行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告
不同知識表徵建構的學習策略對自然科學習成效之影響
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計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC92-2511-S-006-011-
執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立成功大學教育研究所
計畫主持人： 于富雲 共同主持人： 劉祐興
報告類型： 精簡報告
處理方式： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 93 年 5 月 17 日
不同知識表徵建構的學習策略對自然科學習成效之
影響
Effects of Different Types of Knowledge Representation of Student
Science Knowledge on Learning
計畫類別：個別型計劃
計畫編號：NSC 92-2511-S-006-011- 執行期限：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日 計劃主持人：于富雲 國立成功大學教育研究所 共同主持人：劉祐興 國立暨南大學土木工程系
電子郵件信箱：fuyun@mail.ncku.edu.tw
一、 中文摘要
概念構圖與摘要，就訊息處理、後設 認知以及建構等理論面論之應有助於個 人知識體系的建立以及其對認知與後設 認知能力的影響，然仔細分析之，概念 構圖是一種強調利用兩度空間、視覺化 方式，用以組織個人知識體系的學習策 略運用，而摘要則較倚賴透過語文連結 之單向度語意知識表徵形式，此兩種不 同知識表徵建構學習策略之運用對學習 者認知與後設認知的不同影響，目前尚 未有相關的實證研究。有鑑於此，本研 究主要目的之一主是瞭解概念構圖與摘 要兩種知識表徵建構學習策略對學習者 學業成就、認知策略、後設認知策略之 影響。此外，由於文獻上普遍顯示不同 性別的學習者在語文以及空間能力上存 有差異，本研究另一研究目的為瞭解概 念構圖和摘要不同學習策略對不同性別 學生之學業成就、認知策略以及後設認 知策略等的交互作用情形。
本研究計畫共計兩年，第一年執行重 點主要是針對研究目的進行前導研究，
以確認實驗實施程序的合適性，根據資 料收集結果做必要的修正外，並發展各 項研究工具（教師手冊、成就測驗等）
以及進一步之信效度檢定。前導研究徵 求台南市一國小高年級三個班級的學 生，配合自然科任教老師教學進度。根 據教室觀察、事後深入訪談結合文件分 析方法，提出概念構圖以及摘要教學實
施以及評分分式的修改建議事項，以利 第二期之研究實施基礎，發揮此類教學 策略之學習成效。
關鍵字：知識建構、摘要、概念構圖
Abstract
The primary purpose of this proposed study intends to examine the relative effects of concept-mapping, summarization and no learning strategy intervention on enhancing students’ academic achievement, cognitive and metacognitive ability. In addition, in views of past studies on gender differences showing that significant differences existed between male and female students’ spatial and verbal ability, another major purpose of the proposed study focuses on exploring the interaction effects of different learning strategies and gender on student learning.
There are two phrases of the proposed study. The focus of the first year’s work is to establish the suitability and appropriateness of the experimental as well as implementation procedures related to different instructional strategies (concept-mapping, summarization). The validity and reliability of various measurement instruments and teaching resources needed for this study is another focus of the pilot study. For the pilot study, three fifth-grade classes participated for two consecutive months plus training sessions. Results yielded from the proposed study combined with qualitative data using
classroom observation, in-depth interview and document analysis from the pilot study provided researchers with a first look at different knowledge representation learning strategies’ beneficial effects on cognitive outcomes. More importantly, difficulties encountered during the implementation of the pilot study yielded researchers with several revision plans related to concept-mapping and summarization instructional strategies.
Keywords: Concept-mapping, Knowledge representation, Summarization
二、 計畫緣由與目的
現代教育思潮逐漸揚棄傳統單向式 的傳遞-接收教育模式，隨著心理學的發 展，國內外的學者嘗試由訊息處理學習論 以及建構論等觀點，來強化對學習行為與 歷程的了解，強調學習者依據自我經驗、
文化背景與目標等個別因素，對感官所接 收的訊息，進行選擇、複誦、組織與精緻 化，以將知識用不同表徵方式儲存於長期 記憶，內化成為統整知識結構的歷程。除 了強調學習者自我反芻、吸收與轉化訊息 使之成為知識的主動學習建構理念外，也 強調後設認知在學習歷程中的影響，認為 學習者必須瞭解自己所擁有的知識，清楚 自己對知識的需求，並且對資訊與整個認 知活動做計劃、監控、調整、執行、評鑑 等適當操弄，以發揮學習的常駐效果。綜 言之，學習不再著重知識的複誦與重製，
而是要增加學生「如何學習」的知能，使 學習者成為知識的創造者，激發學習的潛 能與擁有權（耿筱曾，民 86；Novak ＆ Gowin, 1984）。基於此，強調主動操弄訊 息，建構自我知識體系與架構的學習策 略，尤其是概念構圖的論述與研究日漸受 到重視。
簡要言之，概念構圖係指學習者用以 呈現概念彼此間關係的一種二度空間視覺 化表徵，它就像是一個階層式的網絡知識 架構圖，以一個個節點（nodes）來表徵不 同概念，再依照概念概括性之不同做上下 階層（hierarchy）的排列，概念愈趨向特定
性就排在愈低層的地方，並以一連串連結 線（links）與有意義的連結語（labels）界 定概念彼此間的關係，使成一系列的命題
（proposition），讓片段、零碎的訊息得以 重 整 形 成 較 大 的 個 人 知 識 結 構 （ Bolte, 1999 ； Novak & Gowin, 1984 ； Osman-Jouchoux, 1997；Ruiz-Primo, Schultz, Li, & Shavelson, 2001 ； Slotte &
Lonka,1999）。不少學者認為概念構圖不僅 是學生建構與協調知識意涵的良好學習與 評量策略，對教師教學與課程組織規畫也 有正面的助益（張奕華、許正妹，民 90；
項必蒂，民 80；Rafferty & Fleschner, 1993；
Novak & Gowin, 1984）。過去有關概念構圖 的相關實證研究也多普遍支持概念構圖有 助於提升學習者的學業成就、記憶保留，
能幫助降低學習上的焦慮、使學習態度趨 於正向，有助於澄清學習者具有的迷思概 念，增加學習者的高層次思考能力、推論 能力、創造能力等（陳嘉成、余民寧，民 87；林純年，1997；謝真華，1999；黃萬 居，民 82；Guastello, Beasley & Sinatra, 2000；Jegede et al., 1990；Novak & Gowin, 1984；Novak, Gowin & Johansen, 1983；Roth
& Roychoudhury, 1992 ； Slotte &
Lonka,1999； Wilson, 1996）。
整體言之，概念構圖是一種空間、
視覺創造的形式，在概念圖的建置歷程 中，學習者是以創造心像的方式來整合新 訊息，在其後的訊息提取上，同樣也是透 過此心智空間所形成之視覺影像或圖形 的輔助。此種透過視覺媒介來進行學習的 兩 度 空 間 圖 形 知 識 表 徵 策 略 —概念構 圖，與另一種主賴語文型式的知識表徵學 習策略—摘要，實有很大的不同。
摘要則是一種強調透過語文連結之 單向度語意知識表徵形式，將學習內容中 的重要觀念，重新組織、整合與再建構，
使成精鍊概念單元的學習策略運用，目的 是讓學習者對學習主題產生全盤與巨觀 的結構（張雅萍，2000；Brown, Day &
Jones, 1983；Glnn & Muth, 1994；Kintsch
& van Dijk, 1978；Raths, 1987；Winograd, 1983）。就學習的效能而言，摘要所產生
的 鉅 觀 結 構 不 但 有 利 於 重 要 觀 念 的 掌 握，也有助於文章內容中其他訊息的連結 與長期記憶。審視過去有關摘要的實證研 究，國內外目前僅有十數筆資料，研究結 果多支持摘要訓練有助於閱讀者對文章 內容重要觀念的辨識，釐清文章的要旨，
使學習者對文章內容中的概念有更深入 及整體的理解（張雅萍，民 89；Brown ＆ Day, 1983；Gajria & Salvia, 1992；Hidi &
Anderson，1986；Malone & Mastropieri, 1992）。
由上可知，概念構圖與摘要皆是掌 握學習內容組織架構與主要概念萃取的 有效學習策略，而其中隱含的一連串學習 活動（例如，概念構圖中的選擇概念、將 概念進行分類及排序、運用連結語等，摘 要中的辨識重要觀念、將零碎、繁雜的概 念單位重新組織、改寫成較大的觀念單位 等），以訊息處理、建構主義與後設認知 等理論面分析之，不論是概念構圖或是摘 要，在其活動的進行歷程當中，皆強調一 連串訊息處理與決策思考行為。過去概念 構圖的相關實證研究雖然普遍支持其對 學習成效的正面影響，然而，考量目前已 有 的 研 究 多 僅 鎖 定 概 念 構 圖 對 學 業 成 就、知識結構、焦慮感、學習態度與推論 能力等依變項之影響，而摘要學習策略方 面的研究，也多僅侷限在閱讀學習與理解 的領域，且研究樣本也多僅以閱讀能力較 低的學生為特定研究對象，針對摘要對一 般能力學習者在其他學習領域的影響，目 前僅有一篇且鎖在學習成就上的影響。
有鑑於訊息處理、建構主義以及後 設認知等理論，概念構圖與摘要之學習歷 程應對學習者之認知能力與後設認知能 力應有正面的影響，然而國內外尚未有研 究針對此議題深入探究，故本研究主要目 的之一期瞭解以兩度空間視覺媒介為知 識表徵基礎的概念構圖學習策略與以文 字語文為知識表徵基礎之摘要學習策略 對學習者學業成就、認知策略、後設認知 策略之影響。
此外，由於性別差異的研究普遍顯示 不同性別的學習者在語文以及空間能力
上有差異（綜合學業性向測驗編制報告，
民 89；葛樹人，民 80；Linn & Petersen，
1985；Maccoby & Jacklin，1974；）。考 量本研究中之概念構圖強調一種空間策 略的使用，本質上也屬是一種視覺創造的 形式，相對之，摘要則是一種語文能力的 展現，透過對文章內容的評估和瞭解，將 文章裡呈現的主要觀點，利用語言學的技 巧，如拼音、文法結構、標點符號等進行 縮寫和改變，牽涉到語文寫作的能力。由 於過去文獻發現不同性別在空間以及語 文能力上有不同的表現，有鑑於此，研究 者另一研究目的期進一步瞭解概念構圖 和摘要兩種不同學習策略對不同性別學 生之學業成就、認知策略以及後設認知策 略等的交互作用情形。綜合言之，本研究 目的旨在探討概念構圖和摘要等不同之 事表徵建構方式對不同性別學生學習成 就、認知能力與後設認知能力之影響。
三、 研究方法
計畫共分兩期，第一年執行重點主要 是針對研究目的進行前導研究，以確認實 驗實施程序的合適性，並針對研究使用工 具（教師手冊、測驗工具等）做發展以及 信效度檢定。茲將前導研究進行之相關步 驟與方法簡述於後。
第一年之前導研究，以台南市一國小 高年級三個班級的學生為研究樣本，採用 3（學習策略）×2（性別）不等組的前後 測實驗控制法。基於學校行政、教學考 量，本研究以原班級為單位，將參與的三 個班級以隨機分派的方式分至不同實驗 情境，配合自然科任教老師的教學，進行 連續兩個月的實驗教學活動。在正式實驗 教學進行前，研究者除了先蒐集參與學生 前一次自然科的月考成績、實施認知策略 與後設認知策略量表的前測外，還先針對 被隨機兩個班級，分別進行個別的策略運 用訓練教學與練習活動。
概念構圖策略的訓練活動主要是讓 學習者針對前一次自然科月考範圍的一 特定學習主題，對主要概念選擇、歸類、
階層排序、連結線建立、連結語選用等活
動，分別介紹概念的意義、概念分類的重 要性、概念間的階層關係、連結語的種類 與適用時機，讓學生有概念辨識、分類、
階層排序、命題形成等的完整事前訓練與 實際練習機會。此外，有關概念構圖的評 分方法，也參考 Novak 和 Gowin（1984）、 Markow 與 Lonning（1998）、Rafferty 與 Fleschner（1993）以及 Slotte 與 Lonka
（1999）等的評分標準，依據關係、階層、
交叉連結以及例子的有效性建立，分別給 予 1-10 分不等。整體而言，教學訓練擬 經由詳細的解說Æ正反例子的介紹Æ配 合學習單運用，讓學習者實際繪製概念圖 與評分練習Æ事後整體回饋的設計，讓參 與概念構圖的學生熟悉概念圖繪製的相 關歷程。
摘要策略的訓練則參考學者的建議 做規劃，同樣讓學習者針對實驗前一次自 然科月考範圍內的學科主題單元中一篇 較不複雜的短文，以 5W1H（who、what、
where、when、why、how）的原則，辨 識文章中重要觀念的線索，之後再依「刪 除、概括及改寫」等摘要原則，訓練學生 練習摘要。此外，有關摘要的評分，也綜 合學者的建議實行之。整個訓練活動也延 續示範（解釋如何辨識文章中之重要觀 點，說明如何利用摘要原則以及評分原 則，展示不同摘要範例）Æ練習Æ回饋（對 學生的摘要進行整體評論）之程序。
前導研究之實驗教學活動利用參與 班級連續兩個月（八週）、每星期最後一 堂自然課的後半段時間（預計約 20 分 鐘），讓概念構圖組的學生對自然科老師 這個禮拜所教授的學科內容，依據先前訓 練的構圖標準與原則，繪製概念圖；摘要 組的學生則對自然科老師這個禮拜所教 授的內容，依據先前摘要訓練的撰寫程序 與原則，進行摘要；控制組的學生則對自 然科老師這個禮拜所教授的學科內容，進 行學科的複習工作。研究者在實驗教學活 動結束後的一週內，實施認知策略、後設 認知量表以及自然科的成就測驗，藉以瞭 解 學 生 不 同 實 驗 教 學 處 理 對 其 學 業 成 就、認知策略與後設認知的影響。
（四）研究工具
本研究採用洪琮琪（民 91）根據程 炳林（民 89）所編製的「中學生自我調 整學習量表」中之認知分量表所改編而成 的「學習策略量表」。其中學習策略量表 分為七個策略，分別為複誦策略、精緻策 略、組織策略、計畫策略、監控策略、修 正策略、與評鑑策略，前三個屬認知策略
（共 18 題），後四個屬後設認知策略（共 24 題）。
此外，依據實驗教學期間教師上課涵 蓋的學科單元，參考參與學校選用自然科 教科書出版商的教師手冊、題庫光碟、學 習手冊與舊有試題內容，重新編寫自然科 成就測驗。在前導實驗後將進行難度、鑑 別度以及內部一致性的考驗，以建立成就 測驗的信度。
（五）資料分析
本研究資料採二因子共變數分析，考 驗不同知識表徵系統與控制組間對不同 性別學習者認知策略、後設認知策略及自 然科成就測驗的交互作用情形。進行統計 考驗時，若二因子交互作用達顯著水準，
本研究再進行單純主要效果考驗，若不同 知 識 表 徵 系 統 與 控 制 組 間 的 效 果 達 顯 著，再採用 Scheffe 事後多重比較法。考 量前導研究參與班級較少，各細隔樣本數 過小，各項統計考驗以.10 為顯著水準。
四. 結果
（一）（概念構圖、摘要）×性別在「複誦、
精緻化與組織策略」上之交互作用情形 表 1 為（概念構圖、摘要）×性別在
「複誦、精緻化與組織策略」之基本統計 量。利用二因子多變量共變數分析發現
（概念構圖、摘要）×性別之二因子並無 交互作用存在，WilksΛ=.99，F(3, 64)
=0.14，p＞.10，顯示概念構圖與摘要對 不同性別之學習者在「複誦、精緻化與組 織策略」並沒有交互作用存在。就主要效 果而言，概念構圖、摘要之主要效果未達 顯著水準，WilksΛ=.96，F(3, 64) =0.94，
p＞.10，顯示使用概念構圖、摘要策略之
學習者在「複誦、精緻化與組織策略」的 使用上未具有顯著差異。另一方面，性別 之主要效果達顯著水準，WilksΛ＝.89，
F(3, 64)=2.58，p＜.10，效果量η2＝.11，
顯示不同性別之學習者在「複誦、精緻化 與組織策略」的使用上具有顯著差異，然 以 90％同時信賴區間估計進行事後多重 比較發現，不同性別之學習者分別在複 誦、精緻化與組織策略上之調整後平均數 皆無顯著差異。
表 1（概念構圖、摘要）×性別在複誦、精緻化與 組織策略量表得分之基本統計量
（二）（概念構圖、摘要）×性別在「後設 認知策略」上之交互作用情形
表 2 為（概念構圖、摘要）×性別在「後 設認知策略」之基本統計量。二因子共變 數分析得知（概念構圖、摘要）與性別之 二因子並無交互作用存在，F（1, 68）
=0.12，p＞.10，即表示概念構圖、摘要 與性別在「後設認知策略」使用上沒有交 互作用存在。就主要效果而言，概念構 圖、摘要之主要學習效果在「後設認知策 略」使用上並未達到顯著性差異，F（1, 68）=1.05，p＞.10，不同性別之學習者 在「後設認知策略」使用上亦未達到顯著 性差異，F（1, 68）=0.02，p＞.10。
表 2（概念構圖、摘要）×性別在後設認知策略量 表得分之基本統計量
（三）（概念構圖、摘要）×性別在「學習 成就」上之交互作用情形 表 3 呈現（概念構圖、摘要）×性別 在「學習成就」之基本統計量。二因子共 變數分析結果得知（概念構圖、摘要）與 性別交互作用項的效果未達.10 的顯著水 準，F（1, 68）=0.12，p＞.10，顯示學習 者之概念構圖、摘要策略與性別在「學習 成就」 分數上沒有交互作用存在。就主 要效果之比較，概念構圖、摘要之主要效 果未達顯著水準，F（1, 68）=0.28，p
＞.10；另外，性別之主要效果亦未達顯 著水準，F（1, 68）=0.04，p＞.10，顯示 不同性別之學習者在「學習成就」表現上 未有顯著性差異。
表 3（概念構圖、摘要）×性別在學習成就得分之 基本統計量
五. 結論與建議
前導研究各項資料分析統計結果幾皆 未達顯著水準，除因樣本數過小外，根據 教室觀察、事後之深入訪談結合文件分 析，探討原因，提出以下之教學改進建議
事項，做為下年度計畫實施之基礎。
（一）摘要學習策略訓練教學的改進 過去的學者認為要成就一則流暢簡 潔之摘要，需先透過五個 W 一個 H 的方 法找出文章、教材內容中的重要觀念，然 後再依據摘要原則將所找出來的重要觀 念轉化成一則摘要（Hidi & Anderson, 1988/1989；Williams, 1988）。然而，根據 研究過程觀察所得發現，這樣一種策略訓 練的模式使學習者的認知負荷量呈現超 載的狀況，多數的學習者不但無法區分五 個 W 一個 H 之間的差異性，在轉成摘要 的過程中更感困難。此外，並非所有的教 學內容皆有五個 W 一個 H，因而導致學 習者在摘要寫作的歷程中似乎一直無法 擺脫捉衿見肘的困境。因此研究者根據之 前 的 教 學 經 驗 與 參 考 Cordero-Ponce
（2000）之教學方式，茲提出以下之教學 策略步驟，供教師進行摘要訓練教學時之 參考：
1.每當你閱讀完教材內容之後，問你自己 兩個問題：“這篇教材在說些什麼？”或
“作者在說些什麼？”然後，試著用一句 簡短、概括性的句子說出答案，確定你自 己已確實掌握住此教材內容的大要。
2.若不確定自己的答案時，再回過頭去重 新看一次教材內容，確定自己獲得正確的 訊息，也順便確定自己已真正瞭解教材內 容中的重要觀念。
3.當你每讀完教材內容中的一個區塊之 後，試著用自己的話說出這個區塊的重要 觀念，然後，用一些連接詞將每個區塊的 答案串結起來就成為一篇通順、完整的摘 要。
4.在完成摘要之後，必須重複檢核自己所 完成的摘要是否已包含了所有教材內容 之重要觀念，已剔除掉教材內容中不重要 的觀念；倘若仍有次要或不重要的觀點 時，則進行摘要內容之修正，直到摘要內 容和教材內容相適配為止。
（二）概念構圖評分方式的訓練教學 觀看學習者之學習單，發現部分學習 者為了獲取分數上的得分，因而在概念圖
中出現非重要概念間的相互連結情況，因 此，在施行概念構圖策略訓練教學時，在 評分上的向度上，教師需清楚直接地告知 學習者，唯有在概念間做正確且重要相關 的連結時才能獲得分數的積點。
（三）摘要評分方式訓練教學之改進 本 研 究 採 國 內 外 學 者 多 採 用 的 Garner（1982）所提出的摘要計算公式，
即以摘要內容之總字數為分母，摘要主要 觀念單位的數目為分子。研究過程發現，
大多數的學生在摘要寫作的過程中，回過 頭去點數其摘要內容總字數的次數相當 的頻繁，且在他們的學習單上發現，他們 將大部分的認知活動用來尋找可以減少 摘要總字數的形容詞，因而釀成摘要策略 無法有效提升學習者的學習成效。
有鑑於現有計分方法的缺失，參考 其他可能的摘要研究方法，提供以下修正 評分方式。其中（IU）代表摘要內容中 所包含的觀念單位數目，（TDIU）代表本 文密切相關的觀念單位數量，（INTR）代 表這觀念單位數目與本文無關的觀念單 位數量，（IMPIU/IU）代表摘要得分=摘 要內容中最重要觀念單位數目/摘要內容 中所有的觀念單位數目。
表 4 摘要評分表
六. 計畫效用自評
本研究根據當初擬定之計畫，針對研 究目的進行前導研究，完成所有預定之執 行項目（包括：收集與閱讀國內外有關概 念構圖與摘要不同學習策略教學策略運 用 以 及 其 對 學 習 成 效 影 響 的 實 證 性 研 究；教師手冊、測驗工具、學習單等研究 工具的撰寫工作；實驗實施者的訓練與演 練；前導研究的實施以及相關資料的收 集、分析）。根據資料分析結果，結合教 室觀察、事後訪談以及文件分析等質化資 料，擬定概念構圖以及摘要教學實施之修
改建議，以利第二年之研究進行，並有助 此類教學策略於國小情境之運用。第二年 除了繼續收集、彙整相關理論與實證基 礎，將依第一年之研究發現，進行實驗實 施程序的修正與正式實驗資料的收集、分 析與計劃論文之撰寫工作。
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