從概念構圖研究探討其在教學上之應用
蔡麗萍、吳麗婷
國立嘉義大學特研所研究生
陳明聰
國立嘉義大學特研所助理教授
壹、前言
近二十年來，建構主義備受重視，在 教學應用上衍生出許多教學方法，其中概 念構圖（concept map- ing）現常被用來探 討科學概念的學習（余民寧，民 91）。概 念構圖強調在學習過程中，學習者必須主 動的參與知識的建構，以自身的先備知識 為基礎，不斷的將新概念連結至既有的知 識結構內。
自從 Novak 於 1971 年提出概念構圖 後，許多學者紛紛投入在概念構圖之實徵 研究中，探討的主題也相當廣泛，包括教 學方法（Chang, Sung, & Chen,2002；Hanna
& Pinc- has,1992；徐兆正，民 91；陳嘉成 等，民 87；黃俊傑，民 90；黃萬居，民 83；黃博鴻，民 87；薛雅惠，民 89；羅廷 瑛，民 90）、課程設計（余民寧，民 86）、
研究方法（Novak & Gowin,1984）、學習策 略（Simone, Schmid and McEwen, 2001；
Sturm and Rankin -Erickson ,2002；Willams, 1998；余民寧、潘雅芳、林雅文，民 85）
及 教 學 評 量 等 （Mintzes,Wandersee, and Novak, 2001；邱上真，民 78；余民寧、陳 嘉成，民85；蕭建嘉，民 89）。不過在特 殊教育教學上的探討仍屬較為缺乏，故本 文 擬 透 過 文 獻 分 析 來 探 討 概 念 構 圖 之 理 論、特色及其相關應用，最後提出未來在 教學上應用之建議。
貳、概念構圖理論基礎
概念構圖源於美國康乃爾(Co- rnell) 大學學者Joseph D Novak 及其同僚的一份 研究計畫，目的在瞭解兒童在學習自然科 學時認知結構改變情形，後來發展成為可 行的學習方法。
概 念 構 圖 的 理 論 建 立 於 David Aus- ubel 所 主 張 的 認 知 同 化 論 （ assimilation theory for cognitive learning）。Hanna 等人 (1992)、Novak 等人（1984）與張春興（民 84）指出認知同化論將概念視為一個層次 性的架構，位於上層者，其概念最具概括 性或一般性，稱為要領概念（superordinate concept）；越往下層，則代表越特殊，為 附屬概念（subordinate concept）。要領概 念 可 持 久 不 忘 ， 附 屬 概 念 則 多 為 短 暫 記 憶，Ausubel 認為的先備知識就是指要領 概念。學習者在學習新概念時，首先用要 領概念核對新概念並納入認知結構中，吸 收同化新概念，此種結合新舊概念有利於 學 習 的 教 學 步 驟 稱 為 前 導 組 織 （advance organizer），如：教導金魚時，學習者須先 具備魚的概念，再將金魚的概念納入魚的 概念中。教師在教學過程中宜由概括性概 念 開 始 教 起 ， 再 逐 漸 進 入 特 殊 概 念 的 講 解，從概括到分化的教學中，學習者可以 瞭解新概念和先備知識的異同，此為漸進 分化（progressive differentiation）。最後，
將分化後的知識再聯結起來，成為有組織 的 知 識 架 構 即 為 統 整 調 和 （integrative
reconciliation），此過程在有意義的學習上 扮演極重要之角色，也是和機械式學習之 最大區別。
概 念 構 圖 應 用 在 前 導 組 織 、 漸 進 分 化、統整調和等認知同化的理論上是一個 非常優良的工具，運用此種學習方式可使 概念及命題漸進分化，但最終又會統整併 入既有知識結構中，使認知體系更加茁壯
（余民寧，民 91）。
參、概念構圖之特色
概念構圖應用圖式的技巧，將學習材 料轉成一個方便學習者儲存及提取的具體 架構（Chang et al., 2002），其架構包含之 要素有概念、聯結及聯結語、交叉聯結、
階層及例子。建構概念圖是以學習單元中 的主要概念為主題，選出主題所涵蓋的一 些概念，然後將概念歸類及排序，用適當 的聯結語將兩個有關聯的概念聯結起來形 成命題，再針對不同群集的概念間找出具 有關聯者，以不同觀點來建立新的聯結，
這種聯結便稱作交叉聯結，最後再依學習 者之經驗來舉例說明，如圖一。
血漿 血液
包含 包含
血球 分 為
紅血球 白血球 血小板 功能
帶氧
功能 殺菌
功能 止血
分 為
纖維 蛋白
球蛋白 白蛋白
功能 功能
製造抗體
功能
形成膠體 滲透壓 例如
IgA
圖 一 血 液 的 概 念 構 圖
概念構圖的呈現方式與一般的流程圖 或大綱不同，其特色有：
一 、 以 階 層 性 的 結 構 呈 現 （ Willa- ms,1998；黃俊傑，民 90，黃萬居，
民 83）：
概念圖以階層方式來呈現概念的從屬 關係，常見的概念圖有蜘蛛網構圖及階層 構圖兩種。蜘蛛網構圖是將主要概念置於 正中央，以放射狀的方式與其他的概念聯 結，其概念皆具有相同地位，每個概念之 外還與其他次要概念相聯結，構成複雜的 網 狀 圖 。 階 層 構 圖 將 主 要 概 念 置 於 最 上 方，概念包含的屬性是由上往下遞減，越 上層之概念越概括、抽象，反之，最下階 層之概念最為具體、特殊。
二、可視覺化表徵知識結構：
人類對於知識的儲存，並非隨意的堆 砌，而是具有組織性與結構性的。概念圖 是一個較常用來表徵學習者知識結構的方 式，尤其是表徵具有關聯性概念間的結構 關係。不同的構圖者因其先備能力不一，
在相同的學習材料下所呈現的概念圖亦不 同；從不同構圖中可以發現具有較多的先 備知識之構圖者或專家，其概念圖之組織 較為複雜、階層更為明確，由此可看出構 圖 者 的 知 識 結 構 （Willams,1998； 陳 嘉 成、余民寧，民 87）。另可讓學習者在學 習過程中不斷繪製概念圖，連續比較幾張 概念圖，亦可瞭解學習者在組織和重新建 構其知識結構之過程（余民寧，民91）。
肆、概念構圖之相關應用
概念構圖最早應用於科學教育上，後 來許多研究者延伸應用，概念構圖儼然成 為許多課程的一種教學方式和評量工具。
1990 年 12 月 Journal of Research in Science Teaching 曾專刊探討概念圖的研究現況，
足以證明其受重視程度。筆者彙整相關文 獻發現概念構圖的實徵研究多是應用於科 學教育、數理教育及資訊工程等領域，作 為教學方法、學習策略或評量方式；研究 對象包括國小到大學學生，其中亦包含學 習障礙學生（Sturm,1996； Sturm et al., 2002； Shawn,2000）。綜觀國內外之研究 趨勢多為結合電腦軟體輔助繪製及採小組 合作學習方式，此趨勢使概念構圖在應用 上變的更為彈性與便利。
綜合相關文獻，可知主要探討的主題如下：
一、作為教學方法
概念構圖可以廣泛的應用在各種學科 領域當成一種教學工具，常見的是應用於 自然科學的教學上（陳嘉成等，民87；黃 萬居，民83；黃博鴻，民 87；羅廷瑛，民 90），亦有應用於地理教學（薛雅惠，民 89）、生態學概念教學（徐兆正，民 91）、
閱讀理解教學（Chang et al., 2002；黃俊 傑，民 90）。Hanna 等人（1992）指出概 念圖適用領域有：數學、地球科學、統計 學及物理學，而他們的研究則是將概念圖 應用在微生物課程之教學。
綜合言之，應用概念構圖教學，可使 學習者在前後測分數上達顯著差異，且大 多數的學習者認為概念構圖可幫助其釐清 學習材料，因為概念構圖可將學習內容轉 換成一個具體的視覺圖像，將學習內容有 系統、有層次、有組織的統整起來，讓學 習者可一目了然。但以概念圖教學與傳統 教學法之比較常未達顯著差異，筆者認為 可能與學習者學習時間太短，未完全了解 概念構圖的技巧，而導致學習效果不佳、
參與研究之教師對概念圖認識不足，現學 現教以及學習者年齡太小，後設認知能力 尚未發展等原因，皆會導致研究結果未優 於傳統教學。
二、作為學習策略
當概念構圖作為一種學習策略時，研 究多把它與其他策略結合，如：電腦輔助 學習、合作學習。
(一)結合電腦輔助學習
以概念構圖當成一個學習策略讓學生 主動建構其概念圖，將零碎、片面的教材 組織起來，以達到學習效果，傳統的紙筆 繪製方式較為凌亂、困難，故輔以電腦協 助使用繪製已蔚為潮流，因電腦化之概念 圖容易修正錯誤、使用較有彈性以及更能 增進師生互動等優點(張國恩，民 89)，在 電子環境中更能讓學習者利用視覺思考模 式促進閱讀和寫作能力（Lynne & Mark, 1997），許多研究都是結合電腦軟體與概念 構圖為學習策略，如：Chang, Sung, and Chen,（2001）、Chang 等人（2002）、Simone 等人（2001）、Sturm 等人（2002）及 Willams (1998)，其結果都顯示學習者在使用電腦 輔助學習下，成效優於傳統之紙筆方式；
Chang 等人（2001）指出在學習者最初學 習電腦化概念圖時，若能將相關概念及連 結語呈現於螢幕上，其學習效果優於自我 建構，但需在學習者熟練後褪除，否則會 限制了學習者的想法。除此之外，電腦還 可追蹤、記錄學習者移動概念的過程，以 作為分析其思考歷程及解釋測驗結果之依 據（Foegen & Hargrave , 1999；Shin, Deno, Robinson, & Marston, 2000；邱上真，民 78）。如：Groupware 是一種能幫助學生學 習更有效率的科技設備與服務，其中GRT
（group respone technology）是 Groupware 的一種形式，它可以提升傳統式教學的成 效，不需要減少班級人數，且可分析每個 學生作答的答案，讓教師知道每個學生的 思考過程及錯誤原因，可應用在中度障礙 學生的教學上（Foegen et al.,1999）。另外 中央大學學習科技實驗室研發的「按按按」
亦有相同功能。
從以上研究中可以得知，以電腦軟體 結合概念構圖的方式，能幫助學習者更容 易使用概念圖，且學習動機較高，其成效 較傳統紙筆方式佳。另外，經由電腦紀錄 學習者的建構過程，能讓教學者更能掌握 學習者的學習狀況。
(二)結合合作學習
合作學習比競爭學習及個別學習更能 增進學生的學業成就及解決問題能力，且 藉由小組的集思廣益來促進其高層次的思 考，故概念構圖應用在合作情境中比個別 學習時更能達成有意義的學習（Okebukola
& Jegede, 1989）。余民寧等（民 85）研究 發 現 合 作 學 習 配 合 概 念 構 圖 應 用 在 教 學 上，其教學成效優於個別學習；Simone 等 人（2001）亦指出結合電腦軟體及小組合 作建構概念圖學習成效較佳，林雅凰（民 91）指出國內外探討合作學習結合概念圖 之實徵性研究不多，但研究結果多是呈現 正向效果，且透過討論學習者更能瞭解概 念間的相關，且對中、低學習能力的學習 者幫助較多。但小組成員不應太多，否則 易造成閒散現象。
由此可知，透過合作學習互相討論的 方式，可以使學習者的概念更為清楚，且 修正其迷思概念，尤其是對學習能力較差 之學習者獲益更大，故若採用合作式概念 構圖來教導學習能力較低之特殊兒童，應 有正向之成效。
三、用來教學評量
知識結構的量化可讓我們瞭解學習者 在知識學習成長的過程及變化，測量工具 的設計重點在於有效的引出受試者記憶裡 的認知結構。傳統的紙筆評量方式不適合 評量知識的統整性（邱上真，民 78），利 用概念構圖來評量，可提供另一種替代性 評 量 之 管 道 。Mintzes,Wan- dersee 和 Novak (2001)認為概念構圖是一個有效的
評量方法，但須直接實施於教學歷程中；
蕭建嘉（民89）結合概念構圖及動態評量 來探討學習者之概念改變情形，結果發現 能增加學習者的思考機會、改善教師提問 方式以及提供成功的學習經驗；邱上真（民 78）發現教學後概念構圖得分與學業成績 間有高相關；余民寧等人（民85）將概念 構圖應用在師範教育之測驗編製課程作為 評量方式，結果顯示概念構圖比傳統紙筆 測驗更具有預測學習成就之效力。
綜合上述發現概念構圖可以取代傳統 評量方式，其優點為評量結果的呈現不是 只有量化的呈現，亦可從概念圖中得到質 化的分析，再加上動態評量之理念，評量 結果將有助於教師針對學生個別化之教學 參考，也符合特殊教育多元評量之精神。
四、教導學習障礙學生
Sturm(1996) 以 寫 作 方 式 當 成 自 變 項，比較24 位閱讀及學習障礙國中生在三 種情況下(不使用概念圖、使用紙筆繪製、
使用電腦繪製)對寫作能力之影響，結果發 現使用紙筆及電腦繪製概念圖時都能有效 增加寫作的字數、T-unit 數量（主要子句、
從屬子句）及短文總分，且學生對於使用 電腦繪製概念圖來輔助寫作之方式有最正 向的看法。
Sturm 等人(2002)亦以寫作方式當成 自變項，比較12 位學習障礙國中生在教學 前 的 兩篇 短文 及 在三 種方 法 下(不使用概 念圖、使用紙筆繪製、使用電腦繪製)所寫 的六篇短文，結果顯示三種方式的短文寫 作在字數、T-unit 及短文總分上都高於教 學前的短文，但三組之間無顯著差異；態 度量表也無顯著差異，但對於使用電腦繪 製概念圖態度較為正向。
Shawn (2000)指出在許多的學習策略 中，概念構圖可幫助學生視覺化組織學習 材料、加深印象，且可幫助學習障礙學生
提高學業成就；其研究採用個案研究法，
了 解 有 學 習 障 礙 之 大 學 生 如 何 使 用
“Inspiration”此軟體來學習概念構圖，概念 構圖是否可當成一種有效的後設認知學習 策略，針對個案如何、何時、為何或為何 不使用概念構圖進行分析，研究結果爲用
“Inspiration”此 軟 體 來 學 習 概 念 構 圖 是 有 效的，概念構圖是一個可增進保留效果的 後設認知策略，並建議將來可將研究對象 拓展至非大學生之學習障礙成人。
葉 瓊 華 、 詹 文 宏(民 89)採 用 概 念 構 圖、自問自答及劃重點策略針對國小閱讀 障 礙 兒 童 閱 讀 理 解 及 後 設 認 知 能 力 之 研 究 ， 研 究 對 象 為 五 年 級 閱 讀 障 礙 學 生 九 名，分為三組，一組學習一種策略，結果 發現經概念構圖教學其閱讀理解測驗分數 有顯著增加，經過 42 天後仍有保留效果。
張國恩(民 91a)也為學習障礙者設計 一套閱讀理解輔助系統，其中以概念圖的 繪製方式來訓練學生統整文章內容，此系 統可加強學生策略的學習與應用。
由此可知，雖然學習障礙學生在學習 上有許多特殊的困難，像是理解困難、保 留成效差、無法組織統整學習材料及無法 分辨文章中重要的概念等，但只要提供適 當的教學協助，如：教導學習者使用概念 構圖來輔助學習，如此一來，學習的挫折 是可以克服的。且因學習障礙學生將策略 使用在不同學科或學習材料的類化能力較 差，故可提供一個電腦化閱讀策略教學環 境，加強其策略的學習與應用。
五、教學上之應用—結語
概 念 構 圖 不 僅 是 一 個 有 效 的 學 習 策 略，亦是一種教學法，更可以作為教學者 在教學前診斷及教學後的評量，有助於教 學內容之設計及補救教學的實施。尤其概 念構圖應用在低學習能力之學習者其成效 優於高學習能力之學習者，原因可能是學
習能力越佳之學習者，就越不需要額外提 供策略輔助學習（Chang et al.,2001），所 以概念構圖可輔助能力較低之學習者當成 一個有效的學習策略，只要在教學過程中 提供適時的協助與回饋。使用電腦輔助學 習 概 念 圖 ， 不 但 可 以 增 加 學 生 的 學 習 動 機，還可依不同的學習目標與學習者的程 度建構不同的鷹架（scaffold），再依學習 者的學習進展來逐步撤除提示。
概 念 構 圖 可 適 用 於 各 年 齡 層(Novak, n.d.)，大多用來教導自然科學、數學、社 會、物理等學科，可適用於大班或小組之 教學型態，但採小組合作學習方式其學習 效果較佳(Okebukola et al., 1989, Simone et al., 2001)，且透過小組討論，學習者可 由他人觀點中發現自己的迷思概念，並加 以修正。教師採用概念構圖教學時，可指 導學習者以概念構圖策略對文章內容進行 有系統的組織、來增進閱讀理解的能力、
減少錯誤的推論(葉瓊華等人，民 89)。在 教學過程中，教師應注意是否有提供適當 的協助、足夠的教學時間及學習者練習時 間，以避免時間太短，學習者無法熟練概 念構圖之技巧，而無法從中受益。
筆者經彙整概念構圖相關研究後，依 研究結果提出未來在使用上的建議：
(一)重視軟體開發
許多受試者反應概念圖繪製頗為困難 且評分不易，尤其是使用傳統紙筆繪製，
若是配合電腦軟體輔助則會較為容易。國 外有SemNet、Inspiration 等專用軟體，反 觀國內目前為概念構圖設計的軟體只為提 供研究之用，故較難大力推動概念構圖的 使用，因此，有關單位應更加重視軟體的 開發與應用。
(二)依不同之學習階層提供不同的鷹架 輔助
要從理解文章內容到建構一份可以表 達其理解程度的概念圖，對一位學習能力
高的學習者而言已屬不易，更何況是程度 較差或年齡層較低的學習者。若能依據鷹 架教學原理，有系統循序漸進的幫助其學 習概念構圖，直到學習者可以獨立使用及 內化於學習環境中(張國恩，民 91b)。
(三)學生練習時間要充足
繪製一張概念圖十分費時，尤其是生 手，所以許多受試者雖認為概念構圖是一 個有效的學習方法，但若自身先備能力不 足時，要繪製概念時便十分困難、認知負 荷沈重且缺乏效率，學習者需花一段時間 學習概念圖，才能靈活使用。
(四)加強教師對概念構圖的知能 教師本身對於概念構圖的了解將會影 響到學生的學習成效。為了讓學生能有效 的運用概念構圖來學習，教育當局可規劃 相 關 的 進 修 活 動 來 提 供 教 師 充 實 相 關 知 能。
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