兩種概念構圖策略對國中生 生物學習成效之研究

國立臺東大學教育學系 課程與教學碩士在職專班

碩士論文

指導教授： 陳淑麗 博士

兩種概念構圖策略對國中生 生物學習成效之研究

研 究 生：黃妙姍 撰

中 華 民 國 一 ○ 六 年 八 月

國立臺東大學教育學系 課程與教學碩士在職專班

碩士論文

兩種概念構圖策略對國中生 生物學習成效之研究

研 究 生： 黃妙姍 撰 指導教授： 陳淑麗 博士

中 華 民 國 一 ○ 六 年 八 月

謝誌

終於，進行到論文的的最後一部分了，這份論文的完成也代表著 我兩年多的研究生生活即將畫下句點。回想起這兩年來暑假到臺東上 研究所的課程、學期中一邊教學一邊做實驗、寫論文的生活仍覺得不 可思議，而我在這忙碌、焦慮的過程中受到許多人的幫助，心中感激 不盡，謹以此謝誌感謝你們的幫助與支持。

首先，感謝我的指導教授陳淑麗博士的指導，謝謝陳老師在我做 研究的過程中給予我需要的協助與引導，讓我的研究能順利完成；謝 謝老師的嚴謹，讓我學習到做研究應有的態度；也謝謝老師每一個半 月遠從臺東上臺北來與我討論論文，免去我舟車勞頓之苦，能成為老 師的學生真的非常幸運與幸福。同時，感謝我的口試委員曾世杰教授 與方金雅教授，謝謝兩位老師提供許多寶貴的意見、真誠的肯定與建 議，讓我的論文能更加完善。

感謝鴻哲老師願意擔任我實驗的教學者，與我一起花了一年多的 時間設計課程與實驗，並在研究過程中給予我許多建議與支持，沒有 你這份論文就無法完成。

在論文寫作過程中，感謝百齡高中校長與同事們的支援與幫助，

感謝國中部第 25 屆導師們的關心與鼓勵，讓我可以順利完成論文。

感謝臺東大學教育學系課暑碩班的所有同學與老師們，謝謝大家在上 課與論文寫作過程中能彼此激勵與幫助，謝謝大家約定要一起畢業，

讓我卯足全力將論文完成，在臺東大學的日子真的非常開心。

當然，我要感謝我親愛的爸爸媽媽，謝謝你們支持我進修並包容 我為了寫論文而不常回家探望，謝謝你們在我為論文焦慮時給我鼓 勵、陪我聊天，願這份喜悅與你們共享。

黃妙姍 謹誌於

台東大學

106.08.12.

i

兩種概念構圖策略對國中生 生物學習成效之研究

黃妙姍

國立臺東大學教育學系

中文摘要

本研究旨在探討兩種不同的概念構圖策略對國中生生物學習成效 的影響，本研究擬透過漸拆鷹架式概念構圖策略與無鷹架式概念構圖 策略融入課程，檢驗兩種策略對不同自然科學能力學生生物學習成效 與概念構圖繪製成效的影響。研究分兩部分，第一部分檢視概念構圖 策略是否能提升國中生生物學習的成效；第二部分是檢視教學過程中 鷹架的提供是否會影響國中生生物學習成效與概念構圖的得分。

本研究以 123 位七年級學生為對象，採用實驗設計，實驗組 63 人 分為「漸拆鷹架式概念構圖策略組」和「無鷹架概念構圖組」，各有 31 和 32 人，對照組 60 人採傳統講述式策略，實驗組與對照組學生先 施以「國中新生自然科學能力測驗」前測，並依前測分數將學生分為 高、中、低自然科學能力，接著進行一學期共 20 週，總共 55 節的教 學實驗，之後實施「生物科學習成就測驗」後測以檢視生物學習成 效，並同時檢視實驗組的概念構圖成果。結果發現：

一、生物學習成效

1. 實驗組的概念構圖策略顯著優於對照組的傳統講述式策略。

2. 對中等自然科學能力學生而言，接受概念構圖教學的成效比傳統 講述式教學好，但對高自然科學能力與低自然科學能力的學生而 言，兩個策略則沒有顯著差異。

3. 漸拆鷹架式與無鷹架式的概念構圖教學對學生生物學習成效沒有 顯著差異。

二、概念構圖分數

1. 漸拆鷹架式策略與無鷹架式策略對學生概念構圖分數沒有顯著影 響，但漸拆鷹架式組學生概念構圖完成率較高，組內差異也較 小。

2. 漸拆鷹架式策略較無鷹架式策略能幫助低自然科學能力學生概念 構圖的繪製，但對高自然科學能力與中等自然科學能力學生則無 顯著差異。

關鍵字：漸拆鷹架、概念構圖、生物

ii

The Effect of two kind of concept mapping strategy on Junior High School Students’ Biology Learning and Conceptual

Mapping Ability

Miao-Shan Huang

Abstract

The aim of this study was to explore the effect of two different concept- mapping strategies on the learning efficiency of Junior High School

students. Therefore, this study intends to integrate different strategy into the curriculum through the scaffold-fading-concept-mapping strategy and No scaffold-fading-concept-mapping strategy, to test whether this strategy can help students draw the concept of composition, and enhance

students' biological learning effectiveness.

The study is divided into two parts. The first part is to examine whether the concept mapping strategy can improve the effectiveness of biology learning. The second part is to examine whether the provision of scaffold- fading in the teaching process will affect the scores of students' biology learning and the drawing of concept mapping

In this study, 123 7

grade students for the object, Using experimentally designed. The experimental group of 63 students are divided into

“scaffold-fading-concept-mapping group” and “No scaffold-concept- mapping group", each group with 31 and 32 students. The control group adopted the traditional didactic teaching strategy there are 60 students.

The experimental group and the control group of students first to implementation of the「Natural science achievement test for first year

Junior High School Students」pre-test, And in accordance with the pre-

test scores of students will be divided into high, medium and low capacity

of natural sciences, followed by a semester 20 weeks, a total 55 classes of

teaching experiment, after the implementation of「Biology Achievement

iii

Test」post-test, to View the effectiveness of biology learning, At the same time, view the concept mapping effectiveness of the experimental group.

Results of the posttests show that:

一、The biological learning achievement

1. Teaching with concept mapping strategy was more effective than the traditional didactic teaching in terms of students’ biology achievement tests

2. Intermediate-level students improved significantly in their biology achievement tests because of the teaching of the concept-mapping strategy while low level students and high level students didn’t.

3. There was no significant difference between Experimental scaffold- fading-concept-mapping group and No scaffold-concept-mapping group regarding their biology achievement tests.

二、Concept Mapping scores

1.scaffold-fading strategy and No scaffold-concept had no significant effect on the concept mapping scores, but the scaffold-fading group had a higher rate of completion of concept-mapping, the differences is smaller within the group.

2. scaffold-fading strategy than No scaffold strategy can help low level students’ science ability of drawing concept-mapping. But there is no significant difference between high level students’ science ability and medium level students’ science ability students.

Key words: scaffold-fading-concept-mapping, Natural science

achievement test, concept-mapping

iv

目 錄

中文摘要 ... i

Abstract ... ii

表次 ... vi

圖次 ... vii

第一章 緒論 ... 1

第一節 研究背景與動機... 1

第二節 研究目的與問題... 3

第三節 研究範圍... 4

第四節 名詞解釋... 4

第二章 文獻探討 ... 7

第一節 概念構圖... 7

第二節 鷹架作用... 18

第三章 研究方法 ... 23

第一節 研究架構... 23

第二節 研究設計... 24

第三節 研究參與者... 25

第四節 研究工具... 27

第五節 實驗課程設計... 31

第六節 資料處理... 37

第四章 研究結果與討論 ... 39

第一節 概念構圖策略對生物學習成效之影響... 39

第二節 漸拆鷹架對學習概念構圖成效之影響... 43

v

第五章 結論與建議 ... 49

第一節 結論... 49

第二節 研究限制... 50

第三節 研究建議... 51

參考文獻 ... 53

vi

表次

表 1 Novak 系統與 TCU 系統的比較 ... 11

表 2 概念構圖教學實證研究分析表 ... 17

表 3 實驗設計模式... 24

表 4 各組人數分配表 ... 25

表 5 「國中新生自然科學能力測驗」實驗組與對照組檢定結果 ... 26

表 6 「國中新生自然科學能力測驗」無鷹架組與漸拆鷹架組檢定結果 ... 26

表 7 「國中新生自然科學能力測驗」實驗組與對照組高中低自然科學能力檢 定結果 ... 26

表 8 審查專家資歷... 28

表 9 生物科學習成就測驗雙向細目表 ... 28

表 10 生物科學習成就測驗預試結果分析 ... 29

表 11 不同分組的教學執行設計大綱 ... 32

表 12 漸拆鷹概概念構圖拆鷹架程序 ... 34

表 13 概念構圖的八種類型與相對應的聯結語 ... 35

表 14 實驗組與對照組前測與後測之平均數與標準差 ... 39

表 15 「生物科學習成就測驗」組內迴歸係數同質性檢定結果摘要 ... 40

表 16 不同教學組別在「生物科學習成就測驗」之共變數分析摘要表 ... 40

表 17 實驗組與對照組不同自然科學能力學生在前、後測的平均數考驗結果 .. 42

表 18 實驗組兩組前測與後測之描述性統計與 t 考驗結果 ... 44

表 19 實驗兩組概念構圖分數之平均值、標準差與差異考驗 ... 45

表 20 實驗兩組第六單元概念構圖分數分布 ... 46

表 21 實驗兩組高、中、低能力組概念構圖分數之平均值、標準差與平均數考 驗 ... 46

vii

圖次

圖 1 概念構圖的階層關係 ... 11 圖 2 研究架構 ... 23

1

第一章 緒論

本研究主要在探討「漸拆鷹架式概念構圖」融入國中七年級生物教學對學生 學習成效的影響。本章共分為四節，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目 的與問題，第三節為研究範圍，第四節為名詞解釋，茲詳述如下：

第一節 研究背景與動機

自然科學教育所重視的是概念的學習，概念是組成科學內容的重要元素，因 此建立正確的科學概念是科學教育的重要目標，有效的、有組織的概念學習可以 幫助學生記憶龐大且增加快速的科學知識(林達森，2004)，更重要的是能使學習 者應用所學的概念，去推論、辨別概念之間的隸屬關係，進而發現其原則，形成 組織化、系統化的正確概念結構。在教學現場生物科要學習的概念眾多，不知道 如何學習的學生最後往往流於名詞的背誦，忽略了其間的關連與交互作用，也因 此學生或許在記憶型題目上可以得分，但再進一步的概念聯結、應用、分析則常 讓學生一頭霧水，究其原因即是單純注重背誦而忽略了概念架構與聯結。

根據訊息處理論，有系統、組織、有意義化的統整新訊息將其與長期記憶中 原有的知識結合，是永久儲存新訊息的最佳方式(余民寧，1997)。在教學現場常 使用的機械式的背誦、反覆練習的學習策略只是原理原則的記憶，雖有短暫效果 但容易遺忘，唯有透過學生自己主動建構而習得的知識，更能夠增強學生本身的 學習能力(Novak, Gowin, & Johansen, 1983；引自余民寧 1997)，因此學生在學習時 若能將所要學習的新概念與舊有的知識結構連結，並從中發現其關聯及意義，便 可形成自己的概念網絡，使短期記憶得以進入長期記憶，不僅不易遺忘更可以幫 助學生推理與回憶，形成「有意義的學習」。

在眾多學習策略中，概念構圖是少數類似網路結構脈絡的學習法，概念構圖

2

除了注重「點」(即單一概念)的學習外，還擴及「面」(即概念在語意脈絡中的意 義)的學習，是一種有意義的結構化學習法 (余民寧，1997)，且概念構圖有別於傳 統條列式的訊息處理法，以圖解空間呈現概念之間關係，因此有助於學習者建 構、重組或改變知識結構(knowledge structure)，以提升學習表現(江淑卿、郭生 玉，1997)。

概念構圖可以促進學生思考、增進學生的統整能力，讓學生的學習不再是片 段的、零碎知識的堆砌或強記，而是有系統地去歸納、統整，形成有意義的知識 網絡，使學生由被動的知識接收者成為主動的知識建構者，也能在學習後透過概 念構圖去檢視自己的學習歷程或知識架構。因此概念構圖可以在學習前做為前導 組織(advance organizer)，幫助學生理解知識結構，也可在學習過程中作為含攝學 習(subsumption)，使新的概念進入原有的認知結構中，更可以在學習後讓學生了解 自己的認知結構和釐清錯誤概念，所以也是一種後設認知學習策略(metacognitive learning strategies) (余民寧，1997)。

除此之外，概念構圖可以清晰地顯現學生現有的概念架構，從概念構圖之 中，教學者可以發現，那些概念是學生已經學會的，那些概念是學生尚未完全釐 清或還未理解的，並以此作為補救教學的依據(邱上真、許松樑、蔡長添，

1990)。因此概念構圖是一個多功能的策略，可以確實掌握學生的學習歷程與結 果，對學生自然科學概念的學習應該能有一定的幫助。

二、研究動機

國內已有許多概念構圖應用在自然科學上的實證研究發表，這些研究結果 多半證實概念構圖對學生的學習有幫助(江淑卿，2001；邱上真，1989；林達森，

2004)，且學生對概念構圖多持正向、肯定之態度，但是也有研究指出概念構圖的 學習策略和傳統講述式教學相比對學生並沒有顯著效果(李秀娟 1998；陳嘉成，

1998；黃萬居 1993)，且概念構圖的學習與運用有其困難度，要能應用概念構圖學 生得先理解何謂概念構圖，並學習從文本中抓取關鍵詞與適當聯結語，然後重新

3

組織知識脈絡，其過程需一再重複練習方能熟悉，但多數研究都是採用某個單元 融入概念構圖或是外加式課程，少有研究是將概念構圖完整實施在整個學期或使 之成為常態且持續的教學策略，在如此短暫時間及單一單元的學習中學生是否能 了解且熟悉概念構圖的使用，甚至延伸至其他單元或科目的學習，使之成為有效 學習策略，並真正影響學生學習是值得探討的問題。

另外，概念構圖的繪製並不容易，對生手來說容易造成認知上的負荷，也需 要較多的時間反覆練習(邱上真，1989；黃萬居，1993；林達森，2004)。因此該如 何有效協助學生學習概念構圖的繪製、降低學生學習概念構圖的困難度，並且讓 學生能自行繪製概念構圖，讓學生學習思考概念間的關連並逐步建構知識網絡，

使概念構圖成為學生學習的幫手，以解決學生的學習困境是研究者想探討的。

所以本研究擬以一個學期進行實驗研究，融入漸拆鷹架策略引導學生學習概 念構圖，讓學生由專家協助繪製概念構圖然後逐漸轉到能自行繪製，減少學生學 習在學習過程中的負荷，探討在完整且常態的漸拆鷹架式概念構圖策略融入教學 下對學生的學習成效的影響。

第二節 研究目的與問題

依據前述的研究背景與動機，本研究核心問題是，概念構圖是否能幫助國中 學生有效學習生物？又漸拆鷹架式概念構圖是否能幫助學生概念構圖的繪製？為 回答此問題，本研究擬發展「漸拆鷹架式概念構圖」策略，並檢驗該策略是否能 提升國中七年級學生生物學習，故本研究之目的為：

(一) 探究「概念構圖策略」對國中學生生物學習的成效。

(二) 檢視教學歷程是否提供鷹架對學生學習概念構圖的成效差異。

二、研究問題

(一) 接受概念構圖策略的實驗組學生與傳統講述式策略的對照組學生，兩組

4

學生的生物學習成效是否有差異？

(二) 概念構圖對高、中、低自然科學能力學生的生物學習成效是否有差異？

(三) 「漸拆鷹架式概念構圖策略」與「無鷹架概念構圖策略」兩組學生在生 物學習成效上是否有差異？

(四) 「漸拆鷹架式概念構圖策略」與「無鷹架概念構圖策略」兩組學生在概 念構圖的繪製分數上是否有差異？

(五) 漸拆鷹架對高、中、低自然科學能力的學生在繪製概念構圖的分數上是 否有差異？

第三節 研究範圍

本研究運用漸拆鷹架式概念構圖融入國中生物科教學，探究七年級學生在這 樣的教學策略後對其學習成效的影響。在研究內容上是以自然科學習領域七年級 翰林版生物科上冊六個單元做為教師的教學活動與學生的學習內容；研究對象是 新北市某國民中小學七年級學生，學校採用常態分班，研究者隨機抽取班級進行 實驗；研究時間為期一學期；研究方法採用實驗研究法；研究工具採用由徐享良 與曾錦秀(1994)編制的「國中新生自然科學能力測驗」作為前測，以研究者與教 學者共同編輯之「生物學習成就測驗」做為後測，並對實驗組學生的概念構圖評 分。

第四節 名詞解釋

蘇聯心理學家 Vygotsky 的認知發展論中，提出近側發展區(Zone of Proximal Development, ZPD)的概念。所謂「近側發展區」是指一個人可以獨自解決問題的 程度到經由成人或同儕指導後能達到的程度，這之間的動態距離即為 ZDP(謝州 恩，2013)。

5

根據維高斯基的觀點，Bruner, Ross & Wood(1976)將兒童得自成人或同儕的社 會支持稱為「鷹架支持」(scaffolding)，強調在教室內的師生互動中，教師應該扮 演社會支持者的角色支持學生學習，但是當學生的能力漸漸增加之後，鷹架的支 持應該要逐漸減少，將學習的責任漸漸轉移到學生自己身上，此種責任轉移的動 態過程則被稱為「逐步釋放責任」(gradual release of responsibility)(Pearson &

Gallagher，1983)。

本研究之漸拆鷹架式概念構圖即採逐步釋放責任的方式，在學生學習概念構 圖之初先教導學生自然科概念構圖的八種結構與聯結語，然後在第一單元給予

「提示區」(包含關鍵詞與連結語)、「專家骨圖」、「焦點問題」為鷹架，然後在學 生熟悉概念構圖的理念與繪圖方式後從提示區開始逐步拆除鷹架，最後第五、第 六單元學生須在沒有鷹架協助下自行完成概念構圖。

二、概念構圖

概念構圖是一種在兩個向度上，使用命題形式的概念圖，來表徵所欲教學和 學習的概念與概念間的階層連結關係。此種方法不僅可以當成一種教學與學習的 工具，也可視為一種學習的策略、表徵結構性知識的工具、用來增進對書面教材 的回憶、以及作為有效的學習評量工具(余民寧，1997)。

學生針對所要學習內容的概念先做階層性的分類，並將兩兩概念間的關係以 聯結線做聯結，然後在聯結線上標記名稱也就是聯結語，用以輔助說明概念和概 念之間的關係，最後形成一幅網狀結構圖，即稱為「概念圖」。

目前概念構圖之系統主要有二個：一為以學者 Novak 為核心的概念構圖 (Novak & Gowin, 1984)；一為以德州克利斯汀大學學者 Dansereau 為核心的概念構 圖 TCU 系統。前者多運用於科學能力之測量，較重視概念的教學，後者多運用於 科學領域，較重視聯結語的訓練技巧(江淑卿、郭生玉，1997；吳裕聖，2007)，兩 者皆為階層化的概念構圖。

本研究目的主要在教導學生學習策略，所以應用 TCU 系統已發展完整的聯結

6

語名稱及八種概念構圖結構，輔以 Novak 的概念構圖階層，結合兩者的優點讓概 念構圖能更清楚、完整，使學生易於應用於生物學習上，降低學習的困難度。

三、高、中、低自然科學能力

本研究中的高、中、低自然科學能力學生的分類是依據徐享良、曾秀錦所編 製之標準化測驗「國中新生自然科學能力測驗」的 T 分數常模，此測驗具有測量 國中新生具備的科學概念及科學過程能力的功能，此測驗的 T 分數常模以 65 及 以上屬能力「上」，55~64 屬能力「中上」，45~54 屬能力「中」，35~44 為能力

「中下」，34 及以下屬能力「下」。為配合本研究的需求，研究者將學生區分為三 種程度，以 T 分數 55 以上為高自然科學能力，45~54 為中自然科學能力，44 以 下為低自然科學能力。

7

第二章 文獻探討

本章共分兩節，第一節先介紹概念構圖的理論基礎與相關實證研究，第二節 討論鷹架作用理論基礎及其與概念構圖結合之相關實證研究。

第一節 概念構圖

概念構圖的策略讓學習者嘗試建構自己的知識脈絡，加強概念與概念之間的 連結，不僅可以具體表現學習者的知識建構過程，促進有效教學及有意義的學習 (耿筱曾，1997)，更可以幫助學習者認知自己的概念架構或釐清迷思概念，所以 概念構圖亦被視為一種後設認知工具或後設學習策略(陳嘉誠，1998)。

找出來，並以一個核心概念為主題，圍繞此一核心概念，學習者將其所理解的有 關概念組織起來，並以聯結語來說明概念與概念之間的關係。所以概念構圖的主 要精神在於有意義的學習與體現學習者主動建構的過程(林達森，2005)，並從學 習者建構的概念圖幫助學習者反思自己的概念架構及迷思概念，因此概念構圖符 合認知理論、建構理論與後設認知理論，以下就這些理論分別論述之。

近代的認知心理學主張，人類為主動的訊息處理者，知識是由許多命題 以有組織，有系統、有層次的方式結合而產生的。認知心理學家 Ausubel 更 認為「影響學習最重要的因素是學生已知的內容」，只有學生把課程內容和 他們自己原有的認知結構聯繫起來才能產生有意義的學習，因此要形成有意 義的學習必須符合三種主要條件(Novak, 1998)：

1. 有意義的材料：新的學習內容本身是有意義的概念和命題，而且可 以納入已有的認知結構。

8

2. 相關的先備知識：學習者須具備相關的知識或概念，用以聯結到新 的知識、吸收新的想法。

3. 學習者必須表現有意義學習的心向：也就是學習者願意主動將新知 識與已有之概念架構做聯結，建立有意義的理解。

Ausubel 認為死記硬背的學習雖然有記憶的效用，但並沒有和原有的認 知結構做相關聯結，因此容易被遺忘甚至產生錯誤的理解。因此 Ausubel 以

「同化」作為有意義學習的心理機制，將學科的各種概念按照其包容性、概 括性程度，組織有層次的、互相關聯的系統，先呈現最一般的、包容性最廣 的概念，然後逐漸呈現更具體的概念，使前面學到的知識可以成為後面學習 知識的固定點，以便產生新舊知識的同化。

所以有意義的學習便是學習者在基本的認知架構上將新訊息納入，此即 所謂的含攝學習，在含攝學習後學習者再根據已有的認知架構去做新訊息中 的概念連結，則新的概念便產生「漸進分化」，在漸進分化過程中，學習者 常產生概念意義之間的衝突，當這些概念間的意義能被學習者澄清，則概念 間即能產生「統整調合」。

根據 Ausubel 的理論，Novak 發展出概念構圖以幫助學習者做有意義的 學習，讓學習者學習從已知的概念聯結到新學習的概念，並產生一個有上下 階層及平行的概念聯結關係，形成有意義的知識架構，幫助學習者做有效的 學習。

建構主義是一種知識的理論，也是一種認知學習的理論，建構主義認 為，「學習就是知識的建構，是使舊經驗和新知識產生意義的過程」，新知識 的產生乃是一種人類主動建立的過程，是對個人經驗的合理化、意義化，且 其具有發展性與演化性(楊龍立，1997)，並強調學習者才是學習活動中的主 角，知識必須靠學習者去主動建構，而所謂「建構」，即是由學習者在學習

9

情境中，與本身的先備知識交互影響下，架設出自己的知識系統(Matthews, 1994)，但知識系統和概念架構只是暫時性的，它會不斷的被修正和成長。

建構主義強調學習的過程，不同於傳統教學只注重結果，建構主義注重 學習者的個別差異，強調認知的主體性與個體的主動性。因此從建構主義的 觀點來看，知識無法灌輸，教學者的角色不再是訊息的傳達者而是知識的協 助者，透過安排適當的教學情境，多聽學習者的想法與理由，發展出適合的 教學方法或學習策略，讓學習者能主動學習與參與，藉由學習歷程幫助學習 者建構自己的認知，並於過程中產生認知的失衡、調適、平衡以建立新的結 構。

按照建構主義的觀點，學習活動是一種意義賦予的過程，也就是使新的 學習材料在學習者腦中獲得特定的意義，使新的學習材料與個體已有的知識 架構建立實質的聯繫，從而建構出新的認知架構(陳育琳，2007)。而概念圖 的繪製具體的將學習者建構知識的過程與知識間的聯結表現出來，Novak 等 人認為概念構圖不僅可以了解學習者既有的知識結構，更可以從前後的概念 構圖中看出學習者知識結構的變化，發現其學習過程中概念調整的歷程，更 可幫助學習者辨識自己的認知架構，有助於概念的整合或釐清。

後設認知(metacognition)即「人類對其認知的認知」，也就是指個人對自 己認知歷程的認知。從學習心理學的觀點來看，後設認知有兩個層面 (Flavell, 1976)：

1. 後設認知知識(metacognitive knowledge)：指學習者理解自己所學知識 的性質與內容，並且知道知識所蘊含的意義及原理原則。

2. 後設認知技能(metacognitive skill)：指的是學習者在活動中對自己的行 動做適當策略監控的心理歷程。

所以，後設認知所指的是個人對學習活動的認知有所理解，且自身能採

10

取適當的策略來監控學習。Novak 等人設計出的概念構圖可以清晰呈現出學 習者的概念架構，學習者在建構過程中須不斷的思辨及反省方能將概念做正 確的聯結，並隨時做修正或重建以納入新知，因此概念構圖除了刺激學習者 的後設認知覺察外，也幫助學習者做自我監控以習得知識。

根據以上所述，概念構圖主要是以 Ausubel 的認知同化理論為基礎，重 視學生的先備知識與有意義的學習，在教學或學習上則注重學習者建構知識 的過程與建構後的檢視與反思，透過學習者的主動思考與建構幫助其理解知 識的結構，讓學習變得有意義，因此概念構圖不僅是一種教學策略，更是學 習策略。

二、概念構圖的發展

概念構圖是美國康乃爾大學學者 J.D.Novak 等人根據美國認知心理學家 Ausubel 的有意義學習理論為基礎，並受知識建構論的影響所發展出來可作為教 學、學習、研究及評量的工具，主要用來追蹤學生學習科學概念的演變歷程，後 來逐漸發展將概念構圖融入各領域的教學、學習與評量或課程設計中。

概念構圖是一種圖示策略，用以將各種概念以命題架構方式做有意義的聯結 與呈現，顯示出概念與概念之間的關係(Novak & Gowin, 1984)。概念構圖的組成有 概念節點(concept nodes)和概念間的聯結語(relation links)，兩個概念節點和節點間 的聯結語則形成命題(proposition)。例如「胃液的主要組成為酵素和鹽酸」為一命 題，其中「胃液」和「酵素」、「鹽酸」為概念節點，「組成」就是聯結語。概念 在概念圖中以階層(hierarchy)的關係存在，屬於一般性、概括性的概念會在上層，

而一些較特定、較具體的概念則在下層，處在最下層的則是最具體的範例，如圖 1。

11

圖 1：概念構圖的階層關係

圖，主要著重在概念的教學；另一個是學者 Dansereau 發展的 TCU(Texas Christian University)系統，較強調聯結語的訓練技巧，而這兩者都屬於階層式的概念構圖。

表 1 為兩者的比較：

表 1

Novak 系統與 TCU 系統的比較

Novak 系統 TCU 系統

組成 概念─關係─概念 節點─聯結─節點

繪圖重點 強調概念的上下關係 強調概念的聯結

相異點 聯結線 沒有箭頭

(交叉聯結除外)

聯結語 較自由 較有系統

相同點

1.

2.都是以命題形式表徵在空間的一種學習策略

此兩種系統在知識建構的歷程中大致有兩種教學策略：

(一) 繪製概念構圖策略

此策略主要是讓學習者根據學習主題，主動建構屬於自己的概念圖，並 釐清概念間的關係和結構，幫助學習者監控自己的學習或發現知識結構中矛 盾的地方。

12

閱讀概念構圖是指由專家(教師)提供概念圖作為前導組織或單元回顧資 料，用來幫助學生獲得知識的結構。

此兩種策略各有其優缺點，繪製概念構圖雖可以清楚呈現學習者的概念 架構，幫助學習者了解自己的知識理解程度，讓教學者發現學習者知識矛盾 的部分，讓迷思概念得以澄清，但是概念構圖的繪製並不是一件容易的事，

對中後段的學習者更不容易(全中平，1992；余民寧，1997；黃萬居，

1993)。

閱讀概念構圖相對於繪製概念構圖來說是較為輕鬆簡單的，閱讀的概念 構圖由專家所提供，其知識結構通常較為明確，教學上也較省時輕鬆，但其 限制是學習者容易流於單純的記憶背誦，反而忽略了概念間的連結關係，也 不容易反思或建構自己的知識架構(Osborne & Wittrock, 1985；引自吳裕聖，

2007)，因此在作為教學或學習的策略上，如何利用概念構圖達成有效學習 是值得探討的問題。

三、概念構圖在自然科的實徵研究

概念構圖科學教學模式，能藉由增進學生主動思考、發現概念未知關係與重 組概念架構來提升生物概念學習成效(林達森，2004)，因此從概念構圖發展以來 國內研究者眾，且遍及各大知識領域，多數學生對此教學策略顯現正向肯定的態 度(邱上真，1989；林達森，2004；吳鳳君，2011；陳玉欣，2007；黃萬居，

1993；楊明祥，2004；謝真華，1999)。而其在自然科學上的相關研究一直以來不 曾間斷，其研究的方向大致如下：

首先，許多研究者的研究焦點在於概念構圖與傳統教學間的成效差異，

而大多數研究顯示概念構圖的教學法在學生學習成效表現上優於傳統教學 法。

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謝真華(1999)以國小四年級學童為對象，探討概念構圖對學生自然科學 成就及自然科學態度的影響，結果顯示接受概念構圖策略的實驗組學生在自 然科學成就測驗上高於接受傳統教學的控制組學生，且實驗組學生在學習自 然科的信心上亦高於控制組。

楊明祥(2004)的研究顯示接受融入概念構圖教學策略的學生在光學學習 成就遠高於沒有融入概念構圖策略的學生；林達森(2004)研究概念構圖科學 教學模式，接受此模式的學生在高中生物能量概念成就測驗顯著優於接受傳 統教學的學生，且實驗後實驗組學生的迷思概念明顯低於對照組；陳玉欣 (2007)發現接受概念構圖策略的學生在認知策略、後設認知策略表現上優於 傳統教學策略。

李思宜(2012)研究三種不同形式的概念構圖法與傳統教學法的成效差 異，結果顯示概念構圖法對後設認知的影響優於傳統教學法；石長明(2012) 探討電腦概念構圖對國中理化科學習成效的影響，在學習成就與學後保留 上，電腦概念構圖組優於講述式教學法。

從這些研究可知概念構圖教學法確實是一種有效的教學策略，在學生認 知表現、後設認知、迷思概念與學習成就上都有幫助，且能幫助學生增進信 心，使其對自然科學概念學習產生正向的效果。

除了概念構圖與傳統教學法學對學生學習成效的比較外，有研究者更進 一步針對不同形式的概念構圖法對學生學習成效的影響進行了研究。

江淑卿、郭生玉(1997)，探討不同學習過程的繪製概念構圖策略、閱讀 概念構圖策略，對不同自然科學能力的學生在促進知識結構專家化和理解能 力的效果，以一週的時間進行實驗。其結果顯示不同學習過程的概念構圖策 略，對促進知識結構專家化和理解能力的效果，會因學生的自然科學能力不 同而有所不同，對自然科學能力較低的學生來說繪製概念構圖策略比起傳統

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閱讀策略能有效增進其理解能力。

李思宜(2012)以國中三年級學生為研究對象，實施六週的實驗研究，探 討不同形式的概念構圖學習策略對自然科學習成就及後設認知的影響，實驗 分為填充概念圖組、閱讀概念圖組、自繪概念圖組及傳統教學法組。研究結 果顯示在學習成就進步量的表現上，填充概念圖法優於傳統教學；在後設認 知表現上，概念構圖法優於傳統教學，但三種型式的概念構圖法並沒有顯著 差異，但對不同程度的學生而言，概念構圖的影響並不相同。

吳裕聖(2007)的研究中則發現，概念構圖對學生知識結構的影響，鷹架 漸拆概念構圖與繪製概念構圖策略都較傳統或閱讀概念構圖策略有效。

由上述研究可發現構念構圖法仍是優於傳統教學策略，但不同的概念構 圖法的成效研究結果較不一致，但可以發現在增進理解或知識結構時，繪製 概念構圖較閱讀概念構圖有效，且不同能力的學生在概念構圖教學下表現出 的學習成效不同，因此有研究者針對不同能力的學生在概念構圖學習成效上 做研究分析。

(三) 不同能力的學生學習概念構圖的成效比較

陳嘉成(1998)以合作學習式概念構圖為學習策略的教學法，發現其對 中、低學習能力學生的促進效果優於高學習能力組的學生；蔡天民、王美芬 (2002)的研究則顯示以概念構圖為後設認知策略對低推理能力的學生在自然 科學習成就與學習自然科的信心有較顯著的提升；鍾文憲(2014)則發現概念 構圖教學策略對低分組學生的錯誤概念的導正幫助最大。

黃國禎、郭凡瑞和蔡新德(2009) 探討不同自然科學能力的學童，在接受 不同概念構圖策略教學後，其線上資料搜尋能力及知識結構表現的差異。實 驗組分別接受概念填空、命題填空及概念構圖繪製等不同概念構圖策略，而 控制組僅進行教材閱讀教學。研究結果發現，在資料選取能力方面，不同概 念構圖策略對於中、低能力學童有不同程度的影響。另外，在知識結構方

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面，概念填空策略最能增益中能力學童的知識結構；而對低能力學童而言，

概念填空策略也優於命題填空策略。

江淑卿、郭生玉(1997)則發現概念構圖在促進結構專家化和理解能力方 面，對高能力學生來說未能優於傳統閱讀策略，對中、低能力學生來說概念 構圖策略比傳統閱讀策略有效。

從這些研究可以發現概念構圖似乎對低學習能力者有較佳的作用，由於 概念構圖將學生原本抽象的、片面的、零碎的知識抽取出來(具體化)，並讓 學生將自己對概念間關係進行聯結(陳嘉成，1998；蔡天民、王美芬，2002) 有助於學生監控自己的學習歷程，減輕學生在運思實的認知負載，有助於低 能力的學生進行有意義的學習。

但也有研究顯示概念構圖對低分組學生沒有影響，陳俊宏(2003)的研究 探討以概念構圖為教學策略對國中生生活科技學習成就及態度的影響，結果 發現接受概念構圖策略的高分組學生在學業成就測驗顯著高於傳統教學高分 組學生，但在中、低分組學生則沒有差異；李思宜(2012)在其研究中則發 現，概念構圖學習法對科學程度高分組而言是優於傳統教學法，但對科學程 度中、低分組而言卻沒有顯著的差異。因此到底概念構圖策略對哪一種程度 的學生學習幫助較大是一個值得深入探討的問題。

除了以上幾個概念構圖的研究方向外，也有研究者從社會建構的理論來 探討合作式概念構圖或個人概念構圖的學習成效。余民寧、潘雅芳、林偉文 (1996)比較合作式與個別式兩種不同的概念構圖學習法在學習成效與學習態 度的差異，結果合作學習組在進步分數、後測成績及概念圖評分上顯著比個 別學習組優；陳嘉成(1998)探討合作學習式概念構圖在國小自然科教學的成 效，其實驗結果發現合作學習概念構圖組學生在高層次思考及記憶保留的試 題上優於傳統教學法；宋康寧(2006)的研究則顯示合作式的概念構圖能增進

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學生的概念構圖能力；賴美娟(2006)研究合作式概念構圖對國小四年級自然 科學習的影響，其結果為合作式概念構圖在自然科技學習成就表現有正向且 顯著的影響，並能幫助學生自然科學習保留並提升學習興趣。

由此可見合作學習概念構圖的策略可藉由團體間的互動營造出彼此激勵 的氣氛，促進學習效果(李文石，2006；陳嘉成，1998)，也透過團體問題解 決及向別人解說概念形成認知重建的歷程，促進學習者本身知識的精緻化。

從以上諸多研究看來，概念構圖的教學策略可能藉由增進學生主動思 考、發現概念間未知關係與重組概念架構來提升概念學習成效，且有助於有 效同儕互動的進行(林達森，2004)。但卻也有研究顯示概念構圖與一般傳統 教學在學生自然科學習成就表現上沒有顯著差異(陳嘉成、余民寧，1998；

凌惠玲，2014；黃萬居，1993)甚至比傳統教學的成績表現還差(李秀娟，

1998)。且多數研究都指出概念構圖的繪製有其困難度，部分學生覺得不易 學習，有構圖困難的學生更是會排斥，因此須著重於引介及導入訓練階段之 技巧，有系統的訓練學習並熟悉概念構圖(邱上真 1989；林達森，2004)，在 教導學生使用概念構圖前，應加強說明概念圖在學習上的研究成果及效用，

減少學生排斥學習概念構圖的障礙(全中平，1992)。

四、小結

綜上所述，概念構圖的策略從發展以來，國內的研究成果豐碩，但在概念構 圖學習成效上結果並不一致，雖有研究證實概念構圖能幫助學生有效學習，但也 有研究發現概念構圖的學習成效與傳統教學並無太大差異，其可能的原因或許是 因為學生在概念構圖的訓練不足或是教學方式的不同(Santhan, Leach & Dawson, 1998)而產生結果的差異。而根據表 2 研究者也發現，大部分研究的實驗時間多為 六到八週，且研究結果多指出概念構圖繪製有困難度，影響學生學習或使用的意 願，並建議應在教學過程中給予充足的時間練習，因此如何讓概念構圖的使用融 入正常教學讓學生真正習得構圖技巧並熟練地使用是一個值得重視的問題。

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表 2

概念構圖教學實證研究分析表

資料來源：研究者自行整理 研究者

(年代)

研究進行

時間 選用教材 研究建議

邱上真 1989

1. 生命科學及健康教 育教科書部分內容 2.兩篇自選文章

1.有系統地訓練學生學習並熟練 概念構圖技巧是有必要的

2.若能將之併入平日的教學則更 為理想

全中平

1992 3 週 大學物理教科書

「線性運動」單元

1.應加強說明概念圖在學習上的 研究成果及效用，減少學生排斥 學習概念構圖的障礙

2.應讓學生先從簡單的例子或單 元做練習

3.教師在教學過程中應多用概念 圖呈現教材內容以幫助學生熟悉 黃萬居

1993 9 週 國小六年級自然科教 材中的四個單元

在教導學生概念構圖技巧實應循序 漸進

李秀娟

1998 3 節課 國中生物

「神經系統」單元

應給學生足夠的時間熟悉概念構圖，

才能得到明顯的效果 林達森

2004

3 週 (9 節)

高中三年級生物

「生物能量」單元

概念構圖教學須著重於引介及導入 訓練階段之技巧，以求教師及學生在 運用時能有效融入教學歷程

黃惠玲

2005 6 週 校園的昆蟲自編教材 宋康寧

2006 12 週 國小五年級自然科第 五冊第二、三、四單元 陳玉欣

2007 8 週 國小四年級自然科 吳鳳君

2011

5 週 (13 節課)

國中八年級理化「電 解質與酸鹼鹽」單元

要繪製符合學習者認知結構的概念 圖，經常要繪製多次、教師個別指 導並反覆教導修正後才能找到訣竅 李思宜

2012 6 週 國中九年級理化「電 阻與歐姆定律」單元

在概念構圖的學習過程中應讓學生 有較多的練習機會，使學生熟悉概 念構圖的使用方式

石長明 2012

8 週 (32 節課)

國中九年級理化「功 與能」單元

教學設計的內容應該更為簡化，以 利程度中下的學生學習

劉書伶 2012

8 週

(16 節) 自選科普讀物

概念構圖技巧要熟練不是那麼容 易，建議前置教學時間拉長，讓學 生有足夠時間練習

鍾文憲 2014

5 週 (17 節)

國中九年級理化

「磁學」單元

如果能讓學生盡早熟悉概念構圖策 略的運用能夠幫助提升正確學習概 念的效率

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第二節 鷹架作用

鷹架理論是由 Wood, Bruner 和 Ross(1976)引申 Vygotsky 的近側發展區理論 (zone of proximal development)而來的，近側發展區是 Vygotsky 認知發展理論的重要 論點，在近側發展區給予適時的鷹架輔助來促進學生認知發展是有效教學的好辦 法。Vygotsky 認為，個人的認知發展深受社會文化環境的影響，學習者的認知智 能不只有實際發展層次(actual developmental level)的部分，也應該包括了潛在發展 層次(potential for development)的部分(Vygotsky，1962/1998)，其中學習者能獨立解 決問題的層次為實際發展層次，需要有大人引導或更高能力的同儕合作才能解決 問題的層次，稱為潛在發展層次，而介於這兩個層次間的距離即為近側發展區。

簡單的說，近側發展區是一個人獨自解決問題的程度到經由成人或同儕指導後所 能達到的程度，而這之間的動態距離即是近側發展區。

Wood 等人(1976)的研究探討指導者在學習者堆積木完成金字塔的過程中所扮 演的角色，並發現指導者所提供的直接協助、語言提醒錯誤，直接促使學習者做 相同的積木建構，因此提出教學中的鷹架比喻(scaffold metaphor)，將成人或教師 的支持或協助比喻為建築興建、補強或美化時所使用的鷹架，在學習者學習解決 問題時，若有一個成人或高能力的同儕當作「鷹架」將使學習者能超越無人協助 時的成效而完成一個任務。因此學習新知識時，若有教師在適當時間協助學生一 臂之力，應當有機會使學生的能力再提升。

Bruner 在翻譯 Vygotsky 的著作 Own View 時對鷹架的具體概念做了解釋：

(一) 鷹架是驅使學生願意學習的動力(recruitment)。

(二) 經由有經驗的專家指導，可以減低學習中的不確定性(reduction)。

(三) 經由鼓勵，學習動機得以持續(maintenance)。

(四) 工作或問題之間的關聯性，需要特別澄清(make critical features)。

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(五) 技術上的示範(demonstration)。

根據 Vygotsky 的 ZDP 理論，Palincsar 和 Brown(1986)認為，鷹架是在近側發展 區中教師對學生所提供的暫時性支持；Huggins 和 Maiste(1999)則認為鷹架是教師 對學習者動態的支持；Doyle(1986)指出鷹架是教師創造出來，用以輔助學習者學 習過程和維持、鼓勵他們學習興趣的支持架構。

Pearson 和 Gallagher(1983)則提出了「逐漸釋放責任」(gradual relese of

responsibility)的概念，強調任何一種學術的學習，教師及學生所承擔的責任比例會 隨著學習進程而調整，初始教師會承擔大部分示範的責任，透過策略的運用幫助 學生搭建鷹架，然後逐漸釋放學習責任，最終學生將承擔大部分練習或應用策略 的責任。而教師在引導學生的過程中可透過幾個步驟來逐步釋放學習責任：1. 提 出問題；2. 回答；3. 找到證據；4. 推理如何從證據到答案。藉由這四個階段的 訓練讓學生最終能自行思考與應用策略。

Collins, Brown 與 Newman(1989)也提出類似的鷹架的撤離的概念。所謂鷹架撤 離就是當學習者已經逐漸熟悉目標的能力時，原本支持他們的鷹架就應該逐漸撤 離。Larkin(2001)也認為當學習者顯示出可以掌控學習且熟練時，教學者的支持就 要慢慢消除，經由適當的鷹架教學讓學習者學習承擔更多責任。

綜上所述，搭鷹架是教學者幫助學習者在解決問題、執行任務或達成目標的 過程中，提供必要的協助或示範來減低學習者的不確定性，使學習者的動機得以 持續，而其最終目的是學習者可以獨立解決問題或達成目標，因此學習責任的轉 移便十分重要，在鷹架搭建完成後，應有計畫、有步驟的將鷹架撤離，讓學生逐 步承擔起策略的練習與應用的責任，因此漸拆鷹架的過程與步驟為本實驗設計的 重點。

二、鷹架理論結合概念構圖策略的使用

根據上一節的文獻探討可以發現，多數研究指出概念構圖的繪製有其困難 度，在教學過程中如果沒有適當的訓練或引導將影響學習者學習的意願及成效(邱

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上真，1989；林達森，2004；黃萬居，1993)，因此概念構圖的教學過程中應該給 予學生鷹架的支持，降低學習者認知的負荷，方能真正看見學習成效。

而在概念構圖發展的兩個系統中，TCU 系統較早發覺鷹架的作用的必要，並 用以協助訓練學習者，其鷹架的使用方法大致可分為三種(O'Donnell, Dansereau, &

Hall, 2002；引自吳裕聖，2007)：

(一) 以概念構圖當作鷹架或支援認知處理，以降低學習者的認知負荷；

(二) 採兩人配對學習專家圖，兩位學習者必須互相「調和」彼此對專家圖的 「詮釋」；

(三) 透過教師幫助學習者建構概念圖，其方法有二：

1. 以填空式的內容做為摘要或註解策略 2. 教導學習者發展最佳圖形的原則。

從 TCU 系統的鷹架策略看來，較強調藉由同儕或專家的示範與支持，激發學 生的認知處理並重整自己的認知結構，達到較好的學習效果。

Novak 系統較明顯提出鷹架作用的概念構圖教學策略是在 2002 年開始使用的

「專家骨架圖」(expert skeleton maps)，其用意在幫助學習者減少迷思概念或錯誤 概念的形成，而後 Novak 再提出「焦點問題」(focus question)、「提示區」(parking lot)，用以幫助學習者學習概念構圖。

而所謂的專家骨架圖是指由專家針對該學習主題事先準備的學習引導鷹架，

讓學習者在這基礎上建立知識，可以隨著學習者的學習狀況提供適當的骨架，讓 學習者藉由提示區的概念來擴展、延伸骨架。

焦點問題是指利用問題引導學生建構或發現概念，當給予不同的焦點問題 時，學習者將會建構出不同的概念圖，因此焦點問題是在幫助學習者聚焦構圖主 題。

提示區則是指在構圖區旁提供的概念項目區，將學習者建構概念圖所需的概 念先暫放此區，學生構圖時可從此區找尋答案或線索，然後將概念放進圖中，降

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低構圖的困難度。

從 Novak 系統的鷹架看來，其設計較偏向專家(教師)鷹架，透過專家設定的 步驟與引導提示，循序漸進的學習概念構圖，以降低學生的認知負荷，擴大學習 效果。

以上兩個概念構圖系統皆重視鷹架的作用及可能發展區的理念，不管透過何 種方式，其目的都是要輔助概念學習，以達到有效、有意義教學之目的。

三、鷹架理論與概念構圖結合的實證研究

在上一節概念構圖相關研究中已有許多研究點出概念構圖需要循序漸進、有 系統的引導學生學習，方能降低學生的認知負荷，發揮概念構圖的功效，形成有 效學習。因此近年來國內有少數研究者開始探討鷹架作用融入概念構圖的教學策 略，是否能有效提升學生的學習效果。

Chang、Sung 和 Chen(2002)將實驗分成繪製概念構圖組、鷹架漸拆概念構圖 組、修正概念構圖組、控制組，探討概念構圖策略對促進文章理解及摘要能力的 成效。其研究結果發現：修正概念構圖組能提升文章理解及摘要能力；鷹架漸拆 概念構圖能幫助學生摘要能力。

張家盛(2005)將受試者依班級隨 機分配至無鷹架組與三個提供不同鷹架撤除 策略的實驗組，探討運用三種不同的鷹架撤除策略於概念構圖輔助網路學習活動 中，對學習者概念構圖成效與學習成就的影響，並探討學習者參與概念構圖輔助 網路學習活動後的意見。研究結果發現：考量鷹架撤除策略的三個實驗組學習 者，其構圖成效顯著優於無鷹架組的學習者。其次，接受鷹架輔助最多的實驗組 學習者，其構圖成效顯著優於鷹架輔助較少的其他兩個實驗組的學習者。在學習 成就表現方面，接受最多鷹架輔助的實驗組學習者，其學習成就顯著優於無鷹架 組與鷹架輔助較少的兩個實驗組的學習者。

吳裕聖(2007)將受試者分為繪製概念構圖組、閱讀概念構圖組、鷹架漸拆概 念構圖組、控制組，進行十二週的教學實驗，藉以探討鷹架式概念構圖對學童生

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物文章閱讀表徵與情意的影響。其結果顯示：在文本表徵問題得分上實驗的三組 皆優於控制組；在情境模式問題得分上，鷹架漸拆概念構圖組高於其他三組，且 此組學生表現更樂於繼續使用概念構圖於未來的學習。

林達森(2005)發展「案例式」、「鷹架式」兩種不同訓練方式的概念構圖，探 究其對國小學生的概念學習成效及態度之效應，結果發現案例式教學較鷹架式教 學能提升低學習成就者的概念構圖成效，但建議在初期訓練學生概念構圖時應結 合鷹架式概念構圖教學，以降低訓練時的困難度。

歸納上述，鷹架作用對閱讀理解有一定的幫助，也會影響學生的構圖成效，

而部分研究者也注意到鷹架使用在概念構圖不僅應考量到搭建使用，同時也應注 意鷹架的拆除。可見在概念構圖的教學過程中不應只重視早期的搭鷹架支援，也 應重視後期學習者能力漸增後逐步拆除鷹架的學習責任轉移。國內目前對概念構 圖策略應用的研究不少，但考量鷹架作用的融入概念構圖的實徵研究不多，因此 鷹架的有無是否會影響學生學習的成效，是值得進一步研究的問題；再者，若要 將學習責任轉移回學生身上，勢必要有健全的鷹架建立與拆除步驟，因此漸拆鷹 架的建立與使用對學習與繪圖成效將成為本研究的重點。

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第三章 研究方法

本研究的目的在檢驗「漸拆鷹架式概念構圖策略」是否能有效提升國中學生 生物學習的成效，本研究採用實驗研究設計，以「漸拆鷹架式概念構圖策略」、

「無鷹架概念構圖策略」、「傳統講述式策略」三種分組來進行實驗教學。本章茲 以研究架構、研究設計、研究對象、研究工具、實驗課程、實施程序、資料處理 等部分說明之。

第一節 研究架構

本研究為驗證漸拆鷹架式概念構圖教學策略在國中生物學習的成效，在學校 常態分班下，隨機選取班級進行「漸拆鷹架式概念構圖策略」、「無鷹架概念構圖 策略」(實驗組)與「傳統講述式策略」(對照組)，以探討鷹架作用對概念構圖學習 成效的影響。而學習成效指標(依變項)為生物科學習成效，也就是七年級上學期 第三次段考生物測驗分數。為提高結果可靠性，本研究擬加以控制的變項為：國 中新生自然科學能力測驗前測分數，且實驗組與對照組皆為同一位教師授課，研 究架構如圖 2：

圖 2：研究架構 自變項 實驗組 1

(分高、中、低自然能力) 漸拆鷹架式概念構圖策略 控制變項

「國中新 生自然科 學能力測

驗」分數 對照組

(分高、中、低自然能力) 傳統講述式策略

依變項 實驗組

1. 生物學習成就測驗分數 2. 概念構圖分數

對照組

生物學習成就測驗分數 實驗組 2

(分高、中、低自然能力) 無鷹架概念構圖策略

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第二節 研究設計

本研究採實驗研究設計，在七個班級中隨機抽取四個班參與本研究，再將這 四個班隨機抽取各兩個班到實驗組和對照組；實驗組兩班接受實驗處理，分別實 施「漸拆鷹架式概念構圖策略」、「無鷹架概念構圖策略」的生物教學，教學時間 為七年級上學期，一學期共 20 週，每週 3 節課，每節課 45 分鐘，共 55 節課；對 照組兩班，接受一般傳統講述式策略的生物教學。實驗組與對照組的授課教師均 為同一位教師，且兩組學生均實施前後測，研究設計如表 3 所示。茲將自變項、

控制變項及依變項說明如下：

表 3

實驗設計模式 自變項

(組別) 班級分派 控制變項

(前測) 實驗處理 依變項 (後測)

漸拆鷹架式概念構圖組 R O¹ X¹ O⁴

無鷹架概念構圖組 R O² X² O⁵

傳統講述式教學組 R O3 C O6

R：表示班級隨機分派

O¹、O²、O³：表示三組均做「國中新生自然科學能力測驗」前測 X¹：進行漸拆鷹架式概念構圖策略

X²：進行無鷹架概念構圖策略 C：進行傳統講述式策略

O⁴、O⁵、表示兩組在實驗處理後均實施「生物科成就測驗」後測及概念構圖繪製檢測。

O⁶：表示在實驗處理後實施「生物科成就測驗」後測。

茲將本研究涉及變項說明如下：

一、自變項(組別)

(一)「漸拆鷹架式概念構圖策略」：訓練學生了解何謂概念構圖、閱讀概念 構圖、繪製概念構圖的過程，透過教師有技巧的鷹架引導，逐漸轉移學 習責任，最終引導學生可以獨力完成概念構圖。

(二)「無鷹架概念構圖策略」：用一堂課的時間向學生說明何謂概念構圖，而

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後教師不再做引導，由學生自行繪製概念構圖。

(三)「傳統講述式策略」：由教師講述式授課，不教導概念構圖策略。

二、依變項

「生物科成就測驗」後測分數是指受試者在七年級上學期第三次段考生物科 測驗的結果，概念構圖檢測是指實驗組學生在第六單元「生物的恆定」繪製的概 念構圖評分結果。

三、控制變項

「國生新生自然科學能力測驗」前測分數，是指受試者在此份測驗中物理、

化學、生物、地球科學等四部份測驗的總得分，由此測驗判定實驗組與對照組在 自然科學能力一致。

第三節 研究參與者

本研究以新北市某國民中學七年級的學生為對象，學校分班時依智力測驗、

入學測驗成績採常態編班方式。實驗分組方式以班級為單位，隨機自七個班級 中，抽取四個班級為實驗對象，四個班級中隨機抽取兩個班為實驗組，並隨機選 取一班為「漸拆鷹架式概念構圖組」，一班為「無鷹架概念構圖組」，剩下兩個班 為對照組，實驗組與對照組皆依「國中新生自然科學能力測驗」得分區分為高、

中、低自然科學能力。實驗組與對照組的人數分配如表 4。

表 4

各組人數分配表

經「國中新生自然科學能力測驗」前測檢驗，並將檢驗分數轉換為 T 分數後

組別 高自然

科學能力

中自然 科學能力

低自然

科學能力 總人數 實驗組 漸拆鷹架式概念構圖組 12 16 3 31

無鷹架概念構圖組 14 11 7 32 對照組 傳統講述式教學組 23 28 9 60

合計 49 55 19 123

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進行分析，顯示三組學生在自然科學程度上並無顯著差異。三組學生國中新生自 然科學能力測驗結果如表 5 與表 6。經「國中新生自然科學能力測驗」前測檢驗 結果，實驗組與對照組學生在自然科學程度上並無顯著差異( t =.182，p＞.05)，實 驗組中無鷹架概念構圖組與漸拆鷹架式概念構圖組的學生在自然科學程度上亦沒 有顯著差異( t=-.286，p＞.05)。

表 7 為「國中新生自然科學能力測驗」實驗組與對照組高中低自然科學能力 檢定結果，實驗組與對照組高自然科學能力學生的t 值=.417，中自然科學能力學 生的t 值=-.736，低自然科學能力學生的 t 值=.148，而高中低三組學生的 p 值都大 於.05，因此實驗組與對照組的高中低自然科學能力的學生能力並沒有顯著差別。

表 5

「國中新生自然科學能力測驗」實驗組與對照組檢定結果

組別 M SD t

對照組(n=60) 52.77 7.65

.182 實驗組(n=63) 52.51 8.10

表 6

「國中新生自然科學能力測驗」無鷹架組與漸拆鷹架組檢定結果

組別 M SD t

無鷹架概念構圖組(n=32) 52.22 9.25

-.286 漸拆鷹架式概念構圖組(n=31) 52.81 6.86

表 7

「國中新生自然科學能力測驗」實驗組與對照組高中低自然科學能力檢定結果

自然科學能力 組別 M SD t

高能力 對照組(n=23) 60.57 3.84

.417 實驗組(n=26) 59.69 3.63

中能力 對照組(n=28) 50.21 2.79

-.736 實驗組(n=27) 50.78 2.89

低能力 對照組(n=9) 40.78 2.33

.148 實驗組(n=10) 38.50 3.92

二、教學者

本研究為避免研究者即教學者所帶來的實驗干擾，另外選取一名資深生物教

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師作為教學者。該名教師任教國中生物科年資已 20 年，為了解何謂概念構圖，

該教師在執行教學前用一年的時間與研究者共同閱讀、討論概念構圖的資料與文 獻，且在實驗進行前一學期開始應用概念構圖於生物科教學中，以熟悉概念構圖 教學與引導的方式，並依據學生上課反映與研究者共同討論修正教學歷程與方 法，並編製上課教案。在實驗過程中，研究者會入班進行教學觀察並錄影，以確 保教學者教學合乎教案設計。

第四節 研究工具

本研究為了解「漸拆鷹架式概念構圖策略」、「無鷹架概念構圖策略」與「傳 統講述式策略」對學生生物學習成效的差異，在研究工具上採用「國中新生自然 科學能力測驗」、「生物科學習成就測驗」與概念構圖評分 。

一、國中新生自然科學能力測驗

本測驗是由徐享良和會錦秀(1994)所編製的標準化測驗，適用於國中學生，

主要目的在測量國中生的自然科學綜合學習成就，了解學生的自然科學能力之優 劣。本測驗為團體測驗，共有 105 題四選一的選擇題，包括物理( 35 題)、化學 ( 20 題)、生物( 25 題)、地球科學( 25 題)等四個分測驗，每個分測驗施測都有時 間限制，物理測驗 25 分鐘、化學測驗 12 分鐘、生物測驗 15 分鐘、地球科學測驗 18 分鐘。答對一題得一分，可依需要計算各分測驗得分和總分，然後對照分測驗 和總分的常模(百分等級、T 分數和標準九)。

全測驗試題的難度 P 介於.32 ~ .72 之間，平均.51，間隔八週的重測信度 VU 係數為.92 (N = 251)，折半信度為.94(N= 250)，在同時效度方面，與國中生物科學 業成績的相關介於.58 ~ .88 之間，各相關係數皆達.01 統計顯著水準。

二、生物科學習成就測驗

本測驗由研究者與教學者共同編製，目的在測量受試者的生物科學習成效，

測驗範圍為翰林版國中自然與生活科技第一冊第五單元、第六單元，本測驗包括

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34 題選擇題、6 題問答題，共 40 題。以下說明本測驗的編製過程：

(一) 擬題與效度

生物成就測驗的內容選自國中翰林版教科書自然與生活科技第一冊(七 上)第五單元、第六單元。參考教材內容、單元目標來編擬試題，依雙向細 目表 9 共編擬 54 題，其中六題為簡答題。為檢驗預試試題的內容效度，委 請四位生物科教師就語意、內容、編排提供修正意見與建議，用以修正不適 合的題目，以建立專家效度，表 8 為四位審查專家之資歷。

表 8

審查專家資歷

專家姓名 任教年資 教學領域 服務學校

林○○ 14 年 生物 臺北市立百齡高中

洪○○ 13 年 生物、健教 臺北市立百齡高中

張○○ 9 年 生物 臺北市立百齡高中

翁○○ 7 年 生物 臺北市立百齡高中

表 9

生物科學習成就測驗雙向細目表 學習層次

結構 記憶 理解 應用 分析 合計

神經系統 選擇題 2 2 2 6

簡答題 1 1

神經傳導路徑 選擇題 2 1 3

簡答題 1 1

內分泌系統 選擇題 2 2 2 3 9

簡答題 1 1 2

溫度恆定性 1 1 2 4

呼吸作用與排泄作用 1 1 4 6

泌尿系統 2 1 1 4

呼吸運動與呼吸器官 2 3 5

血糖恆定 選擇題 1 1 1 3

簡答題 1 1 2

動物行為與植物感應 1 3 4

實驗 1 1 2 4

合計 9 16 9 20 54

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(二) 預試與項目分析

擬妥 54 題試題後，以台北市某國中部七年級學生 280 名為對象，進行 48 題選擇題預試，經項目分析結果，選擇鑑別度在 .22~ .68，難度在.30

~ .82 之間的題目，共計 34 題，其中 a14、a17、a22、a34、a39 的難度係數雖 低，但考量低學習成就的學生應給予基本題，故仍保留。預試分析結果如表 10 所示：

表 10

生物科學習成就測驗預試結果分析(N=280) 題

號

低分組答 對百分比 (N=280)

高分組答 對百分比 (N=280)

難度 鑑別度 各題

變異數 刪除 a01 0.463 0.937 0.700 0.474 .197

a02 0.561 0.949 0.755 0.388 .152 a03 0.341 0.734 0.538 0.393 .251

a04 0.268 0.911 0.590 0.643 .234 ╳ a05 0.549 0.873 0.711 0.324 .218 ╳ a06 0.305 0.722 0.514 0.417 .250

a07 0.220 0.443 0.332 0.223 .229 a08 0.220 0.848 0.534 0.628 .249

a09 0.329 0.582 0.456 0.253 .242 ╳ a10 0.512 0.886 0.699 0.374 .212

a11 0.268 0.861 0.565 0.593 .250 a12 0.378 0.975 0.677 0.597 .216 a13 0.317 0.823 0.570 0.506 .245 a14 0.646 0.987 0.817 0.341 .115

a15 0.886 0.987 0.937 0.101 .051 ╳ a16 0.683 0.975 0.829 0.292 .118 ╳ a17 0.732 0.861 0.797 0.129 .123

a18 0.463 0.772 0.618 0.309 .247

a19 0.427 0.646 0.537 0.219 .246 ╳ a20 0.329 0.823 0.576 0.494 .245

a21 0.683 0.975 0.829 0.292 .115 ╳ a22 0.683 0.975 0.829 0.292 .120

a23 0.415 0.937 0.676 0.522 .229

(續下頁)

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題 號

低分組答 對百分比 (N=280)

高分組答 對百分比 (N=280)

難度 鑑別度 各題

變異數 刪除 a25 0.378 0.924 0.651 0.546 .216 ╳ a26 0.256 0.873 0.565 0.617 .239

a27 0.524 0.975 0.750 0.451 .161 ╳ a28 0.683 0.962 0.823 0.279 .115

a29 0.293 0.973 0.633 0.680 .240 a30 0.549 0.975 0.762 0.426 .147

a31 0.463 0.937 0.700 0.474 .220 ╳ a32 0.220 0.785 0.503 0.565 .248 ╳ a33 0.415 0.873 0.644 0.458 .220 ╳ a34 0.244 0.848 0.546 0.604 .250

a35 0.659 0.962 0.811 0.303 .135 a36 0.626 1.000 0.813 0.374 .130 a37 0.415 0.886 0.651 0.471 .219 a38 0.329 0.924 0.627 0.595 .223 a39 0.366 0.899 0.633 0.533 .238 a40 0.220 0.595 0.408 0.375 .219 a41 0.329 0.620 0.475 0.291 .236 a42 0.390 0.873 0.632 0.483 .231

a43 0.585 0.962 0.774 0.377 .156 ╳ a44 0.341 0.873 0.607 0.532 .242 ╳ a45 0.232 0.519 0.376 0.287 .232

a46 0.512 0.835 0.674 0.323 .219 a47 0.366 0.797 0.582 0.431 .244 a48 0.280 0.684 0.482 0.404 .249 a49 0.134 0.481 0.308 0.347 .203 (三)信度分析

本測驗以台北市某國中部七年級學生共 280 名為對象，進行項目一至性 分析，結果顯示 Kr20 係數為.96，內部一致性良好。

(四)實施與計分

本測驗實施時間為 45 分鐘。計分方式為選擇題每題 2.5 分，簡答題六 題，除了第二題為 4 分之外，其餘五題皆為 2 分，總分為 100 分。