以事例訪談探究專科學校低學習成效學生對化學物質變化之另有概念

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Research and Development in

Science Education Quarterly

第 66 期

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第66期

2013年9月

自然科學教育

以事例訪談探究專科學校低學習成效學生對化學物質變化之

另有概念 ··· 1

歐姿妤、黃貞觀

幼兒園兒童的「地球」初始概念探究 ··· 25

陳彥廷、蕭儒棠

省思九年一貫自然與生活科技課程綱要中的科學本質內涵 ··· 53

謝州恩、劉湘瑤

數學、資訊教育

應用電子白板於國小六年級代數推理教學之研究 ··· 77

劉文斌、劉曼麗

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以事例訪談探究專科學校低學習成效

學生對化學物質變化之另有概念

歐姿妤

1

、黃貞觀

2* 1_{新生醫護管理專科學校美容造型科} 2_{中央警察大學犯罪防治研究所刑事司法組} *guan964009@gmail.com (投稿日期：2012.3.27；修正日期：2012.6.4；接受日期：2012.6.26)

摘要

本研究旨在藉由 White 和 Gunstone (1992) 提出探索理解的過程，以事例訪談教學策略介入化學課程，瞭解低學習成效學生對化學物質變化之另有概念。研究過程分兩階段，首先以即時回饋系統 (Interactive Response System, IRS) 結合化學課程，每週上課 2 小時共維持 3 週時間探討 99 位專科學校護理科新生對物質組成與變化之概念；其次選取 IRS 測驗總成績不及格者共 26 位，進行事例訪談探究學生在化學學習過程，存在化學物質變化之另有概念。研究結果發現低學習成效學生對化學物質變化另有概念種類有三，為名詞定義、內在化學成分與性質及外在型態改變，究其原因為受學科背景知識不足、用語不清、生活經驗法則及外觀判斷之影響。研究結果期望啟發師生雙方溝通橋樑，讓學生的學習成為教學現場的主題曲。關鍵詞：另有概念、即時回饋系統、事例訪談、科學教育、學習成效

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壹、前言

近年有關學生科學學習的觀念誤解與選擇概念之研究範疇著重於概念學習，亦是基於建構主義原理發展而來，其為研究學生對科學概念本質的差異或對其已獲得科學相關知識的內容與結構 (Huang, 2002)。科學教育主要目的在傳授學生基礎的科學知識，協助學生建立科學的世界，為達成此目的，科學知識要有系統性、批判性與觀念性，而非將零碎知識加以累積(歐姿妤、梁偉明， 2003)。因此科學知識的傳播應具備多樣化與專業性，並強調多元批判性思考能力，批判性思考的教學內容，包括教師的教學態度需以啟發思考為手段，教材的內容應具問題取向與邏輯分析，過程進行除具備價值判斷並產生批判的能力來解決問題(洪久賢、黃鳳雀，1996)。建構主義教學原理在引導學生建構知識，其主要目的在促進學生思考和了解，不在於記背知識，學習方式是以做中學、談中懂、寫中通等多元互動的社會建構，而非以聆聽、練習等單元單向的方式任意建構(張靜嚳，1996)。由於知識是認知個體主動的建構，不是被動的接受或吸收，而認知功能在適應，是用來組織經驗的世界，不是用來發現本體的現實；再者，知識是個人與別人經由磋商與和解的社會建構(張靜嚳，1995)，因此科學教育若能將科學素養與專業技能結合，將有助於技職體系學生建構專業與技能，適應其所生存的世界。科學哲學的派別歷經經驗主義、實證主義、邏輯經驗主義、理性主義、否證主義及後實證主義，對於科學發展的認識論與方法論各有不同的詮釋，因此對科學發展的本質亦未達成共識(翁秀玉、段曉林， 1997；黃光國，2003)。在進行科學本質的教學中，學生的過去科學學習經驗，教室中討論的文化與教室內座位的安排，均影響科學本質教法的進行(翁秀玉、段曉林，1998)，學生若能對當代科學本質有所瞭解，不僅對科學有較完整的認識，學習方式則偏向以理解取代記憶，且若能正確聯結科學與個人生活的相關性，則間接正向增長其學習態度(翁秀玉、段曉林，1997)。因此本研究選擇以打破傳統老師單方講授、學生獨自聽課的學習生態，提高師生間的互動並增進活潑熱絡的課堂氣氛，透過問答間老師就能馬上診斷學生學習成效的即時回饋系統 (IRS)，瞭解專科學生化學學習內涵，來提升學生化學學習成效。再者，本研究藉由 White 和 Gunstone (1992) 提出探索理解的過程如事例訪談 (Interviews about Events, IAE) ，藉此瞭解化學低學習成效學生之學習另有概

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念，並針對學生發問的問題探究其科學學習過程，成為科學學習中教與學的潛在資源，並期望學生能將課程所學應用於實際生活中，成為一位健全的快樂學習者。據此，本研究之研究目的首要瞭解學生基本屬性在 IRS 測驗成績之差異性；其次，利用 IRS 測驗瞭解學生對化學組成與物質變化之概念內涵；最後，以事例訪談探討影響低學習成效學生之「物質變化另有概念」之觀點因素。

貳、科學學習之另有概念

在科學教育啟發過程，Chin 和 Osborne (2008) 認為教師和學生兩者都應該重視發問的問題，科學學習過程實證研究重視問題的本質與類型，其次是影響教導學生提問技巧因素，學生的問題與選定變項以及教師反應、學生觀念與學生提問間的關係。教師常會不自覺傾向採取略顯窘困的態度，來回應學生非老師所預期的回答，他們把學生的這些信念貼上標籤，稱之為「誤解 (misunderstandings)」或「錯誤概念 (misconceptions)」。時至今日，我們逐漸發現學生許多信念雖然是錯誤，但卻是有合理根據，利用事例訪談可追溯這些信念產生是在學生進入教室以前，根據個人經驗所建立起來的，對於現實的構念，所以我們已經不再指稱這些信念為「錯誤概念」，而改用「另有概念 (alternative conceptions)」。另有概念相關研究認為學習的最後階段，是將先前的知識和教學所呈現的新訊息兩者加以結合，但是先前的信念和教學是不相容的，矛盾的解答不但非常罕見，也不見得有哪一個觀點會勝過另外一個，反倒是，這兩種觀點會並存在記憶之中 (White & Gunstone, 1992)。

部分學者將學生另有概念的特性歸納如下：學生在進入教室學習之前，對科學之概念已經普遍存有其本身的看法，此類的看法通常不同於科學家的想法，且其想法是與生活環境交互影響的結果，所以多固持己見且不易被改變或改變為非預期的想法，再者，學生另有概念，不論在年齡、能力、國家或種族文化上常具有一致性與普遍性、想法是個人的特殊想法、個別之間可能是相互矛盾且不一致的、想法常常是不易被改變且穩固的，此外另有概念和專家概念間有差異存在，且有些另有概念和科學概念早期的發展是平行的，甚至有學者認為另有概念可能成為未來學習的阻礙 (Driver, Guesne & Tiberghien, 1985； Fisher, 1985；Osborne & Wittrock, 1983)，而 Coli 和 Taylor (2001) 就認為高中生普遍存在嚴重的化學另有概念。

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但是學生持有另有概念之原因甚為複雜，依不同研究者的觀點來看，其來源可以歸納為以下幾點：為日常的經驗與觀察、日常用語的影響和隱喻、學科背景不足、教科書上的誤導、來自同儕文化的影響、天賦的觀念、從類比所產生的混淆、事物明顯特徵的影響等等 (王美芬、熊召弟，1998；謝秀月，1990、 1995；Driver, Guesne & Tiberghien, 1985; Glynn, Yeany, & Britton, 1991; Head, 1986；引自蔡佳宏，2002) ，以化學學習為例，Talanquer (2006) 明確指出學生在化學學習概念產生困難，主要源於對日常推理邏輯的錯誤觀念，因此 Ü nal、 Cal-k、Ayas 和 Coll (2006) 等人在探究學生化學鍵學習時，就採用複雜的矩陣方式，矩陣主題包含需求、目標、方法、學生觀念探索、先備知識要求、學生另有概念、問題和建議等進行探究。國內外有關另有概念的研究早在 1980 年代已經開始，舉凡物理、生物、化學、地球科學、天文及氣象等，表一列舉 2007 年後國內外以化學概念探究學生另有概念的研究文獻，其中四篇為國內研究，其他三篇則為土耳其國家之研究，可知化學課程容易造成學習者產生另有概念，尤其是在酸、鹼、鹽類化學反應部分，但是針對影響成績不及格學生化學學習成效之「另有概念」目前尚付之闕如。表一、列舉 2007 年後探討化學領域另有概念之國內外文獻研究者研究樣本研究目的許健將(2009) 40 名台灣的高三學生利用二段式選擇測驗及概念構圖，探究學習者「游離能」之相關化學迷思概念，進而發展更有效的教學模式以澄清其迷思概念。李世峰、李田英 (2007) 332 名台灣的高三學生利用開放式試題結果所得資料，探討高中學生應用勒沙特列原理判斷非均勻相系化學平衡的迷思概念。張容君、張惠博 (2007) 1210 名台灣的國中學生從質量守恆、能量、化學反應和燃燒的條件四個概念領域，探討國中學生對燃燒現象普遍持有的迷思概念。 Seçken, N. (2010) 121 名 18 至 23 歲，在土耳其大學上過基礎化學課程的學生透過開放性問卷詢問學生「鹽類」的基本概念，並檢視高中時期被廣泛使用教科書，探究學生對於酸鹼中和及鹽類的另有概念形成原因。

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研究者研究樣本研究目的 Sesen, B. A., &

Tarhan, L. (2010) 45 名 17 歲土耳其高中生(21 名實驗組；24 名控制組) 藉由實驗性設計探討學生在「酸和鹼」主動學習應用效果，並分析學習過程之態度、另有概念及成效。 Ö zmen, H., Demircioğlu, H., & Demircioğlu, G. (2009) 58 名土耳其 11 年級高中生(28 名實驗組；30 名控制組) 藉由實驗性設計(傳統教學及概念改變結合電腦動畫教學)探討學生在「化學鍵」學習之另有概念及概念改變。

參、探索理解科學學習與學習成效

一、科學學習之探索理解

對技職體系學生而言，教育目的即是陶冶專業技術人才，其間會有很多面臨問題解決與批判性思考的機會，而科學素養所養成的思考邏輯模式，有助於未來適應多變的職場環境，此外建構主義者主張知識形成需經由個體主動建構而成，且新知識必須建立在原有知識基礎上，並受個體原有經驗及與環境互動所影響，故本研究運用探索理解 (probing understanding) 教學策略介入化學課程探究學生化學學習過程之另有概念。

本研究為達成建構主義教學原則，選擇以 Richard White 和 Richard Gunstone 在 1992 年出版的「探索理解」一書的教學策略介入化學課程，亦即在建構主義教學原則下，輔以事例訪談探討學生對化學物質變化之另有概念；Richard White 和 Richard Gunstone 曾為澳洲 Monash University 的教育學院的院長及副院長，且在科學教育的教與學品質研究不遺餘力，闡明教師必須帶領學生到知識現場，再設法開啟學生與知識之間的連結，但要扮演好如此媒介角色，就應該讓師生雙方都能夠充分瞭解，並且讓學生學習成為教學現場的主題曲。有關學生概念研究的方法，可以採用會談、紙筆測驗及概念圖等進行探究，其中會談方式可大致分為結構式、半結構式和開放式晤談，本研究所採用之事例訪談為結構式會談，為針對固定事件進行訪談，可希望達到深入而敏銳的評量目的。依據 White 及 Gunstone (1992)說明如下(摘自李乙明譯，2004)：

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「…對一則實例進行訪談，是一種深入評量學生理解單一概念的行動，可檢核學生是否能夠從特定實例中辨識出其中呈現的概念，以及是否能夠解釋自己的判斷，透過解釋，所顯露的即是學生的理解品質；同樣的，針對事件進行訪談，是深入而敏銳的評量行動，雖然此時的目標並非認知其中概念的能力，而是解釋現象的能力，其次，對於事例訪談的計分，雖然可以針對學生在訪談上的表現來計分，但很少有人會這麼做，其基於下列兩個理由，第一，教師不太可能有時間訪談全班所有的學生；第二，訪談建立在信任上，必須讓學生無拘無束地樂於反應，而不必衡量每一個字眼在得分上效果…」。

二、影響化學學習成效相關研究

有關化學學習成效相關研究，若以對象而言可大致區分為教師及學生，而我們深知教師教學信念會影響學生學習成效，以目前提倡的創新教學為例， Bauer (2005) 認為化學課程創新教學成效研究，應著重於增進學生知識層面理解程度及學習態度的提升，因此 Van Driel、Bulte 及 Verloop (2005) 調查在荷蘭高中教書的 348 位化學老師，對於創新課程的教學想法，經過因素分析結果發現兩個獨立的教師教學信念結構，其一為以標的物為導向教育信念，重視基礎化學結合全部課程的信念；其二以學習者為中心的教育信念，重視化學、科技與社會結合全部課程的信念。其次，雖然 Davis (2006) 懷疑傳統學校的課室教學所能夠帶給學生的快樂學習的價值，但在台灣學校環境並非造成青少年生活痛苦之主因，反而是離開學校後如何應用所學才是衝擊所在。一項 2009 年青少年生活痛苦指數調查，結果發現 20 個指數分為五個構面，分別為學校環境、家庭影響、社會情境、未來發展及政府作為等因素，構面影響因素中青少年學生認為「未來發展」所造成的痛苦最高，其次為政府作為、社會情境、家庭影響因素及學校環境因素，顯然青少年對於未來前途，感到茫然與無助；20 個個別痛苦指數，排名前五高的是出人頭地困難、環境污染嚴重、未來就業不易、政治紛亂無章及法律缺乏保障等，而家庭影響與學校環境在歷年調查中，一向是青少年最不痛苦的構面，成為青少年最主要的精神支柱(財團法人向陽公益基金會，2009 年 12 月 12 日)。故科學教育相關教師應該更深入思索學習成效背後所呈現的義涵以及學習對其

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未來發展的影響。此外，教師若能夠在教學過程，瞭解影響學生學習的種種因素，則可提升學生學習成效，也才能達到教學相長的目標。舉例來說，Xie、Lin 和 Zhang (2001) 研究提出學生通常較喜歡透過網路線上學習，因為他們覺得線上教學比傳統課室教學更能引發興趣，且學習壓力較少。此外，Moran 和 Hughes (2006) 則發現傾向以幽默方式處理人際關係的學生其感受壓力所帶來的身體症狀較少，教師若在課室教學能有效運用幽默感，亦能暫時化解嚴肅學習氣氛以增加學生學習動機，間接影響學習成效。一份針對台灣 19 位教育學程學生為樣本的研究，利用紮根理論研究學生利用討論與書寫的協同學習方式下的科學知識建構，研究結果發現，大部分學生感受到此種科學教育過程十分豐富、有趣且優於傳統科學教學，且可以刺激彼此建構知識，有效幫助他們瞭解科學概念，其中書寫可以幫助學生在討論時更明確且具建設性；討論則可以幫助學生針對書寫內容更明確化，藉由此過程讓學生更能培養學生敞開心胸的正向學習態度，但是卻有接近四分之一的學生否定此新方法，且認為易造成學習混淆，此研究除獲得此有意義結果外，這些大學生將來即將成為化學與地球科學相關課程教師，相信這個介入研究的影響力將可啟發這些未來的老師更重視具互動的科學教育 (Jang, 2007)。據此本研究選擇以打破傳統老師單方講授、學生獨自聽課的學習生態，提高師生間的互動並增進活潑熱絡的課堂氣氛，透過問答間老師就能馬上診斷學生學習成效的即時回饋系統，瞭解專科學生化學學習「另有概念」，並結合探索理解的事例訪談法評量影響低學習成效學生學習之相關因素。

肆、名詞定義

一、事例訪談(Interviews about Events, IAE)：

本研究所使用訪談教學法，主要利用 White 和 Gunstone (1992)提出事例訪談，為深入評量學生理解單一概念的行動，可檢核學生是否能夠從特定實例中辨識出其中呈現概念，及是否能夠解釋自己的判斷。事例訪談目標並非評量認知概念的能力，而是解釋現象的能力，透過解釋，可顯露出學生理解品質程度。本研究將針對影響成績不及格學生化學學習成效之「化學物質變化」之另有概念進行訪談。

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二、另有概念(alternative conceptions)：

本研究所稱之「另有概念」，指在學習的最後階段，是將先前的知識和教學所呈現的新訊息兩者加以結合，但是先前的信念和教師、課本、學者專家對概念的看法與信念是不相容的，且兩種知識不見得有哪一個觀點會勝過另外一個，這兩種觀點會並存在記憶之中 (White & Gunstone, 1992; Wandersee, Mintzes, & Novak, 1994)，本研究則藉事例訪談探究學生對化學物質變化之另有概念。

三、即時回饋系統(Interactive Response System, IRS)：

本研究過程所使用即時反饋系統是一種促進課堂學生反應與群體討論的教學輔助系統，包含硬體和軟體兩部份，硬體部份含遙控器和接收器，必須搭配教室中電腦與單槍投影機；軟體部份可提供教師事先編製選擇題，並透過單槍投影機展示問題，引導學生按下手持式遙控器之按鈕選擇答案。該系統可同時蒐集所有學生的答案，並以視覺化圖表或同時展示所有答案的方式呈現作答結果，教師可進一步利用作答結果的呈現，引導學生進行答案理由之說明與深入討論，藉此促進課堂學生的互動與溝通(網奕資訊，2008 年 12 月)。

四、化學物質變化：

本研究所要探討化學物質變化包含物理和化學變化，「物理變化」通常不會改變物質的化學成分和性質，通常只有外在型態改變；「化學變化」通常會改變物質的化學成分和性質，且通常為不可逆反應(易光輝、歐明秋、劉惠銘、莊麗津、石瑩等、徐照程，2009)。

伍、研究方法

本研究設計採兩階段完成，第一階段首先利用 IRS 結合化學課程在上課前探討學生對物質組成與變化之概念；其次以事例訪談法探究影響 IRS 成績不及格學生「物質變化另有概念」，目的在瞭解學生對化學物質變化學習之「另有概念」及影響低學習成就學生之相關另有概念。針對研究有關之研究對象及研究設計及工具說明如下。

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一、研究樣本

本研究樣本為桃園縣一所醫護管理專科學校，甫於 2005 年 8 月正式獲教育部核准改制專科學校，主要辦學目標在於培養當今國內醫護管理及幼保人才，全校學生人數約 4,000 人，為一中型規模技職體系專科學校。本研究以護理科一年級新生約 600 位為觀察研究對象，並隨機挑選二個班級共 99 位新生進行「化學物質變化另有概念」之探究。

二、研究設計及工具

(一)第一階段：利用 IRS 結合化學課程，在每節上課前探討學生對化學課程中物質組成與變化之概念，即時回饋系統試題發展過程如圖一所示，依據課程選用教科書(易光輝等，2009)發展測驗試題，第一次上課前 IRS 測驗為一般先備知識測驗，並未列入記錄，其後兩次 IRS 測驗試題各 22 題；隨後利用每次上課詳實記錄作答結果，詳細瞭解學生「物質變化另有概念」。實際每週上課 2 小時，共 3 週，實施及記錄過程如圖二示意圖所示，以化學物質組成與變化為主題共實施二次 IRS 測驗，隨後以事例訪談法探究影響 IRS 測驗成績不及格學生存在「物質變化另有概念」之相關因素。

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圖一、「化學物質組成與變化」IRS 試題發展過程課程主題內容分析收集相關文獻發展「化學物質組成與變化」測驗試題三位科學教育專家審閱修訂測驗試題初稿結合即時回饋系統 (IRS)進行預試修正試題一位科學教育專家和二位相關教師審核「化學物質組成與變化」 IRS試題定稿

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圖二、課程運作配合 IRS 示意圖資料來源：取自網奕資訊(2008 年 12 月)。IRS 即時反饋系統。2011 年 12 月 25 日取自 http://www.habook.com.tw/Software/ (二)第二階段隨後選擇 IRS 測驗總成績不及格者，進行事例訪談探究學生在化學學習過程，存在物質變化另有概念之原因及種類，選擇以兩次總成績不及格學生之目的為確認學生並非不適應 IRS 操作或上課模式所導致學習低成效。藉由 White 和 Gunstone (1992)提出探索理解的過程，以事例訪談法瞭解護理專科學生物質變化另有概念，對於事例訪談的計分，White 和 Gunstone (1992)認為訪談需建立在信任上，要讓學生無拘無束地樂於反應，而不必衡量每一個字眼在得分上效果，舉例事例訪談題目如下：～給予學生觀看染頭髮、蠟燭燃燒、腳踏車生鏽、水蒸發四種圖片，評量學生對「化學物質變化」的理解，並回答以下提問： ■根據你對物質組成的瞭解，你會說這是「化學變化」嗎？ ■在這張圖裡面，你有看到「化學變化」嗎？ ■你為什麼這樣說？ ■為什麼「？？」不是「化學變化」？隨後將資料以 ATLAS/ti 5.0 軟體轉譯逐字稿檔案，採持續比較方式將事例訪談內容逐字摘意，編為譯碼，並將同義的譯碼歸成範疇，同時比較譯碼間的

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關聯、譯碼與範疇間的從屬關係正確性，再以逐步確認、發展與聯繫為原則，尋找跨領域的主旨/主題(themes)。主旨/主題形成過程使用 Kappa 一致性係數(K coefficient of agreement)，來表示評分者間一致性的關係(林清山，1992)，由三位科教專家初步評估結果 Kappa 係數為.86，隨後針對不一致分類部分進行專家間一致性討論以達成共識。訪談資料則以 ATLAS/ti 5.0 軟體轉譯訪談逐字稿檔案，以持續比較方式(constant comparison method)將資料內容配合描述性統計分析資料進行逐字摘意，作為補充說明資料。進一步尋找助於概念連結的跨領域分析，找出重複出現主旨，使澄清概念及其間關係，直到可清楚地辨識出主要變項，資料不斷分析直至沒有新資料出現，意即對影響專科學生化學課程學習成效之化學物質變化另有概念內容觀點達飽和的狀態。

陸、研究結果

一、基本屬性對 IRS 成績之差異性比較

參與二次 IRS 測驗之學員共 99 人如表二所示，平均年齡為 15.19 歲(範圍為 15-16 歲)且因為皆為護理科系學生故皆為女性。父母親兩者最高教育程度以高中職或國中有 75 位為多數，且大部分與父母同住(佔 77.77％)，其次為父母離異或死亡之單親家庭(佔 14.14％)，選擇其他者僅 8 位為與父母以外者同住(如祖父母或親戚)，家庭氣氛大都屬於融洽。學生在校生活大都屬於快樂及非常快樂者有 92 位，屬於不快樂或非常不快樂僅少部分有 4 位，與自己較好的朋友數以四位(含)以上者較多數有 69 位，部分同意化學是一門有趣課程者有 25 位，但卻有 55 位同學持不同意及非常不同意之意見，且沒有同學持「非常同意」之意見。以上學生基本屬性與 IRS 成績之差異性比較，僅「認為化學是有趣課程」 呈顯著差異(F＝2.865，P < 0.05)，且持「部分同意」意見者 IRS 成績較持「非 常不同意」者成績較高，且呈顯著性差異。

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表二、基本屬性對 IRS 成績之差異性分析 ( N=99 ) 項目 n (%) F 項目 n (%) F 父母親最高教育程度 1.186 校園生活 2.194 小學以下 10(10.10) 非常不快樂 3(3.03) 國中 19(19.19) 不快樂 1(1.01) 高中/職 56(56.57) 普通 3(3.03) 大學/專科學校 14(14.14) 快樂 71(71.72) 非常快樂 21(21.21) 家庭狀況 .731 較好朋友數 .643 與父母同住 77(77.78) 小於1位 8(8.08) 單親家庭 14(14.14) 2位 7(7.07) 其他 8(8.08) 3位 15(15.15) 4位(含)以上 69(69.70) 家庭氣氛 .450 非常不融洽 1(1.01) 認為化學有趣 2.865* 不融洽 2(2.02) (1)非常不同意 19(19.19) (4)>(1) 普通 5(5.05) (2)不同意 36(36.37) 融洽 66(66.67) (3)沒意見 19(19.19) 非常融洽 25(25.25) (4)部分同意 25(25.25) * p < .05

二、「化學組成與變化」IRS 試題測驗結果

學生對化學物質組成與變化 IRS 測驗二次各 22 題，從表三可知學生對「化學組成與變化」之 IRS 測驗得分內涵，第一次測驗得分最小值為 0 分，最大值 為 100 分，平均得分為 64.59 分(SD=17.70)，成績低於 60 分為不及格者有 33 位 (佔 33.33％)；第二次測驗得分最小值為 40 分，最大值為 94 分，平均得分為 71.10

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分(SD=13.59)，成績低於 60 分為不及格者有 20 位(佔 20.20％)。 「化學組成與變化」之 IRS 測驗兩次成績加總之平均最小值為 27 分，平均 最大值為 97 分，平均得分為 67.84 分(SD=13.65)，平均成績低於 60 分為不及格 者有 26 位(佔 26.26％)，其次選取 IRS 測驗總成績不及格者共 26 位，進行事例訪談探究學生在化學學習過程，存在物質變化另有概念之原因及種類。表三、「化學組成與變化」之 IRS 測驗得分內涵項目範圍 (最大值-最小值) M+SD n (%) < 59分 60-70分 70-80分 > 80分 第一次成績 0-100 64.59 + 17.70 33 (33.33) 25 (25.25) 20 (20.20) 21 (21.21) 第二次成績 40-94 71.10 + 13.59 20(20.20) 24(24.24) 29(29.29) 26 (26.26) 總成績 27-97 67.84 + 13.65 26 (26.26) 29 (29.29) 21 (21.21) 23 (23.23)

三、對化學物質變化之另有概念

IRS 測驗總成績不及格者共 26 位，進行事例訪談探究學生在化學學習過程，存在物質變化另有概念之原因及種類。在化學物質變化之先備知識部分，學生必須具備以下概念：「物理變化通常不會改變物質的化學成分和性質，物質變化後也不會產生新物質，僅外在型態改變；化學變化通常會改變物質的化學成分和性質，而且變化後會產生新的物質。」(易光輝等人，2009) 事例訪談結果發現學生對物質變化另有概念種類有三，為名詞定義、內在化學成分與性質及外在型態改變，究其原因為受學科背景知識不足、用語不清、生活經驗法則及外觀判斷之影響，現分述如下： (一)名詞定義另有概念：學生混淆物理與化學變化在名詞定義上最主要的區別，如學生(06)表示：「… 染頭髮用藥劑讓他外觀改變了，因為無法變回原形所以是物理變化…」，另有

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學生(12)表示：「…腳踏車生鏽是因為空氣碰觸生鏽，表面改變所以是物理變化…」。 (二)內在化學成分與性質另有概念：學生雖然明瞭物理與化學變化之最主要區別為內在化學成分與性質之改變，但是對於生活中發生之染頭髮、蠟燭燃燒及腳踏車生鏽等，不認為其內在化學成分與性質發生改變，如學生(26)表示：「…就拿染頭髮來說好了，頭髮不管染成什麼顏色，性質不會改變…經變化後沒有產生新物質，可以再還原為原來的頭髮阿…」，而學生(10)說：「…蠟燭燃燒主成分沒改變，沒有產生新物質…」，學生(02)表示：「…腳踏車生鏽是物理變化，就自然而成，沒有經過化學作用…而物理變化就是產生反應都一樣…」。 (三)外在型態改變另有概念：學生雖然明瞭物理變化後也不會產生新物質，僅外在型態改變，但卻僅考量視覺感受外在型態是否改變或可以恢復來判定物質變化，如學生(09)表示：「… 染頭髮若是過了很久，顏色會退掉，所以我想應該是物理變化，因為它會退成原本的黑色的頭髮的顏色…」，又如學生(20)說：「…蠟燭燃燒後滴下來的蠟油可以再做成蠟燭，可以變回原樣，不會改變的變化屬於物理變化…」，學生(11) 表示：「…化學變化會使原始物質變得不一樣，而物理變化可以變回來，所以腳踏車生鏽後，可以保養回來，所以是物理變化…」。

柒、討論與建議

一、學生基本屬性對 IRS 測驗成績之差異性

參與二次 IRS 測驗之學員共 99 人，平均年齡為 15.19 歲(範圍為 15-16 歲) 且因參與學員為護理科學生故以女性為主。學生在校生活大都屬於快樂及非常快樂者，僅少部分屬於不快樂或非常不快樂，此研究與財團法人向陽公益基金會(2009 年 12 月 12 日)公佈「2009 年青少年生活痛苦指數調查」雷同，學生在校學習所接觸學校環境屬於較不痛苦指數，且本研究學生屬於護理科背景，也較不擔憂未來就業問題。

(18)

其次，在化學學習是有趣的項目沒有同學持「非常同意有趣」之意見，大部分同學不同意化學是一門有趣課程，且持「部分同意有趣」者 IRS 成績較持「非常不同意有趣」者成績較高，且呈顯著性差異，此結果與 Jang (2007)、Xie 與 Zhang (2001)及 Moran 和 Hughes (2006) 認為學習成效與學生興趣及學習態度有關相符。由於化學學科屬於通識教育必修課程，從筆者教授十多年護理專科學校學生化學課程的教學經驗，發現大部分學生對於化學課程內容缺乏興趣且感到學習困難，因此建議在專科養成教育過程，若教師能夠利用適當教學策略，幫助學生將學科學習變成一門有趣的課程，或許可提高學生學習動機。

二、以 IRS 測驗學生對化學組成與物質變化之概念內涵

學生對化學物質組成與變化 IRS 測驗二次共 44 題，第二次成績明顯比第一次成績較佳，且更具常態分佈曲線，究其原因在學生部分，學生因為第一次評量的即時回饋，可以馬上澄清另有概念，而老師也可針對最多人答錯的題目做進一步說明。在實際施測過程，研究者認為可以達到 IRS 的自動點名、課堂即時評量、提升課堂教學品質及課後學生輔導機制等功能(網奕資訊，2008 年 12 月)，其中最主要功效為讓老師可以課前與學生互動，瞭解學生先備知識，並於課後瞭解學生學習成效。

再者，由於另有概念可能成為未來學習的阻礙 (Osborne & Wittrock, 1983; Driver et al, 1985; Fisher, 1985)，而 Coli 和 Taylor (2001) 又認為高中生普遍存在嚴重的化學另有概念，因此建議未來科學教育相關學習可利用 IRS 學習過程皆全程記錄之功能，有助於教師於課後檢視學生學習歷程改變，並檢視學生另有概念。

三、影響學生存在「物質變化另有概念」之觀點因素

為達成建構主義教學目的在促進學生思考和了解，不在於記背知識(張靜嚳 1996)，因此針對 IRS 測驗總成績不及格亦即學習低成效學生，進行事例訪談探究學生物質變化另有概念之原因及種類，結果發現學習低成效學生對物質變化另有概念種類有三，為名詞定義、內在化學成分與性質及外在型態改變，究其原因為受學科背景知識不足、用語不清、生活經驗法則及外觀判斷之影響。

(19)

在「名詞定義不清」部分，在事例訪談過程有學生提及水蒸發是化學變化，因為化學變化可以變回原形，而染頭髮是物理變化，因為物理變化是無法變回原來狀態等觀念，可知學生另有概念的形成是受學科背景不足或混淆物質變化相關概念所致；其次，在「內在化學成分與性質」部分，學生述及頭髮不管染成什麼顏色,其性質不會改變，頭髮是改變頭髮的顏色,但是頭髮還是頭髮有同學提及染頭髮經變化後沒有產生新物質，即可再還原所以是物理變化等另有概念；而在「外在型態改變」另有概念部分，有同學提及蠟燭燃燒後燭液仍可再凝固，蠟燭燃燒後滴下來的蠟油可以再做成蠟燭，所以蠟燭燃燒是一種物理現象等觀念，可知學習低成效學生常以生活經驗法則來做外觀判斷，有些學生並非專業知識不足，但有些則是對專門用語不夠清楚，此結果與 Talanquer(2006) 認為學生在化學學習另有概念源自對日常推理邏輯的錯誤觀念有關相符，且大部分學生對於自己想法是與生活環境交互影響有關，大多固持己見且不易被改變，再者，學生另有概念不會考慮相互矛盾或不一致性，這些另有概念都很有可能成為未來化學學習的阻礙 (Osborne & Wittrock, 1983; Driver et al, 1985; Fisher, 1985)。因此，建議相關教師在教授艱澀學理知識時，雖適時引用日常生活經驗，但也要對日常推理邏輯進行探究，利用 IRS 可以在簡短時間內找出同學問題所在，並在課堂上做概念澄清，亦可達到教學相長之效。

最後，學生科學學習障礙與另有概念有關(盧秀琴，2004；Talanquer, 2006; Ü nal, Cal-k, Ayas, & Coll, 2006)，教師若僅從學業成績將無法發現問題所在，因此建議未來相關教學可以運用更多探索理解教學策略，藉此以瞭解學生科學學習學習過程之另有概念。

致謝

本研究得以如期完成，感謝國家科學委員會經費補助，並幸蒙本校相關教師與學生全力配合，讓此研究得以順利進行及完成，在此深表感謝！

參考文獻

王美芬、熊召弟(1998)。國民小學自然科教材教法。臺北市：心理出版社。 歐姿妤、梁偉明(2003)。批判性思考之科學教育教學評量。耕莘學報，1，97-102。

(20)

李世峰、李田英(2007)。高中學生應用勒沙特列原理判斷非均勻相系化學平衡的 迷思概念探討。科學教育，301，2 -16。

李乙明(譯)(2004)。學習理解之多元評量(原作者：R. White & R.Gunstone)。臺北市：洪葉文化。林清山(1992)。心理與教育統計學。臺北市：東華書局。易光輝、歐明秋、劉惠銘、莊麗津、石瑩、徐照程(2009)。化學。新北市：啟英。 洪久賢、黃鳳雀(1996)。國中家政實施批判思考教學之策略。中等教育，47(5)， 3-18。翁秀玉、段曉林(1997)。科學本質在科學教育上的啟示與作法。科學教育月刊， 201，2-15。 翁秀玉、段曉林(1998)。國小自然科教師傳達科學本質之行動究。科學教育，8， 36-52。 財團法人向陽公益基金會(2009 年 12 月 12 日)。2009 年青少年生活痛苦指數調 查。2010 年 10 月 3 日取自 http://www.tosun.org.tw/news_detail.asp?main_id=00089 張容君、張惠博(2007)。國中學生「燃燒」概念診斷之研究。科學教育學刊，15(6)， 671-701。 張靜嚳(1995)。何謂建構主義。建構與教學，3，1-4。 張靜嚳(1996)。傳統教學有何不妥？。中部地區科學教育簡訊，4，1-4。 許健將(2009)。化學概念學習之真實評量研究。教育科學期刊，8(2)，93-115。 黃光國(2003)。社會科學的理路。臺北市：心理。 網奕資訊(2008 年 12 月)。IRS 即時反饋式創新教學初級教育訓練講義。2011 年 12 月 25 日取自 http://www.habook.com.tw/Software/ 蔡佳宏(2002)。國小學童熱與溫度的另有概念對問題解決影響之探討(未出版之碩士論文)。國立嘉義大學，嘉義市。盧秀琴(2004)。中小學「細胞相關課程閱讀理解能力測驗」的發展與效化。國立 臺北師範學院學報，17(2)，83-114。 謝秀月(1990)。小學、師院學生熱與溫度概念的另有架構(未出版之碩士論文)。國立彰化師範大學，彰化市。 謝秀月(1995)。師院非數理系學生熱與溫度概念架構之探討。臺南師院學報，28， 479-507。

(21)

Bauer, C. F. (2005). Beyond "student attitudes": Chemistry self-concept inventory for assessment of the affective component of student learning. Journal of Chemical Education, 82(12), 1864-1870.

Chin, C., & Osborne, J. (2008). Students' questions: a potential resource for teaching and learning science. Studies in Science Education, 44(1), 1-39.

Coli, R. K., & Taylor, N. (2001). Alternative conceptions of chemical bonding held by upper secondary and teritary students. Research in Science & Technological Education. 19(2), 171-191.

Davis, M. R. (2006). “Unschooling” stresses curiosity more than traditional academics. Education Week, 26 (16), 8.

Driver, R., Guesne, E., & Tiberghien, A. (1985). Children’s ideas in science. London: Open University Press.

Fisher, K. M. (1985). A misconception in biology: Aminoacids and translation. Journal of Research in Science Teaching, 22 (1), 53-62.

Glynn, S. M., Yeany, R. H., & Britton, B. K. (1991). A constructive view of learning science. In S. M., Glynn, ,R. H., Yeany, & , B. K. Britton (Eds.), The Psychology of learning science. Hillsdale, NJ: Erlbaum.

Head, J. (1986). Research into ‘alternative frameworks’ : Promise and problems. Research in Science & Technological Education, 4(2), 203-211.

Huang, C. M. (2002). Exploring students’ cognitive structures in learning science: A review of relative methods. Journal of Biological Education, 36(4), 163-170. Jang, S. J. (2007). A study of students’ construction of science knowledge: Talk and

writing in a collaborative group. Educational Research, 49(1), 65-81.

Moran, C., & Hughes, L. (2006). Coping with stress: Social work students and humour. Social Work Education, 25(5), 501-517.

Osborne, R., & Wittrock, M. C. (1983). Learning science: A generative process. Science Education, (67),489-508.

Ö zmen, H., Demircioğlu, H., & Demircioğlu, G. (2009). The effects of conceptual change texts accompanied with animations on overcoming 11th grade students’ alternative conceptions of chemical bonding. Computers & Education, 52(3), 681-695.

(22)

Seçken, N. (2010). Identifying student's misconceptions about SALT. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 2(2), 234-245.

Sesen, B. A., & Tarhan, L. (2010). Promoting active learning in high school chemistry: Learning achievement and attitude. Procedia - Social and Behavioral Sciences, 2(2), 2625-2630.

Talanquer, V. (2006). Commonsense chemistry: A model for understanding students’ alternative conceptions. Journal of Chemical Education, 83(5), 811.

Ü nal, S., Cal-k, M., Ayas, A., & Coll, R. K. (2006). A review of chemical bonding studies: Needs, aims, methods of exploring students’ conceptions, general knowledge claims and students’ alternative conceptions. Research in Science & Technological Education, 24(2), 141.

Van Driel, J., Bulte, A., & Verloop, N. (2005). The conceptions of chemistry teachers about teaching and learning in the context of a curriculum innovation. International Journal of Science Education, 27(3), 303-322.

Wandersee, J. H., Mintzes, J. J., & Novak, J. D. (1994). Research on alternative conceptions in science. In D. Gabel (Ed.), Handbook of research on science teaching and learning. New York, NY: Macmillan.

White, R., & Gunstone, R. (1992). Probing understanding. London, England: Falmer Press.

Xie, X., Lin, F., & Zhang, T. (2001). Comparison between on- and off- campus behavior and adaptability in online learning: A case from China. Behaviour & Information Technology, 20(4), 281-291.

(23)

附錄一

「化學物質組成與變化」IRS 試題

(第一次)

1.物質由固態直接變成氣態，此種變化稱為【蒸發；揮發；昇華；汽化】 2.下列何者是元素？【水；海水；水泥；水銀】 3.空氣是什麼物質？【純物質；混合物；化合物；元素】 4.由兩種或兩種以上原子構成的純物質為【元素；單質；混合物；化合物】 5.下列何者為化學性質？【可燃性；沸點；硬度；顏色】 6.下列那一變化屬於化學變化？【水的蒸發；水的電解；碘的昇華；汽油揮發】 7.原子學說是由何人提出？【道耳頓；拉瓦節；亞佛加厥；給呂薩克】 8.現行 IUPAC 原子量是以下列何者為標準來訂定的？【H=1；C=12；N=14； O=16】 9.人呼吸需要何種物質？【氫氣；氮氣；氯氣；氧氣】 10.「氧」為元素週期表幾 A 族？【ⅤA；ⅥA；ⅦA； ⅧA】 11.「氧」原子為元素週期表幾週期？【1；2；3；4】 12.「氧」原子可稱什麼族？【惰性氣體；鹵素；氧族；氮族】 13.組成物質的最小粒子是【原子；分子；電子；離子】 14.乾冰是固態的【NO；NO2；CO；CO2】 15.在化學方程式中，(aq)符號是表示在何種狀態？【固態；液態；氣態；水溶液】 16.當一純物質被分析得知含有碳、氫及氧時，此純物質應為【元素；化合物；混合物；溶液】 17.葡萄糖的分子 90 克，相當於多少莫耳？【5.0*10-1；5.0*10-2_；5.0*10-3_；5.0*10-4_】 18.可以使燃燒現象更劇烈之氣體是【O2；N2；CO；CO2】 19.在化學方程式中，(g)符號是表示在何種狀態？【固態；液態；氣態；水溶液】 20.有關道耳頓原子說，那一項不符合現代原子理論？【所有物質皆由原子組成；原子是最小的粒子，不可再分割；不同的原子結合成化合物；化學反應只是原子重新排列組合原子種類，數目不變】 21.下列合者屬於純物質？【井水；甲醇；奶茶；醬油】

(24)

22.下列何種物質變化，不屬於化學變化？【紙類燃燒；蘋果變色；冰受熱溶化；酸鹼中和】

(25)

Exploring the Low Learning Effect

Junior College Students’ Alternative

Conceptions of Material Changes in

Chemistry with Interviews about

Events

Tzu-Yu Ou

1

Chen-Kuan Huang

2*

1

PhD, Assistant Professor, Department of Styling and Cosmetology, Hsin Sheng College of Medical Care and Management

2_{RN, MSN, Doctoral Candidate, Graduate School of Crime Prevention and Corrections, Central Police}

University *guan964009@gmail.com

Abstract

The purpose of this study was attempts to explore how college low learning effect students’ chemistry learning can be enhanced when “Probing Understanding,” the theory developed by White and Gunstone in 1992, is involved as the pedagogic intervention. The participants of this study were 99 first-year chemistry class students in a junior college. This study will be undertaken in two phases. In the first phase, students’ “alternative conceptions of Chemistry,” as students held them before each Chemistry class, will be discussed with the aid of an “Interactive Response System” (IRS). They learned the lesson of “chemical material changes” then via the IRS to understanding the alternative conceptions in a two-hour a week class lasting three-weeks, that is, 6-hours. In the second phases, those 26 students who fail the IRS test will have to participate in event interviews, through which it is possible to analyze for their alternative conceptions. The results found the alternative conceptions of chemical material changes were the nature of the internal and external chemical composition and type of change, and the reasons were lack of disciplines knowledge, unclear the professional terms, experience of life and the impact with the appearance. It is expected that the result can provide the science curriculum of the vocational schools with an efficient probing understanding method.

Keywords: Alternative conceptions, Interactive Response System, Interviews about events, Science education, Learning efficacy

(26)

(27)

幼兒園兒童的「地球」初始概念探究

陳彥廷

1*

、蕭儒棠

2 1_{國立臺中教育大學數學教育學系} 2_{國家教育研究院測驗及評量研究中心} *clief0000@yahoo.com.tw (投稿日期：2012.5.7；修正日期：2012.6.20；接受日期：2012.6.28)

摘要

本研究旨在透過晤談方式探討 34 位公立幼稚園五~六歲幼兒對「地球」概念的初始想法。過程中，研究者參考過去研究自行設計圖卡與問題進行晤談，並針對晤談語料進行分析。結果顯示：29 位幼兒對「地球」相關概念理解並不穩定。他們對於地球概念的想法呈現 4 種心智模式：(1)符合科學概念的人類住在具有地心引力的地球表面四周；(2)人類住在兩半球的下半球橫剖面上；(3)人類住在中空地球的上半球表面；(4)人類住在中空地球的表面四周。研究之建議將提供未來地球相關概念學習活動之參考。關鍵詞：另有概念、地球概念、初始概念

(28)

壹、緒論

多年來，相關研究(余秀麗，譚克平，2005；Ausbel, 1968; Collins & Gentner, 1987; Driver & Easley, 1978; Novak, 1987; Vosniadou & Brewer, 1992)指出，無論是大人或孩童都是用他們的生活經驗建構對週遭世界的理解。但是，這些理解經常與當前被接受的科學解釋不同，而且難以改變(Anderson & Smith, 1986)。而這些與當前科學解釋不同的想法，就被稱為先備概念(preconceptions) (Ausbel, 1968)、迷思概念(misconceptions) (Novak, 1987)、另有架構(alternative frameworks) (Driver & Easley, 1978)或心智模式(mental models) (Collins & Gentner, 1987; White & Frederiksen, 1986)。因此，教師若能掌握學生的先備概念，將能使學生的學習更有意義，並協助他們學習。近年來關於探究學生概念發展的研究，一直是國內外科學教育研究的重點之一。但林碧芬(2002)指出，國內概念發展的研究，大多以中年級以上學生為對象，涉及小學低年級者，比例不超過 10%；而涉及學前幼兒者更是稀少。莊麗娟(2008)綜覽多年來國內數百篇關於科學概念理解的研究甚至指出，這些研究隱含著「年齡斷層」的問題。也就是對於幼兒階段科學概念理解的探究其實很少。但是，美國科學基金會(National Science Fundation, NSF)提到，幼兒科學教育是全民科學教育運動的基礎，因此，其補助研究之科學教育專案計畫多將幼稚園階段包含在科學教育的方案之中(Martin, Sexton, Wagner & Gerlovich, 1998)。因此，探究幼兒科學概念之現況與發展，具其重要性。但是，在幼兒階段，什麼科學概念是重要的呢？環顧國內近年來的研究，僅有數篇研究針對幼兒的「重量」(莊麗娟，2006)、「電路、齒輪」(周淑惠， 2003a)、「光與影」(周淑惠，2003b)與「浮沉」(陳玉真、簡淑真，2004)等概念進行探究，其他則寥寥無幾。這些研究的概念內涵多屬物理範疇，其他科學概念(如：地球科學概念)則幾乎少見。但是，「地球概念」(如：地球形狀、地心引力)卻是幼兒日常生活中已不斷接觸與感受的經驗，Vosniadou 與 Brewer (1992) 更指出，地球概念是建構天文學理論的核心概念，是幼兒早期即會產生的想法。例如，幼兒會覺得「地球是靜止的」；「太陽繞著地球轉」；「地球是平的」等諸如此類的想法(Glynn, Yeany & Britton, 1991)，由此可見，孩童對地球的相關知識，抱持很多不同的想法(Nussbaum, 1979; Nussbaum & Novak, 1976; Sneider & Pulos, 1983)。因此，若能針對地球相關概念(以下簡稱地球概念)進行

(29)

探究，將有助於補充當前幼兒階段未探究之概念範疇，建立幼兒對此概念理解的資訊，進而提供幼教現場教師站在幼兒所具有的先備知識之基礎，設計適合幼兒學習之學習課程。

然而，研究者透過相關文獻(Glynn, Yeany & Britton, 1991; Nussbaum, 1979; Nussbaum & Novak, 1976; Sneider & Pulos, 1983)分析發現，國外的研究雖已針對兒童對於地球相關概念提出其心智模式，但是，這些研究的對象多是小學階段的兒童。這些研究所發現的學生心智模式是否與國內幼兒階段的孩童相似？此乃本研究之旨趣。鑑此，本研究將以國外相關學者所提出關於地球相關概念的心智模式，對幼兒進行一對一晤談，以檢視其對地球相關概念的初始想法。藉此結果，期望能提供教師瞭解學前階段的幼兒具備的地球概念，進而作為下一步思索課程如何設計與實施的基礎。此為本研究之目的。

貳、文獻探討

一、兒童「地球」概念的內涵

關於兒童「地球」概念的研究，乃起源於 Nussbaum 的一系列研究 (Nussbaum & Novak, 1976; Nussbaum, 1979; Nussbaum & Sharoni-Dagan, 1983; Nussbaum, 1985)。這些研究發現，兒童關於地球的概念有「我們居住的地球是平坦的，不像球一樣是圓的1 」、「地球是由上下兩個半球所組成的巨大球體，我們居住在下半球橫剖面的平坦處2 」、「地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物垂直落下，無地心引力，我們住在地球的上方或四周3 」、「地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物皆落向地球(表)，我們居住在地球的地表四周4 」與「地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物皆落向地心，我們居住在圓球體的四周5 」等五個觀點。統整來說，這些觀點包括「地球的形狀(觀點 1、觀點 2)」、「人住在地球何處(觀點 2、觀點 3、觀點 4、觀點 5)」、「地球與太空的關係(觀點 3、 1 本研究稱此為「觀點 1」。 2_{本研究稱此為「觀點 2」}_。 3 本研究稱此為「觀點 3」。 4_{本研究稱此為「觀點 4」}_。 5 本研究稱此為「觀點 5」。

(30)

觀點 4、觀點 5)」、「地球的地心引力(觀點 3、觀點 5)」等要素。

自從 Nussbaum 與 Novak (1976)提出上述兒童對於地球概念的想法後，Mali 與 Howe (1979)、Sneider 與 Pulos (1983)也進行了類似的研究，結果和 Nussbaum 與 Novak (1976)類似。此外，Sneider 與 Pulos (1983)彙整過去研究結果提出，一、 10 歲以前孩童抱持的是觀點 1、觀點 2 與觀點 3；二、11~12 歲孩童抱持的概念分布最廣；三、大部分 13~14 歲的孩童抱持觀點 4 或觀點 5。由此看來，兒童對於「地球」概念的發展，似乎具有線性的關係。隨著發展成熟，會逐漸朝向符合當前想法的觀點發展。並且，上述結果也顯示，幼兒園階段的孩童似乎會集中於較低層次的概念理解。但是，隨著時代演變，科技進步加速了知識的傳播，家庭教育亦愈來愈受重視，研究者發現，幼兒對於一些科學概念的發展，似乎超越了過去研究的預期。這也意味，我們似乎可重新檢視現階段幼兒對科學概念的想法。到了 1990 年代，Vosniadou 與 Brewer (1992)針對小學一、三、五年級學生抱持的「地球形狀」想法進行探討，結果發現他們抱持五種另有概念：「地球是長方形」、「地球是圓片狀」、「有兩個地球」、「地球是一個中空的圓球體」及「地球是一個圓扁的球體」。在未進行教學前，抱持前二個另有概念的孩童，在接受教學後，會調整「地球是圓球體」的想法，而產生「中空圓球體」與「壓過的圓扁球體」的另有概念；然而，抱持「有兩個地球」另有概念的孩童，會認為一個地球圓圓高掛在天上，人住在平坦的那個地球上，教學後也會逐漸朝向一個地球的觀點改變。而 Sharp (1996)的研究也有類似的發現，兒童對於地球的看法有七個另有概念：平坦的地球、二個地球、中空的地球、無地心引力圓球體狀的地球、壓過的圓扁地球、萬物落向地面或地心的圓球體狀地球、幾近圓球體的地球。

後期，Roald 與 Mikalsen (2001)也針對地球形狀進行探討，Salierno, Edelson 與 Sherin (2005)也針對五年級學生對地球的相關概念進行探究，其結果也呼應上述前期學者的發現。檢視上述學者的結果，茲彙整孩童對「地球」概念的想法如下(表 1)。他們的分類雖有差異，但卻在相異中呈現一個趨勢：他們探討的地球概念，包括「地球的形狀」、「人住在地球何處」、「地球與太空的關係」、「地球的地心引力」等類別。

(31)

表 1：過去研究對地球概念想法彙整觀點 Nussbaum (1985) Vosniadou 與 Brewer

(1992) Sharp (1996) 1 地球是平坦的，不像球一樣是圓的地球是長方形平坦的地球 2 地球是圓片狀 3 地球是由上下兩個半球所組成的巨大球體，我們居住在下半球橫剖面的平坦處有兩個地球有兩個地球 4 地球是一個中空的圓球體中空的地球 5 地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物垂直落下，無地心引力，我們住在地球的上方或四周無地心引力圓球體狀的地球（人住在上方） 6 地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物皆落向地球（表），我們居住在地球的地表四周地球是一個壓扁的圓球體壓扁圓球體狀的地球（人住在四周） 7 地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物皆落向地心，我們居住在圓球體的四周地球是一個圓球體萬物落向地面或地心的圓球體狀地球 8 圓球體狀的地球（人住在四周）上述結果提供本研究一個立基點，就是我們可運用過去研究對兒童所探討的地球概念重新檢視台灣當前幼兒對此想法的觀點。爰此，茲將本研究欲探討的「地球」概念內涵以概念圖呈現如下(圖 1)：

(32)

圖 1：本研究探討「地球」相關概念之概念圖

再者，過去進行兒童地球概念探討時，大多透過圖卡並輔以晤談方式進行 (如：周淑惠，2003c；Nussbaum, 1985; Vosniadou & Brewer, 1992; Sharp, 1996)。因此，研究者立基於過去的基礎，仿製他們所用的圖卡並輔以晤談進行資料蒐集，以評估參與本研究之 34 位幼兒他們對於地球概念的初始想法。

二、兒童「地球」概念的相關研究

Vosniadou 與 Brewer (1992)指出，兒童對於天文(地球、月球、太陽、日夜、四季)的心智模式可分為三類：一、直觀性想法：這是指想法與直接感官所得的經驗接近；二、科學性想法：這是指想法與當前被接受的科學理論接近；三、綜合性想法：混合直觀性與科學性的想法。而 Barnett (2002)對於兒童的天文概念發展也提出一個值得思考的議題，即概念引入的序列問題。Vosniadou (1991)、 Nussbaum 與 Sharoni-Dagan (1983)指出，兒童必須理解「地球的形狀」後才有可能了解「地心引力」，換言之，即是須先具備「地球是太空中的球狀星體」概念，才能理解「地心引力」。甚至解釋「地球自轉和晝夜循環」的關係(Valanides, Gritsi, Kampeza, & Ravanis, 2000)，以及「地心引力」的作用(Vosniadou, 1991)。總的來說，兒童對於天文的相關概念，具發展順序的關係，而其形成的心智模型也因者經驗與教學而逐漸從直觀性走向科學性。地球概念地球的構造人類與地球的關係地球是圓球體地球有引力地球是實心地球被太空包圍人類住在地球表面周圍包括 _包括包括包括包括包括包括

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過去關於兒童對於地球概念的研究指出，兒童的先備經驗、家庭社經背景、與同儕和成人的互動、年齡、興趣等都會影響其對於概念的理解(Nussbaum & Sharodini-Dagan, 1983)。並且，文化傳遞也扮演重要的角色(Diakidou, Vosniadou, & Hawks, 1997; Sharp, 1999)。在國內，周淑惠(2003c)利用口語回答與實物選擇的情境檢視五歲幼兒對於地球概念的想法，結果發現，全部幼兒都說出地球是圓球體；但在選擇最像人類居住的地球圖卡時，至少有二成以上的幼兒不認為地球是圓球體。而以實物模型說明人住在哪裡時，有半數以上的幼兒認為人住在地球表面上，四成以上的幼兒認為人住在地球裡面；但是若以圖卡作為選擇情境時，則約有 35％幼兒選擇人住在圓球體上，有 35％幼兒認為人居住在地球裡面(橫剖為二的下半球剖面上)。由此可見，其研究結果與 Nussbaum (1979)以及 Sneider 與 Pulos (1983)的研究結果相近。

參、研究方法

一、研究設計

本研究首先依據文獻決定欲探究關於「地球」概念內涵，並依據各學者的研究結果自製晤談圖卡；其次，以圖卡並輔以晤談與 34 位幼兒進行一對一訪談，以獲得他們對地球概念的初始想法。

二、研究對象

本研究選擇台南市兩所市立國小附設幼稚園共 34 位幼兒(甲甲國小 16 位，仁仁國小 18 位；其中，男童、女童各 17 位，年齡皆為 5~6 歲)為研究對象，其平均年齡為 5 歲 8 個月。這些幼兒的家長多數為經商或民營機構基層員工，主要學歷介於高職至專科之間。研究者選擇此對象的原因，是因為研究者在過去曾擔任此二校申請「教育部補助辦理公私立幼稚園輔導計畫」之輔導人員，因此，與教師溝通及對幼兒學習情形、語言表達的掌握較為熟稔，有助於進行晤談與檢視教學時幼兒的反應。

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而從原擔任該班級的兩位教師晤談中發現，他們都曾以繪本、影片的方式介紹地球的相關概念，故研究者推測幼兒們應有能力回答本研究所設計的問題。

三、研究工具

本研究使用的工具為「晤談使用的圖卡與問題」。為掌握幼兒對「地球」概念初始想法，本研究依據相關學者研究成果的內容自編晤談問題(共 7 題)並自製圖卡，晤談問題所包括的次概念為「地球的構造」、「人類與地球的關係」兩個，所屬的相關概念包括「概念 1：地球的形狀」、「概念 2：地球的內部」、「概念 3：地球的引力」、「概念 4：地球與太空」及「概念 5：人住在地球的哪裡」。晤談問題內容與搭配之圖卡與模型如下(表 2, 圖 2)：表 2：本研究的晤談問題問題編號問題內容涉及概念參考資料 1 2 3 4 5 一你認為地球是什麼形狀？從甚麼地方知道的？ ◎ 二這五張圖卡，哪一張比較像你認為的地球？為什麼？ ◎ ◎ ◎ ◎ Nussbaum (1985) 三這五張圖卡，哪一張比較像你所認為的地球？為什麼？ ◎ ◎ ◎ Vosniadou＆ Brewer (1992) 四這七張圖卡，哪一張比較像你所認為的地球？為什麼？ ◎ ◎ ◎ ◎ Sharp (1996) 五如果用這四樣東西來代表地球，你覺得哪一個最像你認為的地球？為什麼？ ◎ ◎ 六這個小玩偶代表你，你認為你住在地球的哪裡呢？為什麼？ ◎ 七這五張圖片，你覺得你居住的地球最像哪一張？為什麼？ ◎ ◎ ◎

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晤談過程中，研究者首先在幼兒面前「呈現」一組卡片；然後依序「說明」每張圖卡中內容的意義；接續請幼兒「指認」哪一張才是符合他所認識的地球；並要求幼兒「闡釋」選擇此圖卡的理由；最後再依據幼兒的回應「延伸」相關問題。因此，是以晤談為主軸而輔以圖卡為表徵工具的過程。然而，由於晤談問題內容很多，無法一一陳述，故舉一個包括最多概念的晤談問題 2 為例，針對晤談過程進行說明(如表 3)：表 3：晤談內容舉隅說明晤談過程內容說明說明這裡有五張圖卡。第一張圖卡中，綠色表示這是陸地，藍色表示這是大海；所有的東西，都會掉到陸地和海洋上；而且，我們的地球，就像這張圖卡一樣，是很平、很平的地面。第二張圖卡中，圓形表示這是地球，上面是天空；綠色表示陸地，藍色表示大海；所有的東西，都會往下掉。第三張圖卡中，圓形表示這是地球，地球是由陸地和海洋組合起來；我們住在地球的上面(手指圖形上半圓周)；所有的東西都會往下掉。第四張圖卡中，圓形表示這是地球，地球是由陸地和海洋組合起來；我們住在地球的四周；地球的外面是太空；所有的東西都會往地球掉。第五張圖卡中，圓形表示這是地球，地球是由陸地和海洋組合起來；我們住在地球的四周；地球的外面是太空；所有的東西都會往地球的裡面(地心)掉。指認這五張圖卡中，哪一張比較像你認為的地球？請你把它選出來。闡釋為什麼你選這張圖卡？你可以說說看嗎？延伸請你說說看，為什麼你認為地球是圓的？它是像球嗎？還是像餅乾一樣扁扁的？為什麼你認為東西會往下(地球、地心)掉？東西掉到地球後，有可能會掉出去嗎？會掉到外太空嗎？(註) 註：本「延伸」過程中的問題，會視幼兒實際的回答情形而決定提問哪些問題。每一道問題提問，都經歷「說明」、「指認」、「闡釋」、「延伸」的步驟。「說明」，旨在向幼兒解釋每一張圖卡的意涵，每一張圖卡是依序放置於桌上並進行說明；「指認」，旨在讓幼兒挑選出他認為的合理答案；「闡釋」，

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旨在讓幼兒敘說他選擇該圖卡的理由；「延伸」，則在協助研究者釐清幼兒的想法，引導幼兒說出更多訊息。換言之，研究者都是在幼兒理解每張圖卡的意義後，才讓幼兒進行圖卡的選擇。而研究者事先加以「說明」的原因，乃在於希望能避免幼兒只是從本就所提供的平面式幾何直觀作為答題的決定，研究者期待幼兒能在選擇圖卡後，「闡釋」他自己的想法，以確認他是理解自己所選擇圖卡的意義。而本研究對每位幼兒進行個別晤談的時間大約 20~30 分鐘，晤談過程中，研究者會記下幼兒反應的詳細註解，並以錄音的方式記錄所有對話。圖卡編號配合問題 _二-1 _二-2 _二-3 _二-4 說明我們居住的地球是平坦的，不像球一樣是圓的。地球是由上下兩個半球所組成的巨大球體，我們居住在下半球橫剖面的平坦處。地球是被無限的太空所包圍的圓球體，萬物垂直落下，沒有地心引力，我們住在地球的上方或四周。地球是被無限的太空所包圍的圓球體，萬物都落向地球（表），我們居住在地球的地表四周。圖卡編號配合問題二-5 三-1 三-2 三-3 說明地球是被無限制太空所包圍的圓球體，萬物皆落向地心，我們居住在圓球體的四周。長方形的地球圓片狀的地球兩個地球圖卡編號配合問題三-4 三-5 四-1 四-2

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說明中空的圓球體 (左)被壓過的圓扁球體或(右)圓球體平坦的地球二個地球圖卡編號配合問題四-3 四-4 四-5 四-6 說明中空的地球圓球體狀的地球（無地心引力）壓過的圓扁地球圓球體狀的地球（萬物落向地面或地心）圖卡編號配合問題四-7 五-1 五-2 五-3 說明幾近圓球體的地球整顆保麗龍球半顆保麗龍球圓盤狀的黏土圖卡編號配合問題五-4 六-1 六-2 七-1 說明圓紙片人住在地球的表面人住在地球的裡面地球之圓有如道路蜿蜒彎轉狀圖卡編號配合問題七-2 七-3 七-4 七-5 說明天空高掛一個星球，人住另一個地平面上人住海洋中之圓餅狀陸上人住下半球剖面平坦處人住圓球體地表上圖 2：晤談使用的圖卡與模型

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研究即是從幼兒在每道問題選擇的圖卡配合他的口語解釋進行比對，以判定他的想法。若他在每道問題中選擇的答案呈現一致性，則確定他對於「地球」概念想法的狀態；若他所選的答案不一致，則判定他屬於較低階的想法。以下，茲針對幼兒選取卡片之一致性判定進行說明(詳見表 4)：表 4：幼兒選擇圖卡之想法分析配合問題圖卡編號地球的結構人類與地球的關係地球是平坦的地球是上下兩個半球所組成中空的圓球體無地心引力的圓球體有地心引力的圓球體兩個半球體所組成球體的下半球橫剖面平坦處上半球體表面地球表面四周二 1 ＊ 2 ＊ 3 ＊＊＊ 4 ＊ 5 ＊＊三 1 ＊(長方形) 2 ＊(圓片) 3 ＊ (地球以外) 4 ＊＊ 5 ＊四 1 ＊ 2 ＊ (地球以外) 3 ＊ 4 ＊ 5 ＊(壓扁) 6 ＊ 7 ＊(幾近) 由上表觀之，對於「地球的結構」與「人類與地球的關係」的想法，必須於不同問題中選擇相對應的圖卡，才算一致。例如：若幼兒於問題三的圖卡中選擇編號 4 的圖卡，又於問題四的圖卡中選擇編號 3 的圖卡，研究者才判定其對於「地球結構」的想法為「中空的圓球體」；否則，則判定為不一致的想法。

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四、研究參與者

研究者(R1)亦邀請 2 位協同研究者(R2, 教育領域博士; R3, 科學領域博士) 參與研究的觀察與資料分析。

五、資料的蒐集與分析

本研究的實施程序、方式、資料編碼與分析如表 5 所示：表 5：本研究實施程序、方式與資料編碼與分析實施程序進行方式資料編碼資料分析 (一)樣本選取擇取兩所幼稚園滿 5 歲之幼兒 34 人 (男童 17 位，女童 17 位)。 S1~S17：男童編號 S18~S34：女童編號 (二 )初始想法檢視依序進行「地球」相關概念之個別晤談。每一位幼兒進行晤談約20~30分鐘。必要時，由教師陪同，協助溝通語意。檢視要點為： 1.配合圖卡說明，協助幼兒選取他所理解的合適答案。 2.晤談過程中，同步觀察幼兒其他非口語的反應，作為概念檢視分析的參考。 3.以數位錄影及筆記作詳實記錄。 1. 以答案卡勾記幼兒擇選的選項。 2.「S1-初晤-001」代表編號 1 號之幼兒其在教學前初始想法晤談中所說的第 1 句話。 1. 統計幼兒選擇圖卡的百分比。 2.描述性分析：由研究者及二位協同研究者進行資料分析。 3.信度考驗：採評分者一致性之信度考驗。由 R1 與 R2, R1 與 R3 分別針對兩個「班」之資料分別進行分析。分析單位是以每位幼兒/每題為單位進行。以 R1 與 R2 為例，34 位幼兒每位回答 6 道問題 (共 204 道題)，兩位研究者一致判讀題數為 167 題，評分者一致性為 167/204 ＝.82；而 R1 與 R3 的評分者一致性為 .87。

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綜合來說，上述資料之分析，都分別經由三位研究者判讀，經過討論而達成概念判定、分類的共識，並透過「評分者一致性」進行信度考驗，以求研究結果的客觀性與可信賴度。而本研究依上表(表 5)之評分者一致性計算後，獲得一致性為.87。

肆、研究結果與討論

一、幼兒對「地球」概念的初始想法

表 6 之數據，乃是依據幼兒在每道問題中所選擇的圖卡累積人數/幼兒總人數而獲得的比例。以下，茲呈現幼兒對「地球」概念的回答情形(如表 6)。表 6：幼兒在晤談的答題情形 1 2 3 4 5 6 7 1 你覺得地球是什麼形狀？從甚麼地方知道的？圓形 (100%) 2 這五張圖卡，你覺得地球是哪一個？為什麼？ 1(2.9%) 4(11.8%) 16(47.1%) 5(14.7%) 8(23.5%) 3 這五張圖卡，你覺得地球是哪一個？為什麼？ 0(0%) 4(11.8%) 16(47.1%) 5(14.7%) 9(26.4%) 4 這七張圖卡，你覺得地球是哪一個？為什麼？ 0(0%) 2(5.9%) 3(8.8%) 12(35.3%) 1(2.9%) 15(44.2%) 1(2.9%) 5 如果用這四個東西代表地球，你覺得哪一個最像地球的形狀？為什麼？ 26(76.5%) 3(8.8%) 2(5.9%) 3(8.8%) 6 這個小玩偶他住在地球哪裡？為什麼？ 10(29.4%) 24(70.6%) 7 這五張圖卡，你覺得你居住的地球最像哪一張圖片？為什麼？ 3(8.8%) 5(14.7%) 6(17.6%) 8(23.5%) 12(35.4%) 選項題號

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接續，依序針對表 6 數據逐題闡釋幼兒對地球相關概念的想法： (一)幼兒對「地球形狀」的想法與描述從第 1 題回答情形來看，幼兒們幾乎都朗朗上口「地球是圓形的」。研究者進一步探究其獲得此想法的根源：研：你怎麼知道地球是圓的？從哪裡知道的呢？ S3-初晤-003：故事書裡畫的。(S4, S6, S9, …皆同) S7-初晤-004：爸爸說的。媽媽也有說「地球是圓的，相遇得到(台語發音)」。 S11-初晤-003：卡通裡有。(S13, S18, S22, S26, …皆同) 上述結果發現，幼兒具有「地球是圓形的」之想法，是源於過去接觸相關想法的媒材經驗、與家長的互動而產生。但是，在第 5 道問題，卻有 26 位(76.5%) 幼兒選擇「整顆保麗龍球」象徵他對地球的想法；而有 3 位(8.8%)幼兒選擇「半顆保麗龍球」；有 2 位(5.9%)幼兒選擇「圓盤狀的黏土」；有 3 位(8.8%)選擇「圓紙片」。因此，研究者進一步深探其想法：研：你為什麼認為它像地球的形狀？ S7-初晤-026：因為地球是圓的，所以這裡是圓的(手指半球面)；可是我們住在平平的這裡(手指半球體的圓平面處)，所以這是地球。 S16-初晤-031：地球是圓的，像球一樣(手指半球面)。我們住的地方是平的，是這裡(手指半球體的圓平面處)。 S21-初晤-033：這是圓的(手指圓盤的外圍)，我住在這裡(手指圓盤平面)，很大；下面還有土。 S29-初晤-029：地球圓圓的(手指圓紙片)，房子蓋在平平的這裡。可見，多數幼兒(67.5%)透過過去的相關經驗、與成人互動以及相關學習素材所建構「地球是圓形」的較為科學性想法，但仍存在一些幼兒(23.5%)因「平常居住環境」的直觀經驗，而抱持地球為「半球體」、「圓盤狀」的另有概念，故呈現「人生活在平坦圓面上」的想法。而上述 5 位(23.5%)抱持「人生活在平坦圓面上」想法的幼兒，亦於第 2 道題中選擇「我們居住的地球是平坦的，不像球一樣是圓的(1 位，2.9%)」；以及