概念構圖教學對高中生生物科學習成效影響之研究

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(1)國立臺灣師範大學教育學系碩士在職專班碩士論文. 指導教授：游進年. 博士. 概念構圖教學對高中生生物科學習成效影響之研究. 研究生：凌惠玲撰. 中華民國一○四年六月.

(2) 誌謝詞彷彿還是昨日，我在電話那頭的阿母，用一種驚訝陶侃的語氣說：｢啊!你是在無聊，一把年紀了，還在跟人家讀冊，你不要考得上，結果畢不了業。｣我知道這裡面有些許驚喜與擔憂，然而，我很清楚這一切都是為了圓一個曾有的夢。於是，我開始當起工讀生，過著白天上班，晚上上學，假日寫作業的生活。課程與教學在職專班的課程極為札實，每一個老師在專業領域中治學嚴謹，小組報告、個人報告、上台報告以及書面報告，凡此種種都促使我對教育專業重新探究，因此能在教學實務工作有深入的體認與省思。這本論文可以順利完成，最要感謝的是指導教授游進年老師，游老師不僅學識豐富，而且對於教育工作有無比的熱情，即使腳傷不便於行仍然心繫著我們的研究進度及論文寫作。游老師也擁有無比的耐心和包容，都能耐心地了解我的問題，並給予明確的指導，在這樣的過程中，我能放心地和游老師討論，然後解決問題，突破困境。尤其團咪的模式也促使我在撰寫論文能持續不間斷，甚至於透過論文的討論，讓我對教育研究法更精進，由於團咪我也認識更多不同學校優秀而且認真的年輕老師，而道明、佳雯、馨嬅、凱欣等團咪成員都是重要的戰友，感謝悄君、道明、佳雯收留我為小組成員，而且給我許多寶貴的意見，尤其悄君更是我的貴人，不吝經驗分享，認真積極的求學態度也是我要學習的。感謝江書良校長、林宗岐副教授、洪啟昌主任、唐淑華教授、郝永崴教授、張文華教授、陳嘉成教授、黃文煜校長、蔡顯麞助教、羅佩瑜校長等教育先進，能在繁忙的公務下協助審查專家內容效度問卷，使得研究才得以順利進行。尤其郝永崴教授還協助我文獻資料的蒐集和研究工具的討論，而張文華教授和陳嘉成教授擔任論文的口試委員，在研究和論文撰寫給予我很多具體的意見和方向。這一路有許多人的協助和鼓勵，才能完成研究所的學業。同事淑瑜、婉億、桑如、貫洲、志仁、美珠，謝謝你們對我回到學校進修給予肯定，尤其是淑瑜和貫洲每當我在使用 Word 碰到難題時，總是不厭其煩地伸出援手；研究所同學丁柔、怡君、婉玲、淑絹因為有你們，所以，研究所的課程雖然充滿挑戰，但也不孤單。謝謝公公、婆婆、爸爸、媽媽，你們能照顧自己，讓我可以無後顧之憂。最後，感謝我朝夕相處的的外子尚青，犬子育瑞與耀博，你們總是默默地給我鼓舞，尤其是尚青在重要的時刻總是陪伴著我，從參加研究所入學考試，甚至在論文口試時也親自來打氣加油，甚至煮了無數次的魚湯。這是一段充滿挑戰與驚喜的求學路。我給今年高三孩子的畢業卡片是這樣寫的：｢生命的長度不是我們能決定的，但生命的深度和廣度卻是我們可以努力的。｣如果這三年的研究所生涯可以增加我生命深度與廣度，謝謝這些貴人，成就了我更不一樣的人生。最後，我想我應該可以拿起話筒告訴我南部的阿母：｢我真的念畢業了!｣凌惠玲謹誌 104 年 7 月 i.

(3) ii.

(4) 概念構圖教學對高中生生物科學習成效影響之研究. 摘要本研究旨在探討概念構圖教學對高中生生物科學習成就及學習動機的影響，並了解高中生對概念構圖教學的意見。本研究採準實驗研究法，透過不等組前後測實驗設計，研究對象為臺北市某高中二年級兩個班的學生，分成實驗組 38 人，控制組 40 人，進行五週時間的概念構圖教學實驗。實驗組學生實施概念構圖教學，控制組學生則施以講述式教學，實驗教學結束後，經由研究工具所收集的資料，從中分析與歸納研究結果。本研究所採用的研究工具有：生物科學習成就測驗、生物科學習動機量表、概念構圖教學意見表等。所蒐集之資料以次數分配、百分比、平均數、標準差、單一樣本 t 檢定、獨立樣本 t 檢定以及共變數分析等統計方法加以處理與分析。本研究結果發現如下：一、概念構圖教學對於學習成就的影響情形實驗組與控制組之學習成就測驗分數差異並不顯著，顯示概念構圖教學未能有效提升高中學生生物科的學習成就。. 二、概念構圖教學對於生物科學習動機的影響情形。實驗組與控制組在生物科學習動機的｢自我效能｣、｢主動學習策略｣、｢生物科的學習價值｣、｢表現目標導向｣、｢成就目標｣以及｢學習環境的刺激｣等六個向度上的得分皆未達顯著差異。由此可知概念構圖教學並未提升實驗組學生的生物科學習動機。. 三、實驗組學生對概念構圖應用在生物科教學的看法。（一）由量表題的分析，發現實驗組學生除了在｢對概念構圖教學的學習態度｣向度上趨向負面的反應之外，對於｢概念構圖對自我效能的影響｣、｢對概念構圖教學策略的看法｣與｢以概念構圖作為學習策略的看法｣等三個向度上則是持肯定、正向的看法。 iii.

(5) （二）由半開放式問題分析，發現大多數的實驗組學生在概念構圖時會遭遇困難，但是大多數仍然認為概念構圖教學對其生物科的學習是有幫助的。. 根據結論，本研究分別對高中教師、未來研究者提出建議以供參考。. 關鍵字：概念構圖教學、學習成效、學習成就、學習動機. iv.

(6) Study on the Impact of Concept Mapping Teaching on the Learning Outcomes of Senior High School Students for Biology. Abstract This study was designed to investigate the effect of concept mapping teaching approach on the learning achievement, learning motivation of senior high school students’ Biology, and to understand the senior high school students’ views to the concept mapping teaching. The study had been conducted with ”quasi-experiment” design. By nonequivalent pretest- posttest design were administered to collect data. The subjects were two classes of the second grade students from a senior high school in Taipei.The participants wewe divided into the experimental group（n=38） and the control group（n=40）.The time of concept mapping teaching experiment lasted for five weeks. The comcept mapping teaching strategy was used in the experimental group received traditional lectures. After the experiment, data collected through research tools were then analyzed and interpreted to obtain the result. Research tools used in this study are: Biology Learning Achievement Test, Biology Motivation Scale, concept mapping teaching opinion lists. The data collected were processed and analyed with statistical methods including frequency, percentage, mean, standard deviation, one-sample t test, independentsamples t test and ANCOVA analysis. The results of this study found the following:. 1. The impact of concept mapping teaching on learning achievement The difference between the score of the experimental group and the score of the control group in the learning achievement test was not significant, indicating that concept mapping teaching failed in promoting the learning achievement of senior high school students for the subject of biology effectively. 2. The impact of concept mapping teaching on the learning motivation The differences in the scores in all the tests of six dimensions concerning the learning motivation for the subject of biology between the experimental group and the control group were not significant. It was found that concept mapping teaching did not enhance the learning motivation of the students for the subject of biology in the experimental group. v.

(7) 3. The opinions of the students in the experimental group for the application of concept mapping to the teaching of the subject of biology (1) After the analysis of the answers to the scale questions, it was found that the students in the experimental group only had a tendency to have negative reaction to the dimension of "learning attitude toward concept mapping teaching". They had positive opinions for the dimensions of "the impact of concept mapping on self-efficacy", "opinion about the strategy of concept mapping teaching" and "opinion about adopting concept mapping as learning strategy". (2) After the analysis of the answers to the semi-open-ended questions, it was found that most students in the experimental group encountered difficulties in conducting concept mapping, but most of them still considered concept mapping teaching helpful in learning concerning the subject of biology. Based the results , several suggestions were offered to senior high school teachers and future researchers respectively. Key word：concept mapping teaching , learning outcomes, learning achievement, learning motivation. vi.

(8) 目次誌謝詞…………………………………………………………………….i 中文摘要……..…………….………………………….……………..….iii 英文摘要………….………………………………………………….…..v 表次…………………………………………………….………………..ix 圖次……………………………………………………………………...xi 第一章緒論第一節研究動機與目的…………………………………………………..1 第二節研究問題與名詞釋義………………………………………….…..5 第三節研究方法與步驟……………………………………………….….8 第四節研究範圍與限制…………………………………………………10. 第二章文獻探討第一節第二節第三節第四節. 概念與概念構圖的意涵…………………………………….….....13 概念構圖的教學理論基礎………………………………………...20 概念構圖教學的歷程……………………………………………..30 概念構圖教學應用之相關研究……………………………………39. 第三章研究設計與實施第一節第二節第三節第四節第五節. 研究架構………………………………………………………...51 研究對象………………………………………………………...53 研究工具…………………………………………………….…..55 研究實施………………………………………………….…..…67 資料處理……………………………………………………...…72. 第四章研究結果分析與討論第一節概念構圖教學對高中生生物科學習成就之影響…………………....73 第二節概念構圖教學對高中生生物科學習動機之影響…………………....75 第三節高中生對概念構圖教學應用於生物科之看法情形………………….81. 第五章結論與建議第一節結論……………………………………………………….….....93 第二節建議………………………………….……………………….....96 vii.

(9) 參考文獻中文部分……………………………..……………………………….....101 英文部分………………………………..…………………………..…...104. 附錄附錄一生物科學習成就測驗題目……………..……………………...…106 附錄二生物科學習成就測驗雙向細目表………..……………………….112 附錄三｢生物科學習動機量表｣專家諮詢意見暨預試………..…………....115 附錄四附錄五附錄六附錄七附錄八附錄九附錄十. ｢生物科學習動機量表｣正式量表………..…………………...…..122 ｢概念構圖教學之意見調查表｣………..……………………...…..125 實驗教學時間及教學單元………..………………………............128 生物科概念構圖教學活動設計………..……………………...…..129 多樣的生態系課程架構圖……..………………………...……….132 學生繪製概念構圖………..…………………………….……….133 教師批閱概念構圖………..…………………………….……….135. viii.

(10) 表次表 2-1 表 2-2 表 2-3 表 2-4 表 3-1 表 3-2 表 3-3 表 3-4 表 3-5. Ausubel 認知同化論的關鍵概念.…………………………………..22 繪製概念構圖教學與一般講述式教學之研究摘要.………………..…39 小組合作繪製概念構圖與個人繪製概念構圖之研究摘要.…………....44 概念構圖應用在高中職教學之相關研究摘要.…………………….…47 研究樣本人數統計表.………………………………………………...54 學習成就前測之描述性統計及獨立樣本 t 檢定結果摘要.………..…..54 生物科學習成就測驗之雙向細目表.……………………………….……57 審閱問卷專家學者名單.………………………………………………….59 表學習動機量表各層面之 KMO 與 Bartlett 檢定.……………………60. 表 3-6 生物科學習動機量表預試之因素分析摘要表.……………………….61 表 3-7 生物科學習動機量表預試之信度分析摘要表.……………………….63 表 3-8 實驗不等組前後測設計.…………………………………………....67 表 4-1 生物科學習成就測驗之描述統計及獨立樣本 t 檢定結果摘要.……….74 表 4-2 兩組學生在｢生物科學習動機量表｣六大向度的前後測之平均數與標表 4-3 表 4-4. 準差.……………………………………………………………...76 兩組學生在｢生物科學習動機｣六大向度前測之組內迴歸同質性檢定結果摘要.…………………………………………………………………...77 兩組學生在「生物科學習動機量表」六大向度的單因子共變數分析結果摘要.…………………………………………………………………..78. 表 4-5 表 4-6 表 4-7 表 4-8 表 4-9 表 4-10. 實驗組學生在｢概念構圖對自我效能的影響｣答題情形百分比.………82 實驗組學生在｢對概念構圖教學的學習態度｣答題情形百分比.………82 實驗組學生在｢對概念構圖教學策略的看法｣答題情形百分比.………83 實驗組學生在｢以概念構圖作為學習策略的看法｣答題情形百分比.….84 ｢概念構圖教學意見表｣各題得分之平均數及標準差……………….86 ｢概念構圖教學意見表｣各向度之平均數及單一樣本 t 檢定結果摘要……………………….………………………………………………….87 表 4-11 概念構圖助益性之各類指標數量與百分比分析…………………..……88 表 4-12 使用概念構圖的困難之各類指標數量與百分比分析…………….…….89. ix.

(11) x.

(12) 圖次圖 1-1 圖 2-1. 研究程序圖………….............................……………………………………9 概念圖的概念圖…………………………....………………………..…….16. 圖 2-2 圖 2-3 圖 2-4 圖 2-5. 蜘蛛網圖.....……………………………………………………………..…17 階層圖.....…………………………………………………………….……18 因果鍊圖或次序圖.....…………………………………………………….18 種的形成研究.....…………………………………………………….…….19. 圖 2-6 V 圖.....………………………………………………………………..……20 圖 2-7 「接受-發現」的學習與「機械-有意義」的學習之間相互垂直的關係…..21 圖 2-8. 有關個體「生物生殖」的認知結構…..…………………………………..23. 圖 2-9 近側發展區.....……………………………………………………………. 27 圖 2-10 訊息處理順序.........………………………………….…………………..…29 圖 2-11 圖 2-12 圖 3-1 圖 3-2 圖 3-3. 構圖模式的歷程轉換圖.....………………………………….……………35 Novak 與 Gowin 概念構圖的評分例子………………………………….36 研究架構……………………………………………………………………51 繪製概念構圖教學策略組(實驗組 )教學流程圖.....………………..……69 一般講述式教學策略組(控制組)教學流程圖.....……………………..…..71. xi.

(13) 第一章. 緒論. 本研究旨在探討概念構圖教學對高中學生生物科學習成效之影響。本章共分為四節，依序為研究動機與目的、研究問題與名詞釋義、研究方法與步驟、研究範圍與限制，茲分述如下。. 第一節研究動機與目的在面對偏重知識內容的高中生物課綱和大學入學考試，要如何把知識作有系統地歸納整理以及意義化，且能從教學過程中瞭解學生的思維及迷失概念，培養學生思考分析的能力，是研究者一直想要解決的問題，本研究即透過概念構圖融入生物科教學，試圖瞭解學生的學習並建構一個有效的教學模式。. 壹、研究動機歐盟（European Union，簡稱 EU）在 1995 年發表《教與學：邁向學習社會》（Teaching and Learning Toward the Learning Society）的政策白皮書中強調「學習如何學習」；而聯合國教科文組織（United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization，UNESCO）於 1996 年所出版的《學習：內在的財富》（Learning：The Treasure Within）一書中，提出四種基本的學習，其中一項是「學會追求知識」。由此可見，若要培養 21 世紀的人才，教育的核心任務不能再像過去只是教授學科知識而已，未來的教育任務則是要教導學習者擁有帶得走的能力，如此，才能因應世界的變化。近年來有關「什麼才是有效的讀書方法」、「如何讓學習更有效率」的話題在世界各地被討論，甚至一本又一本的書籍接連著出版，如日本漫畫家三田紀房在 2003 年創作的《東大特訓班》漫畫作品，作品中詳細介紹了各種考試與唸書的技巧；德國執業律師 Christian Gruning 創立「格綠寧」學院，開設一些關於學習方法的講習課程，最後將整套學習訓練課程發展出「讀書別靠意志力」一書；國內也有許多書籍雜誌都在討論這樣的主題，由此可知，培養學生｢學會如何學習｣是學校教育中極為重要的目標之一，因為欲立足於瞬息萬變的未來，唯有學會取得知識的能力。. 1.

(14) 學習是一輩子的事，每一個人從出生的那一刻開始便無時無刻不在學習，對於大多數人來說，學校是學習的重要場所。學生在學校所學習的東西，有許多是必須記憶的事實性訊息，而這些事實性的訊息是決定學生是否能學會更複雜概念的基礎，所以，在學校教育中，我們不只要關心學生在各個學科的認知、情意、技能等方面是否達成能力指標，也應該指導學生建構有效學習的方法。教育部（2014）頒布的十二年國民基本教育課程綱要中提到：十二年國民基本教育之課程發展本於全人教育的精神，以「自發」、「互動」及「共好」為理念，強調學生是自發主動的學習者，學校教育應善誘學生的學習動機與熱情。而在這三個基本理念下，訂定四項總體課程目標，以協助學生學習與發展，四大目標的第一大目標為啟發生命潛能，其中包含啟迪學習的動機，培養好奇心、探索力、思考力、判斷力與行動力，願意以積極的態度、持續的動力進行探索與學習，從而體驗學習的喜悅，增益自我價值感。在此總綱的第肆部分也指出十二年國民基本教育之核心素養，在於培養以人為本的「終身學習者」。由此可見，教育的目標除了知識的傳授，更重要的是培養終身學習的熱情與能力，所以，如何透過良好的教學策略讓學生學會「如何學習」其重要性不言可喻。. 國內自 1980 年代起，有學者開始陸續重視概念構圖（concept. mapping）在教. 學上的運用。范瑞東（2005）針對國家圖書館碩博士論文檢索系統、國科會研討會所出版的文章與各類期刊，將有關於概念構圖的文章作了後設分析，結論為：概念構圖的教學不論是在認知方面或是情意方面，在整體成效上，都優於傳統教學，且達中等程度的正向效果。概念構圖是由美國康乃爾大學教授 Novak（1984）等人沿襲 Ausubel「有意義的學習」理論之精神所設計的。概念構圖是一種可以幫助學生學習如何學習（Learning how to learn）的策略，透過概念之間有意義的連結，以及有效的階層排列，使零碎紛亂的訊息得以重新整合形成較大的知識結構，是一種利用視覺化的圖像表徵，透過概念構圖的教學策略可以協助學生建構概念和意義。在繪製概念圖時，學生必須運用舊有的知識，與所學到的新知識，以概念構圖的方式加以整合且呈現出來。換言之，即新的學習經驗必須植基於舊經驗之上，因此，概念構圖被認為是促進有效教學與有意義學習的工具之一。身為教師不只是將知識授與學生而已，更應該設法提升學生的學習興趣，引導學習、改善學習的技巧等，促進學生在學習中主動積極，這樣才能將促進學習成效。 2.

(15) 進入大學繼續學習是高中階段的學習目標之一，目前臺灣的大學入學有多種管道，其中與大部分高中生有關的測驗，主要是學科能力測驗（簡稱「學測」）和指定科目考試（簡稱「指考」），「學測」旨在測驗考生是否具有接受大學教育的基本學科能力，是大學校系初步篩選學生的門檻。而「指考」旨在檢測考生是否具備校系要求的能力，是大學考試入學招生管道的主要依據。然而，不論是「學測」或「指考」，考生皆需具備該科基本的知識及能力。生物學本身具備豐富的概念與複雜的原理機制，學生常不易組織或連結所學習的概念（徐俊龍，2011）。研究者任教高中生物至今已有十二年，發現高中生物課綱讓教師的教學偏重知識的傳授，其中龐大的知識內容造成師生在教與學的過程中，耗費大部分的時間和精力。生物科教科書中有許多專有名詞及概念，讓學生誤以為生物科只是一種專有名詞堆砌而成的記憶學科，常常只採用記憶背誦的方式來學習，對生物學概念的理解是零碎、片段且缺乏較深層的聯繫，大多數的學生不善於統整、論述，最後流於死記教材資料以應付考試。研究者在為高三學生複習高一、高二的教材內容時，學生的臉上總是出現茫然的表情。那種明明是高三生成熟的臉，在面對舊知識卻是零經驗的陌生表情，總是讓研究者不經回想起自己曾在講臺上努力地演示、口沫橫飛地解說著每一個概念，曾經在教學過程中全然地投入及展現的自信，這一切竟是如此的不真實，學生將舊知識忘得精光，促使研究者思考著要如何把知識作有系統地歸納整理以及意義化，且能從教學過程中了解學生的思維，培養學生思考分析的能力，增進學習成效。本研究即概念構圖應用在生物科教學，以瞭解學生的學習成效並試圖建構一個有效的教學模式。相較於傳統教學方式，本研究將概念構圖融入於生物科的教學中，以探討概念構圖教學對於高中生生物科的學習成就的影響，為本研究動機之一。. 影響學習成效的原因頗多，學習動機便是其中之一。現有的生物科教材內容包含大量的知識，缺乏實驗活動，文本中大多是事實知識的陳述，這樣的教材內容讓學生無法體會到學習的快樂，最後更是缺乏學習的興趣。再者，在升學主義與授課時數的限制下，以教師為中心的講述式教學，雖然是因應升學考試常是最迅速且有效的方法，但在這樣的過程中，學生所學到的資訊幾乎是經由教師整理，而後直接傳授給學生，學生常常沒有經過思考與組織，只是胡亂地記憶大量的知識以應付各種考試。由於其所學的知識無法與生活經驗連結，結果往往不容易感受到學習的成就感，漸漸地學生缺乏自學的習慣和能力。所以，如何透過教學來提升學生的學習 3.

(16) 興趣，尤其是需要努力的。近年來，概念構圖普遍使用於各學科教學領域，探討概念構圖策略成效的研究愈來愈多，普遍認為視覺化的概念構圖，對於促成學生有意義學習是有相當助益的（陳嘉成，1998；蔡天民，2002；Novak & Gowin, 1984）。余民寧（1997）指出學生主動去建構自己腦海中的概念圖，主動去搜尋和聯結概念間的關係和意義，如此才能獲得持續且有意義的學習效果。當學習對學習者具有意義性時，才能激發與持續學習的動力，實施概念構圖教學還能提高學生的學習興趣，並有效改善學生的學習狀況（洪麗卿，2002），因此，本研究將概念構圖應用於生物科的教學上，以探究概念構圖教學對高中生在生物科學習動機的影響，為本研究動機之二。. 學習者即使通過重重的學習關卡而獲得學歷，並不一定擁有學習能力，終身學習已是 21 世紀重要教育最重要的事之一。教學應該是幫助學生建構自己的知識結構，讓學生主動參與學習並從建構知識的過程中去體會學習的意義與真諦。余民寧（1997）表示教學若要能達成目標和進行，就必先將教材建立在學生既有的基礎上，然後引起動機、激發靈感以及促使回憶並聯結舊經驗與舊知識。概念圖可表示隱藏在命題架構中的一組概念間的意義，透過概念圖的呈現，教師可以了解學生的認知結構，並發現學生的錯誤概念，進而使教學效果達到事半功倍的程度（余民寧，1997）。概念構圖的教學策略係教師或研究者引導學童概念重組與再建構的有效學習方法（Cullen, 1990）。由此可知，概念構圖不僅是一種教學策略，也是學習策略。雖然，我們都知道且肯定學習策略的重要性，大多數的老師也認同：「與其給孩子魚吃，不如給他一根釣竿」的價值觀，但在實際教學中，將培養學生學會有效的學習策略作為教學目標，且能達成這個目標的老師寥寥無幾。陳嘉成（1997）曾指出概念構圖不僅是一種學習的監控策略，亦可用來檢視既存的知識結構。因此，學生能提出問題與獨立思索都是必備的能力。學生透過對概念構圖的瞭解並使用概念構圖於學習經由尋找問題、反覆思索以獲得解答。本研究藉由探討生物學的知識結構，分析生物科課文的組織結構類型，並將概念構圖融入高中生物科教學，期能從透過了解並分析學生對概念構圖教學之看法，以作為後續的概念構圖教學設計之依據，此為本研究動機之三。. 4.

(17) 貳、研究目的依據前述的研究動機，本研究的研究目的如下：一、探討概念構圖教學對高中生生物科學習成就的影響。二、探究概念構圖教學對高中生生物科學習動機的影響。三、瞭解高中生對概念構圖教學應用於生物科的看法。四、根據研究結果提出概念構圖教學策略之建議，以供高中生物科教師教學和未來研究之參考。. 第二節研究問題與名詞釋義. 本節依研究目的提出研究問題，作為實證資料蒐集的參考，並對本研究中之重要名詞加以界定。. 壹、研究問題研究者為達成以上的研究目的，進而提出以下的研究問題，作為研究過程中彙集整理資料並進行分析探討之依據。茲將本研究之問題臚列如下：一、概念構圖教學對高中生生物科學習成就的影響情形為何？二、概念構圖教學對高中生生物科學習動機的影響情形為何？（一）概念構圖教學對高中生｢生物科學習動機之自我效能｣的影響情形為何？（二）概念構圖教學對高中生｢生物科學習動機之主動學習策略｣的影響情形為何？（三）概念構圖教學對高中生｢生物科學習動機之生物科的學習價值｣的影響情形為何？（四）概念構圖教學對高中生｢生物科學習動機之表現目標導向｣的影響情形為何？（五）概念構圖教學對高中生｢生物科學習動機之成就目標｣的影響情形為何？（六）概念構圖教學對高中生｢生物科學習動機之學習環境的刺激｣的影響情形為何？三、高中生對概念構圖教學應用於生物科的看法為何？（一）高中生在概念構圖教學對自我效能的影響情形為何？ 5.

(18) （二）高中生對於概念構圖教學的學習態度為何？（三）高中生對於概念構圖作為教學策略的看法為何？（四）高中生對於概念構圖作為學習策略的看法為何？. 貳、名詞釋義茲將有關本研究的重要名詞之概念與定義分述如下：一、概念構圖概念構圖是一種階層性的認知結構，一般化的概念位於上層，而較特殊化的概念位於下層，再透過不同連接語進行有意義的連結，形成一個容易貯存、提取的知識網絡，如此透過概念構圖便可將學習內容圖像化、知識具體化。概念構圖的程序包括形成概念（concept）、分類階層（hierarchy）、連結關係（relationship）、交叉連結（cross-link）與舉例（example）等五個步驟。本研究所指的概念構圖係指根據知識結構的特性選擇適合概念圖式，如蜘蛛網圖、階層圖，以 99 課綱泰宇版高中基礎生物第六章第一節至第三節教材內容的概念為轉換內容。. 二、概念構圖教學概念構圖教學是指利用概念構圖作為教學策略，讓學生將所學得的知識重新組織與表徵知識的架構，透過瞭解架構中每一個基模的階層與關係，藉以提升內容理解、學習成就、學習動機以及解決問題的能力。透過學生所製作的概念構圖，教師可偵測出學生的知識結構或錯誤概念，以作為教學的參考。本研究首先介紹概念構圖的類型，以正實施的進度內容為教材，引導學生找出重要概念、事實，並將概念與事實之間聯結成有意義的命題，學生藉由練習而認識概念構圖，最後能自行完成以生物科為內容的概念構圖。. 三、學習成效學習成效是衡量學習成果的指標，是指教學結束後，學習者在認知、情意、技能方面的改變。本研究欲探討概念構圖教學對於高中生生物科學習成效的影響情形，所指之學習成效包括生物科學習成就測驗的分數、生物科學習動機量表的得分以及高中生對概念構圖的看法和應用的狀況。 6.

(19) 四、學習成就學習成就係指學生歷經教學及學習過程後，所學會的知識與呈現出來的行為能力，即學生對學習內容保留的情形。本研究所指之學習成就係指學生在研究者自編之「生物科學習成就測驗」的得分情形，分數愈高表示生物科學習成就愈好，分數愈低代表生物科學習成就愈差，藉以瞭解概念構圖教學對生物科學習成就之影響。. 五、學習動機學習動機係指引起並維持學生自發性學習活動的內在動力。本研究所指之學習動機，係指研究者自編的「生物科學習動機量表」，測量向度共分為六大部分，包含｢自我效能｣、｢主動學習策略｣、｢生物科的學習價值｣、｢表現目標導向｣、｢成就目標｣及｢學習環境的刺激｣，得分越高代表學生對生物科的學習動機越強。. 7.

(20) 第三節研究方法與步驟壹、研究方法本研究主要採用的方法有準實驗研究法及問卷調查法。一、準實驗研究法本研究設計採準實驗研究法，分為實驗組與控制組，實驗組以概念構圖教學策略進行教學，控制組採用一般講述式教學策略進行教學。. 二、問卷調查法本研究採用研究者自編之「生物科學習成就測驗」、「生物科學習動機量表」，以瞭解概念構圖教學和講述式教學對學生在生物科學習成就、學習動機的差異情形，另外，由實驗組填寫的｢概念構圖教學之意見調查表｣來探討高中生對生物科概念構圖教學的看法與使用的情形。. 貳、研究步驟本研究的研究步驟共分為三個階段、準備研究階段為第一階段，發展實驗階段為第二階段，完成資料分析階段則為第三階段，茲將各階段的重點工作說明如下：. 一、準備研究階段第一階段為準備研究階段，準備項目包含相關資料的收集、選定研究主題、分析教材內容進行課程設計以及編製研究工具等。. 二、發展實驗階段第二階段為發展實驗階段，研究者在此階段進行選取實驗班級、實驗組與控制組實施生物科學習動機的前測、進行實驗課程、實施生物科成就測驗、完成生物科學習動機後測，實驗組並填寫概念構圖教學意見調查表。. 三、完成資料分析階段第三階段為完成資料分析階段，將所收集的資料加以統整、分析並歸納，撰寫研究結果、提出建議事項，最後完成論文。 8.

(21) 本研究的研究程序，如圖 1-1 所示。. 第一階段. 第二階段. 蒐集及閱讀相關文獻. 選定實驗班級. 確定研究主題實施生物科學習動機前測資料整理與分析進行實驗課程彙整文獻生物科學習成就測驗生物科學習動機後測概念構圖教學意見調查表. 擬定研究程序與架構. 分析教材內容第三階段分析與歸納研究資料. 進行課程設計. 撰寫研究結果. 發展研究工具. 提出建議事項撰寫研究計畫完成論文自然科學習態度後測概念構圖接受度調查表圖 1-1. 研究程序圖. 9.

(22) 第四節研究範圍與限制. 影響學習成效的原因很多，本研究將概念構圖融入高中生物科教學，探究此教學策略對高中生學習成效的影響，並期能了解高中生對於概念構圖教學策略的看法與評價。研究者在研究設計各方面力求客觀，但實際教學條件及過程仍有不可避免的限制，茲將研究範圍與研究限制敘述如下：. 壹、研究範圍. 一、就研究對象而言本研究是以高級中學學生為研究對象，以研究者所任教之臺北市立高中二年級第一類組的兩個班級學生為樣本，進行生物科概念構圖教學實驗。. 二、就研究內容而言本研究以高中生物科作為本實驗的科目，99 課綱生物科之基礎生物第六章「生物與環境」第一小節至第三小節的教材內容為範圍，並針對學生的學習成就、學習動機以及對概念構圖教學的看法等三個部分進行分析。. 三、就研究方法而言本研究設計採「準實驗研究法」，分為實驗組及控制組。實驗組實施繪製概念構圖教學，控制組則採用講述式教學法進行教學。. 貳、研究限制研究者設計此概念構圖的教學實驗，為了不影響正常課程的進行，並且考量人力、物力、資源與時間等因素，所以，本概念構圖融入生物科教學的研究，有以下的限制：. 10.

(23) 一、研究對象的限制本研究受限於研究者本身及課務安排等因素，以研究者所任教之臺北市立高中二年級第一類組兩個班級的學生作為研究對象，由於無法將實驗對象進行隨機分組，因此，研究結果不宜類推至其他不同地區、不同年級、不同類組之高中生。. 二、研究內容的限制本研究是以高中 99 課綱基礎生物泰宇第六章「生物與環境」第一節至第三節的內容為依據，作為教師教學活動的依據與學生學習的內容，因此，研究結果不宜過度推論至其他科目或其他章節。. 三、研究工具的限制本研究以研究者自編之「生物科學習成就測驗」做為後測，後測的成績可能因過度練習而受到影響。再者｢生物科學習成就測驗｣為實驗學校的段考題，無法進行預試，故無法建構其效度與信度。. 11.

(24) 12.

(25) 第二章. 文獻探討. 本研究是將「概念構圖教學策略」應用在高中生物科的教學中，以探討此教學策略對於高中學生生物學習成效之影響。本章共分為四節以探究概念構圖教學相關之理論基礎：第一節概念與概念構圖的意涵，第二節概念構圖的教學理論基礎，第三節概念構圖的教學歷程，第四節概念構圖教學應用與相關研究。. 第一節概念與概念構圖的意涵. 余民寧(1997)認為透過概念的學習與概念的傳達，學生才能獲得新知識，並且藉以產生新概念，用來傳遞人類文明中最寶貴的資產：「知識」。葉季昀（2005）曾探討圖像組織架構教學策略對國中生學習神經系統概念的影響，結果顯示經過圖像組織架構教學策略後，學生在選擇題後測總平均成績及知識類型試題平均成績，皆顯著優於傳統教學策略組的學生，另外，圖像組織架構教學策略有助於學生正確記憶並能回憶抽象性較高的名詞，甚至於概念的理解表現與應用的品質上皆有較佳的表現。圖像組織是一種傳遞或創造知識的策略，而概念構圖便是一種圖像組織。前節內容主要探討概念構圖的理論基礎，本研究進行概念構圖融入教學，須先瞭解概念的意涵和形成，才能進行後續的概念構圖，本節綜合介紹概念與概念構圖的意涵。. 壹、概念的意涵人類對概念的學習自出生即開始，一直持續到死亡為止。心理學行為認知學將概念視為特定反應類似的刺激，認知學派則看成是一種心智活動（王美芬、熊召弟， 1995）。概念所指的意義，即是具有能被信號(sign)或符號(symbol)所指稱之共同性 (regularity)的事件(events)或物件(objects)，例如「椅子」即是一個概念，它是指具有座面、靠背和四隻腳等共同性，足以供我們坐下的物件（余民寧，1997）。Novak （1991）則把概念定義為事件或物件的規則，或是事件及物件的一項記錄。兩個或更多的概念聯結形成一個命題或敘述，而新知識的獲得則是須要新命題的建構。. 13.

(26) ｢概念｣在科學教育也備受重視，魏明通（1997）在書中提到 Milton O. Pella 在其著作《科學的概念學習》（Concept Learning in Science）中，對｢概念」一詞有詳細的解釋。Pella 認為概念為一種象徵性的描述，人類根據觀察自然事物的經驗所做的決定或人類從經驗中萃取出來的並超出個人經驗的類化。. 概念是學習的基本單位，學習可視為概念改變的過程(邱美虹，2000)。學習是上課所學的和對概念原先想法之間交互作用的結果，即是一種概念改變的過程（董正玲、郭重吉，1992）。劉俊庚（2002）提到許多研究指出，影響學生在學習方面的顯著因素即是學生的概念。然而，要改變學生原有的概念趨向於科學的概念並不是一件容易的事，甚至在教學後企圖使個體放棄心中原有的知識仍是困難的(許榮富、楊文金、洪振方，1990)。邱美虹(2000)指出學者大都指出科學概念學習困難的原因有四點：1.受到個人經驗的影響。2.概念本身是抽象的。3.概念本身是複雜的。4.概念本身是微觀的。. 綜上所述，｢概念｣被不同領域的學科專家賦予多元的意義，概念包含有意識的或合理的事實之關聯、概念描述一個觀念而具有不同階層的複雜性，並且是有用於預測或統整資料的，而且概念是歸納舊有經驗的學習單位，須透過概念的改變進而產生概念的學習，最後才能逐漸累積成概念系統。為了更有效的教學，教師不僅需要了解學生現在知道什麼，更需要尋找最適合於學生概念發展的教學策略。. 貳、概念構圖的意涵概念構圖原先應用在科學教育上，Novak 與 Gowin (1984)為了幫助學生在科學學習上能達到有意義的學習，根據 Ausubel 的階層認知結構理論，研究發展出的學習工具，後來也運用到其他學科，作為學習、教學或評量的工具。以改進學生在學習上的成果。概念構圖是指使用命題形式的概念圖(concept map)，表徵所欲教學和學習的概念與概念間的聯結關係，並以此概念圖作為評量與研究學習者概念結構的依據(Novak & Gowin, 1984；Novak & Musonda, 1991)。. 14.

(27) Novak 與 Gowin 將概念圖分成四個結構部份（引自余民寧，1997）：一、關係：指將兩個概念聯結成一道命題的連結關係而言；連結線和連結語必須表達出這兩個概念間的連結關係是有意義且是有效的。二、階層：指概念圖中所呈現出的階層個數而言；每一個附屬概念應比其上階層性。三、交叉連結：指概念圖中某概念階層的一部份和另一階層的部份概念間呈現有意義的聯結而言；所呈現的聯結關係必須是重要且有效的。四、舉例：指學習者能根據自己的理解，舉出特殊且具代表性的例子而言；所舉的例子必須是學習者將知識先作一番統整後，再以特定的事件或物件做為例子才行。. 陳嘉成（1998）認為所謂的概念圖就是將教材或文章中的概念抽取出來，並以一個核心概念(focal concept)為主題，圍繞者此一核心概念，經由學習者的理解把所有相關的概念組織起來，用以表徵學習者在相關學科上的知識結構之語意網路圖。余民寧(1997)有別於傳統式表徵學科訊息的綱要式組織法，因為它多增加一個相關聯的向度，所以，比傳統直線方式更適合用來表徵概念間的命題關係。余民寧 (1997)、陳嘉成（1997, 1998）引用 Pankratius(1990)概念圖之概念圖來說明什麼是概念圖，如圖 2-1。. 余民寧(1997)指出概念構圖是在教學前後各給予受試者一組概念，然後要求受試者將這些概念運用適當的聯結語聯結起來，最後成為一幅概念圖。概念構圖則是建構概念圖的一個動態歷程，是一種可看見的認知結構的表徵法（陳嘉成，1998）。由許多基本元素所組成的概念圖，會隨學生思考和理解程度不同而變化，因此，每個概念圖都反應出不同學習者的不同觀點（余民寧，2002）。組織化的過程在學習科學上扮演非常重要的角色，組織化的過程是建立概念架構的主力，科學教師可以利用畫概念圖技巧幫助學生去完成組織化過程（黃台珠、熊召弟、王美芬、段曉林、熊同鑫譯，2002）。. 15.

(28) 圖 2-1 概念圖的概念圖資料來源：余民寧（1997）。有意義的學習─概念構圖之研究（頁 17）。臺北市：商鼎文化。. 由上可知概念圖是一種圖形組織，包含有概念、階層、連結線、連結詞，交叉連結線，以及連結兩個概念而形成的有效命題關係。概念構圖強調把雜亂、無秩序的概念依照合理的邏輯順序加以分類，且依照概念的大小進行階層性的排列，並將不同類別的概念作有意義的連結，建構成一個有意義的知識結構網絡，概念圖反應出學習者的觀點，從概念構圖可發現學習者的先備知識與概念改變的情形，因此，概念構圖可評量與研究學習者的概念結構。本研究旨在探討概念構圖教學對高中生生物科學習成效之影響，故將概念構圖融入高中生物科教學，學生將所學以概念圖的方式呈現，藉以瞭解學生概念的改變及學習成效。. 16.

(29) 參、概念構圖的類型概念構圖能針對主題不同的思考方式提供支持，因此，教師需要去瞭解特定的概念構圖所適用的特定主題，然後才能幫助學生了解為何教師建議使用某一概念構圖，以幫助思考的原因所在（洪麗卿，2002；Clark, 1991）。黃台珠（2002）指出一些常在科學教育上使用的圖形工具，例如蜘蛛網圖、階層圖、流程圖、概念圈圖、 V 圖等，以下說明這幾種概念構圖的組成與運用時機。. 一、蜘蛛網圖蜘蛛網圖的主要特徵是包含一個組織中心，以及支持該組織中心的分項事實、特徵或屬性(李欣蓉譯，2005)。蜘網圖傳達一套平等位階的概念群組，概念間的聯結線意含著「為其中一種」的意思，而每個大概念尚有其他次概念的發展空間以構成更複雜的網狀圖，且次要概念沒有上下層級的關係（李咏吟，1998a）。蜘蛛網圖如圖 2-2 所示：. 圖 2-2 蜘蛛網圖資料來源：洪麗卿（2002：31）蜘蛛網圖在生物教學上的應用為當對一生物學主要概念、主題或核心的問題進行類別(或特徵)討論，而討論內容並沒有再細分成不同的類別時，即沒有確切上下層級關係時，如：生命現象的內涵（徐俊龍，2011）等。. 二、階層圖階層圖是一個有組織的架構，著重在上下概念間的階層關係。階層圖中的聯結線代表上位的概念「包含」下位階的概念（李咏吟，1998a）。一般性、抽象性的概念排在上層，較具體、特定的概念排在下層，可輕易瞭解各概念之間的平行及階層關係。階層圖即 Novak 和及同僚所提倡概念圖式。如圖所示：. 17.

(30) 圖 2-3. 階層圖. 資料來源：洪麗卿（2002：138）. 階層圖的主要特徵主要針對一個簡潔、有組織的架構，著重在上下概念的階層性，將主要概念、一般性、概括性的概念列在最上層，再如層級般一層一層往下列出，越往下列，概念越特定與具體，並可加上適當的聯結語來引導(李欣蓉譯，2005)。其特徵為多層的分類，通常特徵詞為「可分成」幾類，下一層可繼續「再分成」幾類；或「可分成」幾類，接著「例如」舉例說明之，概念間有明顯的層級關係。階層圖在生物教學上的應用，適用於生物學概念的類別，彼此間有明顯上下階層的關係。. 三、因果鍊圖或次序圖常用直線狀排列來呈現概念的關係，適用於文本組織結構為因果關係或次序結構，前者稱為直線因果鍊圖，後者則稱作次序圖。因果鍊圖使用於當概念之間具有「導致」（leads to）或「使能力」（enables）或「接著是」（then）等形成因果關係時（李咏吟，1998a；Clarke,1991）。Clarke (1991)提到以程序圖來描繪完成某一任務或解決某一問題所須依循的先後步驟，前面的概念引導後面的概念而形成步驟性的關係，常在整理程序性知識(procedural knowledge)時所使用，因果鍊圖或次序圖的示意圖如圖 2-4：. 圖 2-4. 因果鍊圖或次序圖. 資料來源：研究者自行繪製. 18.

(31) 教材中的概念之間有程序上性連結關係與明顯的步驟，但並非為階層或因果的關係，最適當的使用的概念構圖方式，便是這種具有「箭頭」將概念之間連結的概念圖。此種構圖方式應用可在生物概念學習上，如科學方法、生物的生殖歷程與細胞分裂等，常是派上用場的時機（徐俊龍，2011）。. 四、概念圈圖（concept circle diagraming）概念圈圖是由 Wandersee（1987）所發展，強調利用自己建構的圖去幫助知識建構時的省思過程（黃台珠，2002）。每一個圓圈表示一個概念，因為概念內涵之間重疊的比例而有不同的呈現方式。黃台珠（2002）指出概念圈圖的設計是依據 Ausubel 的學習理論，以使學習者由圖內看出其小概念的關係。如圖 2-5 表示種的形成研究由五種概念所組成：種的形成研究生物的種的概念. 生態的種的概念. 演化的種的概念. 整合的種的概念基因型組合的種的概念. 圖 2-5. 種的形成研究. 資料來源：黃台珠、熊召弟、王美芬、佘曉清、靳知勤、段曉林、熊同鑫（譯）（2002）。促進理解之科學教學（頁 123）（原作者：Joel J. Mintzes, James H. Wandersee and Joseph D. Novak）。臺北市：心理。（原著出版年：1984）. 五、V 圖 V 圖為Gowin 所提出，為一種能讓學生學習建構自己想法的圖形組織，黃勤慧（2008）指出因不同的需求，V 圖呈現不同的內容元素，如學生從事科學活動時，可利用 Gowin（1981）的學習 V 圖，以了解實驗工作的意義，V 圖的左側是問問題，右側是回答。提出問題可將某些事物分離，以便和舊經驗進行再結合，當好的 19.

(32) 問題與適當的答案聯結時，學習就完成了。此外，流程圖、概念圖等也可納於 V 圖內（黃台珠，2002）。Gowin V 圖如圖 2-6：. 問問題. 回答. 焦點問題. 想像. 臆測. 詫異. 檢視. 價值宜. 哲學化思考. 辨明. 評鑑. 評價. 評判. 轉換. 提出理論. 排列. 建立原理. 構圖. 記錄. 構思. 作筆記記憶經歷的事件. 圖 2-6. V圖. 資料來源：黃勤慧（2008：44）. 綜上所述可知，目前關於各種表徵方式的概念構圖種類為數眾多，包含許多不同的型態。本研究分析實驗教學單元教科書文本組織的結構，歸納出適合教學的概念構圖類型，主要以階層圖與蜘蛛網圖來進行概念構圖教學。. 第一節概念構圖的教學理論基礎. Ausubel 在 1963 年發表《有意義的言語學習心理學》（The psychology of meaningful verbal learning）提出「認知同化論」（assimilation theory for cognitive learning）的觀點。之後，Novak 教授根據 Ausubel 所提出的有意義學習和概念同化理論設計出一套幫助學生學習如何進行學習的技巧，統稱為概念構圖技巧(concept mapping technique)(余民寧，1997)，概念圖首先應用在促使兒童能夠理解諸如能量、細胞和進化等抽象概念的學習，之後更發現也可以用於教學設計和幫助學生進行有意義的學習。概念構圖的教學法亦與認知同化理論、認知發展論（ cognitive development theory）、訊息處理論（information-processing theory）及腦的研究有關。 20.

(33) 腦的研究與神經生理學有關，本節茲就認知同化理論、認知發展論、訊息處理論以探討各理論與概念構圖的關係。. 壹、認知同化理論 Ausubel 認為人類的學習應該是有意義的學習，因此，以「認知結構」為基礎，強調新的學習必須與個體原有認知結構中的舊經驗取得關聯，才是「有意義的學習」（余民寧，2002；張新仁，2003；Ausubel ,1963, 1968）。張新仁（2003）指出 Ausubel 將教室中常見的學習方式，透過兩個層面加以分析。第一個層面和學習者｢如何接納學習內容｣有關，第二個層面和學習者｢學習內容如何呈現｣有關。前者為有意義的學習抑或機械式學習，而後者則是接受式學習抑或發現式學習。在這兩個層面中， Ausubel 贊成有意義的、接受式學習。圖 2-7 可表示「接受-發現」的學習與「機械 -有意義」的學習之間相互垂直的關係。. 有意義的學習. 機械學習. 釐清概念間的關係. 良好設計的聽講教學. 科學的研究（新的音樂與建築）. 講述或大量的教科書學習. 校內實驗活動. 多數的例行｢研究」或智力的產出. 九九乘法表學習. 使用公式解決問題. 嘗試錯誤｢迷津解決」. 接受式學習. 指導式發現. 自主式發現. 圖 2-7 ｢接受-發現｣的學習與「機械-有意義」的學習之間相互垂直的關係資料來源：張新仁（2003）。Ausubel 有意義的學習理論與教學應用。載於張新仁（主編），學習與教學新趨勢（頁 224）。臺北市：心理。. 機械性學習（rote learning）係指事實或聯結（如九九乘法表、化學元素符號、人體骨頭和肌肉的名稱等）的背誦，機械式學習所涉及聯結基本上是武斷的。機械性的學習按照規定和標準來呈現教材，不考慮學生的個別差異，不讓學生有變通的學習；相對的，有意義的學習（meaningful learning）與學習者已有的訊息或概念有所關聯，教材與教法會以舊知識為基礎，配合學習者的身心發展，如此，有助於增進學生的學習動機和興趣。接受式的學習指的是填鴨式的學習，老師把準備好的教 21.

(34) 材以強迫的方式灌輸給學生，不管學生是否能瞭解吸收。發現式的學習則是指學生從實際操作中發現道理，老師站在指導的立場給予提示，由學生主動尋找答案。 Ausubel 認為學校現場中「接受式」的學習方式遠多過「發現式」的學習方式；然而，Ausubel 也同意發現式學習對於兒童產生內在動機、學習遷移，以及其在經驗世界時主動發現而建構基模的過程非常重要，因此他並不是反對發現式學習，而是對於學校教師面臨如此龐大學科知識的傳遞，不可能要等到每一位學生都發現到某個原理原則，再進行下一個教學活動，因此他對於學校教育現場中常見到的接受式學習，提出了有意義的學習理論。學習在「機械式--有意義的」連續向度上，由下往上移動（余民寧，1997），最終達成所謂的「有意義的學習」，認知同化論主張有意義的學習，其中包含了七個關鍵概念，如表 2-1。. 表 2-1 Ausubel 認知同化論的關鍵概念機械式. 有意義的學習連續向度. ˙有意義的學習（meaningful learning）：將新知識與認知結構中既存的相關概念和命題作聯結，並且統整進這些概念裡。 ˙含攝學習（subsumption）：將新知識包含進入既存的相關概念或命題之下。 ˙統整調和（integration recilliation）：整合不同但相關聯的概念，成為一新聯結的學習。 ˙層級學習（superordinate learning）：與兩個以上有關聯但不同階層的概念聯結之學習。 ˙漸進分化（progressive differentiation）：當新的含攝學習、同整調和與階層學習產生時，概念與命題的意義會逐漸精緻化與類別化。 ˙提綱挈領（advance organizer）：設計出一種簡單、有意義的學習綱要，以幫助學習者將新穎且特殊的知識與其已知的概念或命題作聯結。 ˙機械式的學習（rote learning）：以隨機、逐字復誦的方式將新訊息灌輸進認知結構中。. 。有意義的學習─概念構圖之研究（頁 30）。臺北市：商資料來源：余民寧（1997）鼎文化。. 22.

(35) Ausubel 認為有意義學習的心理機制是同化，除了學齡前兒童，學生的學習都是通過概念同化習得新概念的。魏世台（1981）指出 Ausubel 要求教材內容能夠適合學生的認知能力，要有良好的層級組織，並且在教學活動中要讓學生能夠主動地分析、比較、辨別異同，以及釐清概念與原則之間的關係，進行有意義的學習。它可以提供學童朝向有意義的學習方向邁進，不僅可以增進學童的統整能力、增長知識的保留時間，更可以讓學童感覺到自己是一位主動的學習者（Heinze-Fry & Novak,1990）。張新仁（2003）指出根據 Ausubel 的觀點，學習便是將訊息納入個體原有認知結構的過程。他主張學習應該由最高層的概念，然後學習較低層的概念，最後才學習零碎的特殊事物。如圖 2-8 有關個體「生物生殖」的認知結構為例，其學習的順序為階層 1. 階層 2. 階層 3. 階層 4. 階層 5，也就是說，學生必須先學習生. 物包括動物和植物，然後再分別就動物的生殖方式，學習卵生、胎生、卵胎生；而就植物的繁殖方式來學習用種子、用根、用莖、用葉等。概念構圖將許多雜亂的次概念和較特殊的訊息資料加以含攝，使成為有層次的組織結構，重組與再建構成為最有效的學習方法（Cullen, 1990）。. 圖 2-8 有關個體「生物生殖」的認知結構資料來源：張新仁（2003）。Ausubel 有意義的學習理論與教學應用。載於張新仁（主編），學習與教學新趨勢（頁 221）。臺北市：心理。 23.

(36) 概念構圖融合前導組織、含攝學習、層級學習、漸進分化與統整調和等認知同化論的特色，其最簡單的哲學信念，就是將新概念（知識）的學習建立在舊概念（知識）的既有基礎上，將其連成一種有意義的網路脈絡形式（余民寧，1997，2002）。. 王薌茹(1994)亦認為 Ausubel 的理論是概念圖的基礎，其理由有以下幾點：一、進行概念構圖時學習者主動去聯結新舊知識，符合 Ausubel 之有意義學習的觀點。二、概念圖的製作強調概念階層化，符合 Ausubel 認為概念構造是階層性的觀點。三、概念構圖的由上到下，由大概念至小概念，符合 Ausubel 的含攝理論。四、概念構圖時，可隨者所學增多而連接更多的概念，讓概念圖更精緻，符合 Ausubel 之概念發展的漸進分化的觀點。五、概念圖中較具包容性的概念包含現存的次屬概念，符合 Ausubel 上層屬性學習的觀點。六、概念圖將不同的概念間作統整，並加上聯結語予以意義化。符合 Ausubel 所謂統整調和的觀點。. 綜合上述可知 Ausubel 強調有意義的學習才是真正的學習，其所提出的認知同化論中的七大關鍵概念可促使達成有意義的學習。 Novak 根據 Ausubel 的理論所建立的階層性概念圖也重視認知結構同化與統整的過程，概念構圖將許多次概念和較特殊的資料加以含攝，使成為有層次的組織結構，概念構圖的｢階層結構｣相當於認知同化論的｢提綱挈領｣，而｢從屬階層關係｣等同｢漸次分化｣，概念構圖重視｢交叉連結｣即能達成｢統整調和｣故概念圖可促進學習者釐清概念，以建立概念間適當的關係，促成有意義的學習。. 貳、認知發展論認知發展（cognitive development）意指心理歷程有順序地逐漸變得更複雜而精緻的過程（張文哲，2013）。Jean Piaget 和 Lev Vygotsky 是主要的認知發展理論學家，以下分別介紹 Piaget 的認知發展理論以及 Vygotsky 的社會認知發展理論。. 24.

(37) 一、Piaget 的認知發展理論 Piaget 的認知發展理論在於探討心智能力為什麼發展，以及發展的過程，其認知發展理論認為兒童智力或認知能力的發展有四個明顯的階段。（一）發展如何發生 Piaget 認為發展的產生是透過基模（schemes）、同化（assimilation）和調適（accommodation）的過程。張文哲（2013）指出所謂基模（schemes）是指引導兒童行為思考的心理形式或模式，皮亞傑發現所有兒童生下來便具有與環境互動及想要了解環境的內在傾向，他們會使用基模來瞭解世界，例如，敲打、咬、吸吮和拋擲物體都是嬰兒在探索世界時愛用的基模。當環境本身發生變化時，有機體必須懂得如何處置自身的結構以適應這些變化，在皮亞傑的理論中，因應環境調整基模的歷程稱為適應（adaptation），其歷程包括同化（assimilation）和調適（accommodati on）。. Piaget 採用同化的概念來詮釋個體的認知發展，皮亞傑認為認知主體的概念結構和其所經驗的世界的關係，就如同是存活的有機體和環境的關係，所以人類的認知運作是認知主體與認知客體（外在環境）交互作用的歷程（李咏吟，1998a；林清山，1997）。同化是指有機體運用已習得的知識與技巧對新的環境做反應，並進而獲的新的知識與技能，換言之同化亦可定義為有機體利用先前的經驗對環境做反應（邱上真，2003）。例如給嬰兒一個從未看過的新物體時，嬰兒可能會抓它、咬它、敲打它，那麼該嬰兒即是使用同化的方式來適應環境。. 為了有效適應環境，僅僅使用同化作用來面對環境的變化是不夠的。因此有機體需要其他的適應方式，這時候會根據新訊息或新經驗來修正基模，這個歷程則稱為調適。與同化不同的是調適是指隨著環境的變化，有機體自身也發生了變化，意即有機體以改變自己的方式來應付變化中的環境（邱上真，2003）。例如有敲打基模的嬰兒會對雞蛋敲打，雞蛋被敲打而破裂的下場，促使嬰兒可能因此而改變原來的基模，之後在敲擊某些物體時則只會輕輕碰觸。. 25.

(38) 當「所知的」和「所遭遇到的」兩者之間出現不平衡的狀態時，為了消除不平衡，人們便會自然地去注意失衡狀態的刺激，並發展出新的基模或改變舊有的基模，直到恢復平衡（equilibrium）狀態為止。Piaget 認為學習有賴於此種歷程，兒童一旦失去平衡，他也就獲得成長和發展的機會，終於，兒童對這個世界產生了性質不同的新思考方式（張文哲，2013）。. （二）Piaget 的發展階段論 Piaget 將兒童和青年的認知發展分成四個階段：感覺動作期、前運思期、具體運思期和形式運思期。感覺動作期的大約年齡為出生到 2 歲，前運思期為 2 到 7 歲，具體運思期為 7 到 11 歲，形式運思期則是 11 歲到成年期。Piaget 認為所有的兒童都會依此順序經歷這四個階段，雖然兒童通過這些階段的速率有所不同，但是沒有一個兒童能跳過任何一個階段，在每一個階段都會發展出新的智能，使人能以複雜的方式來瞭解這個世界。. Piaget 的認知發展理論影響國內數學與自然科學的課程與教材甚鉅，他批評傳統教育中「被動教育」、「直觀教學法」、「程序教學法」；認為應該重視「兒童中心」與「環境中心」的原則（邱上真，2003；林清山，1997），意即教師在進行教學時，必須關注教學活動中兒童的學習是否與環境的有所互動，且須配合兒童的認知發展水準，才是成功的教學方案。. 本研究的研究對象是高二學生，其年齡約 16~18 歲，屬於 Piaget 認知發展階段論的形式運思期，在此階段的個體已能進行抽象及純符號思考，能透過有系統的試驗來解決問題，故實施概念構圖於高中生物科教學是可行的教學策略。. 二、Vygotsky 的社會認知發展理論維高斯基認為認知發展與他人的影響有密切關係，此觀點與皮亞傑是不一樣的，不過，皮亞傑和維高斯基都認為符號系統的獲得需要歷經一定的順序，而且此順序是所有兒童都相同的（張文哲，2013）。. 26.

(39) 認知的主要內涵即是概念的發展，吳慧珠與李長燦（2003）指出 Vygotsky 認為概念包括「科學的概念」和「自發的概念」，前者有明確的定義，可藉由一套技術性的教育方式來教導學生學習；後者是不經由特定的教育就能自然獲得的概念。張文哲（2013）指出 Piaget 的理論主張發展先於學習，也就是說必須有某特定的認知結構，某種學習才會發生。Vygotsky 的理論則主張學習先於發展，在學習歷程中，個體透過教學和來自他人的訊息來獲得符號。兒童內化這些符號，使他逐漸能在無他人幫助的情況下，進行思考和解決問題。. Vygotsky 主張學習是接受協助後的發現，在 Vygotsky 認知發展論中，最受教育界重視的理念是近側發展區（Zone of Proximal Development，ZPD），主要探討學習與發展間的關係。Vygotsky 認為兒童的行為發展發生於 ZPD 的範圍之內，介於最低的兒童獨立的表現和接受協助情況下的最高表現，其間存在這各種不同程度的協助表現（吳慧珠、李長燦，2003）。如圖 2-9。. 接受協助之表現水準. 工作的難度. ZPD. 獨立之表現水準. 圖 2-9. 近側發展區. 資料來源：吳慧珠、李長燦（2003）。Vygotsky 社會認知發展理論與教學應用。載於張新仁（主編），學習與教學新趨勢（頁 119）。臺北市：心理。. 在這個情形中，成人及同儕所給予的協助，稱為鷹架構築（scaffolding）。成人及能力較佳的同儕給予的引導或關鍵性的指點，可讓兒童藉此搭架超越原來的認知層次，發展出更高層次的心智能力。張文哲（2013）提到，通常鷹架構築在學習早期階段給予兒童大量支持，然後逐漸減少支持，當兒童有能力時，就開始增加他們的責任。故教師在教學時可以提供適合的學習鷹架，來跨越此發展區域之學習障礙（吳慧珠、李長燦，2003）。 27.

(40) 綜合以上所述，Piaget 與 Vygotsky 對於知識的學習雖有著不同的看法，但都強調學習者主動參與建構的過程，主張個體以既有的認知去組織外在環境的經驗，學習者在學習的過程中，對於課本及教師所傳授的知識內容會主動透過既有知識及經驗，加以選擇、組織以及理解，必要時會調整自己的舊有概念，建構出符合自己或環境所需要的知識。而概念構圖教學即是在教學過程中，將新知識中的重要概念找出並利用概念構圖以呈現出概念間的層級關係，學生會經由整合舊知識建構新知識的過程，來檢視與思考概念間的關係，進而將這些概念有層次、有組織、有系統地統整起來，最後產生新的意義。. 概念構圖更進一步地將建構的過程具體表徵出來，有助於學習者自我建構、重組或改變知識結構。由此可知，將概念構圖作為教學及學習策略，可提升學生的學習成效並達成有意義的學習。. 參、訊息處理論訊息處理論係以電腦處理訊息模式為基礎，認為學習是訊息處理的過程。方吉正（2003）指出其興起的原因主要來自於對行為主義心理學的反動，主張個體並非被動的有機體，不同的個體接受相同的刺激時，不一定會產生相同的反應。訊息處理論是從 1970 年代中期以來有關學習和記憶的主要理論，關於人類記憶的研究， Atkinson-Shiffrin 訊息處理模式可用來說明訊息的記憶或遺忘的歷程，此歷程階段包括訊息經過三個記憶系統，包括感官收錄器（sensory register）、短期記憶（short-term memory）以及長期記憶（long-term memory），訊息進入三個不同的系統，最後進入記憶或遺忘，如圖 2-10，茲就模式中的三個過程分述如下：. 一、從感官收錄器到短期記憶感官收錄器是記憶系統的第一部分。感官收錄器是首先接觸外來訊息的地方，可從各個感官（視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺）接收大量的訊息，並將訊息保留非常短的時間，若訊息在感官收錄器沒有進一步被處理，則很快就會流失（張文哲， 2013）。所以，學習者若想要保留訊息，就必須對此訊息加以｢注意」，才能引起學習者｢選擇性知覺」，之後再轉存於短期記憶（余民寧，1997；張春興，1996）。 28.

(41) 長期記憶. 外在刺激. 感官收錄器. 初步處理. 遺忘. 複誦及編碼. 提取. 工作或短期記憶. 遺忘圖 2-10. 訊息處理順序. 資料來源：張文哲（譯）（2013）。教育心理學：理論與實務（215 頁）（原作者： Robert E.Slavin）。臺北市：學富。（原著出版年：2012）. 二、從短期記憶到長期記憶短期記憶是記憶系統的第二部分，短期記憶是一個貯存系統，它僅能保留有限的訊息，而且保留時間只有數秒鐘。張文哲（2013）提到短期記憶又稱為工作記憶（working memory），工作記憶的意義在於短期記憶最重要的特徵並不是訊息保留時間的長短，而是訊息正在活動的工作。藉由複誦及編碼可使訊息在工作記憶中保留越久，而在工作記憶中保留越久，越有可能傳送到長期記憶，否則訊息便被遺忘（張文哲，2013）。余民寧（1997）指出學習者如何去組織與分段（chunking）訊息的能力，將影響儲存在長期記憶裡的知識。. 三、長期記憶儲存與提取長期記憶是記憶系統的第三部分，也是長時間保留訊息的地方。方吉正（2003）指出長期記憶被區分成各種類型，其中的語意性或抽象性的長期記憶專門儲存抽象與一般的知識，諸如概念、原則、事實等知識。由於短期記憶的容量有限，因此大部分的訊息會在此被編碼成有意義的形式，以便傳送至長期記憶中永久保存（余民寧，1997；張春興，1996）。張文哲（2013）指出 Ericsson 和 Kintsch（1995）提出假設認為長期記憶所貯存的不只是訊息，還包括學習策略，以便於個人易於提取。 29.