自然與生活科技建構式電腦輔助學習教材製作之行動研究--以國小四年級「池水的深淺看得準嗎」單元為例

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國立台中教育大學自然科學教育研究所碩士論文

指導教授：葉聰文博士

自然與生活科技建構式電腦輔助學習

教材製作之行動研究－以國小四年級

「池水的深淺看得準嗎」單元為例

研究生：蕭慶生撰

中華民國九十四年八月

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自然與生活科技建構式電腦輔助學習教材製作之行動研究--以國小四年級「池水的深淺看得準嗎」單元為例中文摘要本研究旨在解決實務上的給學生再一次學習的機會，本著「教師即研究者」的精神，藉由行動研究法，製作電腦輔助學習教材，供國小四年級的學生進行學習。由此來探討電腦輔助學習教材發展歷程中所遭遇的問題及解決之道，以及探討學生以此教材進行學習過程中所遭遇的問題及解決之道；並以問卷、半結構式晤談、紙筆測驗等工具來探討學習成效及學生之學習興趣。經由學生使用電腦輔助學習教材之後得到下列結論： 1、製作電腦輔助學習教材要有適當的學習理論及系統發展流程。 2、對四年級的學生而言，可以多做一些練習區的題目供學生練習。 3、全班的學生，利用本電腦輔助學習教材學習「池水的深淺看得準嗎？」單元的學習成效，達顯著差異。 4、低分組學生，利用本電腦輔助學習教材學習「池水的深淺看得準嗎？」單元的學習成效，達顯著差異。 5、不同性別的學生，利用本電腦輔助學習教材學習「池水的深淺看得準嗎？」單元的學習成效，沒有顯著差異。 6、本電腦輔助學習教材，90.5﹪的學生表示感興趣。關鍵字：行動研究，建構主義，電腦輔助學習，折射

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An Action Research of ConstructivistOriented Computer Assisted Learning Design in Natural and Life Technology : An Example of “Can We Measure the Depth of a Pond by Our

Eyes?” Unit in the Fourth Grader

Abstract

The purpose of this research is to give students another learning chance. In the belief that “teachers are researchers”, the researcher creates computer assited learning material for the fourth graders. This research explores the problems the researcher encounters while creating the computer assited learning material and seeks the solutions. Meanwhile, it also investigates the problems the students encounter when taking this course and provide the resolutions with questionnaires, semistructural interview and written evaluations. The result of this research also discusses students’ learning achievement and their learning interest. The conclusions are as follows:

I. The creation of the computer assited learning material needs appropriate learning theory and systematic developmental procedures.

II. Teachers can provide more questions for the fourth graders to practice in the practice section.

III. Students in a class make significant progress after using the computer assited learning material.

IV. Those fall behind others make significant progress in their learning after using the computer assited learning material.

V. The computer assited learning material makes no significant difference in learning achievement between the two genders.

VI. 90.5 percent of the students express their interest in the computer assited learning’s material.

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目錄

第一章緒論………1

第一節、研究背景與動機………1 第二節、研究目的與問題………3 第三節、名詞定義………3 第四節、研究範圍與限制………4

第二章文獻探討………6

第一節、電腦輔助學習的發展………6 第二節、電腦輔助學習的學習理論………7 第三節、學習環………25 第四節、相關的領域知識………29 第五節、電腦輔助學習軟體設計之理論基礎………31 第六節、電腦輔助學習實徵性文獻探討………38

第三章研究方法………44

第一節、研究情境………44 第二節、研究架構與設計………45 第三節、研究工具………50 第四節、研究步驟………53

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第四章研究結果與討論………55

第一節、製作電腦輔助學習教材的發展歷程………56 第二節、第一次電腦輔助學習之過程和討論………63 第三節、第二次電腦輔助學習之過程和討論………73 第四節、第三次電腦輔助學習之過程和討論………81

第五章研究結論與建議………97

第一節、結論………97 第二節、建議………99

參考書目………100

中文部分………100 英文部分………105 附錄一國小四年級「池水的深淺看得見嗎」前後測試題雙向細目表 ………107 附錄二前測試題………108 附錄三後測試題………110 附錄四專家效度………112 附錄五問卷—前測………113 附錄六問卷—後測………114

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表次

表 2-2-1 建構主義和實證主義知識論之比較表………16 表 2-3-1 學習環階階段演變發展說明表………26 表 2-4-1 國小的「自然與生活科技」領域有關光概念的教材內容細目表…29 表 2-4-2 光的迷思概念類型………30 表 2-6-1 國小電腦輔助學習的學習成效………42 表 2-6-2 對於國小電腦輔助學習的學習態度或興趣………43 表 3-2-1 學生該學會的內容………47 表 3-3-1 前測、後測試題不同的地方………51 表 3-3-2 資料來源的代號………53 表 4-1 行動研究的歷程表………55 表 4-1-1 本電腦輔助學習教材的特色………58 表 4-1-2 電腦輔助學習的學習理論應用檢核表………59 表 4-2-1 第一循環：使用 CAL 之前測、後測的全班成對樣本 T 檢定表……64 表 4-2-2 第一循環：前測答對題數的人數分布………65 表 4-2-3 第一循環：高分組使用 CAL 之前測、後測的成對樣本 T 檢定表…65 表 4-2-4 第一循環：低分組使用 CAL 之前測、後測的成對樣本 T 檢定表…65 表 4-2-5 第一循環：不同性別的學生在前測和後測之統計表………66 表 4-2-6 第一循環：不同性別的學生在學習成就之迴歸係數同質性檢定…67 表 4-2-7 第一循環：不同性別的學生在學習成就之單因子共變數分析摘要表 ………67 表 4-2-8 第一循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我覺得這次的電腦輔助學習是有趣的。」的選答分布 ………68 表 4-2-9 第一循環：使用 CAL 之前的問卷中，「我希望有機會利用電腦輔

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助學習來學習『池水的深淺看得準嗎？』這個單元。」的選答分布 ………68 表 4-2-10 第一循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我希望有機會再利用電腦輔助學習來學習別的『自然與生活科技』單元。」的選答分布 68 表 4-3-1 第二循環：使用 CAL 之前測、後測的全班成對樣本 T 檢定表……74 表 4-3-2 第二循環：前測答對題數的人數分布………75 表 4-3-3 第二循環：高分組使用 CAL 之前測、後測的成對樣本 T 檢定表…75 表 4-3-4 第二循環：低分組使用 CAL 之前測、後測的成對樣本 T 檢定表…76 表 4-3-5 第二循環：不同性別的學生在前測和後測之統計表………77 表 4-3-6 第二循環：不同性別的學生在學習成就之迴歸係數同質性檢定…77 表 4-3-7 第二循環：不同性別的學生在學習成就之單因子共變數分析摘要表 ………77 表 4-3-8 第二循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我覺得這次的電腦輔助學習是有趣的。」的選答分布 ………78 表 4-3-9 第二循環：使用 CAL 之前的問卷中，「我希望有機會利用電腦輔助學習來學習『池水的深淺看得準嗎？』這個單元。」的選答分布 ………78 表 4-3-10 第二循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我希望有機會再利用電腦輔助學習來學習別的『自然與生活科技』單元。」的選答分布 78 表 4-4-1 第三循環：使用 CAL 之前測、後測的全班成對樣本 T 檢定表 ……82 表 4-4-2 三個循環：前測、後測的平均成績統計表 ………82 表 4-4-3 第三循環：前測答對題數的人數分布 ………83 表 4-4-4 第三循環：高分組使用 CAL 之前測、後測的成對樣本 T 檢定表 …83 表 4-4-5 三個循環：高分組前測、後測的平均成績統計表 ………84

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表 4-4-6 第三循環：低分組使用 CAL 之前測、後測的成對樣本 T 檢定表 …84 表 4-4-7 三個循環：低分組前測、後測的平均成績統計表 ………85 表 4-4-8 第三循環：不同性別的學生在前測和後測之統計表 ………85 表 4-4-9 第三循環：不同性別的學生在學習成就之迴歸係數同質性檢定 …86 表 4-4-10 第三循環：不同性別的學生在學習成就之單因子共變數分析摘要表 ………86 表 4-4-11 三個循環：性別因素在學習成效上的差異統計表………87 表 4-4-12 第三循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我覺得這次的電腦輔助學習是有趣的。」的選答分布………87 表 4-4-13 三個循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我覺得這次的電腦輔助學習是有趣的。」的選答分布統計表………88 表 4-4-14 第三循環：使用 CAL 之前的問卷中，「我希望有機會利用電腦輔助學習來學習『池水的深淺看得準嗎？』這個單元。」的選答分布………88 表 4-4-15 第三循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我希望有機會再利用電腦輔助學習來學習別的『自然與生活科技』單元。」的選答分布…88 表 4-4-16 三個循環：使用 CAL 之前的問卷中，「我希望有機會利用電腦輔助學習來學習『池水的深淺看得準嗎？』這個單元。」的選答分布統計表………90 表 4-4-17 三個循環：使用 CAL 之後的問卷中，「我希望有機會再利用電腦輔助學習來學習別的『自然與生活科技』單元。」的選答分布統計表………90 表 4-4-18 使用 CAL 之後的問卷中，「網頁的操作很簡單，不會造成困擾。」的選答分布………91

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表 4-4-19 使用 CAL 之後的問卷中，「網頁的文字清楚易懂。」的選答分布…93 表 4-4-20 使用 CAL 之後的問卷中，「教材內容適當，我能理解。」的選答分布………93 表 4-4-21 使用 CAL 之後的問卷中，「網頁的色彩安排得當。」的選答分布…94 表 4-4-22 使用 CAL 之後的問卷中，「使用練習區，能幫助我學習。」的選答分布………94 表 4-4-23 三個循環：「使用練習區，能幫助我學習。」的選答分布統計表…95

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圖次

圖 2-2-1 電腦輔助學習的位置 ………8 圖 2-3-1 學習環的三階段教學模式圖………27 圖 2-5-1 多媒體 CAL 系統建構模式 ………34 圖 2-5-2 CAL 系統發展流程圖………36 圖 2-5-3 數位學習課程發展與教學設計模式五個階段之關係圖………37 圖 3-2-1 研究架構圖………46 圖 3-2-2 「池水的深淺看得準嗎」單元定位圖………45 圖 3-2-3 行動研究的模式………49 圖 3-4-1 研究流程………54 圖 4-1-1 軟體畫面設計………57 圖 4-4-1 首頁的操作說明………91 圖 4-4-2 導覽列提供的連結………92

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第一章緒論

本章將說明本研究之「研究背景與動機」、「研究目的與問題」、「名詞定義」、「研究範圍與限制」。第一節、研究背景與動機研究者曾經擔任國小自然科任教師四年，在擬定研究題目時是擔任導師，隨著職務的異動，目前擔任自然與生活科技的教學。擔任導師時，對於班上學生在自然與生活科技的學習，想略盡棉薄之力，左思右想之後，研究者認為電腦輔助學習 CAL（Computer Assisted Learning）將是最可行的方法，因為電腦輔助學習既可以輔助學生學習，又可以在不干涉自然與科技教師的教學下進行；另一方面，研究者希望可以將這個研究成果，放在網路上，提供給全國教師參考及提供給學生進行再一次學習的資源。使用電腦輔助學習，符合雙碼記憶理論（Dualcode memory theory）。雙碼理論認為學習者對外在事物可以分別接受視覺（visual）和語文（verbal）的刺激，並建立視覺和語文的心理表徵，同時在視覺和語文也建立起連結（connection）的通道（Mayer & Anderson, 1991）。此種理論主張，學習者要從記憶中檢索資訊時，可從語言或視覺的通道回溯，多了一重回想的線索，有利於學習結果的建立與保留。電腦能結合文字、圖形、動畫、語音及視訊多媒體系統，由此建立的多媒體電腦輔助學習，有利於學生同時建立視覺及語文的表徵。電腦輔助學習讓學生可以自由的學習，而且能立即獲得回饋，與傳統教學相較之下，壓力是比較小的。除此之外，（Thomas & Boysen, 1984；引自林秀美，民 85）認為電腦教學可提供：經驗（experience）、告知（informing）、增強（reinforcing）、整合（integrating）、利用（utilizing）等五種功能。透過電腦輔助學習的操作，可以拓展學生的學習管道，也可以讓學生認識數位化的學習，在將

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來可以透過網路來進行「終身學習」。Dwyer（2002）認為，資訊科技在 1980 年代只是一部教學機，但現在是我們終身學習的配套元件（toolkit）和心靈倉庫（mindstore）的忠貞伙伴。在二十一世紀的今天，科學知識與資訊成長極為快速，任何人都無法以現有有限的知識，來面對這瞬息萬變的世界，所以培養學生具有終身學習能力，成為現今教育所重視的課題（鄭秀芬，民 92）。針對這樣的理念，我國教育當局提出了「國民中小學九年一貫課程綱要」，以培養具備人本情懷、統整能力、民主素養、鄉土與國際意識，及能進行終身學習之健全國民為主要目標。這項政策於九十二年二月二十七日實施。由於電腦軟、硬體的快速進步，尤其在影像、圖形、動畫、聲音、文字的執行速率，更是大幅提升，然而，硬體價格卻逐漸下降，因此，電腦有家電化的趨勢，隨著電腦的普及，坊間的電腦輔助學習教材，也如雨後春筍。但是，製作電腦輔助學習教材，必須把握住基本原則，邱貴發（民 85）認為電腦輔助學習的研究設計應由學習理念主導，不應該在沒有教育觀念的情形下，被電腦科技拉著跑；不論電腦科技如何進化，當要把電腦科技運用在學習上時，應先以教育觀點考量電腦科技在學習上的可用性。在電腦輔助學習教材的設計上，包括了學習者的學習與設計者的教學策略，而建構主義的教學策略在科學教育，是備受重視的。羅豪章（民 87）以互動式電腦多媒體設計理念，結合認知心理學、建構主義、情境認知學習理論、鷹架理論、知識系統結構理論以及超本文連結概念，配合國中理化課程標準，自行設計一套電腦輔助學習教材，並由實證研究後顯示：經由 CAL 軟體的輔助學習可以幫助學生在校獲致較好的學習成就。吳坤璋（民 89）結合學習環策略與電腦網路的研究中指出：參與網路教學的學生比一般講述式教學的學生在自然科學成就測驗有顯著差異。

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第二節、研究目的與問題本研究主要在探討如何製作一套結合學習環教學策略的建構式電腦輔助學習教材。以此教材使學生在教師教完之後，可以進行再一次學習。基於「教師即研究者」的理念，透過行動研究法，發展出一套電腦輔助學習教材。研究者希望能將資訊科技融入自然與生活科技的學習領域，並將行動研究過程中所遭遇到的問題和省思的心得，提出來和教師們分享。所以本研究的待答問題如下：一、製作電腦輔助學習教材的發展歷程。（一）、製作電腦輔助學習教材的發展歷程為何？（二）、製作電腦輔助學習教材及使用的過程中，所遭遇的問題為何？該如何解決？二、探討本電腦輔助學習教材的學習成效。（一）、全班的學生，利用本電腦輔助學習教材學習「池水的深淺看得準嗎？」單元的學習成效，是否達顯著差異？（二）、高分組與低分組學生，利用本電腦輔助學習教材學習「池水的深淺看得準嗎」單元的學習成效，是否有差異？（三）、不同性別的學生，利用本電腦輔助學習教材學習「池水的深淺看得準嗎」單元的學習成效，是否有差異？三、研究者所製作的電腦輔助學習教材學生是否感興趣？第三節、名詞定義本研究中所提及的重要名詞計有（一）電腦輔助教學（二）電腦輔助學習（三）迷思概念（四）學習成效（五）高分組與低分組（六）行動研究（七）學習環等七項，茲分別敘述如下：

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一、電腦輔助教學（Computerassisted Instruction，簡稱 CAI）：電腦輔助教學是一種直接運用電腦交談模式來呈現教材，並控制個別化學習環境的教學過程（黃慧美，民 91。）二、電腦輔助學習（Computerassisted Learning，簡稱 CAL）：教學者依據教學和學習目標，並根據學習原理，所設計出的電腦應用軟體，以電腦作為教學的媒介，使學習者可以自己掌控學習過程來進行學習。（黃瑞龍，民 92）三、迷思概念（misconceptions）：本研究所稱之迷思概念，係根據教育學者郭重吉（民 77）的研究：「個人的原有概念，並不一定與科學上的概念相符合，有時是不完整，甚至是完全錯誤的。科學教育學者將此種與現行科學概念有所抵觸、錯誤、不完備的概念，稱為迷思概念」四、學習成效：指學生在學習前、後所得分數的差異，後測比前測得分的差異越大，表示學習成效越好。五、高分組與低分組：本研究以前測得分最高的 27﹪為高分組學生，前測得分最低的 27﹪為低分組學生。六、行動研究：指教師、校長、行政人員等即研究者，所執行的系統性探究。而此系統性探究是在教學或學習的環境下，去搜集有關學校運作、教學或學習的資訊。搜集這些資訊的目的是要得到更深的理解及對實務的省思，以使學校的運作更順暢、使教學更順利、使學生的學習有更好的效果（Mills, 2000）。七、學習環（Learning Cycle）：本研究採用 Lawson (1988; 引自 Lawson, A. E., Abraham, M. R. & Renner, J. W., 1989)所主張的學習環，分為三階段：探究（exploration）、名詞引介（term introduction）、概念應用（concept application）。

第四節、研究範圍與限制

本節將本研究之研究假定與研究限制敘述如下：

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（一）、研究樣本及參與軟體評鑑之教師均能本著研究精神，確實填答。（二）、參與本研究的樣本已具備電腦基本使用能力。二、研究限制（一）、本研究依班級抽樣，僅就台中縣某國小五個班中選取三個班級進行研究，如需推論至其他學生，則尚待進一步驗證。（二）、本研究的課程教學內容乃依南一書局所編的國小四年級自然與生活科技的「池水的深淺看得準嗎」單元進行研究，如需推論至其它單元，則尚待進一步驗證。

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第二章文獻探討

本章主要在探討電腦輔助學習的發展、學習理論、學習環、學生該學會什麼、電腦輔助學習軟體設計理論及電腦輔助學習實徵性文獻探討等六項，藉由文獻探討，以奠定本研究之基礎。第一節、電腦輔助學習的發展自 1946 年 J.P. Eckert 和 John Mauchy 發展第一部電腦「ENIAC」到今日人工智慧的發展，資訊科技進展的腳步可說是一日千里（董家莒、張俊彥、蕭建華、戴明國，民 90 年）。資訊科技的進步已經對我們現今的生活、學習等造成非常廣泛的影響。而資訊科技融入教學的教育政策更為當前各級學校的教學、學習、課程、評量和行政管理等方面帶來衝擊（楊坤原，民 89 年）。電腦做為學習的媒介，起初是電腦輔助教學，慢慢的代之而起的是電腦輔助學習，改變過去以電腦輔助教學的方式，而以輔助學生學習為重點。程似錦（民 86）指出電腦輔助教學始於 1950 年代，在發展初期受到行為主義的影響，所設計的都是屬於直線式的程式（linear programming）。當時開發用來教導學生的「電腦化課程軟體」只注重在程式上的技巧表現，鮮少有較多的心思花於課程的設計上，因而學習者的學習成效也就大打折扣，發展課程軟體的人大多是電腦公司的程式設計人員，或有少數幾位學校的教師參與點綴，所發展的質與量均不夠理想，到了 1960 年代，在認知心理學派的興起下，以及訊息處理理論之研究發展，提供了設計與製作之實徵性理論與原則，到了 1970 年代，電腦輔助教學軟體才受到重視也開始有了市場上的需求與競爭，軟體開發人員從此融入了教學理論，學習者的角色也不再被視為是被動的，學習者可依自己的程度、條件、狀況，自行選擇學習的教材與控制學習的速度，電腦輔助教學乃漸漸朝向電腦輔助學習的方向發展。在此期間電腦科技的日新月異，硬體與軟體功能

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均大有進步，於是結合了文字、影像、圖形、聲音、動畫、影片等多媒體系統，使電腦輔助學習朝向更活潑、更多元的方向發展。我國的國科會也注意到資訊科技對傳統的教育學習方式可能會帶來衝擊。王瓊德、郭允文（民 90 年）指出國科會自民國七十一年開始推動「電腦科技於科學教育之應用」，至民國八十二年間，有關電腦輔助教學的研究計畫每年約二十件，大多偏重在教學軟體的設計，到了八十二年，因為回國的教育工學方面的研究人員增多，同時有一些資訊方面的研究人員開始注意電腦輔助教學領域，加上電腦網路開始使用，乃主動規劃推動「電腦輔助學習研究」。在這個階段，一改過去以電腦輔助教師教學的重點，而以輔助學生的學習為重點。從電腦輔助教學到電腦輔助學習的發展可以看出，是學習理論發展在先，而資訊科技的運用是緊跟其後。但這並不代表電腦輔助學習就比電腦輔助教學好，這兩者是無法比較的，因為電腦輔助教學主要是從教學的觀點出發，而電腦輔助學習主要是從學習主體的觀點出發。不管是從教學或學習的觀點出發，資訊科技必須與之整合，並且以無縫合（seamless）的方式使資訊科技支持和延伸課程目標，使學生產生有意義的學習(Dias, 1999)。第二節、電腦輔助學習的學習理論電腦融入教學的過程中已不僅僅是工具（tool），而更應該被視為是環境（environment），是工具，人類尚可拒絕使用；是環境，則無可避免的置身其中，為了讓電腦能有效的促進學習，成為學習的好夥伴，首先必須精緻化電腦教學軟體（洪榮昭、劉明洲，民 86 年）。要精緻化電腦教學軟體，必須有適當的學習理論做為軟體設計的理論基礎。邱貴發（民 83 年）認為電腦輔助學習的核心概念是在某個文化社會環境中，以領域知識為主幹，運用合適的學習理念及合適的電腦科技輔助該領域知識的學習。依據這個概念，學習理念和電腦科技都是依據領域知識而選用的，電腦輔助學習產品的設計和發展是由領域知識的屬性主導。圖

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2-2-1 表示電腦輔助學習這個領域，是在某個文化社會中，由領域知識、學習理念、及電腦科技三者整合而成的研究發展領域。所以電腦輔助學習的研究者和發展者，應充分了解文化社會環境、領域知識、學習理念、電腦科技四方面的發展情形，應在充分考慮文化社會環境的前提下，把電腦科技和學習理念整合到領域知識的學習過程中。本節主要在探討學習理念，第四節探討與本訮究相關的領域知識，第五節探討應用到的電腦科技。圖 2-2-1 電腦輔助學習的位置（引自邱貴發，民 83）沈中偉（民 84）於「多媒體電腦輔助學習的學習理論基礎研究」中，採用文獻分析法，蒐集與整合有關多媒體與超媒體電腦輔助學習環境的學習理論基礎文獻，提出應用在設計與發展多媒體電腦輔助學習的原理原則，他認為不同的理論基礎在設計多媒體電腦輔助學習時所該掌握的原則也會有所不同。在這裡將針對本研究會用到的學習理論進行探究：一、Nelson 超文件理念。二、行為主義（Behaviorism）。三、建構主義（Constructivism）。等三項，以應用於本軟體

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的設計上。 一、Nelson 超文件理念 Nelson 於 1978 首先創造「超文件」（hypertext）一詞（引自沈中偉，民 84）。沈中偉（民 84）認為超文件並非依順序性的方式呈現文章內容，超文件的使用者可按照自己的需求、興趣、學習速度、學習時間等，任意連結到相關的節點，而各個節點可由連結的方式將其串連起來。如果拿超文件與傳統的圖書做比較，傳統的圖書是一頁一頁以循序式（sequential）的方式呈現資訊，而超文件是非循序式（nonsequential）的。學習者可由許多不同位置取得同一資訊，這是傳統圖書做不到的（Jonassen，1988；引自胡瑞明，民 90）。由於電腦科技的進步，人機介面的成熟與網路的普及，使得 Nelson 的超文件理念可以實現。沈中偉（民 84）認為從認知心理學的觀點來看，超文件應該可以增進學習效果，因為超文件提供了彈性和非循序式的環境，注重概念之間的鏈結關係，而不是支離破碎的知識；此種概念之間的鏈結關係，有助於記憶、理解與概念的建構。隨著資訊科技的發達，除了網路可提供超文件，許多的電子書或設計軟體，也都提供了超文件的連結方式。唯一和網路不同的是，網路可連結到世界各國的網站，而光碟類的電子書，只有在自己的本文中呈現超本文。 二、行為主義（Behaviorism） 黃世傑（民 84）指出教學策略受到教學理論的影響，而教學理論的演進有如生物物種的演化一樣，隨時間的推進而有不同的理論發展，在本世紀七○年代以前教學策略主要受行為主義所主宰，七○年代之後由於認知心理學開始發展，皮亞傑教學模式的提出，使學生的學習更有效而有意義，八○年代由於認知心理學派又發展訊息處理理論，使得教學策略也重視學生的長期記憶，到了九○年代認知心理學派更進一步提出建構論的教學策略，使得學生的學習能夠主動建構知識

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而獲得真正的學習。沈中偉（民 84）指出行為主義係由美國心理學家 John Watson 於 1913 年所創立，其學習理論通常稱為「聯結論」或稱為「刺激—反應論」（StimulusResponse Theory），主張學習乃是由於刺激與反應之間新關係的聯結，而這些聯結的形成又受增強（reinforcement）、練習等因素的影響。行為學派中的編序教學是由 Skinner 於 1950 年代提出的，編序教學就是把教材內容經過分析之後，細分成許多小單元，各小單元按其先後層次的關係加以組織，由淺入深，由簡而繁，最後將教材呈現，讓學生個別學習。其特色是小步原則，學生容易吸收，而且立即給予回饋。可見，編序教學採用了行為主義中的兩個重要觀念，也就是增強作用及刺激與反應聯結。 1968 年，Skinner 身體力行，設計了一個直線式的編序教材，學生先要將答案欄遮蓋起來，一次只看一道題目，將答案寫在空白處，再看看正確的答案。整個教材呈現的特點是從簡單的事實敘述開始，慢慢介紹專有名詞，由專有名詞再逐漸轉換其它概念，步步導引，最後使學生對整個主題有所了解（引自鍾聖校，民 89，p.117）。沈中偉（民 84）提出更完整的應用行為主義在多媒體電腦輔助學習設計與發展上的原理原則： 1、在設計前，應先確定學習目標、學習者的特性與先備知識。 2、從事工作分析，將每個大單元分成數個小單元，每次只教導一個小單元，以利學習。 3、教材安排由易而難呈現。 4、回饋或增強之呈現方式應適合學習者的年齡、程度與需求。例如：給予成年人的增強，則不應該與提供年幼的兒童一樣。 5、當學習者達到教學目標時，應給予正增強，而且所給予之增強應讓學習

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者無法預測或不固定，以維持學習動機。 6、回饋應該是積極性的與親和性，而不是諷刺性的。 7、對於正確的回答應給予立即回饋，但須避免過度的讚賞，而忽略了學習內容。 8、對於錯誤的回答應給予訊息性的回饋（informative feedback）或改正性的回饋（corrective feedback），提示為何回答是錯誤的，鼓勵學習者更深入地思考。 9、配合教材與學習者的特性，給予集中式練習（massed practice）或分散式練習（distributed practice），以精熟教材。雖然現在的教學派典，被認為是建構主義取向，但到教學現場去看，會看到教師使用行為主義的回饋原則與增強原理，在有些電腦輔助學習的教材裡，也可看到使用了行為主義的回饋原則與增強原理。吸取行為主義的精華，融入電腦輔助學習教材裡，才是重點。上述的原理原則就是一個指導方向。 三、建構主義（Constructivism） 建構主義是一個非常龐大、複雜的思想體系，因此本節將依下列四個方向來探討（一）建構主義的認識論背景。（二）建構主義的派別。（三）建構主義的教學理念。（四）建構主義對於電腦輔助學習的意含。（一）、建構主義的認識論背景知識論（epistemology）是對於知識的本質、型式、如何獲得、如何建立其正確性、如何發展等等的一些看法或學理上的一些主張，此外它也論及人對大自然的觀感或認識和大自然本身的性質兩者之間的關係（郭重吉，民 85）。而建構理論可以說是一個知識理論，所關心的是知識（knowledge）和認識（knowing）兩大主要現象，知識是屬於靜態的結果，認識則是屬於動態的歷程（詹志禹，民 85）。但是劉宏文（民 85）則認為建構主義並不討論或闡明知識的本質、來源、

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及知識的理論等西方傳統哲學所爭論不休的問題；它僅是討論知識如何被認知者主動建構，而非被動接受的過程。也就是說建構主義著重的是 the way of knowing 或 a theory of knowing，而不是 theory of knowledge（von Glasersfeld, 1995）。建構主義是一種源自於哲學、心理學與神經生理學（cybernetics）的知識理論（von Glasersfeld, 1989；引自沈中偉，民 84）。朱則剛（民 85a，民 85b）則指出建構主義的根源可以遠朔至十八世紀 Kant 的批判主義（Criticism）思想，或更早的 Vico 的知識論觀點；但是近代直接運用建構主義一詞的學者，包括由哲學角度出發的 Goodman 及 von Glasersfeld、同時由哲學與心理學角度出發的 Piaget、以神經生理學與控制論為基礎的 von Foerster 等人。 1.哲學背景從哲學的觀點來看，建構主義並不算是一個完整的哲學體系，因為其論述面著重於知識論。而建構主義思潮興起的主要原因，是對十九世紀哲學主流的實證主義（Positivism）和邏輯實證主義（Logical Positivism）所主張的「以科學的實驗方法為知識的唯一驗證標準」的一種反動（朱則剛，民 85a）。劉宏文（民 85）認為由歷史發展的角度去釐清建構主義與知識論之間辯證的關係，我們或許更能體會建構主義在科學教育上的意義。傳統西方哲學對知識的主張及理論，大致上可分為理性主義（rationalism）和經驗主義（empiricism）。理性主義認為知識來自理性而非經驗，一切知識，無須外求，都可從先天觀念中演譯而來。數學，尤其是歐氏幾何，被認為是理性知識的典範。經驗主義則認為知識不可能是先天存在的，即使是數學的定理定義也是從許多經驗中抽象得來的。理性主義認為有先天自明的知識、真理存在，由這個大前提出發，可以經由三段論法演譯出許多小命題，而這些小命題再成為另一個大前提，經由這樣的反覆推論，於是知識系統就得以建立，這就是演譯法（deduction）。但是經驗主義認為三段論法演譯而來的知識，仍然不超過大前提的範圍，並沒有真正「創造」

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出新知識。演譯的結果已包含在大前提的命題之中，它至多僅能產生與大前提相關的一些零碎的知識片段而已。經驗主義主張歸納法（induction）是經由累積經驗的事實知識，歸納出我們未曾經驗過的知識，才是知識建立的方法。所以，歸納推理是根據少數經驗而推得普遍結論的邏輯過程。理性主義批評歸納法推論而得的知識是一種概然的知識，而非必然的知識。自文藝復興（14-16 世紀）以後，科學迅速發展，建基於科學方法上的知識大量累積，使人們體認科學方法才是知識建立的根本。哥白尼（Copernicus 1564-1642）於 1520 年發表天體運行論，宣稱「日心說」，推翻了屹立 1300 年之久的托勒密（Ptolemy）「地心說」。伽俐略（Galileo 1564-1642）是首先在科學中引入數學的科學家，他對慣性與落體運動的研究，奠定了牛頓（Newton 1642-1727）第一、二運動定律的基礎。我們可以說近代自然科學的興起與快速發展是在牛頓力學理論確立之後；隨後細胞學說、能量守恆和轉換定律、生物進化論及其它重要的科學發現，使人們更能洞察人的認識活動本身客觀的、物質的基礎，揭示出知識發生發展的規律，發現了人的認識過程的內在祕密等等（Rutherford and Ahlgren, 1989；引自劉宏文，民 85）。由於自然科學空前的成就，所以自然科學的研究方法以及建基於方法上的研究成果，造成了傳統知識論內涵的擴張與提昇；於是在 19 世紀 40 年代以孔德（Comte）、穆勒（Mill）、史賓賽（Spencer）為創始人和主要代表人物的實證主義（positivism）在西方成為一種廣泛的思潮。實證主義是一個繼承了經驗主義傳統的流派，自稱為自然科學的產物，要以自然科學的實證精神建立知識的典範（劉宏文，民 85）。後來的邏輯實證主義（Logical Positivism）除了延續實證主義的精神，還把數理邏輯的方法當作知識的方法，這種實證學的知識論成為近代西方最大的流派。郭重吉（民 85）指出邏輯實證主義（Logical Positivism）是歐美傳統科學哲學的主流，其主要的觀點是認為科學理論是建立於客觀且與理論無關的觀察之

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上，所以理論不會影響觀察，而且觀察結果經過歸納的步驟就可得到理論。他們也認為科學家所用的這套方法（歸納法）所得到的知識是客觀的。而這種方法，正是科學知識有別於其它知識的特徵，也因為科學知識產生的過程是如此的「客觀」，才有資格被視為確定的知識，絕對的真理。在這方面，許多科學史家和科學哲學家對邏輯實證主義提出強烈的批判。詹志禹（民 85）指出邏輯實證論在三十年代首先遭受 Popper 否證論（falsification）的的挑戰而逐漸褪色，在六十年代之後，更因 Kuhn 從科學史中找出非常多的例證，而對邏輯實證論產生了致命的一擊，其中，Kuhn 的理論對認知心理學及科學教育方面的研究頗有影響，成為建構論的思想來源之一。劉宏文（民 85）指出在 1930 年代，維也納科學哲學家 Popper 由於受到愛因斯坦相對論的影響，對實證主義的主要觀點──科學知識的可證實性提出批判。他認為科學理論的真正檢驗不是實證，而是否證。一種不能為任何想像事件所否證的理論就不是科學的理論，因此科學理論的可否證性就預示了科學進步的可能性。Popper 同時批判了實證論的歸納主義，因為歸納法本身有邏輯上的缺陷，著名的例子是：我們在觀察到成千上萬的白天鵝之後，能不能就此斷言所有的天鵝都是白的（郭重吉，民 81）？Popper 認為所有的觀察都以理論為基礎，沒有不帶有理論的純粹觀察，而所有的經驗都是有目的的、主觀的、帶有理論的觀察結果。這與實證主義所主張的觀察是客觀的，完全相反。劉宏文（民 85）指出 Kuhn 從科學發展歷史的角度去分析科學知識，因此社會因素、科學家的心理因素、科學社群的集體信念、甚至政治因素都會影響科學知識發展的因素。他認為在某一特定時期，某一科學社群（scientific community）所共同接受的基本觀點和知識的方法，就稱之為典範（paradigm）。科學的典範常因為異例的累積而對典範的核心──基本觀點，產生衝擊，使得科學社群的信心動搖，因此使得典範產生了遷移。據此，他認為科學發展或變遷的歷程是：前科

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學時期、常態科學時期、科學危機時期、科學革命時期、新常態科學時期、新科學危機時期……。他認為典範的遷移並不完全是科學或邏輯的理由，政治、社會、宗教等因素也是重要的影響因素。例如哥白尼的「日心說」，取代托勒密的「地心說」除了科學或邏輯的理由之外，尚有社會因素，因為當時對曆法改革有很強的需求。除此之外，Kuhn 和 Popper 一樣，不認同實證主義所主張的觀察是客觀的。Kuhn 認為在不同典範的科學家，會從不同的觀點去看世界，他們所看到的是不相同的世界，因為他們的觀察，受到各自的典範所影響。除了 Popper 和 Kuhn 之外，Bronowski, Feyerabend, Lakatos, Polanyi, Toulmin 等皆曾對傳統科學哲學的觀點，從不同的角度加以修正，雖然他們在許多問題上面的觀點並不一致，但對於建構論的基本理念──知識是人所建構出來的，他們的觀點倒是頗為相似，換句話說，就科學哲學觀點的演變而言，上述建構論的基本理念已在科學哲學界漸漸取得共識（郭重吉，民 85）。實證主義將知識論的重心置於知識的內容和知識的驗證方法，強調知識是客觀的、普遍的、真實的、確定的，可以說是一種「客體」的知識論；而建構主義哲學思維的重心則是在於認知主體──人，強調主體在認知過程的主動建構性，而不刻意探討知識內容的客觀性問題，可以說是一種「主體」的知識論，而這樣的哲學觀點也被 Kuhn、Toulmin 和 Lakatos 等科學哲學家所認同。表 2-2-1 說明這兩種知識論之相異處。 2.心理學背景在心理學背景方面，首推的是 Jean Piaget，在其著作 Genetic epistemology 一書中，就曾強調認知結構（cognitive structure）和基模（schema）的建構，而且提出對邏輯實證論的批判（陸奕身，民 91）。Piaget 認為兒童的認知發展經歷了四個階段：

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表 2-2-1 建構主義和實證主義知識論之比較表實證主義（Positivism）建構主義（Constructivism）論述重心認知的「客體」--知識的內容認知的「主體」--人知識之性質知識是客觀的、普遍的、真實的、確定的不刻意探討知識內容的客觀性問題知識的驗證標準唯有透過科學實驗的實證方法所獲得的知識才是真知識（真理性）強調知識是認知主體所獲得具有個別性、有用性的結果（有用性）知識的功能促使認知主體發現本體性的事實或真理幫助認知主體組織其經驗，以適應所生存的世界知識與認知主體之關係知識是獨立於認知主體之外的客觀存在認知主體無法獨立於知識的建構過程之外理論與觀察之關係理論是建立在客觀的觀察，而且這樣的觀察也是和理論無關的，因此理論不能影響觀察觀察是決定於個人已有的知識、信念和理論，是主觀的、理論隱含（theoryladen）的應用於心理學或教育學之派典行為主義建構主義（引自吳穎沺，民 92）（1）感覺運動期（0~2 歲）（2）前運思期（2~6、7 歲）（3）具體運思期（6、7~11、12 歲）（4）形式運思期（11、12~14、15 歲）

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Piaget 以認知內在結構的變化來說明認知階段的發展，發展的形成有嚴格的順序，前一階段的發展是後一階段的基礎和必要條件。各階段有其發展的特性，由簡而繁，由淺而深，由具體而抽象，後一階段融合了前一發展階段的特質而形成新的認知結構。Piaget 知覺到認知發展過程的進化性，也注意到個體的認知結構和外在的環境因素會經由交互作用而產生影響，基本上是一種類似生物適應（adaption）的過程（von Glasersfeld , 1995）。Piaget 認為小孩子的認知發展是有二個推進器在那裡使螺旋槳推進，那就是同化（assimilation）與調適（accommodation），當個體在接觸新事物、環境、知識時，會有兩種情形：1.平衡（equilbration）：這時新事物能被同化到他的基模中，也就是既有知識的類推運用；2.失衡（disequilibrum）：這時個體在既有基模不能直接同化新知識時，個體為了符合環境的要求，會主動修改其既有基模，從而達到目的的一種心理歷程，也就是進行調適（張春興，民 86）。所以，Piaget 認為知識不是現實知識的複製，而是一種再生、個體不斷的主動認知而來的，在這種認知的過程，個體與環境是一直持續不斷建構的（陸奕身，民 91）。除了 Piaget 的認知發展論，Vygotsky 社會觀的認知發展理理論也被視為是建構主義的重要理論基礎之一。沈中偉（民 83）指出 Vygotsky 的主要理論有下列三點：1、強調文化的重要性。2、強調語言的重要性。3、近側發展區（Zone of Proximal Development）理論。其中的近側發展區是 Vygotsky 的中心思想，它包含或統整 Vygotsky 主要的理論（Bruner, 1987；Moll, 1990；引自沈中偉，民 83），主要在探討個體高層次心理功能的發展，以分析「學習」與「發展」之間的關係。近側發展區是指個體能獨立解決問題的實際發展水準，與在經由教師或別人提供協助後所能達到的解決問題之潛在發展水準（the level of potential development）之間的差距；教師或別人提供的協助，就是鷹架。

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沈中偉（民 83）指出 Vygotsky 認為人類高層次的心理功能，諸如：知覺、注意、語言與認知等是起源於和外在的社會互動的過程，而終至個體的內化作用。因此他的理論在建構主義被視為是社會建構主義。 3.神經生理學背景在神經生理學方面，Hein von Foerstereo 可以被視為是代表人物，他認為神經系統不是一個被動傳遞外界訊息的管道，而是個建構訊息的組織，對於外界訊息進行某種操作的功能，可知 von Foerstereo 對認知者賦予主體性，因為人類的感覺和認知並非外在環境的結果，而是人類神經系統運作的結果（陸奕身，民 91）。馮朝霖（民 85）認為智利的神經生理學家 R. Maturana 是根本建構主義 (radical constructivism)的代表人物，他並不否定外在世界的可認定性，但其「革命性」的逆轉觀點乃是：知覺的問題不是來自於感覺器官，而是從「腦」的立足點出發！但腦基本上並非是個開放性的反射性系統（Reflexsystem），而是功能性封閉系統，它只了解自己的語言，並且只與它自身內部的狀態（state）周旋（umgeth）。因此，「知覺」本身就是意義賦予產生的過程，即是建構與詮釋（Construction and Interpretation），其關鍵在於神經傳導過程，如何將外界的純物理刺激，根據電流特徵，轉譯為腦所能處理的資訊。（二）、建構主義的派別建構主義是發展起來的，不是一個人制定或創造出來的，因此，它有許多的版本、許多的派別（詹志禹，民 85）。在這麼多的派別之下，要對建構主義了解，從原則、原理兩個角度來了解會比較容易。 1、建構主義三大原則詹志禹（民 85）綜合建構主義學者們的理論，提出了三個原則：第一原則：主動原則「知識並非由認知主體被動地接受而來，而是由認知主體主動建造而成。」

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第二原則：適應原則「認知的功能是適應性的，是用來組織經驗世界，不是用來發現本體性的真實。」第三原：發展原則知識的成長是透過同化、調適及反思性抽取等歷程逐漸發展而成，後續知識必須植基於先備知識且受限於先備知識。以上三大原則，必須同時並存，並且聯合三大原則的內涵，才能使建構主義的意義更完整。 2、建構主義的三個基本原理：張靜嚳（民 84）指出現代建構主義的三個基本原理如下：（1）、知識是認知個體主動的建構，不是被動的接受或吸收。（2）、認知功能在適應，是用來組織經驗的世界，不是用來發現本體的現實；（3）、知識是個人與別人經由磋商與和解的社會建構。 3、建構主義的派別：張靜嚳（民 84）依建構主義的三個基本原理為區分標準，將建構主義的派別依序分成淺、深、廣三種不同層次的建構主義： （1）、傳統建構主義(trivial constructivism) 傳統建構主義只接受建構主義的第一原理：「知識是認知個體主動的建構，不是被動的接受或吸收」。但是 von Glasersfeld 認為沒有第二原理的第一原理無法深入，不根本也不徹底。所以，他稱這種建構主義為瑣碎，或無聊的建構主義 (trivial constructivism)（張靜嚳，民 84）。 （2）、根本建構主義(radical constructivism) 張靜嚳（民 84）指出根本建構主義強調知識是個人主觀的建構，只反映個人經驗的現實，只存在於每一個人的腦中，也只有對個人自己才有意義。皮亞傑是

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這一派的先驅。Von Glasersfeld 進一步經由語言的概念分析將它發揚光大並將它引入教育的領域。按照第二原理，每一個人都是非常主觀的用自己的經驗在建構自己個人的知識，個人所建構的知識只是用來讓個人的經驗得到較合理的解釋，而使他或她更能適應於他或她所生活的環境。所以，每一個人所建構的知識基本上與外在的本體現實並無直接的關係，只與個人的經驗有關。根本建構主義主張知識是不能傳達的，不論經由語言或文字，在傳達的過程中都可能發生個人意義的轉化，因此，學生無法如教師所預期的學會整套知識，只能自行建構、解釋、形塑有意義的知識結構，並據此成為自己與外在世界聯繫的指標，預測自己的行為，解釋外在的世界（劉宏文，民 85）。 Von Glasersfeld 認為只有同時接受第一和第二原理的建構主義才能深入，才能根本的解釋知識與學習的本質，因此，他把這種建構主義稱根本建構主義 (radical constructivism)，因為根本建構主義只強調個人主觀知識的部分，故又稱為個人建構主義（張靜嚳，民 84）。 （3）、社會建構主義(social constructivism) 社會建構主義的代表人物 Vygotsky 拒絕 Piaget 的知識生物學觀點，而注重文化與社會的角色，Vygotsky 的理論是社會歷史取向，說明個體的心智如何運作以適應所處的社會環境，他堅持較高階的心智過程本質上是社會性、文化性以及歷史性（黃鳳琴，民 91）。張靜嚳（民 84）指出現代建構主義的第三原理是：「知識是個人與別人經由磋商與和解的社會建構」。該原理主要在強調個人建構知識是在社會文化的環境之下建構的，因此所建構之知識與社會文化脫不了關係。所建構之知識的意義雖然是相當主觀，但也不是隨意的任意建構，而是需要與別人磋商和和解來不斷的加以調整和修整，而且會受到當時文化與社會的影響。因此，書中的客觀知識也非讀者任意建構的，而是會與他所生活在相同社會文化中的他人有某種程度的

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「共識」。所以，知識的主觀部分是不會一樣的，但在客觀部分或相互主觀的共識部分，或在某種範圍和程度上是可以相通或相容的。根本建構主義同意知識建構需要經由與別人的磋商與和解，但仍堅持知識是主觀的，只存在於個人的腦袋或意識之中；但社會建構主義則接受社會「共識」的客觀知識也是知識，只不過是這些客觀知識，例如，歐氏幾何，需要在某一適當的環境來還原，或在某種社會互動和文化背景下才能被了解或解讀（張靜嚳，民 84）。（三）、建構主義的教學理念基本上建構論認為知識是藉由個人調適平衡後架構為認知系統，表面上看起來是學習者的過程，不是教學的問題，但是郭金美（民 88）呼應 Driver 等人的看法，認為知識建構雖然是個人的問題，他人無法代為學習，但教師是否具建構論認識，以及是否能營造有效建構的學習環境之教學是必要的。正如 Reigeluth 所說的：「建構仍需要教學」（朱則剛，民 85b）。 1、建構主義教學理念楊龍立（民 87）綜合國內外學者的看法，指出建構教學對學習、教學、教師、學習者、合作、評量等皆有其特別的主張。（1）、學習學習是認知主體依自己經驗主動參與建構知識的過程，所以學習並非單向、被動的接受知識的灌輸、記憶。主動的關鍵在於認知主體對各種出現的知識現象，會依據自己的先前知識、經驗來衡量並賦予意義，因此，認知主體會轉化他人提供的知識，並以自己的觀點詮釋現象。（2）、教學建構主義教學強調認知主體的主動性，認為知識不經由學習者的主動建構，是無法由外人傳遞給學習者，學習者也不會對他人的知識照單全收，所以，教師

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要運用各種方法來促進學習者的主動建構之發生。郭重吉（民 81）指出教學應從學習者的經驗出發，教師在教學前應考慮學習者的先備知識，將要呈現的教學內容與學習者的舊經驗相結合，並且是在學習者能建構的範圍內，才能產生有意義的學習。因為新的知識必須依靠學習者原有的知識才能穩固地成為學習者知識的一部份。（3）、教師傳統教學的教師是知識的提供者、傳遞者，是教學過程中的主角，而學習者是被動的接受知識。建構主義教學的教師不再是教學活動中的主角，而是引導者、協助者，要給予學習者自己去組合、批判、澄清新、舊知識的差異，進而再建構自己的新知識。建構主義教學並非要求教師充分準備教材內容，以熟練的技巧講述給學習者聽，而是教師要以科學知識為主體，制定教學目標，編擬教學講義或教案，引起學習者的興趣與好奇，激發學習者主動參與，並使學習者在學習時能與先備知識結合，引導學習者學習以達到教學目標（黃鳳琴，民 91）。除此之外，教師還必須布置真實或擬真的情境，使學習者可以輕易將學得的知識遷移到類似的情境中；教師也要製造認知上的衝突，使學習者反省和思考。（4）、學習者建構主義教學認為學習者是意義與知識的製造者，所以學習者是教學過程裡的主角。學習者有責任就自己的經驗加以詮釋，並依據自己對經驗賦予的意義進行主動建構，因此，教學過程裡，學習者應主動、積極的參與，並就相關經驗的看法與同儕或教師討論，從而深入反省思索自己原先的知識並建構出新的、更恰當的知識（楊龍立，民 87）。（5）、合作個人的價值參與，不是完全的自由，是受到社會機制的限制（趙金祈；許榮富；黃芳裕，民 84）。因此，學習者雖然有責任就自己的經驗加以詮釋，並依據

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自己對經驗賦予的意義進行主動建構，但必須是在社會互動下，與同儕或教師磋商，才不會失之偏頗。合作學習是社會建構主義教學所主張的，在合作學習時，學習者有義務提出自己的看法與同儕辯證協商、溝通。而民主素養是溝通進行的重要條件，合作學習也培養了學生的民主素養（Wheatley, 1991）。（6）、評量傳統的紙筆測驗，在標準答案只有一個的情況下，當兒童答錯時，教師無法瞭解兒童是否真的不會解題，或是尚有其它不同於標準答案，但是也具合理性的想法？教師對於兒童的解題思考過程的認知是模糊的（黃幸美，民 85）。因此，除了紙筆測驗之外，學生日誌、歷程檔案、觀察與討論記錄、實作結果都是評量可採行的方式（楊龍立，民 87）。（四）、建構主義對於電腦輔助學習的意含沈中偉（民 84）認為運用認知心理學和建構主義在多媒體電腦輔助學習設計與發展上的原則如下： 1、由於短期記憶的容量有限，為避免認知負荷（cognitive load）應提供功能選單（menu）與圖示（icon），以避免記憶很多操作指令。 2、一個畫面只呈現一個重要的概念或資訊。重點部份以不同的顏色將其凸顯出來，以吸引學習者的注意力。 3、呈現重要的教材內容時，速度不能太快，需要留點時間讓學習者編碼或組織新訊息。 4、提供反覆練習的機會，使學習者能夠將新訊息予以編碼後，轉化成內部表徵，以利儲存至長期記憶中。 5、組織教材內容，提供語意網路或認知架構，使學習者進行深層處理（deep processing），以利於記憶保留（retention）更長久。 6、學習者可依自己的需求控制學習順序與速度。

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7、瞭解學習者的思維模式（mental model）與先備知識。 8、根據 Paivio 的雙重譯碼（dual coding）理論，資訊以視覺心像（visual images）與語意編碼和儲存，因此提供學習者多重的資訊檢索管道，如圖表、圖形、影像、動畫、音效等視聽覺元素，以增加學習者擷取的管道。 9、呈現多媒體教材前，可使用「前導綱要」或稱作「前導組體」（advance organizer），將新教材與舊知識相聯結，使得新教材的學習變成有意義，以引起學習動機與促進記憶與學習。 10、設計真實的情境或模擬情境，鼓勵學習者主動而積極地詮釋知識，而不是被動地獲得知識。 11、給予學習者適當的操控權（learner control），由學習者自行控制學習的順序、內容、速度、與數量，以利學習者主動操弄、探索與隨機重組知識。（五）、小結從建構主義的認識論背景，可知構主義著重的是 the way of knowing 或 a theory of knowing。從建構主義派別的探討中，知道了知識的建構是個人建構也是社會建構，只是個人建構和社會建構的視域（horizon）不同，把視域拉開，就可將兩者含攝在內。在建構主義教學理念的探討中，可理解到掌握第一個原理「知識並非由認知主體被動地接受而來，而是由認知主體主動建造而成。」是一個關鍵。從建構主義對於電腦輔助學習的意含探討中，使得本研究有了理論根據。要使科技與教學、學習有效整合，就是使用建構主義的模式（Dede, 1995; Jonassen, 1996; 引自 Sprague & Dede, 1999）。Hakkarainen（2003）在電腦支持（ComputerSupported）環境下使用改良式探究，小學生能在社會建構下，參與同學在網路討論區的討論，使得本來直觀性解釋，趨向於理論性的科學解釋（theoretical scientific explanations）。

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第三節、學習環國內學者吳鐵雄（民 81）提出以電腦輔助學習（CAL）一詞來取代電腦輔助教學（CAI），因為他認為電腦輔助學習的意涵較為廣泛，包含了電腦輔助教學、電腦引導教學（ComputerDirected Instruction，CDI）及電腦加強教學（ComputerEnhanced Instruction，CEI）。在電腦輔助學習軟體中，要依據學習理論將教學理論嵌入其中。計惠卿（民 84）提出 CAL 的十大特質中的第六項，即指出合宜的教學策略，在電腦輔助學習上是很重要的。楊龍立（民 87）認為建構教學有多種的教學模式，在步驟和重點上雖然有不同，但大體上都把握四個要素：學生為主體，而教師立於輔助地位、學生有較具體的經驗、學生經歷認知失調和反省、新建構之知識概念有運用與評量的機會，所以，三段式學習環也是屬於建構主義教學的模式的一種。而學習環的步驟與 Nussbaum 和 Novak 提出的找出學生另有架構、造成概念衝突、鼓勵學生認知調適等步驟，皆符合建構主義的觀點（郭重吉，民 81）。一、學習環的發展學習環的教學模式是由加州大學的理論物理學教授 Karplus 於 1967 年發展出來的。Karplus 的子女於 1957 年進入小學就讀，因此開始關心小學的科學課程。 Karplus 在美國國家科學基金會（NSF）的支持下，與一群志同道合的小學科學教師，以布魯納的發現教學理論為基礎，發展出一套名為「學習環」（learning cycle）的三階段教學步驟，這套模式後來被廣泛引用。雖然被不同專家略做修改或更名，其情形如表 2-3-1，但其基本觀念不變。

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表 2-3-1 學習環階階段演變發展說明表年代 1967 1977 1981 1983 1987 1988 1990 1991 1994 學者 Karplus & Thier Karplus， Lawson 等 Novick＆ Nussbaum Renner 等 Good Lawson 等 Bybee＆ Landes Hackett Westbrook ＆Rogers 階段探索發明發現探索概念引介概念應用呈現另有框架製造概念衝突鼓勵認知調適經驗詮釋概念深入預測探索概念引介概念應用探索名詞引介概念應用導入探索解釋精緻化評量導入探索發展應用解釋驗證假說設計實驗理由 Karplus 首創作為 SCIS 課程之用。由於 Piaget 對認知的看法，人類的新制是和環境交互作用的結構。強調教學活動的認知衝突和調適。已形成進一步的概念。認知科學和人工智慧理論者建議增加預測（predic tion）階段到學習環境做教學步驟的第一階段 Lawson 認為「概念」是學習者本身建構出來的，無法經由教師介紹得來。教師只是在介紹名詞而已，因此以名詞引介代替概念引介。導入階段背設計來引導學生進入學習課程，是一種介紹性的活動。BSCS 課程中，據建構主義特性的 5e 學習環教學模式。用以指導發現調查和其他的兒童課程。對 9 年級學生的物理課，能夠加強他們的過程技能和邏輯思考能力。（引自陳惠芬，民 89）二、學習環的教學策略學習環是一種教學方法，也是一種課程組織的原則。雖然學習環得自於 Piaget 的認知心理學，但學習環現在的結構，還是要歸功於 Karplus 和發展 SCIS （Science Curriculum Improvement Study）課程的人。學習環的基本模式如圖 2-3-1。學習環的前提是，在發展概念的理解時，三個不同的階段都是必經的階段，而且三個

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階段有一定的順序，每一個階段也有一定的形式或結構（Renner, Abraham & Birnie, 1988）。圖 2-3-1 學習環的三階段教學模式圖（一）、探究在第一個階段，學生在設計之下使用具體的材料，提供一個發展特殊概念的經驗基礎。教師可以呈現一個問題或任務給學生，這項挑戰是開放性的、學生有興趣的，它允許學生使用不同的策略去解題或完成任務，然而，教師必須提供某些特定的方向給學生（Barman, 1992）。在探究的階段，不一定是要手動的（handson），也可以是心動的（mindson），研究顯示，心動的方式或師生的的互相對話方式，也獲得成功（Scharmann, 1991）。（二）、名詞引介在探究活動之後，學生將發現的某些形式（pattern），提出來和同學及教師討論。當學生用自己的話說出某些概念時，教師就可將科學用的名詞介紹給學生，學生在探究所獲得的概念，就有了一個科學的名詞，並因而產生連結。 1. 探究（學生親自操作） 2. 名詞引介（概念形成及命名） 3. 概念應用（應用概念於新情境）

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科學名詞的介紹，除了教師的引介之外，還可經由教科書、影片、或其它媒體的引介（Lawson, Abraham & Renner, 1989）。（三）、概念應用學生運用新的科學名詞或思考形式到多個情境，以加廣運用所建構的概念。如果沒有經歷概念應用的階段，學生的概念意義會停留在探究階段的例子上，因而無法一般化（generalize）以應用到其它情況（Lawson, Abraham & Renner, 1989）。除了將新的概念運用到多個情境之外，學生也可提出問題，嘗試是否能運用新概念解決，如果不能，就可產生一個新的學習環。三、學習環與電腦輔助學習小學在科學方法的學習上，經常產生困難，是由於學生對於教學和學習模式擁有較少的經驗，而解決此一問題的方式，就是使用學習環，使用學習環可使科學內容和方法得以整合（Francis, Hill & Redden, 1991）。除了在教學可以使用學習環之外，在電腦輔助學習教材的設計也可使用學習環的教學策略。吳坤璋（民 89）在結合學習環策略與電腦網路於國小自然科教學之行動研究，得到結論：（一）、以學習環策略來形成教學活動主軸，以網頁教材畫面呈現探究問題情境、概念應用問題。學生對自然科教學的感受，表示喜歡自己動手做實驗、自己想答案、上課愈來愈有趣，但是有二成學生不喜歡寫學習單。（二）參與網路教學的學生比一般講述式教學的學生在自然科學成就測驗有顯著差異；（三）學生們能在小組討論區、意見發表區提出課程的疑難問題；喜歡利用網路與其他同學討論，但是學生在提出問題之後沒有針對問題持續性的關注，此外學生在學期初使用教學網站與學期末在電腦態度量表之焦慮、信心、喜歡分量表上皆有正向之結果。邱瓊慧、張鈺玟、李建樹（民 89）使用探索型學習環來設計電腦輔助學習軟

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體，發現依據探索型學習環設計的電腦輔助學習軟體，對大多數學童大部分另有概念的改變，具有值得肯定的正面效果。四、小結從上面的探討中，可以發現學習環的教學模式，應用了 Piaget 的發展理論、布魯納的發現教學理論等學習與教學理論。也使建構主義的主動、適應、發展的三項原則，隱含在內。這也是本研究的電腦輔助學習教材設計時，所倚賴的教學理論。第四節、相關的領域知識一、教材內容細目表 2-4-1 是依據教育部在民國九十二年所公佈的國民中小學九年一貫課程綱要中「自然與生活科技」學習領域有關光概念之國小部份的教材內容細目表。細目編號：1 代表國小一二年級、2 代表國小三四年級、3 代表國小五六年級、4 代表國中一、二、三年級。a、b…為流水號。例：110-1a 為次主題 110 下之第 1 階段（一、二年級）a 項教材「察覺環境中有…」表 2-4-1 國小的「自然與生活科技」領域有關光概念的教材內容細目表課題、主題、次主題教材內容細目課題：自然界的作用主題：改變與平衡次主題：216 聲音、光與波動 Ø 光的傳播與影像 1d.察覺光的直進傳播，若遇阻礙形成影子 1e.察覺光的反射有一定的方向 Ø 色光與顏色 1f.知道光可用「明暗」、「顏色」等來描述

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續表 2-4-1 Ø 光的折射 2a.察覺光經不同介質會折射，折射後在某些角度可看到彩虹（可利用製造水霧觀察彩虹） Ø 影像與視覺 3a.觀察照光與成像（如光滑平面反射、聚光及透鏡放大效果等）二、學生的迷思概念本研究的教學內容在 2a.察覺光經不同介質會折射的部份，相關的迷思概念如表 2-4-2：表 2-4-2 光的迷思概念類型概念類型迷思概型正確概念光的行進光離開光源到照射到物體後便停止移

動。（Anderson & Smith，1986）光是照耀而非移動。（Anderson & Smith，1986）光是一種狀態，無法移動。（Anderson & Smith，1986）光持續在移動光會走彎曲的路。（王龍錫、林顯輝，民 80）光以直線方式前進

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續表 2-4-2 反射光滑物體才能反射。（Anderson &

Smith，1986）

大多物體皆能反射光線

看見東西並非由於反射，而是光使物體變亮了。（Anderson & Smith，1986）

看見物體是因為眼睛接受物體的反射光折射蠟燭無透鏡仍能在布幕成像。（Saxena，1991）沒有透鏡便無法成像光進入不同介質不會折射。（Saxena， 1991）光進入不同介質會產生折射光要整個透鏡才能成像。（Saxena， 1991）不需要整個透鏡便能成像（引自江文雄，民 92）三、小結從學生該學會什麼的探討中，可以理解學生的知識脈絡及容易犯的迷思概念，對於電腦輔助學習教材的領域知識，可以更精確的定位。第五節、電腦輔助學習軟體設計之理論基礎本節將從電腦輔助學習軟體設計的原則、電腦輔助學習系統之建構模式和電腦輔助學習課程軟體的評估三個方向來探討相關的文獻。一、電腦輔助學習軟體設計的原則黃美珠（民 86）認為良好或有效的 CAI 軟體的設計原則有：1、訂定明確的教學目標。2、確定教學對象。3、創造交談式（interactive）學習環境。4、強調個別化教學。5、吸收學習者的注意力。6、提供適當的回饋。7、評估學習成效。 8、良好 CAI 重視畫面設計。9、以教學設計原則（Principle of Instructional Design）

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為依據。而計惠卿（民 84）提出 CAL 的十大特質，1、即時學習（Learning OnDemand）。2、滿足學習需求（Meeting Learning Needs）。3、主動學習（Active Learning）。4、個別化學習（Individualized Instruction）。5、有效整合媒體元素（Effective Integration of Medium Elements）。6、合宜教學策略（Appropriate Instruction Strategies）。7、提昇內因與外因動機（Stimulating Internal & External Motivation）。8、學習成效精確定質（Low Degree of Instruction Variability）。9、學習管理與診斷功能（Learning Diagnostics & Management）。10、新的教師角色（Teachers as Facilitators or Mentors）。綜合兩位學者的觀點，整理出電腦輔助學習軟體設計的原則： 1、訂定明確的學習目標：明確的學習目標可提供電腦輔助學習軟體設計者作為編排學習內容之依據和評量學生學習的成效。 2、確定學習的對象：電腦輔助學習軟體設計要評估學習者之年齡、學習能力及背景。 3、主動學習：無論是從行為主義的觀點來看學習者外在行為的改變，或是堅持認知理論從個人內在心智構的變化與成長來說明學習的過程，注意與知覺外來的刺激，皆是學習開始的共通階段（莊雅茹，民 87）。設計電腦輔助學習軟體時，要能使學習者的選擇性注意聚焦於學習上，也就是要能引起其學習動機。徐加玲、張雅芳（民 92）指出在教學科技理論中，Keller 綜合了動機設設、學習設計、行為----事件設計，以及教學活動等，提出了 ARCS 動機理論：（1）、引起注意（Attention）：要引起及持續學生的注意，可採用呈現令人驚奇的視覺效果，或讓學生相互討論、問題解決。（2）、相關性（Relevance）：要讓學生了解學習課程之原因，可採用熟悉性原則，例如：使用與學生生活相關的具體語言。

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（3）、信心（Confidence）：讓學生有成功及積極正向的經驗，可採用誘發學生期望成功的心理因素，例如：讓學生了解評量標準，或採用具有挑戰性的情境。（4）、滿足（Satisfaction）：要培養維持内在的動機和外在的獎賞。可採用自然的後果。例如：提供真實情境讓學生應用新學到的知識或技巧。使用 CAL 的學習者，必須是主動參與的學習者，而非被動的訊息接受者，因此，引起動機及持續學習者的注意力是相當重要的。 4、互動式的設計：在教學媒體中，電腦能擊敗群雄脫穎而出的主因是電腦具有互動性（Interactivity）（鐘樹椽，民 82）。Borsook & Higginbotham（1991；引自鐘樹椽，民 82）提出構成互動的六要素：（1）、立即回應（Immediacy of response）：當學習者要求某一方面的訊息或需要更多的資料時，教學者會立刻提供必要的訊息給學習者。（2）、非線性資訊處理（Nonsequential access of information）：教學者在教學過程中容許學生發問、討論或問學生問題。（3）、適應性（Adaptability）：教師針對不同的學生給予不同的資訊與學習方法。（4）、回饋（Feedback）：學生作答後，教學者所提供學生有關其作答結果的任可訊息。回饋是促使整個教學能走向個別化及適性化的必要條件。換句話說，在教學活動中，如果沒有回饋，就沒有互動可言。（5）、選擇權（Options）：學生擁有自己可以發揮的自由空間。（6）、雙向溝通（Bidirectional communication）：在一個互動的系統中，一定具有一個雙向溝通的管道。 5、有效整合媒體元素：互動式多媒體 CAL 藉著文字、圖形、動畫、照片、影片、旁白、音樂各媒體元素之綜合詮釋，提供了文字與非文字訊息傳遞之雙碼環