到溶液中嗎？」，所以 40.

(50) 在延宕測驗時，概念仍模糊不清，而造成學習成效的降低。表 2-4-3 『電化電池反應時，溶液中離子的微觀變化』迷思概念與教學策略延宕測中發現學生未理解的概念. 常見教學策略. b-1 電解水溶液時，正離子移向正極、負離子移向負極（張秀 1. 類比法(Huddle, 澂，2002） White ＆ Roger, b-2 電解硫酸銅水溶液後，負極表面產生的銅與溶液中的銅離 2000) 子無關（李琼慧，2001；張秀澂，2002；丁鋐鎰，2001） 2. 電腦動畫輔助教學法(Sanger & b-3 電解硫酸銅水溶液後，負極表面產生的銅是因為銅離子失去電子（張秀澂，2002）. Greenbowe, 2000) 3. 電腦動畫輔助教學 b-4 中間夾有相同濃度電解質的兩相同金屬在形成迴路後會法(邱美子，2001) 產生電流（郭順利，1997） b-5 電子由鋅板流入溶液中，然後由正離子攜帶，在經由鹽橋 4. 電腦動畫融入教學法(張秀澂，2002) 和溶液流向銅板（張秀澂，2002） b-6 電子從鋅板沿著導線流向銅板，再經鹽橋及溶液流向鋅板 5. 微型實驗教材研究 (楊馨，2001) （郭順利，1997；張秀澂，2002；李琼慧，2001） b-7 電子附著於溶液中的離子，如接力般將電子傳遞給鄰近的離子直到另一電極，形成通路（張秀澂，2002） b-8 電子和離子一起流入溶液中而移動，形成通路（張秀澂， 2002）. 三、電化電池兩極金屬的關係從課本、參考書中，學生常常會看到關於鋅銅電池、銅銀電池、鋅銀電池等等的練習題目，對於國中學生而言，也許知道不同的金屬在電解質中才會產生電流，但卻有部分學生不清楚兩極金屬與活性的關係。因此也就產生了— 『b-9 活性大的金屬為正極，活性小的為負極』的迷思概念（郭順利，1998）。而在過去研究報告中的教學策略上，較少去利用演示實驗或實驗活動的方法去探究這個概念，因此對於學生的學習而言，較容易出現概念不清楚的情形。 41.