『科學類比推理』網路互動學習研究－促進國中生電學概念之建構與推理能力
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(2) Research of “Scientific Analogical Reasoning” within Web-based Interactive Learning: Promoting Middle School Students’ Reasoning Abilities and Concept Construction Involving Electricity. Student：Tzu-Chin Chen Advisor：Dr. Hsiao-Ching She Institute of Education National Chiao Tung University Abstract Web-based interactive lessons for electricity unit were developed for this study. The design of the lessons was based on Dual Situated Learning Model (DSLM) and the reasoning as well as analogical reasoning learning approaches. The purpose of this study was to investigate the impact of web-based interactive lessons on students’ conceptual constructions, reconstructions, and their scientific reasoning abilities. This study adapted a quasi-experimental design. Six ninth-grade classes were recruited. Three classes (a total of 97 students) served as the experimental group, and the other three classes (a total of 97 students) served as the control group. The experimental group received the web-based interactive lessons of electricity unit for a month, while the control group received the same content in a conventional instructional context for the same period of time. The learning outcomes being compared include the cognitive electricity achievement test and the two-tier electricity reasoning test. In addition, the conceptual changes and the levels of scientific reasoning of both groups from the data collected in the pre-, post-, and retention interviews were analyzed and compared. The web-learning processes were analyzed in two perspecificies: level of scientific reasoning and scientific concept categorization. In all the tests, the results showed that experimental group students outperformed their control group counterparts in many aspects. First, the scores of the cognitive achievement test and the two-tier test reasoning test showed that there was not only a better immediate effect but also a superior retaining effect on the levels of academic achievement in science (high, middle, and low achievers) as well as on the scientific reasoning stages (transitional or concrete). The results of student interviews were transcribed and then analyzed by a flow map method. According to the analysis of their pre-, post-, and retention flow maps, the scores of correct conception showed that experimental group was better than the control. Even in retention interviews, experimental group students still outperformed in nine out of eleven conceptions. With regard to the levels of scientific reasoning, the experimental group students in the post- and retention interviews tended to use high level of scientific reasoning such as “Justification” or “Explanation”. In contrast, the control group students tended to use low level of scientific reasoning like “Generativity”. In the pre-post or post-retention ii.
(3) interviews, most of the experimental group students’ conceptions made progression. However, the control group students’ conception maintained as incorrect or retrogressive. The results revealed that after experiencing the web-based interactive learning for electricity, the students were generally more successful conceptual change than the other ones, and the level of their reasoning abilities also increased. Only experimental group students’ received the web-based course. The design of the learning events in the web-based interactive lessons included the formats of open-ended. Except learning event 4-4 and 4-5, the analysis of the open-ended formats showed that students could provide with the reason they learnt in web-based interactive events. They made more considerate and well-constructed reasons, while lowering their intuitive reasons. The finding of this analysis showed that students had more correct and well-constructed conceptions in electricity. In addition, students used more higher level of scientific reasoning (eg. Justification, Explanation) than lower level of scientific reasoning (eg. Generativity) after learning from the web course. The finding of those analyses showed that students were not only able to have and sustain a successful conceptual construction but also conceptual change. And they also improved their scientific reasoning abilities immediately or after a period of time.. Keyword: Scientific reasoning, Analogical reasoning, Electricity, DSLM, Web-based Interactive learning.. iii.
(4) 誌. 謝. 能夠完成這本碩士論文，要感謝的人非常的多，最感激的是我的指導老師佘曉清教 授，在忙碌的教學與研究生活當中，還要辛苦的指導我，在碩士論文的開始到完成期間， 不斷的給予我指導與鼓勵，最後還要撥冗修改我的論文，如此我才有今日的研究成果， 也就是完整的碩士論文。另外更要感謝我的口試委員蔡今中教授與傅麗玉教授，能在我 論文口試的時候，蒞臨指導並提供我許多意見，非常感謝。 此外，在研究設計、教材製作與論文的後製上，更要感謝楊文宗老師、張秀澂老師、 思瑋、宗邦、怡仁、倩嫻等人的傾力相助，有你們的鼎力相助，我才能順利完成我的論 文。而在四年的研究生涯當中，感謝與我一同學習與歡笑的同學，婭妏、佳慶、怡如、 舒婷、慧文、宜貞、怡君、瀅方等，感謝你們在我遇到瓶頸時，一起幫我想辦法，給我 打氣鼓勵。另外還要感謝我的同事，在我研究低潮時，給予我支持與鼓勵的司蒂、淑敏、 秀玉、惠雯、淑柑、蕾雲、朝淵、大吉、OB 等等；也感謝適時給於我協助與打氣加油 的可愛室友們，小倩、雪香與心怡。 除此之外，更要感謝我家人的默默的支持，感謝老媽、姿仿、珮瑩、香名與耀昌在 我身心俱疲的時候，提供我休憩的避風港，讓我能夠休息一下再出發。此外，還有乾姐 惠香的聲聲催促，讓我在怠惰的時候，即刻驚醒，馬上再投入論文的分析與撰寫之中。 最後，還要感謝周董，在我心情最煩躁的時候，提供好聽的音樂，讓我的心情平靜，繼 續完成我的論文。 在此，僅以此論文獻給我在研究所進修期間，曾給予我鼓勵與幫助的每個人，願大 家一切平安順心，充滿喜樂。. iv.
(5) 目. 錄. 頁數. 中文摘要…………………………………………………………………….. i 英文摘要………………………………………………………………….…. ii 誌謝………………………………………………………………………….. iv 目錄 ………………………………………………………………………… v 表目錄 ……………………………………………………………………… viii 圖目錄 ……………………………………………………………………… xii 第一章. 緒論………………………………………………….…………………... 1. 第一節. 研究背景與研究動機 ………………………………………………. 1. 第二節. 研究目的 ……………………………………………………………. 2. 第三節. 研究問題與假說 ………..………………..…………………………. 3. 第四節. 名詞解釋 ……………………………………………………………. 5. 第五節. 研究範圍與限制………………………………………………………. 6. 文獻探討 ……………………………………………………………….. 7. 第二章. 概念改變 ……………………………………………………………. 7. 一、迷思概念 ……………………………………………………………….. 7. 二、概念改變理論基礎 ………………………………………………………. 11. 三、電學的迷思概念 …………………………………………………………. 18. 四、小結 ………………………………………………………………………. 23. 第一節. 科學推理與類比推理 ………………………………………………. 23. 一、推理的定義 ……………………………………………………………. 23. 二、科學推理 …………………………………………………………………. 25. 第二節. v.
(6) 三、類比推理 ……………………………………………………………….. 30. 四、小結………………………………………………………………………. 34. 第三節. 網路科學學習 ………………………………………………………. 34. 一、資訊融入教學 ……………………………………………………………. 34. 二、網路科學學習 ……………………………………………………………. 36. 三、小結………………………………………………………………………. 37. 第三章. 研究方法 ……………………………………………………………….. 38. 第一節. 研究對象 …………………………………………………………….. 38. 第二節. 研究設計 …………………………………………………………….. 39. 第三節. 研究流程 …………………………………………………………….. 40. 第四節. 研究工具設計 ……………………………………………………….. 41. 第五節. 教學設計 …………………………………………………………….. 48. 第六節. 資料蒐集與分析 …………………………………………………….. 56. 研究結果與討論 …………………………………………………...…. 57. 網路化教學推理學習及概念改變成效分析 ………………………... 57. 一、教學前後電學學習成效分析 …..……………..…………………………. 57. 二、教學前後電學主題相依推理能力分析 …………………………………. 60. 三、各測驗之間的相關與迴歸分析.……………..……………………...……. 64. 四、小結 ………………………………………………………………………. 66. 第四章 第一節. 第二節. 電學概念訪談分析 ….………………………………………………. 68. 一、電學前測、後測與追蹤測訪談之正確概念分數分析………………….... 68. 二、電學概念前測、後測與追蹤測訪談之推理層級分析………………....... 70. 三、電學概念前測、後測與追蹤測訪談之概念改變分析………………....... 77. 四、小結 ………………………………………………………………………. 83. 第三節. 網路互動式學習歷程分析….…………………………………….…… vi. 85.
(7) 一、教學前後網路開放式理由的歸納與分析…………………………..……. 85. 二、教學前後網路開放式理由的推理層級分析……………………………... 85. 三、電學網路雙重情境學習歷程分析………………………………………... 86. 四、總結 ………………………………………………………………………. 134. 結論與建議 ………………………………………………………....…. 136. 結論與討論 …………………………………………………………... 136. 一、網路化推理學習及概念改變教學成效分析……………………..……... 136. 第五章 第一節. 二、晤談分析實驗組和對照組經過不同教學模式對概念重建以及科學推 理能力之影響……………………………………………………………. 137. 三、網路化推理學習模式對於教學前後概念重建及推理能力之影響……. 139. 四、測驗、訪談與學習事件之相互關係……………………………………. 140. 五、總結 ………………………………………………………………………. 141. 對教學上的建議 ……………………………………………………... 141. 參考文獻 …………………………………………………………………………….. 144. 第二節. 附錄…………………………………………………………………………………… 附錄一. 電學網路雙重情境教學設計……………………………………………... 154. 附錄二. 電學單元成就測驗………………………………………………………... 174. 附錄三. 電學主題相依推理測驗…………………………………………………... 183. 附錄四. 科學推理測驗……………………………………………………………... 201. 附錄五電學訪談問題……………………………………………………………... 210. 附錄六. 216. 電學訪談語意流程圖……………………………………………………... vii.
(8) 表 目 錄. 頁數. 表 2.1.1. 從本體樹的角度探討概念改變…………………………………………. 12. 表 2.1.2. Thagard 概念改變的階層 ………………………………………………. 13. 表 2.2.1. 概念改變中，類比的四個過程 …………………………………………. 31. 表 3.1.1. 各項成績前測差異檢定摘要表 …………………………………………. 38. 表 3.2.1. 各自變項分組人數表 ……………………………………………………. 40. 表 3.4.1. 電學概念改變歷程測驗例題 ……………………………………………. 43. 表 3.5.1. 學習電學單元，學生所應具備的心智架構 ……………………………. 49. 表 3.5.2. 學生學習電學所具有的迷思概念一覽表 ………………………………. 50. 表 3.5.3. 學生在電學概念中所缺乏的心智架構 …………………………………. 51. 表 3.5.4. 電學情境主題事件表 ……………………………………………………. 52. 表 3.5.5. 原子單元類比推理問題設計～比例思考(proportional thinking) ………. 55. 表 4.1.1. 「不同教學模式」與「不同學業成就」對於電學成就測驗之敘述統計 ... 57. 表 4.1.2. 「不同教學模式」與「不同科學推理能力」對電學成就測驗之敘述性 統計………………………………………………………………………. 表 4.1.3. 教學模式、科學推理分組與學業成績分組變項對於電學學習成就之三 因子多變量共變數析…..……………………………………………….. 表 4.1.4. 58. 59. 教學模式、科學推理與學業成績分組變項對於學習成就之調整平均 數...……………………………………………………………………….. 59. 表 4.1.5. 教學模式、學業成績分組變項對學習成就之主要效果摘要表……….. 60. 表 4.1.6. 「不同教學模式」與「不同學業成就」電學主題相依推理測驗之敘述 性統計 ……………………………………………………………………. 表 4.1.7. 「不同教學模式」與「不同科學能力」電學單元成就測驗之敘述性統 計...……………………………………………………………………….. 表 4.1.8. 61. 教學模式、科學推理、與學業成績分組變項對於電學主題相依推理能. viii. 62.
(9) 力之三因子多變量共變數分析 表 4.1.9. .…………………………………………………….. 63. 教學模式、學業與科學推理能力分組對電學主題相依推理測驗之主要 效果摘要表………………………………………………………..………. 表 4.1.11. 63. 教學模式、科學推理與學業成績分組變項對於電學主題相依推理測驗 能力之調整平均數. 表 4.1.10. …………………………….………….. 64. 科學推理前測、電學成就測驗與電學主題相依推理測驗之前、後與追 蹤測之間的相關係數表………………………………………………….. 64. 表 4.1.12. 電學成就後測逐步迴歸的摘要表……………………..………………. 65. 表 4.1.13. 電學主題相依推理後測逐步迴歸的摘要表……………………..……. 66. 表 4.2.1. 正確概念分數描述統計…………………………………………………... 69. 表 4.2.2. 正確概念分數單因子多變量共變數分析(MACOVA) ……………….…. 70. 表 4.2.3. 科學推理層級描述統計…………………………………………………... 72. 表 4.2.4. 科學推理單因子多變量共變數分析(MACOVA) ………………….……. 75. 表 4.2.5. 概念改變描述統計與獨立樣本 T 檢定摘要表…………………………... 79. 表 4.2.6. 後測與追蹤測訪談正確概念分數 Partial η2 值達顯著之題數………….. 83. 表 4.2.7. 後測與追蹤測訪談科學推理層級各分項 Partial η2 值達顯著之題數….. 83. 表 4.2.8. 晤談結果中概念改變分析各分項 Cohen’s d 值達顯著之題數………. 84. 表 4.3.1. 事件 1-1 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 86. 表 4.3.2. 主題一事件 1-1 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 87. 表 4.3.3. 事件 1-2 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 87. 表 4.3.4. 主題一事件 2 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……... 89. 表 4.3.5. 事件 1-3 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 89. 表 4.3.6. 主題一事件 1-3 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 91. 表 4.3.7. 事件 1-4 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 91. 表 4.3.8. 主題一事件 1-4 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 92. ix.
(10) 表 4.3.9. 事件 1-5 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 93. 表 4.3.10. 主題一事件 1-5 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 94. 表 4.3.11. 教學事件 1-1 到 1-5 學生採用之科學概念統整表…………………….... 95. 表 4.3.12. 主題一所有教學事件概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整 表...……………………………………………………………………….... 95. 表 4.3.13. 事件 2-1 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 97. 表 4.3.14. 主題二事件 2-1 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 99. 表 4.3.15. 事件 2-2 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 99. 表 4.3.16. 主題二事件 2-2 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 101. 表 4.3.17. 事件 2-3 理由分析歸納敘述統計……………………….. …………….... 101. 表 4.3.18. 主題二事件 2-3 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 103. 表 4.3.19. 事件 2-4 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 104. 表 4.3.20. 主題二事件 2-4 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 105. 表 4.3.21. 事件 2-5 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 106. 表 4.3.22. 主題二事件 2-5 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 108. 表 4.3.23. 教學事件 2-1 到 2-5 學生採用之科學概念統整表……….. ……………... 108. 表 4.3.24. 主題二所有教學事件概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整 表...……………………………………………………………………….... 109. 表 4.3.25. 事件 3-1 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 110. 表 4.3.26. 主題三事件 3-1 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 111. 表 4.3.27. 事件 3-2 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 112. 表 4.3.28. 主題三事件 3-2 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 113. 表 4.3.29. 事件 3-3 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 114. 表 4.3.30. 主題三事件 3-3 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 116. 表 4.3.31. 事件 3-4 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 116. x.
(11) 表 4.3.32. 主題三事件 3-4 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 118. 表 4.3.33. 事件 3-5 理由分析歸納敘述統計………………………..……………….. 119. 表 4.3.34. 主題三事件 3-5 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 120. 表 4.3.35. 教學事件 3-1 到 3-5 學生採用之科學概念統整表…….. ………………... 121. 表 4.3.36. 主題三所有教學事件概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整 表………………………………………………………………................... 122. 表 4.3.37. 事件 4-1 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 123. 表 4.3.38. 主題四事件 4-1 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 124. 表 4.3.39. 事件 4-2 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 125. 表 4.3.40. 主題四事件 4-2 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 127. 表 4.3.41. 事件 4-4 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 127. 表 4.3.42. 主題四事件 4-4 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 129. 表 4.3.43. 事件 4-5 理由分析歸納敘述統計……………………….. ……………... 130. 表 4.3.44. 主題四事件 4-5 概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整表……. 132. 表 4.3.45. 教學事件 4-1 到 4-5 學生採用之科學概念統整表. 133. 表 4.3.46. 主題四所有教學事件概念推理量化資料卡方考驗結果及效果值彙整 表…………………………………………………………………............... 134. xi.
(12) 圖. 目 錄. 頁數. 圖 2.1.1. 雙重情境學習模式的機制(She,2004) ………………………………….... 16. 圖 2.1.2. Osborne 的電流模組 …………………………………………………….. 20. 圖 2.1.3. 交叉撞擊模式 ……………………………………………………………. 21. 圖 2.1.4. 衰減模式 …………………………………………………………………. 21. 圖 2.1.5. 共享模式 …………………………………………………………………. 21. 圖 2.1.6. 八種並聯電路的電流模式(Magnusson et al., 1997) ……………………. 22. 圖 3.2.1. 研究架構圖 ………………………………………………………………. 39. 圖 3.3.1. 研究流程圖 ………………………………………………………………. 43. 圖 3.4.1. 電學訪談語意流程圖分析範例 …………………………………………. 44. 圖 3.5.1. DSLM 實施流程圖 ………………………………………………………. 48. 圖 3.5.2. 電池串聯與燈泡亮度類比概念連結圖…………………………………... 53. 圖 3.5.3. 電池並聯與電流大小類比概念連結圖…………………………………... 53. 圖 3.5.4. 燈泡電阻與電流大小類比概念連結圖…………………………………... 54. xii.
(13) 第一章 緒論 本著『九年一貫』的精神理念，教育者必須營造一個安全、無壓力的學習環境，讓 學生在快樂情況下進行學習，因此必須先讓學生對學習教材產生興趣，如此一來才會試 圖深入理解科學概念。而近年來網路的發展快速且多元化，除了打破學習的空間與時間 的界線，另外多媒體的展示，也可以讓抽象科學概念變得具體化。因此在本研究中，希 望藉由多媒體網路教材的製作，並結合網路、雙重情境與推理類比等學習理論，從旁協 助學生進行複雜的電學概念學習。本章共分成五節，內容從研究背景和研究動機、研究 目的、研究問題與假說、名詞釋義、研究範圍與限制等方向加以闡述。. 第一節 研究背景和研究動機 自然與生活科技領域課程綱要之訂定，主要目的在於提示如何經由學校教育，安排 適當的教學情境和教材，進行有效的教學活動，促進學生有效的學習，進而增進知識及 培養解決問題的能力，此外更希望學生經由科學性的探究活動後，可以獲得完整且正確 的相關知識與技能。 然而國中自然與生活科技教材中，有些重點概念對於學生來說是抽象難以理解的， 例如原子概念、三態的微觀、電學、磁學等等，而傳統教學環境下，老師透過手上現有 的教學媒體，希望對學生學習此概念時有所幫助，但實際情況常常是老師在台上說的口 沫橫飛，學生卻在下面睡成一團，甚至爾後進行成果驗收時，學生的學習往往是不如老 師所預期，這對老師來說，不啻是一種打擊。有鑑於此，要如何透過教學設計與媒體輔 助，把學生當成為學習的主體，讓他們在設計良好的學習環境下，建構正確的概念。 2001 年全國資訊教育藍圖的目標，將科技運用於教室，推動「班班有電腦」，以實 現在生活中將電腦與學習相結合的夢想 (教育部，2001)。新竹市根據教育部 2001 年的 資訊教育藍圖，自九十一學年度開始落實『班班有電腦』計畫，每班配有一部電腦，目 的在於輔助老師教學與學生的學習。在這麼良好的設備與環境下，要怎樣運用這些媒 體，來協助學生概念學習，實在是我們現職老師當前所面臨的重要課題。 而學生在進入教學情境之前，就已經具有一些先有概念，這些先有概念與教學內容 的相互作用之下，讓學生形成了難以改變的迷思概念，迷思概念之所以難以改變，主要 的原因來自於概念的抽象、微觀與動態之外，最主要的原因在於，概念的階層性越高時， 要達到概念的改變就越不容易(She,2002)。Posner 等人(1982)提出要產生概念改變的必要 條件之後，科學教育的主流從迷思概念(成因、種類與診斷)與另有架構(鑑別與診斷)， 轉而掀起研究『如何達成概念改變』的風潮，並轉成在實務上進行概念改變的教學策略 1.
(14) 之探討。佘曉清 (She, 2002, 2003, 2004a, 2004b)針對概念本身內涵的複雜性及階層性為 基礎，並以科學概念的本質和學生對於科學概念的信念，發展出可實際應用於班級環境 的教學策略「雙重情境學習模式(Dual situated learning model, DSLM)」。 同時研究顯示推理可促進學生的深層思考(Pallant & Tinker, 2004)，因此在教學中若 能經常引導學生去推理一些較難理解的科學問題，學生就較容易養成科學的思考習慣和 運用科學知識與技能以解決問題的能力，有助於在面對問題及處理問題時，抱持好奇與 積極的探討、了解及設法解決的態度，我們統稱以上的各種知識、見解、能力、態度與 應用為「科學與科技素養」。 因此除了結合網路平台之外，要如何透過有效的引導以及情境的設計，讓學生逐步 推理並建構正確的概念，實為我們在課程設計的主要考量。. 第二節 研究目的 本研究採取互動式網路教材的設計理念，一方面希望與網路、電腦資訊相結合，在 教材內容的安排上，採用兩種以上不同的媒體來呈現，其效果將會優於只用一種的方式 展示的教學媒體 (莊雅茹，1996)，因此在教材的設計上，運用電腦與網路的特性來呈現 教材，如結合文字、圖表、圖片、音效、動畫、影片等多媒體元素，使用於適當的主題 和時機，以活潑的方式帶領學生學習，改善原本枯燥、死板的教學模式，同時也能吸引 學生的學習注意力；另一方面藉由電腦網路的快速發展與頻寬的提昇，使得網路學習成 為一種新的學習方法與教學模式(王千悻，2000)，因此本研究除了依據概念改變的理論 來進行教材安排與設計之外，要如何融入網路資訊的特性來協助學生的概念改變，將會 是教學研究中可多方嘗試及突破的方向。 電學單元在國中學習教材中，對學生而言一直是很難理解但卻又佔有一席之地的重 要概念，甚至在 Fredette 和 Lochhead(1980)兩人在其研究中發現，仍有大部分的大學一 年級的學生無法正確回答簡單直流電路問題，只要的原因在於電流、電壓與電阻等概念 對學生來說，是無法用肉眼觀察到的抽象概念，故在教學的過程中，必須以學生熟悉的 事物為基礎，來類比抽象的電學概念，並進一步推理並建構出正確的電學概念。由此可 增進學生的科學推理能力，進而達到概念的建構與改變，此教學策略可稱為類比推理。 因此本研究以『概念改變』 、 『類比推理』與『雙重情境,DSLM』為研究設計的三大 理論主軸，同時結合多媒體的網路學習環境，設計出電學單元的互動式網路學習課程， 期望協助學生學習電學概念，並減少迷思概念的產生。. 2.
(15) 因此本研究的目的如下： 1.利用雙重情境學習模式(DSLM)、科學推理(Scientific reasoning)和網路學習(Web learning)的理論，建構發展「電學」單元的網路化學習課程。 2.探討不同的教學模式(網路化 DSLM 和傳統一般教學模式)、不同學業成就(自然 與生活科技學業成就高分組、中分組與低分組)及不同科學推理能力(具體運思前 期、具體運思後期、轉變期)對概念改變及提升科學推理能力的影響。 3.探討不同的教學模式對「電學」概念改變和提升科學推理的成效。 4.探討不同的科學推理能力、不同學業成就，對提升科學推理能力的影響。. 第三節 研究問題與假說 本研究旨在探討將類比推理運用於網路互動式學習，如何促進國中生電學單元學習 成效以及科學推理能力，並進一步探討學生的學業成就、主題相依推理、科學推理的相 關性。研究的問題與假設如下： 一、不同的教學模式(實驗組、對照組)、學業成就(高、中、低分組)與科學推理能力(具 體運思期、過渡期分組)對學習者在電學單元的學習成就有何差異？ 1-1 不同教學模式對學生的電學單元學習成效(後測、追蹤測)達顯著差異。 1-2 不同學業成就的學生對其在電學單元之學習成效(後測、追蹤測)達顯著差異。 1-3 不同科學推理能力的學生與其在電學單元之學習成效(後測、追蹤測)達顯著差異。 1-4 不同教學模式、不同學業成就與不同科推理能力對於學生在電學單元之學習成效 (後測、追蹤測)是否產生交互作用之影響。. 二、不同的教學模式(實驗組、對照組)、學業成就(高、中、低分組)與科學推理能力(具 體運思期、過渡期分組)對學習者在電學單元的主題相依推理能力有何差異？ 2-1 不同教學模式對學生在電學單元之主題相依推理能力(後測、追蹤測)達顯著差異。 2-2 不同學業成就對學生在電學單元之主題相依推理能力(後測、追蹤測)達顯著差異。 2-3 不同科學推理能力對學生在電學單元之主題相依推理能力(後測、追蹤測)達顯著 差異。 2-4 不同教學模式、不同學業成就與不同科推理能力對於學生在電學主題相依推理能 力(後測、追蹤測)是否產生交互作用之影響。. 3.
(16) 三、由三次晤談(教學前、後與追蹤)中分析學生在融入科學推理理論的網路化雙重情境 學習模式及傳統教學模式前、後，其概念改變率、概念數增加及運用推理層級(G,EL, J, EX, 詳見名詞釋義)改變歷程為何？ 3-1 不同的教學模式(實驗組、對照組)對學生概念正確數 (教學後晤談、追蹤晤談)達 顯著差異。 3-2 不同的教學模式(實驗組、對照組)對學生運用推理層級改變(G、EL、J、EX)，教 學後晤談、追蹤晤談均達顯著差異。 3-3 不同的教學模式(實驗組、對照組)對學生概念改變成功(教學前到教學後晤談、教 學後晤談到追蹤晤談)達顯著差異。. 四、融入科學推理理論的網路化雙重情境學習模式下，學生的電學概念與科學推理層級 改變為何？ 4-1 由網路化課程，探討學生概念改變情形。 4-2 探討學生經由網路化課程，其使用科學推理層級明顯發生改變。. 第四節 名詞解釋 1.電學(Electricity):根據九十三學年度，康軒版第六冊的教材內容中所敘述的電學，包括 了『靜電』、『電壓』、『電流』與『電阻與歐姆定律』等內容。 2.概念改變(Conceptual change):學習者的知識架構經由生活中的學習去擴展而形成既有 概念，並無時無刻會隨著周圍環境的刺激或自身經驗的累積而發生改變，可能是概念 的部分修正、概念的擴充、新概念加入、概念重建、概念轉移等，都可稱之為『概念 改變』。 3.科學推理(Scientific reasoning): 推理方法可分為『演繹推理』(Deductive reasoning)和『歸 納推理』(Inductive reasoning)。而 Lawson 自 1978 年提出學生應具備的形式推理(formal reasoning)能力包括守恆推理、比例推理、機率推理、相關性推理、控制變因、假設演 繹等。 4.類比推理(Analogical reasoning): 從一個資源(source)到一個標的系統(target system)之 結構訊息(structural information)的轉移，此知識的轉移需藉由對應(mapping)或比對 (matching)過程去發現兩系統間的相似與相異之相關程度，其中資源為艱深的科學概 念；標的系統為較簡單易懂的類比物，教師能運用類比教學策略讓學生進行推理學習。. 4.
(17) 5.雙重情境學習模式(Dual Situation Learning Model, DSLM)：佘曉清(She, 2002, 2003, 2004)所發展出的概念改變教學模式，此模式共分六個步驟，依序是分析教學過程中 的科學概念、分析學生的另有概念架構、分析學生所缺乏的心智架構、設計雙重情境 學習活動、進行概念改變教學、進行挑戰情境活動。 6.網路學習 (e-learning)：學習者透過設計良好的網路工具進行之有意義的學習活動，本 研究中實驗組即採用網路學習。 7.語意流程圖(flow map)：由 Anderson 和 Demetrius(1993)發展的語意流程圖，將學生晤 談的回答內容依序呈現以分析學生的概念及概念間的連結，本研究修改語意流程圖的 研究方法及設定，以適用於本研究中分析學生晤談內容的概念數及推理階層的需求。 8.推理層級：修改 Hogan(2000)對科學推理層級的定義，將推理層級分成四種，包括概 述(Generativity)：學生以觀察到的現象，或根據自己猜想的想法或主張，來進行問題 的解答；精緻化(Elaboration)：學生能以科學用語或操作方法，來對問題進行解答； 辯證(Justification)：分成「證據取向」與「推論取向」 ，前者學生能夠利用變因之間的 關係來解釋現象，後者，學生能夠利用簡單的線性因果關係來解釋現象；解釋 (Explanation)：學生以類似科學模型的作用機制來對問題作解答。 9.電學概念訪談：根據學生電學概念訪談之錄音檔，轉錄成逐字稿進行質化分析，根據 學生回答的內容，進行概念的分析與計算，首先計算學生訪談間陳述的「概念數」， 爾後根據學生的概念，計算其正確的數目，即為本實驗所陳述的『概念正確數』。進 一步，針對學生回答的理由，其中推理概念類型依據 Hogan, Nastasi 和 Pressley (2000) 所提出的 Generativity(概述，G)、Elaboration(精緻化，EL)、Justifications(辯證，J)、 Explanations(解釋，EX)分類方式再加以修正，並在推理層級後面括號表示學生理由的 數目，例如 EL(2)，表示學生在此題的歸裡層級中屬於精緻化，並提供兩個理由去支 持其答案。 9.電學概念改變歷程：在電學網路雙重情境教學中，問題的設計包括閉鎖式(選答與選答 之理由)與開放式理由作答。其中後者同樣修正採用 Hogan 等人(2000)的概念推理層級 包括概述(G)、精緻化(EL)、辯證(J)、解釋(EX)後分別進行教學前後概念推理層級的 歷程分析。如學生回答類型為 EL2，其推理層級為精緻化推理，理由說明有 2 個以上。 (『1』為 1 個理由、『2』為 2 個理由以上)。 10.電學概念學習網:附屬於「科學概念的建構與重建數位學習研究」網站之下，教材內 容依據國中三年級康軒版自然與生活科技之「電學概念」內容，網站內容的設計主 軸採用類比推理與雙重情境學習模式進行教材設計的網站內容。. 5.
(18) 第五節 研究範圍與限制 本研究對象為新竹市某國中之三年級的學生，採用便利取樣方式，實驗組與對照組 各採用三個班級，因此不具有全國國三學生之代表性，採用之教材範圍以九十四學年度 康軒版的國中自然與生活科技領域內容為主，因此本研究結果若要推論到其他群體或教 材領域時，需審慎衡量其適合度。. 6.
(19) 第二章 文獻探討 本研究中主要在探討學生在學習電學概念時，學生可能具有的迷思概念，並透過雙 重情境(DSLM)與網路學習環境的教學事件設計，讓學生經歷過學習事件後，可以正確 的學習電學概念，並減少迷思概念的產生與固著。因此在本文章的部分，第一節首先探 討『概念改變』的理論架構，內容包括迷思概念成因、不易改變之原因，並從認知心理 學與科學教育的理論架構，進行概念改變之探討，進而進入本研究設計主軸『雙重情境， DSLM』之介紹，最後從文獻中探討學生在學習此單元可能具有的迷思概念；第二節針 對本研究所採用的學習策略『科學推理』與『類比推理』進行探討；最後第三節的部分， 則是介紹『網路學習』理論架構。. 第一節 概念改變 在教學的過程中，為了要使教學更有效率，並促進學生學習成效，我們必須先了解 學生在進入學習之前，學生對電學概念所具有的先備知識與迷思概念，因此在此節中我 們著手探討「何謂迷思概念」、「概念改變的理論基礎」、以及「學生在學習電學時，可 能具有的迷思概念」。以這些理論基礎為出發點，才能在實驗設計時，將效果發揮到最 大的極致。 一、迷思概念(misconception) (一)迷思概念的成因 在建構主義的觀點中，學習者知識的建立是來自於學習者本身的先備知識(prior knowledge)與學習情境互動所產生的結果(郭重吉，1988 ; Yager, 1991; Matthews, 1994)。 因此當學生以其原有的知識來解釋自然科學現象，提出屬於他個人的一套看法，如果此 看法異於一般公認的科學概念或課本上的知識，則將此想法稱為『迷思概念 (misconception)』(郭重吉，1989) 科學的學習對學生來說，可視為一種概念的改變(Gil-Perez & Carrascosa, 1990)，因 為學生知識的架構過程，必須從學生原有的概念開始，在科學教育的觀點中，了解學生 具有哪些迷思概念是非常重要的，因為其對於學生的學習成效有明顯的影響(Palmer & Flanagan, 1997)。而且若要讓學生有意義的學習，在教學活動之前，教師可以先蒐集與 了解學生可能具有的迷思概念，審慎的規劃與設計教學內容，以利有意義的教學之進行 (邱美虹，1993)。 因此了解學習者所具有的科學迷思概念(misconception)應是教學的起點，根據鄭麗 7.
(20) 玉(1998)根據許多的學者對迷思概念的研究，歸納出迷思概念具有下列特質： 1.學生常常帶著多樣有關自然界中事物的迷思概念，進入正式的科學課程。 2.以傳統的教學策略進行教學，可發現學生的迷思概念非常頑強也不易消失。 3.迷思概念存在於不同國度的學生，以及不同年齡層的學生中。迷思概念似乎導源於 學生的日常生活經驗。 4.學生的先備知識和教學中的知識交互作用後，可能產生很不一樣和意料之外的學習 結果。. 因此學生在進入教室學習之前，可能就具有一些迷思概念，學生所擁有的這些概念 可能是教師、科學家或當代典範所不認同，但這些概念在學生學習的過程中，會進一步 影響學生的學習。迷思概念的形成除了與學生的日常生活經驗有相關連外，可能也受到 環境、同儕、家庭與社會等因素所影響。 Wandersee 等人(1994)將迷思概念的形成歸因於『個人多樣的經驗』 ，包括以下五點： 1.對自然的觀察與感覺—即接觸自然現象的日常生活經驗，及隨處都有的感官印 象。 2.同儕文化—日常生活中，與朋友或其他人交談時，所吸收的零星科學知識。 3.日常生活用語—我們的日常生活用語保留了許多概念，而這些概念在科學界中， 早就被認為是過時的。 4.傳播媒體的影響—學生汲取媒體傳播的概念有誤。 5.來自於老師的教學—可能是因為老師或教科書提供的概念錯誤，或者是本來正確 的資訊，卻因為老師的錯誤舉例，因而造成學生的迷思概念。. Osborne, Bell 和 Gilbert(1983)也提出了三點有關學生概念與專家概念不同的原因： (1)學生傾向於以自我中心的觀點觀察事物；(2)學生傾向對於某一特定事件的特定部分 感興趣，而較不關心連貫的、合理的解釋；(3)學生日常所使用的語言和專家所使用的語 言有些微的不同。黃寶鈿(1999)將學生迷思概念產生的原因歸因成生活經驗、教材內容、 教學問題，以及認知發展等四個原因。 根據上述的研究發現，學生的迷思概念的來源可以簡單的分成兩大類，第一類為『個 人因素』，包括個體日常生活經驗、感官經驗、認知發展過程、自然界的觀察，以及學 習過程中，學生所汲取的錯誤或零星的科學概念等等。另外一類為『教學因素』，包括 老師錯誤或不恰當的舉例、不當的使用教學方法，以及教科書或媒體等所提供的錯誤資 訊。 8.
(21) (二)迷思概念的偵測 Ausubel(1968)認為： 「影響學習最重要的一個因素，是學生已經知道的是什麼」 ，另 外其認知同化理論亦指出「影響學習的最重要因素是學生已有的知識，了解學生所具備 的概念，那麼就可以根據學生的概念來進行教學。」，因此若要學生達到有效的科學學 習，教師或教材設計者應先從學生的概念結構出發，因此進行有效教學之前，需先偵測 學生究竟有哪些迷思概念，而偵測迷思概念最常使用方法有概念圖、二段式診斷工具， 以及訪談等。 Novak & Gowin (1984)曾指出知識構圖是一個相當好的釐清迷思概念方法，學生可 藉由畫知識圖的學習方式，重新組織與表徵知識的知識架構，並描繪出概念架構中每一 基模之間階層對應的關係。學生建構出來的概念圖，根據概念間的不正確連結或未做連 結、概念的階層不正確，以及所連結的例子不恰當等，均可呈現學生在學習前後所具有 的迷思概念，以及學生於學習內容的了解程度。 二段式診斷工具(Two-Tier)常被使用作為評定學生另有概念的工具(Tasi & Chou, 2002)，關於二段式診斷工具的設計，包括學生對於某道題目選擇內容知識部分，也就 是偵測學生的學習成就(即第一段的內容選答)和理由部分，目的在深入學生的迷思或另 有概念類型(即第二段的另有概念選答)，學生必須兩階段的問題均答對，才表示學生對 該題有正確的認知，否則就具另有概念。Treagust(1988, 1995)更提出「兩階段診斷式紙 筆評量」所得到的調查資訊，不僅可以作為相對比較的用途，更可以提供學生的另有概 念或是學習障礙類型。 Mali & Howe(1979)與 Nussbaum(1979)採用晤談與繪圖的方式，收集不同年齡的學生 對地球形狀的不同想法，Glynn, Yeany, & Britton(1990)也採用問卷與晤談的方式，調查 希臘與美國的孩童對於地球形狀、地球重力與太陽系的想法。因此除了前面所敘述的兩 種方法之外，研究者亦可先透過文獻或開放式問卷，蒐集與分析學生所具有的先有概念 與迷思概念，再透過設計良好的問題晤談受試學生，根據受試學生回答循序漸進的深入 問題，如此一問一答中，去窺探學生的知識架構，並期望達到偵測學生迷思概念的目的。 (三)概念改變的困難與條件 根據 Pfundt ＆Duit (1991)回顧近 2000 篇的研究指出，許多科學的迷思概念是很難 被改變的，因為學童或成人的科學概念是個人的(personal)、固執的(persistent)、強韌的 (robust)、一致的(consistent)、穩定的(stable)，這些特質會阻礙學生在科學學習過程中概 念的轉變(Osborne & Freyberg, 1985; Osborne & Wittrock, 1983; Driver, Guesne, & Tiberghien, 1985)。 9.
(22) She(2002)則提出概念難以改變的原因，除了微觀、抽象與動態外，最主要是因概念 本身的階層性愈高，則概念愈難改變，因為階層愈高的概念，則包含更多的概念，所以 概念階層性愈高的概念若成功改變，則非單一的教學類比或衝突事件可達成，將需要一 系列緊密相關的事件才能達成。She (2004a)更進一步提到概念改變並非如 Chi (1992)所 謂的本體論轉移(ontological shift)如此簡單，若不能針對概念本質，以及學生對科學概念 的信念，進而依據學生所缺的概念設計一系列教學事件，概念改變將難發生。 近 20～30 年間，許多學者致力研究學生概念為何不易發生改變，以及如何使學生 的概念發生改變等，例如，Vosniadou (1994)認為兒童對建構地球形狀的概念有困難，是 來自於日常生活中的經驗和與相關的地球資訊相衝突時； Anderson & Smith (1987)發現 五年級的學生相信植物直接從土壤、水、肥料、陽光中獲取食物，而非植物自己製造， 還有他們也相信光在晚上行進速度較快，電是在燈泡內被用完的；Stepans, Beiswenger,& Dyche (1986)發現國三學生有 75%的學生認為揉成一團的紙比不揉的重，還有解釋物體 的浮沉概念時，年齡大者用密度、質量等名詞，而年齡小的用重、重量等名詞，但對概 念的理解皆有偏差；邱美虹和翁雪琴(1995)發現學生認為夏天是因地球距離太陽較近的 原因。綜觀上述相關文獻，科學迷思概念之所以難改變概括有四大原因： 1.學生概念形成是以個人日常生活經驗為基礎。 2.學生對於某些抽象概念，會自成一套旁人難以理解的想法與解釋。 3.學生無法覺察無形且不可見的微粒。 4.學生將動態的過程視為靜態，如水蒸發與凝結達動態平衡。. 既然學生的迷思概念是頑固也不易改變，那麼要在怎樣的條件之下，才能引發學生 發生概念的改變呢？根據 Posner, Strike, Hewson,& Gertzog(1982)提出的概念改變模式， 指出一個成功的概念改變必須要有以下的條件： 1.『不滿意』(dissatisfaction)：在概念改變的前提之下，個體需對自己已存在的概念感 到不滿意。 2.『可理解的』(intelligible)：個體必須發現新概念是可以被理解的，如此一來，學習 者才能將新概念賦予某種意義。 3.『合理的』(plausible)：個體覺得新的概念是可以接受且是合理的。 4.『有利的』(fruitful)：新概念必須讓學習者覺得是更有利的，比舊的概念還要有用， 因此新的概念要能解決現在所碰到的問題，同時也能成為探究問題的新方法。. 10.
(23) 二、概念改變理論基礎 學生如何獲得知識一直以來是教育學者努力探索的重要問題， Hogan & Maglienti (2001)整理相關文獻後，提出學生所建構的知識與科學家所建構的知識中是存在著差異 的。因此要如何減少學生在學習的過程當中所產生的迷思概念，以及學生的迷思概念為 什麼難以發生改變等，最基礎的方法就是了解學生的概念架構，唯有如此才能對症下藥 協助學生正確的學習科學概念，以下就認知心理學派與科學教育學派，進行概念結構與 改變的探討。 (一)認知心理學領域 (1)微弱的概念改變(weak restructuring)與根本的概念改變(radical restructuring) Carey(1985)認為兒童大多都擁有一種所謂“似理論般”(theory-like)的概念結構，這些 概念結構因為某一特殊領域知識的累積，而逐漸產生新的概念，因此在她想法中，探討 整體概念重建的觀點，可以被特定概念領域之重建所取代，也就是概念改變可以視為在 特定領域中的理論改變。 Carey 將概念改變分成兩種類型，第一種是『輕微的概念改變』 ，在 Carey 的理論觀 點中，認為兒童對人和動物的概念會隨著年齡增加，慢慢的形成較完整的概念，此種形 式的概念改變只發生在相同的本體樹上，屬於概念本體類別內的轉變，因此 Carey (1985) 認為，概念改變中僅需將概念做局部的變化，不需進行認知結構上重大改變與重組的過 程，也就是允許個體新資訊的蒐集，並讓新概念與舊有概念形成新的關係，但個體的核 心概念並沒有發生重大改變，其方式包括增加(addition)、刪減(deletion)、普遍化 (generalization)、區分(discrimination)等，與 Piaget 的『同化』概念相似；其二『強烈的 概念改變』，即是個體的概念結構崩解，核心概念與知識結構發生重大的改變，此方式 與 Kuhn 的『派典轉移』或 Piaget 的『調適』相似。 (2)Chi 的概念改變理論—從本體論出發 Chi 的理論架構從本體論(ontology)的角度出發，以此分析學生概念結構，另外 Chi(1992)更指出，概念改變的過程必須產生新的意義，且結果的轉變是有意義的。Chi 將實體(entity)分成三個類別，包括物質(matter)、過程(Process)與心智狀態(mental state) (Chi, 1992; Chi, Slotta, & de Leeuw, 1994)。「物質」指的是有特定屬性的東西；「過程」 是指事件的發生，可能有序列性、有因果關係，也可能只是機率問題；另外「心智狀態」 則指情意部分。表 2.1.1 中以 Chi 本體樹的類別，來探討概念改變的意涵：. 11.
(24) 表 2.1.1 從本體樹的角度探討概念改變 實體類別 物質. 定義. 例如：有形的、生命的、 1.自然種類. (石頭、建築物). 有重量的、佔有空間等。 2.人造物質(固定的、破的). 出特殊屬性(下大 雨、花開了…等 等). 心智狀態. 次概念. 特定屬性的東西. 事件的發生，反映 過程. 特性. 可能有序列性、因果關 係、或只是機率問題(一 小時之久、昨天發生的). 情意的部分. 情緒或傾向。(是真的、. (作夢、想像). 是有關於….). 1.步驟 2.事件(起因於、有始有終) 3.條件為主的交互作用(一 致的) 情緒的、意圖的. Chi(1992)指出概念改變應分成『本體類別內的概念改變』(within ontological conceptual change，簡稱為概念改變)與『跨本體類別間的概念改變』(across ontological conceptual change,或稱根本概念改變)。其中，『本體類別內的概念改變』是指概念改變 的發生是在於同一本體樹內中，概念上下移轉之改變，簡單而言就是同一類別的概念 中，概念的歸屬發生改變了，概念並非跨越不同本體的本體樹，這種改變可以視為是「信 念的修正」(belief revision)，屬於概念結構的局部變化，不需要經過本體認知結構上的 中大變化。其他學者也有相似的想法，例如 Carey(1985)認為的概念改變是屬於概念校 正部分，與整體關係中的輕微概念改變；Keil(1989)稱這種概念的改變為非根本的概念 改變。 另外， 『跨本體類別間的概念改變』 ，是指科學概念從一概念本體樹遷徙到另一個概 念的本體類別，根據 Chi 對實體的分類，基本上「物質」 、 「過程」 、 「心智狀態」在本質 上是相互獨立的，故三者的轉換屬於根本的概念改變，因概念需從一本體樹遷徙到另一 個本體樹。另外從 Chi 的不相容理論中，她認為學生對於科學概念的不了解，並非這些 概念是複雜的、抽象的、或是動態的，而是學生原有的想法屬於「事件」，且事件基模 與待學的基模彼此具有不相容性，正因為這種不相容性，要學生放棄原有的想法、觀點 或進行同化的過程，是一項非常困難的工作。Chi(1992)研究發現，學生在學習新的物理 理論時，實際上學生並沒有放棄原有的想法，即使新的理論與日常生活知識有著非常不 同的概念結構，因此學生在學習物理概念時，需要跨越不同的本體類別。 在 Chi(1992, 1998)的研究中，過程類別中有兩個重要的概念：一般事件(event)與限 制條件為主的交互作用(constraint-based interaction, CBI)，或平衡過程概念(equilibration process, EP)。『一般事件』包含起點與終點、明確的行動等等；而所謂的『平衡過程概 12.
(25) 念』則無一般事件所具有的特色，它無起點也無終點，是一不斷進行的活動，大部分比 較難學習的概念即屬於此部分，例如密閉系統中，水蒸氣凝結與液態水蒸發所產生的動 態平衡，或者是糖溶解於水，糖的析出與溶解達成動態平衡等，學生會將這些概念視為 『物質』 ，因而無法了解其動態變化的過程，因而形成了迷思概念。 根據 Chi(1977)的觀點，限制條件為主的交互作用(CBI)與平衡過程(EP)概念之所以 難懂，主要的原因有以下四點： 1.這些概念在學習之初，通常被視為是「物質」或「因果關係」 ，但事實上是屬於平衡過 程(EP)。 2.學生並不了解平衡過程(EP)，因為限制條件為主(CBI)的過程特質，與學生日常生活所 碰到的熟悉事件，有明顯的不同。 3.學生在兩層次間概念轉換的彈性有其限制。 4.學生並不認為本體類別的改變，對學習平衡過程(EP)概念有其必要性。 (3)Thagard 概念改變理論—概念革命 Thagard (1992)提出和 Chi 的本體樹相似的觀點：從樹轉換(tree switching)和分枝跳 躍(branch jumping)來探討概念改變的機制。Thagard(1992)以知識改變(epistemic change) 的方法論來看概念改變，他認為概念改變涉及『實質上概念系統的改變』—即『種類關 係』(kind-relations)與『部分關係』(part-relations)的改變，強調從上到下共九種階層概念。 所謂的『種類』即是階層中較為上位的概念；而『部分』即是階層中較為下位的概念。 Thagard 將概念改變做出不同的分類，並且可以看出哪些改變比較重要，概念改變 的階層基本可分為九種(表 2.1.2)： 表 2.1.2. Thagard 概念改變的階層 階層. 1.增加新例子(instance). 特質 所增加的例子與概念，是瑣碎的，例如在遠處的那一團是 鯨魚。. 2.增加弱原則. 改變是看『增加原則的強度』，而強度取決於用原則去解. (weak rule). 釋或解決問題的重要性，強或弱原則取決於實用性，增加 弱原則例如鯨魚能在北極海裡找到；強原則的部分在問題. 3.增加強原則. 解決與解釋的過程中，常被使用，例如鯨魚吃沙丁魚。. (strong rule). 13.
(26) 4.增加新的部分關係 (part-relation) 5.增加新的種類關係 (kind-relation). 『分解』(decomposition)，原概念因新的發現而在分割， 改變概念的階層性，例如鯨魚有脾臟。 『合併』(coalescence)—利用上街的關係，將原來分屬兩 種不同概念樹的概念結合起來； 『區辨』(differentiation)— 區別不同的科學概念，例如海豚是一種鯨魚。. 6.增加新概念 (concept) 7.瓦解部分種類的階層. 為了解釋理論所產生的新概念，有助於科學知識的發展， 例如獨角鯨。 與『區辨』相反，瓦解或放棄先前的概念。. (kind-hierarchy) 8.藉由分枝跳躍重組階層性 將某一概念，從一個概念樹的樹狀分枝，跳躍移到另一個 (branch jumping). 概念樹的分枝上。. 9.樹的轉變. 重新分類，並改變分類的意義，此部分為影響整體概念樹. (tree switching). 階層性組織關係原則中，最重要的一個部分. Thagard(1992)從「分枝跳躍」和「樹的轉變」的觀點，去探討概念改變。所謂的『分 枝跳躍』就是將某一概念樹的樹狀分枝的概念，移動到另一個概念樹的樹狀分枝下； 『樹 的轉變』就是將原來已經具有階層性的樹狀組織，改變其分類的意義並根據新的分類意 義重新建構其樹狀概念組織。 根據表 2.1.2 中，Thagard 認為關於九種概念的階層中，前面幾個項目是屬於『信 念修正』(belief revision)的部分，而後面的項目則屬於『概念的改變』 ，其重要性則遠超 過單純的信念修正。 『信念修正』包括增加或刪減信念，在科學知識的發展中較為常見； 『概念改變』則 包括增加、刪減、重組概念，或重新定義階層的本質，而概念的重組又包括『簡單』-區辯、合併與分解，是屬於概念內的延伸與重組； 『修正』--即是分枝跳躍，階層中拒絕 某種類的概念，並移動此概念至適當的概念樹分枝之下，同時也增加新的關係，在科學 知識的發展中比較少見。而『重新定義階層』即是樹的轉變，這種改變影響了階層樹中 的組織原則，類別或部分階層性概念發生了根本的改變，在科學知識發展中最為罕見， 被 Thagard 稱為最戲劇性的改變。 (二)科學教育領域 科學教育學者曾針對提昇科學概念和引發概念改變策略和模式做過研究(Posner, et al. 1982; Hewson & Hewson, 1989; Vosniadou & Brewer, 1994; She, 2002, 2003, 2004a, 14.
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