國中遺傳學相關知識結構之分析及編排順序對學生理解之影響

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(1)國立臺灣師範大學生命科學系博士論文. 國中遺傳學國中遺傳學相關遺傳學相關知識相關知識結構知識結構之結構之分析及編排順序對學生對學生理解理解之影響編排順序對學生理解之影響 The Analysis of Knowledge Structures of Textbooks and the Effects of Knowledge Sequences of Textbooks on Junior High School Students’ Reading Comprehension in Genetics. 研究生：吳貞儀 Jen-Yi Wu 指導教授：張永達博士 Yung-Ta Chang 中華民國 105 年 7 月.

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(3) 致謝經歷這趟在人生當中不算短的旅程，首先要感謝指導教授張永達老師，幫我開了入口的門，並給予學習上、人生上諸多教導和支持。林陳涌老師、邱美虹老師的無私提攜，幫助我開拓學術研究的視野。系上張文華老師、許鈺鸚老師、鄭湧涇老師，科學教育研究所吳心楷老師、張俊彥老師、許瑛玿老師、楊文金老師，以及教育心理與輔導學系陳柏熹老師、盧雪梅老師、蘇宜芬老師，在各專業領域課程的盡心指導，是這本論文的重要基石。這本論文的研究得到諸多國中小教師的鼎力襄助，江衍儒老師、周柏成老師、林余思老師、林佳慧老師、林喬盈老師、邱明成老師、陳淑苾老師、陸佳泰老師、曾松峯老師、黃瑜甄老師、簡芊卉老師、劉新老師等，以及國中小學生的參與；還有國家科學委員會與學校系上學術活動的經費支持，才能得以順利有所成果發表。論文的完成，更有口試委員李哲迪老師、林秀玉老師、林陳涌老師和蘇宏仁老師，仔細審閱，提供寶貴建議，使論文內容更加進步。感謝這些老師們在這趟旅程中的引領和協助，也要感謝碩士指導教授陳章波老師的啟發，以及任職龍騰教科書編輯時楊冠政教授的關懷。此外，學長姐弟妹及修課同學們的切磋和扶持，讓旅程更加多采多姿，是永遠銘感在心的美好回憶。最後，一路走來，父母親友溫暖的鼓勵，讓我有步步向前的勇氣。感謝這一切！.

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(5) 中文摘要中文摘要教育心理學和閱讀理解研究，都顯示教科書的知識結構和順序組織會影響學生的學習。我國教育部開放民間出版國民教育教科書，無論在編寫方式或是知識順序的安排，呈現多元化的面貌，這對於學生閱讀理解的影響，是值得加以研究的。本研究分析各版本國中教科書「生殖」與「遺傳」相關內容的知識結構和編排順序。分析結果發現，各版本在知識結構有相當的差異性，知識編排順序依生物組成層級的串連方式，可分為兩類：相鄰層級串連、各層級分別串連。以此結果為基礎，並依相關研究建議新增集中串連方式，進一步進行準實驗研究，設計三種不同知識編排順序的文本，利用所開發的學習成就測驗，探討不同知識組織的文本對學生理解的影響。測驗結果發現，相鄰生物組成層級串連的知識編排順序，學生有較優的知識理解，並且較能形成接續性的知識連結。學生知識理解的差異主要是在細胞有絲分裂與減數分裂主題知識，以及區辨範圍知識。建議規劃國中生物學域課程、編寫教科書或教學計畫時，應考量知識的編排順序和知識範圍的連結。. 關鍵字：文本、科學教科書、知識結構、國中、生殖、遺傳、閱讀理解. I.

(6) Abstract The research of educational psychology and reading comprehensive stress the influence of the knowledge structures and sequences of textbooks on students’ learning. The Ministry of Education opened textbooks of compulsory education up to be compiled by private publishers. It is an important issue that how the diverse forms of textbooks influence on students’ reading comprehension. This study explored the knowledge structure and sequence in the “reproduction” and the “genetics” units of different textbooks, and found that there were two kinds of knowledge sequences for the biology organizational levels: adjacent or separated. Based on these results and the sequences proposed by some researchers, three kinds of texts (adjacent, separated, or condensed) were compiled. This study conducted the quasi-experimental research with an achievement assessment instrument to address the effects of knowledge sequences of texts on students’ learning. The analysis results of the assessment revealed that students who read the knowledge sequence of text with adjacent biology organizational levels had better comprehension and finer knowledge structures. The difference of knowledge comprehension was mainly in the knowledge of mitotic and meiotic models, and the knowledge in the discriminated scope. The results suggested that the knowledge sequences and the connections within concept scopes should be considered during biology curriculum design, textbook compiling or teaching planning. Key words: text, science textbook, knowledge structure, junior high school, reproduction, genetics, reading comprehension II.

(7) 目錄中文摘要…………………………………………………………………I Abstract …………………………………………………………………II 第一章. 緒論…………………………………………………………1 緒論. 第一節. 研究背景及重要性…………………….…..……………1. 第二節. 研究目的與研究問題…………………..….……………8. 第三節. 名詞釋義………………………………..………………9. 第四節. 研究範圍與限制………………………………………18. 第二章. 文獻探討……………………………………………………19 文獻探討. 第一節. 認知心理學：訊息與知識系統………..………………19. 第二節. 科學知識的語言表徵………………….………………33. 第三節. 知識結構的改變與學習……………………………….45. 第四節. 遺傳學概念教學的研究………………………………57. 第三章. 研究方法……………………………………………………65 研究方法. 第一節. 研究架構及研究流程…….………..…………………65. 第二節. 研究對象……………..…………………..…………69. 第三節. 研究工具.……………………………………………71. 第四節. 資料分析……………..……………….….…………77. III.

(8) 第四章. 結果與討論……………………………………………85 與討論. 第一節. 教科書生殖遺傳知識結構之分析…….………..………85. 第二節. 教科書生殖遺傳知識之編排順序……...….…………168. 第三節. 編排順序對國中學生生殖遺傳知識理解之影響……195. 第四節. 編排順序對國中學生生殖遺傳知識結構之影響……214. 第五節. 討論……………………………………………………238. 第五章. 結論與建議……………………………………………243 結論與建議. 第一節. 研究結論……………...….……………………………243. 第二節. 建議…………………...………………………………246. 參考文獻…………..……………………………………………251 參考文獻附錄…………..……………………………………………………265 附錄附錄一. 新編文本 I（相鄰版）…..…………………………265. 附錄二. 新編文本 II（分散版）..……………………………279. 附錄三. 新編文本 III（集中版）..…………………………294. 附錄四. 知識成就測驗………....……………………………306. IV.

(9) 圖表目錄圖表目錄圖次圖 1-3-1 人類個體區辨的性狀特徵性質舉例....……………………13 圖 1-3-2 血紅素蛋白區辨的特徵性質舉例....………………………13 圖 3-1-1. 研究架構圖………....…………………....……………...66. 圖 3-1-2. 研究流程圖………....…………………....……………...68. 圖 3-3-1 三個新編版本主要的生物組成層級、情境範圍、單元之編排順序，及知識主題之對應…………....……..……...65 圖 3-4-1 文本知識命題的分析架構，以人類男性 A 型黑人為例...79 圖 4-1-1. 細胞有絲分裂單元中共同命題的概念圖........................93. 圖 4-1-2. 減數分裂單元中共同命題的概念圖..............................105. 圖 4-1-3. 無性生殖及有性生殖單元中共同命題的概念圖..........119. 圖 4-1-4. 孟德爾遺傳單元中共同命題的概念圖........................131. 圖 4-1-5. 分子表現單元中共同命題的概念圖...........................143. 圖 4-1-6. 人類遺傳單元中共同命題的概念圖..........................161. 圖 4-2-1. 全部共同基本知識命題的概念連結關係架構…....…183. 圖 4-2-2 教科書三個版本主要的生物組成層級、情境範圍、單元之編排順序，及知識主題之對應..............................194 圖 4-4-1. 學生問答題正確知識命題的概念連結關係架構.…..233. V.

(10) 表次表 3-3-1 是非題範例………....…………........………....………..…...76 表 3-3-2 雙向細目表試題分布..…………........………....…………...76 表 3-4-1 概念連結關係的用詞舉例..…………........………....……...81 表 4-1-1 各版細胞有絲分裂單元基本知識命題及文句命題之統計.86 表 4-1-2 各版細胞有絲分裂單元基本知識命題於情境範圍之統計.86 表 4-1-3 細胞有絲分裂單元中生物概念於情境範圍中的用詞舉例.87 表 4-1-4 細胞有絲分裂單元中各版共同命題與發散命題於生物組成層級及情境範圍之分布統計..........................................87 表 4-1-5 細胞有絲分裂單元中共同命題表徵的生物概念、關係及情境範圍，知識命題舉例與概念連結分布....................94 表 4-1-6 細胞有絲分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於概括範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計............95 表 4-1-7 細胞有絲分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於分類範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計............96 表 4-1-8 細胞有絲分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計............98 表 4-1-9. 各版減數分裂單元基本知識命題及文句命題之統計.....99. 表 4-1-10 各版減數分裂單元基本知識命題於情境範圍之統計...100. VI.

(11) 表 4-1-11 減數分裂單元中生物概念於情境範圍中的用詞舉例...101 表 4-1-12 減數分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於生物組成層級及情境範圍之分布統計…......………..................101 表 4-1-13 減數分裂單元中共同命題表徵的生物概念、關係及情境範圍，知識命題舉例與概念連結分布..............................106 表 4-1-14 減數分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於概括範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................107 表 4-1-15 減數分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於分類範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................107 表 4-1-16 減數分裂單元中三版共同命題與各版發散命題於區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................109 表 4-1-17 各版無性生殖及有性生殖單元基本知識命題及文句命題之統計…....………..…....………..…....………………..112 表 4-1-18 各版無性生殖及有性生殖單元基本知識命題於情境範圍之統計…....………..…....………..…....………………..113 表 4-1-19 無性生殖與有性生殖單元中生物概念於情境範圍中的用詞舉例…....………..…....………..…....………………..114 表 4-1-20 無性生殖及有性生殖單元中三版共同命題與各版發散命題於生物組成層級及情境範圍之分布統計....................115. VII.

(12) 表 4-1-21 無性生殖及有性生殖單元中共同命題表徵的生物概念、關係及情境範圍，知識命題舉例與概念連結分布........120 表 4-1-22 無性生殖單元中三版共同命題與各版發散命題於概括、分類及區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.121 表 4-1-23 有性生殖單元中三版共同命題與各版發散命題於概括及分類範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計...........122 表 4-1-24 有性生殖單元中三版共同命題與各版發散命題於區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計......................123 表 4-1-25 各版孟德爾遺傳單元基本知識命題及文句命題之統計...124 表 4-1-26 各版孟德爾遺傳單元基本知識命題於情境範圍之統計...125 表 4-1-27 孟德爾遺傳單元中生物概念於情境範圍中的用詞舉例...126 表 4-1-28 孟德爾遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於生物組成層級及情境範圍之分布統計.......................................126 表 4-1-29 孟德爾遺傳單元中共同命題表徵的生物概念、關係及情境範圍，知識命題舉例與概念連結分布............................132 表 4-1-30 孟德爾遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於概括範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計....................134 表 4-1-31 孟德爾遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於分類範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計....................135. VIII.

(13) 表 4-1-32 孟德爾遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.................135 表 4-1-33 各版分子表現單元基本知識命題及文句命題之統計…..137 表 4-1-34 各版分子表現單元基本知識命題於情境範圍之統計.....138 表 4-1-35 分子表現單元中生物概念於情境範圍中的用詞舉例…..139 表 4-1-36 分子表現單元中三版共同命題與各版發散命題於生物組成層級及情境範圍之分布統計…......…………...............140 表 4-1-37 分子表現單元中共同命題表徵的生物概念、關係及情境範圍，知識命題舉例與概念連結分布..............................147 表 4-1-38 分子表現單元中三版共同命題與各版發散命題於概括範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................149 表 4-1-39 分子表現單元中三版共同命題與各版發散命題於分類範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................150 表 4-1-40 分子表現單元中三版共同命題與各版發散命題於區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................151 表 4-1-41 各版人類遺傳單元基本知識命題及文句命題之統計…..153 表 4-1-42 各版人類遺傳單元基本知識命題於情境範圍之統計…..154 表 4-1-43 人類遺傳單元中生物概念於情境範圍中的用詞舉例…..155 表 4-1-44 人類遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於生物組成. IX.

(14) 層級及情境範圍之分布統計…......…………...............156 表 4-1-45 人類遺傳單元中共同命題表徵的生物概念、關係及情境範圍，知識命題舉例與概念連結分布..............................162 表 4-1-46 人類遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於概括範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................164 表 4-1-47 人類遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於分類範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................164 表 4-1-48 人類遺傳單元中三版共同命題與各版發散命題於區辨範圍中表徵的生物概念、關係及命題數統計.....................166 表 4-2-1 列入整合的發散基本知識命題表徵的生物概念、關係、知識命題舉例、情境範圍及版本單元……………..........169 表 4-2-2. 全部共同基本知識命題的統計及版本單元...................174. 表 4-2-3. 全部共同基本知識命題於概括範圍之概念連結分布.....184. 表 4-2-4. 全部共同基本知識命題於分類範圍之概念連結分布.....185. 表 4-2-5. 全部共同基本知識命題於區辨範圍之概念連結分布.....187. 表 4-3-1 試題的情境範圍、知識主題、知識內容、難易度、鑑別度、答對率及卡方考驗 χ2 顯著性.........................................202 表 4-3-2. 刪題後雙向細目表試題分布及 KR-20 係數..................207. 表 4-3-3. 三個版本學生知識成就測驗總分之描述性統計量摘要. X.

(15) 表..........................................................................................207 表 4-3-4 三個版本學生知識成就測驗總分共變數分析之組內迴歸係數同質性檢定摘要表......................................................208 表 4-3-5. 三個版本學生知識成就測驗總分之共變數分析摘要表.208. 表 4-3-6. 三個版本在三個知識主題答對率之描述性統計量摘要表............................................................................209. 表 4-3-7 三個版本在三個知識主題答對率之單因子多變量共變數分析摘要表..........................................................................210 表 4-3-8. 三個版本在三個情境範圍答對率之描述性統計量摘要表............................................................................211. 表 4-3-9 三個版本在三個情境範圍答對率之單因子多變量共變數分析摘要表..........................................................................212 表 4-3-10 三個知識主題答對率之相依樣本單因子變異數分析摘要表......................................................................................213 表 4-3-11 三個情境範圍答對率之相依樣本單因子變異數分析摘要表......................................................................................213 表 4-4-1 三個版本在問答題一正確命題數之統計摘要表...............215 表 4-4-2 問答題一有 10 名以上學生描述的正確命題，表徵之生物概念、關係、知識命題舉例、情境範圍、學生人數及百分比、. XI.

(16) 卡方考驗 χ2 顯著性........................................................216 表 4-4-3 三個版本在問答題二正確命題數之統計摘要表...............218 表 4-4-4 問答題二有 10 名以上學生描述的正確命題，表徵之生物概念、關係、知識命題舉例、情境範圍、學生人數及百分比、卡方考驗 χ2 顯著性........................................................219 表 4-4-5 三個版本在問答題三正確命題數之統計摘要表...............221 表 4-4-6 問答題三有 10 名以上學生描述的正確命題，表徵之生物概念、關係、知識命題舉例、情境範圍、學生人數及百分比、卡方考驗 χ2 顯著性........................................................222 表 4-4-7 三個版本在問答題四正確命題數之統計摘要表...............224 表 4-4-8 問答題四有 10 名以上學生描述的正確命題，表徵之生物概念、關係、知識命題舉例、情境範圍、學生人數及百分比、卡方考驗 χ2 顯著性........................................................225 表 4-4-9 三個版本在問答題五正確命題數之統計摘要表...............227 表 4-4-10 問答題五有 10 名以上學生描述的正確命題，表徵之生物概念、關係、知識命題舉例、情境範圍、學生人數及百分比、卡方考驗 χ2 顯著性........................................................228 表 4-4-11 三個版本正確命題數總數之統計摘要表........................229 表 4-4-12 學生正確命題於概括範圍之概念分布............................234. XII.

(17) 表 4-4-13 學生正確命題於分類範圍之概念分布............................235 表 4-4-14 學生正確命題於區辨範圍之概念分布............................236. XIII.

(18) XIV.

(19) 第一章緒論. 因為語言、文字的產生，人類得以發展出文明，並且能將文明傳承下去。在閱讀文本時，我們與其中的文句、圖表產生交流，汲取新的知識，增長自己的見聞；而文本所呈現的情境脈絡，會影響我們的閱讀理解。在學校的學習，教師是最重要的知識傳遞媒介，教科書則是學生預習及複習所學知識的重要依據。因此，教科書的編寫架構如何符合學生的閱讀，幫助學生學習？是值得關注的，而這也是本研究探討的重點。. 第一節研究背景及重要性無論國內、國外，教科書對於學生的學習占有舉足輕重的地位，不僅是教師教學的輔助工具之一，也是學生學習的主要工具。如何編寫出能幫助學生閱讀理解、產生學習的教科書，是很重要的研究方向。許良榮（1997）以 Stinner 在 1992 年提出成功的科學教學應注意的三個層面，主張編寫科學教科書應該要考慮：（1）邏輯層面（logical plane）：課文語意結構要符合邏輯；（2）證據層面（evidential plane）：由認識論與本體論的角度討論課文包括的證據成分與意義，要提供學生相信的理由，提出在實驗、經驗與直觀之間能夠相互連結的證據，之後再呈現科學理論的最終結果；（3）心理學層面（psychological 1.

(20) plane）：探討讀者的認知處理或先前概念，並要滿足 Posner、Strike、 Hewson 和 Gertzog（1982）提出的概念改變四個條件，包括：學生對於自己的先前知識感到不滿足（dissatisfy），科學概念是學生可理解的（intelligible）、合理的（plausible）及豐富的（fruitful）。Meyer（1991）認為一本好的科學文本要具備的特點：（1）闡述某一個科學知識時，必須在符合科學的特殊描述下，將概念做系統性的編排；（2）這些概念要有邏輯性的連結；（3）避免使人混淆的訊息；（4）要特別注意到讀者可能具備的背景知識。然而，Stepans、Beiswenger 和 Dyche（1986）指出學生的迷思概念可能來自於六個方面，其中包含教科書對概念的呈現方式；當教科書在文字、圖表課程順序內容的安排上無法讓學生順利學習，可能直接造成迷思概念的形成。近年來，科學教育界對知識結構的融貫性（coherence）頗為重視，如 the American Association for the Advancement of Science [AAAS] 出版的 Atlas of Science Literacy（AAAS, 2001），指出知識結構的融貫性，也就是想法的發展和互動（ progression and interaction of ideas），是高品質課程標準、課程、教學和評量的基本必要條件。同樣地，the National Research Council [NRC]（2005; 2007）和 the National Assessment of Educational Progress [NAEP]（2006）提出學習進程規劃（learning progression），主張學生從幼稚園到 12 年級的學習順序應. 2.

(21) 該注意知識結構的融貫性。因此，學者針對自然科學的教科書中知識結構進行分析，採用的方法有：知識組成（knowledge organization; Majidi & Mantyla, 2011）、概念連結的融貫性（coherence; Roseman, Stern, & Koppal, 2010）、概念變異（conceptual variation; Gericke & Hagberg, 2010）等。自民國九十年開始，我國分期實施九年一貫課程，注重國小與國中這兩個學習階層的貫通性，分階段訂定九年一貫課程的能力指標（教育部，2008a）和教材內容細目（教育部，2008b），作為課程設計和教科書編寫的依據。課程設計方面，給予學校自主的空間，同時也開放民間編寫、出版教科書，再由國立編譯館審定，即一般所稱的「一綱多本」。由於九年一貫課程的各階段是橫跨幾個年級，在各階段中沒有列出教材內容的教學順序，所以各家出版社的教科書，無論在編寫方式或是知識編排順序的安排，呈現多元化的面貌。以遺傳學為例，在我國是從國中階段開始，課程綱要（教育部， 2008a）列有「(2-4-2-2)由植物生理、動物生理以及生殖、遺傳與基因，瞭解生命體的共同性及生物的多樣性」，內容細目（教育部，2008b）有「310 生殖、遺傳與演化」的「4a.知道細胞分裂時染色體會變化以及減數分裂時，染色體數目會減半」、「4b.區別有性生殖與無性生殖」、「4c.知道基因可控制性狀的遺傳」和「4d.瞭解基因會突變，. 3.

(22) 及人類性別的遺傳方式」。目前我國市面上占有率達 20%以上的國中自然與生活科技教科書有三本，皆將遺傳學主要相關知識安排在七年級下學期的「生殖」單元和「遺傳」單元。「生殖」單元的細胞有絲分裂、減數分裂、生殖等概念與「遺傳」單元的概念相互連結，而教科書的知識組織常有不同的順序安排，例如：有的先從細胞的有絲分裂、減數分裂開始，再介紹無性生殖和有性生殖，再接續遺傳；有的則先從有性生殖、無性生殖，再進入細胞的有絲分裂、減數分裂，再接續遺傳。楊坤原和張賴妙理（2004a）回顧遺傳學迷思概念的研究文獻，歸納出學生對於這兩個單元有很多的迷思概念，其根本原因是無法對各概念作有意義的連結。有些學者建議遺傳單元之前應安排減數分裂的內容（Tolman, 1982; Williams, DeBarger, Montgomery, Zhou, & Tate, 2012）；然而有些學者則認為應該相反，先進行遺傳單元，再介紹減數分裂（Banet & Ayuso, 2000; Cho, Kahle, & Nordland, 1985）。甚至有些學者認為應該加入基因表現機制的內容，再接著介紹遺傳學和減數分裂（Roseman, Caldwell, Gogos, & Kurth, 2006）。因此，教科書不同的知識組織順序，是否會對學生在閱讀時造成不同的影響和學習效果，學生是否能看懂其內容、做適當的推論，並且在讀到後面單元時，會把前面單元所讀過的知識提取出來，相互做有意義的連結，是值得探討的。. 4.

(23) 進行課程組織時，順序性是重要的規準之一。Tyler（1949）認為學生的學習是建立在前一個學習經驗上，因此在課程組織時，應重視學習經驗的先後順序安排。除了考量學科知識的內容、邏輯結構之外，也需配合學生的認知能力發展，如果安排得宜，有助於學生達到學習的成效（Oliva, 2001; 黃光雄、楊龍立，2004）。因此，課程學者提出種種課程組織原則（黃光雄、蔡清田，1999），如由簡單到複雜、由具體到抽象、由近而遠、由整體到部分或由部分到整體等，著重於學生的認知能力發展；概念關聯法的課程組織原則則是基於學科知識的結構，探討其中的相互關係，作為先後順序安排的依據。為促進學生的學習遷移，Bruner的認知結構學習理論、Ausubel的認知同化學習理論，就已強調學科知識的結構以及其順序安排（施良方，1996；黃光雄、楊龍立，2004）。由於各學科知識的結構有其邏輯和特點，在依概念關聯法來進行課程組織的順序安排時，也應視其邏輯和特點來探討，兼顧學科知識的結構以及學生的認知能力發展（劉玉玲，2005）。有意義的學習是指學生學習新的知識時，能將新的知識融入原有的概念結構中，並和先前的知識做適當連結，使學生的概念結構產生變化。建構主義的觀點也認為，學生愈能掌握學科的知識結構，愈能產生學習遷移；相反的，如果學生只是堆積片斷的知識，則這些知識不容易長期留存在他. 5.

(24) 的概念結構中，需要應用時也無法從概念結構中提取，且片斷的知識也可能干擾新知識的學習（Roseman et al., 2010）。 Gagńe（1975）提出學習條件如下：（1）外在條件：發生在學生外部的教學事件，提供學生經驗；（2）內在條件：學生內部所牽涉到的知識、過程和策略。我們可以透過文本的閱讀經驗，來獲得知識、產生學習。閱讀的歷程可以分為四個層次：（Carver, 1973; 引自Mayer, 1987）：（1）識字；（2）組成句意；（3）理解文意；（4）評價文章；前兩者代表基本的閱讀技巧，後兩者代表傳統所謂的「閱讀理解（reading comprehension）」。其中，理解文意是能「經閱讀而學習」（reading to learn），了解文本所寫內容的關連，並對文本未明白表示的部分，運用自己既有的概念結構進行推論，建構出自己的理解和詮釋，進而能夠將獲得的知識運用到適合的情境。因此，不同的閱讀理解理論模式當中，讀者既有的先前知識大多占有舉足輕重的地位（如 Anderson & Pearson, 1984; Goodman, 1982; Graesser, Singer, & Trabasso, 1994; Kintsch, 1988）。影響閱讀理解的因素主要如下列：（1）文本的型式、結構與組織；（2）讀者的特性：先前知識、動機等；（3）認知及後設認知：包括思考的監控、應用等（Reynolds & Baker, 1987; Yore & Shymansky, 1991）。前一項屬於外在因素，後兩者屬於內在因素。由此可知，文本知識結構是影響閱讀理解的重要因素，而且先前. 6.

(25) 閱讀或學習經驗所建構的概念知識，會影響後續閱讀或學習經驗將要建構的概念知識。無論是學習理論或閱讀理解的研究，在在顯示出教科書呈現知識順序的重要性，需兼顧學科知識的結構以及學生的認知能力發展。因此，本研究探討教科書的知識編排順序對學生遺傳學閱讀歷程中，理解文意層次的影響，也就是對文本中遺傳學知識的理解情況。本研究將分析現行教科書的知識結構及編排順序，並新編相同知識結構但不同編排順序的文本，比較對於學生在閱讀學習上是否有不同的影響效果。經由文本和學生之間知識結構的比對，可以了解學生在自行閱讀中獲得知識的情況，對學生知識結構的發展以及閱讀理解的推理過程，能有更深入的了解，並比較出適合國中學生學習生殖與遺傳單元概念發展的文本知識組織順序，並對教科書編寫及課程規劃提供實證上的支持，以及教師在教學時概念安排的參考。. 7.

(26) 第二節研究目的與研究問題本研究目的為分析國中教科書「生殖」和「遺傳」兩單元的知識結構及編排順序，依此分析結果為基礎，進一步進行準實驗研究，探究新編相同知識結構但不同編排順序的文本，對學生知識理解學習成就和知識結構的影響，作為教科書編寫、教師教學、課程規劃的參考。根據上述研究目的，本研究所要探究的問題如下：. 一、教科書知識結構和知識編排教科書知識結構和知識編排順序編排順序：順序： (1) 市場占有率最高的三家出版社國中生物教科書，國中「生殖」和「遺傳」兩單元的知識結構是否有差異？差異為何？ (2) 市場占有率最高的三家出版社國中生物教科書，國中「生殖」和「遺傳」兩單元的知識編排順序是否有差異？差異為何？. 二、學生進行相同知識結構但不同知識編排學生進行相同知識結構但不同知識編排順序文本閱讀編排順序文本閱讀：順序文本閱讀：（一）閱讀不同知識編排順序文本後，三組學生的遺傳學知識理解是否有差異？差異為何？（二）閱讀不同知識編排順序文本後，三組學生的遺傳學知識結構是否有差異？差異為何？. 8.

(27) 第三節名詞釋義一、知識結構認知心理學家用來描述知識結構（knowledge structure）的模式各不相同，其中的基本組成都包括概念，以及概念之間連結所形成的知識（鄭麗玉，2006）。將事物性概念、定義性屬性概念、特徵性屬性概念、動詞概念等節點，由階層關係、屬性關係、行動關係而連結組織成網狀結構，具有蔓延激發、訊息組合以及個體建構差異等特性。本研究以文本中由小句或級轉移的名詞組所表徵的命題為分析單位，一個生物概念與一個動詞形成的命題關係，即為一項命題。知識結構的分析內容，包括生物概念、生物組成層級（organizational level）、概念連結關係，以及指涉的情境範圍。經由同一生物概念，命題之間可以接續連結，形成知識結構。. 二、生物概念所有世界上的實體（entity）都有一些性質（property），可分為（1）定義屬性（defining attribute）：實體一定具有的性質，如：茶壺一定有壺嘴；（2）特徵性質（characteristic feature）：實體最常有的性質，如：茶壺通常是由玻璃做的；（3）本體屬性（ontological attribute）：實體可能具有的性質，如：茶壺可能會被打破（Chi, Slotta, & de Leeuw,. 9.

(28) 1994）。我們人類能夠依據外界事物呈現的屬性（attributes），依照屬性規則把具有相同屬性組合的事物歸為一類，以一個象徵建構（symbolic construction）的「概念」（concept）來代表這一類的事物，而能夠與不同類的事物分開，有效且正確將外界的事物類別化（categorization）。Chi 等人認為所有世界上的實體分類有許多的分類方法，而他們依據本體屬性分為三種主要的本體類別：物質（matter or things）、過程（processes）和心智狀態（mental states）。Fisher（2000a）則指出，生物學的概念主要包含兩大類別，一是物體（objects），另一是過程（process）。本研究分析國中教科書遺傳學相關知識，其中包括的物質概念有：生物個體、細胞、染色體、DNA、基因等。過程概念包括有：發育、生殖、有絲分裂、減數分裂、受精、有絲分裂染色體分配及減數分裂染色體分配、表現等。. 三、生物組成層級科學哲學家 Thagard（1992）結合人工智慧系統常用的種類階層關係，以及語言心理學家用來組織心智的種類階層關係（kind-hierarchies ）和部分階層關係（part-hierarchies），主張科學的概念知識系統主要是由這兩個關係所構成的。. 10.

(29) 生物學中，物質概念除了有種類階層關係之外，部分階層關係可以依據運作單位由小至大分為不同的生物組成層級，包括：原子、分子、細胞、個體、族群、生態系等。大的層級是由小的層級組成的。本研究分析國中教科書遺傳學相關知識，其中包括生物組成層級物質概念有：生物個體、細胞、染色體、DNA、基因等。各層級概念參與的過程概念包括有：生物個體層級參與的發育及生殖；細胞層級參與的有絲分裂、減數分裂及受精；染色體（DNA）層級參與的有絲分裂染色體分配及減數分裂染色體分配；基因層級參與的表現。. 四、概念連結關係 Fisher（2000b）整理生物學針對「物體」通常探討的問題有：它組成了什麼？它是由什麼組成？它有什麼特徵？在哪裡可以找到它？它有什麼功能？針對「過程」通常探討的問題有：它產生什麼？在什麼條件下發生的？它在哪裡發生？它的動力來源是什麼？因此，生物學知識大多是概念的性質關係、物質概念之間的組成關係，以及過程概念的期間物質概念的參與行為關係和產生作用關係。本研究分析國中教科書遺傳學相關知識，包括的生物組成層級概念有：生物個體、細胞、染色體、DNA、基因等，這些概念之間形成性質關係、組成關係，並與相關的過程概念之間形成行為關係和作用關係。. 11.

(30) 當這些關係是間隔多個生物組成層級的連結，例如「生物個體」層級和「染色體」層級的連結，中間間隔「細胞」層級，這樣跨越層級的連結關係，在本研究稱為「跨級連結」。. 五、情境範圍任何一個物件應該都可以依據其具有的屬性，找到一個歸屬的概念類別（category of concept），做為此類別的個例（或稱正例, positive instance），而每個個例的屬性值量（value）有可能不同（鄭昭明， 2010）。也就是每一類別中的任何一個例具有類別的共同定義屬性；並且也具有各自獨特的屬性值量，特徵特質和本體屬性等，這些是不影響其類別的性質，但能夠用來區辨出不同特徵性質的類型個例。例如，被歸類為人類的生物個體，是因為具有定義屬性包括：有 23對染色體、有皮膚、有眼睛、有血液…。至於第23對染色體是2條 X染色體，或是1條X染色體和1條Y染色體；血型是A型、B型、O型或AB型；這些區辨個體差異的特徵性質，並不作為分類的依據來分類出不同的類別，而是能夠用來區辨出不同特徵性質的類型個例，如女人和男人，A型人、B型人、O型人和AB型人（圖1-3-1）。再例如，血紅素蛋白是形成結晶或溶解於液體中，位在肺泡微血管或是體組織微血管，這些特徵性質可以區辨不同類型個例（圖1-3-2）。. 12.

(31) 生物. 豌豆. 單細胞生物黑黴菌. 多細胞生物果蠅. 草履蟲人類. 個例人類 a 性狀特徵性質性別女 O 血型眼皮單眼皮膚色白圖1-3-1. 人類 b. 人類 c. 人類 d. 人類 e. 男 AB 雙眼皮黃. 男 B 單眼皮褐. 女 A 單眼皮黑. 女 A 雙眼皮黃. 人類個體區辨的性狀特徵性質舉例蛋白質 γ型肌動蛋白第一型膠原蛋白. 個例血紅素特徵性質蛋白 a 極性極性電荷負 96% 氧合飽和度位置肺泡圖1-3-2. 胃蛋白酶. 血紅素蛋白. 血紅素蛋白 b 極性負 96% 體組織. 血紅素蛋白 c 極性負 60% 體組織. 血紅素蛋白區辨的特徵性質舉例. 13. 免疫球蛋白. 血紅素蛋白 d 非極性中 30% 體組織. 血紅素蛋白 e 非極性中 30% 肺泡.

(32) 因此，概念連結形成的知識有類別—個例的區分：關於某一概念的類別定義，不受情境限制；關於其一個例的知識，則視情境而會有所區辨（Best, 1999）。也就是，每個概念指涉的範圍（或範疇；scope）會依情境脈絡而有階層性，概念知識所指稱的情境範圍也就不同，可以分為以下三個範圍：（1）概括範圍：當該知識是適用於該類別下所有個例（如：所有生物能進行生殖，繁衍後代；蛋白質有和水分子或氧氣親和的能力），在本研究稱為概括範圍的知識；（2）分類範圍：當該侷限於該類別下部分種類（如：人類這類生物，能進行有性生殖，產生下一代；血紅素蛋白具有含鐵的原血紅素，會和氧氣產生結合），稱為分類範圍的知識；（3）區辨範圍：當該知識則是針對同種類當中不同特徵性質的個例（如：人類這類生物當中，AB型和O 型的父母生小孩，小孩可能是A型或B型，而AB型和AB型的父母生小孩，小孩可能是A型、B型或AB型；在肺泡組織中血紅素蛋白有極高的氧合飽和度，在體組織中血紅素蛋白則釋放出氧氣），稱為區辨範圍的知識。如果區辨範圍的知識沒有清楚對應到適當的分類範圍，例如，成對的等位基因分別位於同源染色體上相對的位置，並沒有說明決定哪種性狀的等位基因是位於哪對（種）同源染色體上，當沒有對應到正確的分類範圍時，可能產生錯誤的連結，形成該對等位基因是位在23. 14.

(33) 對同源染色體上的迷思概念；而且也無法區辨出該對等位基因，一個是位在來自父親的染色體，另一個是位在來自母親的染色體。這樣沒有明確分類範圍知識來作為類別對應基礎的區辨範圍知識，在本研究稱為「跨境連結」。. 六、遺傳學相關知識學者主張學生要能真的理解遺傳學，需要整合三個主題的知識：（1）孟德爾古典遺傳的遺傳主題（genetic model）；（2）減數分裂主題（meiotic model）；（3）分子表現主題（molecular model）（Duncan, Rogat, & Yarden, 2009; Pavlova & Kreher, 2013; Stewart, Cartier, & Passmore, 2005）。其中，遺傳主題包括生殖、受精及遺傳物質的知識，探討親代遺傳某種控制性狀基因給子代的機制和機率。減數分裂主題的內容是親代產生配子時，染色體分配組合和基因重組的機制。分子表現主題則涉及基因表現產生蛋白質進而形成個體性狀的機制。因此，遺傳學涵括了從微小分子（核苷酸、等位基因）、巨大分子（染色體、蛋白質）、細胞、生物體乃至不同世代等多個生物組成層級，也牽涉生殖、細胞分裂（有絲分裂）、減數分裂、受精及基因表現等許多的生物過程。本研究所稱的遺傳學相關知識，是九年一貫國中七年級課程「生殖」和「遺傳」兩單元的知識內容為範圍。. 15.

(34) 七、編排順序由於遺傳學涵括了多個生物組成層級，之間的連結關係在現行國中七年級課程教科書中呈現的編排順序不同。本研究就教科書內容分析的結果，將不同編排順序定義如下：（1）相鄰版：有的版本是由細胞有絲分裂和減數分裂主題開始，連結細胞和染色體兩個相鄰層級，再由細胞層級連結到上一層的個體層級，之後連結到基因層級的性狀遺傳；因為是相鄰層級的連結串接起來，這樣的編排順序在本研究稱為相鄰版；（2）分散版：有的版本則是由遺傳主題的生殖知識開始，連結個體和細胞兩個相鄰層級後，跨級連結到基因層級，再連結細胞和染色體兩個相鄰層級，再回到個體和基因層級的性狀遺傳；因為各層級分別相互串連，不見得有接續性，這樣的編排順序在本研究稱為分散版；（3）集中版：依學者提出由分子表現主題開始，先建構基因、染色體、細胞和個體的四個層級組成關係，再進入在過程知識；因為四個層級先集中一起呈現，這樣的編排順序在本研究稱為集中版。. 八、知識理解閱讀的歷程可以分為四個層次：（Carver, 1973; 引自 Mayer, 1987）：（1）識字；（2）組成句意；（3）理解文意；（4）評價文章；前兩者代表基本的閱讀技巧，後兩者代表傳統所謂的「閱讀理解」。. 16.

(35) 其中，理解文意是能「經閱讀而學習」（reading to learn），了解文本所寫內容的關連，並對文本未明白表示的部分，運用自己既有的概念結構進行推論，建構出自己的理解和詮釋，進而能夠將獲得的知識運用到適合的情境。閱讀歷程中，識字和組成句意兩個層次在本研究預設為學生已具備相當的能力，並於文本設計時，進行文本可讀性考驗，確保文本是學生可自行閱讀的（於研究方法做說明）；而評價文章層次，本研究未列入探討。本研究所稱的遺傳學相關知識理解，是學生閱讀本研究設計的新編文本後，以本研究工具施測所得的知識成就測驗成績及問答題答題內容。. 九、迷思概念個體對生活週遭的訊息進行篩選、處理，放入知識結構中，促進知識見解的改變或增長。然而，感官經驗的不同，每個人的概念內容、連結，組成的知識量和組織，會有相當的個體差異性。形成的知識可能與科學家的有所不同，因而被稱為迷思概念或另有架構（Strike & Posner, 1992）。本研究所稱的遺傳學迷思概念，是指學生閱讀本研究設計的新編文本後，以本研究工具施測所得的內容與遺傳學知識內容不同者。. 17.

(36) 第四節研究範圍與限制一、本研究所分析的概念為九年一貫課程國中「生殖」和「遺傳」兩單元中，遺傳學相關之內容，欲將研究結果推論至其他概念內容，必須相當謹慎。二、本研究考量人力、物力的限制，研究對象為未學習國中「生殖」和「遺傳」兩單元的一所臺北市台北市國中七年級學生，採便利性取樣，並非隨機取樣。欲將研究結果推論至其他地區或其他年級的學生，必須相當謹慎。三、本研究實驗的進行是由學生自行閱讀，並沒有教師授課的學習情況。欲將研究結果推論至其他學習情境，必須相當謹慎。四、本研究學生對遺傳學相關知識的理解，是以本研究工具施測的結果。欲將研究結果推論至其他測驗目標，必須相當謹慎。. 18.

(37) 第二章文獻探討. 基於研究目的與問題，本章共分為四節探討理論基礎與相關文獻。第一節為「認知心理學：訊息與知識系統」，第二節為「科學知識的語言表徵」，第三節為「概念知識結構的改變與學習」，以及第四節為「遺傳學概念教學的研究」。. 第一節認知心理學：認知心理學：訊息與知識系統訊息與知識系統一、認知心理學的哲學基礎人類文化的發展與科學的推進，是人類對外界探索，進行認知心智運作的成果。當代認知心理學承接哲學的認識論（epistemology）兩方面的影響：第一方面是對於人類如何探知外在世界的事物，進行知識與經驗的分析；第二方面是探究個人的觀念、思想、心像、見識、記憶、創造以及其他的心智能力等的本質，進行人類心智內容與結構的分析（鄭昭明，2010）。認識論對知識本質的探討可遠溯至希臘時代，衍生出兩個主要派別：理性主義（rationalism）與經驗主義（empiricism）。柏拉圖（Plato, 427-347 B.C.）認為知識是天賦的，與經驗無關，經由人類心智的活動能重新獲得知識，此屬於理性主義的觀點，又稱為先天論（nativism）。亞里斯多德（Aristotle, 384-322 B.C.）則強調感官經驗 19.

(38) 是所有知識的基礎，不是與生俱來的，被稱為經驗主義（施良方， 1996；Olson & Hergenhahn, 2009）。柏拉圖的認識論主張，物質世界中的每一實體都有與其對應的抽象「理念」或「形相」，譬如對「椅子」的抽象理念。這些事物的抽象理念是獨立於物質，超脫世界的且永遠不變的；當我們經由感官經驗事物時，譬如對「椅子」的抽象理念和實體進行交互作用，而產生了我們叫它做椅子的東西；但是在事物由理念被轉換成物質的過程中，會喪失某種東西，所以我們將會混淆而被誤導，使心靈無法回憶起與生俱來的知識。因此，經由感官而來的資訊只能提供意見，抽象理念本身才是真正知識的本體，必須排除主觀感受。柏拉圖並提出知識回憶論（reminiscence theory of knowledge），認為知識在人一出生時即存在於心靈中，由於會受到感官訊息的「干擾」，必須從經驗中，進行內省或自我分析等推理過程，才可回憶而重新獲得知識。理性主義哲學家強調遺傳的心智運作機制，認為認識或學習的能力是先天決定的，獨立於經驗之外，這個機制積極地將雜亂的感官訊息進行推理，加以組織並作出反應（施良方，1996；Olson & Hergenhahn, 2009； Thagard, 1992）。亞里斯多德的認識論則否定柏拉圖對概念永遠不變的想法（Thagard, 1992）。他極為重視感官經驗（sensory experience），不過. 20.

(39) 並未摒棄理性。他認為感官經驗僅是知識的起源，必須經由心靈主動的理性思考才得以發現主宰實證世界的定律法則；因此知識是得自於感官經驗和理性思考。亞里斯多德並提出聯想的三個原則，來解釋某個經驗如何引發和其相關的觀念，觀念之間如何產生關連，成為後來所稱的聯想律（laws of association）：（1）相似原則：對一件事物的經驗或回憶，常會引發與該事物相似之事情的回憶；（2）對比原則：引發與該事物相對之事情的回憶；（3）鄰近原則：兩件事物在時間上或空間上越是鄰近地出現，則其中一件的經驗或回憶愈可能引發第二件的回憶（施良方，1996；Olson & Hergenhahn, 2009）。洛克﹙John Locke, 1632-1704﹚將物體分為原質特徵，如大小、重量、形狀、移動性等，以及次質特徵，如感官經驗的顏色、氣味和嗜好等；原質能做客觀的分析，次質則純粹是主觀認知。洛克並主張人類生下來毫無經驗，如同一塊白板（tabula rasa）一樣。對於外界的事物，需要經由親身的感官經驗「寫」在白板上面，產生感官印象（sensory impression），於心靈產生簡單觀念（simple thought），再組成複雜觀念；因此觀念來自於經驗，心靈是由觀念組成；聯想律能用來解釋觀念的組合（施良方， 1996 ； Olson & Hergenhahn, 2009 ）。休謨（ David Hume, 1711-1776）區分出直接透過感官經驗所獲得的「事實」（matters of fact）及藉由心靈思索感官經驗所得想法後產生的「想法關係」（relations of. 21.

(40) ideas）（Thagard, 1992）。休謨並進一步論證人類是間接透過觀念來體驗世界，甚至所謂的自然法則，譬如因果的觀念是「觀念的習慣性次序」，並非存在於自然之中（Olson & Hergenhahn, 2009）。米爾（John Stuart Mill, 1806-1873）修正了複雜觀念只是簡單觀念的組合之論點，他認為，數個單一的觀念組合會融合轉變成新的整體觀念，和原來的部分已不盡相同了（Olson & Hergenhahn, 2009）。康德（Immanuel Kant, 1724-1804）意圖調和理性主義和經驗主義兩者的觀點。他認為有十二種的天賦官能，譬如統一性、整體性、真實性、存在、必然性、相互性和因果觀念等，這些不是我們感官經驗的一部分，也不是由感官經驗衍生而來，應該是屬於天賦的思考範疇（innate category of thought）。因為心靈有這些天賦的心理官能，使我們能在感官經驗上，由心靈主動的賦予感官經驗產生組織結構和意義。所以，康德以理性主義的先天論觀點，認同心靈是知識的來源，將感知經驗組織並賦予意義，也接受以後天感官經驗來探求知識（Olson & Hergenhahn, 2009）。在經驗主義的影響下，心理學的結構學派（structuralism）、芝加哥功能學派（functionalism）以及行為主義學派（behaviorism），都強調環境與後天經驗對人類心智發展的重要性（鄭昭明，2010）。繼承理性主義的心理學派有：完形心理學（gestalt psychology）、認知發展. 22.

(41) 論（theory of cognitive development）與語法結構理論（syntactic structure）等，認為人類對世界的知覺（perception）詮釋和關係（relation）的統合是天生的（鄭昭明，2010）。當代認知心理學在哲學上，兼容並蓄經驗主義和理性主義兩種主義的看法，此外也融合生理學的研究、信號理論、計算機科學和人工智慧的概念，發展出訊息處理的研究取向（information-processing approach）（余民寧，1997；鄭昭明，2010；施良方，1996）。. 二、人類的認知系統艾賓豪斯（Hermann Ebbinghaus, 1850-1909）以實驗方法研究記憶和學習，聚焦在影響聯想律的發展條件，使得心理學從哲學分離出來，成為實驗科學（Olson & Hergenhahn, 2009）。近來認知心理學普遍以資訊處理的觀點來探討人類的認知系統（cognitive system），大多以阿特金森—希弗林提出的模式（the Atkinison-Shiffring Model）為基礎，將人類訊息傳遞與處理系統分為三個部分：（1）感覺登錄；（2）短期記憶；（3）長期記憶（施良方，1996）。進一步將人類在接收外在環境的刺激，到個人的學習、認知等反應，所經過一個相當複雜的認知系統，分為四個子系統：（1）有限容量的訊息傳遞與處理系統；（2）知識的系統；（3）認知策略的系統與（4）認知的自我監控系統。. 23.

(42) 外在的刺激訊息，進入容量有限的第一個訊息傳遞與處理子系統當中，經過感覺的登錄（sensory register）、注意（attention）、辨識（recognition）、短期與長期的事件記憶（short-term and long-term episodic memories）等階段，才有機會能成為知識與經驗，整合到第二個個人知識子系統或第三個認知策略子系統的一部分。除了對外在刺激的認知之外，人類還發展出對此認知進行自我監督與控制的後設認知能力，也就是第四個子系統（鄭昭明，2010）。然而，並不是只有外界的刺激訊息從周邊的器官傳至中央的大腦，這種被動接受訊息的「上行處理」（bottom-up processing）方式。另外，個人既有的知識與經驗會被加以利用，來主動詮釋外界的刺激訊息，達到辨識的目的，使刺激訊息具有意義，能夠傳遞與記憶，這種為「下行處理」（top-down processing）方式。任何一種心智的表現，極少是單由其中的一種訊息處理就可完成的，往往是「上行」與「下行」兩種處理方式交互作用，才產生各種不同的心智。由此可知，個人的心智能力與新知識的學習，會受到既存知識與經驗的影響，必須建立起「新知識」與既存的先前知識的連結（鄭昭明，2010）。余民寧（1997）根據訊息處理觀點對人類行為所作的詮釋，認為在教育涵義上有三點值得予以重視：（1）感覺器官的發育與先前的學習經驗，是直接影響感官記憶發展與對感官訊息學習能力的主要因. 24.

(43) 素；（2）學習適當的分段技巧與組織訊息的策略或方法，以增進短期記憶能力；（3）學習有系統、有組織、有意義化的將新訊息統整於既存長期記憶中的知識裡，以使新訊息能長久保留。. 三、知識的類型對於學生學習的知識，在認知心理學的分類類型主要有：（1）敍述性知識（declarative knowledge）或語意知識（semantic knowledge）：描述我們對外在世界中事實、事件、概念、理論的知識，例如正方形的定義、南北戰爭、氮循環、經濟理論（鄭昭明，2010; Mayer, 1987; Gagńe, Yekovich, & Yekovich, 1993）；（2）程序性知識（procedural knowledge）：描述我們要如何做事情（knowing how to do），如何在一個條件下，人為執行一個特定的動作，包括動作技能、認知技能，以及認知策略等，例如騎自行車、操作實驗、計算數學問題、使用目錄和索引、達成目標的步驟安排（鄭昭明，2010; Gagńe et al,, 1993）。其中的認知策略，有些學者則另外分成第三類型─ ─ 策略知識（strategic knowledge）（Mayer, 1987）。在教育學上的Bloom教育目標分類，認知領域的知識向度目前被修訂成四類（Anderson & Krathwohl, 2001）：（1）事實知識（factual knowledge）：包括專門術語的知識，或是進行問題解決時的細節和要. 25.

(44) 要素；（2）概念知識（conceptual knowledge）：由共同屬性歸納成的知識，包括分類和類別知識、原理和原則、複雜現象的理論／模式／結構；（3）程序知識（procedural knowledge）：如何做某事的步驟、流程及時機，包括特定學科的技能和演算知識、特定學科的技術和方法知識、運用規準的知識；（四）後設認知知識（ metacognitive knowledge）：對認知的認知以及對自我知識的認知和覺察，包括策略知識、認知任務知識和自我知識。. 四、知識系統在探究人類概念知識系統的心理結構時，用來表示「知識的心理表徵」（mental representation of knowledge）有許多用語，如：知識結構（knowledge structure）、知識表徵（knowledge representation）、心理模式（mental model）、認知模式（cognitive model）、認知結構（cognitive structure）等，這些不同用語所指的意義都非常接近（余民寧，1997）。認知心理學對知識結構的看法，常見的有以下幾個模式（鄭昭明，2010）。. （一）階層網路結構模式 Quillian 於 1969 年提出認知心理學對人類知識結構的最初看法－－階層網路結構模式（hierarchical network structure model）。這個模 26.

(45) 式是一個人工智慧系統的電腦程式，用來模擬人類的語文理解與語言行為，也被稱為能教學的語言理解器（teachable language comprehender, 簡稱 TLC）模式理論。在此模式中，貯存在知識系統裡面的訊息是由單位（units）、特徵（properties）與指向連結（pointers）所組成的。一個「單位」相當於能以名詞或名詞片語所表徵的事物性（thingness）概念，如物件（object）、事件（event）或想法（idea）。一個「特徵」相當於述詞（predicate）的概念，如形容詞或副詞，用來描述或說明一個「單位」。「單位」與「特徵」是模式中的節點（node），「指向連結」是用來連結一個「單位」與其他的「單位」的階層關係，或是用來連結一個「單位」與一個「特徵」的屬性關係及此屬性的值量，如此建立起一個階層的知識系統。貯存的方式是將獨立的知識經由聯結貯存於網路結構中，而非將單獨的「單位」各別貯存。. （二）語意屬性比較模式 Smith、Shoben 與 Rips 於 1974 年提出另一個知識系統的模式，稱為語意屬性比較模式（semantic feature-comparison model），呈現概念之間的語意距離。在這個模式中，一個概念是由兩類的語意屬性（ semantic features ）來代表，一類是界定概念類別的定義屬性（defining features），另一類是個例（正例）所獨有的特徵屬性. 27.

(46) （characteristic features）。例如，「麻雀」的「定義性的」屬性可能為「有翅膀」、「能飛」以及「有羽毛」，因此歸屬於鳥類；特徵性屬性則可能包括「咖啡色」、「小嘴」與「跳躍式的走路」等。藉由比對兩個概念的所有屬性，來決定各種概念與其高層類別的概念之間的距離，得到一個多向度空間的知識結構。. （三）蔓延激發模式 Collins 與 Loftus 於 1975 年提出的蔓延激發模式（spreading activation theory, 簡稱 SAT）模式，是從主詞與述詞的兩個節點開始「交會搜尋」兩者的連結，如果有連結存在，則進行評價（evaluation）。評價的方式與前兩種模式類似，一種是從交會的連結決定兩者的階層關係；另一種方式是比對兩概念的屬性。而與 TLC 模式不同的是，此模式當中兩節點的連結有速度之分，愈常使用的連結速度愈快，也就表示連結的激發（activation）強度愈強。此外，這激發會從這兩個代表主詞與述詞的概念節點而蔓延開來，沿著連結觸及其他的概念節點，使這個節點也隨之開始激發，這種情況稱為蔓延激發（spreading activation）。如此，產生一個能快速連結並蔓延擴張的網狀模式。. 28.

(47) （四）思考調控模式── 思考調控模式──命題的知識結構 ──命題的知識結構相較於以上所提的模式是以「概念」節點為單位。Anderson 於 1976 年提出思考調控（adaptive control of thought, 簡稱 ACT）模式，是一個以命題（proposition）為單位的知識架構。命題是由一個動詞概念與一組名詞概念連結所組成。其中一種命題是「主詞—述詞」的連結（subject-predicate association）；另一種命題是「關係—論詞」連結（relation-argument association）。以這種連結所連結的兩個節點形成一個新的節點，可作為前一種連結的主詞或述詞，因而形成一個複雜的命題知識結構。. （五）主動的結構網路模式 Norman 與 Rumelhart 於 1975 年提出的模式稱為主動的結構網路（active structural network）模式。其基本組成的單元是節點與有標籤的關係（labeled relation）。此標籤關係是以「行動或動詞」為核心，在一個行動事件（event）中，包括行動的主事者（agent）、接受者（recipient）與物件（object）。例如，一個事件「張三給李四一本書」，其行動為「給」，主事者為張三，接受者為李四，物件為書。這如句子一般的表層結構可以轉化成深層結構。其中，「給」轉化為做（do）、造成（cause）與得到（get）這三個語意原素（semantic primitives）. 29.

(48) 表示標籤關係。「得到」又進一步以擁有（possess）、改變（change）與狀態（state）表示標籤關係。這種模式以「行動或動詞」為核心，而衍生出一種相當細緻的語言或知識結構。. （六）基模不同於前面所提的模式都植基於較小的單位，如「概念」、「命題」或「事件」，Rumelhart 等人於 1975 年以後則是強調以較大單元—基模（schema）來詮釋知識模式。基模是許多子基模（sub-schema）在情境脈絡的當下，相互共同運作所產生的，因此是許多訊息的組合。例如，「狗」的概念基模當中，固定的部分為「一隻狗有一個頭、一個軀幹、四條腿、一條尾巴」，由各部位的子基模組合；同時狗的基模也具有可變的變項，如狗的大小、顏色等變化。基模是個人對外在世界的語意記憶與事件記憶的經驗，用來與外來的訊息比對，以最適合的基模來詮釋訊息。依照基模理論模式，知識系統是由大量的基模所組成的。. 五、小結人類能夠接收外在世界的訊息，將感覺經驗透過認知心智運作，探究事物的關係，運用語文、圖像或符號等媒介將詮釋的結果加以連結組織，建構出經驗、知識與概念。人類的概念知識也藉由語文、圖 30.

(49) 像或符號等媒介得以傳播和累積。在分析概念知識的語文表徵時，可發現概念知識系統是由事物性概念、定義性屬性概念、特徵性屬性概念、動詞概念等節點，由階層關係、屬性關係、行動關係而連結組織成網狀結構，具有轉化衍生、蔓延激發、訊息組合、情境脈絡影響以及個體建構差異等特性。 Bruner、Oliver 與 Greenfield（1966）歸納語文在認知發展的五個途徑。第一、人類使用語言與文字來思考而形成概念。第二，教育過程中，兒童透過語言與文字和成人對談，獲取經驗與知識。第三，學校是提供語文使用的場所。第四，科學概念知識，能透過語文跨越時空的限制，進行傳播，使得知識具有傳遞性與累積性。第五，互相矛盾或衝突的表徵方式能激發智慧的發展。科學家由個人的探究經驗，建構新的概念、連結組織新的知識系統，藉由語言文字或圖像符號與其他科學家溝通討論，獲得認同而形成科學概念知識，這些知識在心理學的知識分類上屬於敘述性知識或語意知識，在教育目標的知識向度上則是屬於事實知識和概念知識。教學課程經過規劃設計，透過教科書、教師教學等將適合於學生學習的科學概念知識，藉由語文圖像符號及相關活動呈現給學生，讓學生與課程設計的科學概念知識進行互動，使得學生即使沒有經歷真實的科學探究過程，仍然能從適當而充分的學習活動經驗當中，建構他們. 31.

(50) 個人的概念知識系統。至於進行科學活動時，操作儀器的程序知識、規劃實驗的策略知識，以及監控的後設認知知識，則不在本研究探討。在本研究中，將從國中教科書遺傳學相關知識的語文表徵，分析其中的概念節點、連結關係。並且在國中學生閱讀遺傳學相關知識的文本後，以研究工具來分析學生表徵的概念知識結構及蔓延激發的情況，來探討文本的知識編排對學生遺傳學理解之影響。. 32.

(51) 第二節科學知識的語言表徵一、知識與概念外界的刺激訊息經過層層的處理階段後，可以透過語文或心像等媒介，以聯想（association）和類別（categorization）等系統的組織（organization），收錄到長期記憶，和過去形成的既存先前知識與經驗形成連結，成為知識子系統或認知策略子系統的一部分。其中，聯想（association）是因時空的緊鄰出現而連結在一起；另一個組織方式則是依循以記憶項目之間的類別關係（categorical relation）。由於經過這樣個人的內部心理運作，受到既有的先前知識、經驗、文化背景或情緒等影響，顯示出知識與認知的「建構」特性（鄭昭明，2010），因此有相當的個體差異性。我們人類能夠依據外界事物呈現的屬性（attributes）連結，依照屬性規則把具有相同屬性組合的事物歸為一類，以一個象徵建構（symbolic construction）的「概念」（concept）來代表這一類的事物，而能夠與不同類的事物分開，有效且正確將外界的事物類別化（categorization）。人類的知識包括字彙（lexical）與概念（conceptual）的知識，兩者在認知發展上是密不可分的。日常生活所使用的字彙都是概念的名稱，而任何一個物件應該都可以依據其具有的屬性，找到一個歸屬的概念類別（category of concept），做為此類別的個例（或. 33.

(52) 稱正例, positive instance），而每個個例的屬性值量（value）有可能不同。例如，小說、辭典都同屬於「書」的概念類別，兩者都是「書」的一個個例，有「書」的共同屬性，如「有許多頁」、「每頁有印刷字體」與「有封面」；但屬性值量不固定，如「頁數」有多有少，「印刷字體」有大有小，「封面」可能是硬皮或軟皮。兩者與「書」之間的組織連結為概念－個例（category-instance）的類別關係。將外界的事物類別化而形成概念，使得概念之間藉由連結而組織成具有包含性（inclusiveness）的縱向概念階層結構，以及典型性（typicality）的橫向個例歸屬程度。也就是說，人類之所以能形成概念，是因為由知識的連結關係而構成概念的意義（鄭昭明，2010）。. 二、知識結構知識結構的連結關係結構的連結關係人類的概念知識系統是由許多代表單一概念的節點，以節點之間的關係相互連結，形成的一種錯綜複雜的語意網路；其中的連結關係（relation）把兩個概念組合，代表有意義的命題，命題是知識的最小單位。因此，單一節點，也就是概念本身，並不足以構成概念的意義，概念的意義是由節點之間的連結，才得以形成。科學哲學家Thagard（1992）結合人工智慧系統常用的種類階層關係，以及語言心理學家用來組織心智的種類階層關係. 34.

(53) （kind-hierarchies ）和部分階層關係（part-hierarchies），主張科學的概念知識系統主要是由這兩個關係所構成的。他將概念和命題視為心智的表徵，概念是述詞，而命題是句子，認為概念系統可看成一個網絡，每一個節點和一個概念相關，之間的線段是兩個概念間連接（ link ），依循「種類階層」（ kind-hierarchies ）和「部分階層」（part-hierarchies）的原則構成。他提出五種連接範例：（1）種類連接（kind links）：表示一個概念與一種種類相連，例如：鳥是動物的一種；（2）例子連接（instance links）：概念的舉例，例如：崔弟鳥（Tweety）是一隻金絲雀；（3）規則連接（rule links）：概念具備的規則，例如：金絲雀都是黃色的；（4）屬性連接（property links）：物體具有的屬性，例如：崔弟鳥是黃色的；（5）部分連接（part links）：物體中具有一個被給定的部分，例如：鳥喙是鳥的一部分。所有世界上的實體（entity）都有一些性質（property），可分為（1）定義屬性（defining attribute）：實體一定具有的性質，例如：茶壺一定有壺嘴；（2）特徵性質（characteristic feature）：實體最常有的性質，例如：茶壺通常是由玻璃做的；（3）本體屬性（ontological attribute）：實體可能具有的性質，例如：茶壺可能會被打破（Chi et al., 1994）。Chi 等人認為所有世界上的實體分類有許多的分類方法，而他們依據本體屬性分為三種主要的本體類別：物質（ matter or. 35.

(54) things）、過程（processes）和心智狀態（mental states）。在這三種類別之下各有次類別，例如：物質類別下有：自然物（natural kind）及人造物（artifacts）；過程類別下有：步驟（procedure）、事件（event）及條件限制的交互作用（constraint-based interaction）；心智狀態下有：情緒（emotional）及意圖（intentional）。由於本體屬性的不同，形成三個相互獨立的概念樹。也就是說，概念知識結構中，有些知識涉及到概念的特性、特徵或屬性等。 Fisher（2000a）指出，有超過一半生物學知識是關於三種關係：類別 / 次類別（ set/subset ）、整體 / 部分（ whole/part ）和特徵（characteristic）。然而，生物學的概念主要包含兩大類別，一是物體（objects），另一是過程（process）。Fisher（2000b）整理出生物學針對「物體」通常探討的問題有：它組成了什麼？它是由什麼組成？它有什麼特徵？在哪裡可以找到它？它有多大？它有什麼功能？而針對「過程」通常探討的問題有：它產生什麼？在什麼條件下發生的？它在哪裡發生？它的動力來源是什麼？因此，如 Gordon（1996; 引自 Fisher, 2000b）發現專家的概念連結關係中，還另外包括了性質（property）和結果（consequence）。 Unsworth（2001）指出科學文本中的概念主要有二類詞彙關係：「預期關係」（expectancy）和「分類關係」（taxonomic）。「預期關係」. 36.