第肆章研究結果與討論

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第肆章研究結果與討論

本章先將從研究工具中得到的研究結果呈現出來，再針對研究目的的三個問題進行結果與討論。研究工具之一是在課程實施後進行的

「能量流動與物質循環概念測驗」後測、延遲兩個月之後以同一份測驗進行的延宕後測，以 SPSS12.0 for Windows 軟體分別進行的以自然科第二次段考成績為共變數的共變數分析結果統計分析結果；另外，

概念階層圖及半結構式晤談也以分別建立的分析架構進行評分，同樣以 SPSS12.0 for Windows 軟體進行的統計分析，獲得量性的資料。質性資料方面，利用概念階層圖及半結構式晤談的圖形及文字來呈現。

在呈現研究結果之後，將針對研究目的進行結果的討論：包括探討學生在學習整合課程後，對於「能量流動與物質循環」的概念學習與對照組學生是否有差異、對於「光合作用和呼吸作用」的概念學習與對照組學生是否有差異、對於相關概念的連結與對照組學生是否有差異。另外就低分群學生的學習情形進行討論。

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第一節「能量流動與物質循環概念測驗」研究結果

本研究使用 SPSS12.0 for Windows 以自然科第二次段考成績為共變數進行學生「能量流動與物質循環概念測驗」後測得分的共變數分析。自然科第二次段考成績代表的是學生在學習此單元前的自然科整體表現，以此為共變數是為了將學生的先前自然科成就造成的效應去除。結果如表 4-1。由表 4-1 可以發現，實驗組全部的學生和對照組是沒有顯著差異的，但是在高分群部份，實驗組得分高於對照組得分，達到顯著差異，效果量為 0.87。

表 4-1 「能量流動與物質循環概念測驗」共變數分析表（後測）

人數平均分數標準差 mean

square F 值 P 值效果量實驗組全部 94 18.27 6.098

對照組全部 89 17.73 5.626 3.822 .279 .598 實驗組高分群 26 24.58 2.062

對照組高分群 27 22.41 2.872 41.936 7.071 .010^＊ 0.87 實驗組低分群 23 11.87 4.434

對照組低分群 25 11.48 3.853 3.829 .253 .617

＊p 值<.05

表 4-2 是以自然科第二次段考成績為共變數進行「能量流動與物質循環概念測驗」延宕後測的共變數分析結果，實驗組全部學生的得分高於對照組，達到顯著差異，效果量為 0.37；而且在高分群學生部份，實驗組得分高於對照組，達到顯著差異，效果量為 1.12。

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表 4-2 「能量流動與物質循環概念測驗」共變數分析表（延宕後測）

人數平均分數標準差 mean

square F 值 P 值效果量實驗組全部 89 19.35 6.566

對照組全部 81 16.93 6.455 209.681 10.114 .002^＊ 0.37 實驗組高分群 26 25.69 1.668

對照組高分群 27 22.41 3.775 104.095 12.813 .001^＊ 1.12 實驗組低分群 21 12.71 5.423

對照組低分群 20 11.20 4.299 20.441 .875 .355

＊p 值<.05

另外，本研究使用 SPSS12.0 for Windows 進行「能量流動與物質循環概念測驗」中不同認知程度-知識理解、應用分析、綜合得分，

同樣以自然科第二次段考成績為共變數的的共變數分析，以了解分組學生在不同認知程度上是否有差異。後測共變數分析的結果如表 4-3，實驗組全部學生和對照組的得分是沒有顯著差異的，而高分群部份，實驗組學生在知識理解層次與應用分析層次高於對照組，達到顯著差異，效果量分別為 0.66 及 0.85。延宕後測結果如表 4-4，在延宕後測共變數分析上，全部的學生部份，實驗組學生在知識理解層次與應用分析層次高於對照組，達到顯著差異，效果量分別為 0.34 及 0.43；而高分群部份，實驗組學生在知識理解層次、應用分析層次與綜合層次皆高於對照組，達到顯著差異，效果量分別為 0.86、0.95 及 0.79。

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表 4-3 「能量流動與物質循環概念測驗」各能力層次的共變數分析表（後測）

實驗組全部

對照組全部

實驗組高分群

對照組高分群

實驗組低分群

對照組低分群

人數 94 89 26 27 23 25

平均分數 8.91 9.37 12.077 11.370 6.174 5.400 標準差 3.033 3.55 .935 1.182 2.790 2.179

mean

square 5.228 5.723 9.084

F 值 1.268 4.937 1.439

P 值 .262 .031^＊ .237

知識理解

（總分 13 分）

效果量 .66

平均分數 3.10 3.23 4.923 3.963 1.739 1.960 標準差 1.552 1.793 .935 1.224 1.287 1.369

mean

square .274 10.680 .340

F 值 .154 8.576 .213

P 值 .695 .005^＊ .647

應用分析

（總分 6 分）

效果量 .85

平均分數 5.72 5.66 7.500 7.074 3.826 4.000 標準差 2.034 2.003 1.105 1.542 1.527 1.826

mean

square .753 .665 .225

F 值 .307 .395 .080

P 值 .580 .532 .779

綜合

（總分 9 分）

效果量

＊p 值<.05

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表 4-4 「能量流動與物質循環概念測驗」各能力層次的共變數分析表（延宕後測）

實驗組全部

對照組全部

實驗組高分群

對照組高分群

實驗組低分群

對照組低分群

人數 89 81 26 27 21 20

平均分數 9.61 8.54 12.12 10.93 6.57 5.85 標準差 3.062 3.198 .952 1.708 3.155 2.621

mean

square 40.436 14.651 4.573

F 值 7.180 7.623 .551

P 值 .008^＊ .008^＊ .462

知識理解

（總分 13 分）

效果量 .34 .86

平均分數 3.84 3.04 5.58 4.33 2.57 1.75 標準差 1.852 1.860 .902 1.617 1.399 1.293

mean

square 24.500 13.038 6.657 F 值 10.584 8.379 3.624

P 值 .001^＊ .006^＊ .065

應用分析

（總分 6 分）

效果量 .43 .95

平均分數 5.90 5.35 8.00 7.15 3.57 3.60 標準差 2.277 2.192 .693 1.350 1.630 1.729

mean

square 10.059 7.641 .039

F 值 3.875 6.545 .014

P 值 .051 .014^＊ .906

綜合

（總分 9 分）

效果量 .79

＊p 值<.05

第二節「概念階層圖」研究結果

本研究使用概念階層圖作為評量的工具，評量的時間是在「能量流動與物質循環」單元學習之後，參考 Lin 和 Hu（2003）的研究，給予實驗組和對照組學生（共 183 人）學生 12 個與能量流動與物質循

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環相關的概念，要求學生繪製「能量流動與物質循環」概念階層圖。

這 12 個概念包括「能量」、「物質」、「光合作用」、「呼吸作用」、「生產者」、「消費者」、「分解者」、「氧氣」、「二氧化碳」、「水」、「葡萄糖」、

「陽光」，學生也可以自行加入其他的概念。

回收後可分析的實驗組概念階層圖共有 86 份、可分析的對照組概念階層圖共有 77 份，依分析架構將學生的概念階層圖加以評分，

表 4-5 及表 4-6 分別是實驗組和對照組學生概念階層圖的分析結果，

表中是學生在各項目表現強、中或弱的人數和百分比。若該項的平均分數超過 2，定義為表現強，2 以下，超過 1，定義為表現中等，平均分數在 1 以下，則定義微弱。

表 4-5 實驗組概念階層圖分析結果表

實驗組有效86份

項目強

(2.1-3.0分) 中

(1.1-2.0分) 弱

(0-1分) 平均分數標準差 A.外在現象知識 29人

（33.7%） 30人

（34.9%） 27人

（31.4%） 1.8101 1.08421 光合 20人

（23.3%） 23人

（26.7%） 43人

（50.0%） 1.3103 .90420 B.內在現象知識

呼吸 3人

（3.5%） 19人

（22.1%） 64人

（74.4%） 0.6907 .60821 單

一現象知

識 C.基本物質知識 16人

（18.6%） 10人

（20.9%） 60人

（69.8%） .8116 .96545

A×B 32人

（37.2%） 25人

（29.1%） 29人

（33.7%） 1.5698 .90233

A×C 10人

（11.6%） 28人

（32.6%） 48人

（55.8%） 1.0952 .84682

B×C 1人

（1.2%） 21人

（24.4%） 64人

（74.4%） .6628 .88929 相

互關聯知

識 A×B×C 3人

（3.5%） 15人

（17.4%） 69人

（80.2%） .6395 .75010

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表 4-6 對照組概念階層圖分析結果表

對照組有效77份

項目強

(2.1-3.0分) 中

(1.1-2.0分) 弱

(0-1分) 平均分數標準差 A.外在現象知識 22人

（28.6%） 37人

（48.1%） 18人

（23.4%） 1.7055 1.10032 光合 15人

（19.5%） 31人

（40.3%） 31人

（40.3%） 1.2383 .87313 B.內在現象知識

呼吸 2人

（2.6%） 15人

（19.5%） 60人

（77.9%） 0.5896 .55632 單

一現象知

識 C.基本物質知識 2人

（2.6%） 5人

（6.5%） 70人

（90.9%） .3039 .57272

A×B 17人

（22.1%） 26人

（33.8%） 34人

（44.2%） 1.2208 .93803

A×C 4人

（5.2%） 22人

（28.6%） 51人

（66.2%） .8918 .67657

B×C 2人

（2.6%） 16人

（20.8%） 59人

（76.6%） .5844 .90830 相

互關聯知

識 A×B×C 1人

（1.3%） 8人

（10.4%） 68人

（88.3%） .4351 .63531

分析結果發現，實驗組和對照組在外在現象部份表現的最好，中等程度以上的可高達 70%以上；而光合作用概念在實驗組或對照組都有將近一半的學生呈現較弱，呼吸作用概念更是高達 70%以上的學生呈現較弱；在基本物質科學知識部份，實驗組與對照組有較大的差別，實驗組可達到中等以上程度的學生將近百分之四十，而對照組尚不到百分之十。在相關知識部份，整體而言，實驗組較對照組表現為好，其中以外在現象知識與內在機制知識的相關差距較大。

將概念階層圖評分結果進行獨立 T 檢定，分析結果如表 4-7，發現實驗組與對照組的學生在基本物質知識部份有顯著差異，在外在現象知識與內在機制知識的相關也有顯著差異。

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表4-7 概念階層圖獨立T檢定統計分析摘要表編

號項目組別人數平均分數標準差 T值 P值

實驗組 86 1.8101 1.08421 A.外在現象知識

對照組 77 1.7055 1.10032 .611 .542 實驗組 86 1.3101 1.12841

光合

作用對照組 77 1.2381 .87877 .451 .653 實驗組 86 .6907 .61177

B.內在現象知識

呼吸

作用對照組 77 .5896 .55998 1.096 .275 實驗組 86 .8116 .96545

單一現象知

識 C.基本物質知識

對照組 77 .3039 .57272 4.132 .000^＊實驗組 86 1.5698 .90233

A×B 對照組 77 1.2208 .93803 2.420 .017^＊實驗組 86 1.0952 .84682

A×C 對照組 77 .8918 .67657 1.681 .095 實驗組 86 .6628 .88929

B×C 對照組 77 .5844 .90830 .556 .579 實驗組 86 .6395 .75010

相互關聯知

識 A×B×C

對照組 77 .4351 .63531 1.866 .064

＊p 值<.05

將各項相互關聯知識進行配對 T 檢定，表 4-8 顯示出，學生在各相互關聯知識之間的表現是有差異的，皆到達顯著水準；其中只有內在機制知識×基本物質知識及外在現象知識×內在機制知識×基本物質知識沒有顯著差異。

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表4-8 相互關聯知識的配對T檢定統計分析摘要表

Pair t p

mapAB平均 - mapAC平均 5.461

.000

^＊ mapAB平均 - mapBC平均 8.307

.000

^＊ mapAC平均 - mapBC平均 4.267

.000

^＊ mapAB平均 - mapABC平均 12.622

.000

^＊ mapAC平均 - mapABC平均 7.062

.000

^＊ mapBC平均 - mapABC平均 1.260 .210

＊p 值<.05

（A 代表外在現象知識，B 代表內在現象知識，C 代表基本物質科學知識，mapAB 平均代表在概念階層圖中外在現象知識與內在機制知識的相關，以此類推。）

第三節「半結構式晤談」研究結果一、半結構式晤談量化分析結果

將晤談資料的量化分析結果中，能量流動和物質循環概念部份進行 Mann-Whitney U test 無母數統計分析，結果如表 4-9，實驗組和對照組在前測時能量流動和物質循環概念沒有顯著差異，後測時能量流動部份有顯著差異。

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表 4-9 全部學生晤談資料中能量流動和物質循環概念部份 Mann-Whitney U test 統計分析表

前測

組別人數知識類別 Mean rank U 值 Z P

實驗組 12 11.04

對照組 12 能量流動

13.96 54.500 -1.090 .276

實驗組 12 13.00

對照組 12 物質循環

12.00 66.000 -.366 .715 後測

實驗組 12 15.33

9.67 38.000 -2.035 .042^＊

實驗組 12 12.67

12.33 70.000 -.118 .906

＊:p 值<.05

接下來，將對照組高分群和低分群各六人、實驗組高分群和低分群各六人的晤談資料分別進行 Mann-Whitney U test 無母數統計分析，結果如表 4-10 和 4-11，在能量流動和物質循環概念上，前測實驗組和對照組都沒有顯著差異，後測實驗組和對照組也都沒有顯著差異。

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表4-10 高分群學生晤談資料中能量流動和物質循環概念部份Mann-Whitney U test 分析表

前測

組別人數知識類別 Mean rank U值 Z P

實驗組 6 4.67

8.33 7.00 -1.876 .061

實驗組 6 6.08

6.92 15.50 -.407 .684 後測

實驗組 6 8.25

4.75 7.50 -1.817 .069

實驗組 6 6.83

6.17 16.00 -.335 .737 表4-11 低分群學生晤談資料中能量流動和物質循環概念部份Mann-Whitney U test

分析表

前測

實驗組 6 6.92

6.08 15.50 -.451 .652

實驗組 6 7.58

5.42 11.50 -1.238 .216 後測

實驗組 6 8.00

5.00 9.00 -1.563 .118

實驗組 6 6.17

6.83 16.00 -.359 .720

將晤談資料的量化分析結果中，光合作用和呼吸作用概念部份進行 Mann-Whitney U test 統計分析，結果如表 4-12，實驗組和對照組在前測時光合作用和呼吸作用概念沒有顯著差異，後測時也沒有顯著

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差異。另就高分群和低分群進行比較，結果如表 4-13 和 4-14，實驗組和對照組在前測時光合作用和呼吸作用概念沒有顯著差異，後測時也沒有顯著差異。

表 4-12 全部學生晤談資料中光合作用和呼吸作用概念部份 Mann-Whitney U test 統計分析表

前測

實驗組 12 12.92

對照組 12 光合作用

12.08 67 -.298 .766

實驗組 12 11.83

對照組 12 呼吸作用

13.17 64 -.509 .611 後測

實驗組 12 15.08

9.92 41 -1.829 .067

實驗組 12 14.08

10.92 53 -1.161 .246

表4-13 高分群學生晤談資料中光合作用和呼吸作用概念部份 Mann-Whitney U test 分析表

前測

實驗組 6 7.17

5.83 14.00 -.651 .515

實驗組 6 5.33

7.67 11.00 -1.180 .238 後測

實驗組 6 8.33

4.67 7.00 -1.771 .077

實驗組 6 8.00

5.00 9.00 -1.459 .145

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表4-14 低分群學生晤談資料中光合作用和呼吸作用概念部份Mann-Whitney U test 分析表

前測

實驗組 6 6.58

6.42 17.50 -.096 .924

實驗組 6 7.50

5.50 12.00 -1.483 .138 後測

實驗組 6 7.17

5.83 14.00 -.698 .485

實驗組 6 7.00

6.00 15.00 -.638 .523

晤談資料的量性分析結果，以 Mann-Whitney U test 統計分析全部學生晤談資料的結果，前測和後測的單一知識或相關知識都沒有顯著差異，分析結果如表 4-15。

表 4-15 全部學生晤談資料中單一知識和相關知識部份以 Mann-Whitney U test 統計分析表

前測

實驗組 12 13.00

對照組 12 單一知識

12.00 66.0 -.346 .755

實驗組 12 11.88

對照組 12 相關知識

13.13 64.5 -.438 .671 後測

實驗組 12 13.58

11.42 59.0 -.751 .478

實驗組 12 12.71

12.29 69.5 -.145 .887

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高分組學生而言，前測單一知識和相關知識部分，實驗組和對照組沒有顯著差異；後測單一知識和相關知識部分，實驗組高於對照組，以 Mann-Whitney U test 無母數統計分析的結果，達到顯著差異。

分析結果如表 4-16。

表 4-16 高分群學生晤談資料中單一知識和相關知識部份以 Mann-Whitney U test 統計分析表

前測

實驗組 6 7.50

5.50 12.00 -.961 .337

實驗組 6 6.92

6.08 15.50 -.405 .686 後測

實驗組 6 8.83

4.17 4.00 -2.242 .025^＊

實驗組 6 8.83

4.17 4.00 -2.246 .025^＊

＊p<.05

低分群學生而言，無論是前測或後測、單一知識或相關知識，以 Mann-Whitney U test 無母數統計分析的結果都沒有顯著差異，分析結果如表 4-17。

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表 4-17 低分群學生晤談資料中單一知識和相關知識部份以 Mann-Whitney U test 統計分析表

前測

實驗組 6 6.17

6.83 16.00 -.320 .749

實驗組 6 4.83

8.17 8.00 -1.727 .084 後測

實驗組 6 6.33

6.67 17.00 -.160 .873

實驗組 6 4.75

8.25 7.50 -1.721 .085

二、半結構式晤談質化分析結果

晤談的資料以質性分析的結果可佐證其量化分析的結果，以下就高分群部份，呈現晤談內容質性分析的結果，低分群部份待下節探討。代號 T 表示晤談者，學生號碼代表受晤談者的編號。

1-1. 實驗組學生在「能量流動」概念上的表現：

實驗組學生在前測時無法表達出食物中蘊含能量，藉由食物鏈，

攝食的一方可獲得能量，後測時則可以表現出來。

例一：前測

T：你的身體變大，這些大出來的東西是怎麼來的？你身體裡自己跑出來的嗎？

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後測

T：…，那你認為這些多出來的東西是怎麼來的？

70915：就是從食物中獲得養分，再從養分中獲得能量，細胞就會吸入能量，就會變大

例二：前測

T：你認為有沒有能量的傳遞？有沒有能量從他（植物）跑到他（松鼠），

從他（松鼠）跑到他（老鷹），還是從老鷹跑到松鼠，從松鼠跑到植物？

70915：應該沒有吧，因為松鼠把他（植物）消化掉就變成他身體的一部份，所以老鷹在吃松鼠的時候應該是不會吃到果實的味道，可能會吃到他（植物）的種子，他（松鼠）可能沒有消化掉，應該是不會吃到果實的養分。

後測

T：…，那你認為他們之中，有什麼在它們之間傳遞？

70915：能量

T：那是怎麼傳的？

70915：就是以化學能的方式 T：那是誰傳給誰嗎？還是…？

70915：就是可能松鼠吃掉果實，就會從生產者那邊獲得百分之十的能量，

然後有些就散失了，然後老鷹又把松鼠給吃掉，就會得到百分之零點一的能量。

1-2. 對照組學生在「能量流動」概念上的表現：

對照組學生前測就能有食物內含有養分的概念，但是到後測還是沒有食物蘊含能量的概念；在後測時也無法清楚的辨別能量和物

(17)

質的不同，往往出現答非所問的情況。

例一：前測

T：第二題，你認為你跟你還是小嬰兒時候的身體有沒有變大或變重？

71130：有阿。

T：那你覺得你多出來的這些皮和肉是怎麼來的？

71130：就細胞他一直去…就養分嘛…一直製造養分，讓自己的身體…，

就是攝取食物然後可以讓細胞得到養分，然後我就會慢慢變大。

後測

T：你認為你多出來的這些皮阿、肉阿、長高的高度，是怎麼來的？

71130：營養，我們攝取的食物，細胞會一直利用食物的養分，讓我慢慢長高。

例二：前測

T：在松鼠吃植物、老鷹吃松鼠的這個過程中，有什麼是在它們之間傳遞的？

71116：有吧，像熱能，我隨便亂說…..

T：那在他（松鼠）吃植物的過程中，有沒有什麼東西是進到松鼠的身體裡？

71116：果實、食物吧，不知道……

後測

T：在這個食物鏈的過程中，有沒有物質的轉換？

71116：有。

T：那是哪個方向的轉換或是怎麼轉換的？

71116：就是假如說地球上的草的話，他所含的能量很多，然後因為草會被松鼠吃掉，所已有一部份的草的能量就會往上傳，一小部分，其他大部分會流失掉，所以地球上松鼠的總數所含的能量會比草還要少，

(18)

而且留在松鼠體內一些沒辦法被分解掉的殘渣。然後老鷹也是一樣，

越高階的消費者所包含的能量就越少，廢棄物、廢物會很多。

2-1. 實驗組學生「物質循環」概念上的表現：

實驗組學生在後測時可以表達出，生物藉由光合作用、呼吸作用或分解作用與自然界進行物質的循環。

例一：前測

T：…，所以你認為植物需要什麼才能過活著？

71503：其實應該不只氧氣吧，如果光靠光合作用應該是沒有辦法活下去，

有時候還是需要水分，光合作用需要二氧化碳，不是氧氣，是二氧化碳，沒有這些的話應該是會死掉吧。

後測

T：（植物所需要的）二氧化碳呢？

71503：呼吸作用，就是他製造完養分，呼吸作用完他又會排出二氧化碳，

然後再被光合作用利用。

例二：前測

T：第四題，你今天掃了一堆落葉放在土壤上，過了很久之後，你覺得這堆落葉最後會怎麼樣？

71341：可能會被分解，不可能變化石吧？對，被分解掉然後臭臭的。

T：那分解掉到哪裡去？

71341：細菌體內，被細菌拿走了，就飛到空氣裡面後測：

(19)

T：第四題，如果今天你掃了一堆落葉放在土壤上，你認為這堆落葉最後會怎麼樣？

71341：會被分解者分解，然後會產生一些能量和二氧化碳。然後會一直循環，…，能量不行，能量就散失了，可是二氧化碳是可以再循環的 T：怎麼循環？

71341：他分解之後，二氧化碳會被生產者利用，然後再產生養分提供生物們，然後生物死掉之後再被分解者分解，然後一直循環。

2-2.對照組學生在「物質循環」概念上的表現：

對照組學生在後測時也可以表達出，生物藉由光合作用、呼吸作用與自然界進行物質的循環。但是分解者在物質循環中扮演的角色無法解釋清楚。

例一：前測

T：請問一下，今天這裡有一株植物他放在這個箱子裡，是透明密閉的，

把他放在陽光下，過了一段時間之後，你認為他會活著還是會死掉？

71717：應該會死掉，因為沒有空氣、不可以行呼吸作用。

後測

T：你看到這株植物，他還是跟上次一樣被關在這個密閉的透明的箱子裡，

這段時間我一直都把他拿到外面去曬太陽，那你認為這段時間內他為什麼沒有死？

71717：對，經過陽光照射，然後自己產生養分，然後空氣，好難解釋喔！

（省略）

(20)

他可以獲得？

71717：他行光合作用的時候會釋放氧氣，然後行呼吸作用的時候會釋放二氧化碳，那就他釋放出來的氧氣自己又用，又有二氧化碳，應該是這樣。

例二：前測

T：第四題，今天你掃了一堆落葉放在土壤上，請問你覺得這堆落葉最後會發生什麼事？

71709：會乾掉，然後碎掉，然後不見了，可能被細菌分解掉就不見了。

後測

T：第四題，請問一下，今天你掃一堆落葉，放在土壤上，你認為這堆落葉最後會怎麼樣？

71709：會乾掉、很脆，可能會被細菌之類的分解。

T：每天都有落葉，被分解到土裡堆積很長一段時間之後，地球的質量或體積會不會因為這樣而變大？

71709：應該不會差太多，細菌分解之後到土壤裡面，植物他會用到。

3-1.實驗組學生在「光合作用」和「呼吸作用」概念上的表現：

實驗組學生在前測時，只能提出光合作用的這個詞或者能製造養分，後測時較能應用能量和物質的觀點來解釋光合作用的進行和功能。在前測時，學生較無法提出呼吸作用的概念及其功能，後測則可以表達出來。

例一：前測

(21)

T：來我們來進行第一題，這裡有一株植物，在一個密閉的玻璃容器中，

是透明的，我今天把他放到陽光下，你認為過一段時間之後，他會活著還是會死掉？

71304：應該是會活著。

T：為什麼？

71304：因為到陽光下就可以獲得養分。

後測

T：請問一下，上次你看到這個透明密閉的盒子，這段日子我都把他放在外面曬太陽，你看的出來現在他是活著還是死的嗎？

71304：應該是活的。

T：為什麼這段時間，他一直都在這個密閉箱子裡，為什麼他都沒死阿？

71304：因為他還是有陽光，陽光提供了光能和熱能，他吸收後就可以行光合作用，製造他所需要的養分。

例二：前測

T：（青菜在生長的過程中）改變的重量是哪裡來的？

71341：就養分阿，就一直吸收養分，細胞就越來越多，就變大。

T：養分是從哪裡來的？

71341：自行製造的，比如說從陽光阿而後就一直…（沈默）…然後就長大。

後測

T：…，那這些重量是怎麼來的？

71341：他吸收陽光和二氧化碳行光合作用，然後自行製造養分。他也會行呼吸作用，養分裡面他還會摻雜能量，讓自己活下去，然後就會越變越大。

(22)

3-2.對照組學生在「光合作用」和「呼吸作用」概念上的表現：

在前測就能提出光合作用和呼吸作用等名詞來解釋現象，但是在後測時，沒有辦法用物質和能量的觀念，進一步利用光合作用和呼吸作用，解釋所遭遇到的情境。

例一：前測

T：這裡有一棵菜，你認為他從小菜苗到長這麼大，多出來的這些重量，

是哪裡來的？

71130：因為他從小到大會一直慢慢變重，他多出來的那些重量就是他自己慢慢變大然後越來越重。

T：那為什麼會變重呢？

71130：因為他有養分。

T：那他的養分是怎麼來的？

71130：土壤、水、太陽、空氣，然後在自己的體內，就可以…那些像維管束那些有的沒有的，可以幫他輸送養分，不會讓他就這樣枯萎掉，然後，讓他可以行光合作用，然後自己養分。

後測

T：第三題，這株青菜他從小菜苗到這麼大，多出來的重量是怎麼來的？

71130：就是他慢慢變大那個重量來的。

T：這些多出來的體積是他身體裡長出來的嗎？還是要外面多加一些什麼？

71130：有外面加入的東西，像太陽，因為太陽要照射他讓他行光合作用，讓他自己慢慢長大。

(23)

例二：前測

T：你有沒有看到這裡有一個箱子，他是密閉的，今天我把他拿去曬太陽，

請問你認為，過一段時間之後他是會活著還是會死掉？

71116：會活著。

T：為什麼？

71116：因為他曬太陽之後，他會行光合作用，產生氧氣，如果他要呼吸作用的話要吸進氧氣，釋放出二氧化碳，光合作用需要的是……等一下，你是說不用加水喔？

T：這是密閉的，就這樣放著一段時間。

71116：那應該會死翹翹吧。

T：為什麼會死翹翹？

71116：因為光合作用他需要的是水加上氧氣，然後他沒有水的話會死翹翹。

後測

T：你看這株植物是你上次看過的，他放在一個密閉的透明容器中，這一陣子我都把他放在外面照光，也沒有把他打開，你認為為什麼他現在還活著？

71116：因為光合作用和呼吸作用可以幫他拖一陣子。

4-1.實驗組學生在概念連結上的表現：

實驗組學生在後測時，能應用基本的物質和能量概念，還有內在機制的知識，來描述所遭遇到的情境，也能完整的解釋能量流動與物質循環的過程。

(24)

例一：前測

T：我們進行第二題，你現在的身體跟你還是小嬰兒時候的身體有沒有變大？

71304：有。

T：那麼請問你認為你多出來的這些東西是怎麼來的？

71304：個人身體的荷爾蒙一些激素的一些關係。

後測

T：第二題，你認為你現在的身體跟你還是小嬰兒時候的身體有沒有長大一些？

71304：有。

T：你認為這些多出來的是從哪裡來的？

71304：我們攝取食物，獲取我們需要的養分，然後行呼吸作用將能量和養分轉換成我們需要的，存在身體裡面供細胞存活，還有繁殖、生長，

可以使身體成長。

例二：後測

T：那在這個食物鏈的過程中，有沒有物質的轉換？或傳遞？

71304：果實他是植物，他照射陽光後，吸收太陽能，自己行光合作用，

製造他所需的養分，但是有一些能量會轉換成熱能散失掉，然後剩下的養份和能量會儲存在他的體內，然後松鼠他去攝食，他會得到他植物剩下的養分和能量，然後，松鼠攝食之後就會有能量嘛，老鷹去攝食松鼠也會獲得能量，但是在這個松鼠活動的期間，還是會有能量轉化為熱能散失掉。

例三：後測

T：…，那可以舉個例子嗎？物質有好多好多種，可以舉個例子告訴我（物

(25)

質是如何循環的）嗎？

71503：循環喔？碳阿，原本大氣中就有碳，然後植物行光合作用的時候會需要二氧化碳，然後他就會進入植物裡面，然後二氧化碳和那個…..

就是被光合作用以後會變成葡萄糖，葡萄糖裡面也有含碳，這些葡萄糖傳到松鼠身上，所以松鼠也會有碳，又被老鷹吃，老鷹也會有碳，

然後老鷹死掉以後，被微生物分解，微生物會把這些葡萄糖這些又把他分開，變成碳原子，又回到大氣中或土壤裡。

T：我們剛討論的是物質嘛，那有沒有能量的傳遞？在這個食物鏈？

71503：我覺得像葡萄糖這種東西，他裡面就有含算化學能吧，然後被松鼠利用，吃掉以後，靠他的呼吸作用把這些能量放出來給他用，所以像從植物傳到松鼠，應該還是會有能量的傳遞。

4-2.對照組學生在概念連結上的表現：

對照組的學生在後測時，比起前測，已經有物質循環的觀念，這與量化的分析結果是相符合的，但是沒有辦法應用內在機制知識和基本物質能量的知識來解釋。

例一：後測

T：請你把這三種生物，這是松鼠、這是老鷹、這是果實，請你把他們誰吃誰的關係告訴我。

71709：松鼠吃植物、老鷹吃松鼠

T：你認為在這個食物鏈裡面有沒有物質的循環？

71709：能量

T：那能量是怎麼傳遞的？

71709：松鼠吃植物的時候得到能量跟養分，老鷹再吃松鼠，也會再得到

(26)

養分或能量。

T：那你認為這些養分他從植物到松鼠體內、從松鼠到老鷹體內，有沒有機會往回傳？

71709：有，老鷹死掉，然後被細菌分解，有可能有機會到土壤裡面，然後再被植物再利用。

T：那能量呢？有沒有機會能量會從老鷹回到植物？

71709：不知道、不清楚。

第四節低分群學生的學習結果

本研究的研究對象為台北市某國民中學七年級的學生，以學生的七年級下學期第二次自然科段考成績為依據，實驗組及對照組中分數佔後 33%的學生設為低分群。由本章第一節可以知道，在「能量流動與物質循環概念測驗」的表現上，無論是教學後立即實施的後測，或是延遲兩個月之後的延宕後測，實驗組低分群和對照組低分群都是沒有顯著差異的；由本章第二及第三節也發現，在概念階層圖和晤談的量化資料中，實驗組低分群和對照組低分群也是沒有顯著差異的；在繪製概念階層圖的過程中，相對於高分群及中群的學生（如圖 4-1），

許多低分群的學生畫出的圖形，其中連結線是很少的，概念也多呈現線性而非網狀，例如圖 4-2 和圖 4-3。

(27)

圖 4-2 低分群學生所繪製的概念階層圖之一圖 4-1 高分群學生所繪製的概念階層

(28)

在晤談時，低分群學生回答問題的特徵是較以直觀的想法來回答問題，較少利用科學語言；回答問題時通常較為簡短，比較容易放棄，

不會試圖解釋。

例一：

T：一片土壤上有一堆落葉，你認為這堆落葉最後會發生什麼事？

70930：會被埋起來，被人埋起來。

T：如果沒有人會一直堆在那裡嗎？

70930：有動物去動的話就不會一直堆在哪裡。

T：如果沒有人也沒有動物去動去踩的話，落葉會一直堆積在土壤上嗎？

70930：會。

T：一直堆一直堆，會不會有一天地球的重量和體積變大？

70930：不知道，應該不變吧，落葉很小。

例二：

T：你覺得你現在的身體跟你還是小嬰兒時候的身體，有沒有長大？

圖 4-3 低分群學生所繪製的概念圖之二

(29)

71528：有。

T：那有多出一些構造，多出一些皮跟肉來嗎？

71528：有。

T：那怎麼會多出這些東西來呢？

71528：想不到。

例三：

T：這株植物在這個透明的密閉容器中，你認為為什麼會活到現在？

71705：不知道。

T：植物活著需要什麼條件？

71705：陽光、水、泥土、養分。

T：你覺得這各條件在這個密閉容器中都有嗎？

71705：氧氣沒有，沒有水。

T：你認為他再過一段時間會不會死掉？

71705：不會，不知道為什麼。

在進行後測時，由於問學生的問題是與前測一樣的，有些低分群學生甚至會出現不耐煩的語氣或是不願意再回答一次，表示無論是實驗組或對照組所進行的相關課程，對於低分群學生而言並沒有增加相關知識，對於相同的問題，回答的語句很多都是重複的。

例一：前測

T：你覺得你現在的身體跟你還是小嬰兒的時候比較起來阿，你的身體有

(30)

70914：不知道。

T：想想看你是一個小嬰兒的時候，跟你現在長這個樣子有沒有什麼不同嗎？

70914：比較大、比較高。

T：那你覺得為什麼會比較高阿？

70914：不知道。

後測：

T：你覺得現在的身體跟你還是小嬰兒時候的身體有沒有多出什麼東西？

70914：沒有。

T：那你覺得你有長高長重嗎？

70914：有。

T：那為什麼會變比較高？

70914：不知道，沒有為什麼。

例二：前測

T：如果將一堆落葉放到土壤上，你認為這堆落葉最後會發生什麼事？

71137：還是一樣阿。

T：一樣的意思是說一直放在那裡嗎？還是….？

71137：如果有風的話就會吹散吧。

T：如果沒有風呢？

71137：就會是他原來的樣子阿。

T：你知道校園有很多落葉嘛，這些都堆在土上阿，很多年以後地球的重量和體積會不會變大？

71137：不會，地球就這麼大阿。

後測

T：土壤上有一堆落葉，這堆落葉會發生什麼事？

71137：會散掉，因為有風。

(31)

T：如果沒有風呢？

71137：很難說耶，被人家踩到。

T：很久以後地球的體積和重量會不會變大？

71137：不會，因為落葉沒有重量，很輕，會增加可是不會很多。

第五節結果整理與討論一、「能量流動及物質循環」概念的學習

本研究利用「能量流動與物質循環概念測驗」及半結構式晤談的結果呈現「能量流動與物質循環」概念學習的效果。在此所著重的概念學習是實驗組和對照組授課時，都有運用到的教材部份，也就是原本康軒版自然與生活科技下學期第五章教材中能量流動和物質循環兩個單元的部份。

由「能量流動與物質循環概念測驗」研究結果發現，學生在學習整合物質科學概念的「能量流動及物質循環」單元後，立即進行測驗

（後測），在共變數分析後，只有高分群的學生有顯著的差異，而且只有知識理解層次與應用分析層次的得分上有差異。晤談的量性資料方面，雖然只有在能量流動的後測部份有顯著的差異，但是由質性資料的呈現上，實驗組高分群的學生不但能運用整合的基本能量概念來解釋經由食物鏈形成的能量流動，也較能運用各項作用解釋物質的循環過程。在 Hellden (1995)的研究中，他認為學生對於物質轉換的概念

(32)

有其困難，是受限於學生的氣態物質概念。本研究在設計教學法時，

加入了基本的物質概念，介紹物質的粒子觀，並強調了物質的三態，

所以表現在實驗組高分群學生上，學生較能解釋物質轉換循環的過程。

然而，國內七年級學生的年齡為 13 到 14 歲，有部份的學生可能對於抽象概念、無法直接觀察到的現象較無法有良好的學習，在本研究中加入的物質及能量概念，便屬於這類抽象、微觀的概念(Trumper, 1997)，對於這個年紀的學生而言可能是較為艱深的，所以只有高分群的學生在學習過後能有較佳的立即學習效果；知識理解層次與應用分析層次能力是較低階層的能力，為該年紀學生能力較能所及，而綜合層次能力是較高階層的能力（郭生玉，2004），即使是高分群的學生在得分上也沒有顯著的差異。

延宕後測是教學過後兩個月，以同一份工具進行測驗。過了一個暑假，七年級升上八年級的學生，心靈與認知上可能都有所成長，此時進行的延宕後測結果也和兩個月前、剛教學過後進行的後測有所不同。在延宕後測整體得分經過共變數分析後，不但是高分群的學生有顯著的差異，以全部的學生進行共變數分析，也有顯著的差異，表示不但高分群的學生有長期的學習效果，中間的學生的學習效果也顯現出來了。在不同認知能力部份，全部的學生在較低層次的知識理解層

(33)

次與應用分析層次能力方面有顯著的差異，而高分群的學生在較高層次的綜合層次上也出現了顯著的差異，可看出整合課程對於長期的學習效果比短期的更加明顯。

二、「光合作用和呼吸作用」概念的學習

光合作用和呼吸作用對七年級下學期的學生而言，是已經學習過的舊觀念了。在康軒版七年級上學期的自然與生活科技教材的第三章-「養分」中，介紹植物獲得養分的方式，其中光合作用的過程及功能皆所的敘述；在第六章-「生物的恆定性」中，介紹呼吸與氣體恆定，也描述了生物所需要的能量主要來自呼吸作用，而呼吸作用是指細胞利用氧氣，將養分分解，產生二氧化碳、水及能量等的過程。

但是，許多研究（Hogan & Fisherkeller, 1996；Leach, et al. 1996；Ozay&

Oztas, 2003；Waheed & Lucas, 1992) 指出，學生在這兩個內在機制作用觀念上有學習的困難，也建議應加入基本的物質和能量的觀念以改善這樣的情況。本研究整合基本物質和能量觀念的時機，並不是在學生學習光合作用或呼吸作用概念之前，而是在學習能量流動與物質循環課程之前，本研究是利用概念階層圖和晤談兩項工具的分析，呈現在這個時機進行整合課程，是否有助於光合作用和呼吸作用概念的理解和應用。

(34)

概念階層圖分析結果發現，其中光合作用概念在實驗組或對照組都有將近一半的學生呈現較弱，呼吸作用概念更是高達 70%以上的學生呈現較弱，這與 Lin 和 Hu(2003)的研究得到相似的結果。但是，將概念階層圖評分結果進行獨立 T 檢定，發現實驗組與對照組的學生進行比較時，光合作用和呼吸作用概念的平均分數並沒有顯著差異。

晤談資料的量性分析統計分析結果，實驗組與對照組並沒有顯著的差異，但是在質性資料分析上，我們發現部份實驗組學生可以利用整合課程中教授的基本物質及能量概念來解釋光合作用和呼吸作用，並且可以應用光合作用和呼吸作用的概念來解釋所被問及的生物現象。換句話說，實驗組學生在敘述時，較能以「過程」而非「事實」

為導向，而且已經能將生命世界及非生命世界進行連結，是較為高層的能力(Barak, Sheva＆ Gorodetsky,1999)。

三、能量流動與物質循環相關概念的連結

本研究的主題是「能量流動與物質循環」單元，此單元應該包括三階層的概念(Lin＆ Hu, 2003)：第一個階層是外在現象知識，屬於生物體層次，也就是在生態學上的觀念，包括食物鏈、生產者、消費者、分解者的概念。第二個階層是內在機制知識，屬於細胞層次，包括光合作用、呼吸作用的概念。第三個階層是基本物質科學知識，屬

(35)

於分子層次，包括物質和能量的概念。除此之外，更重要的是各階層概念間的連結。本研究利用「能量流動與物質循環概念測驗」、概念階層圖及半結構式晤談三項工具的研究結果，討論學生在概念連結上得表現。

由「能量流動與物質循環概念測驗」研究結果的綜合部份呈現的是學生在相關概念連結上的表現，在後測得分的共變數分析中，實驗組全部學生和對照組的綜合部份得分是沒有顯著差異的，而高分群及低分群，在綜合部份也沒有達到顯著差異。

在「能量流動與物質循環概念測驗」延宕後測得分經過共變數分析後，發現全部的學生部份，實驗組學生在綜合部份的得分經過，並沒有和對照組達到顯著差異；而高分群部份，實驗組學生在綜合層次的得分高於對照組，且達到顯著差異。「綜合」(synthesis)是指將所學到的片段概念或知識、原理原則與事實等統合成新的整體。（郭生玉，

2004）學生在「能量流動與物質循環概念測驗」的綜合部份得分，可以表現出將相關概念進行連結的情況，實驗組中只有高分群學生在延宕後測的得分與對照組有顯著差異。

由概念階層圖的分析結果，研究發現在相互關聯知識上，實驗組在外在現象知識×內在機制知識部份有超過 66%都能達到中等以上的程度，對照組約只有 56%，進一步進行獨立 T 檢定的結果就外在現象

(36)

知識×內在機制知識而言，實驗組和對照組也的確達到顯著差異。

在概念階層圖的分析結果中，外在現象知識×基本物質知識部份，實驗組有 43%以上能達到中等以上的程度，對照組約只有 34%，

但是獨立 T 檢定的結果並沒有達到顯著差異。接下來內在機制知識×

基本物質知識部份和三個階層知識相互關係部份，無論是實驗組或對照組，能達到中等以上程度的學生更加減少，程度弱的都有 70%以上。這與 Barak 等人 (1999)進行的研究有相似的結果，他們針對 10 年級學生對於生物過程作用（process）的四種相關進行分析，研究發現，學生在第三、第四種相關的表現較差，也就是學生對於生命世界和非生命世界的現象也無法進行良好的連結。

將概念階層圖的分析結果中各項相互關聯知識進行配對 T 檢定，結果顯示出，學生在各相互關聯知識之間的表現是有差異的，皆到達顯著水準；其中只有內在機制知識×基本物質知識（A×B）及外在現象知識×內在機制知識×基本物質知識（A×B×C）沒有顯著差異，

我們可以知道，要將外在現象知識、內在現象知識及基本物質知識加以適當的連結，與內在機制知識×基本物質知識是有相關的。

晤談量化資料中相關知識部分，高分組學生的後測得分經過 Mann-Whitney U test 統計分析，發現實驗組與對照組達到顯著差異。

質化資料中實驗組學生在後測時，能應用基本的物質和能量概念，還

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有內在機制的知識，來描述所遭遇到的情境，也能完整的解釋能量流動與物質循環的過程。

整理上述三項工具的研究結果，課程結束後進行的「能量流動與物質循環概念測驗」後測得分的共變數分析、概念階層圖評分的獨立 T 考驗分析、晤談的 Mann-Whitney U test 分析及質性分析，實驗組學生在部份概念階層圖及晤談的表現與對照組達到統計上得顯著差異。由晤談的質性資料我們可以發現，實驗組學生能利用基本物質知識及內在機制知識來解釋外在現象，也能將無生命世界及生命世界以物質和能量的觀念來進行連結，這是對照組學生的表現中比較看不出來的。

在課程結束後，又經過了兩個月的暑假，在學生的八年級上學期，尚未進行理化課程之前，進行延宕後測。因為時間和人員的配合關係，只有以同一份「能量流動與物質循環概念測驗」工具進行延宕後測。延宕後測的結果經過共變數分析，高分組學生在綜合認知能力的表現上，實驗組和對照組達到顯著差異。此一結果，可能是因為學生在七年級升八年級的過程中，身體和心理都有所成長，概念的連結能力也有所進步，對實驗組學生而言，學習「能量流動與物質循環」

課程時，因為本研究特殊設計的教學方式，有機會得到完整的、三個階層的概念，在概念連結時有完整的資訊，在進行延宕後測時，較容

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易提取大腦中的相關知識。

四、低分群學生的學習結果及討論

低分群學生無論在「能量流動與物質循環概念測驗」後測及延宕後測的結果進行共變數分析，實驗組與對照組皆無顯著差異。概念階層圖的獨立 T 考驗分析結果，實驗組與對照組無顯著差異；而就學生繪製的概念階層圖發現共同的特點就是連結線是很少的，概念也多呈現線性而非網狀。半結構式晤談量化分析結果以 Mann-Whitney U test 進行統計考驗，實驗組與對照組無顯著差異；而就學生回答的文句進行分析，發現低分群學生的共同特徵是往往以直觀的想法來回答問題，較少利用科學語言；另外，回答問題時通常較為簡短，比較容易放棄，不會試圖解釋。

根據皮亞傑的認知結構階層理論，國內七年級學生約是十二或十三歲，應該已進入形式操作期，但是許多研究認為皮亞傑所定的年齡過早，七年級學生部份還停留在具體操作期，對於抽象層面的運作能力有限（何佳燕，2001）。低分群的學生可能就是這一個部份的學生，

在各科的學習上通常都是較弱勢的，而在一個常態編班的班級中，老師的授課通常無法針對學習弱勢的學生個別教學，造成學生在學習上長期的挫折，進而削減了原有的興趣或無法產生動機去學習，甚至拒

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絕學習。Leach 等人(1996)認為較年長（中學）的學生在概念連結上是較為廣泛的，比較會找不同方面的解釋，較幼小（小學）的學生在概念連結上是呈現線性。在生命科學課程中，是有許多需要抽象思考及概念連結的單元，「能量流動與物質循環」便是一個很好的例子，

雖然本研究設計的教學法中配合了具體操作模型活動和概念階層圖方式呈現知識結構，但是對於低分群學生而言，若能在九年級、學生們的認知結構更成熟時，再進行這個單元的教學，可能更能達到學習的效果。

第肆章 研究結果與討論