月相盈虧之概念改變

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l.

Na

t'l

Taiwan Nor. Univ.

Vol 40

pp

.5

09-548 1995

師大學報 第 40 期第 509-548頁民國 84-9=

月相盈虧之概念改變

丘p 吳世工*、陳慕嫻**

*國立臺灣師範大學科學教育研究所、**臺北市立陽明高中

摘要

就月相盈虧之成因而言 r 地球影子遮住月球」為中學生普遍的錯誤解 釋，因此，本研究將探討這一類學生學習「月相盈虧及日、月合」單元的學 習過程及概念改變情形，並試圖自學生的學習過程中，找出概念改變的關鍵 點。

本研究之對象為 24 位以「地球影子遮住月球」解釋盈虧現象的國三學生，

其中，高、低空間能力的男生、女生各有 6 人。研究者依分層隨機抽樣的原

則，將此 24 位學生分成三組

r 控制組」、「自我解釋組」及「模型組 J

以進行不同模式之閱讀學習。

本研究之實施程序主要分為前測、實驗處理及後 $i'J 三個階段。前測及後

$i'J 皆採個別唔談的方式，旨在確定學生學習前、後的心智模式。實驗處理則

為學生之閱讀學習，分為三組。其中

r 控制組」學生將教材閱讀兩次;

「自我解釋組」學生在閱讀同時，並對教材內容加以解釋 r 模型組」學生

閱讀時，除解釋教材之外，本研究並提供月相盈虧模型以供其參考 o

後測結果顯示，空間能力的高、低影響學生之學習成效。本研究三種不 同學習模式中，高空間能力學生的學習成效皆優於低空間能力學生。此外， 高空間能力的學生當中 r 模型組」與「自我解釋組」學生之學習成效無明 顯差異 r 控制組」學生之學習成效略低。低空間能力的學生當中 r 模型 組」學生之學習成技最高 r 控制組」次之 r 自我解釋重且」最低。 自學生之學習歷程分析中，亦獲得類似的結果 o 能正確解釋盈虧現象的 學生，皆能將教材中平面之日、月、地相對位置關僻、國正確地轉換鳥三度空 間之心像;不具此能力的學生(大都為低空間能力者) ，則仍保有完整之

「地球影子遮住月球」造成盈虧現象的想法。此外，低空間能力之「模型組」

學生在閱讀過程中，嘗試藉由月相盈虧模型的輔助以了解教材內容。 由此顯示，提供具體模型可能有助於學生學習此單元。此外，鼓勵高空 間能力的學生作自我解釋，可能有助於其形成完整的知識架構;對低空間能 力的學生而言，則可能加深其錯誤之想法。 關鍵詞:月相盈虧、空間能力、自我解釋、模型

5 可 O 師大學報第四十期

壹、緒論

一、制昌 學生在接受正式教育之前，通常已對日常生活現象產生自己的心智模式。認知科 學方面的研究指出，學生學習新事物的能力取決於其現有知識與所欲學習知識二者之 交互作用情形(

Vosniadou

,

1991)

，換言之，學生原有之心智模式在學習過程中將扮 演相當重要的角色。以月相為例 r 地球影子遮住月球」即為國三學生常見的心智模 式之一。因此本研究將針對這類國三學生，依概念改變之理論(例 Posner 、 Strike

、 Hewson，

&

Gertz嗯，

1982)

，設計教學活動，嘗試改變其原有之錯誤模式。

為了解學生之學習障礙，本研究擬以教材閱讀的形式，探討學生的學習過程。本 研究設計之閱讀教材中，以平面圖形呈現日、地、月三者在三度空間上的關係，因此 ，對學生而言，欲學會此單元必須具備將三度空間圓形轉換至三度空間心像的能力; 換言之，空間能力可能是影響學生學習此單元的重要能力。此外，根撮 Chi 、 de

Leeuw 、 Chiu 和LaVancher

(1991

,

1994) 的研究顯示，學生在閱讀文章的過程中，若

同時做自我解釋，將有助於學習 O 同時，相關研究也指出，學習某些科學課題時，教 師若能利用模型輔助，將可減低學生的認知負荷，提昇學生的學習成效。本研究為了 解學生學習月相之瓶頸，因此，將探討自我解釋及提供模型對不同空間能力的學生學 習「月相盈虧」的影響，以了解自我解釋及模型在學生概念改變歷程中所扮演的角色

二、研究目的

本研究的目的在探討自我解釋、提供模型及空間能力對學生學習月相盈虧的影響

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

511

，因此本研究欲回答以下三個主要問題: 付學生學習「月相盈虧及日、月食」單元之後，其對月相盈虧成因之心智模式改變為 何? ω不同的變因是否影響學生之學習成效? 1. 空間能力高低是否影響學生學習月相盈虧? 立自我解釋策略是否有助於學生學習月相盈虧? 3. 提供月相盈虧模型是否有助於學生學習月相盈虧? 臼學生之閱讀歷程如何影響其學習成效?

貳、理論基礎與相關文獻

本研究的目的在於探討自我解釋及提供模型對不同空間能力之學生學習「月相盈 虧」的影響，因此，以下將就概念改變理論、空間能力、自我解釋、模型、月相等方 面之相關研究分別探討之。

一、概念改變理論

目前有關概念改變之研究，大致上可從學習理論、認知心理學、及本體論之觀點 加以探討。本節擬就各觀點作一扼要說明。 Posner 等人 (1982) 從學習的觀點指出，概念改變的形式可分為同化 (assimilation) 及調適 (accommodation) 二類。若學習者僅是將新知識加入原有的知識當中，而新、舊 知識二者並未重新組織，稱之為同化，這種學習方式並未使原有的概念體系發生重大 的改變。若學習者之現有概念不適當，無法成功地掌握新情況時，學習者必須取代或 重新組織他們的中心概念，此稱之為調適，這種學習方式需要較大規模結構上之概念 改變。因此，如果我們希望修正學生原有錯誤想法，貝IJ 必須使學生發生調適學習。

512 師大學報第四十期 Posner 等人 (1982) 因而提出發生概念改變的四個條件:(1)學習者必須對現有的概念感 到不滿意(2)新的概念必須是可以理解的 (3) 在剛開始時，新概念必須是合理的 (4) 新概念 必須是 適用性較廣的。他們認為學生若能針對異例 (anomalies) 所形成的認知衝突進 行探究，就愈可能產生對現存觀念的不滿，因而愈可能出現調適。 在認知心理學方面，有關概念改變的分野不一。如 Keil 分為根本的重建 (radical

restructuring) 及較少的根本重建 (Iess

radical restructuring)

,

Carey 則分為強烈的

(strong) 概念改變與輕微的 (weak) 概念改變 (Chi， 1992)

0

Vosniadou

&

Brewer (1987)

則將概念改變分為根本的概念改變(即 Carey 所謂的強烈的概念改變)與輕微的概念 改變。 Vosniadou

&

Brewer 認為當新、舊基模所包含的概念、結構、及所解釋的現象 有所不同時，則發生根本的重建。譬如 Kuhn 的典範轉移 (paradigm shift) 為根本的概 念改變 (Vosniadou

&

Brewer

,

1987) 而若僅是專家特質的獲得 (acquisition

of

e叩er­

tise) 一如知識表徵內容的增加 (C叮叮， 1985) 或是 Rumelhart 和 Norman (1981) 所認為

的增加 (accretion) 、調整 (tuning) 、甚至重建(restructuring) 以獲得較深層的理解與頓 悟的過程，則屬於輕微的概念改變。事實上，輕徵的概念改變與根本的概念改變與上

述的同化及調適有異曲同工之效。

Chi

、 Slotta 及 de Leeuw(1994) 從本體論的觀點將實體 (entities) 分為三個類別:物 質 (matter) 、過程 (pro臼泌的)及心智狀態 (mental

states)

，每一類別中皆有其階層性 O

所謂根本的概念改變是指類別之間概念的改變 (across

ontological

categories)

如某一

概念由物質類別轉至過程類別。若概念的改變僅涉及類別內的改變(叫thin

ontological

臼tegories) ，則屬於輕微的概念改變。如修正部分和全體的關係、形成新的上階 (su­ perordinate) 或下階 (subordinate) 類別、重新分類既有的類別、頓悟、或在同一本體類 別內直接重新指定某一概念的類別 (Chi， 1992) 。 根據 Chi 一連串精緻的研究結果指出，如果學生的迷思概念無一致性、不同年齡 間的表現不同、可隨發展而改變、學生的迷思概念與中世紀時的迷思概念並無相似性 、再加上學生的學習與阻止科學發現的歷史障礙無關者，則皆屬於輕微的概念改變

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻 5 可 3 (如學習生物課程中的血液循環系統， Chi 等人，

1994

)。若概念的形成牽涉到個人 經驗、學生的迷思概念具一致性、不同年齡學生間的表現相似、學生的迷思概念與中 世紀時的迷思概念非常相似(如物理中的力學概念， Chi 等人，

1989)

，要學生進行 根本的概念類別轉移，放棄原有的素樸概念 (naive

conception)

，則有賴根本的概念改 變 (Chi， 1992) 。根據 Chi 的看法，類別間根本的概念改變在日常生活中並不常見，因 為通常我們在面對一些現象時並不需要修正先備知識的本體狀態，即可解釋或預測訐 多物理事件。 由上述文獻的探討可知，學習者首要認知其學習上的需要，概念改變方得以進行 。而概念改變依其所屬類型而難易不同(並非皆為困難的)。由於本研究主要的目的 是在了解學生學習月相盈虧的心智模式以及概念改變的機制，故將以學習理論以及認

知心理學中知識表徵為主，並參考 Chi 之研究以進行實驗設計與執行。

二、空間能力

有關空間能力之研究顯示(例如Lord，

1985; Pallrand

&

Se

eber

,

1984;

Sie-mankowski &

Mac值lÏght，

1971)

，科學學科之學習成就與空間能力密切相關。例如， 在地球科學方面，許多領域之研究都涉及空間能力的使用。 Bishop (1987) 指出空間能

力與天文方面之學習關係密切。 Orion，

Ben-Chaim

,

&

Kali

(1994) 的研究結果顯示，地

質簡介課程之成績與學生空間透視能力之表現望高度相關，此結果證實了 Chadwick (1977) 的假設:空間能力對於學習和了解地球科學的重要性。化學方面， Pribyl 干[]

Bodner

(1987) 認為，對於需要解題技能及心智上處理一個分于之二度空間表徵的問題 ，具有高空間能力的學生顯然處理得比較好。 Shepard (1978) 指出，有機化學當中， 有許多利用二度空間表徵三度空間分子的例子，因此，白三度空間圖形中，建構與處 理三度空間之心智圖像的能力，對有機化學家而言是相當重要的 o Bonder 和

McMillen

(1986) 之研究顯示空間能力測驗與一般化學成就之間有正相關。生物方面，

514 師大學報第四十期

Macnab 和 Johnstone (1990) 指出，型態辨認(

form

re∞gnition )、運轉(

orientation)

，三度空間至二度空問的轉換、二度空間至三度空間的轉換等空間能力在生物科學中 皆扮演相當重要的角色，這些能力都與顯微鏡的使用有關。Lo吋 (1987) 之研究結果發 現，產生及控制心像 (mental images) 發生困難的學生，其生命科學課程的表現較差， 對這些學生而言，圖表是困難的。在物理方面， Pallrand 和 Seeber (1984) 之研究指出 ，能成功地學習物理的學生大都具有高空間能力。 由於本研究之閱讀教材中出現許多三度空間圖像以二度空間表徵的情形;此二度 空間轉換至三度空間的能力可能與學生學習成效密切相關。因此，本研究將以空間能 力為取樣的標準，探討空間能力對學生學習的影響。

三、自我解釋

所謂自我解釋是指學習者閱讀文章過程中，為澄清或補充旬子的敘述所提出的推 論，無論這些推論的大小、完整與否、正確與否，都算是自我解釋的一部份 (Chi

et

瓜，

1991; Chi &

VanLe恤， 1991) 。在自我解釋的過程中，學習者會將已知知識與正在學習 的知識相連結，因此，自我解釋是一種連續不斷的學習過程 (Chi

&

VanLe恤， 1991) 。

一般研究者皆認為，自我解釋是一種用於教材 (instructional materials) 學習之學習 策略 (Recker

& Pirolli

,

1990)

，而透過此特殊之學習策略，可以幫助學生學習。例如， 當學生對著自己解說範例的時候，學生可以從其中學到更多的知識 (VanLe恤，

Jones

,

&

Chi

,

1992 引自 Frasson

&

Kaltenbach

,

1992; Chi

,

Bassok

, Le

wis

,

Reimann

, &

Glaser

,

1989; 邱美虹，民 81) 0

目前有關自我解釋的相關研究，大多數是透過學生的自我解釋了解其學習範例及

解題的情形。 Chi 等人 (1989) 之研究結果指出，學生對教材、範例的解釋類型及數量

與後來解同形問題的成功率二者成高相關

Recker 和 Pirolli (1990) 的研究結果亦顯示

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英擱 5 可 5

解釋的理論與範例連結。此外，有些研究者認為，學習成就較佳學生的自我解釋較為

語意導向或較為深入 (semantic-oriented

or deep)

，學習成就較差學生的自我解釋則較

為文旬結構導向或較為膚淺的 (synt缸﹒oriented

or shallow) (Ferguson-Hessler

&

de

Jo嗯，

1990; Pirolli

&

Bielaczyc

,

1989; 引自 Chi

&

Van

Le

hn

,

1991)

;邱美虹(民的)的

研究也指出，高成就學生學習化學平衡時，從自我解釋的過程所產生的推論，品質上

較低成就學生為佳。 Recker 干o

Pirolli

(1990) 的研究進一步發現，雖然學生有很多機會

可以產生錯誤的通則化或結論，但學生卻很少出現不正確的自我解釋，因此，‘好， 、、壤，學生的主要差異並不在錯誤的精緻化內容，其主要差異在於學生是否能針對 重要資訊產生精緻化。 有關自我解釋本身對學習陳述性知識之效果的相關研究則為數較少 (Chi

et

泣，

1994)

0 Chi 等人 (1991 ， 1994) 以血液循環為主題，比較閱讀過程中有、無作自我解釋 之學習成效，結果發現，經過自我解釋學習的學生表現較佳。岡時該研究亦指出在學 習陳述性知識時自我解釋是使新舊知識產生互動的一種主動建構活動(∞nstructive

ac-tÏ'討ty) 。 由這些相關研究可以看出，研究者可以透過學生的自我解釋以了解學生的學習過

程(例如 Chi

&

Basso

k,

1989; Chi et a

1.,

1989; 邱美虹，民 81 、民的)。因此本研

究嚐試藉自我解釋以引起學生的認知衝突，此外，並透過自我解釋以了解學生學習的 關鍵及困難所在。

四、模型

在許多科學概念的學習過程中，常涉及學生必須“想像"一些無法具體、直接觀 察到的現象(如徵觀世界的原子結構或巨觀的星球間的空間關係)。而學生在學習時 ，必須經由使用既有的心像 (mental image) 與外來的刺激物產生互動後形成新的心像 。若是原有的心像與科學家的模式不相間時，根據 Ausubel 有意義的學習(

meaningful

5 司 6 師大學報第四十期 learning) 的看法，則學習者便需透過轉化或扭曲外來的資訊，以適應個人原有的想法

(Ben-Zvi et a

l.,

1988) 。為了幫助學習者學習科學，在課堂上的教育，教師除了利用敘 述、繪圖、類比方式來說明抽象的、微觀的科學概念外，較為具體的方式便是使用模 型。根據 Zoller (1990) 的研究亦指出，在面對抽象、非直覺的、或邏輯上不具高相關 的概念，那麼以模型來教學是較為可行的方案。 在科學學科中利用模型教學的機會其實相當多，以地球科學為例，晝夜、月相、 四季變化、板塊運動等皆可使用模型進行多功能的演示。而模型並不一定要連結在一 起，如日、地、月和其他星球的呈現便是一個極佳的例子，但仍可提供學生一個整體

觀 (Bishop， 1987) 。在生物上，利用模型來介紹 DNA 和 RNA 的情形也屢見不鮮。而分 子模型在學習化學的許多課題中，則更是相當有效。 Gabel

&

Sherwood

(1980) 指出， 學生在教學時，使用或操作模型有助於他們在化學鍵、化學平衡、和酸鹼理論的表現

。邱美虹與傅化文(民 82 )的研究顯示，高低成就組學生在解具體的分子模型問題時

其表現較二度空間表徵的問題為佳，尤其是對低成就組的學生幫助較大。在 Seddon，

Eniaiyeju 和 Jusoh (1984) 的研究中亦指出，教學上若同時使用模型和圖形 (diagram)

,

則學生表現會較僅使用圖形為佳。根據 Barke (1993) 指出，理論上空間能力大約在 8-9

年級(約 14- 15 歲)才發展完成，因此在教學上應先以模型來說明原理，然後才用二

度空間表徵來說明其結構。 由以上有關模型成效之相關研究可知，具體模型有利於學生心像的形成。就「月 相盈虧」單元而言，從模型當中，學生可以直接看出不同位置角度時之月相變化，而 從平面圖當中，學生尚須將三度空間的圖形轉換成三度空間的心像，若學生此能力不 足，將對月相成因之學習發生困難。由於模型利於學生形成具體心像，因此研究者認 為模型有助於學生月相的學習。因此設計模型組以探討模型對學習的影響。

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

617

五、月相方面的相關研究

約從 1970 年代起，有關學生迷思概念之研究開始迅速發展。就地球科學而言，大 多數研究偏重天文方面的課題，例如晝夜的成因(如 Baxter， 1989; 翁雪琴，民的;

Kl

ein

,

1982

)、四季的成因(如 Baxter， 1989; 邱美虹和翁雪琴，民 84 )、月相盈虧

(如 Sadler，

1987; Targan

,

1987

)其他如地質、氣象方面的相關研究則數量較少。

近年來，國內、外有關月相的研究與日俱增，如 Baxter (1989) 、 Dai

& Capie

(1990) Engestrom

(1991) 、 Sadler (1987) 、 Schoon (1989) 、 Targan (1987) 、 Za'Rour (1976) 、王美芬(民 80 、 81 )、姜滿(民 82 )。這些研究之受試對象從幼稚園小朋 友以至職前的教師;例如 Za'Rour( 1976) 以幼稚園到小學四年級的兒童為研究對象、姜 滿(民 82 )則唔談國小一至六年級的學童;王美芬(民 81 )之研究對象為國小五、六

年級的學生、 Sadler( 1987) 則唔談 9 年級的學生，並且計對 9 至 12 年級的學生實施紙筆

測驗 Baxter (1989) 唔談 9- 16 歲的學生，

Dai

(1990) 之研究對象為國小之職前教師 。 綜合這些研究的結果，可將學生對「月相盈虧」成因的心智模式歸納為以下九類

1.月亮被地球的影子遮住 (B刮目，

1989;

Kuet峙，

1963; Sadler

,

1987;

Sch∞n，

1989:

Tar-gan

,

1987; 引自 Engestrom，

1991; Wagenschein

,

1977; Schoon; Dai

&

Capie 1990;

51

自 Engestrom，

1991; Philips

,

1991; 王美芬，民 81 ;姜滿，民 82

)

Z 月亮被雲擋住了 (Baxter，

1989;

Sadl凹， 1987; 姜滿，民 82

)

3. 月亮被太陽的影子遮住 (B缸ter，

1989; Sadler

,

1987; Targan

,

1987) 。

4. 月亮被行星的影子遮住 (Baxter，

1989; Sadler

,

1987; 姜滿，民 82 )。

5. 月亮本身的大小會改變 (Za'Rour， 1987; 姜滿，民 82 )。

丘月亮有黑白兩部份而且它會接轉 (Sadler， 1987) 。

518 師大學報第四十期 7. 兩個月亮(新月及滿月)互相遮掩所造成的 (T缸gan， 1987) 。 8. 天上有很多個形狀不岡的月亮，一天出來一個( Piag仗， 1929 引自王美芬，民 80 、 民 81

)

9. 月亮垂直繞地運轉，當月亮在地球上方時，住在北半球的人可以看到滿月;當月亮

在地球下方時，住在北半球的人看不到月亮，是為新月(

Dai.

1990 引自王美芬，民

80 )

從這些不同年齡層的研究當中可以看出，即使有些受試者已接受學校正式的教學 ，但是仍然持有錯誤的想法。 就國小、國中目前之教材編寫情形來看，課程當中有關月亮的單元共有三個，如 表付所示。其中，國小的教材偏重現象的實際觀測，而國三教材著重成困的解釋。 表付 國小、團中課程中有關月亮的單元

年級

單元

五年級

月亮在哪裡

國小六年級

月亮又圓了

國中三年級 月球 就國三學生而言，由於學生在學校正式教學之前可能已經對月相盈虧的成因持有 自己的解釋方式，因此，當教師正式教授此一單元時，學生的學習效果可能深受其原 有想法的影響。 根據上述月相的相關研究，大多數的學生利用「地球影子遮住月亮」來解釋盈虧 現象。此外，由於 Baxter (1989) 及 Sadler (1987) 的研究對象涵蓋國三的學生，因此， 「地球影子遮住月球」可能亦是國三學生對盈虧成因所做最為普遍的錯誤解釋。此外 ，上述之相關研究大多限於學生迷思概念的探討，僅少部份是關於教學的研究(

Tar-gan

,

1987; Engestrom

,

1991; 王美芬，民 81) ，因此本研究將針對此最為普遍之錯誤概 念一「地球影子遮住月球」的想法來設計學習活動，期使學生獲得有效的學習。

519

邱美虹、陳英嫻 月相盈虧之概念改變

鑫、研究方法與步驟

一、研究對愛

本研究之對象為 24 位學生以「地球影子遮住月球」解釋月相盈虧的國三學生。其 中，高空間能力的男生、女生各 6 人，低空間能力的男生、女生各 6 人。

二、研究工具

付「月相盈虧及日、月食」之閱讀教材 本研究之閱讀教材共有 16 頁，各頁欲闡述之概念如表己所示。其中， 5-10 頁為 月相盈虧成因之解釋 o 學生學習正確解釋之前，為再次確定學生對盈虧之原有想法 ，因此將第 4 頁設計為問旬“為什麼月亮會有盈虧的現象呢? "以引出學生原有之 心智模式，之後之第 5 頁則呈現直接反駁迷思概念的旬子，而後開始提供正確之解 釋。詳細之教材內容請參見陳英嫻之碩士論文(民的)。 閱讀教材各頁之主要內容

67890123456

旬， 4 ，_EA 旬， AtE 扎，自﹒晶，

••

e'

,

A

表ω

內 說明月亮明亮的原因 說明何謂月相盈虧 說明月相盈虧的規律性 提出何以會造成月相盈虧之疑問 提出直接反駁迷思概念的旬子，並呈現日、地、月三者之公轉模式及 月球受光情形 說明朔月的成因 說明滿月的成因 說明弦月的成因 說明檸檬月的成因 統整不同位置所出現的不閏月相 提出何以月相盈虧不是因為「地球影子遮住月球」所造成之疑問 提出月相盈虧並不是「地球影子遮住月球」所造成之證據 說明月食的成因 說明月食的成因 說明日食的成因 統整日、月食與朔、望之成因差異處 ~ 廿

*

聽一

12345

620

師大學報 第四十期 (斗插問問題 本研究之實驗處理過程中，學生除了閱讀教材以外，研究者尚插間 9 個問題， 藉以了解學生當時之理解狀況。大體而言，插問問題之內容與學生先前閱讀之課文 內容，致;插問問題之內容及出現位置如表的所示。 當學生讀完第 5 頁，插問問題(I)與 (2) ，以了解學生是否注意到白道面與黃道面 之傾斜及其解讀三度空間之平面圖的情形。當學生讀完第 8 頁之後，插問第(3)個問 題，藉以了解學生此時能否正確解釋弦月的成因。當第 9 頁閱讀完後，插問第 (4) 個 問題，以了解學生是否能正確預測及解釋 B 點之月相。 14 頁閱讀完後，插問問題 (5) 、 (6) ，藉以了解學生此際是否了解滿月的成因，同時能否區分月相盈虧之月亮形狀 變化與月食時之月亮形狀變化相異之處。 15 頁閱讀完畢之後，則插問問題(7)與(8)

,

以了解學生此時對朔月成因之解釋，及月球遮住太陽將導致太陽形狀如何變化。 16 頁閱讀完畢之後，提出最後一個問題，藉以從中得知學生此時利用何種模式來解釋 月相盈虧 O 問題編號及出現位置 1-5頁 問題(I) 問題(2) 6-8頁 問題 (3) 第 9頁 問題 (4) 10-14頁 問題 (5) 問題 (6) 第 15頁 問題(7) 問題的) 第 16頁 問題 (9) 表白 插間問題出現位置及問題內容 問 _{題 內} 日、地、月三者之間會怎樣運轉? r峙， 脊 利用保麗龍球擺出圖 ω 、圖的當中 A 、 c 、 E三點之位置 除了 C點之外，還有哪個位置可以看到半圖形的月亮? 為什麼? 當月球運行到 B點的時候，我們可以看到什麼形狀的月亮 為什麼? 利用保麗龍球擺出滿月時日、地、月三者的相對位置 畫出一個月當中月相的變化及月食時月形的變化 畫出日食時太陽形狀的變化 利用保利龍球擺出朔月時日、地、月三者的相對位置 說明月食與月相盈虧的成因

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

621

臼「月相盈虧及日、月食」之唔談問題 為確定學生學習後之心智模式，故設計此唔談問題。唔談之概念主要包括月相 盈虧成因、不同月相時，月球受陽光之照射量、日地月三者間之相互運轉情形、日 食成因、月食成因、月相盈虧及月食時之月形變化等。 的月相盈虧模型 研究者利用 9 顆保麗龍球及一顆籃球製作一與閱讀教材第 5 頁之圖的相當之月球 公轉及受光情形的模型，以做為「模型組」學生閱讀學習時之參考。模型當中，以 籃球代表太陽，八個半球塗黑、半球塗黃之保麗龍球代表運行至不同位置的月亮， 其中塗黃的半球代表月球之受光面，塗黑的半球代表月球之背光面。此外，以一未 著色且較“月球"略大之保麗龍球代表地球。

三、實施程序

付確定研究對象 研究者首先就某國中三年級八個班，實施空間能力及「月相盈虧及日月食」紙 筆測驗 o 凡空間能力測驗答對題數高於常模之前百分之三十五者，定義為高空間能 力的學生，低於常模之後百分之三十五者，定義為低空間能力的學生。自高、低空 間能力的學生中，挑出其「月相盈虧及日月食」紙筆測驗中以「地球影子遮住月球 」解釋月相盈虧的學生司，並白這些以地球影子遮住月球解釋月相盈虧的學生中，根 撮性別，依分層隨機抽出高、低空間能力之男、女生各 6 名，進行唔談，確定其以 地球影子遮住月球解釋月相盈虧。若唔談結果顯示學生以其他想法解釋月相，則捨 棄該生，並繼續隨機抽樣以進行唔談，直至取得以地球影子遮住月球解釋月相之高 、低空間能力的男生、女生各 6 名，共計 24 名學生為止(研究中共唔談 33 名學生， 其中 9 名並非真正以「地球影子遮住月時 J 解釋月相盈虧，因此予以捨棄)。

522 師大學報第四十期 口研究對象之分組 將 24 位以「地球影子遮住月球」解釋月相盈虧的學生，依分層隨機抽樣的原則 ，分配於三組 r 模型組」、「自我解釋組」及「控制組」。因此，各組當中皆有 高空間能力男生 2 名、高空間能力女生 2 名、低空間能力男生 2 名以及低空間能力女 生 2 名，每組共計 8 名學生，如表的所示。 衰的研究對數之分組 模型組 自我解釋組 控制組 男生女生 男生女生 男生女生 高空間能力 低空間能力

2

2

2

2

目「月相盈虧及日月食」教材之自我閱讀學習

2

2

2

2

2

2

2

2

根據以上的組別，要求「模型組」、「自我解釋組」及「控制組」學生以不同 的模式進行個別的閱讀學習。各組之閱讀模式如下:

1.

r 模型組」學生在閱讀過程中，必須做自我解釋，此外，研究者並提供月相盈虧 模型以做為「模型組」學生學習時之參考。

2.

r 自我解釋組」學生在閱讀過程中，必須同時對教材做自我解釋。

3.

r 控制組」學生將教材朗誦兩次，使其閱讀時間接近其他兩組。 正式閱讀之前，請學生先朗讀閱讀注意事項，並進行閱讀示範及練習各兩次， 合計四次。對「控制組」學生而言，第一次示範強調朗誦出聲及畫重點;對「模型 組」及「自我解釋組」學生而言，則強調閱讀過程當中如何做自我解釋及畫重點。 示範後由學生進行與示範一形式相近的練習一。由於本研究之閱讀教材中含有許多 圖形，因此，練習一完成後，由研究者進行附有圖形之示範二。此次示範之重點除 示範一中所強調者之外，同時強調圖文配合著閱讀。示範完畢後，由學生進行與示 範二形式相近之練習二。示範及練習完成之後，方進行正式閱讀。閱讀時間不予限

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

523

制，直至學生完全讀完畢為止。平均而言模型組」學生之閱讀時間為 31 分 9 秒 、「自我解釋組」為 39 分 30 秒、「控制組」為 27 分的秒。 此外，為了解學生對課文之即時理解情形，研究者適時提出插問問題。有關插 問的設計，主要參考 Chi

et a

l.

(1994) 及邱美虹(民的)之研究。。插問問題出現的 位置及內容請參見研究工具。由於「控制組」學生須將教材閱讀兩次，因此，為避 免「控制組」學生因插問問題之內容而左右其第二次閱讀時之注意力，進而導致 「控制組」及「實驗組」之誤差，於是「控制組」學生於第二次閱讀時方提出插問 問題。 個唔談 閱讀後一週進行個別唔談，以了解學生學習後之心智模式。唔談時間約為 30 至 60 分鐘。

四、資料分析

付唔談分析 唔談資料之分析過程大致如下: 1.將 24 位學生之唔談過程逐字轉錄為文字資料。 2. 根據學生對月相盈虧成因之解釋繪出其心智模式。 3. 根據學生是否具有「位置角度」之想法分類其心智模式;此外，對具有「位置角 度 J 想法的學生，根據其「地球影子遮住月球」想法及「位置角度」想法的完整 性分類其心智模式。 已學習歷程分析 學生學習過程中，除教材之閱讀外，研究者尚在課文當中插問 9 個問題，藉以 了解學生當時的理解狀況。由於「模型組」及「自我解釋組」學生在閱讀過程中必 須做自我解釋，因此，研究者可透過自我解釋了解其學習歷程;但對於幾乎不作自

524

師大學報第四十期 我解釋之「模型組」與「自我解釋組」學生，研究者則藉由插問問題之輔助，分析 其學習歷程。由於「控制組」學生之閱讀過程中未作自我解釋，研究者無從得之其 學習歷程，因此，本研究僅針對「模型組」與「自我解釋組 J 學生之學習歷程加以 分析。學生學習歷程之分析大致包括以下幾個步驟: 1.將 24 位學生之插問問題及「模型組」、「自我解釋組」學生之閱讀歷程逐字轉錄

為文字資料。

Z 根撮學生閱讀歷程中回溯課文內容、預測課文內容、產生或回溯先前所產生之不 同於課文內容之推論的情形(如圖一所示) ，繪出每位學生的閱讀歷程圖。此部 份之分析方法主要參考邱美虹(民的)。

不用於課文內 輿課文內容個同之正確提論(頁間)

正確囝棚文內容

回溯先前產生之正確推論 1 以上代表

容之正確提謂 ‘ (頁內) ←于三三月間) I 正確的 ~ ,. (頁內頁聞) ‘ (頁內戶、

l

。→ 2→@→@→@→@→@→@→@→@→@→@→@→@→@→@ 哼一一一

大同於語文內容之錯誤輪 回溯先前產生之錯甦墊/) 錯誤回溯課文內容‘ |以下代表 一一_(頁間\..>"(頁內頁內)_.• I 錯誤的 ..r J / ...頁問，...'"

I

圖例: 測溯測溯 預固預回 /\/\ 諭論 娃娃 之之 容間 內問 文容 課內 於文 同謀 末輿 圖付閱讀歷程圓 圓付中每一個圓圈代表一頁，圓固當中的數字表示頁數，連接圓圓與圓圈之 箭號則表示閱讀進行的方向。此外，標示於圖中之弧線代表學生概念之連結情形 。其中實線代表不同於課文內容之推論或回溯，虛線則代與課文內容相同之預測 或回溯，此弧線之箭號方向若與閱讀方向一致，則代表學生已預測到下文之內容 或產生新的推論，弧線之箭號方向若與閱讀方向相反，則代表學生回溯先前出現 的概念。此外，標示於圓圈上方之弧線條代表正確的，而標示於圓圈下方者則代 表錯誤的。

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英擱

525

3. 分類「模型組」與「自我解釋組」學生之閱讀歷程圖。 4. 比較不同之閱讀歷程對學生學習成效之影響。 5. 比較「模型組」與「自我解釋組」學生之閱讀歷程與心智模式之相關性。 在自學生閱讀歷程當中，找出概念改變之關鍵點。

肆、結果與討論

本研究之結果分兩部份加以討論，第一部份為學習後心智模式;第二部份為學習 歷程。

一、學習後心智模式

付心智模式類型 學習後的心智模式可分為四大類:月食模式、混合模式、位置角度模式及正確 模式;其中，混合模式尚可細分為三類 r 月食模式為主」之混合模式、零碎之混 合模式以及「位置角度為主」之混合模式。並以 M 代表模型組， s 代表自我解釋組 'C 代表控制組 'H 代表高空間能力者 'L 為低空間能力者，阿拉伯數字為流水號 。三位評分者(除作者外，還有一位地球科學所科教組學生)之間的信度為 .89 。以 下將分別討論之。 1.月食模式 這一類型的學生完全利用「月食」的成因解釋月相盈虧，他們認為月相變化 乃因照射至月球的陽光被地球擋住所造成的;當月球被地球的影子遮住得越多， 所呈現的月相就越小;當地球的影子完全擋住月球，我們就看不見月亮;當地球 完全沒有擋住照射至月球的陽光時，我們則可以看到滿月，其模式如圖ω所示:

526

師大學報第四十期

圈。

月食模式

閱讀學習後 r 自我解釋組」有 2 位學生 (S口， SL4)、「控制組」有 1 位學生 (CLl) 利用「月食模式」解釋月相盈虧。此外 r 模型組」當中亦有 1 位編號 M口 的學生利用「地球影子遮住月球」解釋月相盈虧，雖然編號ML3強烈保有地球影 子遮住月球的想法，但似乎已從閱讀當中產生學習，同化月球繞地球公轉一圈， 造成一次月相循環的概念，因而形成圖。的心智模式。

‘三

圖臼續號 ML3 之，ì).智模式 雖然 M口已隱約發現，月球繞地球公轉一國當中，並非每個位置都會被地球 影于遮到，但礙於無法提出更合理的解釋方式，於是仍堅持以「地球影子遮住月 球」來解釋月相盈虧。由此可見，模型予以學生深刻的印象。 Z 混合模式 這類學生同時存在「位置角度」及「影子遮住」的想法，因此，大都存在一 種月相以兩種方式解釋的情形。在混合模式中，學生解釋之好壞仍差異很大，於 是研究者根據學生原有之「月食模式」的完整性及利用「位置角度」解釋之程度 ，將此模式細分為三類:混合模式-

1

r 月食模式」為主之混合模式、混合模 式一 II: 零碎之混合模式、混合模式一 III r 位置角度為主」之混合模式。以下 將分別說明。 (1)混合模式

1

r 月食模式」為主之混合模式 這一類學生具有完整的「月食模式 J 此外，開始以「位置角度 J 解釋月

相。受試學生中

r 自我解釋組」有 1 人 (SL1)、「控制組」有 2 人屬於此模式

月相盈虧之概念改變 邱美虹、陳英嫻

527

(CH3

,

CL3)

,

r 模型組」無此類型的學生。 以「控制組」編號 CH3 的學生為例，其心智模式如圖的所示。 CH3 完整地 利用月食成因及位置角度的變化，共同解釋月相的循環。 地球單位于擋住 圖四緝號 CH3 之心智模式 (2)混合模式一 II: 零碎之混合模式 這一類型介於「混合模式-

1

J 與「混合模式 -IIIJ 之間，學生不再保有 完整的「月食模式 J 也尚未形成近於完整之「位置角度」的想法。這些學生 利用「地球影子遮住月球」解釋二至三種月相，其餘二至三種月相則以「位置 角度」來解釋 o 受試學生當中 r 模型組」、「自我解釋組」及「控制組」各 有 1 位學生屬於此模式 (M口， S口， CL2) ，且三位皆為低空間能力的學生。 以編號 CL2 的學生為例，其心智模式如圖份所示。 CL2 依舊以「地球影子 遮住月球」解釋眉月、弦月及檸檬月，開始以「位置角度」解釋滿月及朔月。 地腸子擋住 國ω 緝號 CL2之'l;-智模式 (3) 混合模式一I1I: r 位置角度」為主之混合模式 這一類型的學生主要以「位置角度」解釋月相盈虧，此外，能以傾斜之月 球公轉軌道解釋月相循環;且其月相的循環是完整而有規律的。這一類型的學 生雖然仍持有「地球影于遮住月球」的想法，但其「月食模式」已相當不完整 ，學生僅用其解釋一種至兩種月相 o 受試學生中 r 模型組」有 1 人 (ML1)、 「自我解釋組」有 1 人 (SH4) 、「控制組」有 2 人 (CH2， CL4)屬於此模式。 以模型組編號 ML1的學生為例，其心智模式如圖付所示。 ML1具有近乎正

528

師大學報第四十期 確之想法，唯位於地球後方的檸檬月仍以「地球影子遮住月球」來解釋。 地球~子擋住 圖的緝號 M L1之I~智模式 3. 位置角度模式 這→類型的學生完全以「位置角度」的變化解釋月相盈虧，捨棄「地球影子 遮住月球」造成月相盈虧的想法，但尚且無法正確掌握日、地、月三者之相對位 置與所呈現之月相的關係。整體而言，持「位置角度」模式的學生必須具有月球 公轉軌道傾斜的概念，否則將無法跳脫地球正後方被影子遮住的想法，進而正確 地解釋朔月成因。受試者中，模型組有 1 人 (MH4) 、控制組有 1 人 (CH4) 屬於此 類型; 2 位皆為高空間能力的學生。「自我解釋組」無此模式的學生。 以編號 CH4 的學生為例，其心智模式如圓的所示。 CH4 能以「位置角度」 的變化正確地解釋滿月、檸檬月及朔月的成因，但解釋弦月及眉月時，日、地、 月三者的相對位置是錯誤的。由於 CH4 認為晚上才可以看到月亮，白天是無法看 見月亮的，因此，我們看得到月亮時，月亮所在位置必定偏入地球黑夜的一方。 圖的緝號 CH4 之I~智模式 4. 正確模式 這類學生能夠利用「位置角度」的變化正確地解釋月相盈虧，他們認為當月 球繞地球運轉時，日、地、月的相對位置改變，月球受光面面對地球的多寡隨之 變化，因此，我們可以看到不同形狀的月亮。受試學生當中 r 模型組 J 有 4 人

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

529

(MH1

,

MH2

,

MH3

,

ML4)、「自我解釋組」有 3 人 (SH1 ，

SH2

,

SH3) 、「控制組

」有 1 人 (CH1) 屬於此模式。其心智模式如圓的所示:

圖的正確模式 這 8 位擁有正確模式的學生中，除了 1 位為低空間能力「模型組」的學生之外 ，其餘皆為高空間能力的學生。由此顯示空間能力高、低影響學生學習「月相盈 虧」。茲將各類型之特徵整理如表ωO 表(E) 月相成因之ID-智模式類型及特徵 1 月食模式 2. 混合模式

2.1

以月食模式為主的 2.2 零碎的 2.3 以位置角度為主的 3. 位置角度模式 4. 正確模式 口，心智模式的分布與比較 以月食成因解釋月相盈虧，認為月亮形狀會變化 是因為照射至月球的太陽光被地球擋住月球的影 子遮住得越多，所呈現的月亮形狀就越小;地球 的影子完全擋住月球的時侯，我們就看不見月亮 ;當地球完全沒有擋住照射至月球的陽光時，我 們則可以看到滿月。 仍以月食成因完整地解釋各種月相，但開始出現 位置角度不同可見不同月相的想法。 不全以月食成因解釋各種月相，且尚未發展出完 整之月相循環的想法。 主要以位置角度的不同解釋月相變化，但仍有影 子遮住造成盈虧的想法。此外，認為月球繞地球 一圈造成一完整之月相循環。 完全以位置角度的不同來解釋月相盈虧，但月球 所在位置與所對應之月相並非完全正確的。 能以位置角度的變化正確解釋各種月相的成因。 整體而言，各組學生學習後之心智模式分布情形如圖 ω 所示。從圖(九)中可 看出 r 模型組」正確模式的學生多於「自我解釋組 J r 自我解釋組」正確模式 的學生多於「控制組」。換言之 r 模型組」的學習成效最佳，其次為「自我解釋 組 J 再者方為「控制組」。

580 師大學報第四+期

人 3

數 2 2-1 2-2 2-3 3 4 J心智模式額型 1 月食價式 2 一 l 以月食模式為主之混合模式 2-2 零碎之混合模式 2-3 以位置角度為主之混合偎式 3 位置角度模式 4 正種模式 ﹒模型組 曰白說，情組 ~控制組 圖ω 學習後各組，D-智模式人數之分布圖 若僅就高空間能力的學生來看，各組心智模式之分布情形如圖們所示。其中， 「模型組」正確模式的人數與「自我解釋組」相同 I 自我解釋組」正確模式的學 生多於「控制組」。換言之 I 模型組」與「自我解釋組」的學習成效相近，三者 皆優於「控制組」。 4 ì

人

數 2-1 2-2 2-3 3 4 ，已4曹模式類型 l 月食價式 2-1 以月食價式鴛主之遷台模式 2-2' 司耳聽之昆會價式 2-3' 以位置角度.主之混合價式 3 位置角度俱式 4 正福續式 圍的 高空間能力學生學習後之，D-智模式人數分布圖 就低空間能力的學生來看，各組心智模式之分布情形如圓的所示 o 其中 I 模

型組」有 1 人改變為「正確模式 J

'

2 人分別改變為「混合模式 J II 及 III

'

1 人仍停

留在「月食模式 J I 控制組 J 3 位學生之心智模式分別改變成「混合模式 J 1 、 II 、 III

'

1 位停留在「月食模式 J 而「自我解釋組」僅 1 位學生之心智模式改變 成「混合模式 J

II

'另外 3 位學生仍保有完整的「月食模式」。由此可見 I 模型

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻 531 組」的學習成效優於「控制組」學生 r 控制組」又優於「自我解釋組」。

.t

~/

人 3 ~

數 2

2-1 2-2 2-3

3

.4 心智模式類型 1 月食價式 2-1 以月食模式為三之混合模式

2-2

零碎之混合模式

2- 3

:以位置角度為主之混合模式 3 位置角度模式 4: 正雄模式 ﹒模型組 口自我解間也 ~t空衛跑 圖亡。 低空間能力學生學習後之，iJ.智模式人數分布圖 根據 Posner 等人的觀點，欲使學生發生概念改變，必須使其對自己所持之錯誤 概念感到不滿，同時提供易理解且合理的解釋，如此才能引起岡化或調適學習 O 換 言之，如果這些知識對學生而言是抽象且不易理解的，學習將發生困難，若此刻同 時激發學生的錯誤想法，可能更為加深學生的誤解。根據 Chi (1992) 的研究指出， 雖然不正確的自我解釋或錯誤的心智模式亦會產生矛盾和衝突，但有時這些矛盾或 衝突(如異例)未必能引導學生尋得解答或獲得學習(哥|自 Chi 等人，

1994

)。本 研究「自我解釋組 J 低空間能力的學生可能面臨相同的情形。由於空間能力的限制 ，低空間能力之「自我解釋組」及「控制組」學生在閱讀過程中，面對三度空間之 平面圖時，可能遭遇學習障礙。對這些學生而言，所呈現之科學知識是不易理解的 ，此時，研究者要求「自我解釋組」學生一邊閱讀一邊解釋，相當於主動激發學生 錯誤的想法，但礙於新知識難以理解，因此學生可能傾向於利用被激起之知識來解 釋所面臨的問題。而對「控制組」學生來講，研究者並未主動激發其錯誤想法，因 此其較可能同化新的知識 o 此外，由圓的、圖(均各組內高、低空間能力學生的比較可知 r 模型組」當中 ，高空間能力者有 3 人改變為正確模式，低空間能力者有 1 人近於正確模式 r 自我 解釋組」當中，高空間能力者有 3 人改變為正確模式，低空間能力者則無人改變為

532 師大學報第四十期 正確模式 I 控制組」當中，高空間能力者有 1 人改變為正確模式，低空間能力者 無人改變為正確模式。不論就哪一個組別來看，高空間能力學生的學習成效皆優於 低空間能力的學生，由此可見，空間能力為影響學生學習「月相盈虧」的一項重要 能力。 整體而言，空間能力是影響此單元學習成效的要素之一，對高空間能力的學生 來說，即使缺乏模型的輔助，學生間樣可以獲得有效學習;對低空問能力的學生來 說，藉由模型輔助以克服其空間能力之限制，對這些學生的學習是相當重要的。此 外，閱讀過程中，鼓勵高空間能力的學生做自我解釋，可能有助於其形成完整的知 識架構;而低空間能力學生由於空間能力的限制，鼓勵其做自我解釋，可能更為加 深其錯誤的想法。

二、學習歷程

本研究之「模型組」及「自我解釋組」學生透過自我解釋傳達其學習過程，因此 研究者主要根據其閱讀歷程分析其學習歷程。根據所繪之閱讀歷程圖，此二組學生之 閱讀歷程大致可分為三類:付正確預測與回溯;已同時正確及錯誤預測與回溯;~閱 讀歷程不明顯。由於閱讀教材 5

-

10 頁為月相盈虧成因之說明，因此，以下之閱讀分 析亦著重於1ft 0 以下將分別說明各閱讀歷程。 付正確預測與回溯 大體而言，此一閱讀歷程的學生在教材中盈虧成因之說明出現以前，皆保有 「地球影子遮住月球」造成盈虧的想法，但是當第 5 頁之正確解釋出現之後，開始接 受此一新的模式，並且不再以影子遮住的想法解釋月相盈虧。受試學生中 I 模型

組」有 4 人 (MHl ， M凹， MH4， MlA)、「自我解釋組」有 3 人 (SHl ，

SH2

,

SH3) 屬

於此閱讀歷程。以下將各舉「自我解釋組」及「模型組」學生 1 人加以說明。 就「自我解釋組」來看，閱讀教材第 5 頁出現之前，學生皆以「地球影子遮住

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

633

月球」解釋月相盈虧，當閱讀教材第 5 頁出現之後(附錄一) ，開始以「位置角度 」的想法解釋月相盈虧，並在 6-9 頁各月相成因之說明出現以前，即正確預測各月相 生成之位置。以編號 SHl 的學生為例，其學習過程中概念的回溯及預測情形大致如 圖(十二)所示。 地球影子遮住月 會造成月相變化 位置角度不同 造成月棺變化 圖的 SH1 之聞單歷程圖 就「模型組」來看，學生閱讀教材第 5 頁之前，即出現以「位置角度」解釋盈 虧的情形。第 5 頁為教材當中首次出現月球公轉模式之處，因此 r 模型組 J 學生 提早以「位置角度」解釋盈虧現象可能源於模型的影響，從實際閱讀過程中學生參 考模型的情形，亦可看出學生利用模型學習(參見陳英嫻之碩士論文，民的)。以 編號 MIA 之學生為例，其閱讀歷程當中，概念的回溯及預測情形大致如圖也所示。 位置角度不同 造成月相變化 地球，豆子遮住月 球造成月相變化 _{圖也 ML4 之閱讀歷程圖}

534 師大學報第四十期 ω 同時正確及錯誤預測與回溯 基本上，這些學生在教材第 5 頁之正確解釋出現後，仍以「地球影子遮住月球 」的想法解釋月相盈虧。在「模型組」與「自我解釋組」的 16 位學生中 r 模型組

」有 3 人 (ML1，

ML2

,

M口)、「自我解釋組」有 4 人 (SH4，

S

L1,

SL2

,

SL3)屬於此學

習歷程。若根據 6-9 頁的閱讀情形，可將此學習歷程再分為兩類，第一類學生 6-9 頁 的理解情形較差，第二類學生 6-9 頁的理解情形較佳。受試學生中 r 自我解釋組」 有 4 人屬於第一類 r 模型組」有 1 人屬於第一類、 2 人屬於第二類。以下將各舉­ 例說明此二類學習歷程。 第二類 6-9 頁理解情形較佳的學生，在教材 6-9 頁之閱讀中，能夠根據模型正確 地解釋各點之月相，且具備月球公轉軌道面傾斜的想法。但在閱讀教材 11 、 12 頁時 ，由於學生未完全理解課文的含意，因此誤將地球影子遮住的想法與盈虧成因聯結 ，再度出現地球影子遮住月球造成盈虧現象之錯誤推論。以「模型組」蝙號 ML2 的 學生為例，其閱讀歷程如圖(十四)所示。從其閱讀歷程圖可明顯看出，在教材 6-9 頁之閱讀中， ML2 皆能正確預測並解釋各點之月相，且具有完整之「位置角度」的 想法。 第一類學生 6-9 頁的理解情形較差，在教材 6-9 頁之閱讀中，至多僅能主動預測

或解釋一種月相，其間反覆出現影子遮住及位置角度的想法。以「自我解釋組」編

號 SH4 的學生為例，其閱讀歷程如圖由所示。在閱讀教材第 5 頁出現之前， SH4 仍 以影子遮住的想法來解釋盈虧，但以下 6-9 頁的課文當中，大體無法根據圖帥、圖的 正確地預測各月相產生的位置。 位置角度不同 造成月本鹽，哥 縮頭 :ML2 (模型組)

\佯丸

。'→《→@→@→G-→@二d→L d→ Lql→@→@→dJ6二d

一

手三三三三三二ν

地球影子遮住月 韋造成月帽盈虧 圖國 M L2之閱讀歷程圖

編號SH4 (自我解釋組) 立全球影子遮住月 球造成月 4目盈虧

..

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

535

..

_‘

‘.

圖~ SH4 之閱讀歷程圖 ‘一一、、\

•

.--由以上兩類學生的比較可知 r 模型組 J 學生有模型之輔助，因此大體能根據 模型正確預測並解釋各月相，使得「模型組」學生較「自我解釋組」學生更易了解 盈虧成因。由此可見，其體模型確實有助於學生之學習。 已閱讀歷程不明顯 這一類閱讀歷程的學生，幾乎不對教材加以解釋，因此研究者主要根據插問問 題推測其閱讀理解情形。受試學生中 r 模型組」及「自我解釋組」各有 1 位學生

(MH2

,

SL4)屬於此學習歷程，此 2 人分別屬於「正確模式」及「月食模式 J 0 以

「自我解釋組」編號 SL4之學生為例，在教材第 5 頁出現之前，以影子遮住的想法解 釋月相盈虧，第 6 頁出現時，其預測 E 點發生看不見月亮的情形，顯示此時仍具有 影子遮住的想法，在以下的課文當中，皆未對盈虧的成因加以解釋。從插問問題來 看，其仍以影于遮住的想法來回答問題曲、 (8) 當中之朔、望成因，以問題 (8) 為例， 其解釋如下:

536

師大學報第四十期 問題 (8)

:

T:

那你覺得朔的時候呢?朔就是我們看不到月亮那一天嘛!

S

lA

:對啊!

T:

就是每個月的初一

S

lA

:嗯..它不是....這樣子(擺出) (日、地、月三者成一直線)

T:

在這邊(日、地、月三者成一直線)

?

S

lA

:嗯

T:

為什麼?

S

lA

:成一直線，然後就被丹球的影子擋到 最後問題 (9) 中詢問盈虧是如何造成的， SlA亦持續以影子遮住的想法來解釋。由 此顯示， SlA閱讀至第 4 頁時，開始激起其原有想法，而後持續使用此想法，完全無 視新概念的存在。由此可見，其錯誤概念確實為根深蒂固的。 整體而言，各組學生閱讀歷程的分布情形如圖自所示，其中，模型組有 6 位學生 能理解課文 6-9 頁關於月相成因的解釋，其中 3 位為高空間能力的學生， 3 位為低空間 能力的學生。「自我解釋組」則僅有 3 位學生能理解 6-9 頁的解釋，且 3 位皆為高空間 能力的學生。由此可見，空間能力高低影響學習之成效，此外，低空間能力的學生可 藉由模型的輔助，獲得較有效的學習。 透過閱讀歷程與心智模式類型之比較發現，閱讀歷程影響學習後之心智模式。閱 讀歷程類型與心智模式的分布如圖位)所示，其中，閱讀歷程屬「正確預測及回溯」的 學生，其學習後之心智模式皆為「正確模式」。分析其閱讀歷程可見，在教材第 5 頁 出現之前，這些學生仍持有「地球影子遮住月球」造成盈虧的想法，並自此頁出現後 開始捨棄此想法，且在第 6 頁至第 9 頁當中，能正確預測各月相生成的位置及原因。 「模型組」學生閱讀過程中，大體利用模型以解釋各點的月相，而「自我解釋組」學 生雖無模型的輔助，仍能透過俯視圖及側面圖正確預測並說明各點的月相。由此可見 ，閱讀教材第 5 頁為這些學生學習的關鍵點。此頁的內容包括直接反駁「地球影子遮 住月球」造成盈虧之概念，以及日、地、月公轉模式之俯視圖及側面圖，詳細內容請 參見附錄卜)。

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻 537 累積人數

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2 一 1 2-2 2-3 3 4 {JJ智模式顛型 1 月..模式 2-1 t.1.~食，其民主之 11 合，玄 2~2 ~iIJz...齒，去 2-1 以當重角度，‘主主還 if~Ä 3 位置角度~ß:

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正蟹，又 圖例 圖把眼間顫 囝問時ìEIVt關 個獨闖囝擱 -1 盟問時翩翩 于實團回回鼎 2 口 IEiIlI艇， 圖(主) 閱讀歷程興ù智模式分布圖 「模型組」與「自我解釋組」的 16 位學生閱讀第 5 頁之圖ω) 、圓的之後，位學 生主動以「位置角度」解釋盈虧現象， 1 位學生未多做解釋但在閱讀教材第頁出現之 後，接受「位置角度」的想法。由此可見，能否讀懂圖∞、圖的，實為其學習的關鍵

688

師大學報第四十期 之一。圖 ω 、圓的欲傳達之主要概念有二:月球之公轉軌道面與黃道面傾斜、月球面 對太陽的半球是亮的。 欲解答學生是否看懂圖 ω 、圖份所代表的意義，於是設計問題(1)、 (2) ，於第 5 頁 閱讀完畢之後插問學生，以瞭解學生對俯視圖與側面圖的想法。雖然上述 7 位學生在 問題(1)中，皆未主動說明月球公轉軌道面與黃道面是傾斜的，但這些學生都能正確回 答問題 (2) ，顯示這些學生皆能了解圖的三度空間之平面圖的意義 O 儘管如此，但在閱 讀以下課文與思考盈虧成因之問題時，學生腦海中所運作之日、地、月公轉模型未必 是一個三度空間傾斜的模式，因此必須再從學生對閱讀教材所做之解釋進一步確定。 在閱讀教材第 6 頁的閱讀當中，這 7 位學生皆能正確預測朔月發生於 A 點，而非位 於地球正後方被地球影子遮住之“ E" 點 o 此外，閱讀第 7 頁之教材時，這些學生亦 能正確預測滿月發生於 E 點，由此顯示，這些學生可能未把 E 點視為地球正後方的位 置，換言之，這些學生可能能夠整合圖 ω) 、國的而產生一個月球公轉軌道面傾斜之 心智模式。 以上這些現象皆顯示，學生自圖付或模型當中獲得月球公轉軌道傾斜的想法。對 於這些以「地球影子遮住月球」來解釋盈虧現象的學生而言，若無法擺脫黃道與自道 平行的想法，則其必定遭遇地球後方被影子遮住的情況。因此，月球公轉軌道面傾斜 的想法實為其開始改變模式的關鍵之一。

伍、結論與建議

一、結論

1.學生學習後的心智模式可分為四大類:月食模式、混合模式、位置角度模式及正確 模式，其中混合模式尚可分為「月食模式為主」之混合模式、零碎之混合模式、

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻 639 「位置角度為主」之混合模式。與學習前比較起來，大多數學生心智模式都發生改 變，顯示大多數學生都自教材當中獲得學習。 2. 就高空間能力的學生來看，透過各組的比較發現 r 自我解釋組」學生學習成效優 於「控制組」學生，由此可見，閱讀時鼓勵高空間能力的學生做自我解釋，可能有 助於學生獲得較為完整之知識架構。此外 r 模型組」及「自我解釋組」學生之學 習成效相近，由此可見，具體模型對高空間能力學生學習成效之影響不大，即使缺 乏模型的輔助，高空間能力且做自我解釋的學生仍然可以獲得很好的學習。 就低空間能力的學生來看，透過各組的比較發現 r 控制組」學生之學習成效優於 「自我解釋組」學生。由此可見，由於低空間能力學生本身空間能力之限制，鼓勵

其做自我解釋可能反而加深其原有之錯誤概念。此結果與Alvermann

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(1989) 之研究一致，激發低成就者原有的想法，且不警戒其錯誤，可能只會妨礙其 對正確教材的理解。此外 r 模型組」之學習成效優於「自我解釋組」。由此可見 ，具體模型可能有利於低空問能力學生的學習。 3. 透過各組當中高、低空間能力學生的比較可知，高空間能力學生之學習成效皆優於 低空間能力的學生，由此可知，空間能力是影響學生閱讀學習此單元的要素之一。 4. 閱讀歷程為「正確預測及回溯」的學生，學習後皆改變為正確模式。這些學生大體 從教材第 5 頁月球繞地球公轉軌道之俯視圖及側面圖出現後，開始以正確模式解釋 盈虧現象，由此可見，此處為學生發生概念改變的關鍵點之一。空間能力高的學生 較易形成正確之月球公轉模式的心像，而低空間能力的學生至少可藉由模型的輔助 形成正確的心像。由此可見，模型對低空間能力學生之重要性。 整體而言，不論透過學生心智模式之比較或閱讀歷程的分析，皆顯示空間能力及 模型對學生學習的重要性，此外，對高空間能力者，自我解釋可能有利於其形成完整 之知識架構;對低空間能力者，自我解釋適足以加深其原有的錯誤想法。

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師大學報第四十期

二、建議

根據本研究之研究結果，研究者提出以下之建議: 付學生學習後之心智模式介於原有之心智模式及教材所呈現之正確解釋之間，由此可 見，此二者對學生之學習皆具重大影響力。因此，教師在教學之前，實有必要先了 解學生的想法，而後才有可能對症下藥，幫助學生突破學習困難。此外，教師之教 學設計必須按步就班、循續漸進，呈現易理解的教材予學生，才能使學生獲得有效 的學習。 ω 空間能力高低影響學習，而模型利於學生學習。因此，教師在教學過程中，可透過 模型以補學生空間能力之不足，幫助學生獲得有效的學習。 t:J對高空間能力的學生，可鼓勵其閱讀時使用自我解釋策略，以使其知識結構更臻完 整。 倒在本研究中第五頁的教材內容包含兩部分:(1)反駁式敘述 (2) 日地月公轉軌道示意圖 。未來若擬探討反駁式敘述對學習的影響，則應將第(1)部分另編一頁，以便探討學 生對反駁式敘述的自我解釋內容。 曲在「月相盈虧」教材中，若僅以俯視圖呈現月球之公轉軌道面，可能會使學生形成 軌道面平行之心像，造成錯誤之解釋模式，因此，教材設計時，宜並列俯視圖及側 面園，降低學生誤解的機會，以使學生形成正確的心智模式。

致謝

本研究在研究工具的設計過程中承蒙國立台灣師範大學地球科學系所毛松霖教授 倡導斧正，特此致謝。

月相盈虧之概念改變邱美虹、陳英嫻

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