學生概念生態(tài)組成因子之研究

1、學生概念生態(tài)組成因子之研究以密度/浮沉概念為例陳振威臺北縣建國國民小學TEL: (02) 26709228E-mail: enoooo陳龍川花蓮師院國小科學教育研究所TEL: (03) 8227106-1853FAX: (03) 8237283E-mail: .tw摘要本研究是藉由密度/浮沈概念教學的教室觀察與訪談，探討學生的概念生態(tài)。本研究以Posner的概念改變模型理論為基礎(chǔ)，並且藉由Tyson等人的多向度的詮釋架構(gòu)，探究學生概念生態(tài)組成因子以及各因子間的相關(guān)性；也就是從知識論(epistemology)、本體論(ontology)與社會/情意(s

2、ocial/affective)三個向度來探究學生的概念生態(tài)。本研究針對12位國小六年級學生進行三次訪談（單元教學前、中、後各一次），並於密度單元教學中做教室觀察與錄影。結(jié)果發(fā)現(xiàn)學生的概念生態(tài)學生呈現(xiàn)出八個組成因子，其中某些組成因子呈現(xiàn)出明顯的關(guān)連性，同時學生的密度/浮沈概念與概念生態(tài)間也呈現(xiàn)出明顯的關(guān)連性。因此教師對於學生概念生態(tài)的瞭解將有助於科學概念的教學。關(guān)鍵詞：概念改變模型、概念生態(tài)、密度/浮沈概念。一、研究動機與目的很多研究指出學習者學習新概念時，時常會遭遇到衝突訊息，學習科學概念時尤其明顯；學生對於自然世界的前置概念(pre-conception)或信念(belief)，通常也與學

3、校所教的科學理論發(fā)生衝突(Carey, 1985; Champagne, Klopfer & Gunstone, 1982; Eylon & Linn, 1988; Roth 1990)。因此，改進科學教育其中的一個重要環(huán)節(jié)，即須找出可以讓學生發(fā)生概念改變，並導(dǎo)入正確概念的方法。其中，Posner, Strike, Hewson和Gertzog於1982年，參考科學史與科學哲學對於知識論的觀點，提出概念改變模型(Conceptual Change Model, CCM)，藉此詮釋學生對於科學概念的改變情形。CCM包含兩個要件，一是概念狀態(tài)(status of conceptio

4、n)，即學習者對於新概念所處的狀態(tài)，包括可理解的(intelligible)、可相信的(plausible)及可廣泛應(yīng)用的(fruitful)等三個狀態(tài)。另外一個要件是概念生態(tài)(conceptual ecology)，即學習者呈現(xiàn)某一概念時，隱含在概念背後的相關(guān)概念。有關(guān)概念生態(tài)的研究也都顯示，概念生態(tài)的組成因子對於學習者概念改變的經(jīng)驗有重大的影響(Beeth, 1993; Demastes, Good & Peebles, 1995; Hewson, 1985; Hulland & Munby, 1994; Park, 1995; Roth & Roychoudhur

5、y, 1994)。此外，研究者過去從事國小自然科教學時也常發(fā)現(xiàn)，不同學生對於相同概念的理解程度有極顯著的差異。當初覺得可能只是學生資質(zhì)不同，如今經(jīng)過以上的探討發(fā)現(xiàn)，可能是學生的概念生態(tài)影響所致。除此之外，研究者在教授密度/浮沈概念時，發(fā)現(xiàn)學生有相當多的另有概念（alternative conception），同時對於研究者所問的問題，也都各持說法?；渡鲜鲅芯縿訖C，本研究主要目的如下：（一）從密度單元教學的教室觀察與其他資料分析中，探討國小六年級學生的概念生態(tài)，進一步探討這些概念生態(tài)的組成因子間的關(guān)連性。（二）從密度單元教學的教室觀察與其他資料分析中，探討國小六年級學生的密度/浮沈概念，進一步

6、探討這些概念與其概念生態(tài)間的關(guān)連性。二、研究方法（一）研究對象本研究的研究對象是12位六年級學生。這12位學生是從接受體積與重量單元教學活動設(shè)計班級中，以分層立意取樣(stratified purposeful sampling)的方式選出；也就是以該班學生的五年級自然科上下學期學業(yè)成績平均，分成低、中、高三層後，從各層分別取出4位學生（最高分4位，中間4位，最低分4位，共12位）。（二）研究工具1. 訪談工具：本研究訪談的問題是研究者針對密度相關(guān)概念，以及概念生態(tài)相關(guān)之研究，進行文獻的探討與歸納，並在專家核定後完成。訪談問題在正式使用前，研究者將這些問題對五名學生加以訪談，並在訪談後，就實際

7、遭遇到的情況加以修正後，編製完成正式訪談的問題。2. CAI課程軟體：本研究鎖定的教學單元是國小自然科第十一冊（六年級上學期）第五單元體積與重量。由於重量對體積的比值與密度的概念極為相關(guān)，對於密度概念的學習，學習者常覺得抽象且難懂。然而，課本上只針對重量對體積的比值所對應(yīng)的物體加以連結(jié)，失去密度原有的含意，同時密度概念必須與浮沈概念加以連結(jié)，才能達到密度概念的學習。因此研究者與另一位研究者（官翰德，民88）針對這個單元，以Visual Basic軟體共同合作設(shè)計出一套概念增強式電腦模擬教學的CAI與教學活動設(shè)計（三）研究程序本研究得研究流程是在多次修改後完成的，研究流程如下圖所示。研究流程圖（

8、四）資料分析本研究是以質(zhì)性研究的方式分析所得之資料。本研究收集資料的主要方法有三：個別訪談錄音、課堂上的錄影以及其他文件資料。資料來源包括：訪談的錄音帶、課堂錄影的錄影帶、研究者針對課堂觀察所做的田野筆記(field notes)、學生筆記及練習表(work sheet)。三、結(jié)果與討論本研究的結(jié)果顯示，不同學生的概念生態(tài)及其組成因子都有所差異(對照文後附上的表1)。其中某些組成因子呈現(xiàn)出明顯的關(guān)連性，同時學生的密度/浮沈概念與概念生態(tài)間也呈現(xiàn)出明顯的關(guān)連性。茲敘述如下：（一）學生的概念生態(tài)組成因子本研究發(fā)現(xiàn)，樣本學生的概念生態(tài)呈現(xiàn)出八個組成因子：對知識的認同、先備知識、學習的本質(zhì)、概念的本質(zhì)

9、、問題解決得策略、情意領(lǐng)域、科學的本質(zhì)與其他。本研究也發(fā)現(xiàn)，不同學習成就學生的概念生態(tài)有極顯著的差異。因此，教學者藉由比較不同學習成就學生的概念生態(tài)，可以得知造成學生學習成就差異的某些原因。（二）學生概念生態(tài)組成因子間的關(guān)連性本研究發(fā)現(xiàn)，每位樣本學生的概念生態(tài)組成因子間，都有關(guān)連性存在，而這些關(guān)連性也都因人而異。這點與Strike和Posner在1992年提出的看法相同；也就是個體的概念生態(tài)組成因子有其發(fā)展歷史，而其發(fā)展情形受到每個概念生態(tài)組成因子的相互影響，所以每個組成因子的形成都是在其他因子的影響下所形成。（三）學生的密度/浮沈概念本研究發(fā)現(xiàn)，樣本學生呈現(xiàn)出六種不同的密度/浮沈概念：密度（

10、或重量與體積的比值）、體積、重量、實心（或空心）、空氣與力，而不同學生利用不同的概念來判斷物體的浮沈情形（參考文後附上的表2）。這點也與黃湘武與黃寶鈿（民75）以及Biddulph和Osborne(1984)等人的研究發(fā)現(xiàn)類似。顯示兒童普遍存在這些密度/浮沈的迷思概念。（四）密度/浮沈概念與概念生態(tài)的關(guān)連性本研究發(fā)現(xiàn)，能夠以正確的概念（密度或比值）來判斷物體浮沈的學生，與無法以正確的概念來判斷物體浮沈的學生之間，其概念生態(tài)的確呈現(xiàn)出明顯的差異。這些差異分別呈現(xiàn)在學生概念生態(tài)組成因子中的學習本質(zhì)、概念本質(zhì)、情意領(lǐng)域以及科學的本質(zhì)。因此，教學者進行科學概念的教學時，除了考慮教材內(nèi)容的選擇與教學方法

11、的應(yīng)用外，更需瞭解學生以上四個組成因子所對應(yīng)的學習方式、概念表達的方式、學習的態(tài)度以及對科學的看法；也就是說，藉由瞭解學生的概念生態(tài)，檢視學生對於科學概念所處的狀態(tài)及其概念改變的情形。四、結(jié)論與建議（一）研究結(jié)論在教育上的意涵本研究發(fā)現(xiàn)每位樣本學生的概念生態(tài)組成因子間，存在有某些關(guān)連性，這些關(guān)連性也都因人而異。因此，如果教師進行教學時發(fā)現(xiàn)學生無法學習某個概念時，不能只考慮學生的某個組成因子（例如對知識的認同方式），而忽略了其他可能影響的組成因子（例如先備概念或情意領(lǐng)域方面的表現(xiàn)）；也就是說，教師對於學生的概念生態(tài)應(yīng)該做全面的瞭解，才能及時解決學生概念學習的障礙。其次，有兩種關(guān)連是在大部份學生身

12、上可以看得到的，其中一種是對知識的認同、科學的本質(zhì)與問題解決的策略間呈現(xiàn)出的關(guān)連；也就是說學生對於知識的認同會影響其解決問題的策略以及對於科學的看法，或是學生對於科學的看法會影響其對知識的認同方式以及解決問題的策略。例如有些學生對知識的認同是根據(jù)觀察或經(jīng)驗，而且認為科學是實驗所證實的，因此當他們面對問題時，也會選擇以實驗的方式來解決。這些學生大致可歸為Kolb(1976)所謂的積極行動與付諸實驗(active experimentation)類型的學習者。教學者面對這種類型的學習者，應(yīng)該盡量以實作的方式讓他們解決問題；也就是說教師藉由瞭解學生的科學本質(zhì)觀或?qū)χR的認同方式，可以幫助學生找出適合

13、的問題解決策略。大部份學生情意領(lǐng)域的表現(xiàn)與學習的本質(zhì)間呈現(xiàn)出關(guān)連性；也就是說，情意領(lǐng)域的表現(xiàn)是影響學生學習本質(zhì)的主要因素之一。例如，研究樣本中的小吟，其情意領(lǐng)域中的情緒好壞，決定其整個學習的成效。因此教師進行教學時，應(yīng)該考慮學生的情緒因素，盡量在學生學習情緒穩(wěn)定的狀態(tài)下進行教學，如此才能讓學生達到事半功倍的學習效果。情意領(lǐng)域中，學生對於自然科的喜好程度也會影響其學習，這樣的喜好常常只是一種經(jīng)驗或感覺，例如有些學生是因為喜歡自然科老師，有些學生是因為喜歡自然科的上課方式等等。這樣的學習方式與Kolb(1976)的四種學習類型中的具體經(jīng)驗(concrete experience)類型類似。教師面對

14、這種類型的學生，應(yīng)該盡量豐富教學內(nèi)容來引發(fā)學生的學習興趣，讓學生專注於學習內(nèi)容，而不致於以教師或上課方式作為喜好或厭惡自然科學習的基準，進而達到該有的學習效果。此外，情意領(lǐng)域中學生的自信心也是影響學習的因素之一，普遍來說，如果學生對於學習的內(nèi)容缺乏信心，其學習成就通常都會比較差。因此，教師可以在教學中激發(fā)學生的學習信心，提高學生的學習意願，如此一定能增進學生的學習效果。最後，情意領(lǐng)域中的參與程度也是影響學習的原因之一。本研究發(fā)現(xiàn)，學習本質(zhì)愈高的學生，其參與程度相對的也都愈高，可見教師進行教學時，如何引起學生的學習動機，提高學生的參與程度，都是影響其教學成效的關(guān)鍵。本研究同時發(fā)現(xiàn)，學生概念生態(tài)組

15、成因子中有多項組成因子（如學習本質(zhì)、概念本質(zhì)、情意領(lǐng)域與科學本質(zhì)）都是影響學生密度/浮沈概念學習的主要因素。因此，教學者進行科學概念的教學時，應(yīng)該隨時記錄學生的概念生態(tài)，藉此檢視學生對於科學概念所處的狀態(tài)及其概念改變的情形。從以上的探討可以知道，教師對於學生概念生態(tài)的瞭解，以及研究者對於概念生態(tài)的研究，對於科學教育的推展的確有其必要性。（二）建議由於概念生態(tài)決定概念的狀態(tài)，以及發(fā)生概念改變所需的狀態(tài)，更會影響概念改變的過程。因此，研究者建議教師必須藉由瞭解學生的概念生態(tài)，再次確定學生概念所處的狀態(tài)及其原由，進而瞭解學生概念改變的情形。近年來已經(jīng)有不少概念改變的研究將研究的重點轉(zhuǎn)而偏向教師如何讓

16、學生做概念改變的學習（Beeth, 1998），在這樣的研究中，教師對學生概念生態(tài)的瞭解就變得相當重要。但是研究者建議，未來的研究不該只是瞭解學生的概念生態(tài)，而是研究如何讓教師瞭解學生的概念生態(tài)，例如，教師如何在教學中不斷的檢視學生的概念生態(tài)，或者是如何引導(dǎo)學生在教學中呈現(xiàn)其概念生態(tài)的研究。研究者提出此項建議的原因是，本研究只能讓研究者知道樣本學生的概念生態(tài)，無法讓其他教師瞭解他們自己學生的概念生態(tài)。因此，如果有研究能夠歸納出如何讓教師瞭解學生的概念生態(tài)，將有助於每位教師瞭解學生的概念生態(tài)。另外，由於本研究的教師並不是研究者本身，因此無法在教學進行中，針對某些需要瞭解的組成因子做檢視，而且概念

17、生態(tài)的研究需要長時間的觀察，本研究在現(xiàn)場的觀察只有兩個月的時間，所以只能就研究者可以看到或收集到的資料加以分析。有鑑於此，研究者建議日後做概念生態(tài)的研究時，能夠?qū)r間拉長，或是以行動研究的方式進行，如此可以更深入瞭解學生的概念生態(tài)。參考資料官翰德（民88）：概念增強式電腦模擬對兒童密度概念學習成就之影響。國立花蓮師範學院國小科學教育研究所碩士論文。黃湘武，黃寶鈿（民75）：學生推理能力與概念發(fā)展之研究。認知與學習研討會專集（第一次）。臺北市：行政院國家科學委員會。Beeth, M. E. (1993). Dynamic aspects of conceptual change instruct

18、ion. Unpublished Dissertation. University of Wisconsin-Madison.Beeth, M. E. (1998). Facilitating conceptual change learning: The Need for teachers to support metacognition. Journal of Science Teacher Education, 9(1), 49-61.Biddulph, F., & Osborne, R. (1984). Children's questions and science

19、teaching: An alternative approach. Learning in Science Project (Primary). Working Paper. No.117. Waikato University Science Education Research Unit. Hamilton, New Zealand.Champagne, A. B., Gunstone, R. F., & Klopfer, L. E. (1985). Instructional consequences of students' knowledge about physi

20、cal phenomena. In L. H. T. West & A. L. Pines (Eds.), Cognitive structure and conceptual change (pp.61-90). Orlando, FL: Academic Press.Carey, S. (1985). Conceptual Change in Childhood, MIT Press, Cambridge, Massachusetts.Demastes, S. S., Good, R. G., & Peebles, P. (1995). Students' conc

21、eptual ecologies and the process of conceptual change in evolution. Science Education, 79(6), 637-666. Eylon, B., & Linn, M. (1988). Learning and instruction: An examination of four research perspectives in science education. Review of Educational Research, 58, 251-302.Hewson, P. W. (1985). Epis

22、temological commitments in the learning of science: Examples from dynamics. European Journal of Science Education, 7(2), 163-172.Hulland, C., & Munby, H. (1994). Science, stories, and sense-making: A comparison of qualitative data from wetlands unit. Science Education, 78(2), 117-136.Kolb, D. A.

23、 (1976). Learning Style Inventory: Technical Manual. Englewood Cliffs. NJ: Prentice Hall.Posner, G.J., Strike, K. A., Hewson, P. W., & Gertzog, W. A. (1982). Accommodation of a scientific conception: Toward theory of conceptual change. Science Education, 66, 211-227.Roth, K. J. (1990). Developing meaningful conceptual understanding in science. In B. F. Jones & L. Idol (Eds.), Dimensions of thinking and cognitive instruction (pp. 139-175). Hillsdale, NJ: Erlbaum.Roth, W. M., & Roychoudhury, A. (1994). Physics students' epistemologies and view