第一節結合推理之雙重情境學習模式概念改變教學成效分析

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第四章研究結果與討論

本研究是運用雙重情境學習模式結合類比教學與科學推理，協助國中一年級學生建構「遺傳」的概念，並促使學生進行概念改變。本章共分為三小節，第一節主要是遺傳單元成就測驗、科學推理測驗與主題相依推理測驗的結果（前測、後測與追蹤測）之分析與比較；第二節為晤談部分的錄音內容，經由語意流程圖（flow map）的方式呈現，再轉成量化資料的分析結果；第三節則進行學習事件前後的概念改變與推理層級之分析。

第一節結合推理之雙重情境學習模式概念改變教學成效分析

此節是為回答研究問題一：「不同學業成就與科學推理能力對學習者在遺傳單元的學習成就表現上有何差異？」，研究問題二：「不同學業成就與科學推理能力對學習者在科學推理測驗的表現上有何差異？」及研究問題三：「不同學業成就與科學推理能力對學習者在遺傳單元的主題相依推理測驗表現上有何差異？」

為探究結合科學推理之雙重情境學習模式對學生概念改變與推理學習的成效，研究者先將所有學生依照九十三學年度上學期三次段考的自然科平均成績，取全體學生平均數的前1/3 為成就高分組、中間 1/3 為成就中分組及後1/3 為成就低分組。再以科學推理測驗前測成績，依 Lawson（2000）

對分數的定義再加以細分成具體運思前期（0~2 分）、具體運思後期（3~4 分）、轉變期（5 分以上）三組，但因轉變期的人數過少，不具有效性，故併入具體運思後期中進行討論。現將測驗結果的分析整理如下：

一、遺傳單元成就測驗結果的分析

(一)「學業成就分組」和「科學推理分組」在遺傳單元成就測驗的前測、

後測與追蹤測之敘述性統計

將學生的遺傳單元成就測驗成績（前測、後測與追蹤測），依照自然科學業成就分組（高分組、中分組與低分組）與科學推理分組（具體運思前期、具體運思後期），整理如表4.1.1：

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表4.1.1 學業成就分組與科學推理分組在遺傳單元成就測驗的敘述性統計

成就測驗前測成就測驗後測成就測驗追蹤測

人數

（N） mean SD mean SD mean SD t 值 (後-前)

t 值 (追-前) 低分組 24 10.54 3.23 12.13 3.58 11.17 3.82 1.58 .71

中分組 38 12.68 3.24 18.32 6.16 15.65 6.29 4.88^*** 2.51^*

高分組 36 14.56 4.02 28.64 6.72 25.42 9.79 11.59^*** 7.28^***

學業分組

全體 98 12.85 3.84 20.59 8.81 18.16 9.36 9.15^*** 6.16^***

具體前 70 12.36 3.43 17.86 7.35 15.71 7.94 6.47^*** 3.79^***

具體後 28 14.07 4.53 27.43 8.54 24.21 9.98 8.03^*** 5.76^***

推理分組

全體 98 12.85 3.84 20.59 8.81 18.16 9.36 9.15^*** 6.16^***

註：N=98, ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

以配對 T 檢定遺傳單元成就測驗成績，結果全體學生的後測成績高於前測（t=9.15, p=0.000），追蹤也高於前測（t=6.16, p=0.000），表示遺傳單元成就測驗的學習成效與維持效果均良好。就學業分組而言，中分組與高分組的後測（t=4.88, p=0.000; t=11.59, p=0.000）均大於前測，而追蹤（t=2.51, p=0.017; t=7.28, p=0.000）亦大於前測，顯示在中、高學業成就學生對遺傳 單元成就測驗的學習與維持均具有良好效果。再就推理分組來看，不論是具體前期或具體後期的學生，在遺傳單元成就測驗的後測（t=6.47, p=0.000;

t=8.03, p=0.000）均大於前測，追蹤也都大於前測（t=3.79, p=0.000; t=5.76, p=0.000）。

（二）「學業成就分組」與「科學推理分組」在遺傳單元成就測驗前測、後測與追蹤測總分之重複量數分析（Repeated measure）

資料分析時以「學業分組」和「科學推理分組」為固定因子，遺傳單元成就測驗前測、後測與追蹤成績當作變數，進行重複量數主要效果分析與事後檢定，結果整理如表4.1.2：

表4.1.2 遺傳單元成就前測、後測與追蹤重複量數分析之主要效果摘要表型III

平方和自由度平均

平方和 F 值 p 值 淨相關 η² 單元成就測驗成績 1262.543 2 631.272 27.378^*** .000 .231^***

學業分組 2824.787 2 1412.394 25.259^*** .000 .357^***

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單元成就測驗成績

°學業分組 571.577 4 142.894 6.197^*** .000 .120^***

註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001。

η²值： ^*表示0.0099≦d<0.0588, η²=small； ^**表示0.0588≦d<0.1379, η²=medium；

***表示d≧0.1379, η²=large

由表4.1.2 可得，單元成就測驗成績（F=27.378, p=0.000）與學業分組

（F=25.259, p=0.000）的主要效果均達顯著差異，推理分組則未達顯著差異。

在交互作用的分析方面，因單元成就測驗成績和學業分組間的交互作用達到顯著差異，故進行「單元成就測驗成績」與「學業成就分組」對遺傳單元成就測驗之單純主要效果分析。因學業分組為單因子變數，無法進行重複量數分析，故僅將資料依學業成就分組（高分組、中分組和低分組），分別進行「單元成就測驗成績」因子之重複量數單純主要效果分析與事後比較，所得結果整理如表4.1.3：

表4.1.3 「單元成就測驗成績」與「學業分組」重複量數分析之單純主要效果摘要表變異來源 Wilk’s Λ F 值 p 值 事後比較

單元成就測驗成績

低分組 .901 1.214 .316 無顯著差異

中分組 .555^*** 14.038^*** .000 後測>前測，追蹤>前測後測>追蹤

高分組 .204^*** 66.412^*** .000 後測>前測，追蹤>前測後測>追蹤

註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表4.1.3 得知，中分組（Wilk’s Λ=0.555, p=0.000）和高分組（Wilk’s Λ=0.204, p=0.000）均達顯著差異，低分組則無顯著差異。且經事後比較，

發現不論是中學業或高學業成就的學生，後測均大於前測（ p=0.000;

p=0.000），追蹤也大於前測（p=0.017; p=0.000），且後測大於追蹤（p=0.001;

p=0.023）。顯示學業中成就和高成就學生對遺傳單元成就測驗的學習成效 良好，且具有一定的學習維持效果。

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二、科學推理測驗結果的分析

(一)「學業成就分組」和「科學推理分組」在遺傳單元成就測驗的前測、

將學生的科學推理測驗成績（前測、後測與追蹤測），依照自然科學業成就分組（高分組、中分組與低分組）與科學推理分組（具體運思前期、

具體運思後期），整理如表4.1.4：

表4.1.4 學業成就分組與科學推理分組在科學推理測驗的敘述性統計

科學推理前測科學推理後測科學推理追蹤測

人數

t 值 (追-前) 低分組 24 1.00 0.98 1.00 1.10 0.96 0.91 .00 -.14

中分組 38 1.42 1.13 2.18 1.59 1.19 1.05 3.00^** -1.09

高分組 36 3.19 2.18 3.64 2.53 3.53 2.72 1.40 .78

學業分組

全體 98 1.97 1.82 2.43 2.15 2.00 2.17 2.81^** .052

具體前 70 1.07 0.80 1.61 1.24 1.36 1.36 3.43^** 1.45

具體後 28 4.21 1.73 4.46 2.59 3.57 2.91 .060 -1.31

推理分組

全體 98 1.97 1.82 2.43 2.15 2.00 2.17 2.81^** .052 註：N=98, ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

以配對 T 檢定科學推理測驗成績，結果全體學生的後測成績高於前測

（t=2.81, p=0.006），表示學生經過教學後在科學推理能力的進步成效良好。就學業分組而言，只有中分組的後測大於前測（t=3.00, p=0.005），其餘皆無顯著差異。顯示在中學業成就學生經過教學之後科學推理能力的進步十分明顯。再就推理分組來看，僅具體前期的學生在後測大於前測（t=3.43,

p=0.001），顯示具體運思前期學生的科學推理能力在教學後能夠有所提升。

（二）「學業成就分組」與「科學推理分組」在科學推理測驗前測、後測與追蹤測總分之重複量數分析（Repeated measure）

資料分析時以「學業分組」和「科學推理分組」為固定因子，科學推理測驗前測、後測與追蹤成績當作變數，進行重複量數主要效果分析與事後檢定，結果整理如表4.1.5：

4.1.5 科學推理前測、後測與追蹤重複量數分析之主要效果摘要表

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型III

平方和 F 值 p 值 淨相關 η² 科學推理測驗成績 22.052 2 11.026 7.750^*** .001 .078^**

學業分組 60.606 2 30.303 6.793^** .002 .130^***

推理分組 97.184 1 97.184 21.785^*** .000 .193^***

科學推理測驗成績

°學業分組 26.661 4 6.665 4.685^** .001 .093^**

°推理分組 26.226 2 13.113 9.217^*** .000 .092^**

註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001。

***表示d≧0.1379, η²=large

由表4.1.5 可得知，科學推理測驗成績（F=7.750, p=0.001）、學業分組

（F=6.793, p=0.002）與推理分組（F=21.785, p=0.000）均達到顯著差異。

在交互作用的分析部分，因為科學推理測驗成績與學業分組（F=4.685, p=0.001）及測驗成績與推理分組（F=9.217, p=0.000）之間的交互作用均達 到顯著差異，故分別進行「科學推理測驗成績」與「學業成就分組」及「科學推理測驗成績」與「科學推理分組」對科學推理測驗影響的單純主要效果分析。

首先進行「科學推理測驗成績」與「學業成就分組」的單純主要效果分析，因學業分組為單因子變數，無法進行重複量數分析，故僅將資料依學業成就分組（高分組、中分組和低分組），分別進行「科學推理測驗成績」

因子之重複量數單純主要效果分析與事後比較，所得結果整理如表4.1.6：

表4.1.6 「科學推理測驗成績」與「學業分組」重複量數分析之單純主要效果摘要表變異來源 Wilk’s Λ F 值 p 值 事後比較

低分組 .999 .011 .989 無顯著差異

中分組 .735^** 6.306^** .005 後測>前測，後測>追蹤

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高分組 .943 1.029 .368 無顯著差異註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表4.1.6 可知，低分組與高分組均無顯著差異，僅在中分組達到顯著差異（Wilk’s Λ=0.735, p=0.005）。且經事後比較顯示，後測大於前測

（p=0.008），也大於追蹤（p=0.001）。表示中學業成就學生經過教學後，其科學推理能力具有明顯的增進，也有一定的維持效果。

以上述同方法進行「科學推理測驗成績」與「推理分組」的單純主要效果分析與事後比較，所得結果整理如表4.1.7：

表4.1.7 「科學推理測驗成績」與「推理分組」重複量數分析之單純主要效果摘要表變異來源 Wilk’s Λ F 值 p 值 事後比較

具體前期 .863^** 5.323^** .007 後測>前測具體後期 .854 2.222 .129 無顯著差異註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表4.1.7 得知，具體前期達到顯著差異（Wilk’s Λ=0.863, p=0.007），

而具體後期則未達顯著差異。且經事後比較，發現後測大於前測（p=0.002）。表示對具體運思前期的學生而言，經教學後其推理能力有明顯的增進。

三、主題相依推理測驗結果的分析

(一)「學業成就分組」和「科學推理分組」在主題相依推理測驗的前測、

將學生的主題相依推理測驗成績（前測、後測與追蹤測），依照自然科學業成就分組（高分組、中分組與低分組）與科學推理分組（具體運思前期、具體運思後期），整理如表4.1.8：

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表4.1.8 學業成就分組與科學推理分組在主題相依推理測驗的敘述性統計

主題相依前測主題相依後測主題相依追蹤測

人數

t 值 (追-前) 低分組 24 2.88 2.23 3.38 2.60 3.12 2.17 .91 .48

中分組 38 5.50 3.24 8.87 4.59 4.51 3.27 4.74^*** -1.44

高分組 36 8.64 5.36 17.97 7.22 9.14 9.03 7.81^*** .42

學業分組

全體 98 6.01 4.54 10.87 7.91 5.89 6.44 7.55^*** -.22

具體前 70 4.94 3.49 8.70 6.36 4.80 4.35 5.43^*** -.226

具體後 28 8.68 5.71 16.29 8.89 8.57 9.45 5.73^*** -.082

推理分組

全體 98 6.01 4.54 10.87 7.91 5.89 6.44 7.55^*** -.22 註：N=98, ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

以配對 T 檢定主題相依推理測驗成績，結果全體學生的後測成績高於前測（t=7.55, p=0.000），表示學生經過教學後在主題相依推理測驗的表現有明顯進步。就學業分組而言，中分組與高分組學生的後測成績（t=4.74, p=0.000; t=7.81, p=0.000）均大於前測，其餘皆無顯著差異。顯示在中、高 學業成就學生對主題相依推理測驗具有明顯的學習成效。再就推理分組來看，不論是具體前期或是具體後期的學生，在後測成績均大於前測（t=5.43, p=0.000; t=5.73, p=0.000），顯示所有推理分組的學生在主題相依推理測驗的學習成效均有明顯提升。

（二）「學業成就分組」與「科學推理分組」在主題相依推理測驗前測、後測與追蹤測總分之重複量數分析（Repeated measure）

資料分析時以「學業分組」和「科學推理分組」為固定因子，主題相依推理測驗前測、後測與追蹤成績當作變數，進行重複量數主要效果分析與事後檢定，結果整理如表4.1.9：

表4.1.9 主題相依推理測驗前測、後測與追蹤重複量數分析之主要效果摘要表型III

平方和 F 值 p 值 淨相關η² 主題相依測驗成績 552.694 2 552.694 15.152^*** .000 .143^***

學業分組 1904.773 2 952.386 21.561^*** .000 .322^***

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推理分組 6.640 1 6.640 .150 .699 002 主題相依測驗成績

°學業分組 402.497 4 100.624 5.517^*** .000 .108^***

註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001。

***表示d≧0.1379, η²=large

由表4.1.9 可得知，主題相依推理測驗成績（F=7.750, p=0.001）、學業 分組（F=6.793, p=0.002）均達到顯著差異，推理分組則未達顯著差異。

在交互作用的分析方面，因主題相依推理測驗成績和學業分組間的交互作用達到顯著差異，故進行「主題相依推理測驗成績」與「學業成就分組」對主題相依推理測驗之單純主要效果分析。因學業分組為單因子變數，

無法進行重複量數分析，故僅將資料依學業成就分組（高分組、中分組和低分組），分別進行「主題相依推理測驗成績」因子之重複量數單純主要效果分析與事後比較，所得結果整理如表4.1.10：

表4.1.10 「主題相依推理測驗成績」與「學業分組」重複量數之單純主要效果摘要表變異來源 Wilk’s Λ F 值 p 值 事後比較

主題相依推理測驗成績

低分組 .964 .407 .671 無顯著差異

中分組 .523 15.963 .000^*** 後測>前測，後測>追蹤高分組 .361 30.049 .000^*** 後測>前測，後測>追蹤註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表4.1.10 得知，中分組（Wilk’s Λ=0.523, p=0.000）和高分組（Wilk’s Λ=0.361, p=0.000）均達顯著差異，低分組則無顯著差異。且經事後比較，

發現不論是中學業或高學業成就的學生，後測均大於前測（ p=0.000;

p=0.000），且後測均大於追蹤（p=0.000; p=0.000）。表示學業中成就和高 成就學生對主題相依推理測驗的學習成效十分良好。

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四、小結：

（一）成就測驗結果：

對遺傳單元成就前測、後測與追蹤測，在學業成就分組達到顯著差異，

故支持研究假說1-1。但在科學推理分組上未達到顯著差異，無法支持研究假說1-2。

另發現遺傳單元成就測驗成績和學業分組間的交互作用達到顯著差異，進行單純主要效果分析與事後比較，發現不論是學業中成就或高成就的學生對遺傳單元成就測驗的學習成效十分良好，且具有一定的學習維持效果。

（二）科學推理測驗結果：

對科學推理前測、後測與追蹤測，在學業成就分組與科學推理分組上均達到顯著差異，可充分支持研究假說2-1、2-2。

發現科學推理測驗成績與學業成就分組間的交互作用達到顯著差異，

故進行單純主要效果分析與事後檢定，結果顯示學業中成就學生經過教學後，其科學推理能力能夠具有明顯的增進，也有一定的維持效果。

另發現科學推理測驗成績與科學推理分組間的交互作用亦達到顯著差異，故進行單純主要效果分析與事後檢定，顯示對具體運思前期的學生而言，經教學後其推理能力能夠有明顯的增進。

（三）主題相依推理測驗結果：

對遺傳單元主題相依推理前測、後測與追蹤測，僅學業成就分組達到顯著差異，可支持研究假說3-1；但在科學推理分組上並未達到顯著差異，

無法支持研究假說3-2。

另發現主題相依推理測驗成績與學業成就分組間的交互作用達到顯著差異，故進行單純主要效果分析與事後檢定，發現不論是學業中成就或高成就的學生對主題相依推理測驗的學習成效十分良好。

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第二節遺傳單元晤談資料分析

針對接受科學推理結合雙重情境學習模式課程的學生進行晤談，來探討教學前、後、追蹤的概念改變歷程，目的在回答研究問題四：「透過晤談瞭解結合類比教學、科學推理與雙重情境學習模式而設計之課程，對學習者在教學前、後與追蹤時「概念數」、「正確概念分數」、「概念改變量」與推理層級有何影響？」。以語意流程圖的方式依序呈現每位學生的晤談資料，並進行兩部分的量化分析：

一、教學前、後、追蹤的概念轉變分析

將學生在教學前、後、追蹤的晤談內容，依據題目順序個別轉化為兩部分的數據資料：第一部分為概念數、正確概念分數與推理概念層級等項目，概念數為晤談內容中所呈現的概念數目；正確概念分數則依據每個概念的內容給予「全對」（2 分）、「半對」（1 分）及「錯誤」（0 分）；推理概念層級的標準則修改 Hogan 等人（2000）對推理型態的層級分類，共分成下列四種層級類型：

1.概述（Generativity, G）：對自然現象作直觀的描述或以質樸概念來回答。

概述（G）又可細分為 G₀、G₁和G₂。G₀表示學生的回答中完全不包含任何和問題相關的論述，或無法分辨其含義，G₁ 是學生僅運用一個簡單概述，G₂是同時運用了二個以上概述。

例如：（1）不知道、我忘記了。（G₀）

（2）細胞由一個變成兩個。（G₁）

（3）遺傳應該是把上一代的東西像外型、容貌保留給下一代。（G₂） 2.精緻化（Elaboration, EL）：學生能以正確科學術語、或科學方法如運用測

量、估計、數字關係等，對問題相關的現象進行說明。精緻化（EL）可細分為 EL1 和 EL2。EL1 是學生僅運用一個精緻化的說明，EL2 是運用二個以上精緻化的說明。

例如：（1）受傷的時候要進行細胞分裂，替補壞死的細胞。（EL1）

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（2）染色體會先複製，再分裂一次，數目和原本的一樣。（EL2）

3.辯證（Justification, J）：在「證據取向」方面，學生能利用實驗變因和結果之間的關係來說明現象；在「推論取向」方面，學生能利用簡單的線性因果關係演繹推論來解釋現象，分為J1 和 J2。J1 是學生運用了一個判斷的說明，J2 是二個以上判斷的說明。

例如：（1）細胞分裂時，染色體會先複製一次，然後分裂，產生的兩個新細胞中的會有數目相同的染色體。（J1）

（2）因為染色體在複製的時候，上面帶的基因有些是顯性、有些是隱性，在分裂的時候隨機分配到細胞裡面，所以分裂出來的四個子細胞所帶的基因都不一樣。（J2）

4.解釋（Explanation, EX）：學生以類似科學模型或遺傳過程機制，做為推理的依據，來說明待解答的現象。分為 EX1 和 EX2，EX1 是學生運用了一個解釋來說明，EX2 是運用二個以上解釋來說明。但因學生程度所限，

在本研究中最高只能達到 EX1。

例如：染色體複製一次，然後分裂兩次。第一次分裂的時候是同源染色體分離，第二次分裂是複製的染色體分離，最後分裂出來的是不成對的23 條染色體。（EX1）

如果學生提出的論述中同時包含了不同層級的推理論述，則以提出論述中所達到最高的層級為準。

第二部分為概念改變量的分析，針對學生在教學前、後與追蹤的各晤談題目的概念改變連結情形，分為「教學前-教學後」、「教學後-追蹤」兩階段分別進行概念改變量的分析。依據回答概念的正確與否將概念改變量分成「維持全對：全對-全對」、「進步：半對-全對、錯誤-全對及錯誤-半對」、

「維持：半對-半對及錯誤-錯誤」、「退步：全對-半對、全對-錯誤及半對- 錯誤」等四種型態。目的是為了探討學生在教學前至後、教學後至追蹤時概念轉變的情形。

(12)

二、學生在教學前、後、追蹤晤談內容之重複量數分析：

針對學生晤談時在教學前、後與追蹤所呈現的「概念數」、「正確概念分數」與「推理層級」做為依變項，分別進行重複量數的單因子變異數分析，並將達到顯著差異水準的變項進行事後比較。

（一）主題一：共有四個問題，僅將達到顯著差異的變項數值整理成表4.2.1：

表4.2.1 主題一概念數、正確概念分數與推理層級重複量數分析之主要效果摘要表型III

平方和 F 值 p 值 淨相關η² 事後比較問題1-1

正確分數 31.593 2 15.796 37.278^*** .000 .687^*** 後>前，追>前

問題1-2

正確分數 28.704 2 14.352 17.877^*** .000 .513^*** 後>前，追>前推理層級

精緻化

(EL) 6.370 2 3.185 3.827^* .032 .184^*** 追>前問題1-3

概念數 6.778 2 3.389 6.441^** .004 .275^*** 後>前，追>前正確分數 35.704 2 17.852 5.933^** .006 .259^*** 後>前，追>前推理層級

精緻化

(EL) 32.148 2 16.074 8.299^*** .001 .328^*** 後>前，追>前問題1-4

正確分數 8.926 2 4.463 8.887^** .001 .343^*** 後>前，追>前推理層級

概述(G) 6.481 2 3.241 3.909^* .030 .187^*** 追>前精緻化

(EL) 3.370 2 1.685 9.609^*** .000 .361^*** 後>前，追>前註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001。前：教學前，後：教學後，追：教學後追蹤。

***表示d≧0.1379, η²=large

表4.2.1 中結果顯示，問題 1-1 在正確概念分數上達到顯著差異（F(2)=

37.278, p=0.000），且教學後高於教學前（p=0.000）、追蹤晤談也明顯高於教

(13)

學前（p=0.000）。問題 1-2 在正確概念分數上達到顯著差異（F(2)=28.704, p=0.000），且教學後高於教學前（p=0.000），在追蹤晤談也明顯高於教學前

（p=0.000）；另在推理層級精緻化（EL）上亦達顯著差異（F(2)=3.827, p=0.032），但到追蹤時才高於教學前（p=0.015）。

問題 1-3 在概念數（F(2)=6.441, p=0.004）、正確概念分數（F(2)=5.933, p=0.006）上均達顯著差異，且教學後高於教學前（p=0.019; p=0.010），追 蹤晤談亦高於教學前（p=0.012; p=0.020）；另在推理層級精緻化（EL）上亦達顯著差異（F(2)=8.299, p=0.001），且教學後高於教學前（p=0.019）、追蹤 亦高於教學前（p=0.003）。問題1-4 在正確分數上達到顯著差異（F(2)=8.887, p=0.001），且教學後高於教學前（p=0.005）、追蹤也高於教學前（p=0.007）；

推理層級中的概述（G）（F(2)=3.909, p=0.030）與精緻化（EL）（F(2)=9.609, p=0.000）也達到顯著差異，但在概述（G）中僅有追蹤明顯高於教學前

（p=0.005），而在精緻化（EL）中則為教學後高於教學前（p=0.010）、追蹤 高於教學前（p=0.002）。

（二）主題二：共有二個問題，僅將達到顯著差異的變項數值整理成表4.2.2：

表4.2.2 主題二概念數、正確概念分數與推理層級重複量數分析之主要效果摘要表型III

概念數 10.778 2 5.389 12.036^*** .000 .415^*** 後>前，追>前正確分數 208.444 2 104.222 28.223^*** .000 .624^*** 後>前，追>前推理層級

精緻化

(EL) 40.704 2 20.352 9.190^*** .001 .351^*** 後>前，追>前辯證(J) 2.704 2 1.352 6.299^** .005 .270 後>前，追>前

問題2-2

概念數 6.037 2 3.019 6.429^** .004 .274^*** 後>前，追>前正確分數 248.148 2 124.074 25.851^*** .000 .603^*** 後>前，追>前

追>後推理層級

** *** 後>前，追>前

(14)

(EL)

辯證(J) 5.815 2 2.907 8.582^*** .001 .335^*** 後>前，追>前註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001 前：教學前，後：教學後，追：教學後追蹤。

***表示d≧0.1379, η²=large

問題2-1 在概念數（F(2)=12.036, p=0.000）、正確概念分數（F(2)=28.223, p=0.000 ）上均達非常顯著的差異，且教學後高於教學前（ p=0.004;

p=0.000）、追蹤晤談亦高於教學前（p=0.001; p=0.000）；另在推理層級精緻化（EL）（F(2)=9.190, p=0.001）與辯證（J）（F(2)=6.299, p=0.005）皆達顯 著差異，且教學後均高於教學前（p=0.001; p=0.001），且追蹤均高於教學前

（p=0.001; p=0.016）。

問題2-2 在概念數（F(2)=6.429, p=0.004）與正確概念分數（F(2)=25.851, p=0.000）均達很顯著的差異，且教學後均高於教學前（p=0.023; p=0.000）、 追蹤晤談均高於教學前（p=0.012; p=0.000），而在正確概念分數的事後比較 顯示，追蹤高於教學後（p=0.004），表示在教學之後對減數分裂的正確概念仍持續增進；另在推理層級精緻化（EL）（F(2)=6.232, p=0.005）與辯證（J）

（F(2)=8.582, p=0.001）皆達顯著差異，且教學後均高於教學前（p=0.014;

p=0.014），且追蹤均高於教學前（p=0.007; p=0.001）。

（三）主題三：共有二個問題，僅將達到顯著差異的變項數值整理成表4.2.3：

表4.2.3 主題三概念數、正確概念分數與推理層級重複量數分析之主要效果摘要表型III 平

方和自由度平均

概念數 5.481 2 2.741 9.459^*** .001 .357^*** 後>前，追>前正確分數 45.444 2 22.722 19.049^*** .000 .528^*** 後>前，追>前推理層級

精緻化

(EL) 12.926 2 6.463 6.513^** .004 .277^*** 後>前，追>前辯證(J) 6.704 2 3.352 8.571^*** .001 .335^*** 後>前，追>前

問題3-2

(15)

正確分數 202.815 2 101.407 35.971^*** .000 .679^*** 後>前，追>前推理層級

概述(G) 29.037 2 14.519 10.221^*** .000 .375^*** 後>前，追>前精緻化

(EL) 81.148 2 40.574 20.635^*** .000 .548^*** 後>前，追>前後>追

辯證(J) 8.444 2 4.222 15.023^*** .000 .469^*** 追>前，追>後註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001 前：教學前，後：教學後，追：教學後追蹤。

***表示d≧0.1379, η²=large

問題3-1 在概念數（F(2)=9.459, p=0.001）與正確概念分數（F(2)=19.049, p=0.000）均達非常顯著的差異，且教學後均高於教學前 p=0.016; p=0.000）、 追蹤晤談均高於教學前（p=0.002; p=0.000）；另在推理層級精緻化（EL）

（F(2)=6.513, p=0.004）與辯證（J）（F(2)=8.571, p=0.001）皆達顯著差異，

且教學後均高於教學前（p=0.002; p=0.001），而追蹤亦高於教學前（p=0.009;

p=0.005）。

問題 3-2 在正確概念分數上達到非常顯著的差異（ F(2)=35.971, p=0.000 ），且教學後高於教學前（ p=0.000 ）、追蹤晤談亦高於教學前

（p=0.000）。另在推理層級中，概述（G）（F(2)=10.221, p=0.000）與精緻化

（EL）（F(2)=20.635, p=0.000）皆達顯著差異，且教學後均高於教學前

（p=0.004; p=0.000），而追蹤均高於教學前（p=0.005; p=0.004）。但在辯證

（J）（F(2)=15.023, p=0.000）中不僅達到顯著差異，且追蹤晤談較教學前高

（p=0.001），追蹤亦比教學後有明顯的差異（p=0.002），而在精緻化中則是 教學後高於追蹤（p=0.022），顯示在棋盤方格法的運用上，即使再經過了一段時間，學習效果仍持續進步，由原本僅瞭解其原理（EL），至追蹤時更進一步能夠確實地掌握機率在棋盤方格法上的應用（J）。

（四）主題四：共有二個問題，僅將達到顯著差異的變項數值整理成表4.2.4：

表4.2.4 主題四概念數、正確概念分數與推理層級重複量數分析之主要效果摘要表型III 平

方和自由度平均

(16)

概念數 4.000 2 2.000 5.100^* .012 .231^*** 追>前

正確分數 112.259 2 56.130 21.266^*** .000 .556^*** 後>前，追>前推理層級

精緻化

(EL) 26.778 2 13.389 7.774^** .002 .314^*** 後>前，追>前問題4-2

正確分數 37.370 2 18.685 9.257^** .001 .353^*** 後>前，追>前推理層級

概述(G) 22.259 2 11.130 19.169^*** .000 .530^*** 後>前，追>前精緻化

(EL) 9.148 2 4.574 4.832^* .014 .221^*** 後>前，追>前註：^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001 前：教學前，後：教學後，追：教學後追蹤。

***表示d≧0.1379, η²=large

問題4-1 在概念數上達到顯著差異（F(2)=5.100, p=0.012），且追蹤晤談 高於教學前（p=0.010），另在正確概念分數（F(2)=21.266, p=0.000）與推理層級精緻化（EL）（F(2)=7.774, p=0.002）皆達顯著差異，且教學後均高於 教學前（p=0.000; p=0.036），且追蹤均高於教學前（p=0.000; p=0.002）。

問題4-2 在正確概念分數上達到顯著差異（F(2)=9.257, p=0.001），且教 學後高於教學前（p=0.011）、追蹤晤談也高於教學前（p=0.001）；另在推理層級的概述（G）（F(2)=19.619, p=0.000）與精緻化（EL）（F(2)=4.832, p=0.014）

皆達顯著差異，且教學後均高於教學前（p=0.000; p=0.015），且追蹤均高於 教學前（p=0.000; p=0.010）。

三、小結：

茲將敘述性統計的數據資料整理成表，並放至附錄六中做為參考之用。將各晤談問題的三個變項「概念數」、「正確概念分數」與「推理層級類型」在教學前、後、追蹤的描述性統計數值繪製成圖4.2.1、圖 4.2.2 與圖 4.2.3。再將上述三變項所得重複量數分析之結果彙整如表 4.2.5。

「概念數」由表4.2.5 顯示在問題 1-3、2-1、2-2、3-1、4-1 均達顯著差

(17)

顯，顯示學生的學習在主題二有良好的成效。

「正確概念分數」於圖 4.2.2 與圖 4.2.1 可顯示學生在後測所有主題的正確概念分數均高於前測，且在表4.2.5 中進一步顯示所有題目均達顯著差異，證明此課程對於所有的學生而言，具有良好的教學成效。另於問題2-2，

追蹤甚至大於教學後，顯示在減數分裂上具有非常良好的學習維持效果。

在推理層級的分析部分，精緻化（EL）由圖 4.2.2 與圖 4.2.3 顯示後測和追蹤從問題1-3 開始均比前測（圖 4.2.1）進步，同時在表 4.2.5 中重複量數分析也顯示後測與前測從問題1-3 後均達統計顯著差異。表示學生在學習課程之後能夠有效提升其運用遺傳上專有名詞的能力，並能以科學的方式來論述自己的想法。尤其在主題二、三時，有顯著增加的趨勢，表示在細胞分裂與減數分裂、孟德爾的遺傳法則上學生的推理能力明顯往精緻化增進。然而在主題四時精緻化的顯著性降低，概述（G）反而明顯增加，是因為在突變的問題中，多讓學生以自己的想法來表達意見，概述因而增加，

但精緻化仍有達到顯著水準，顯示學生能夠運用所學的遺傳相關名詞，且確實瞭解其意義。

辯證（J）由圖 4.2.2 與圖 4.2.3 顯示後測和追蹤從主題二開始均比前測

（圖4.2.1）進步，同時在表 4.2.5 中重複量數分析也顯示後測與前測從問題 2-1 後均達統計顯著差異，顯示學生的推理層級經過教學後一段時間才開始有明顯達到辯證的階段。且只在主題二、三中具有顯著差異，而這兩個主題是遺傳學的重要核心概念：細胞分裂與減數分裂、孟德爾的遺傳法則與棋盤方格法，也是學生覺得最困難的地方之一。此結果顯示學生若想要理解遺傳的理論與概念，需配合提升其科學推理的能力，故協助學生提高其推理的層級，方能有效進行抽象概念的改變。此結果與 Baker 和 Lawson

（2001）所做的研究相符合。

解釋（EX）由圖 4.2.2 與圖 4.2.3 顯示後測和追蹤均未比前測（圖 4.2.1）

進步，同時在表4.2.5 中重複量數分析也都沒有達到統計上顯著的差異，原因是因為能夠具備此層級的學生很少，以問題的形式而言，大部分僅在說明細胞分裂與減數分裂的過程才會達到此一層級，故無法表現出其顯著

(18)

教學前

0 1 2 3 4 5 6 7 8

1-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2

概念數正確分數概述精緻化辯證解釋

圖 4.2.1 教學前遺傳單元晤談資料平均值彙整

教學後

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2

圖4.2.2 教學後遺傳單元晤談資料平均值彙整

追蹤

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2

圖 4.2.3 教學追蹤遺傳單元晤談資料平均值彙整

(19)

表4.2.5 教學前、後、追蹤的遺傳單元晤談資料之重複量數分析結果彙整表

問題1-1 問題 1-2 問題 1-3 問題 1-4 問題 2-1 問題 2-2 問題 3-1 問題 3-2 問題 4-1 問題 4-2 概念數後>前

追>前

*

**

*

** **

正確概念分數

後>前追>前追>後

***

*

**

***

**

***

*

**

推理層級類型概述

（G）

後>前

追>前 **

**

***

精緻化

（EL）

後>前追>前後>追

*

**

*

**

*

**

***

**

*

**

*

辯證

（J）

**

*

**

** **

**

解釋

（EX）

註：*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001

68

(20)

另將教學前-教學後與教學後-追蹤之概念改變量整理繪製成圖 4.2.4 與圖 4.2.5。概念改變量在教學前-後的部分（圖 4.2.4），可看見大部分的問題中都有明顯的進步情形，表示結合科學推理之雙重情境學習模式對學生而言，概念改變的成效十分良好。而問題1-3 全對的比例很高，此題主要是說明遺傳物質間的關係，學生可能從生活經驗或預習中已瞭解部分概念，故先備知識較好。而在教學後-追蹤的部分（圖 4.2.5）有極高的比例維持全對，

證明學習維持的效果頗為明顯。

綜合以上所述，結果均支持研究假說4-1 與研究假說 4-2。

(21)

教學前-後概念改變量

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2

晤談題目平

均

值全對

進步維持退步

圖 4.2.4 晤談題目教學前至教學後概念改變量之平均值彙整

教學後-追蹤概念改變量

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

1-1 1-2 1-3 1-4 2-1 2-2 3-1 3-2 4-1 4-2 晤談題目

平均值

全對進步維持退步

圖4.2.5 晤談題目教學後至追蹤概念改變量之平均值彙整

(22)

第三節結合推理之雙重情境學習模式課程學習歷程分析

此節的目的在於回答研究問題五：「結合類比教學、科學推理與雙重情境學習模式而設計之課程，對學習者的學習歷程表現有何影響？」。「遺傳」

單元的雙重情境學習結合類比教學與科學推理之課程共分五個大主題，將依序由主題一到主題五，針對學生在互動式學習事件中的作答內容，進行兩項分析：

一、教學前後學習事件概念改變分析

本分析主要是探討學生從主題一到主題五的互動式學習事件前後之概念改變的歷程。以學生在教學前作答的內容作為「學習事件前」的概念狀態，經過學習事件之後再一次作答的內容作為「學習事件後」的概念狀態，

由於作答均包含答案和理由兩部分選項，以答案及理由均答對才算學生具有正確的概念。

分析的方法是先將全部學生（共98 人）依自然科學業成就（高分組 36 人、中分組38 人、低分組 24 人）和科學推理（具體運思前期 70 人、具體運思後期28 人）進行分組，再統計各組內作答的結果，以百分率（各分組內所佔百分比）的方式顯示。結果的呈現方式採事件前―事件後配對比較，

共可分為「對―對」（維持正確概念）、「錯―對」（改變另有概念）、「對―

錯」（產生另有概念）、『錯―錯』（維持另有概念）等四個類型。

二、教學前後理由運用的推理層級分析

本分析主要探討學生從主題一到主題五的互動式學習事件前後，運用推理層級的歷程。以學習事件的前後，學生對問題作答的開放式理由部分，

作為分析的內容。推理層級分析的標準則修改 Hogan 等人（2000）對推理型態的層級分類，共分成下列四種層級類型：

1.概述（Generativity, G）：對自然現象作直觀的描述或以質樸概念來回答。

概述（G）又可細分為 N、G₀、G₁和G₂。N 是學生在理由的部分漏答或拒答；G₀則表示學生的回答中完全不包含任何和問題相關的論述，或無

(23)

法分辨其含義；G₁是學生僅運用一個簡單概述，G₂是同時運用了二個以上概述。

2.精緻化（Elaboration, EL）：學生能以正確科學術語、或科學方法如運用測量、估計、數字關係等，對問題相關的現象進行說明。精緻化（EL）可細分為 EL1 和 EL2。EL1 是學生僅運用一個精緻化的說明，EL2 是運用二個以上精緻化的說明。

3.判斷（Justification, J）：在「證據取向」方面，學生能利用實驗變因和結果之間的關係來說明現象；在「推論取向」方面，學生能利用簡單的線性因果關係演繹推論來解釋現象，分為J1 和 J2。J1 是學生運用了一個判斷的說明，J2 是二個以上判斷的說明。

4.解釋（Explanation, EX）：學生以類似科學模型或遺傳過程機制，做為推理的依據，來說明待解答的現象。分為 EX1 和 EX2，EX1 是學生運用了一個解釋來說明，EX2 是運用二個以上解釋來說明。但因學生程度有限，

在本研究中最高只能達到 EX1。

如果學生提出的論述中同時包含了不同層級的推理論述，則以提出論述中所達到最高的層級為準。推理層級的分析以交叉表為工具，另外進行卡方獨立性考驗。本節僅呈現學習事件前、後推理層級變項達顯著差異水準的分析結果。

以下分別就五個主題的情境事件依序討論。但主題一的事件二、三與主題五皆為開放式回答，故僅就第二項開放式理由的部分討論；主題三的事件五之後為棋盤方格法的挑戰題，沒有回答開放式理由，故僅針對第一項概念改變的歷程來做分析。

(24)

4-3-1 主題一「遺傳概念」

（一）教學前後學習事件概念改變分析

事件一的問題為：「小鴨應該會長成什麼樣子？」。以下為事件一學生學習前後之回答如表4.3.1：

表4.3.1 主題一事件一教學前後學業分組與科學推理分組學生概念改變統計摘要表學業分組（%）科學推理分組（%）

事件前-後

總和低分組中分組高分組具體前期具體後期對-對 81.6 58.3 81.6 97.2 5.7 14.3 錯-對 8.2 16.7 7.9 2.8 81.4 82.1 對-錯 5.1 8.3 7.9 0.0 7.2 0.0 錯-錯 5.1 16.7 2.6 0.0 5.7 3.6 註：N=98

本學習事件教學前答對的比例很高，而在學習後有 89.8%的學生都能建構正確概念，顯然從日常生活經驗中容易獲得此概念。在學業分組中，

高成就全組、中成就（89.5%）均達到極高的概念改變率，而在推理分組中則幾乎都可以獲得正確概念。

（二）教學前後理由的推理層級分析

下表4.3.2 呈現主題一之事件一學習前後的理由推理層級的差異。

表4.3.2 主題一事件一開放式理由推理量化資料卡方考驗結果及效果值教學後

教學前 G1 G2 EL1 EL2 J1 總和 χ² ω G1 56 4 1 61 G2 2 2

EL1 7 21 28

EL2 2 2 4

J1 3 3

總和 63 2 27 3 3 98 279.19^*** 1.69^***

註1. χ²值: ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

2. ω 值: ^*表示0.1≦d<0.3, ω=small; ^**表示0.3≦d<0.5, ω=medium; ^***表示d≧0.5, ω=large

由表 4.3.2 得知教學後的推理層級明顯增進（χ²=279.19, p=0.000），進 步的有5 人（5.1%），維持的有 86 人（87.8%），退步的則有 7 人（7.1%），

(25)

顯示學生大部分都能維持，甚至有所進步。

事件二的問題為：「父母將遺傳物質傳給子代，使得親代和子代長得很類似，請說明你認為的遺傳物質有哪些？你的理由是？」。下表 4.3.3 呈現主題一之事件二學習前後的理由推理層級的差異。

表4.3.3 主題一事件二開放式理由推理量化資料卡方考驗結果及效果值教學後

教學前 N G0 G1 EL1 EL2 J2 總和 χ² ω G0 1 4 5 10

G1 20 5 25

G2 1 1

EL1 1 25 32 58

EL2 2 1 3

EX1 1 1

總和 2 4 52 38 1 1 98 185.99^*** 1.38^***

註1. χ²值: ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表 4.3.3 得知教學後的推理層級明顯增進（χ²=185.99, p=0.000），進 步的有7 人（7.3%），維持的有61 人（63.5%），退步的則有28 人（29.2%），

未答有2 人。顯示大部分的學生都在維持的狀態。

事件三的問題為：「遺傳物質藏在哪裡？他們彼此間的關係是如何？你的理由是？」。下表 4.3.4 呈現主題一之事件三學習前後的理由推理層級的差異。

表4.3.4 主題一事件三開放式理由推理量化資料卡方考驗結果及效果值教學後

教學前 N G0 G1 EL1 EL2 總和 χ² ω N 2 2 G0 6 1 2 9 G1 2 30 3 35

(26)

EL2 2 1 5 8 J1 1 1 總和 3 9 39 41 6 98 201.45^**** 1.43^***

註1. χ²值: ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表 4.3.4 得知教學後的推理層級明顯增進（χ²=201.45, p=0.000），進 步的有5 人（5.3%），維持的有80 人（84.2%），退步的則有10 人（10.5%），

未答有3 人。顯示大部分的學生都在維持的狀態。

事件四的問題為：「有一隻剛出生的小鴨被綁架了，兇手在現場留下血跡，經分析細胞構造圖如右圖，有四種動物具有嫌疑，你認

為兇手是哪一種？」。

以下為事件四學生學習前後之回答如表4.3.5：

表4.3.5 主題一事件四教學前後學業分組與科學推理分組學生概念改變統計摘要表學業分組（%）科學推理分組（%）

事件前-後

-挑戰總和低分組中分組高分組具體前期具體後期對-對 12.2 4.2 15.8 13.9 8.6 21.4 錯-對 21.4 12.5 28.9 19.4 20.0 25.0 對-錯 17.4 8.3 15.8 25.0 15.7 21.4 錯-錯 49 75.0 39.5 41.7 55.7 32.2 註：N=98

本學習事件在教學後只有 33.6%的學生能建構正確概念，仍有 49%維持錯誤，顯然染色體的觀念較為抽象，且需同時具有「同種生物的染色體數目相同」的觀念很困難，此部分的設計需要修正，可以嘗試互動式的動畫。而就學業分組而言，中分組的表現較好（44.7%），而推理分組的具體後期之改變成功率（46.4%）亦較高。

下表4.3.6 呈現主題一之事件四學習前後的理由推理層級的差異。

表4.3.6 主題一事件四開放式理由推理量化資料卡方考驗結果及效果值

(27)

教學後

教學前 N G0 G1 EL1 總和 χ² ω

N 1 1

G0 3 1 2 6

G1 27 7 34

EL1 2 7 47 56

EL2 1 1

總和 1 5 35 57 98 166.92^*** 1.31^***

註1. χ²值: ^*p<0.05, ^**p<0.01, ^***p<0.001

由表4.3.6 得知教學後的推理層級明顯增進（χ²=1..692, p=0.000），進步的有9 人（9.3%），維持的有 79 人（81.4%），退步的則有 9 人（9.3%），未答有1 人。顯示大部分的學生都在維持的狀態。

事件五的問題為：「你認為圖中哪些染色體可以兩兩成對？」。以下為事件五學生學習前後之回答如表4.3.7：

表4.3.7 主題一事件五教學前後學業分組與科學推理分組學生概念改變統計摘要表學業分組（%）科學推理分組（%）

事件前-後

-挑戰總和低分組中分組高分組具體前期具體後期對-對 81.6 54.2 81.6 100 75.7 96.4 錯-對 4.1 8.3 5.3 0.0 5.7 0 對-錯 6.1 8.3 10.5 0.0 8.6 0.0 錯-錯 8.2 29.2 2.6 0.0 10.0 3.6 註：N=98

本學習事件學習前答對的比例很高，而在學習後有 85.7%的學生都能建構正確概念，顯然學生容易瞭解「成對」的概念。在學業分組的中分組

（86.9%）有極高的概念改變率，而高分組學生完全答對正確概念；而推理分組中則皆有明顯的成功率。

下表4.3.8 呈現主題一之事件五學習前後的理由推理層級的差異。

第一節 結合推理之雙重情境學習模式概念改變教學成效分析

第四章 研究結果與討論