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研究生: 楊宜雯
I-Wen Yang
論文名稱: 探究七年級在「光學」建模教學的心智模式改變與建模能力表現
A study on the Seventh-grade student’s Mental-Model Change and their Modeling Ability Performance about “Optics” with Model-Based Teaching.
指導教授: 邱美虹
Chiu, Mei-Hung
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 科學教育研究所
Graduate Institute of Science Education
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 212
中文關鍵詞: 概念改變建模能力雙層診斷測驗
英文關鍵詞: concept change, modeling ability, two-tier diagnose test
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:189下載:35
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  • 本研究採用Treagust (1988) 所提出的雙層診斷測驗探究七年級學生有關於「光與視覺」、「光的行進」、「光的反射與平面鏡成像」、「光的折射」四部分在教學前後的概念理解情形以及心智模式類型的演變。本研究對象共分為兩組,分別為建模教學實驗組與一般教學控制組,兩組各為37人。本研究的實驗組教材是針對國中階段的光學概念,以Halloun (1996) 提出的科學建模歷程重新設計適合的建模教學方案,並發展光學建模能力晤談問卷,透過晤談與測驗收集資料,整理比較兩組學生在教學前後對於光學的另有概念分布、學習成效、正確性與一致性、各子概念的心智模式,以及兩組在教學後的建模能力,並藉由情意問卷了解兩組對於不同教學的觀感。研究結果摘述如下:
    (1)本研究學生在教學前後所具有的光學另有概念,與國內外的相關研究相似。在「光與視覺」與「光的本質」部分教學前就已具有正確的概念;在「光的反射」部分經由學習後仍持有許多錯誤的概念,對於學生是難以學習;在「光的折射」部分經由學習後就能夠從錯誤的概念轉變成科學概念,對於學生是易經由學習而獲得的概念。
    (2)從學習成效結果顯示建模教學較有助於學生在「光的反射」與「光的折射」部分的學習,而傳統教學較有助於學生在「光與視覺」部分的學習。
    (3)從正確性與一致性的分布圖,發現兩組學生在教學前後,不斷地經由精緻化與修正對光學的概念,學生的心智模式會趨向一致且正確的科學模式發展。
    (4)學生在前測、後測以及延宕測驗的主要心智模式結果如下:「光與視覺」為科學模式/科學模式/科學模式;「光的本質」為科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式;「光的反射」為混合模式/科學+傳送模式/科學+傳送模式;「光的折射」為科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式/科學有瑕疵模式。
    (5)從晤談結果分析,不論在實驗組獲控制組,高學習成就群的建模能力表現>中學習成就群的建模能力表現>低學習成就組的建模能力表現,顯示學習成就與建模能力是有相關的,呼應Grosslight (1991) 提到想要學好科學,必須先提升建模能力。
    (6)實驗組學生對於建模教學都保持正向的態度,喜歡教師以多元的方式教學,尤其是實驗的操作最能讓學生印象深刻且幫助理解。
    本研究嘗試以科學建模歷程為基礎,再依照每個歷程的目標設計教學活動,並加入許多實驗與體驗活動,建構一個學生主動建構知識的學習環境,以雙層診斷測驗、建模能力晤談問卷以及學習情意問卷了解學生在認知、情意以及技能三方面的表現,整體而言,以建模為基礎的教學有效地幫助學生學習光學概念。

    A study on the Seventh-grade students’ Mental-Model Change and their Modeling Ability Performance on learning “Optics” concepts with the use of Model-Based Instruction.

    Abstract

    This research adopted Teargust’s (1988) “two-tier diagnose test” design to investigate the seventh grader students’ changes of mental models and their modeling ability of learning the concepts of “light and vision”, “nature of light ”, “reflection”, and “refraction”. The participants were 74 7th grade students who were divided into two groups-“model-based teaching (experimental) group” and “traditional teaching (controlled) group”.

    The major findings of this research were summarized as follows:
    (1)The students had similar alternative conceptions about optics as the students in other study (e.g., Fetherstonhaugh & Treagust, 1992; Galili & Hazan, 2000). They held partially correct conceptions of “light and vision” and “nature of light” before instruction. However, they still have some misconceptions of “reflection” even after formal teaching. Compared to other concepts, the concept of “refraction” is easier to acquire after instruction.
    (2)The research findings revealed that model-based teaching was highly helpful for learning of “reflection” ”(t(72)=1.72, p=.05) and “refraction”(t(72)=1.77, p=.04), while traditional teaching performed well on “light and vision”.

    (3)Via enrichment and revision processes, the student’s mental model became towards to coherent and correct scientific model.
    (4)The evolution of mental models in the pretest, posttest, and delayed test were as follows: for “light and vision” concept, scientific model scientific model scientific model; for “nature of light ” concept- scientific flaw model scientific flaw model scientific flaw model; for “reflection” – mixed model scientific transmission model scientific transmission model; and for “refraction”- scientific flaw model scientific flaw model scientific flaw model.
    (5)Based upon the interview data, the researcher found that the students with higher score in optics test items have high scores in modeling ability items.
    (6)The students expressed a positive attitude toward modeling instruction. The design of the teaching experiments especially impressed the students and help them understand the optics concepts better.
    Overall, model-based teaching helps the students learn the Optical concepts more efficiently than the traditional approach.

    目錄 第壹章 緒論………………………………………………1 第一節 研究背景與動機………………………………………………1 第二節 研究目的與問題………………………………………………5 第三節 名詞釋義………………………………………………………6 第四節 研究範圍與限制………………………………………………8 第貳章 文獻探討…………………………………………9 第一節 光學相關研究…………………………………………………9 第二節 概念改變………………………………………………………25 第三節 模型與建模……………………………………………………32 第四節 心智模式………………………………………………………38 第參章 研究方法…………………………………………45 第一節 研究設計………………………………………………………45 第二節 研究對象………………………………………………………46 第三節 教學與教材設計………………………………………………47 第四節 研究工具………………………………………………………54 第五節 資料處理與分析………………………………………………62 第六節 研究流程………………………………………………………69 第肆章 研究結果與討論…………………………………71 第一節 雙層診斷測驗結果分析………………………………………71 第二節 學習成就表現…………………………………………………88 第三節 正確性與一致性的比較………………………………………98 第四節 學生光學的心智模式………………………………………109 第五節 建模能力晤談問卷…………………………………………137 第六節 學習情意問卷………………………………………………150 第伍章 結論與建議……………………………………159 第一節 結論…………………………………………………………159 第二節 建議…………………………………………………………166 第三節 未來研究方向與問題………………………………………168 參考書目……………………………………………………169 中文部分……………………………………………………………169 英文部分……………………………………………………………171 附錄 附錄一 光學雙層診斷測驗試題(前測)…………………………173 附錄二 教學活動設計(實驗組、控制組)………………………181 附錄三 學習單(實驗組、控制組)………………………………197 附錄四 建模能力問卷……………………………………………208 附錄五 學習情意問卷(實驗組、控制組)………………………210 表次 表2-1-1 Selly提出的兒童視覺模式…………………………………14 表2-1-2 國外光學相關研究文獻探討(依照出版年前後順序)………15 表2-1-3 國內光學相關研究文獻探討(依照出版年前後順序)………19 表2-1-4 國內外常見的光學另有概念類型整理………………………21 表2-4-1 模型的種類與定義……………………………………………38 表2-4-2 建模能力分析指標……………………………………………44 表3-2-1 正式施測對象人數……………………………………………46 表3-2-2 兩組高、中、低分組男女分布………………………………46 表3-3-1 第四章光學相關單元之教學目標……………………………47 表3-3-2 實驗組與控制組的教學設計…………………………………50 表3-4-1 本研究光學相關子概念命題陳述……………………………55 表3-4-2 光學各子概念之雙向細目表…………………………………56 表3-4-3 光學各子概念另有概念類型…………………………………57 表3-4-4 光學雙層診斷測驗初稿修改情形……………………………58 表3-4-5 光學雙層診斷測驗項目分析…………………………………59 表3-4-6 建模能力晤談題目……………………………………………60 表3-4-7 學習情意問卷雙向細目表……………………………………61 表3-5-1 「光與視覺」心智模式編碼表………………………………66 表3-5-2 光學建模能力對應分析表……………………………………66 表4-1-1 第二題概念填答結果…………………………………………72 表4-1-2 第七題概念填答結果…………………………………………72 表4-1-3 第十二題概念填答結果………………………………………73 表4-1-4 第一題概念填答結果…………………………………………75 表4-1-5 第四題概念填答結果…………………………………………76 表4-1-6 第八題概念填答結果…………………………………………76 表4-1-7 第九題概念填答結果…………………………………………77 表4-1-8 第三題概念填答結果…………………………………………79 表4-1-9 第十三題概念填答結果………………………………………80 表4-1-10 第五題概念填答結果…………………………………………81 表4-1-11 第十題概念填答結果…………………………………………82 表4-1-12 第六題概念填答結果…………………………………………84 表4-1-13 第十一題概念填答結果………………………………………85 表4-1-14 各題在前、後測依照四種類別的人數百分比………………86 表4-2-1 實驗組前測、後測、延宕測驗的表現………………………88 表4-2-2 控制組前測、後測、延宕測驗的表現………………………90 表4-2-3 實驗組與控制組前測答題表現比較…………………………92 表4-2-4 實驗組與控制組後測答題表現比較…………………………93 表4-2-5 實驗組與控制組延宕測驗答題表現比較……………………94 表4-2-6 各認知層次所對應的後測答對率平均………………………94 表4-3-1 實驗組前、後、延宕測驗的正確性與一致性表現…………98 表4-3-2 控制組前、後、延宕測驗的正確性與一致性表現…………99 表4-4-1 學生對於視覺的心智模式類型與類型特徵…………………109 表4-4-2 實驗組與控制組的視覺心智模式分布………………………111 表4-4-3 視覺的心智模式演變途徑……………………………………115 表4-4-4 學生對於光的本質心智模式類型與類型特徵………………117 表4-4-5 實驗組與控制組的光的本質心智模式分布…………………119 表4-4-6 光的本質的心智模式演變途徑………………………………122 表4-4-7 學生對於反射的心智模式類型與類型特徵…………………124 表4-4-8 實驗組與控制組的反射心智模式分布………………………125 表4-4-9 反射的心智模式演變途徑……………………………………129 表4-4-10 學生對於折射的心智模式類型與類型特徵…………………131 表4-4-11 實驗組與控制組的折射的心智模式分布……………………132 表4-4-12 折射的心智模式演變途徑……………………………………134 表4-5-1 實驗組(EH34)建模能力晤談逐字稿與層次判斷依據………142 表4-5-2 實驗組(EA38)建模能力晤談逐字稿與層次判斷依據………143 表4-5-3 控制組(CH45)建模能力晤談逐字稿與層次判斷依據………144 表4-5-4 控制組(CA14)建模能力晤談逐字稿與層次判斷依據………145 表4-5-5 實驗組個案在各歷程的建模能力得分………………………148 表4-5-6 控制組個案在各歷程的建模能力得分………………………148 表4-6-1 學生對於教學感受問卷各項目之結果統計表………………150 表4-6-2 兩組教學策略對概念理解、學習興趣、學習負擔的影響…154 表4-6-3 學生喜歡的教學方式分布(次數)……………………………155 表4-6-4 印象最深刻單元統計結果……………………………………156 圖次 圖2-2-1 Chi本體樹的組織架構………………………………………26 圖2-2-2 Thagard的知識改變分類圖…………………………………28 圖2-2-3 Vosniadou的架構理論………………………………………30 圖2-2-4 概念的多面向架構……………………………………………30 圖2-2-5 概念改變的歷程………………………………………………30 圖2-2-6 彩虹模型的成分………………………………………………31 圖2-3-1 Johnson-Laird提出的心智模式……………………………32 圖2-3-2 Chi與Roscoe提出的心智模式類型…………………………36 圖2-3-3 心智模式依照正確性與一致性的分類………………………37 圖3-1-1 研究設計………………………………………………………45 圖3-3-1 實驗組與控制組的教學時間安排……………………………49 圖3-3-2 實驗組活動三照片……………………………………………50 圖3-3-3 實驗組活動四照片……………………………………………51 圖3-3-4 實驗組活動五照片……………………………………………52 圖3-3-5 實驗組活動六照片……………………………………………52 圖3-4-1 光學概念圖……………………………………………………54 圖3-6-1 研究流程圖……………………………………………………70 圖4-2-1 實驗組前、後、延宕測驗答題表現…………………………90 圖4-2-2 控制組前、後、延宕測驗答題表現…………………………91 圖4-2-3 實驗組與控制組在前、後、延宕的答對率表現……………95 圖4-2-4 實驗組與控制組在前、後、延宕的各子概念答對率表現…96 圖4-3-1 實驗組前測一致性與正確性…………………………………102 圖4-3-2 實驗組後測一致性與正確性…………………………………102 圖4-3-3 實驗組延宕一致性與正確性…………………………………102 圖4-3-4 控制組前測一致性與正確性…………………………………102 圖4-3-5 控制組後測一致性與正確性…………………………………102 圖4-3-6 控制組延宕一致性與正確性…………………………………102 圖4-3-7 實驗組正確性與一致性的演變圖……………………………104 圖4-3-8 控制組正確性與一致性的演變圖……………………………106 圖4-4-1 實驗組視覺的心智模式分布圖………………………………113 圖4-4-2 控制組視覺的心智模式分布圖……………………………114 圖4-4-3 實驗組視覺心智模式的前測/後測演變途徑……………116 圖4-4-4 控制組視覺心智模式的前測/後測演變途徑……………116 圖4-4-5 實驗組光的本質的心智模式分布圖………………………121 圖4-4-6 控制組光的本質的心智模式分布圖………………………121 圖4-4-7 實驗組光的本質心智模式的前測/後測演變途徑………123 圖4-4-8 控制組光的本質心智模式的前測/後測演變途徑………123 圖4-4-9 實驗組反射的心智模式分布圖……………………………128 圖4-4-10 控制組反射的心智模式分布圖……………………………128 圖4-4-11 實驗組反射心智模式的前測/後測演變途徑……………130 圖4-4-12 控制組反射心智模式的前測/後測演變途徑……………130 圖4-4-13 實驗組折射的心智模式分布圖……………………………133 圖4-4-14 控制組折射的心智模式分布圖……………………………134 圖4-4-15 實驗組折射心智模式的前測/後測演變途徑……………135 圖4-4-16 控制組折射心智模式的前測/後測演變途徑……………135 圖4-5-1 實驗組在建模歷程的建模能力表現………………………147 圖4-5-2 控制組在建模歷程的建模能力表現………………………148 圖4-6-1 學生對教師提問的感受……………………………………151 圖4-6-2 學生對電腦簡報呈現教材的感受…………………………152 圖4-6-3 學生對實驗操作的感受……………………………………153 圖4-6-4 學生對角色扮演/課堂講解的感受…………………………153

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    英文部分
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