學習環教學對國小五年級學童認知學習之影響—以「聲音與樂器」單元為例

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(1)國立屏東教育大學數理教育研究所碩士論文 Graduate Institute of Mathematics and Science Education National Pingtung University of Education Master’s Thesis. 學習環教學對國小五年級學童認知學習之影響 —以「聲音與樂器」單元為例 Effects of Learning Cycle Teaching for Fifth Graders’ Cognitive Learning on "Sound and Musical Instruments". 指導教授：林曉雯博士 Advisor: Dr. Sheau-Wen Lin 研究生：丁群權 Student: Chun-Chuan Ting. 中. 華. 民. 國. 一. O. July, 2013. 二. 年. 七. 月.

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(3) 謝辭終於也熬到了要寫謝辭的時候，六年了！實在是一段不算短的時間，一本碩士論文寫了六年，實在是有點久，環顧當初一起入學的朋友，該畢業的都畢業了，該放棄的也早放棄了，只剩自己一個一直撐著，也算是有耐力吧！是自己不夠努力，也是因為自己愚魯，從一個教育的門外漢，一頭跳進科學教育的領域，才知道自己真的不足很多，還好在老師的建議下修讀了數理教育學程，才能稍微入得了教育界的大門，但是書永遠讀不完，一本本的論文也消化不完，所以讓自己的論文一直在原地繞圈圈，空轉了許久的時間，不過還好，這一切都將在這一刻終止了！最感謝、也最辛苦的還是曉雯老師，讓我這樣不斷地折騰了六年，老師總還是笑笑的鼓勵我要加油，讓我相信我還可以繼續下去，真的感謝曉雯老師的包容，還有靜如老師在這六年間不斷的給予我指導，並在我論文口試中提供了最多的指正，在此真心的感謝，還有所上的每一位老師，不管是在研究所的課程或是數理教育學程中，都讓我學習到很多，在此一併感謝，也感謝蘇明俊博士在百忙之中來給予我論文口試指導。當然最感謝的還是家人，妻子幸蓁一路在我因為研究所課程而很多事情不能做得完備的情形下，能夠補足我所遺漏的部份，兒子肇渝從我進研究所時他也進小學，到現在他也已經進國中了，日子過得很快，也讓我驚覺失去了很多陪他成長的機會，希望今後我們全家相聚的時間能多更多。終於結束了，有點開心，也有點難過，想想自己應該不會再有機會成為學生了，不過我想在屏東教育大學這六年的時間是沒有白費的，如果當初有機會再重選一次，我應該還是會選擇這個我一直不知道木瓜長在哪裡的木瓜園吧！. 丁群權. 謹誌.

(4) 學習環教學對提升國小五年級學童認知學習之影響 —以「聲音與樂器」單元為例. 摘要本研究以準實驗研究法，以高雄市某國小五年級兩個普通班級為對象，其中一班27人設定為實驗組，另一班26人設定為對照組，分別以「5E學習環教學法」與「傳統講述式教學法」教授國小自然與生活科技五下第四章「聲音與樂器」單元，透過「聲音學習成就測驗」分析實驗組27人與對照組26人在聲音成就方面的差異，同時在教學前後利用「語意流程圖析法」訪談實驗組及對照組各六位學童，將訪談資料繪製成「語意流程圖」，藉以分析樣本學童的認知結構及訊息處理模式，同時將樣本學童的敘述依「聲音單元主題概念編碼表」分類為各概念主題中未達理解目標概念和已達理解目標概念，並統計其概念數，用以分析樣本學童在各概念主題的概念完整性。研究結果發現兩種教學法在「聲音與樂器」單元對於兩組學童的測驗成績均有顯著的進步效果，但是兩者之間並沒有顯著的差異，在認知結構方面兩組個案學童的表現也是相近的，在訊息處理模式方面，兩組個案學童使用中、高階策略的比例都有增加，在使用高階策略方面對照組比例略高於實驗組，在概念完整性方面，兩組個案學童的概念完整性均有大幅的提升，但仍有很大的進步空間；整體而言，兩組個案學童的表現實驗組略高於對照組，但在低成就學童的表現方面，實驗組有明顯高於對照組的現象，「5E學習環教學法」對於低成就學童似有比較好的教學成效。. 關鍵詞：5E學習環、聲音概念、語意流程圖 I.

(5) Effects of Learning Cycle Teaching for Fifth Graders’ Cognitive Learning on "Sound and Musical Instruments". Abstract This study was conducted with a quasi-experimental research design. The subjects were from two regular fifth grade classes in Kaohsiung, Taiwan. 27 students in the first class were assigned to constructivist-oriented instruction (experimental) group, while 26 students in the second class were assigned to traditional instruction (control) group. The study used the “5E learning cycle” and “traditional expository teaching” methods respectively, to teach the fourth chapter, “Sound and Musical Instruments,” in Elementary Science and Life Technology offered in the second semester of the fifth grade. The “sound learning achievement test” was used to analyze the differences between the experimental group and the control group with respect to their achievement in sound. Before and after teaching, the researcher employed the “flow maps” method to interview six students in each group. The interview data were then plotted as “flow maps” to analyze the sample students’ cognitive structures and information processing models.. According to. the “sound unit themes codes table,” the students’ responses were classified as having achieved or not achieved understanding of the target concept. The study further calculated the value of the concept, which was used to analyze the students’ conceptual integrity in each theme of the concept. Research findings showed that the students’ test scores in both teaching methods in “Sound and Musical Instruments” section exhibited significant improvement, but no significant differences were found between the two groups. In the cognitive structure, the performances of the two groups were similar. In the information processing model, the ratio of two groups of students who applied middle and high level strategies also increased. However, the control group used slightly more high-level strategies than the experimental group. Both groups significantly improved in conceptual integrity, but there is still much room for improvement. In overall performance of the two groups, the experimental group. II.

(6) was slightly better than the control group, and in the performance of low-achieving students, the experimental group performed significantly better. In conclusion, for lower-achieving students, the “5E learning cycle” method can result in more effective teaching.. Key words: 5E learning cycle, sound concept, flow maps. Ⅲ.

(7) 目次中文摘要………………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要………………………………………………………………………………Ⅱ 目次……………………………………………………………………………………Ⅳ 圖次……………………………………………………………………………………Ⅵ 表次……………………………………………………………………………………Ⅶ. 第一章緒論……………………………………………………………………………1 第一節研究背景與動機……………………………………………………………1 第二節研究目的與待答問題………………………………………………………3 第三節名詞解釋……………………………………………………………………5 第四節研究範圍與限制……………………………………………………………6. 第二章文獻探討……………………………………………………………………8 第一節建構式主義與學習環教學法……………………………………………8 第二節認知結構…………………………………………………………………13 第三節語意流程圖析法…………………………………………………………16 第四節聲音概念…………………………………………………………………19. 第三章研究方法……………………………………………………………………26 第一節研究對象…………………………………………………………………26 第二節研究設計…………………………………………………………………29 第三節研究流程…………………………………………………………………35 第四節研究工具…………………………………………………………………38. 第四章研究結果與討論 …………………………………………………………58 第一節學生對於「聲音概念」的學習成效………………………………………58 第二節個案學童的認知結構……………………………………………………63 第三節個案學童的訊息處理策略………………………………………………73 第四節個案學生的概念完整性…………………………………………………80 Ⅳ.

(8) 第五章結論與建議………………………………………………………………107 第一節結論………………………………………………………………………107 第二節建議………………………………………………………………………110. 參考文獻……………………………………………………………………………113 一、中文部份………………………………………………………………………113 二、西文部份………………………………………………………………………116. 附錄附錄一 5E學習環教學法教學活動設計…………………………………………121 附錄二聲音學習成就測驗授權同意書…………………………………………129 附錄三聲音學習成就測驗（前測）………………………………………………130 附錄四聲音學習成就測驗（後測）………………………………………………132 附錄五樣本學童教學前後語意流程圖…………………………………………134. Ⅴ.

(9) 圖次圖2-1-1 BSCS的5E建構主義教學模式……………………………………………12 圖2-2-1 階層網路結構模式之知識階層結構圖…………………………………14 圖2-4-1 聲音概念模型圖…………………………………………………………19 圖3-2-1 教學計畫設計架構………………………………………………………30 圖3-3-1 研究流程圖………………………………………………………………37 圖3-4-1 教學前學生EM1語意流程圖初稿…………………………………………42 圖3-4-2 教學前學生EM1語意流程圖後設重聽後修正稿…………………………43 圖3-4-3 教學前學生EM1語意流程圖迴歸修正稿…………………………………45 圖3-4-4 教學前學生EM1語意流程圖訊息處理策略編碼稿………………………50 圖3-4-5 教學前學生EM1語意流程圖聲音主題概念編碼稿………………………55 圖4-4-1 實驗組樣本學童教學前後實際概念數統計圖…………………………82 圖4-4-2 對照組樣本學童教學前後實際概念數統計圖…………………………84 圖4-4-3 教學前實驗組各概念主題比例圖………………………………………86 圖4-4-4 教學後實驗組各概念主題比例圖………………………………………86 圖4-4-5 教學前對照組各概念主題比例圖………………………………………86 圖4-4-6 教學前對照組各概念主題比例圖………………………………………86 圖4-4-7 A.聲音的產生兩組學童實際概念數……………………………………88 圖4-4-8 B.噪音兩組學童實際概念數……………………………………………91 圖4-4-9 C.音色兩組學童實際概念數……………………………………………93 圖4-4-10 D.聲音的高低兩組學童實際概念數………………………………………96 圖4-4-11 E.聲音的大小兩組學童實際概念數………………………………………98 圖4-4-12 F.樂器兩組學童實際概念數………………………………………………101. Ⅵ.

(10) 表次表2-4-1 有關聲音的教材內容細目……………………………………………………21 表2-4-2 九年一貫自然與科技領域-聲音概念分段能力指標………………………22 表2-4-3 聲音概念命題敘述……………………………………………………………22 表3-1-1 實驗組與對照組班級學生五年級上學期自然科成績的t考驗摘要表……27 表3-2-1 實驗組（第一單元）與對照組（活動一）之教學課程流程設計與架構…31 表3-2-2 探究式5E學習環教學法和傳統課本講述式教學法之比較…………………33 表3-2-3 準實驗設計…………………………………………………………………33 表3-4-1 語意流程圖之教學前後主概念相似比例值與概念連結數相似比例值整理表…………………………………………………………………………46 表3-4-2 語意流程圖之教學前後訊息處理策略分析相似比例值整理表……………51 表3-4-3 聲音單元主題及概念命題敘述編碼表………………………………………53 表3-4-4 語意流程圖之教學前後未達理解與已達理解目標概念數相似比例值整理表…………………………………………………………………………56 表4-1-1 實驗組聲音成就測驗成績統計分析………………………………………59 表4-1-2 實驗組聲音成就測驗前後測相依樣本t 檢定分析…………………………59 表4-1-3 對照組聲音成就測驗成績統計分析…………………………………………59 表4-1-4 對照組聲音成就測驗前後測相依樣本t 檢定分析…………………………59 表4-1-5 實驗組與對照組聲音成就測驗前測同質性分析……………………………60 表4-1-6 實驗組與對照組聲音成就測驗後測共變數分析……………………………60 表4-1-7 實驗組與對照組聲音成就測驗前後測相依樣本t檢定分析………………61 表4-1-8 實驗組與對照組聲音成就測驗各單元主題後測共變數分析………………62 表4-2-1 實驗組樣本學生「語意流程圖量化資料」敘述性統計資料整理表………64 表4-2-2 對照組樣本學生「語意流程圖量化資料」敘述性統計資料整理表………67 表4-2-3 兩組樣本學生教學後「語意流程圖量化資料」敘述性統計資料表………70 表4-3-1 實驗組樣本學生教學前後「訊息處理策略量化資料」敘述性統計表…73 表4-3-2 對照組樣本學生教學前後「訊息處理策略量化資料」敘述性統計表…75 表4-3-3 兩組樣本學生教學後「訊息處理策略量化資料」變化量統計資料表…78 表4-4-1 實驗組樣本學童實際概念數統計資料表…………………………………81 表4-4-2 對照組樣本學童實際概念數統計資料表…………………………………83 Ⅶ.

(11) 表4-4-3 兩組樣本學童各概念主題實際概念數總數及所佔比例統計資料表………85 表4-4-4 A.聲音的產生概念主題概念分類表………………………………………87 表4-4-5 兩組樣本學童教學前後在「A.聲音的產生」未達與已達理解目標概念數統計表………………………………………………………………………87 表4-4-6 B.噪音概念主題概念分類表………………………………………………89 表4-4-7 兩組樣本學童教學前後在「B.噪音」未達與已達理解目標概念數統計表…………………………………………………………………………90 表4-4-8 C.音色概念主題概念分類表………………………………………………92 表4-4-9 兩組樣本學童教學前後在「C.音色」未達與已達理解目標概念數統計表…………………………………………………………………………92 表4-4-10 D.聲音的高低概念主題概念分類表……………………………………94 表4-4-11 兩組樣本學童教學前後在「D.聲音的高低」未達與已達理解目標概念數統計表………………………………………………………………94 表4-4-12 E.聲音的大小概念主題概念分類表………………………………………97 表4-4-13 兩組樣本學童教學前後在「E.聲音的大小」未達與已達理解目標概念數統計表………………………………………………………………97 表4-4-14 F.樂器概念主題概念分類表………………………………………………99 表4-4-15 兩組樣本學童教學前後在「F.樂器」未達與已達理解目標概念數統計表………………………………………………………………99 表4-4-16 兩組樣本學童教學前未達理解目標概念和已達理解目標概念涵蓋表…103 表4-4-17 兩組樣本學童教學前已達理解目標概念涵蓋比例表……………………103 表4-4-18 兩組樣本學童教學後未達理解目標概念和已達理解目標概念涵蓋表………………………………………………………………………104 表4-4-19 兩組樣本學童教學後已達理解目標概念涵蓋比例表……………………104. Ⅷ.

(12) 第一章緒論第一節研究背景與動機從伽利略以降，以實驗驗證知識的正確性及為獲得知識途徑之趨勢已為科學界甚或其他領域之認同，也因此也助長了「實證主義」（positivism）和「邏輯實證主義」（logical positivism）所主張以自然科學的實驗方法為人類知識的唯一驗證標準的看法，知識主要存在於學習者所欲學習的「客體」，學習者獲得知識的途徑是由外而內，從被學習的「客體」移轉到學習者的「主體」，然而在皮亞傑、維高斯基等人對於人類學習心理學方面的研究（von Glaserfeld, 1996; Fosont及Perry, 1996），引起了學界與教育界對於學習認知的重視之後，對於知識獲得的途徑，逐漸認為是由內而外，知識是發展於學習者的「主體」之內，再向外擴展及於被學習的「客體」，知識是由學習者在受到外在刺激之後，逐漸由學習者逐漸建構而成，因此近三十年在全球興起了一股建構主義的風潮，知識論的重心不再是客觀的、普遍的、真實的、確定的學習「客體」，而是將重心放在認知的「主體」— 人，強調主體在認知過程的主動建構性作用，而不刻意探討知識內容的客觀性問題，可以說是一種「主體」的知識論，或「人本」的知識論。「實證主義」（positivism）和「邏輯實證主義」（logical positivism）等因自然科學的實驗方法而起，而建構主義興起後卻也吹向科學界，尤以科學教育界在經過建構主義的衝擊與洗禮後，各種奠基於建構主義的教學理論應運而起，而在各種理論當中，又以建構式教學理論最廣為科學教育界所認同，教師在教學過程中引導學生探究問題的成因、問題的本質、解決問題的方法、實際探索答案等等的過程，可以協助學童依循如維高斯基（Vygotsky ，1962)的鷹架理論，逐漸在學童的本體中建構出知識的本體，而非由傳統講述式教學法將知識灌輸給學童的方式，而為符合建構式教學理論，又發展出了多種不同的教學法，例如 POE(預測-觀察-解釋)教學法、五E學習環教學法、問題解決的教學模式、科學-科技-社會課程的教學模式（林曉雯，2007）等等。台灣在民國八O年代引進建構主義之後，便在學界與教育界引起一陣風潮，尤 1.

(13) 以數學教育及科學教育更是積極地推動，然而在未能廣泛溝通及完善規劃的前提之下，貿然推行的結果，建構式數學首當其衝，成為政策的犧牲品，也因此建構主義在台灣教育界蒙上了一層陰影，讓第一線的教師普遍認為建構式主義的教學法，並不會帶給學童更好的學習效益，研究者長期觀察國小科學教育的第一線現場，發現在國小自然科學教育領域中也是普遍存有這樣的現象，而國小自然科學教育的教材雖然盡力想引入建構式教學的理論，但仍僅止於簡單問答的編排，離建構式教學理論的理想境界仍有一大段的距離，研究者認為要改善這樣的窘境，別無他法，就是不斷地增加教學的實證研究，證明建構式教學理論運用在自然科學教育確實可以增進學童的學習成效，再則是由各研究者提出更多符合建構式教學理論的教案，讓第一線的現場教師能有參考之依據，如此推廣符合建構主義的科學教育方法才能事半功倍，所以綜合以上的原因，研究者依據建構式教學理論，以5E學習環的教學法規範，針對國小五年級學童對於某一個單元的概念學習，設計符合建構式教學精神的學習教案，透過準實驗研究的實證研究，期望能再次證明符合建構式教學理論的教學法，確實能為自然科學教育帶來新的曙光。說話對於一個正常人似乎是再平凡不過的一件事，所以對於一般兒童，因說話所產生的聲音，從小就不絕於耳，而在從小耳濡目染中，國小兒童對於聲音卻往往存在著許多的迷思概念（余世裕，2002），研究者長期在高雄市國小資優班擔任科學實驗外聘教師，曾在一次非正式的研究中，發現縱使是高年級資優班的學童，在經過學校的聲音單元課程的學習後，在聲音概念部分，仍存有相當多的迷思概念，同時也發現在經過研究者設計的實驗課程教學後，不同的測驗方式，會得到不同的結果，也就是說學童在對於紙筆測驗及訪談中，所回答的答案是不相同的，因此研究者想要研究學童在經過建構式學習理論設計的教學課程後，對於聲音概念較為真實的認知結構以及概念改變的情形，以及和傳統試教學課程的學習成效是否有所差異，此為本研究的研究目的之一。研究者分析國內的聲音概念相關研究，大都是以測驗成就或二階段測驗作為教學成效的評量依據，雖可得知學童在教學後所能記憶的成果，但卻無法清楚瞭解學童的概念移轉改變的情形，基於認知心理學中主張學習者的概念是儲存在於. 2.

(14) 「認知結構」中，因此研究者想要透過「語意流程圖析法」（flow map method）及概念分類表的歸納統計，瞭解建構主義式科學學習對於學習者認知結構之影響，這是本研究的研究目的之二。就研究設計方面，研究者希望藉此研究提供一套可供參考的模式，包含可運用於第一線自然科課堂上的教學模組的設計方法，以及後續的多元評量方式，因此選定五年級下學期自然科課程中的「聲音與樂器」單元為此次研究主題，希望透過一個完整的教學模組設計，以及在教學前如何收集學童的先備知識狀況，在教學後能確實分析學童的學習成效的方法，提供給國小在第一線從事科學教育的自然科教師，一個參考的依循模式。. 第二節研究目的與待答問題一、研究目的本研究為探討經由「5E學習環教學法」與「傳統講述式教學法」，對於國小五年級學童在「聲音與樂器」單元的概念，學習成效的影響，同時利用語意流程圖及概念分類表分析樣本學童概念改變的結果，因此訂定本研究之研究問題： (一) 學童在接受兩種不同教學法的教學前後，其「聲音概念」的學習成效是否有顯著差異？ 1-1 學童在接受5E學習環教學前後其「聲音概念」的學習成效是否有顯著差異？ 1-2 學童在接受傳統講述式教學前後其「聲音概念」的學習成效是否有顯著差異？ 1-3 學童在接受兩種教學前後其「聲音概念」的學習成效是否有顯著差異？. (二) 國小五年級個案學生在接受兩種不同教學法的教學後，對聲音單元的認知結構三個向度中的「概念廣度」、「正確性」與「整合性」的改變分別為何？ 2-1 國小五年級個案學生（實驗組）經過「5E學習環教學法」的科學學習活 3.

(15) 動後，對「聲音與樂器」單元的認知結構為何？ 2-2 國小五年級個案學生（對照組）經過「傳統講述式教學法」的科學學習活動後，對「聲音與樂器」單元的認知結構為何？ 2-3 國小五年級個案學生經過兩種教學法在教學前後對「聲音與樂器」單元的認知結構的差異為何？. (三) 經過兩種不同教學法的科學學習活動後，國小五年級個案學生對「聲音與樂器」單元的訊息處理策略的改變為何？ 3-1 經過「5E學習環教學法」的科學學習活動後，國小五年級個案學生（實驗組）對「聲音與樂器」單元的訊息處理策略的改變為何？ 3-2 經過「傳統講述式教學法」的科學學習活動後，國小五年級個案學生（對照組）對「聲音與樂器」單元的訊息處理策略的改變為何？ 3-3 經過兩種不同教學法在教學前後的國小五年級個案學生對「聲音與樂器」單元的訊息處理策略的差異為何？. (四) 經過兩種不同教學法的科學學習活動後，國小五年級個案學生對「聲音與樂器」概念的完整性為何？ 4-1 經過「5E學習環教學法」的科學學習活動後，國小五年級個案學生（實驗組）對「聲音與樂器」概念的完整性為何？ 4-2 經過「傳統講述式教學法」的科學學習活動後，國小五年級個案學生（對照組）對「聲音與樂器」概念的完整性為何？ 4-3 經過兩種不同教學法在教學前後的國小五年級個案學生對「聲音與樂器」概念完整性的差異為何？. 4.

(16) 第三節名詞解釋一、建構式主義教學法指基於建構式主義延伸而出，較「傳統講述式教學法」更具有探索及思考的教學模式，在本研究中是指「5E學習環教學法」，依BSCS的5E建構主義教學模式 (Bybee & Landes,1988)設計「聲音與樂器」課程單元教案並實施。二、傳統講述式教學法指依據國小五年級下學期自然生活與科技課本教材，依照教學指引之教學方法對課本內容進行教學，主要是以簡單問答的方式進行，以完成學習作業本為主要教學重點，沒有情境導入、也沒有授課老師引導學童探究等活動。三、聲音概念本研究依據康軒版自然生活與科技第十冊第四章「聲音與樂器」單元課程綱要，所歸納出之單元教學概念重點，包含「聲音的產生」、「噪音」、「聲音的音色」、「聲音的高低音」、「聲音的大小聲」、「樂器的聲音」等。四、認知結構本研究所謂認知結構是指學習者儲存其所學習到的概念與學習時訊息處理發生的地方，是位於學習者大腦中的一假想結構。本研究是指學習者在經過學習後，以語意流程圖所表徵的結果，包含認知結構三個向度中的「概念廣度」、「正確性」與「整合性」之結果，以及訊息處理策略之呈現。五、語意流程圖析法（flow map method）：指依Anderson & Demetrius (1993)所提出之概念分析方法，將受訪者所敘述的內容，依其敘述的順序轉換成語意流程圖，以分析其認知結構成果的方法。. 5.

(17) 第四節研究範圍與限制本小節主要說明研究範圍及研究限制，分別依研究場域、研究對象、研究時間、教學內容做簡要的說明：一、. 研究範圍. (一) 研究場域：本研究以高雄市某一所國小五年級自然科教室為研究場域。 (二) 研究對象：本研究以高雄市某一所國小五年級兩班學生為研究對象。 (三) 教學單元：本研究以康軒版自然與生活科技五下第四章「聲音與樂器」為教學單元。 (四) 研究工具：本研究以林木村(2009)所發展之「聲音概念成就測驗」作為收集學生概念工具之一，同時利用「語意流程圖析法」及「後設重聽法」的訪談方式收集學生陳述之概念，並藉以繪製「語意流程圖」，用以分析學童的認知概念，同時將學童陳述之概念依概念分類表分類統計，用以監測學生之概念遷移的情形。. 二、. 研究限制. (一) 研究對象：本研究以高雄市一所國小五年級兩班學生為研究對象，礙於人力、物力之限制，故研究結果之推論有其限制性。 (二) 研究主題：本研究僅以「聲音與樂器」單元為研究主題，並以「聲音的產生」、「噪音」、「聲音的音色」、「聲音的高低音」、「聲音的大小聲」、「樂器的聲音」為範圍，因各個單元主題均有其獨特性，故推論至其他單元時的仍有其限制性。 (三) 教學人員：礙於研究者非學校之正式教師，不宜取代學校正式教師而代理上課，也為了避免「強亨利效應」（John Henry effect）之發生，因協同研究教師為自然專科教師，同時也具有科學教育碩士之學位，故考量利弊之後決定由協同教師同時擔任實驗組及對照組之教學工作，雖此選擇可以避免不同教師的教學風格所產生的研究誤差，但仍有可能會因教學者對於兩組教學成效的預期心理而產生研究誤差。 6.

(18) (四) 研究結果：由於目前尚無可以完全表徵認知結構的方法，同時利用訪談方式獲得樣本學童的認知概念及結構，對於口語表達能力較弱或是因為與研究者的生疏關係而害羞不願回答的學童則較為不利，但依此方法所得到研究成果仍具有實徵效果，故仍可以提供其他研究者做為參考。. 7.

(19) 第二章文獻探討本研究以「5E學習環教學法」與「傳統講述式教學法」，對於國小五年級學童對於聲音的認知結構及概念的分佈情形，主要研究工具以「聲音學習成就測驗」及「語意流程圖」，用以收集並從分析國小五年級學童對於聲音單元的概念是否有所不同，因此文獻探討分為四節介紹：第一節探討建構式主義與學習環教學法，第二節探討認知結構；第三節探討語意流程圖析法；第四節探討聲音概念。. 第一節建構式主義與學習環教學法 1970 年代以來，科學哲學觀的興起，使得建構主義對科學教育研究產生重大影響，並在科學教育界廣受肯定，更逐漸形成科學教育改革的一股新力量（郭重吉，1996；Staver,1998）。建構主義知識論廣泛的被科學教育學者作為研究理論基礎，對於科學知識的建構、學生學習的動機、教師教學上的角色等都受到了衝擊。. 一、建構式主義理論基礎在知識發展的過程中，傳統上分為經驗論與理性論二大學派，經驗論主張知識是由感官經驗得來的，理性論則認為知識是經由理性思考得來的，雖然如此，這二大學派均認為知識是一種客觀實體（reality），而且外在的世界和人類的心智是各自分離且獨立的。現今受到後實證哲學的影響，則強調知識的構成與發展必須從主體與客體的交互作用，才能得到宏觀的認識；此種主體與客體交互作用的知識發展觀，應用到科學教育，即是所謂的建構論（洪振方，1994）。早期的行為學派心理學強調感官經驗的重要，主張「刺激─反應」的學習，認為知識是被動地灌輸，近年來，認知心理學學者認為知識並非被動地接受，而是由具有認知能力的個體所主動建構出來的。皮亞傑（Piaget）在生物的生長和發展的研究過程中發現，生物不斷地利用同化（assimilation）和調適. 8.

(20) （accommodation）作用，進行組織個體環境和適應外在環境（江新合，1991）。同化是改變外在刺激使納入認知結構，調適則是改變認知結構本身以順應外界的刺激。當外來的刺激無法被內在的認知結構所理解時，認知將會失去平衡狀態，此時個體將會以同化或調適的形式，使其達到另一個認知平衡狀態（張春興， 1989）。學生對科學的學習，會以原有的概念結構作為基礎，不斷的將新經驗和知識同化到原有的架構之中，或者是放棄以前舊的概念結構，以順應新的經驗與知識，這也就是所謂的概念改變。建構主義學者認為學生在學習新知識時，扮演主動建構的角色，並強調學生先存概念或知識（prior concepts or knowledge）的重要，主張學習是學生將新知識與先存概念的統整，而非由教師將知識傳授與學生，因此，教師為協助學生進行主動有效的學習，應設計適當的情境，以提供學生建構其個人對於自然事物或現象合理有效的解釋（郭重吉，1996；Appleton, 1993）。 Ausubel指出影響學生學習的首要因素是其先備知識(Ausubel,1968)。先備知識的多寡是影響學習者學習什麼與如何進行學習的重要元素；先備知識豐富的學習者會習慣傾向運用比較有深度而且較有意義的學習策略來學習，在學習之後，他會獲得比較良好的學後知識（post knowledge），結構上也較紮實完整；相對地，先備知識缺乏的學習者，則傾向使用較不具深度的策略來學習，在學習之後，所獲得的事後知識較不完善，結構上較不完整（余民寧，1997）。建構主義對科學的教與學的啟示是：學生要主動建構個人的科學知識，科學知識的建構深深地被先存的知識所影響，因此建構主義主張的科學學習是學生先存知識的一種改變，這種改變可能是取代、補充或修正現存的知識（Appleton,1993）；至於教的部分，則強調以學生的學習為主體，而老師則以製造學習環境和引導學生學習為主，並強調學生的認知同化及調適作用的交替使用（江新合，1993）。. 9.

(21) 二、建構主義取向的學習環依上述建構主義教學的一些主張，學者(王美芬、熊召弟，1995)建議可採取許多不同的教學模式進行建構主義取向的教學，例如學習環的教學模式、問題解決的教學模式、科學-科技-社會課程的教學模式、概念改變與類比教學模式等，基於結構化、易實施、已有許多實徵研究具有顯著成效等理由（Abraham，1997），本研究認為學習環教學模式較適合在小學自然科教室中施行，因此就學習環教學模式再做進一步探討。 1960年代美國的小學自然課程（SCIS）使用學習環的教學模式，並將學習環分為三階段：探索（exploration）-- 名詞引介（term introduction）-- 概念應用（concept application），Lawson等（1989）則提出了描述型、經驗誘導型、假設演繹型等三種型態（引自王美芬、熊召弟，1995）（一）描述型學習環教學模式（descriptive learning cycle）描述型學習環的重心放在師生間描述其所觀察到的現象，但不企圖加以解釋原因，學生只回答What，而不是Why。（二）經驗誘導型學習環教學模式（empirical-abductive learning cycle）用此教學模式，是要學生用已學得部分相關的概念，來學習新的概念，學生不但要發現與描繪所探究出來的規則，更需要進一步提出造成此規則可能之因素。（三）假設演繹型學習環教學模式（hypothetical-deductive learning cycle）學生在開始因果的問題中，必須產生假說，並藉由演繹預測的結果作實驗考驗之，經實驗結果導致某些假說被推翻，某些假說被保留，而學生在此過程中所獲知的概念及推理模式，將會在新的情境中再被應用。綜合上述三種由Lawson等（1989）則提出的三種型態教學模式，從字面上的意義看是很類近，但是學生所需具備的能力卻有所不同，在描述型學習環中，學生需以分類、排序等技能來收集資料，所得的知識屬於敘述性科學範圍，經驗誘導型學習環除需具備前述能力外，更進一步需具備產生問題與提出假說的技巧，. 10.

(22) 假設演繹型學習環則需更高層次的推理、演繹及驗證假說的能力，所以對於學生的創造力與思考能力有很大的幫助（王美芬、熊召弟，1995) 1980 年代由美國生物科學課程研究機構BSCS（Biological Science Curriculum Study）發展了一套符合建構主義理論特性的教學模式，一般稱為BSCS 的5E建構主義教學模式(Bybee & Landes,1988)，依序包括了以下五個階段，循環模式如圖2-1-1： 1.投入(E1) (engagement)：以活動或問題引起學生參與學習，以幫助學生連結所知和能做的事，澄清先備知識。 2.探索(E2) (exploration)：學生從動手操作活動來發展概念，並在老師的引導下澄清主要的概念和技能。 3.解釋(E3) (explanation)：學生解釋他們所學習的概念和學習的過程，教師澄清學生的瞭解和介紹新概念與知識。 4.精緻化(E4) (elaboration)：對於學生的概念瞭解上給予挑戰與激發，促進學生應用所學的概念，建構自己概念的瞭解，擴展知識和技能。 5.評量(E5) (evaluation)：學生自評他們的知識、概念和能力，並提供教師評量學生的達到教育目標的進展狀況的機會。. 11.

(23) 圖2-1-1 BSCS的5E建構主義教學模式(修改自Bybee & Landes,1988). 5E學習環教學模式，在進行投入、探索、解釋、精緻化後過程四個階段後，也可以依需求再次重複進行探索、解釋、精緻化過程等步驟，或評量後再次循環、探索、解釋、精緻化過程等階段，以達成教學目的，5E 學習環教學模式的特色是提供令學生困惑的學習情境，使學生能依其心理認知能力出發，澄清先存知識，以活動引起學生學習興趣，讓學生經由動手做，以社會建構方式合作活動來探討激發思考相關的問題，然後讓學生以自己的話來澄清及建構、解釋所學習的概念，此時教師引進新名詞或做概念的澄清，然後讓學生以新習得的概念應用於不同的情境或擴展知識，而教師能以各種不同的評量方式來評鑑學生知識的進展或迷思概念的破除，達到改變學生概念的目的。. 三、小結本小節探討建構主義的理論基礎以及建構主義取向的學習環教學模式的一些主張，在分析教學成效及實施之可行性，研究者認為採取「5E學習環教學法」作為「聲音與樂器」單元的教學活動設計之依據，會是比較沒有施行上阻礙，同時較不會造成授課教師備課上困擾的教學法，因此本研究將採用「5E學習環教學法」作為實施在實驗組學童之教學法。 12.

(24) 第二節認知結構一、認知結構之理論基礎建構主義強調先備知識在學習時的重要性，因此學習者的已有知識架構會影響學習者的後續學習，我們把儲存在學習者腦中的知識架構稱為「認知結構」（cognitive structure）（吳穎沺，2003）。「認知結構」是一個假想的結構，用以表徵學習者的長期記憶區（long-term memory）中概念與概念之間的關係（Shavelson, 1974）。人類腦中的知識結構無法直接窺視，因此只能根據呈現在外的行為形式，即表徵（representation）方式（余民寧，1997）。在心理學「表徵」一詞有二種意思，一是被視為認知活動的產物，二是被一種以概念代替實物的歷程（張春興， 1989）。「知識表徵」（knowledge representation）的定義，就是指外在的知識結構存在於人類心裡的內在表徵方式，意即人類對知識的記憶或貯存型式（余民寧，1997），即透過內在表徵的形式來處理訊息。認知心理學家在研究概念形成和思考運作時，常探討著「認知結構的內在表徵」。因此，若能由學生在學科的表徵上著手，將有助於了解學生是如何組織知識，以及在學生的認知結構裡概念與概念之間的關係為何？研究者就可利用不同的表徵系統理論，來解釋知識結構的組織、統整與儲存。人類對知識結構早期的看法，是由 Collins 及 Quillian(1969)等人提出的階層網路結構模式(hierarchical network structure model)，在人類的記憶系統中，是由許多基本概念的節點（node），以及節點和節點間用以某種符號連結而成的語意網路（圖 2-2-1）（余民寧，1997）。. 13.

(25) 圖 2-2-1 階層網路結構模式之知識階層結構圖（引自余民寧，1997，p.26）. 而在之後由Anderson 及 Bower（1973）提出了「人類聯結記憶」和Anderson （1983）的「思考調控模式」等理論模式，改進了Collins 及 Quillian(1969)等人提出的基本網路模式概念，但是仍然脫離不了由節點、節點與節點間的聯結關係、節點的階層性分佈，及命題形式所形成的網路關係的共同網路模式架構（余民寧，1997）。. 二、認知結構之評量在長期記憶系統上，知識是以節點和節點的網路關係來貯存和表徵的，並不是以單獨的節點分開而彼此之間沒有關連性。而且概念只是知識的基本單位，卻不是知識的全部，人類知識是由許多有意義的命題為單位，而組成的語意網路。認知結構在教育的應用上，常是以各種不同的測量方法提取受試者的認知結構，並加以評分、比較、討論以了解受試者對領域知識的了解程度，亦即其學習成就。 Koubek 和Mountjoy 將測量方法分為晤談法(interview method)、分類法 (sorting method)、圖解法(mapping method)與量尺法(scaling method)四種（Koubek ＆ Mountjoy,1991），每種方法都有其特色與限制，有的偏主觀，像是晤談法，其好處在於可以深入了解受試者的認知結構，但其缺點在於評量方式較為主觀；卡片分類法則是快速簡單，容易施測，限制卻在於無法表現團體之平均 14.

(26) 的認知結構，而評分方法也依賴主觀認定；圖解法的特色是經過訓練以幫助受試者了解構圖技巧，並利用評分系統將受試者的認知結構以量化的方式呈現，限制同樣為評分原則過於主觀；而量尺法則以統計及客觀的方法對認知結構加以評量，可產生圖解以及其分數，但其限制是在統計分數接近時常無法實際了解其意義（江淑卿、郭生玉,1997）。而余民寧對於評量方法的研究上也有類似的主張，他認為一種理想的評量方法，至少應該能夠表徵出：(1)某個主題結構的各種組成概念；(2)聯結各個概念間的關係；(3)聯結關係的適當性與正確性（余民寧，1997）；而測量知識的方法主要有三項特性：(1)所測量的知識結構是靜態的。(2)所測量的知識結構屬於陳述性知識，對於程序性知識的測量較為有限。(3)不同的測量方法僅測量部分複雜的認知表徵，且各有適合的領域（Royer,Cisero ＆ Carlo,1993）。. 三、小結綜合上述文獻探討，可以得知要完全一窺學童學習過程的認知結構及改變，是非常的不容易，因為認知結構就如同是「馬賽克」（mosaics）一般（Head & Sutton,1985），利用單一種測量方式並不能獲得學童真實的認知結構，所以本研究將採用更多元的測量方式，包括學習成就測驗試題、語意流程訪談，以及訪談資料以認知結構、訊息處理策略、概念主題分類等來多元分析，以求能更貼近真實，描繪出學習者在學習前後的概念改變及認知結構的差異。. 15.

(27) 第三節語意流程圖析法一、語意流程圖相對於一般所熟知的紙筆測驗、隨意字義聯想法、概念圖、樹狀圖等，根據 Anderson 及 Demetrius (1993)所提出的「語意流程圖」（flow- map）是一種比較新的認知結構的分析方法（Anderson & Demetrius,1993; Bischoff & Anderson,1998,2001; Tsai & Huang,2001），這個方法是研究者以不具引導性的問題對於受訪者進行訪談，訪談中利用錄音設備將受訪者利用口述的方式，對於原先的概念或學習到的內容的說明予以錄音，在給予受訪者充分的時間闡述自己所認知的概念後，研究者再將受訪者在錄音訪談時所呈現的內容依照其順序轉錄成流程圖，以分析受訪者的認知結構。而為求得到更完整的受訪者認知結構的訊息，可以搭配利用「後設重聽法」（meta-listening technique）( Tsai,2001b），在受訪者第一次完整說明所能陳述的概念及內容後，將說明過程中所做的錄音內容，用播音設備播放讓受訪者重聽，在受訪者聆聽的過程中所修正或補充的內容，同樣予以錄音記錄，後設重聽法除了讓學生有更多的時間進行記憶換取，而且能夠讓學生增加或修改先前所描述的內容，讓研究者能夠更完整地瞭解學生的認知結構(Tsai,1998a)，可以更清楚地描繪出受訪者真正的認知結構。. 二、認知結構向度認知結構向度是用以分析認知結構的一個必要依循方向，Tsai及Huang (2002) 提出了五個向度來分析「認知結構」，這五個向度如下（引自吳穎沺，2003）：（一）「概念廣度」（extent）：「概念廣度」代表的是「認知結構」中概念的數量多寡，如果存放在「認知結構」中的概念越多，則代表學習者能夠喚取得概念就越多，但此向度統計並不包含錯誤概念。（二）「正確性」（correctness）：「正確性」代表的是學習者「認知結構」中的概念是否和一般正式科學的概念相符，透過這個向度可以瞭解學習者的「認知結構」中是否有「迷思概念」。 16.

(28) （三）「整合性」（integration）：「整合性」所代表的是學習者「認知結構」中概念與概念間的連結情形。概念若是能有組織地存放在「認知結構」中，學習者就可以有系統的提取所需要的概念，就如同一個組織良好的資料庫，可以讓使用者最有效率地找到所需要的資訊。（四）「可得性」（availability）：「可得性」代表的是「認知結構」中的訊息提取率，以單位時間內「認知結構」中活化或提取的概念數量來表示。（五）「訊息處理策略」（information processing strategies）：學習者的「認知結構」中的訊息處理是動態而非靜態的，透過分析學習者的「訊息處理策略」，可以得到學習者訊息處理的運作情形。 Tsai 及 Huang (2002)分析「認知結構」的五個向度可以涵蓋「認知結構」的三個重要組成：「知識內容」、「知識組織方式」、「訊息處理策略」，同時透過語意流程圖析法，可以將概念數與連結數量化，而可以得到「認知結構」的前四個向度資料，而考量在「可得性」向度中，訪談計時的可行性，因此本研究採用Tsai 及 Huang (2002)的五個向度分類中的「概念廣度」、「正確性」、「整合性」、「訊息處理策略」方式作為「認知結構」分析的依據。. 三、訊息處理策略早期的表徵方式都只是以質化方式表徵認知結構，收集所得到的資料只能描述認知結構，無法進一步加以分析比較，而較晚提出的「概念圖」和「語意流程圖析法」都可以將圖像表徵轉化成量化資料加以比較。而「語意流程圖析法」更可以對受訪者的陳述進行內容分析，以瞭解受訪者的訊息處理策略（吳穎沺， 2003）。 Tsai (1999b)以「內容分析法」分析受訪者的錄音訪談內容，他從「內容」（content）和「邏輯」（logical）這兩個向度分析受訪者所陳述的概念。其中「內容」這個向度是指受訪者對於所陳述概念的描述模式（description mode），由高階到低階依序可分為四個模式：「詳細說明」（specifics）、「關連」（relations）、「轉移」（transformations）、「一般化」（generalizations）；而「邏輯」這個向度是指受訪者在陳述概念時發生的「認知推理」（cognitive 17.

(29) reasoning）模式，由高階到低階依序可分為五個訊息處理策略：「定義」（defining）、「描述」（describing）、「比較或對比」（comparing or contrasting）、「推理」（conditional inferring）、「因果解釋」（explaining）。 Tsai (1999b)所提出的概念的「邏輯」分類方式正可以用以分析學習者的「訊息處理策略」，以下簡單介紹這五種策略所代表的意義（引自吳穎沺，2003）：（一）「定義」:對概念或科學術語提出定義。（二）「描述」：描述現象或事物的特徵。（三）「比較或對比」：透過共同的性質將不同的幾個事件連結起來。（四）「推理」：描述在某一特定情境下會產生的現象。（五）「因果解釋」：對兩件事情的因果關係提出辯證（justify）。. 四、小結透過語意流程圖析法，可以得知受訪者的概念數及連結數等量化資料，依據 Tsai 及 Huang (2002)提出的五個「認知結構」向度，扣除因計時因素而排除的「可得性」外，可得到「概念廣度」、「正確性」、「整合性」等三個向度的資料，再依據Tsai (1999b)的「內容分析法」，將語意流程圖中所得之受訪者概念，依照Tsai (1999b)所提出的概念的「邏輯」分類方式，即可以用以分析學習者的「訊息處理策略」，而得到第四個向度，如此即可更清楚地分析受訪者的認知結構。. 18.

(30) 第四節聲音概念一、聲音概念而針對國小學童聲音概念之研究，國內有程智慧(1994)、李美宜(1995) 以及張靜儀、余世裕（2002）、蘇幼良（2002）、黃佩萱（2004）、邱雪媚（2005）與盧珍瑩（2006）等學者探討國小學童聲音相關概念。程智慧(1994)研究發現兒童可接受的聲音概念模型圖如下：. 圖 2-4-1 聲音概念模型圖. 對學生而言，雖然日常生活中到處都聽得到聲音，但聲音概念其實相當抽象，並不容易瞭解，而學生以日常生活經驗及所見事實的直覺方式去學習聲音概念，常會產生許多迷思概念，以下僅針對國小學童聲音迷思概念加以說明。. 19.

(31) (一). 低年級學童聲音迷思概念. 綜合程智慧（1994）、蘇幼良（2002）、邱雪媚（2005）與盧珍瑩（2006）等人對國小低年級學童聲音迷思概念的研究結果，發現國小低年級學童所具有的聲音迷思概念主要有：（1）不易察覺聲音與振動有關：低年級學童很少認為聲音的產生與振動有關，因為有些發聲物體的振動很難被清楚看見，觀察不易（程智慧，1994；蘇幼良， 2002）。（2）聲音不需要透過介質傳播：因為空氣看不見、摸不到，所以低年級學童大多數都認為聲音的傳播不需要介質（蘇幼良，2002）。（3）聲音的傳播介質只有空氣：部分知道空氣可以傳遞聲音的學童，卻不認為水、木頭或其他物質也可以傳遞聲音（蘇幼良，2002）。. (二). 中高年級學童聲音迷思概念. 綜合程智慧（1994）、李美宜（1995）、張靜儀與余世裕（2002）與黃佩萱（2004）、范承英（2007)等人對國小中高年級聲音迷思概念的研究結果，發現國小中高年級學童所具有的聲音迷思概念主要有：（1）聲音本質部分 a.聲音類似氣體的性質，可以穿透物體的細縫。 b.聲音本身並不是一種波動，而是一種可以被空氣攜帶的物質。（2）聲音傳播部份 a.會流動的空氣和水才能傳遞聲音，聲音是某種能沿著固體表面跑的物質，若用手壓住，聲音會被擋下來。 b.聲音在空氣中傳播，若遇到阻礙，有些聲音會反射，有部分則會隨著空氣穿透過去。 c.聲音在水中的傳播，主要是靠水中所含的氣體來傳送聲音，因為這些氣體，我們才能聽見聲音。. 20.

(32) （ 3）聲音特性部分 a.聲音高就是振動較快，振動較大，無法分辨聲音高就是振動較快，而不是振動較大(范承英，2007)。 b.聲音小就是振動較小，振動較慢，無法分辨聲音小就是振動較小，而不是振動較慢(范承英，2007)。 c.空氣柱長時，聲音高；空氣柱短時，聲音低；學童認為空氣柱長時，空氣比較多，振動次數也較多，所以聲音比較高，而空氣柱短時則剛好相反。. 二、聲音相關教材九年一貫課程在「自然與生活科技」學習領域之教材內容要項（教育部，2006）之中，聲音概念乃歸類在自然界的作用之下之主題「改變與平衡」之下的「聲音、光與波動」的次主題中，而教材內容細目則如表2-5-1所示：. 表 2-4-1 有關聲音的教材內容細目（教育部，2006）. 課題 2 自然界的作用. 次主主要題內容 21 216 聲音的傳改變聲音播與平、光與衡波動. 主題. 教材內容細目 1a.察覺物體發聲時，有在振動(例如說話、打鼓)。 1b. 察覺聲音藉物質傳播 (例如拉緊的線、水管等)。 1c.察覺能由聲音裡獲得許多訊息。. 樂器發音. 3b.探討樂器的調節與其發音的改變。. 聲音與聽覺聲音與光的應用. 4a.知道聲音可由音量、音調及音色來描述。 4h.瞭解聲音與光可以作為測量、傳播及醫學等用途。. 而在有關聲音概念的分段能力指標方面，則是歸類在第二要項：科學與技術認知，整理成下表2-5-2：. 21.

(33) 表 2-4-2 九年一貫自然與科技領域-聲音概念分段能力指標. 主項目 2. 科學與技術認知. 階段. 次項目. 第一階段（小學一、二年級）第三階段（小學五、六年級）第四階段（國中一、二、三年級）. 現象及現象變化的觀察. 能力指標能力指標內容編碼 2-1-3-2 製作各種不同的玩具，體會「力」有多種，力可使物體動起來，或使物體振動發出聲音。. 交互作用的認識. 2-3-5-2. 藉製作樂器瞭解影響聲音高低的因素、音量大小、音色好壞等，知道樂音和噪音之不同。. 交互作用的認識. 2-4-5-6. 認識聲音、光的性質，探討波動現象及人對訊息的感受。. 國內學者張靜儀、余世裕（2002）根據國小自然課程內容和九年一貫自然與生活科技內容要項，分析與國小階段相關的聲音概念，整理出聲音概念命題敘述（表2-5-3）。表 2-5-3. 聲音概念命題敘述. 主概念聲音的產生聲音的傳播. 聲音的特性. 樂器的聲音. 次概念. 命題敘述. 聲源振動物體會發出聲音是因為物體的振動所造成的。能聽到聲音，是藉由介質的振動傳來的。介質聲音傳播需要靠介質才可以傳播。不同型態的介質如氣體、液體或氣體接可以傳播聲音。反射聲音遇障礙物時，部分會有反射現象，例如回音。透射聲音遇障礙物時，部分會使障礙物振動，例如隔著牆壁可聽到聲音。音量聲音的振幅（振動的大小）決定音量的大小。音調聲音的頻率（振動的快慢）決定音量的高低。音色聲音的波形決定音色。敲擊樂器敲擊後振動部位的性質（如大小、長短、密度…）會影響發出聲音的高低。弦樂器弦的張力（鬆緊）、粗細和長短會影響發出聲音的高低。吹奏樂器空氣柱的長短會影響發出聲音的高低。. 註：引自「國小學童對聲音迷思概念之研究」，張靜儀、余世裕，2002，屏東師院學報， 16， 410。. 22.

(34) 由上表2-5-3 可以發現，九年一貫課程內容國小階段著重於聲音現象的觀察與理解，從聲音的產生、聲音的傳播、聲音的特性及樂器的聲音方面，引導學生運用五官觀察聲音產生的現象，包括聲音的振動、音量、音的高低、傳播的介質、聲音的反射、透射及各種樂器的聲音等，都會進行實際的觀察與實驗操作，希望學生能從中學習到與我們日常生活息息相關的聲音概念。. 三、聲音教學的成效評量國內有多位學者對聲音的教學進行研究，而在評量成效的方面則有多種不同的模式，茲分析如下: 1.聲音測驗成就評量李美宜(1995) 採紙筆測驗群測法，研究中小學生對聲音傳播之概念；蘇幼良（2001）利用聲音成就前後測來測試學童對於聲音概念的理解，但是前後測並非採用相同試題，且均同時包含了選擇與問答題，後測試題不論質或量上均較前測試題增加了深度與廣度，目的不是要檢測教學前後的成效，而是藉由試題的回答來分析學童對於各個聲音概念理解的程度；邱雪媚（2005）修改蘇幼良（2001）之問題以符合一年級學童能夠理解的題意，主要利用學童口頭回答的過程記錄，來分析學童的迷思概念；林木村（2009）自編聲音單元認知概念學習成就測驗，檢測學生在經過改良式探究教學前後的學習成效；黃雅姝（2009）自編的聲音成效測驗，分析六年級學童利用科教館學習聲音概念與在學校自然教室的成效差異。 2.二階段聲音診斷式測驗陳世峰（2002）發展一份「聲音概念的二階段評量診斷工具」，用來診斷學童對於聲音的認知和概念，評量診斷的內容包括：聲音大小、音調的高低、聲音的傳播（包括反射、透射、在不同形態之介質中傳播）和樂器發聲的特性；黃佩萱（2005）採用二段式診斷測驗方式針對聲音迷思概念進行研究，主要目的在瞭解國小高年級學童之聲音迷思概念，並分析「年級」及「性別」與學童聲音迷思概念間之關係；盧珍瑩（2007）修改陳世峰（2002）發展之「聲音概念的二階段評量診斷工具」以作為檢測低年級學童對於聲音概念之工具，透過二階段試題的 23.

(35) 第二階段問題回答情形分析學童的概念類型分佈。 3.概念圖余世裕（2002）探究國小五年級學童，對於聲音相關概念的迷思想法，同時歸納迷思想法的形成原因與特性，並概念關係圖的概念數與連結情形，分析學童的學習成效；江帷銓（2006）探討以認知架構為基礎之教學模式輔以概念構圖，進行探討以認知架構為基礎的教學模式與一般教學對學童學習聲音概念之成效；李俊璋(2006)以建構主義為理論基礎，融合概念構圖與動態評量（CMDA）的特性，來探討國小六年級學童對「聲音」的概念學習及概念改變；盧珍瑩（2007）透過訪談將所得的學生概念轉譯於事先繪製之專家概念圖上，用以監測學生概念轉移的情形。 4.訪談上述之研究中，李美宜(1995) 採用皮亞傑個別面談診斷法以獲取更多有關學童對聲音傳播的概念；余世裕（2002）利用訪談獲取學童對於聲音的概念，用以繪製學童的概念圖；黃佩萱（2004）利用半開放式問卷訪談所得資料的分析，主要是根據學生對各試題答題反應的內容予以歸類，並統計各類想法學生人數，以便於作為設計二段式診斷測驗選項的依據；邱雪媚（2005）透過訪談內容分析，建立學童聲音相關概念架構圖；李俊璋(2006) 分析學生所繪製的概念圖，找出其中迷思概念部分，根據迷思概念先設計晤談問題，正式進行晤談時，除了參考事先設計好的問題外，再根據晤談情形，適時加入相關的問題，以增加晤談效果，以得到更明確關於學童的概念結構；盧珍瑩（2007）透過語意流程圖析法訪談學生的概念敘述，並轉譯為語意流程圖，用以分析學生的訊息處理策略。透過此文獻探討，可以知道聲音是抽象概念，學童以生活經驗及眼睛觀察到的現象解釋原因，容易產生與科學家不同的想法，這是直觀學習者的特性，教師必須先收集學童的先前概念的資料與學習特質，透過教材的設計與教學法的運用，建造適合學童的學習鷹架，降低近側發展區的距離（ZPD），幫助學童達到有意義的學習，提高學習的成效，達成教學目標，同時教學成效的評量應以多元方 24.

(36) 式進行，從上述研究中可以發現大多數學者都以質、量並行的方式進行，無論利用成就測驗、二階段測驗或概念圖等，均會輔以訪談方式，收集學童更真實的想法與概念，因此本研究也將以此方式進行，以求能更真實回答本研究之待答問題。. 25.

(37) 第三章研究方法本研究以準實驗（quasi-experimental）研究的方式，透過研究者研究一位國小自然科專業教師實際的教學，探討以「5E學習環教學法」實施研究者自編之聲音教學模組進行教學，對國小五年級學童學習聲音概念的成效提升情形與傳統教師依課本內容以講述式教學的教學成效是否有顯著差異。研究者以觀察者身份參與課堂活動，除編寫教學模組教案外，同時也協助準備教學實驗器材，並在課堂內觀察記錄學生的學習情形，而在每次的教學課程後，與合作授課教師檢討每一堂課上課的優缺點，將討論後的問題修正，作為下一堂課施教時修正的參考。本章分為四節，第一節說明研究對象，第二節為研究設計，第三節為研究流程之規劃，第四節介紹研究工具及信、效度分析。分別敘述如下：. 第一節研究對象為切合本研究之研究目的，必須尋找熟悉建構式教學法的自然科領域的專業教師做為合作對象，研究者邀請一位畢業於數理教育研究所之國小自然科專任老師共同參與研究並擔任教學的工作，同時為了在後續信效度方面的檢驗，研究者同時也請一位同樣畢業於數理教育研究所之國小自然科老師協助分析資料，為了尊重兩位的隱私，本研究以下以鄭老師與陳老師為共同研究教師之代稱，。. 一、共同研究教師之背景：鄭老師最高學歷為屏東教育大學數理教育研究所碩士，任教於高雄市某國小已有十三年的時間，主要擔任學校自然科教師，對於5E學習環教學法、POE教學法等建構式教學理論相當熟悉，因此切合本研究所需要之專業條件，同時因鄭老師任教之班級為五、六年級，切合本研究之教學範圍，所以本研究中將委由鄭老師負責教學之工作。陳老師最高學歷為屏東教育大學數理教育研究所碩士，任教於花蓮縣某國. 26.

(38) 小，主要擔任學校導師及自然科教師，對於5E學習環教學法、POE教學法等建構式教學理論相當熟悉，同時也對教學模組設計有所研究，因此切合本研究所需要之專業條件，本研究中將由陳老師負責信效度校正之工作。. 二、研究班級：本研究以鄭老師所任教之高雄市一所國小五年級兩班普通班為研究對象，進行準實驗研究，實驗組班級人數27人（男生15人，女生12人），對照組班級人數 26人（男生14人，女生13人），實驗組實施「5E學習環教學法」，對照組則實施「傳統講述式教學法」。雖然由鄭老師所描述，學校在學生升上五年級重新分班，還是會依照常態分配的方式編班，但為了確定實驗組與對照組班級在教學前在自然科學學習能力上無顯著差異，研究者收集了兩個班級學生在五年級上學期的自然科學期總成績，並進行t考驗的統計分析，結果發現兩個班級的學生在自然科的成績上並無顯著差異，因此可視為這兩班在教學前的自然科學學習能力並無差異存在，表3-1-1為實驗組與對照組班級學生五年級上學期自然科成績的t考驗摘要表：. 表3-1-1：實驗組與對照組班級學生五年級上學期自然科成績的t考驗摘要表：組別. 人數. 分數範圍. 平均數. 標準差. t 值. 顯著性（雙尾）. 實驗組. 27. 79.8-99.1. 93.95. 4.824. -.081. .936. 對照組. 26. 77.5-100.0. 94.07. 5.978. 本研究中選取實驗組及對照組各六位學童進行語意流程圖析法訪談，藉以探討兩組學童在教學前後的概念改變的差異，每組依上學期自然科成績分別挑選高成就、中成就及低成就學童各兩位，並編號為實驗組高成就學童EH1、EH2，中成就EM1、EM2，低成就EL1、EL2，對照組高成就CH1、CH2，中成就CM1、CM2，低成就CL1、CL2，樣本學童的挑選是由任課的鄭老師依其對兩組學生的瞭解，挑選平常在自然科表現高、中、低成就的學童各兩位，挑選時除了成績表現外，並沒有刻意選擇的條件。 27.

(39) 本研究由鄭老師負責教學及進行學習成就評量，而由研究者負責教室觀察，同時為避免受試者的心理因素干擾實驗結果的霍桑效應的產生，兩班學生於實驗進行時，均未告知正在進行實驗教學。. 28.