電子白板的概念構圖教學應用於小六自然科之成效探究與知識結構分析

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(1)國立臺中教育大學教育測驗統計研究所理學碩士論文. 指導教授：林原宏. 博士. 陳桂霞. 博士. 電子白板的概念構圖教學應用於小六自然科之成效探究與知識結構分析. 研究生：林宜樺. 撰. 中華民國九十九年六月.

(2) 謝辭時間過得好快，兩年的時間ㄧ晃眼就過去了！很高興這兩年來能在臺中教育大學再次體驗當學生的感覺！首先，由衷感謝我的指導教授—林原宏老師與陳桂霞老師，因為有林老師嚴謹認真的指導與教學，我才有機會投稿、如期完成論文，您的教誨我會謹記在心～您的認真更是我學習的典範！也因為有陳老師細心體貼的叮嚀與教導，我才能更上層樓、順利完成學業，您的溫柔總是能溫暖我的心！此外，還要感謝三位口試委員—吳柏林老師、林曉芳老師以及易正明老師，謝謝您們在百忙之中撥冗審閱學生的論文，並不吝給予建議，使論文內容更加完備！再來，要感謝教育測驗統計研究所的師長與同學們，因為有師長們認真的教學，我才能在這個領域多增長了一些知識。也因為有同學們適時的鼓勵與協助，尤其是我的研究夥伴秀雯、鎰麗與如君，因為有你們，我才能順利完成學業。有你們真好！另外，更要感謝大智國小的全體同仁們，這兩年來因為有您們的協助與鼓勵，我才能在學業方面全力衝刺。真的很感謝您們的支持！最後，要感謝我的家人與朋友們，你們默默無私的付出與支持，是我前進的原動力！沒有你們，就沒有今天的我。你們是我最大的精神支柱！感謝的話永遠說不完，再次感謝所有幫助過我的人們，謝謝你們！你們的ㄧ個微笑、一句鼓勵的話總能化為我前進的能量！. 願大家平安快樂～心想事成！林宜樺謹誌 2010 年 6 月. I.

(3) 摘要本研究旨在探討利用電子白板的概念構圖(concept mapping)教學對國小六年級學生在自然與生活科技領域的概念學習影響及改變情形。研究者採準實驗研究設計，研究對象為國小六年級兩個班級共 58 名學生，其中一班為實驗組、另一班為控制組。實驗組採利用電子白板的概念構圖教學策略，控制組採傳統教學策略，經第一、二單元教學活動後接受第一、二單元紙筆成就測驗。首先，對兩組測驗分數進行單因子共變數分析；接著，將兩組學生的作答反應，利用 PIRS 軟體繪製出多元計分試題關聯結構圖，依此進行知識結構分析；最後，將實驗組對教學意見調查表的作答反應進行統計分析。研究發現如下：一、兩組的紙筆成就測驗分數未達顯著差異，但實驗組測驗分數略高於控制組。二、由多元計分試題關聯結構圖可發現兩組學生的概念通過率差異不大，不過知識結構卻不相同。三、多數學生喜歡全班在上課時利用電子白板來畫概念圖，認為此種方式能幫助了解上課內容，並認為畫概念圖能幫助學習自然。上述實驗設計與結果發現，可作為教師設計自然與生活科技領域課程及進行學生知識結構分析、補救教學之參考。. 關鍵詞：概念構圖、互動式電子白板、自然科學教學、多元計分試題關聯結構. II.

(4) Abstract The purpose of this research aimed at investigating the concept learning of students who accepted concept mapping teaching with IWB on natural science course. This research used quasi-experimental design and the participants were 58 sixth-grade students in two classes. One class was experimental group, and the other was control group. Experimental group accepted concept mapping teaching with IWB strategy, and control group accepted traditional instruction strategy. They both received the paper pencil achievement test after the course was finished. First, the researcher applied one-way ANCOVA to analyze test scores of the two groups. Next, the researcher analyzed item response data of the two groups by polytomous item relational structure. Finally, statistical analysis of instruction questionnaire for the experimental group was investigated. The findings of this research were as follows : 1. There was no significant difference between the two groups in paper pencil achievement test score. But the score of experimental group was higher than that of control group. 2. The correct ratio of items for these two groups varied. However, the knowledge structure of the two groups were different. 3. Most students can accept concept mapping with IWB. They also consider this way can improve their understanding, and also think concept mapping can help their learning. The above findings can offer references for science curriculum design, knowledge structure analysis, and remedial instruction. Some further suggestions and recommendations were also discussed.. III.

(5) Key words: concept mapping, interactive whiteboard, natural science teaching, polytomous item relational structure. IV.

(6) 目錄第一章緒論……………………………………………………. 1 第一節研究動機……………………………………………………… 1 第二節研究目的……………………………………………………… 3 第三節名詞解釋……………………………………………………… 4. 第二章文獻探討………………………………………………. 7 第一節概念構圖的理論及相關研究………………………………… 7 第二節互動式電子白板的理論及相關研究………………………...18 第三節多元計分試題關聯結構的理論及相關研究………………...24. 第三章研究方法………………………………………………31 第一節第二節第三節第四節第五節. 研究設計……………………………………………………..31 研究樣本……………………………………………………..33 研究工具……………………………………………………..33 研究流程……………………………………………………..34 資料分析……………………………………………………..35. 第四章結果與討論……………………………………………37 第一節紙筆成就測驗描述性分析…………………………………..37 第二節知識結構分析………………………………………………..41 第三節學生對電子白板的概念構圖教學之意見分析……………..54. 第五章結論與建議……………………………………………59 第一節結論…………………………………………………………..59 第二節建議…………………………………………………………..60. 參考文獻………………………………………………………..63 中文部分…………………………………..…………………………..63 英文部分……………………………………..………………………..67. V.

(7) 附錄附錄ㄧ. 概念構圖學習單一………………………….………………71. 附錄二. 概念構圖學習單二……………………………….…………72. 附錄三. 實驗組第一單元教學活動設計……………………….……74. 附錄四. 控制組第一單元教學活動設計…………………………….89. 附錄五. 第一單元教師概念圖…………………………………….…97. 附錄六. 實驗組第二單元教學活動設計………………………….…98. 附錄七. 控制組第二單元教學活動設計…………………………...117. 附錄八. 第二單元教師概念圖……………………………………...127. 附錄九. 第一單元紙筆成就測驗…………………………………...130. 附錄十. 第一單元紙筆成就測驗之雙向細目分析表……………...132. 附錄十一第一單元紙筆成就測驗試題概念矩陣…………………...133 附錄十二第二單元紙筆成就測驗……………………………….…..134 附錄十三第二單元紙筆成就測驗之雙向細目分析表……………...136 附錄十四第二單元紙筆成就測驗試題概念矩陣…………………...137 附錄十五教學意見調查表…………………………………………...139. VI.

(8) 表目錄表 2-1 試題 i 和試題 j 的答題人數之列聯表……………………….…24 表 3-1 研究設計………………………………………………………..32 表 3-2 各組樣本人數…………………………………………………..33 表 3-3 研究流程………………………………………………………..34 表 4-1 第一單元紙筆成就測驗分數之平均數與標準差……………..37 表 4-2 第一單元紙筆成就測驗分數之迴歸係數同質性考驗摘要…..37 表 4-3 第一單元紙筆成就測驗分數之共變數分析摘要……………..38 表 4-4 第二單元紙筆成就測驗分數之平均數與標準差……………..38 表 4-5 第二單元紙筆成就測驗分數之迴歸係數同質性考驗摘要…..39 表 4-6 第二單元紙筆成就測驗分數之共變數分析摘要……………..39 表 4-7 第一單元紙筆成就測驗概念通過率…………………………..43 表 4-8 第二單元紙筆成就測驗概念通過率…………………………..49 表 4-9 實驗組意見反應結果………..….………...………..…………..54. VII.

(9) 圖目錄圖 2-1 訊息處理中的記憶與遺忘………………………………………. 8 圖 2-2 互動式電子白板系統……………………………………………19 圖 3-1 研究架構圖…………………………………………………...….31 圖 3-2 知識結構分析流程………………………………………………36 圖 4-1 實驗組第一單元紙筆成就測驗之多元計分試題關聯結構圖…42 圖 4-2 控制組第一單元紙筆成就測驗之多元計分試題關聯結構圖…43 圖 4-3 第一單元紙筆成就測驗概念通過率比較圖………………...….44 圖 4-4 實驗組第二單元紙筆成就測驗之多元計分試題關聯結構圖…48 圖 4-5 控制組第二單元紙筆成就測驗之多元計分試題關聯結構圖…49 圖 4-6 第二單元紙筆成就測驗概念通過率比較圖…………...……….50. VIII.

(10) 第一章緒論第一節研究動機自然與生活科技領域的課程內容，多為因果關係與概念的介紹。教師應該讓學生學習有相互關聯、經過組織的概念資訊，使學生能在科學概念之間創造彼此的關連性，幫助學生學習有意義的科學概念。而組織化過程 (organizational processes)在學習科學時是建立概念架構的主力，科學教師可以運用畫概念圖(concept map)的方法幫助學生完成組織化過程，也可以用概念圖去設計教學活動。自然科教學方法應以概念為基礎、過程導向為主，教師和學生都應主動建構知識，不能只是重複記憶(熊召弟、王美芬、段曉林、熊同鑫，1996)。林人龍(1999)曾提出傳統填鴨式、以教師講授為主的教學方式反而使學生在學習過程中失去天賦的才能，且每個學生的心智架構不同，學生不會帶著空白的心智接受學習，而是使用他們既有的認知架構進入學習活動，因此利用概念構圖策略可增進認知學習。且概念圖整合文字、圖形的圖像式思考，更適合用於科技認知概念的學習。概念圖的形式有很多種，其中，J. D. Novak 提出的概念構圖是一種圖解式的認知結構表示法，用命題形式來表徵概念之間的階層連結關係，很適合應用在自然與生活科技領域的教學。自從 J. D. Novak 提出概念構圖教學後，其應用的領域已由原先的科學教育逐漸擴展於其他學科(余民寧，1997)，國內外對概念構圖的相關研究越來越多，大多數研究皆證明概念構圖學習策略可以提高學生學業成就。范瑞東(2005)針對國內 52 篇相關文獻進行後設分析，發現概念構圖是一個有效的教學策略，能幫助學生增進信心，使其對學習產生正向態度。但學生獨立建構概念圖的負擔大，若經由小組合作，學生在挑選重要概念及建立適當連結關係時的困難度將大幅改善(林達森，2001)。在合作學習的環境中，學生可. 1.

(11) 以透過同儕觀點學習，彌補自己所學不足，而且可以減輕學生獨立概念構圖的壓力，在小組合作過程中集合眾人所思，學生呈現的小組概念圖也會更完整(吳慧婷，2009)。且小組合作圖像組織(graphic organizer)可改進學生探究技巧，讓學生在共同創作圖像組織時自然提出問題，且能運用分析、綜合、評鑑等高層次思考與推理，並強化理解內容和概念，使記憶更長久(李欣蓉， 2005)。合作學習的型式為影響概念構圖學習效果的重要機制，大部分學生較偏好與別人一起合作構圖(謝真華，1999)。 Lynne 與 Leigh (1993)提出概念構圖雖然是幫助學生建構知識的良好學習策略，但使用紙筆進行概念構圖常使學生感覺困難，構圖過程需要重覆修改、書寫概念及聯結等，反而使學生抗拒使用概念構圖。所幸電腦科技愈來越發達，我們可以利用電腦軟體幫助學生建構概念圖，提高其學習成效。目前建構概念圖的軟體很多，如 inspiration, FreeMind, Cayra, XMind, Mind Manager, IHMC Cmaptools 等，其中 FreeMind 為一跨平台、基於 GPL 協議的自由軟體，使用介面簡單，繪圖及匯出、匯入的功能完整，下載及使用上都很方便，因此本研究使用 FreeMind 軟體協助研究進行。民國 95 年 11 月教育部在資訊教育基礎建設中提出「建構縣市 e 化學習環境」計畫，各縣市政府陸續引進互動式電子白板、建置 e 化教室，推動校園 e 化學習環境的建置。研究學校亦於 98 學年度分別在自然科、社會科、英語科等教室裝設互動式電子白板 Smart Board。互動式電子白板能提供即時性的操控與書寫，提高教學過程中師生的互動性，且易於整合與呈現各種教學媒材，是良好的教學工具。周孝俊(2008)的研究中指出接受互動式電子白板教學學生的學習成就明顯優於接受傳統教學學生，且多媒體教學融合互動式電子白板教學的互動性，能提高學生學習意願與學習信心。林儀惠(2008) 的研究同樣也指出接受互動式電子白板融入教學之學生的數學成就測驗結果優於接受傳統教學學生。而黃雅萍與林欣玫(2009)的研究中指出互動式電. 2.

(12) 子白板融入教學能促進師生間的教學互動，以及提升學生學習的內在價值動機。另外，Takeya 於 1980 年提出試題關聯結構(item relational structure, IRS)，這是一種表徵知識結構的方法，此理論可根據施測結果，依照試題通過率及試題反應所得的次序關係，繪製出試題關聯結構圖，表現出受試者的知識結構。但試題關聯結構僅限於二元關係的運用，因此 Lin, Bart 與 Huang (2006) 提出多元計分試題關聯結構 (polytomous item relational structure, PIRS)，突破試題關聯結構受限於二元資料的限制，將其拓展至多元資料的分析。由於概念構圖適合應用在自然與生活科技領域的教學，且能提高學生學習成效，若透過小組合作，可降低學生獨立構圖的壓力，同時使小組概念圖更加完整。而互動式電子白板融入教學能提高學生學習成就及動機，並增進師生互動，且利用電子白板操作 FreeMind 軟體可協助學生更快速建構概念圖，加上目前互動式電子白板結合不同教學法的相關研究仍十分缺乏(陳惠邦，2006)，在國內尚未有利用電子白板於概念構圖教學的研究，因此，本研究希望透過利用電子白板的概念構圖教學，了解利用電子白板的概念構圖教學對學生在自然與生活科技領域的概念學習影響、改變情形，並利用多元計分試題關聯結構來了解學生的知識結構。. 第二節研究目的基於上述研究動機，本研究之目的在於透過此次研究結果，了解利用電子白板的概念構圖教學對學生在自然與生活科技領域的概念學習影響、改變情形及知識結構，提供學生更有效的學習策略，達到更好的教學成效。其具體目的分述如下：. 3.

(13) ㄧ、探討接受「電子白板的概念構圖教學」與接受傳統教學的學生在紙筆成就測驗的表現上有無差異？二、探討接受「電子白板的概念構圖教學」與接受傳統教學的學生之知識結構差異。三、探討接受「電子白板的概念構圖教學」學生的意見與反應。. 第三節名詞解釋本節將本研究中提到的相關名詞作一解釋和釐清，分述如下。. 一、概念圖(concept map) 概念圖概念圖是一種呈現概念(concepts)間關係的圖解(diagram)，可用來組織和表徵知識。它通常將某一主題的有關概念放在圓圈或方框之中，然後用線段連結(links)相關的概念和命題(propostions)，並在連線上標明兩個概念之間的意義關係。概念圖的形式有很多種，大約可分為蜘蛛網狀式概念圖(spider concept map)、階層構圖(hierarchy map)、流程圖式概念圖(flowchart concept map)、系統式概念圖(system concept map)、風景式概念圖(picture landscape concept map)、多維/立體式概念圖(multidimensional/3-D concept map)、曼陀羅式概念圖(Mandala concept map)等數種(林人龍，1999；謝富榮，2003；沈中偉，2004)。. 二、概念構圖(concept mapping) 概念構圖概念構圖是利用概念圖來表示知識結構的一種歷程。透過連結線 (linking lines)與連結語(labels)將兩兩概念依其關係連結起來，使其形成有意義的命題形式，再將每個獨立的命題延伸串連成更大的知識架構。. 三、互動式電子白板(interactive whiteboard, IWB) 互動式電子白板. 4.

(14) 互動式電子白板為一個結合觸控螢幕、電腦、投影機、音響設備等硬體的系統，簡稱為 IWB。配合系統應用軟體，螢幕呈現出電腦畫面，使用者可直接在觸控螢幕上對電腦進行各種操作，以及在觸控螢幕上書寫文字、繪製圖形，並能即時記錄教學過程、儲存教學內容。. 四、試題關聯結構(item relational structure, IRS) 試題關聯結構試題關聯結構是依據次序理論(ordering theory)的模式來探討試題間關係的分析方法。此理論針對二元計分(dichotomous)試題，依據其列聯表資料，計算出試題的次序性係數，並以閾值為判斷標準，決定試題間是否有關聯存在，然後以試題通過率為縱軸，繪製出試題關聯結構圖，可表現出試題間的層次和關係。. 五、多元計分試題關聯結構 (polytomous item relational structure, PIRS) 多元計分試題關聯結構由 Lin et al. (2006)提出，其根據試題關聯結構理論並改良 IRS 受限於二元計分資料的限制，擴充至可分析多元計分資料，計算出試題的次序性係數，並以閾值為判斷標準，決定試題間是否有關聯存在，然後以試題通過率為縱軸，繪製出多元計分試題關聯結構圖，表現出試題間的關聯與次序性關係。. 5.

(15) 6.

(16) 第二章文獻探討本研究旨在了解利用電子白板進行概念構圖教學，對學生在自然與生活科技領域的概念學習影響、改變情形，以及分析學生的知識結構，因此，本章論述有關概念構圖、互動式電子白板及多元計分試題關聯結構的理論與相關實證研究。. 第一節概念構圖的理論及相關研究ㄧ、概念構圖簡介概念構圖最早為 J. D. Novak 等人於 1984 年所發展出的教學策略，作為教學、學習、研究、及評量的工具使用。概念構圖是利用概念圖來表示知識結構的一種歷程，透過概念之間的連結，構成有意義的命題，並以階層的形式排列，最終形成可以表現出學習者知識結構的概念圖。. 二、概念構圖的理論基礎概念構圖的理論基礎大致分為訊息處理論、知識表徵論、後設認知理論、意義學習理論以及知識建構論五大部分，其分述如下： (一) 訊息處理論(information-processing theory) 在 1960 年代以前的學習理論大多將學習視為單一歷程，而 1968 年 Atkinson 與 Shiffrin 提出採多重歷程處理(multiprocess processing)的記憶理論，指人類將記憶當做訊息處理時，非單一歷程，而是將接收到的訊息分成數個階段處理，且每個階段的記憶方式不同，如圖 2-1 (張春興，2008)。. 7.

(17) 外在刺激. 感覺記憶. 注意. 短期記憶(STM) (時間) 運作記憶(WM) ( ). 遺忘. 長期記憶 (LTM). 複習. 程. 遺忘. 性記憶述性記憶記憶記憶遺忘. 圖 2-1 訊息處理中的記憶與遺忘(引自張春興，2008). 根據圖 2-1 所示，訊息處理過程中，有三種連續性的不同記憶。分述如下： 1.感覺記憶(sensory memory, SM) 感覺記憶是指個體的感覺器官如眼睛、耳朵等感受到外界刺激所引起的短暫記憶，維持的時間約在三秒鐘以下，稍縱即逝，個體如果沒有進一步處理這些訊息，記憶就會消失。 2.短期記憶(short-term memory, STM) 若個體對感覺記憶加以注意，便會有部分訊息轉為短期記憶，時間維持約 20 秒左右。個體如果認為處理的訊息是重要的，則可採用複習的方式，使之保持較長時間而轉為長期記憶。若無繼續處理，短期記憶仍隨即消失而遺忘。另外，運作記憶(working memory, WM)是指個體對訊息性質作更深一層認識與理解之後刻意保留，是轉換為長期記憶的主因。因此，教師呈現教材(刺激)時必先引起學生的注意，進而引導學生在短期記憶階段運用舊知識對新知思維運作而獲得新知(張春興，2008)。 3.長期記憶(long-term memory, LTM). 8.

(18) 長期記憶是指個體保持訊息長久不忘的永久記憶，且按訊息的性質分別組織成不同類別的知識。而新近教育心理學家研究發現，長期記憶中除了陳述性知識、程序性知識，還有第三類記憶稱為條件性知識(張春興， 2008)。 (二) 知識表徵論余民寧(1997)認為知識是指記憶中對訊息的儲存與組織，是一種有組織的訊息。從群集模式(clustering model)、集合理論模式(set-theoretical model)、語意屬性比較模式(semantic feature-comparsion model)、網路模式(network model)、神經認知模式(neurocognitive model)五種知識結構表徵模式中可發現「概念」為知識的基本單位，而由概念組合而成的「命題」則是儲存知識的基本單位。因此，應用命題式表徵系統作為知識結構表徵基礎的教學法或評量方式，能幫助學生了解命題的意義，進而了解知識的結構和涵義。 (三) 後設認知理論(metacognition theory) 後設認知是指個人對自己認知歷程的認知。即個人在求知過程中，能明確了解自己所學知識的性質與內容，且知道如何進一步運用知識來解決問題(張春興，2008)。 Flavell (1979)認為後設認知是個人能覺知自己的認知歷程，並且會主動去偵測自己的認知歷程。其分為後設認知知識 (Metacognitive knowledge)、後設認知經驗(Metacognitive experiences)、後設認知技能 (cognitive monitoring skills)三大成分。Brown (1987)則認為後設認知分為認知的知識(knowledge about cognition)與調整的知識(knowledge about regulation)兩部分。教師若能善用認知策略(cognitive strategy)，幫助學生在學習時達到後設認知，便能提升學生的學習成效。而概念構圖策略與後設認知有密. 9.

(19) 切關係，它可讓學生對自己所學的知識作概念分析，同時又可培養有效理解自己認知歷程的學習方法(謝真華，1999)。 (四) 意義學習理論(Meaningful Learning Theory) 意義學習理論由 Ausubel 所提出，意義學習是指學生能了解自己所學的教材文字所表達的意義，且能與自己既有的知識作聯結，形成學生自己的新知識。如果知識教學能使學生產生意義學習，那學生學到的知識就能儲存於長期記憶中，不易遺忘(張春興，2008)。當學生記憶新知卻沒有與既有知識聯結時，將會變成死記知識的機械式學習(rote learning)。與機械式學習相對的就是意義學習，想要產生意義學習包含三個必要條件：第一，學習者必須知道運用某些方法將新知與舊知識聯結；第二，學習新知時必須與其他知識聯結，且新知在本質上是要有意義的，即此新知包含重要概念與命題；第三，學習者必須自覺且有計畫的去選擇新知與舊知的聯結，進而產生意義學習(Novak, 1998)。 (五) 知識建構論建構主義認為知識是由學習者主動建構而成的，學習就是知識的建構，將新知統整於原有的知識架構中，是使舊經驗與新知識產生意義的過程，用以適應新環境。意義學習即是人類建構行為的基礎，是學習有用知識和建構新知識的基本過程(余民寧，1997)。綜合上述所論，如何在教學時引起學生注意、幫助學生將短期記憶有系統、有組織、有意義的統整於長期記憶中，並且協助學生學習時能達到後設認知，正是教師們所需要努力的方向。對學生而言，要理解教科書內的科學概念是非常困難的，因此教師應協助學生將新的科學概念與其過去所熟悉的事物做連結，若學生能正確將過去熟悉的概念與新的概念建立聯結，就能對教科書所涵蓋的概念作有意義的了解(熊召弟等人，1996)。而概念構圖結合. 10.

(20) 了訊息處理論、知識表徵論、後設認知理論、意義學習理論以及知識建構論，是一能提供教師幫助學生記憶知識、達到後設認知、產生意義學習及建構知識的良好教學策略。. 三、概念構圖在教學方面的相關研究國內外有關概念構圖的實證研究很多，茲將其應用於教學及評量的相關研究分述如下。 Novak, Gowin 與 Johansen (1983)研究七、八年級學生是否可以使用概念構圖和 V 形圖策略學習科學課程。經過六個月的教學後，發現：1.任何能力水準的學生都可以學會使用概念構圖和 V 形圖，只是不容易達到非常熟練的程度。2.實驗組在問題解決表現上優於控制組。 Heinze-Fry (1987)的研究對象為自己教導的大學生，探討概念構圖技巧是否能使學生學習生物時達到有意義的學習，經過五個月的研究後測量學生的知識獲得與保留情形，發現實驗組和控制組無顯著差異，但實驗組顯示出有較佳的趨向。 Feldsine (1987)研究中探討使用概念構圖策略是否能增進大學生化學科的學習。研究對象包含 4 名大學生，他們接受建構概念圖的指導，並在學習每一章之後建構概念圖。研究者在一個單元結束後和三個月後進行晤談。歸納出以下結論：1.教師可從概念圖中了解學生對化學課程的認知理解情形。 2.透過概念圖的建構，學生得到更完整的知識理解，並理解自己如何學習。 Pankratius (1990)以六個高中班級為研究對象，兩班為控制組，接受一般教學；兩班為低處理水準概念構圖組，只在物理課教學後進行概念構圖研究；其餘兩班為高處理水準概念構圖組，在教學前中後都要進行概念構圖。研究結果顯示進行概念構圖教學的實驗組的成就表現顯著優於一般教學的控制組，且高處理水準概念構圖組得分又較高。. 11.

(21) Seaman (1990)的研究對象為兩個五年級自然科學班級共 40 名學生，分成三組，一組是合作學習概念構圖組，每三人一組；一組是個別概念構圖組；一組是控制組。每堂課結束後進行測驗，單元結束後完成單元複習圖，並接受單元測驗。研究結果發現：1.合作概念構圖小組與個別構圖小組的測驗成績比控制組好。2.同一組內高成就者的表現越好，低成就者表現越差。 Udupa (1993)的研究對象為 42 名高中生，將其分為合作學習概念組及控制組，進行五週的生物科教學。每週施測一個成就測驗及畫一次概念圖。結果發現：1.合作學習概念構圖對學生學習成就有正向效果。2.學生對合作學習及概念構圖的態度為正向的。3.學習不佳的學生也有能力進行概念構圖。許松樑、邱上貞與蔡長添(1990)的研究對象為 359 名國中生，嘗試以概念構圖技巧評量學生生物科學習成就、比較傳統測驗與概念構圖評量的差異，並且比較不同程度學生的概念構圖差異。將學生分為甲乙兩個智育成績高低不同的兩班群，進行概念構圖指導、概念構圖練習測驗、傳統測驗、生物科概念構圖。結果顯示：1.概念構圖可作為另ㄧ種評量學生成就之測驗工具，與傳統式生物測驗有相同效用。2.概念構圖可測出學生的概念統整能力。3.概念構圖可供教師診斷學生學習情形，了解其錯誤概念以便進行補救教學。4.學生對概念構圖評量態度為中性稍趨正向。陳李綢(1994)的研究對象為大ㄧ新生及進修部學生各 90 名，兩組學生再隨機分派成實驗組和控制組兩組，分別接受不同的策略訓練，實驗課程為ㄧ學期。研究結果發現：1.經由「學如何學」策略訓練的實驗組，其學習表現顯著優於控制組。2.「學如何學」策略訓練對個人認知或思考歷程有正向的效果，可幫助學生在學習過程中理解並掌握自己的認知歷程，促進教學效果及評量。謝真華(1999)的研究探討概念構圖教學對國小四年級學生在自然科的學習成效。研究對象為兩班級共 76 名小四學童，其中一班實驗組進行概念. 12.

(22) 構圖教學，為期九週，另一班控制組實施傳統教學。兩組皆實施前、後測(自然科成就測驗、自然科學習態度量表及第二次自然科成就測驗)。研究結果發現：1.實施概念構圖教學能使學生的自然科學習成就優於傳統教學學生，不僅具有立即效果，也具有持續效果。2.概念構圖教學可提高學生學習自然科的信心。而此研究建議：1.教師可視教學情境而彈性運用概念構圖策略以輔助學生學習。2.教師可利用概念構圖來準備教學。3.教師可將概念構圖列作ㄧ種課後作業的型式。薛雅惠(2000)研究探討概念構圖在地理教學上的成效，研究對象為大學四年級兩班級，一班實驗組進行概念構圖指導，請學生閱讀短文後分組繪製概念圖，並向全班報告。另一班控制組採用傳統講述教學。研究結果發現： 1.學生認為概念構圖教學策略可增進學習效果，達到有意義學習目的。2.學生找資料建構概念圖即是一種主動建構知識的學習歷程，學生透過互助合作、相互溝通的人際互動才能呈現各組概念圖。3.教師可透過概念構圖教學歷程診斷出學生在學習過程中的困難和迷思，並可改進教學方法，建立良好師生互動關係。而此研究建議：1.教師應設計多次概念構圖的練習活動，使學生熟悉概念構圖的學習活動。2.教師在概念構圖教學活動中，應安排展示概念構圖的活動，用以診斷學生學習困難處，並適時給予指導，協助學生完成較完整的概念圖。陳俊智與郭小菁(2001)對二專部ㄧ年級學生進行應用概念構圖法於造形課程教學之研究，研究結果發現：1.高分組在概念圖計分、學後測驗成績及應用分析與推理技巧等表現均顯著優於低分組，證明概念構圖法是一種有效的學生學習評量與教學診斷之工具。2.高低分組在應用記憶性思考技巧的測驗成績差異不達顯著。黃福興(2003)的研究對象為國小四年級，實驗組和控制組各 25 名，探討閱讀概念圖實驗教學處理對學生科學文章理解的學習成效，實驗進行兩週. 13.

(23) 共八堂課，研究結果顯示實驗組和控制組在科學文章閱讀理解測驗的得分有顯著差異，且實驗組得分高於控制組。結果顯示閱讀概念圖教學能增進國小學生對科學文章閱讀理解的理解能力。而研究者對未來研究建議：1.可擴大研究樣本數量。2.增加教學時數讓學生學習更完整的概念構圖策略。3.應加強教師與學生對概念圖的認知。吳裕聖與曾玉村(2003)研究概念構圖策略對小五學生科學文章理解及概念構圖能力的影響，採 3(教學策略)×2(高低學業性向)獨立樣本二因子不等組前後測設計，樣本有三個班級共 109 名學生。教學策略分為繪製概念構圖、閱讀概念構圖、傳統教學三組，均先施以科學文章理解及概念構圖之前測，經七週教學後均再實施後測。研究結果發現：1.繪製概念構圖教學策略能有效影響學生在科學文章理解和概念構圖能力。2.閱讀概念構圖教學策略在科學文章理解和概念構圖能力方面的成效均優於傳統教學策略。研究者建議：1.後續研究可針對持續效果做進ㄧ步評估。2.可進行同時間比較不同年齡層的教學效果。3.實驗教學材料可考慮除自然科學領域以外的教材進行研究。李博宏與王薰巧(2004)對國小四年級某班學童進行每週多一節應用概念構圖教學的自然與生活科技領域課程，為期一個學期，蒐集學生上課學習單、概念圖、晤談等資料，結果發現：1.多數學生定期評量成績有進步。2. 多數學生認為概念構圖不難，且能幫助學習，並認為小組合作構圖對自己學習有幫助。研究者建議教師可讓學生在單元教學前畫概念圖，以了解學生的先備知識與起點行為；並在教學後讓學生再次畫該單元概念圖，以評量學生是否真的學會。陳惠娟與洪久賢(2005)的研究對象為三班國中一年級學生，進行十週八單元綜合活動領域課程，兩班實驗組為閱讀概念圖及繪製概念圖組，一班為ㄧ般教學策略組。研究結果發現：1.繪製概念圖組在學業成就上有較佳表. 14.

(24) 現。2.可能是實驗教學時間不足，以致於實驗組和對照組之問題解決測驗得分未達顯著差異。3.衡量學生能力安排程度適中課程，並使學生具充分概念構圖經驗時，繪製概念圖策略能有效改變學生認知結構。研究者建議：1.教師日後宜採行動研究方式，實施一學期或ㄧ學年後，再驗證其成果。且可對實驗組進行後測之追蹤研究。2.概念構圖教學屬於一種思考訓練，連續 10 週的閱讀或構圖活動令學生感到疲乏，建議未來改採隔週進行概念構圖的方式，減少學生因疲憊而影響概念構圖效果的情況。林達森(2005)的研究對象為六班小五學生，兩班(計 74 名)接受案例式概念構圖教學，兩班(計 74 名)接受鷹架式概念構圖教學法，餘兩班(計 74 名) 接受傳統教學法。教學時間約一個月，進行共 15 堂課的教學及評量活動。研究結果發現：1.概念構圖教學法能顯著提升學習者生物能量概念學習的成效。2.接受實驗學生覺得案例式教學對學習幫助較大。研究者建議案例式概念構圖教學法結合合作學習，能有效訓練學生的概念構圖能力，或是在訓練初期結合應架式概念構圖教學，以減低訓練初期的困難度。鄭憲聰(2006)對國小三年級學生進行概念構圖教學法應用於國小運輸科技課程的教學，共實施八節課。研究結果發現學生經過繪製概念圖後可提升本身思考和統整能力，且能幫助記憶學習內容。研究者也建議教師運用概念構圖法於教學前應先提供學生相關知識和概念，再進行概念構圖教學的效果會比較好。邱垂昌(2006)的研究對象為 37 名大學一年級生，探討比較合作學習與個別學習概念構圖對學生學習商業會計學的學業成就與情意態度的差異。研究結果發現：1.學生利用合作學習概念構圖方式之學業成就及正面情意態度顯著高於個別學習方式。2.學生認為概念構圖能幫助學習，具有統整及釐清概念的功能，降低學習障礙。于富雲與陳玉欣(2007)的研究對象為國小四年級 7 個班級學生，配合自. 15.

(25) 然科教學，採 4(概念構圖、摘要、自習、控制)×2(性別)不等組的前後測實驗控制設計法，進行連續八週的實驗教學活動。搜集學生學習策略量表、成就測驗成績等資料進行分析，結果發現：1.概念構圖組在認知策略表現上顯著優於摘要組、控制組和自習組。2.概念構圖組在後設認知策略與學習成就表現上顯著優於控制組和自習組。3.性別對於概念構圖組、摘要組在認知策略、後設認知策略、學習成就上無顯著影響。羅希哲、溫漢儒與曾國鴻(2007)的研究對象為高一兩班學生，進行概念構圖融入電腦輔助教學應用在綜合高中學生化學科的學習成效及態度之研究。研究結果發現：1.接受「概念構圖融入電腦輔助教學」之教學策略的學生，其後測成績與學後保留成績明顯優於傳統講授法的學生。2.不同性別學生接受「概念構圖融入電腦輔助教學」之教學策略，其後測成績、學後保留成績與學習態度無顯著差異。3.實驗組學生在分析及綜合等認知層面的學後保留情形不佳，但知識、理解、應用及評鑑等認知層面的學後保留情形佳。 4.此研究發展的教材能引起學生注意與興趣，也能改變學生學習態度。研究者建議：1.儘可能以動畫呈現概念，加強「概念構圖融入電腦輔助教學」之軟體設計。2.裝設固定投影設備、注意投射採光，營造更佳的學習環境。3. 安排更長時間指導學生了解概念構圖，使學生掌握原則，增加繪製概念圖的信心。邱垂昌(2008)的研究目的在探討概念圖是否可作為中級會計學補教教學與評量之輔助工具，研究對象為 37 名大學一年級學生，採等組前後測實驗設計。研究結果顯示：1.概念圖是進行補救教學的良好輔助工具，教師可透過概念圖的開放式聯結了解學生的認知結構。2.概念圖可幫助學生降低迷失概念，進而提升學業成就。3.概念圖測驗分數具有和傳統測驗分數相同的效度，可作為輔助傳統評量之評量方法。綜合上述相關研究結果可發現：. 16.

(26) 1.概念構圖教學法對學生學習成效的研究結果不一致。多數研究指出概念構圖教學法對學生的學習成效有正向的影響，可幫助學生達到有意義的學習。而范瑞東(2005)的後設分析研究中也指出以概念構圖為教學策略進行學習的學生，在認知與情意方面的整體成效優於傳統教學，且達中等以上的正向效果。而少數研究提出接受概念構圖教學的學生的知識獲得表現無顯著優於接受傳統教學學生。 2.利用合作學習概念構圖方式能幫助學生學習，學業成就及正面情意態度顯著高於個別學習方式，並能降低學生構圖初期的困難度。 3.概念構圖教學法對不同性別學生的學業成就與學習態度的影響無顯著差異。 4.教師可利用概念構圖教學診斷出學生在學習過程中的困難和迷思，概念構圖法是一種有效的教學診斷工具。 5.概念構圖法是一種有效的學習評量工具，概念圖測驗分數具有和傳統測驗分數相同的效度，可作為輔助傳統評量之評量方法。而部分研究提出學生對概念構圖評量態度為中性稍趨正向。而綜合上述研究建議可發現： 1.應加強教師與學生對概念圖的認知。教師應設計多次概念構圖的練習活動，指導學生了解概念構圖的原則、對概念構圖具備足夠知識與概念，使學生熟悉概念構圖的學習活動。 2.教師在概念構圖教學活動中，應安排展示概念構圖的活動，用以診斷學生學習困難處，並適時給予指導，協助學生完成較完整的概念圖。 3.教師可將概念構圖列作ㄧ種課後作業的型式。 4.使用電腦輔助教學，應加強教學軟體設計，並注意投影設備及採光，營造較佳學習環境。由於以上建議，本研究為了使學生更加熟悉概念構圖，設計了概念構圖. 17.

(27) 學習單，並進行概念構圖試驗性教學。而且在正式實驗課程中使用互動式電子白板融入教學，全班在課堂上利用電子白板共同合作繪製概念圖，以及呈現各組概念圖，適時給予學生指導，並在課後讓學生完成概念構圖作業，以增進學生對課程內容的理解。. 第二節互動式電子白板的理論及相關研究一、互動式電子白板簡介互動式電子白板的主要硬體為一塊電子感應板(electronic whiteboard)及其感應器。電子感應板相當於觸控式螢幕，既是電腦螢幕，同時又像是傳統白板一樣具有書寫功能；感應器通常是一支相當於滑鼠功能的感應筆 (electronic stylus)。目前其感應技術可概分為紅外線感應、壓力觸控感應、電磁追蹤感應、超音波感應四大類。互動式電子白板必須結合電腦、投影機才能發揮功能，表面上互動式電子白板的外觀、功能與傳統白板(黑板)相同，但接上電腦、投影機後，互動式電子白板可以透過其系統軟體連上網際網路或衛星傳輸，形成人機、人際多重且高度互動的教學體系。互動式電子白板也有其他附屬產品，如藍芽傳輸手寫板、平板電腦、投票器等，另外也可以因教學需求增加喇叭、數位電子顯微鏡、掃描器、印表機等設備(陳惠邦， 2006)。互動式電子白板系統如圖 2-2 所示。. 18.

(28) 投影機. USB 連結線. 使用者觸控 IWB 下達指令，透過連結線傳至電腦. Internet 衛星電腦. 投票器(等其他多媒體設備). 印表機掃描器. 手寫板. 電子顯微鏡. 圖 2-2 互動式電子白板系統. 二、互動式電子白板在教學上的應用互動式電子白板是應用於教室教學中的先進科技，英、美、加、澳等國家已日漸普及(陳惠邦，2006；梁宗賀、黃雅貴、杜淑娟、陳煥彬、陳雅麗， 2007；吳致維、林建仲，2009；陳韻雯，2009)。根據陳惠邦(2006)的研究，互動式電子白板在教室中的應用層次如下： (一) 代替傳統黑板的展示或教學呈現功能：教師可將互動式電子白板當做白板使用，直接在上面進行書寫講解，且透過與電腦、投影機的連結，將各種教學資源呈現出來。 (二) 以教師為主導媒體操作平台：教師利用互動式電子白板操控電腦，開啟相關教學資源進行教學。 (三) 以教師為中心的展示平台：教師使用互動式電子白板系統軟體功能如圖像化、動態化等，或使用資料庫中的教材、遊戲等進行教學。. 19.

(29) (四) 師生互動學習平台：教師應用互動式電子白板系統軟體功能(拉幕、聚光燈、超連結、捷徑、部件與方塊、書寫辨識或語音辨識)及其資料庫中的教學素材，或上網蒐集相關教學資源，設計符合師生互動的教學活動。 Glover 與 Miller (2001)提出互動式電子白板在教學上的應用有三個層次： (一) 增進教學效率：教師在上課中能靈活運用各種數位科技的教學資源，無需中斷上課或影響上課步調。 (二) 擴展學習領域：教師可以利用互動式電子白板呈現更吸引人的教材來解釋各種概念。 (三) 轉化學習：與互動式電子白板的互動過程能激發產生新的學習風格。綜上所述，互動式電子白板在教學上有多方應用，茲整理如下： (一) 整合教學資源：教師利用互動式電子白板整合多媒體教材及其他教學資源，並能連上網路運用網路資源進行教學，還可利用其系統軟體進行書寫文字、繪製圖形、儲存檔案等功能。互動式電子白板與教學資源、軟體程式的整合使教學突破時空限制，讓教學內容的呈現更多樣、豐富(陳惠邦，2006)。 (二) 提高師生互動與教學品質：教師可利用其附屬產品如藍芽傳輸手寫板、投票器等增進師生之間的互動，結合互動回饋系統(Interactive Response System, IRS)可即時回饋學生學習成果，提高學生學習興趣，進而提升教學品質(梁宗賀等人，2007)。. 三、互動式電子白板在教學方面的相關研究國內外有關互動式電子白板的實證研究很多，茲將其應用於教學的相關研究分述如下。. 20.

(30) Amolo (2006)的研究對象為 26 名五年級學生，目的要了解如何應用互動式電子白板在社會科教學及學生對互動式電子白板使用的感覺，此研究蒐集學生社會科成就測驗的前後測分數及學生日誌等資料。研究結果發現互動式電子白板的使用對學生有正向的影響，能提高學習興趣及專注力，促進學生的學習。研究者也建議未來研究可繼續探討以下兩方面：1.互動式電子白板應用在其他科目對學生學習的影響情形？2.低年級對互動式電子白板的使用情形是否和中高年級相同？周孝俊(2008)的研究對象為國小四年級，探討互動式電子白板融入自然科土石流教學活動的學習效果，蒐集學生自然科學習成就測驗及學習態度量表的前後測分數進行分析，研究結果顯示：1.接受互動式電子白板融入教學的實驗組學生，其學習成就測驗成績顯著優於傳統教學的控制組。2.實驗組學生的自然科學習態度總分顯著優於傳統教學的控制組。3.有 70%以上學生認為互動式電子白板融入教學能增加學習信心及改善學習態度。林儀惠(2008)的研究探討互動式電子白板應用在國小數學教學的成效，研究對象為兩班國小五年級學生，實驗組與控制組各 27 名，分析學生數學成就評量前後測分數以及對學生進行訪談。研究結果發現：1.接受互動式電子白板融入教學學生的數學成就測驗分數優於接受傳統教學學生。2.大部分學生能肯定互動式電子白板融入教學，並能提升學習興趣。研究者對未來研究有以下建議：1.可在不同教材內容或是其他領域進行研究，進ㄧ步探討互動式電子白板在其他教材的實施效果。2.可增加不同領域的受試者及人數，以擴大研究推論。蔡美仁(2008)的研究對象為國小六年級學生(實驗組 29 名與對照組 30 名)，進行自然與生活科技領域教師使用互動式電子白板教學對學生學習態度與學習成效影響之研究，研究結果發現：1.實驗組和對照組學生對自然科學習態度無顯著差異。2.使用互動式電子白板教學對小六學生在自然與生活. 21.

(31) 科技領域的學習成效提升方面未達顯著影響。3.使用互動式電子白板教學對小六男生的自然科學習態度有正面影響。4.使用互動式電子白板教學對小六不同性別學生在自然與生活科技領域學習成效的提升方面未達顯著影響。而研究者建議在學生方面：1.可延續本研究再加上質性訪查紀錄，分析學生對於使用互動式電子白板教學時的深入感受。2.可探討使用互動式電子白板教學對不同學習風格的學生是否有不同程度的影響？在教師方面：1.可探討使用互動式電子白板教學時教師與學生的相對位置所造成的影響。2.可進行使用互動式電子白板教學時教師教學法的研究。鄭惠敏(2008)對國小五年級某一班的師、生進行研究，探討自然科教師在教學過程中融入互動式電子白板的使用對師生互動、學生學習態度及教師教學信念的影響。透過教師訪談、教室觀察，及自然科學習態度量表、師生提問互動紀錄表進行資料的收集，最後以質性及量化統計方式進行分析。研究結果發現：1.個案教師的教學信念並未因互動式電子白板的融入教學而有太大的轉變，大致上仍傾向「教師中心」取向。2.學生學習策略向度略有提升，但學習態度未達顯著差異，主因可能在於教師之科學知識觀偏向客觀主義，且使用互動式電子白板融入教學的時間不到教學總時數的一半。3.使用互動式電子白板教學能激發學生深入探究問題的興趣及參與互動的意願。研究者建議：1.教學設計方面應提升互動式電子白板融入教學的應用層次，以利師生互動，增進學習態度。2.未來研究方向可進行互動式電子白板適用單元之研究。黃雅萍與林欣玫(2009)研究互動式電子白板融入自然科教學中對學生自然科學習動機的影響，研究對象為國小五年級學生共 110 名，根據受試者在自然科學習動機問卷的得分進行統計。結果發現：1.互動式電子白板融入教學能促進師生間的教學互動。2.互動式電子白板融入教學能提升學生學習的內在價值動機。研究者建議未來研究可延長教學時間、並加入其他影響因. 22.

(32) 素一起討論，以了解學生學習動機的轉變。鄭仁燦(2009)對國小五年級學生(實驗組 27 名與控制組 30 名)進行互動式電子白版融入國小英語教學之研究，研究結果發現 1.互動式電子白板有助於提升學生的英語學習成就。2.互動式電子白板有助於激發學生的英語學習動機。3.互動式電子白板有助於降低學生的英語學習焦慮。而研究者建議： 1.可延長實驗教學時間，探討教學成效是否能繼續維持。2.可探討高中低不同能力學生接受實驗教學的成效。3.可進行觀察、訪談等質性研究。郭伊黎(2009)的研究對象為臺中市某國小啟智班中重度智能障礙學生共 9 名，進行結合互動式電子白板協助中重度智能障礙兒童學習功能性數學成效之研究。研究結果發現互動式電子白板教學能有效提升學生的學習成效、數學學習動機與專注力及學習期望。綜合上述相關研究結果可發現： 1.多數研究指出利用互動式電子白板融入教學可提升教學成效、增進學生學習動機、學習信心及改善學習態度。少數研究發現互動式電子白板融入教學未能顯著提升學生學習成效與學習態度。 2 部份研究指出利用互動式電子白板融入教學可激發學生深入探究問題的興趣及促進師生間的教學互動。而綜合上述未來研究建議可發現：部分研究建議延長實驗教學時間以探討教學成效維持情形。另外，提升學生學習成效並非單方面倚賴電子白板，教師應著重互動式電子白板的「互動」功能，依據學生的學習需求與教室現場特性設計適當課程，以提升學生學習成效(吳致維、林建仲，2009)。因此，本研究設計連續兩個單元的實驗教學課程，以探究延長實驗教學時間對教學成效的影響，並利用互動式電子白板讓師生能共同在電子白板上繪製概念圖，提高教學互動，以期達到更好的教學成效。. 23.

(33) 第三節多元計分試題關聯結構的理論及相關研究一、多元計分試題關聯結構理論多元計分試題關聯結構由 Lin et al. (2006)根據試題關聯結構理論，改良其受限於二元關係資料的限制，將其擴充至可分析多元關係資料。其原理與試題關聯結構相同。若試題的次序性係數大於設定之閾值ε，則代表試題間有關聯存在，以箭頭表示試題間的次序關係，繪製出多元計分試題關聯結構圖。其分析步驟如下(Lin et al. , 2006)： 1. 假設試題 i 和試題 j 的計分點數分別為 Ci 和 C j ，令 k = 0,1,..., (C i − 1) 且 l = 0,1,..., (C j − 1) ，受試總人數比例如表 2-1 所示。其中 p kl 表示試題 i 的反. 應為 k 且試題 j 的反應為 l 的機率： p k • 表示試題 i 在反應 k 的邊際機率， p•l Ci −1 C j −1. 表示試題 j 在反應 l 的邊際機率，因此可知 ∑ ∑ p kl = 1 。 k =0 l =0. 表 2-1 試題 i 和試題 j 的答題人數之列聯表試題 j. 總和. C j −1. Cj −2. .... 1. 0. Ci − 1. p( Ci −1)( C j −1). p(Ci −1)( C j −2). .... p(Ci −1)1. p(Ci −1) 0. p( Ci −1)•. Ci − 2. p(Ci −2)( C j −1). p(Ci − 2)(C j − 2). .... p(Ci − 2)1. p ( Ci − 2 ) 0. p ( Ci − 2 ) •. .. .. .. .. .. .. .... .. .. .. .. .. .. 1. p1(C j −1). p1( C j − 2). .... p11. p10. p1•. 0. p0( C j −1). p0 ( C j − 2 ). .... p01. p00. p0•. p•( C j −1). p•(C j −2 ). .... p•1. p •0. 1. 試題 i. 總和. 2. 定義無法滿足「試題 i 指向試題 j 」的試題配對之集合 A 如下，且令集合 A 的元素個數為 # A ：. 24.

(34)  k l  A = (k , l ) <  Ci − 1 C j − 1 . (1). 3. 以正規化的方法，定義多元計分「試題 i 指向試題 j 」的順序性係數為： rij* = 1 − (. p kl 1 )∑∑ # A k l ( p •k )( p l • ). , ∀. k l < Ci − 1 C j − 1. (2). 4. rij* 若愈大，表示試題 i 可能為試題 j 的前置關係。根據閾值 rij* 決定試題間的順序關係，若 rij* ≥ .50，表示試題 i 為試題 j 的前置概念，即試題 i 與試題 j 有順序關係，此時以 rij = 1 表示，以圖繪 i → j 表示；若 rij* ≤ .50，表示試題 i 不是試題 j 的前置概念，即試題 i 與試題 j 沒有順序關係，此時以 rij = 0 表示，圖繪中 i 沒有指向 j 。. 二、多元計分試題關聯結構在教學方面的相關研究多元計分試題關聯結構在教學方面的相關研究國內有許多應用多元計分試題關聯結構理論於教學的研究，茲分述如下。陳振忠(2008)以臺中市某國小五年級一班共 35 名學童為研究對象，研究目的在藉由試題關聯結構理論分析探究學童在分數減法概念的知識結構。研究結果發現：1.在同分母分數減法概念中，學童的概念上下位關聯為： (1)分子減法概念→約分→求最大公因數→退位+約分+整數減法概念。(2)退位概念→約分概念→求最大公因數→退位+約分+整數減法概念。(3)約分概念→分母為分子的倍數概念→退位+約分+整數減法概念。2.在異分母分數減法概念中，學童的概念上下位關聯為：兩分母互質概念→兩分母為倍數關係概念→兩分母需求最小公倍數概念。此研究結果可作為教學者及未來研究之參考。劉思玎、黃秋銘與林原宏(2008)的研究對象為臺中縣某國小六年級共. 25.

(35) 402 名學生，在學生學習完簡報軟體資訊單元課程後，對學生學習後的學習成果進行資料分析，用以瞭解學生的學習情形。研究者利用認知診斷之測驗分析即時服務系統，根據 S-P 表(S-P Chart)分析法將所有學生分成六大學習類型，再依據多元試題關聯結構理論分別繪製出六大學習類型的能力結構圖。研究結果發現，從各學習類型的能力結構圖可以瞭解學生間能力結構的差異，進而協助資訊教師設計適切的補教教學課程，將能力落後的學生帶上來，降低學生資訊能力的落差。本研究可作為資訊教師設計資訊課程、安排補救教學活動的參考。朱芹儀與林原宏(2008)的研究對象為國小五年級學生，研究目的在整合 S-P 表的試題注意係數與學生注意係數訊息，及利用 PIRS 軟體繪製試題關聯結構圖，進行小五學生分數加減法概念的知識結構探討。研究結果發現： 1.注意係數高的學生，試題間順序性及關聯性較少，分數加減法概念間的結構較弱，顯示同一試題可使用的解題策略較少。2.注意係數較低的學生，其試題間的順序性及關聯性較多，分數加減法概念間的結構較強，顯示同一試題可使用的解題策略較多。3.分數減法與分數加法通過率較高，學生在計算分數減法時，約分技巧較無問題。4.同分母、真分數、分母間有倍數關係的試題為分數加法之基礎概念；同分母、真分數、帶分數、分母間互質的試題為分數減法之基礎概念。此研究結果可提供教師在教學現場的認知診斷分析與補教教學之基礎概念。劉思玎、黃秋銘與林原宏(2008)以臺中縣某國小六年級共 402 名學生為研究樣本，就學生資訊課程教學評量資料，運用模糊集群分析理論，將學生依能力結構的相似程度分群後，運用多元計分試題關聯結構理論畫出各群學生的能力結構圖。研究結果發現：1.經由能力結構圖可正確判定各類學生該補強哪些能力，並確知教學的內容結構應該如何由淺入深地安排。2.經由能力結構圖的綜合比較，可看出資訊教師原先的課程設計中，是否因為課程順. 26.

(36) 序編排錯誤或是課程內容偏漏，導致學生在某些能力有普遍表現不佳的情形，資訊教師即可據此修正之後的課程計劃。李志宏、林原宏與陳宏州(2008)的研究對象為中部六所國小共 473 名小五學生，於學生學習完五年級幾何課程後進行施測。首先根據 S-P 表分析法將學生分成六大類型，接著依據多元計分試題關聯結構理論繪製六大學習類型的能力結構圖，依此進行探討。研究結果發現：1.不同類別試題概念圖、試題內的概念屬性、概念間的聯結關係皆有明顯差異，顯示不同類別受試者在學習幾何概念過程中有顯著不同的知識結構。2.藉由不同類別試題概念圖可幫助教學者找出學童的學習困難癥結處，以實施適切的補救教學。朱芹儀(2009)的研究中使用加權多元計分試題關聯結構理論進行國小五、六年級學生分數加法及減法概念的知識結構探討。研究結果發現：1.注意係數高的學生，概念間的次序性及關聯性較少，分數加減法概念之間的結構較弱，顯示同一試概念可使用的解題策略較少。2.注意係數低的學生，其概念間的次序性及關聯性較多，分數加減法概念之間的結構較強，顯示同一概念可使用的解題策略較多。3.同分母、真分數的概念為分數加減法之基礎；而分母間有公因數為最感困難之進階概念，除此之外，六年級的學生已能掌握約分概念。此研究結果可提供教師在教學現場的認知診斷分析及進行補救教學之參考。李怡儒(2009)以 586 名國小一年級學生為研究對象，進行九年一貫數與量分年細目之概念關聯結構分析。結合模糊集群及加權式多元計分試題關聯結構將一年級學生的作答反應做分群，獲得不同群學生的概念關聯結構圖，進而探討全體與各群學生概念關聯結構的特徵。研究結果發現：1.加權式多元計分試題關聯結構可以繪製出學生概念關聯結構。2.模糊集群最佳分群數量為兩群，且各群概念關聯結構有所不同。3.概念間的關聯關係，可協助教學者編排課程。此研究結果可作為數與量分年細目認知診斷與教學上的參. 27.

(37) 考。張維真(2009)以 689 名國小四年級學童為研究對象，應用多元計分試題關聯結構與模糊集群分析，探討國小四年級學童數學領域數與量之概念結構。研究結果發現：1.大部分的數與量概念間有所關聯。2.不同群學童的多元計分試題關聯結構圖有所差異，可提供教學者進行分組教學或補救教學之參考。3.概念間的關連，可提供教學者於教學實務上之運用，或進行設計教學歷程之參考。此研究結果可增進教師對國小四年級數與量概念關係之了解，作為進行補救教學或課程設計之依據。陳沛儀(2009)的研究對象為 614 名國小三年級學童，研究目的為應用多元計分試題關聯結構分析法，探討與分析小三學童在數與量概念結構圖特徵，並應用模糊集群分析法將受試者分群，繪製各群受試者數與量概念結構圖。最後分析各群受試者數與量概念結構圖的特徵及差異。研究結果發現： 1.不同群受試者數與量概念結構圖有所不同。2.三年級學童在數概念間存在層級從屬關係，但在感官量概念間無相互關聯。3.實施數與量概念的補救教學時，將學童分成兩群進行最恰當。此研究結果可幫助教師了解三年級學童數與量概念間的層級結構，及作為實施補救課程或分組教學之參考。黃秋銘(2009)的研究以九年一貫課程綱要中的分年細目作為概念指標，探討學生的代數概念結構及差異。研究樣本為臺中縣、嘉義縣、臺南縣及高雄縣共 9 所國民小學一到三年級共 28 個班級、合計 783 名學生。將學生學習後的施測成果進行資料分析，並依據模糊集群分析理論將學生分群，採用多元計分試題關聯結構理論繪製各群學生的概念結構圖。研究結果發現：1.各年級受測學生中若要針對代數概念進行補強，以分為兩組進行教學最適當。2.不同分群學生所呈現出的概念結構圖互有差異，根據概念結構圖可分析出各概念間的上下位關係。此研究可作為教師規劃補救教學活動與改進課程教學設計時之參考。. 28.

(38) 劉思玎(2009)的研究對象為國小一、二、三年級各 340、363、362 名學生，以九年一貫幾何主題分年細目為概念單位，編製多元計分成就測驗，並應用模糊集群分析將學童分群，以多元計分試題關聯結構繪製出學生概念結構圖，探討各群學生的概念結構特徵與差異。研究結果發現：1.藉由模糊集群分析可將各年級學生分成二群，各年級第一群學生的幾何概念通過率皆高於第二群學生，全體及各群學生在概念精熟程度的表現情形不同。2.一年級二群學生概念結構皆存有「能描繪或仿製簡單平面圖形」為「能辨認、描述與分類簡單平面圖形與立體形體」下位概念之次序關係。3.二年級僅於第一群學生概念結構中存有「能認識周遭物體上的角、直線與平面」為「能由邊長關係，認識簡單平面圖形與立體形體」下位概念的次序關係。4.三年級第一群學生概念結構連結多且具結構性，第二群學生則僅有「能認識平面圖形的內部、外部與其周界」為「能認識角，並比較角的大小」下位概念的次序關係。5.各群學生概念結構各有其特徵，概念間的指向關係有差異。此研究結果可作為教師課程教學的參考。廖偉秀(2009)以 719 名國小二年級學生為研究對象，透過研究者編製的數與量概念測驗試題及學生測驗後之作答反應，應用多元計分試題關聯結構理論軟體，繪製國小二年級學生的數與量分年細目概念結構圖，再以模糊集群分析方法，獲得不同群學生的概念結構圖，並進行圖形的分析與比較。研究結果發現：1.不同集群受試者的概念結構圖有所不同。2.受試者在數與量分年細目的解題表現，以「能認識面積，並作直接比較」通過率最高。3.根據受試者之概念結構圖，其概念間的次序關係分析結果，可具體提供教學者分組教學及補救教學時參考。此研究結果有助於教學者了解學生學習數與量分年細目的概念結構，並提供教學者進行認知診斷、補救教學與課程設計之參考。綜合上述相關研究結果可發現：. 29.

(39) 1. 應用多元計分試題關聯結構理論可分析學生對試題的作答反應，繪製出學生的多元計分試題關聯結構圖，進而分析學生的知識結構。 2. 應用多元計分試題關聯結構理論分析學生知識結構的各研究結果，可協助教師對學生進行認知診斷，作為規劃補救教學活動與改進課程教學設計時之參考。因此本研究希望應用多元計分試題關聯結構理論進行學生的知識結構分析，結果可協助教師對學生進行認知診斷，並依此進行補教教學與未來課程設計之參考。. 30.

(40) 第三章研究方法第ㄧ節研究設計ㄧ、研究架構本研究將教學方法作為自變項，學習教材、學習時間、教學者、測驗內容、測驗時距作為控制變項，而紙筆成就測驗分數作為依變項。接著比較實驗組與控制組的紙筆成就測驗分數，以及進一步針對學生紙筆成就測驗作答反應進行知識結構分析。研究架構如圖 3-1 所示。. 自變項. 控制變項. 教學方法利用電子白板的概念構圖教學. 學習教材學習時間教學者測驗內容測驗時距. 傳統教學. 依變項第一單元測驗分數第二單元測驗分數. 測驗分數比較測驗作答反應進行知識結構分析圖 3-1 研究架構圖. 二、研究變項本研究之研究變項分為自變項、依變項及控制變項，其分述如下。 (一) 自變項自變項為「教學方法」，實驗組採利用電子白板的概念構圖教學方法，而控制組採傳統教學方法。 (二) 依變項. 31.

(41) 1.第一單元紙筆成就測驗分數 2.第二單元紙筆成就測驗分數 (三) 控制變項 1.學習教材：小六翰林版自然與生活科技第一單元「生活中的力」小六翰林版自然與生活科技第二單元「簡單機械」 2.學習時間：各組實驗學習時間相同，第一單元從第一週至第四週共上 10 節課，第二單元從第五週至第八週共上 10 節課。 3.教學者：由於受到教學與行政等實際因素限制，教學者由研究者本身擔任。 4.測驗內容：由研究者參照國小六下翰林版自然與生活科技課本所編製。 5.測驗時距：各組均為完成教學後進行施測。. 三、實驗設計本研究受教學與行政等實際因素限制，無法打破班級界線採隨機取樣方式進行實驗，因此採用準實驗研究設計，研究樣本分為實驗組和控制組。實驗組採利用電子白板的概念構圖教學方法，控制組採傳統教學方法，研究設計如表 3-1 所示。表 3-1 研究設計組別. 實驗處理. 第一次後測. 實驗處理. 第二次後測. 實驗組. X1. O1. X2. O3. 控制組. O2. O4. X 1 ：實驗組接受「電子白板的概念構圖教學」之第一單元教學活動設計 O1 、 O2 ：實驗組與控制組接受第一單元紙筆成就測驗 X 2 ：實驗組接受「電子白板的概念構圖教學」之第二單元教學活動設計 O 3 、 O4 ：實驗組與控制組接受第二單元紙筆成就測驗. 32.

(42) 第二節研究樣本本研究樣本選自臺中市某國小六年級兩個班級的學生，其中一班為實驗組，進行利用電子白板的概念構圖教學；另一班為控制組，採傳統教學方法，各組樣本人數如表 3-2 所示。. 表 3-2 各組樣本人數組別. 男. 女. 合計. 實驗組. 15. 15. 30. 控制組. 15. 13. 28. 第三節研究工具根據研究目的，研究者發展自然科教學活動設計，並自編小六翰林版自然與生活科技第一、二單元紙筆成就測驗以及自編實驗組學生對利用電子白板的概念構圖教學之意見調查表，茲分述如下。. 一、自然科教學活動設計本研究針對國小六下翰林版自然與生活科技課本，依第一單元「生活中的力」及第二單元「簡單機械」的課程內容，繪製出第一、二單元教師概念圖(如附錄五、八)，並分別設計實驗組電子白板的概念構圖教學活動與控制組傳統教學活動(如附錄三、四、六、七)。. 二、第一、第一、二單元紙筆成就測驗本測驗由研究者參照國小六下翰林版自然與生活科技課本內容，依第一單元「生活中的力」及第二單元「簡單機械」的課程內容，分別編製試題、並製作試題雙向細目分析表(如附錄十、十三)，測驗試題經校內自然科教師. 33.

(43) 與指導教授審閱後，修訂為最後的第一、二單元紙筆成就測驗(如附錄九、附錄十二)。而第一單元成就測驗信度為.866，第二單元成就測驗信度為.873。. 三、學生對電子白板的概念構圖教學之意見調查表學生對電子白板的概念構圖教學之意見調查表為了解實驗組學生對利用電子白板的概念構圖教學之意見，研究者依據以下三個面向，設計利用電子白板的概念構圖教學意見調查表(如附錄十五)。 (一) 概念概圖的難易度 (二) 實驗課程能否增進學習成效 (三) 日後是否繼續利用概念構圖策略. 第四節研究流程在正式實施實驗處理前，為期讓實驗組學生了解並熟悉概念構圖的作法，研究者先於 98 學年度上學期對實驗組進行概念構圖練習(如附錄一、二) 與概念構圖試驗性教學，試驗性教學單元內容為「電磁作用」與「聲音」，依此修訂 98 學年度下學期第一、二單元教學活動設計，發展為正式的實驗課程，第一單元從第一週至第四週共上 10 節課，第二單元從第五週至第八週共上 10 節課，詳細研究流程如表 3-3 所示。表 3-3 研究流程文獻探討. 概念構圖試驗性教學. 教學活動設計. 測驗編製. ~. 97.10 ˇ. 98.08 98.09. ˇ. ˇ. 34. 實驗處理. 第一次第二次後測後測. 意見調查.

(44) 表 3-3 研究流程(續) 文獻探討. 概念構圖試驗性教學. 教學活動設計. 測驗編製. 實驗處理. 98.10. ˇ. 98.11. ˇ. ˇ. ˇ. 98.12. ˇ. ˇ. ˇ. 99.01. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 99.02. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 99.03. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 99.04. ˇ. 99.05. ˇ. 99.06. ˇ. 第一次第二次後測後測. 意見調查. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. ˇ. 第五節資料分析本研究資料分成紙筆成就測驗描述性分析、知識結構分析、學生對電子白板的概念構圖教學之意見分析三部份，茲分述如下。. 一、紙筆成就測驗描述紙筆成就測驗描述性分描述性分析性分析本研究採取的統計方法為「共變數分析」，考驗實驗組與控制組在紙筆成就測驗所得分數的差異，以組別為自變項，紙筆成就測驗分數為依變項，並以六年級上學期自然與生活科技領域月考成績作為共變量，進行單因子共變數分析。. 二、知識結構分析本研究將實驗組與控制組學生的紙筆成就測驗作答反應，分別製成實驗. 35.