探討POEC與分組合作學習模式在國二「原子與分子」單元的學習成效

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(1)國立台灣師範大學化學系暑期教學碩士班碩士論文. 指導教授：林如章博士. 探討 POEC 與分組合作學習模式在國二「原子與分子」單元的學習成效. 研究生：張力中撰. 中華民國一零四年八月.

(2) 中文摘要本研究旨在探討 POEC(Predict-Observe-Explain- Conclusion)教學與分組合作學習 (Cooperative Learning)模式，對國二「原子與分子」單元學習成效的影響，同時亦探討校內教師社群對本教學模式共同備課之參與度調查，以及實驗組學生接受 POEC 與分組合作學習教學後的感受情形。本研究採準實驗研究設計，研究對象為研究者任教學校之二個國二班級，其中一班為實驗組，以研究者所屬校內教師社群所開發之 POEC 與分組合作學習模式進行教學；另一班為控制組，以傳統講述式教學法教學。教學單元為國二上學期理化科，第六章原子與分子單元，受課堂數為 6 節課。本研究之研究工具包含「原子與分子單元測驗卷」、「教師對 POEC 與分組合作學習共同備課參與度問卷」、「學生對 POEC 與分組合作學習感受問卷」以及半結構式晤談資料。將測驗卷前、後測結果進行量化分析，了解實驗組與控制組學生經過不同教學法後的學習成效；再進行延宕測及半結構式晤談以了解實驗組學生在「原子與分子」單元學習的情形，之後整理學生在學習感受問卷的填答結果，以了解學生對於接受 POEC 與分組合作學習模式的學習感受。研究結果發現：一、在整體比較方面，實驗組與對照組於「原子與分子」單元後測及進步分數統計均達顯著差異，表示 POEC 與分組合作學習模式較講述式教學更能夠顯著提升學習成效且澄清迷思概念。二、同組內不同學習成就學生比較方面，兩組個別組內高分、中分與低分三群學生進步分數幅度並未達到顯著差異。三、兩組間相同學習成就學生之間的比較來看，高分群進步分數無顯著差異，但中分以及低分群進步分數中皆有顯著差異，顯示採取 POEC 與分組合作學習模式對中成就以及低成就學生學習成效有明顯改善。四、建議教師以此模式推廣之其他單元之教學。五、大部分的學生喜歡 POEC 與分組合作學習模式，且確實能提升班級的學習效果。根據上述結論，本研究做出相關建議，作為現階段國中科學探究教學與未來研究之參考。關鍵詞：POEC、分組合作學習、校內教師社群. i.

(3) Abstract The purpose of this study was to explore: 1. the influence of the teaching strategy of POEC (prediction-observation-explanation-conclusion) and the cooperative learning approach for the unit “Atom and Molecule” on eighth graders’ learning effects; 2. the participation of the teacher professional learning community in collaborative lesson planning for this teaching-learning model; and 3. the attitude of students in the experimental group toward this model. The quasi-experimental method was adopted, with subjects comprising two classes of eighth graders in the junior high school where the researcher teaches. One class was used as the experimental group, undergoing the cooperative learning approach and the POEC teaching strategy developed by the teacher professional learning community of the school, while the other class was designated as the control group with the traditional teaching method. The teaching unit was Unit Six “Atom and Molecule” of the physics-chemistry course for the first semester of the eighth grade in junior high school. There were 6 sessions in total for teaching this unit. The research tools included: “Atom and Molecule Learning Test”, “Questionnaire of Teachers’ Participation in the Collaborative Lesson Planning for the POEC Teaching Strategy and Cooperative Learning”, “Questionnaire of Students’ Attitude toward the POEC Teaching Strategy and Cooperative Learning”, as well as a semi-structured interview. Both the pre-test and post-test were conducted, with the results quantitatively analyzed to understand the learning effects of both groups that received different teaching methods. A retention-test and semi-structured interviews were later performed to understand how well the students in the experimental group learned material from the “Atom and Molecule” unit. In the end, the results of the questionnaires of students’ attitude toward the POEC teaching strategy and cooperative learning were collected and analyzed. The research findings were as follows: 1. In general, the difference in the “Atom and Molecule” unit post-test scores and the progress in scores between the experiment group and the control group reached a significant level, indicating that the POEC teaching strategy and the cooperative learning approach can better elevate students’ learning effect and their understanding of complex science concepts than the traditional teaching method. 2. The different progress in scores among high-achievers, intermediate-achievers and low-achievers in each group did not reach a significant level. 3. As for the equivalents of both groups, the high-achievers of both groups did not show significant differences in the progress of their scores while the intermediate-achievers and the low-achievers between the two groups exhibited a significant difference in the progress of their scores, suggesting that the POEC teaching strategy and the cooperative learning approach help to improve the learning effects of the intermediate-achievers and low-achievers. 4. It is suggested that teachers adopt and ii.

(4) promote the POEC teaching strategy and the cooperative approach in the teaching of other units. 5. Most students liked the POEC teaching and the cooperative learning approach, and they could enhance the learning effects of the whole class. Based on above findings, suggestions are proposed at the conclusion of this study to serve as a reference for the improvement of current junior high school science teaching, as well as for relevant research in the future. Keywords: POEC, cooperative learning, teacher professional learning community. iii.

(5) 目. 錄. 中文摘要 ---------------------------------------------------------------- i Abstract --------------------------------------------------------------- ii 表目錄 ------------------------------------------------------------------ v 圖目錄 ---------------------------------------------------------------- vii 第一章. 緒論 ------------------------------------------------------------ 1. 第一節. 研究背景與研究動機 --------------------------------------------- 1. 第二節. 研究目的與問題------------------------------------------------- 2. 第三節. 研究範圍及限制------------------------------------------------- 3. 第四節. 重要名詞解釋 -------------------------------------------------- 3. 第二章. 理論基礎與文獻探討 ---------------------------------------------- 6. 第一節. 「原子與分子」概念結構 ----------------------------------------- 6. 第二節. POE 教學策略之研究 -------------------------------------------- 16. 第三節. 分組合作學習之研究 -------------------------------------------- 23. 第四節. 校內教師社群之研究 -------------------------------------------- 29. 第三章. 研究方法與步驟 ------------------------------------------------- 34. 第一節. 研究流程 ----------------------------------------------------- 34. 第二節. 研究對象 ----------------------------------------------------- 35. 第三節. 教材設計 ----------------------------------------------------- 36. 第四節. 研究工具 ----------------------------------------------------- 39. 第五節. 施測程序 ----------------------------------------------------- 40. 第六節. 資料收集與處理 ----------------------------------------------- 40. 第肆章. 研究結果及分析 ------------------------------------------------- 42. 第一節. 不同教學法對學生在「原子與分子」單元學習成效的影響 ------------ 42. 第二節. 實驗組與對照組學生在「原子與分子」單元前測結果分析 ------------ 51. 第三節. 實驗組與對照組學生在「原子與分子」單元後測結果分析 ------------ 63. 第四節. 實驗組在「原子與分子」單元後測、延宕測結果與晤談內容分析 ------ 83. 第五節. 教師與學生問卷內容分析---------------------------------------- 93. 第五章. 結論與建議 ----------------------------------------------------- 98. 第一節. 結論 --------------------------------------------------------- 98. 第二節. 建議 -------------------------------------------------------- 101. 參考文獻 -------------------------------------------------------------- 102. iv.

(6) 表目錄表 2- 1 微觀粒子概念的相關研究 ..................................................................................................... 7 表 2- 2 POE 教學策略教師與學生的任務 ...................................................................................... 17 表 2- 3 國內外 POE 教學之相關研究 ............................................................................................. 18 表 2- 4 建構主義和實證主義知識論之比較表 ................................................................................ 23 表 2- 5 合作學習理論綜合整理 ....................................................................................................... 25 表 2- 6 傳統教學與分組合作教學設計比較.................................................................................... 26 表 2- 7「學生小組成就區分法」STAD 分組情況及實施流程表 .................................................. 27 表 2- 8 實務社群與教師團隊之比較 ............................................................................................... 30 表 3- 1 研究步驟 ............................................................................................................................... 35 表 3- 2「原子與分子」單元學習目標............................................................................................. 37 表 3- 3 實驗組與對照組教學標題及內容....................................................................................... 37 表 3- 4. 研究問題與分析方法對照表............................................................................................. 40. 表 4- 1「原子與分子」單元前、後測 Shapiro-Wilk 常態性檢定結果 ......................................... 42 表 4- 2 實驗組與對照組後測成績同質性考驗 ................................................................................ 43 表 4- 3 實驗組與對照組前、後測描述性統計資料表 .................................................................... 43 表 4- 4 實驗組與對照組前、後測獨立樣本 t 檢定表..................................................................... 44 表 4- 5 實驗組與對照組對於後測以及前後測差異之 t 統計考驗力摘要表 ................................. 44 表 4- 6 實驗組與對照組前測對後測之迴歸係數同質性考驗結果表 ............................................ 45 表 4- 7 不同教學法(組別)在「原子與分子」單元學習成效描述性統計資料表 ......................... 45 表 4- 8 不同教學法(組別)之單因子共變數分析表 ......................................................................... 45 表 4- 9 實驗組及對照組在前測總分之高、中、低分組人數分布及前、後測平均分數表 ........ 46 表 4- 10 實驗組及對照組高、中、低分組學生之「後測-前測」進步分數資料表 ..................... 46 表 4- 11 實驗組之不同分數組別學生在「後測-前測」之單因子變異數分析結果摘要表 ......... 47 表 4- 12 對照組之不同分數組別學生在「後測-前測」之單因子變異數分析結果摘要表 ......... 47 表 4- 13 實驗與對照組之高分群前、後測及「後測-前測」描述性統計資料表 ......................... 47 表 4- 14 實驗與對照組之高分群前、後測及「後測-前測」獨立樣本檢定(一) .......................... 47 表 4- 15 實驗與對照組之高分群前、後測及「後測-前測」獨立樣本檢定(二) .......................... 48 表 4- 16 實驗與對照組之中分群前、後測及「後測-前測」描述性統計資料表 ......................... 48 表 4- 17 實驗與對照組之中分群前、後測及「後測-前測」獨立樣本檢定(一) .......................... 48 表 4- 18 實驗與對照組之中分群前、後測及「後測-前測」獨立樣本檢定(二) .......................... 49 表 4- 19 實驗與對照組之低分群前、後測及[後測-前測]描述性統計資料表 .............................. 49 表 4- 20 實驗與對照組之低分群前、後測及[後測-前測]獨立樣本檢定(一) ............................... 49 表 4- 21 實驗與對照組之低分群前、後測及[後測-前測]獨立樣本檢定(二) ............................... 50 表 4- 22 實驗組及對照組前測答對人數及百分比 .......................................................................... 52 表 4- 23 前測實驗組及對照組於概念類型 1「原子說」答對率分析表 ....................................... 53 表 4- 24 前測實驗組及對照組於概念類型 1 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 53 表 4- 25 前測實驗組及對照組於概念類型 2「原子說(元素與化合物)」答對率分析表............. 54 表 4- 26 前測實驗組及對照組於概念類型 2 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 54 v.

(7) 表 4- 27 前測實驗組及對照組於概念類型 3「原子結構(元素週期表)」答對率分析表............. 55 表 4- 28 前測實驗組及對照組於概念類型 3 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 55 表 4- 29 前測實驗組及對照組於概念類型 4「原子分子」答對率分析表 ................................... 56 表 4- 30 前測實驗組及對照組於概念類型 4 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 56 表 4- 31 前測實驗組及對照組於概念類型 5「化學式」答對率分析表 ....................................... 57 表 4- 32 前測實驗組及對照組於概念類型 5 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 57 表 4- 33 前測實驗組及對照組於概念類型 6「粒子觀點的純物質和混合物」答對率分析表 ... 58 表 4- 34 前測實驗組及對照組於概念類型 6 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 58 表 4- 35 前測實驗組及對照組於概念類型 7「粒子觀點的元素與化合物」答對率分析表 ....... 59 表 4- 36 前測實驗組及對照組於概念類型 7 各子概念答題狀況分析表 ...................................... 59 表 4- 37 前測實驗組及對照組於概念類型 8「巨觀的物理與化學變化」答對率分析表 ........... 60 表 4- 38 前測實驗組及對照組於概念類型 8 各子概念答題狀況分析表 ...................................... 60 表 4- 39 前測實驗組及對照組於概念類型 9「微觀的物理與化學變化」答對率分析表 ........... 61 表 4- 40 前測實驗組及對照組於概念類型 9 各子概念答題狀況分析表 ...................................... 61 表 4- 41 前測實驗組及對照組於概念類型 10「化學反應式」答對率分析表 ............................. 62 表 4- 42 前測實驗組及對照組於概念類型 10 各子概念答題狀況分析表 ................................... 62 表 4- 43 實驗組及對照組各題組後測答對人數及百分比 .............................................................. 64 表 4- 44 後測實驗組及對照組於概念類型 1「原子說」答對率分析表 ....................................... 65 表 4- 45 後測實驗組及對照組於概念類型 1 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 65 表 4- 46 後測實驗組及對照組於概念類型 2「原子說(元素與化合物)」答對率分析表............. 66 表 4- 47 後測實驗組及對照組於概念類型 2 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 66 表 4- 48 後測實驗組及對照組於概念類型 3「原子結構(元素週期表)」答對率分析表............. 67 表 4- 49 後測實驗組及對照組於概念類型 3 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 67 表 4- 50 後測實驗組及對照組於概念類型 4「原子分子」答對率分析表 ................................... 68 表 4- 51 後測實驗組及對照組於概念類型 4 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 68 表 4- 52 後測實驗組及對照組於概念類型 5「化學式」答對率分析表 ....................................... 69 表 4- 53 後測實驗組及對照組於概念類型 5 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 69 表 4- 54 後測實驗組及對照組於概念類型 6「粒子觀點的純物質和混合物」答對率分析表 ... 70 表 4- 55 後測實驗組及對照組於概念類型 6 各子概念答題狀況分析表 ..................................... 70 表 4- 56 後測實驗組及對照組於概念類型 7「粒子觀點的元素與化合物」答對率分析表 ....... 71 表 4- 57 後測實驗組及對照組於概念類型 7 各子概念答題狀況分析表 ...................................... 71 表 4- 58 後測實驗組及對照組於概念類型 8「巨觀的物理與化學變化」答對率分析表 ........... 72 表 4- 59 後測實驗組及對照組於概念類型 8 各子概念答題狀況分析表 ...................................... 72 表 4- 60 後測實驗組及對照組於概念類型 9「微觀的物理與化學變化」答對率分析表 ........... 73 表 4- 61 後測實驗組及對照組於概念類型 9 各子概念答題狀況分析表 ...................................... 73 表 4- 62 後測實驗組及對照組於概念類型 10「化學反應式」答對率分析表 ............................. 74 表 4- 63 後測實驗組及對照組於概念類型 10 各子概念答題狀況分析表 ................................... 74 表 4- 64 前、後測中子概念題目答對的比例及差異示意表 .......................................................... 75 表 4- 65 前、後測中子概念題目答對的比例及差異示意表 .......................................................... 76 vi.

(8) 表 4-66 「原子模型」題綱中迷思概念類型及對應題號 ............................................................. 78 表 4-67 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中答對率變化表 .................................................. 78 表 4-68「原子與分子」題綱中迷思概念類型及對應題號 ........................................................... 78 表 4-69 實驗組與對照組在「原子與分子」題綱中答對率變化表 .............................................. 79 表 4-70「物質變化」題綱中迷思概念類型及對應題號 ............................................................... 79 表 4-71 實驗組與對照組在「物質變化」題綱中答對率變化表 .................................................. 79 表 4-72 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中各認知向度答對率增減表 .............................. 80 表 4-73 實驗組與對照組在「原子與分子」題綱中各認知向度答對率增減表 .......................... 81 表 4-74 實驗組與對照組在「物質變化」題綱中各認知向度答對率增減表 .............................. 82 表 4-75 實驗組在「原子與分子」單元後測及延宕測答對人數及百分比 ................................. 83 表 4-76 實驗組在「原子與分子」單元後測及延宕測描述統計量 ............................................. 84 表 4- 77 實驗組在「原子與分子」單元後測及延宕測相依樣本相關性 .................................... 84 表 4- 78 實驗組在「原子與分子」單元後測及延宕測相依樣本檢定 ........................................ 84 表 4-79 實驗組在「原子與分子」單元後測及延宕測相依樣本檢定 .......................................... 84 表 4-80 半結構性晤談作答情形分配表 .......................................................................................... 85 表 4-81「POEC 與分組合作學習」教師及學生問卷可靠性統計量 .............................................. 93 表 4- 82 教師在「分組合作學習」教師參與度填答結果統計、描述性統計資料表 .................. 93 表 4-83 學生在「教師共同備課開發之新式教案結合分組合作學習」感受問卷填答結果統計、描述性統計資料表 .................................................................................................................... 95. 圖目錄圖 2- 1、化學中的三種概念層級 .................................................................................................... 14 圖 2- 2 化學中的三種概念層級 ....................................................................................................... 15 圖 2- 3P(預測)-O(觀察)-E(解釋)-C(結論)新式教案範例 ................................................................ 22 圖 2- 4「近側發展區」（ZPD；zone of proximal development）的概念圖 .................................. 25 圖 4- 1 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中答對率變化圖 ................................................. 78 圖 4- 2 實驗組與對照組在「原子與分子」題綱中答對率變化圖 .............................................. 79 圖 4- 3 實驗組與對照組在「物質變化」題綱中答對率變化圖 .................................................. 80 圖 4- 4 實驗組與對照組在「原子模型」題綱中各認知向度答對率增減長條圖 ...................... 81 圖 4- 5 實驗組與對照組在「原子與分子」題綱中各認知向度答對率增減長條圖 .................. 81 圖 4- 6 實驗組與對照組在「物質變化」題綱中各認知向度答對率增減長條圖 ...................... 82 圖 4-7 學生 SM03 原子模型圖. 圖 4-8 學生 SL01 原子模型圖 ................................ 89. 圖 4-9 學生 SL03 原子模型圖 .......................................................................................................... 90 圖 4-10 學生 SH03 分子模型圖 ........................................................................................................ 91 圖 4-11 學生 SH03 水的三態變化圖 ................................................................................................ 92. vii.

(9) 第一章緒論. 第一節. 研究背景與研究動機. 最近幾年國內的教育環境起了重大的改變，隨著 12 年國教的實施，教師在腳色定位及教學方法上也必須不斷與時俱進。世界各國為貫徹以學生為主體的理念，強化中小學課程連貫與統整，均建置中小學一貫課程體系，並逐年公布。如日本於 2008 年 3 月公布小、中學校學習指導要領及幼稚園教育要領；中國大陸於 2007 年全面啟動義務教育課程標準修訂工作；英國於 1988 年發表五至十六歲的國定課程，隨後進行國家課程改革；美國的課程改革包含 2001 年國會通過的《絕不放棄任一小孩法案》，而 Obama 於 2010 年提出的《教育改革藍圖：初等及中等教育法案修正案》中，其理念之一即為「提供所有學生公平與充分的機會」。凡此種種，重點皆強調以學習者為主體，建構多元且適配的學習環境。就我國課程而言，需落實以學生為主體的理念，研擬中小學學生核心素養(key competencies)及課程發展機制，持續蒐集與評鑑課綱實施意見，研修中小學課程體系指引及課程綱要。(十二年國民基本教育課程綱要總綱（草案），2012)。 12 年國教課程發展的目標為：建置以「學生為主體」、「垂直連貫與橫向統整」、「培養核心素養」為核心理念之十二年國民基本教育課程體系，以多元適性發展為核心，培養學生的知識、能力、態度，提升學生學習成效，使其具有國民核心素養，以協助學生能獲得成功生活，進而建立功能健全的社會。(教育部十二年國民基本教育網頁) 台灣的課程綱要乃參照他國經驗，以學習者為核心，在課程與教學設計上做到能吸引學生學習的動機與興趣，讓學習的過程變得生動、有趣(洪若烈，2005)。在自然與生活科技學科方面，我國的九年一貫課程綱要中明白指出，中學生對於自然科學學習應做到「以探究和實作的方式來進行，強調手腦並用、活動導向、設計與製作兼顧及知能與態度並重。」「自然與生活科技之學習應以學習者的活動為主體，重視開放架構和專題本位的方法」(自然與生活科技課程綱要修正，2008) 。事實上，各種教學策略早就有多項研究是針對教學方式及教學內容來設計的，諸如講述教學法、編序教學法、創造性教學法、電腦輔助教學，以及近幾年來廣泛被討論的探究式教學法、POE、POEC 教學策略等等，而近年在台灣及日本掀起一陣教室內寧靜革命的學習共同體，則是屬於合作學習教學策略之一。教師們就藉著各種研習或進修機會，學到不同的教學技巧及方法。根據研究者十多年來的教學經驗發現，教師們帶著所學的各式教學「武器」，滿懷熱誠來到教學現場，的確能帶給學生不一樣的體會，引發學習動機，每種教學策略針對不同特性的學生，均能發揮一定程度的功效；但在實施一段時間後，往往又回到原來傳統講述式教學。歸咎原因：一、學生個別差異大，無法兼顧每位學生的學習，與教師的期望產生落差，降低教師改變意願；二、教師自己在編寫教案，製作教具的過程中，耗費大量的時間與精力。三、教學進度的壓力，教師希望給予學生更紮實的基礎，又要設計活動引導學習，還要小考檢驗成效。多重壓力下難以兼顧，以至於只能零星選幾個小 1.

(10) 單元實施。上述原因讓教師退縮，回到最熟悉，最省事，認為最「有效」的單向講述式教學，所以在考試領導教學的心態下，教師還是得趕進度上課，家長還是關心孩子的會考成績如何？而國中階段的學生，在升學競爭的重重壓力下，逐漸忘記讀書學習的快樂，轉變為壓力和無奈，只想趕快度過這難捱的階段。這其中固然有因為生理發育產生需要調適的影響，但若教師能激勵學生，將上課視為一件有趣，或有意義，且可以達成的目標，相信學習起來會更有活力，教師的付出也必能得到相對應的回饋。在國中階段，理化往往被認為是學習困難、且較不感興趣的科目，其中微觀粒子概念是學習化學極為重要且基本的概念（張容君、張惠博、鄭子善，2007），而「原子與分子」單元則是國二學生學習微觀粒子概念的重要主題。有關微觀粒子概念的研究，在國內外已有許多文獻探討（Harrison,Treagust,1996;Chiu, 2007 ;Liang, Chou, &Chiu, 2011; 林財庫,林慧潔,2003; 廖婭妏, 佘曉清,陳倩嫻,2005; 尤振宇、劉嘉茹，2003；邱顯博， 2002；張容君、張惠博、鄭子善，2007; 林小慧,2010），絕大多數研究均認為物質由巨觀實體進入到微觀現象的理解與科學概念的建立是一件困難的工作，也因此教師更需要利用良好的教學策略，精準的語言導入，讓學生透過實作觀察與互相討論等種種方式建立微觀的粒子概念。研究者任教於新北市一所完全中學，全校國中部共68個班級。校內自然科教師組成社群共同備課，在討論到上述議題時，發現大部分教師亦面臨到同樣的教學困境。在要求突破、改變教學現場的催迫下，提出「共同備課」的自主研習，共同討論並研發出合適的教案，希望濃縮教學流程，讓我們教師能在課堂中盡快學到精確掌握住「教什麼」、「教給誰」、「何時教」、「怎麼教」、「在哪裡教」的5w原則，轉換為以學生為中心，讓學生在課堂上能充分感受「為什麼學」、「學什麼」、「怎麼學」、「學會有何用」。而為了要讓每一位學生均能有機會在課堂上充分思考、討論、表達，採取「分組合作學習」教學，以期能真正培養學生「帶著走的能力」。. 第二節. 研究目的與問題. 基於上述的研究動機與背景，本研究以國二自然與生活科技『原子與分子』為例，由校內社群教師共同備課所開發的教案做為課程主要內容，教學方式則以分組合作學習進行。從原子的概念，原子說及原子發現科學史來導入，進而引導學生去認識道耳頓原子說的內容及其修正、建立原子結構的概念、區分原子和分子、到能以圖形及符號書寫出正確的化學式，最終能以粒子模型說明物理與化學變化，並連結完成化學反應式。在策略上，希望藉由分組合作學習模式，以引導的方式，讓學生發現問題，並解決問題，以達成所分派的任務。透過教師共同備課、實際教學與前後測，期望達到下列目的：. (一) 透過校內教師社群的共同備課，促進有效教學教案的研發，教學回饋的改進，以提升教師專業成長。 2.

(11) (二) 透過共同備課建構新式教案及策略，提升教師對學習情境的營造、適切的提問、教師串聯的功力，希望能達到教師有效教學，讓學生有效學習。. (三) 經由教師引導的分組合作學習模式，可以提升學生學習成效，增進科學素養及學生的團隊合作意識。. 因此，本研究的待答問題，分為以下四個部分：. (一) 在整個學習過程中，能否幫助學生達到「原子與分子」的概念學習及澄清迷思概念？. (二) POEC 與分組合作學習的教學模式，是否可以提升學生學習動機？. (三) POEC 與分組合作學習的教學模式，是否可以提升不同學習成就學生的學習成效？. (四) 校內教師社群的共同備課，是否促進教師有效教學，並提升專業能力？. 第三節. 研究範圍及限制. 一、本研究之研究對象僅限於新北市一所公立國中，並非隨機取樣，缺乏母群體代表性，故本研究僅能用來描述研究樣本，不宜作過度的推論。. 二、本研究活動中所設計的「原子與分子」教材內容，包含現行國中自然與生活科技課本、活動紀錄簿，及研究者補充的內容，研究結果不能推論其他傳統的教材。. 第四節. 重要名詞解釋. 一、校內教師社群： 3.

(12) 校內教師社群是指校內自然科教師依共同興趣及專業所組成的團體，其性質如同教師專業社群。教師專業學習社群是學習者的社群，而且不管是教師或是行政，都能不斷的尋求與分享學習（Hord, 1997）。校內教師社群乃是一群具有共同願景或目標的老師，在一起進行對話、分享、合作、探究、學習，以解決教學問題或創新教學，進而提升學生學習及教師教學的群體。社群內部具相互支持、強調專業導向的特性，在社群中所有的人可以坦開心胸，以反省、批判、分享等方式進行專業對話，促成團隊及個人專業的再精進。. 二、 POEC 教學策略：. 主要是源自於 White & Gunstone（1992）所發展出以預測－觀察－解釋（prediction – observation – explanation）的 POE 教學策略，其步驟是要求學生對教師所提出的科學現象進行預測並說明理由，然後進行實地觀察或實驗，最後解釋觀察所得到結論，而教師針對學生在預測與觀察之間的認知衝突去引導修改，設法使兩者達到一致。POEC 教案就是以 POE 為基礎，發展出四個步驟/四個格式化的教案，為台灣師範大學林如章副教授參照日本中小學教學設計改良並推廣的教案。所謂 POEC 是指在原本的預測－觀察－解釋之後，再加上結論，也就是由教師針對本單元的內容，做一重點式的提點。如此使得教學進程猶如作文寫作的「起－承－轉－和」般完整。換句話說，教師在引導學生進行探究問題的過程中，需要設計適當的情境，精準提問，串聯討論，刺激學生思考、判斷，給予充分表達的機會，最終達到有效學習的目的。. 三、動機：. 動機是學習的原動力，是使個體產生以及導引行動的方向，並促使個體朝向某一目標的行為。影響動機的因素包含個體需求、欲求的強度以及引導行為方向的內在心理歷程(蔡執仲, 段曉林, & 靳知勤，2007)。不同的動機傾向將會影響學生的學習，如果學生將外在動機轉變為內在動機，則會進行持續不斷地追求新知與精熟知識，這一切都說明動機與學習、認知之間有密切的關聯。對教師而言，若學生缺乏學習動機不但學習意願低落，也間接造成教師班級經營的困難。(林寶山(1995)、Brophy（1987）、Lee 、 Anderson（1993）以及 Lee、Brophy（1996）)。故教學時引起學習動機是非常重要的步驟，教師在教學時，需要精準提問的技巧，讓學生能從困惑、矛盾、曖昧與驚訝中發現問題。 4.

(13) 四、合作學習：. 合作學習 (cooperative learning) 是將學生組成兩人以上的小組或團隊，藉由成員間的分工互補或相互激勵以共同達成特定教學目標的一種教學或學習模式 (Ellis, 2001)。合作學習強調學生才是學習的主體，所以是學生以合作的學習方式，取代以教師主導的教學，以期能培養學生主動求知的能力、發展學習過程中的人際溝通能力並養成其團隊精神(朱敬先，1999)。在合作學習的模式中，教師將學生依不同之性別或能力，混合編成若干「學習小組」，小組成員需要分工合作，相互扶持，共同努力才可能完成學習的目標。目前已有很多研究證實它比競爭式學習或個別式學習，更能提昇學生的學習動機、學習成就及合作技巧的表現，是一項值得教師在教學中採用的教學策略 (Slavin, 1994；Johnson, Johnson, & Stanne, 2000)。. 五、微觀粒子概念. 在日常用語中，粒子(particle) 是小但可見的固體物質，但在化學學科中，粒子常代表的極為微小原子、分子或離子。粒子雖然是構成物質的基本單位，但因為無法用肉眼直接觀察，所以一般都是先從實驗結果所呈現的巨觀現象，來證實粒子的存在，並推估粒子的大小或作用，以微觀的方式來類比，微觀粒子在教學上通常以模型來表示。. 5.

(14) 第二章理論基礎與文獻探討本研究在探討由校內教師社群，經共同備課後研擬之 POEC 與分組合作學習模式，對國二「原子與分子」單元學習成效的影響。故全章針對「原子與分子」概念結構、POE 教學策略原理、分組合作學習、以及校內教師社群等相關文獻進行探討。第一節. 「原子與分子」概念結構. 一、概念的形成與迷思概念概念是由一組觀念(ideas)或符號(symbols)所集合而成的一種觀念或符號，例如「酸」就是一種化學的概念。當我們提到「酸」時，心中就會產生關於酸的各種意象(mental image)，包含嚐起來酸酸的、有刺鼻味、使石蕊試紙變紅色等相關觀念，或是解離出 H+、 pH＜7 等表示特徵的符號，這些觀念和符號統合而成為「酸」的概念。由此可知，概念的形成必須經過思考、分類、篩選的歷程，並且要不斷學習才能熟練。概念學習是將屬於同一類事物的許多具體形象加以比較，找出彼此的異同點，區分其本質特點與非本質特點，然後把它們的共同本質特點抽取出來，並加以概括，作為代表這一類事物的概念過程，一旦概念形成後就很不容易改變，因為其中包含個體對該概念已達評價程度的各種態度和成見。國中理化各章節裡，「原子與分子」是較難學習的單元，雖然大部分的國中學生都知道物質是由「原子與分子」所構成的，但因無法直接觀察，是屬於不可見的微觀粒子概念。形成概念的過程大致有三個步驟: (1)觀察自然現象或實驗結果，例如：電解水產生氫氣、氧氣。 (2)自行建立結構的想像，例如：水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成。 (3)利用符號表徵來解釋此現象，例如：圖像、化學式等。(Barke, 2001) 其中步驟 2 就是學生個人認知歷程，但卻是影響科學學習最終要的過程。學生在建構自己的想像前，已帶有對此現象先前的概念，因此每個人對同一現象的認知會有所不同，也就會產生各種迷思概念(林小慧，2008)。國中學生在年齡發展上雖已能夠進行抽象的思考，但要學會從實驗現象或教師講解，去了解原子與分子的科學概念仍較困難，因為其中包含許多需要記憶與理解的學說、定律、符號和事實，學生必須以微觀的變化來解釋巨觀的現象。此時既存之先備概念常會與科學理論發生衝突，由於習慣上傾向拒絕放棄先備概念，致使學生排斥、扭曲新概念而產生迷思概念（Carey, 1985）。國內外的研究發現從小學到大學在原子和分子模型學習上持有迷思概念的人數均達顯著性，如對於原子結構、大小、重量、擬人化的迷思概念，原子是如皮球般可壓縮的，乃至顏色的改變，而分子則是以棒、桿、或彈簧聯結的有色球體；將巨觀性質視為粒子特性，例如粒子會受熱膨脹、遇冷收縮等。另有研究發現，中學生要能理解化學反應更是困難，他們認為將反應物加成在一起而形成產物就是化學反應，至於分子間進行一連串的斷裂和重組的過程則無法想像，因而形成迷思概念(Ben-Zvi 等, 1982, 1987)。另一項研究中，學者晤談 14 位高中生關於 6.

(15) 平衡化學方程式的知識，其中有 9 位不了解方程式中係數與元素符號下的數字所代表的意義，而認為其中的箭號與等號差不多，也不能圖示出正確的表徵，僅 5 位學生能正確畫出分子內原子的連結 (Yarroch,1985)。如何解決這些問題呢？有些學者提出可以利用類比簡化一些困難的概念，使抽象概念具體化，並能引導學生學習，進而使問題獲得解決，減少學生迷思概念的形成，因為類比是知識改變機制中很重要的一環，經由此方式可以促進個體對新事物的洞察。另外也可以使用言語、圖像等經由內在交互作用後形成心智模式，在一項研究中，學者針對 8-10 歲的學生進行晤談及測驗中，發現許多學生傾向建構包含抽象(不連續)的和具體 (連續)的原子模型之心智模式 (Nersessian, 1992,Dagher, 1994, Gentner,1997； Vosniadou 1987, Harrison, Treagust1996)。表 2-1 是有關「原子與分子」單元迷思概念相關研究的整理，參考引自張容君等(2007) 之表格及研究者補充之文獻內容：表 2- 1 微觀粒子概念的相關研究. 研究者. 對象研究方法. 高中半結 Griffiths & 構性 Preston, (1992) 晤談. 研究結果 1.把原子擬人化 a.有些原子是活的，有些不是 b.原子是活的，因為會運動 c.原子具生命力，會成長及分裂 2.原子是扁平的或球體 3.所有原子大小、重量相同 4.原子之間存在其他物質 5.加熱、碰撞會使原子大小變化 6.電子僅在固定軌道上運動且只具電荷沒有質量。. Garnett, et al., (1995). 高中問卷. 1.一個原子可用顯微鏡觀察或可秤量 2.只有一種原子 3.加熱、碰撞會使原子的大小發生變化。. Harrison & Treagust, （1996）. 國二半結國三構晤高一談. 1.把原子擬人化 2.原子的樣子、形狀：扁平的，或為球體 3.電子殼層就是殼層上的電子包圍並保護原子，而電子雲為被電子鑲嵌的結構. Novick& Nussbaum. 國小 1.晤國中談. 1.只有不到 40%的學生能使用粒子模型解釋觀察現象 2.多數學生教學後仍不瞭解物質由分子組成，存在物質. (1981). 高中大學. 是連續不可分割的想法，有 50%高中生和大學生對粒子概念理解錯誤，其中 60%仍以巨觀現象來描述物質。. Selley (1981). 國中 1.晤談. 研究發現：1.學生仍以巨觀經驗而不使用粒子模型概念。2.學生無法將巨觀現象轉換成微觀粒子是其學習粒子模型困難的主因。. Pfundt. 國中紙筆. 以硫酸銅溶解和結晶的例子，發現學生認為原子是物 7.

(16) (1982). 晤談. 質經分割的最後結果，而非一開始存在的最基本組成單位，學生認為物質是「連續體」，有時可被分割成極小的粒子，但不是組成物質的最初組成單位。. Yarroch (1985). 高中晤談. 訪談 14 名修習化學課程的高中生，以圖示來說明方程式中原子的結合方式，結果顯示：雖然學生能正確的平衡化學方程式，但對於反應物與產物間、質量關係、原子種類個數、分子的種類個數等問題混淆，不到一半的學生能正確地以畫圖的方式表達方程式。可見即使已經學過了原子分子理論，但對於方程式中係數的意義並不瞭解，仍以解代數方法來理解問題。. Ben-Zvi. 高中紙筆測驗. 雖然學生已接受原子和分子的科學概念，然而大部分的學生仍然沒有改變對物質是連續不可分割的想法，. Eylon, &Silberstein (1986). 且學生無法運用原子和分子理論來說明物質的狀態變化。. Gabel, Samul, & Hunn (1987). 國中 1.繪圖. 1.當液體變為氣體時，原子亦會隨著距離的增加而變大。 2.以直線來表示液體狀態最上層液面的粒子。 3.畫氣體分子分解後，仍以原來完整的小群圖形來表示分子。. Stavy(1988). 國小晤談國中. 多數國一生相信氣體沒有重量，極少數學生會以粒子論來解釋蒸發或昇華過程。教學前學生無法自動發展氣體的一般概念；教學後學生獲得有關氣體性質的知識，才會將氣體視為物質的一種狀態。只有 50%的國一生有「氣化過程物質不滅」的概念。國一學生沒有「空氣成粒子狀態」的概念，國二、三學生只有 15% 具此概念，多數國三學生能應用粒子理論定義氣體。. Haidar 等. 高中二種型式問卷. 分「應用生活」和「科學知識」二種型式。結果顯示：「溶問卷解」、「擴散」、「滲透」和「物質狀態」的概念，分別有 52%和 22.95% 學生沒有表現出微觀粒子概念；8.06% 和 0.69% 學生以細粒或顆粒等名詞代替原子和分子回答問題；22.27% 和 49.82%學生，以原子和分子名詞表達的科學概念並不正確。. Abraham, Grzybowski , Renner, & Marek (1992). 高中紙筆測驗. 研究探討學生對教科書中化學概念的想法。結果顯示：大部份學生無法主動使用原子和分子的理論解釋化學變化。少數學生使用微觀粒子理論解釋化學概念時，存在許多迷思概念。. Benson, Wittrock, &. 國小 1.繪國中圖. 1.多數國小 2~4 年級學童認為空氣具有連續性而非粒子性，8%2~4 年級學生能繪出「氣體粒子模型」概念，. (1991). 8.

(17) 高中 2.紙. 但不完全正確. 大學筆測驗. 2.氣體的活動類似液體流動方式 3.粒子間的空隙很小或沒有空隙 4.以巨觀現象來描述物質現象而非使用粒子微觀學說. de Posada (1997). 高中開放式問卷. 探討 10 至 12 年級學生對於金屬內在結構的概念，研究結果顯示 37%的 10 年級學生缺乏微觀粒子概念，而 95%以上的 11 和 12 年級學生具有微觀粒子概念，但持有微觀粒子概念的學生不一定能清楚解釋金屬結構。. Nakhleh 等. 國小晤談. 1.學生解釋分巨觀連續、巨觀粒子和微觀粒子三類 2.對物質的認知是由「巨觀特性」，如顏色、形狀、狀態等，進入「微觀特性」，涉及組成結構；對組成成分的瞭解，由「巨觀連續」，視物質為整體不可分割，進. Baur (1993). (1999). 入「巨觀粒子」，視物質可分成看得見的碎片，最後進入「微觀粒子」。 3.巨觀連續的學生視溶解為巨觀現象；巨觀粒子的學生以粒子觀點說明溶解，部分學生以巨觀說明溶解；微觀粒子的學生均能以微觀說明物質相變化，但仍有學生以巨觀解釋溶解現象。 Gómez 等 (2006). 9-22 問卷歲學晤談生. 研究比對問卷和晤談前後測資料顯示：學生以物質微觀粒子概念解釋在不同影響因素的類似問題情境中，學生的概念具有高度的一致性。. Chiu (2007). 國中二階. 1.氣球加熱膨脹時，氣體粒子體積變大且移至邊緣使氣. 高中層紙筆測驗. 球變大(20%；8%)；氣球加熱膨脹時，粒子擴散而相互擠壓(17%；14%) 2.活塞體積變成二倍時，因壓力變小使氣體粒子體積增大(16%；2%) ；部分學生認為活塞體積大時壓力會增加使氣體粒子變小(19%；11%) 3.打開活塞中分隔氫氣和氮氣的氣閥，二種氣體的擴散平均速度相同(29%；25%) 4.氣體粒子的移動使空間減少，碰撞頻率增加而獲得較多能量使速度增加(29%；39%) 5.氣體粒子移動空間變大，則隨機移動的機會增加使速度增加(31%；26%) 6.氧氣粒子的體積較大會相互擠壓使瓶內有較大的壓力(16%；15%) 7.氧氣粒子運動強度較大，故平均速度較快，使瓶內有較大的壓力(18%；14%) 8.因氫氣較輕，所以裝有氫氣和氧氣的容器中，氫氣位 9.

(18) 在上方(19%；19%) 9.打開分隔氫氣和氧氣的氣閥，氫氣在容器上方，氧氣在下方(34%；37%) 。洪振方(1987). 國中問卷高中. 1.密閉容器中，氣體的體積是指粒子本身的體積(國一 81%、國二 70% 、國三 70%和高中 39%) 2.密閉容器中，氣體壓力為粒子互相擠壓造成(國中 12% 和高中 31%)或是因粒子堆疊佔據空間造成(國一 88% 、國二 55%、國三 55% 和高中 32%) 3.學生傾向於靜態粒子模型，誤認為因無外來動力空氣粒子即靜止；或因粒子間的巨大引力，彼此緊密維繫而不改變分布位置。因此，當受外壓而縮小時，會誤認是粒子本身收縮；當受熱膨脹時，會誤以為是粒子膨脹。學生認為氣壓的產生是粒子充滿空間而非運動互相碰撞的力量。. 盧文顥(1991). 國高示範生實驗群測. 1.學生溶液概念獲得與國中認知發展階層有顯著相關 2.學生錯誤思考模式來自錯誤推理，雖有形式操作能力，但不一定有正確溶液溉念 3.學生不能分辨粒子、原子、分子三名詞在科學意義上的不同。. 林振霖(1993). 國中紙筆測驗. 對「分子」迷思概念：1.空氣為化合物(25.3%) 2.原子如分子在自然界可獨立存在(62.9%) 3.同溫同壓下，氣體的原子數多則體積大(37.0%) 4.反應物總重必等於生成物重，無限量試劑與過量反應物的分子概念(31.1%) 5.空氣為 NO 與 NO2 分子的混合物(34.9%) 6.兩種物質反應時必以同分子數反應(39.0%) 7.反應的元素原子重量比與元素的反應重量比成反比 (37.2%) 8.組成分子原子數愈多，原子的原子量愈大(23.0%)。. 鄭志鵬(1998). 高中紙筆測驗. 1.學生誤認為氣體較輕，甚至沒有質量；氣體粒子受熱膨脹 2.在粒子概念上有超過 60%的受測學生能以粒子模型來描述氣體相關概念，但並不穩固，可能受題幹的暗示而改變想法 3.能以粒子模型描述氣體的學生不一定能用粒子概念來解釋氣體行為，只是單純接受氣體是由許多分子組成，可以用一顆顆粒子來描述。. 李武勳(2000). 國中紙筆. 1.國一至國三學生能指出粒子形狀不變的比例為 10.

(19) 葛玟菁(2001). 測驗. 14.5%、34.9% 及 41.1%。約 50% 學生認為粒子形狀. 教學活動設計. 會因外在操作而改變 2.能指出氣體粒子均勻分佈的比例為 8.2%、8.1%及 12.6%。85%學生不明瞭氣體粒子會均勻分佈於密閉容器內 3.能指出粒子具有重量且粒子重量不變的學生比例為 21.4%、21.5% 及 34.4%。有 42% 的學生認為氣體粒子沒有重量。. 國中問卷. 1.日常生活中常有學生將水沸騰後凝結而產生的水珠稱為「水蒸氣」，因此造成許多國中生以為水蒸氣是液體的錯誤概念，同時亦會影響學生判斷其他物質狀態時的想法 2.國中生以粒子概念來描述氣體組成的所佔的比例最低，其次為固體，佔比例最高的是液體組成；國中生對於物質微觀組成概念的答對率，有隨著年級之增加而增加的趨勢 3.密閉容器內物體發生狀態變化時，國中生在物體「質量」與「體積」二者變化情形的想法上有明顯的相關性 4.使用粒子模型之模擬教具以進行教學，對於國中學生的物質狀態概念的改變是有助益的，此種教學方法尤其對學生在固體狀態時之微觀組成有明顯的進步。. 邱美虹(2002). 史嘉章(2002). 國中教材分析. 2.理化課程僅在第七章以粒子觀點解釋分子、純物質和混合物，沒有以粒子觀點解釋氣體特性 3.理化課程沒有以粒子模型解釋物質的三態變化 4.國中理化第一冊第六章大氣壓力的定義是空氣柱重量，學生認為密閉容器內空氣壓力就是空氣的量造成，不知為氣體分子撞擊密閉容器器壁的結果 5.對於氣體巨觀現象是定性描述，無法了解微觀觀點。. 國高二階中層紙筆測. 1.學生對氣體粒子本質的瞭解隨年級成正相關 2.大部分學生對於「氣體壓力是由於氣體粒子碰撞模式產生的」並不了解，認為氣體壓力是氣體活性大小、. 驗. 蘇育任(2002). 1.國中的粒子觀點以靜態呈現，沒有粒子動態表徵. 國小二階. 分子量大小、擠壓程度等不同模式所產生 3.學生對於不同氣體擴散時運動速率，認為壓力相同時運動速率相同，並不了解分子量影響速率的快慢 4.學生認為氣體的活性就是氣體的運動快慢程度，並非化學上所定義氧化力的大小。 1.物質經過不斷切割，最後形成相同微小粒子(7.8%) 11.

(20) 層紙. 2.不同物質切割到最後的微小粒子不同，是因為這些粒. 筆測驗晤談. 子的形狀、顆粒大小不同，並非本質不同(31.4%) 3.外觀不同（但組成其實相同）之物質，分割成小粒子後不會相同(28.6%) 4.粉筆灰、灰塵等細小顆粒不能再分割(26.7%) 5.不同狀態但組成相同之物質，例如水、冰等分割後不會相同(41.7%) 6.不同狀態但組成相同之物質和組成不同之物質，切割成微小粒子後是一樣的(37.1%) 7.固體是由微小粒子組成，氣體和液體不是由微小粒子組成(24.3%) 8.微小粒子就是灰塵(16.7%) 9.物質是連續的，例如「水」(52.4%) 10.液體不可切割成微小粒子(23.7%) 11.氣體看不到無法切割出更小粒子(41.6%) 12.冰塊會融化而無法切割成微小粒子狀態(13.3%) 13.氣體粒子是看得見的(17.8%) 14.溶解是固體微小粒子不均勻散佈在液體中(3.6%) 15.碳微粒（黑煙）是空氣雜質(灰塵)燃燒產生(0.1%) 16.碳微粒(黑煙)是空氣中氧氣燃燒後產生的(3.6%) 17.燃燒產生的黑煙和冰塊置於室溫中所產生的白煙，兩者的狀態相同(7.6%) 18.空氣中微小粒子就是被風吹起的沙(8.6%) 19.粒子比原子小(8.7%) 20.灰塵比微小粒子還要(9.1%) 。. 林財庫、林慧潔(2003). 國小紙筆國中測驗晤談問卷. 1.空氣的基本組成：學生能從微觀的分子層次正確的回答這個問題的學生，國小階段整體的平均認知層次沒有明顯的改變，到了國中則有較顯著的提升，到國三時認知層次的提升最為明顯 2.氣體的基本性質：大部分的國中學生知道空氣有質量或重量但難以解釋或論證空氣為何具有質量. 吳美瑩(2004). 國中紙筆. 1.物質組成的迷思概念計有：物質可以無限切割，無. 測驗. 法得到最小粒子；所有組成物質的基本粒子相同；物質是由元素組成；物質是由生物、分子、能量組成等 2.分子及原子的迷思概念計有：二氧化碳是由碳分子及氧分子所構成；水是由氫分子及氧分子所構成；二氧化碳是由碳原子及氧分子所組成；水分子是由水原子所組成；水分子是由一個氫分子及半個氧分子所組 12.

(21) 成等 3.分子定義的迷思概念計有：二個以上的原子組成分子；二個原子組成分子；二種或二種以上的原子組成分子等 4.原子結構模型的迷思概念計有：原子結構模型像太陽系；原子結構模型像一顆圓球；原子結構模型像荷包蛋；原子結構模型像宇宙；原子結構模型像地球；原子結構模型像銀河系；原子結構模型像芝麻餅乾或西瓜；原子核和電子間沒有空隙；原子核和電子間有空隙，空隙間有空氣存在；或是有微小粒子、氧或其它氣體、能量物質存在；或是空隙間有液體存在等 5.原子體積與質量的迷思概念計有：原子的質量可以精密儀器秤重；原子可用肉眼觀察 6.質子、中子及電子的迷思概念計有：中子可以自由移動；質子可以自由移動。詹耀宗、邱鴻麟(2004). 國中紙筆測驗. 我國中學生在氧化還原及燃燒的迷思概念有三個特點， 1.對氧化還原及燃燒概念的命題陳述理解的不完整 2.對氧化還原及燃燒概念的相關概念有不當的錯置與連結 3.概念發展尚未達到概念發展的最高階段－形式階段。. 張容君、張惠. 國二二階. 1.國二個案班級學生對「純物質」和「混合物」的概. 博、鄭子善 (2007). 黃鈺翔(2008). 段試卷施測半結構式個別晤談. 國中二階段式紙筆問卷. 念可分為三種類型：(一)自發性的描述定義；(二)依物質性質的定義；(三)微觀粒子概念的定義。根據物質性質定義「純物質」和「混合物」的人數最多，其次為自發性的描述定義，而以微觀粒子概念解釋「純物質」和「混合物」的人數最少 2.在理解與應用概念間之一致性方面，多數以自發性的描述定義，作為「純物質」和「混合物」的分類依據，其次是依微觀粒子概念作判準，而沒有學生依物質性質的定義作分類 3.以微觀粒子概念作解釋的學生，其概念理解具有一致性。 1.學生微觀粒子概念的發展會隨著年齡的增加而增長 2.學生對於元素、純物質、混合物、化合物、物理變化與化學變化，這些微觀粒子概念存有迷思概念 3.學生無法正確使用科學名詞 4.學生習慣描述概念的巨觀特性，或以巨觀的觀點來描述 5.學生對各概念的理解程度，不能夠完全以選擇形式的 13.

(22) 測驗來表示。綜合以上有關原子與分子的迷思概念，發現即使教師已上完課，許多學生仍然存有迷思概念，可見原子與分子的確是較難理解的單元。對於國內學生而言，從國二上學期最後一章開始，若沒能建立科學概念，或良好的模型，影響會一直到大學階段，不可謂不重要。若要釐清所造成的迷思，就必須從可見的巨觀現象連結到不可見的微觀粒子，能有次序的分類比較，建立原子與分子的科學概念。. 二、概念層級與知識表徵根據 Johnstone (1991)的研究指出：化學家對於化學概念分為三個概念層級－巨觀、次微觀和符號(圖 2-1, Johnstone, 1992。引自謝秉桓等，2014)，巨觀的概念層級表示可觀察的化學現象，包含生活經驗與實驗結果，例如沉澱反應。為了表現這些巨觀的現象，化學家普遍使用符號表徵，包括圖案、代數、物理和計算的形式表示化學方程式、圖表、反應機制、類比和模型套件。而次微觀的概念層級是基於物質的粒子理論以解釋巨觀現象，巨觀 (實驗與經驗). 次微觀. 符號. （原子、分子、電子）. （結構式、公式、方程式與球棍模型等）. 圖 2- 1、化學中的三種概念層級. 例如：電子、分子和原子的運動，液體與氣體的擴散現象(謝秉桓等，2014)。學生在學習化學概念時，往往只能操作其中一種習慣的概念層級來解釋，很少能以兩種概念層級來解釋化學；但是有經驗的教師可以熟練的在三種層級間做轉換。Johnstone (2006)進一步以化學的三種概念層級為基礎提出「多層次學習」（見圖 2-2），圖 2-2 為一個半定量的圖，在三角形的任一頂點代表完全以此層級來解釋化學概念（例如：當完全以巨觀方式呈現化學現象時，三角形中便完全以「巨觀」此一頂點表示），例如教師們上課時利用化學方程式介紹一些實驗結果時，便會將其歸類為三角形右側的邊上，三角形中另外兩邊亦然。許多課程中都會同時使用三種表徵進行教學，在這樣的狀況下學習的層級是位於三角形中的一個點，並依照所使用的比例決定其位置，學生們學習化學概念往往面臨著必須同時接收三種概念表徵的狀況，對於同一個化學反應以不同面向解釋，需要更多時間消化、整理，也就更加趨向以自己最容易理解的概念層級來接受，也就更容易產 14.

(23) 生所謂的巨觀連續、巨觀粒子等迷思概念了(Nakhleh 等，1999)。巨觀以巨觀為主，伴隨著一些次微觀. 以表徵為主，伴隨著一些巨觀. 次微觀. 表徵. （原子、分子、離子）. （符號、公式、方程式與圖表）. 各層級同步進行，但以次微觀為主圖 2- 2 化學中的三種概念層級. 因此，研究者想藉由適當的教學策略，在「原子與分子」單元當中，讓學生由巨觀觀察實驗或實作，引導至微觀原子分子的結構，以模型，圖示來類比微觀粒子，建立次微觀模式，再由次微觀模式解釋巨觀化學反應，最後微觀理論為基礎，完成對於原子、分子及化學反應式的書寫。. 15.

(24) 第二節. POE 教學策略之研究. 本研究的主要目的是為有效提升學生在理化科的學習，澄清「原子與分子」迷思概念。因此學習的主體為學生，應站在學生的角度思考如何解決科學問題。在建構主義思潮下，以學習者為主的學習方法，如概念圖（concept map）、類比（analogies）教學模式、學習環（learning cycle）、POE 教學策略、衝突圖策略（conflict map）(吳穎沺， 2006)，均對迷思概念的研究與概念改變有很大的效果。本研究即嘗試以 POE 教學為策略，現就 POE 之概況做一介紹一、POE 教學策略 POE 教學策略原是由 Champagne、Klopfer 與 Anderson 所發展的 DOE (Demonstration-Observation-Explanation)晤談策略。首先教師示範實驗讓學生觀察，再請學生回答紙筆測驗問題並提出說明，以探討大一新生學習古典力學時，和傳統牛頓力學的想法有無差異。之後 Gunstone 與 White 在研究中發現，若活動前先讓學生進行預測 (Prediction)，不但能夠了解學生的先備知識，同時也能引起學生的學習興趣。於是將 DOE 晤談策略，改良為預測-觀察-解釋(Predict-Observe-Explain)三步驟之 POE 教學策略，期待能夠提升教學成效(White & Gunstone, 1992)。POE 教學策略實施三步驟為： (一)預測：教學開始階段，教師先提出問題，要求學生針對問題情境中的事件或現象進行預測及預測的理由，以了解學生原本的認知概念。此步驟是 POE 實施的關鍵，因為迷思概念與情境有相當大的關聯性。 (二)觀察：進行觀察前先確定每一位同學都已經完成預測步驟。觀察同時學生必須寫下他們所看到的現象與結果，不同學生觀察的重點會不一樣，即時記錄能避免學生事後因聽到別人有不一樣的答案而改變自己的想法。 (三)解釋：當預測與觀察到的結果不一致時，學生要試著去協調觀察結果與預測結果之間的差異。此步驟對學生來說是困難的，而教師應扮演引導的角色，鼓勵學生思考各種可能性並加以說明，透過此過程將學生能逐漸發現自己概念理解的狀況，因此大幅增加概念改變的機會(羅佩娟，2009)。另外，實施 POE 時應遵守以下的原則 (一)事例選擇：問題情境要可預測，讓學生能以個人的先備知識進行理解推論，而非無意義的猜測。再者活動設計應以提供與學生孰悉的真實性情境或生活化的問題，以幫助學生順利進行活動；最後事例選擇要在學生理解範圍內，難度可稍微高一些，但不要讓學生無法想像，例如對於國中生提出化學反應速率問題就不要以反應速率常數當事例，這樣容易讓學生產生挫折感或降低學習興趣 (二)實施過程 1.預測時以學習單用選擇或開放式問答的方式進行填寫。2.預測前教師先展示教材，並允許學生發問，以免因不理解實驗而產生不合理或無關的預測。且在觀察之前一定要先完成預測以及預測理由說明。3.要觀察的結果最好是具體的、有明顯差異的，可讓學生直接進行觀察，以避免觀察錯誤而產生迷思概念。4.觀察前教師應事先告知重點所在。 16.

(25) 5. 教師的支持及鼓勵，是學生開放思考、大膽假設的後盾。6. 每一個步驟都應預留充分時間讓學生確實完成。 (三)教師角色：針對實施 POE 教學策略時的教師角色，提出以下建議：1. 事例敘述應具體明確 2. 發揮發問技巧及適度的引導 3. 鼓勵學習者表達想法。表 2-2 為 POE 教學策略教師與學生的任務表(陳沛瑩,2004,林嘉琦,2005,White & Gunstone,1992； Bruce,2000)。表 2- 2 POE 教學策略教師與學生的任務. 預測(Prediction) 教 1.要學生對現象做預測師 2.要確實清楚學生所做的預測的理論基礎. 觀察(Observation). 解釋(Explanation). 1.要求學生觀察實驗的進 1.要求學生對預測與所觀察行，並即時記錄所觀察到的現象之間的衝突提出解釋現象 2.鼓勵學生發言，引導學生. 任 3.鼓勵學生積極預測，而 2.鼓勵學生能將所看到現務非強調一定有正確答案象完整記錄. 多方面思考. 學生的任務. 1.針對預測與觀察之間的矛盾、衝突之處，提出合理的解釋並試著去調和 2.利用學過的理論基礎來解釋預測與觀察之間的不協調. 1.針對現象做出預測，並詳細記錄 2.要決定使用何種理論來支持自己的預測，而非胡亂猜測. 1.觀察實驗的進行，並能獨立記錄觀察到的現象 2.寫出自己的觀察之前，先不與他人討論，以避免所觀察的角度受他人影響. 綜合上述 POE 教學特色，教師利用預測(P)-觀察(O)-解釋(E)等三步驟，即可讓學生反思自己的想法，同時專注於課程參與；教師也能夠隨時診斷學生的迷思概念，並且達成概念改變，對科學概念教學而言是一種簡單且明確的策略。(吳怡慧,2014) 國內外學者在近二十年來已有上百篇與 POE 相關的研究文獻，近兩年又衍生出許多改自 POE 或與 POE 整合的多種教學策略。各項實徵性研究的樣本範圍涵括從幼稚園到大學生，研究的層面涉及課程、教學、評量、概念診斷、師資培育等各個項度，同時許多 POE 教學設計也尋求與資訊科技相結合，不僅符合時代的需求也能協助更多的學生運用 POE 策略進行有意義的學習。例如 Liew & Treagust（1998）綜合採用 POE、個別晤談以及班級討論，以診斷 11 年級學生包括水的膨脹、鹽的溶解度以及燈泡的功率與電阻等概念，研究結果顯示 POE 除了能有效掌握學生的概念理解，也適合做為教學活動之設計。Khathanvy, & Yuenyong, (2009)發現 POE 可增進學生在力學及運動學上的心智模式；而許良榮和蔣盈姿（2005）以 POE 策略探究小學至高中學生對於物質之可燃性的另有概念，研究結果除了發現學生普遍持有的另有概念之外，也發現學生缺乏科學解釋的能力。綜合以上所述，POE 策略不僅能評估學生的理解內涵及原有概念，同時也能深入探索學生如何進行自然現象的解釋與說明之價值。表 2-3 整理自 2000 年以來有關 POE 教學策略的研究摘要：. 17.

(26) 表 2- 3 國內外 POE 教學之相關研究. 主. 研究者. 題. 另有概念. 許良榮蔣盈姿 2005. 研究結果. 小六運用 POE 策略探究中小國二學生對於物質之可燃性的高一另有概念及其可能的影響因. 日常生活經驗、學校經驗、直覺的觀點是學生另有概念的主要來源之一。多數學生可透過POE活動調整其對於物質之可燃性的判斷，並試圖解釋其原因。. 以建構主義為基礎設計針對學生的另有架構，教師可應用 POE POE 教學活動，診斷學生教學策略，設計以學生觀點為出發的學習的先備知識及另有架構活動，促進學生有意義的學習。. Methe mbu 2001 郭伶玲. 11 年級. 2011. 四年玩具磁性手寫板原理探究念或理由的修正與精緻化這個方向發級教學前後，探究過程及概展。以 POE 策略教學活動能夠讓童在知念改變的歷程，及科學學識與方法上有所收穫之外，同時亦能增進習興趣與信心上的影響。學童科習的興趣與信心。. 黃鈺鳳. 小三以 POE 教學策略探究國小三年級的學童學習溶解的概念改變情形. 尤建捷. 改變. 研究重點. 對象. 2008. 概念. 研究. 2008. 小學探討 POE 策略融入科學. 學童在概念或想法上的改變，都以迷思概. 以概念保留型學童最多，概念增加型學童最少。POE 教學提升學童對自然科學的興趣，提供更多學習成功的機會，增進對學習科學的自信。. 九年探討 POE 對學生學習凸 POE 教學對於學生學習凸透鏡成像的基級透鏡成像概念之效果，及本概念，及解決迷思均有顯著成效。教學過程中，學生概念改變情形. 游清福 2007. 林嘉琦. 國小 POE 教學策略探究國小學童酸鹼概念改變之研究以台北縣偏遠濱海地區為例，進行二個月的 POE 教學. 蒐集評量問卷前後測、活動單學生晤談資料及省思筆本記等由質性資料發現，實驗組學生喜歡 POE 教學，且經過 POE 教學，可修正學生迷思概念，建立正確科學概念. 2005. 國中應用 POE 教學策略探討 POE 教學能改進高、中低成就學生的溶學習「溶解」單元概念改解概念，刺激學生思考提升思考層次及學變之情形習成效。. 吳穎沺. 小五建構主義式的科學學習活採取 POE 的策略能引發學生概念改變，. 2002. 小六動對國小高年級學生認知促進科學學習的教學策略。結構之影響. 學. 謝佳穎. 八年透過 POE 的模式，進行酸學生的酸鹼鹽概念習成效在 POE 教學後. 習成效. 2011. 級. 鹼鹽與反應速率單元的教顯著提升。多數學生認為 POE 可增加學學，探討八年級生之先前習科概念的印象、提升思考能力與激發學概念、學習成效、學習感習興趣等。而生遭遇到的困難則認為解釋 18.

(27) 受及遭遇到的困難與解決階段最難，預測次之。方法。李明修 2011. 蔡炳訓. 小四本研究旨在利用 POE 融. 2007. 國一入學習環的教學模式，探度概念學習成效上都有所進展，且符合究四年級和七學生密度概 Posner 等四位學者提出的個概念改變的念的學習歷程條件。. 賴碩彬. 高中高中職化學課程加入「微研究結果顯示，進行 POE 教學策略可為高職波加熱」教材之可行性研課程帶來更生活化、更吸引學生興趣的成究，希望能夠建立使用效；且由於學生事先預測，造成學生會關 POE 教學策略來增進學生心自己所預測的答案是否正確，自己會爲學習成效，幫助學生建立預測的答案尋找證據和理由，即使結果並正確概念非如預料，學生會再找另一理由去解釋. 2003. 游岫萱 2009 學習動機. 羅焜榮 2005. 周孟勳推理類型. 八年 POE 教學策略在國中二年 1. POE 教學對低成就群男生的學習概念級級「氧化還原」單元施行保留達顯著差異成效 2. POE 教學對中、低成就群男生的學習成效有顯著影響 3. POE 教學對女生學習成效及概念保留影響，未達顯著差異 4. POE 教學對於學生的學習態度及學習方法沒有顯著提升的效果 5. 實驗組學生對 POE 教學持正向肯定. 2011. 張綾娟 2011. POE 融入學習環教使國小和國中組在密. 小三探討 POE 教學策略對國. 整體而言，POE 教學對於提升生之習動. 小三年級學生、不同性別機具有一定的成效；POE 教學對提升男、學生、不同習成就學生在女學生之習動機可能有助益，但與性別無自然科學習動機之影響關；POE 教學可能有助於高學習成就生的注意力。國三結合 POE 與合作學習法對國三學生習電流的化學效應之研究，研究學生對 POE 教學法實施前後之學習動機及學習成效. 1 POE 教學能提高生的學業成就，但對學生學習自然科的學習態度沒有顯著改變。 2 實驗組學生普遍喜歡 POE 的上課方式。 3 用小組競賽的方式，可以提高合作學習的成效。. 小五以 POE 策略所設計的推. 預測正確較多的學生，平均使用演繹推理. 理活動，探究國小五年級次數較多，預測錯誤越的學生平均使用歸學生對於拋射體的概念及納推理次數較多其推理思考小五運用 POE 策略設計一系教學後，學生概念理解得分皆呈現漸增的列的推理活動，來探討國趨勢。在推理思考方面，使用推理思考的小高年級學童的推理思人數漸增；臆測的人數漸減。學生概念理 19.

(28) 考與滲透作用概念. 解的高低，與其使用推類型的比率，並無直接相關性。. 科學解釋. 許良榮羅佩娟 2009 巫少岑 2007. Coştu 等人 (2009). 朱健智結合其他教學策略. 2011. 曾建城 2009. 大學運用序列性 POE 策略，探究教育大學學生對於與大氣壓力與表面張相關之自然現象的科學解釋能力. 具有科學解釋能力理工背景學生皆大於非理工背景的學生，全體在概念問卷中的平均得分大致成常態分布，教育大學學生對氣壓力與表面張力的概念有待加強。. 國小以序列性 POE 探討國小教師教師對大氣壓力與表面張之科學解釋能力、解釋類型與解釋融貫性的特徵. 顯示國小科學教師對於與大氣壓力、表面張力相關現象之解釋能有待提升。將國小教師解釋類型分為六種。解釋融貫性者皆未超過 65 ％. 大一 POE 架構開發出預測-討. 研究結果指出 PDEODE 有效地減少學生. 論-解釋-觀察-討論-解釋. 對於蒸散作用的迷思概念，但因為實驗設計中並未設計對照組，因此無法進行與其 (Predict-Discuss-ExplainObserve-Discuss-Explain, 他教學法的優缺點比較。此研究結果另指 PDEODE)的教學架構，探出大部份的迷思概念在後測及延宕測中討此教學架構對於學生理不再出現，可知此教學法對於學生長期的解蒸發概念的效果。理解仍有一定的幫助。八年運用合作學習融入 POE 級探究教學策略（POED）探討對光的折射之迷思概念及概念改變的情形、迷思念轉變之關鍵步驟. 實驗組經 POED 教學後，迷思概念改變顯著優於控制組。研究所加入之「團體討論」步驟能有效提供具迷思概念之學習可理解、合理的概念改變情境，進而促使迷思概念轉變為正確之科學。. 高一以小組論證融入 POE 教以「小組論證融入 POE 教學策略」教材學策略，發展光學單元教進行教學後，概念正確率、改變學習成就材進行教學，探討生概念優於依課本內容安排的一般教學方式。改變成效及學習。. Kucuko 職前結合 3D 電腦建模程式與使用 3D 電腦建模程式結合 POE 教學策教師 POE 教學策略，探討職前略，對季節與月相的概念改變有其成效。 zer 科學教師對季節與月相的 2008 迷思概念及改變情形。邱彥文 2001. 國中國中理化課試行 POE 教 POE 可幫助教師診斷學生的學習狀況，教師學之個案研究，教師反思而除了進行 POE 活動以外，必須增加其國中教學策略及教學內容. 他教學策略以增加學生討論、師生互動的機會與時間，並促進教學反省，促進教師的專業成長。. 二、POE 教學策略的修改 POEC 教學策略主要基於原來 POE 之「預測—觀察—解釋」中，加入「比較 20.