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以多重表徵的模型教學探究高二學生理想氣體心智模式的類型及演變的途徑
(2007) 鍾曉蘭; Shiao-Lan Chung
在學習化學的歷程中，不論是物質三態、理想氣體模型、碰撞學說與平衡的相關概念的科學學習上，微觀的粒子概念是理解化學概念的重要基礎。然而,學生在日常生活的觀察之中，不容易察覺與體驗出化學概念中微觀世界的想法，導致在學習理想氣體粒子模型與氣體動力論困難重重，甚至對於氣體的巨觀現象做出許多錯誤的推理因，而產生許多的迷思概念或另有概念(Novick ＆ Nussbaum,1981；Millar,1990；Benson et al., 1993)。本研究根據文獻所提及氣體粒子的迷思概念/心智模式類型，設計出一系列相關氣體體積、壓力、蒸氣壓、擴散與微觀世界中氣體粒子運動關係的診斷式紙筆測驗(預試對像為高三學生，男：45，女：37，共計82人，信度為0.913)，來探討學生理想氣體心智模式的類型。在教學方面，根據理想氣體粒子模型的特性（剛性粒子、隨機運動等）設計符合其現象及屬性的多重表徵的模型教學，藉著分析心智模式類型的分佈與演變途徑，及比較教學前、後及延宕測驗中3C(Correctness、Consistency、Completeness)的演變情形（Chi ＆ Roscoe,2002；Vosniadou,2002；邱美虹,2006），來瞭解多重表徵的模型教學（實驗組為39人，男:27、女：12）是否比傳統文本教學（控制組為40人，男：32、女：8）更能有效增進學生對於理想氣體的科學學習與概念改變。經過兩週(共計八節課)教學後，分析兩組學生教學前、後的正確性（correctness）、一致性(consistency)與完整性(completeness)，以及五次動態評量的答題情形，研究結果摘要如下：（1）在教學成效方面：實驗組與控制組兩組學生在教學前並未達顯著差異（paired-t test，正確性：t=.781，p=.440；一致性：t=1.705，p=.081；完整性：t=1.04, p=.306），教學後則達到顯著差異（ANCOVA ，正確性：F=36.4，p=.000；一致性：F=40.9，p=.000；完整性：F=42.4，p=.000）。特別在微觀方面，實驗組的正確性顯著優於控制組（F=43.6，p=.000），顯示出藉由多重表徵的教學方式，的確有助於學生建立正確的微觀氣體粒子運動模型。（2）在教學過程的動態評量中，兩組學生除了第二次評量未達顯著差異，實驗組在其他四次評量的得分率皆顯著優於控制組。（3）研究者以學生回答診斷式試題中六題相關氣體壓力微觀的解釋理由，來判斷學生的心智模式，並歸類出學生的心智模式共有十大類型：科學模式、科學有瑕疵、科學＋其他、分子量模式、體積模式、引力模式、動能模式、活性模式、兩種心智模式並存的雙模式，以及不一致的混合模式。實驗組學生對於氣體壓力主要心智模式的演變途徑為：混合(30.1％)→科瑕(35.8％)→科瑕(46.1％)；控制組學生對於氣體壓力主要心智模式的演變途徑為：混合(45.0％)→混合(45.0％)→混合(37.5％)。實驗組學生心智模式的演變朝向科學模式/科學有瑕疵的方向邁進，控制組的學習活動中由於缺乏與現象相同屬性(動態－隨機)的多重表徵，較難引發學生建立正確的心象，因而控制組學生心智模式的改變並不多。（4）多重表徵的模型教學與動態評量有助於學生建立突現過程本體：實驗組學生經由視覺混合、具體混合、數學混合與動作混合等多重表徵的模型教學後，建立了完整的剛性粒子的概念，並深入瞭解粒子微觀的運動是隨機的、瞭解氣壓的成因是快速運動的粒子對容器壁碰撞時的單位體積內動能轉移，因此教學後有48.7％的實驗組學生產生跨越本體及直接過程轉變成突現過程等較困難的概念改變，另外有20.5％的實驗組學生在學習過程中逐漸演變成突現過程。（5）從學生開放式的問卷中，我們可以瞭解到大部分的學生對於多重表徵模型教學的情意面向是正面的反應居多。本研究嘗試將多重表徵的模型教學融入理想氣體教學中，研究結果顯示教學成效顯著優於傳統文本教學，建議科學教師在課室活動中可以在時間許可下採用模型教學。藉由呈現模型與不同表徵之間的交互作用，幫助學生觀察並進一步瞭解現象中所蘊含的科學模型，藉以動態修正或精緻化個人的心智模式。關鍵詞：多重表徵的模型教學、心智模式的演變途徑、概念改變
以推論模式為架構分析大考化學考科非選擇題試題之探究
(國立臺灣師範大學師資培育與就業輔導處, 2016-06-??) 吳國良; 邱美虹; Kuo-Liang Wu; Mei-Hung Chiu
本研究嘗試由推論模式來分析大考化學考料非選擇題，以了解學生推論技能與非選擇題表現的關像。由過去的文獻可知，推論是由已知的訊息推得未知的內容，廣泛應用於閱讀理解。有些文獻亦指出，推論技能可能同時影響學生的閱讀能力與科學學習成就。本研究藉由99 年大考化學考科非選擇題第一大題的3 個小題，區分為以文本為基礎與情境模式的試題，研究發現:考生需在命題語句、推論意涵與衍生解題之間形成相互的連結，才能順利完成解題;此外，就高、低先備知識兩種不同的考生群，在以文本為基礎試題的表現的差距，會小於情境模式的試題。研究結呆顯示:在回答接近情境模式的試題時，除了需具有充足的先備知識外，亦需形成有效的推論，才得以完整地回答問題。根據此項結果，研究者提出教學與命題的參考。
以概念演化探討物質三態變化之教科書內容與教學對學童心智模式發展歷程之影響
(2012) 吳文龍; WEN-LUNG WU
本研究綜合多重的研究資料探討學生物質三態變化之心智模式發展歷程，研究內容可分為四個不同的研究主題，據此，四個主要的研究目的分別為：(1)實施跨年級物質三態變化問卷調查，瞭解學生學習現況及檢驗物質三態變化概念演化假說樹的合適性與符合度；(2)透過相關研究文獻，建立理論的物質三態變化之心智模式及認知特徵，藉由系統發育分類學技術建構物質三態變化概念演化假說樹；(3)分析國小、國中、高中階段科學教科書之物質三態變化單元，以概念發展點探討教科書內容結構及與相關概念的銜接，建立各年級的概念教學進程表，並比較不同版本差異；(4)綜合前述三種不同的研究方法確立學生物質三態變化概念發展路徑後，在國小六年級進行「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」，探討不同概念內容與次序對學生學習物質三態變化的影響。在選樣的部份，研究主題一為四到十二年級跨年級概念調查，研究者考量物質三態變化是日常生活中經常接觸到的現象，且在各年的教學活動亦會應用相關概念，因此受測者以四到十二年級逐年收集的方式收集資料(共832人)；研究主題三為教科書分析，以台灣九十九學年度現行之教科書版本為主，國小階段、國中階段及高中階段共有九種不同版本；在研究主題二實驗教學研究的部份，因研究發現五年級後即超過半數學生具有部份粒子概念，因此以國小六年級四個班級(共110人)進行教學活動。本研究之研究工具及實驗教學包含：「粒子本質暨物質三態變化問卷」、「系統分類學統計軟體(PAUP* 4.0)」、「教科書分析編碼表」、「學習歷程記錄表」、「自然科學習動機問卷」及「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」。「粒子本質暨物質三態變化問卷」用於跨年級概念調查及配合實驗教學之施測，主要在瞭解學生對於物質三態變化概念的理解程度；PAUP* 4.0常用於系統分類學上，主要用來判斷物種親源遠近的統計工具，本研究用以分析物質三態變化心智模式及認知特徵，透過此軟體計算出可能的概念演化樹；「教科書分析編碼表」為分析不同版本教科書相關單元之編碼工具；「學習歷程記錄表」及「自然科學習動機問卷」為教學期間及教學後收集學生對課程內容的反應，以輔助研究結果的詮釋。「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」包含微觀粒子概念與物質三態變化兩部份，此教學法根據物質三態變化概念演化樹之發展路徑做為教學的組織架構，分別安排合適教學內容與次序。二階段實驗教學階段包含第一階段粒子本質教學(角色扮演)及巨觀三態物質教學(一般講述)；第二階段物質三態變化教學(角色扮演組及一般講述組)兩個部份。第一階段為建立不同的先前概念做為後續教學的基礎，第二階段為採用兩種不同的教學法進行物質三態變化教學。本研究以角色扮演進行粒子運動的模擬包含三大特點：「眼罩」模擬粒子隨機運動的無方向性及無目的性；「帽子顏色(紅、黃、綠)」代表不同粒子運動速率；「魔鬼氈手套」代表不同吸引力。因國小階段並未安排微觀粒子相關的課程，因此研究者以學期末時間進行教學，教學時間為五至六堂課。本研究之研究結果發現：(1)物質三態變化概念調查指出學生對於巨觀的概念發展早且已高比例的正確性，但在微觀的部份，大部份國中階段學生尚未建立完整的微觀粒子概念，要到高中階段才會出現高比例的科學概念；而物質三態變化概念的發展大致呈現逐年成長的狀況，但學生對於三態變化中凝結現象答對比例大於蒸發現象，顯示部份的學生仍無法以一致的科學概念解釋三態變化的物相轉變；(2)本研究之物質三態變化概念演化樹22可分為A、B、C、D區，各區出現不同的認知特徵，物質觀點中的混合觀與粒子觀分別在B區及D區出現，由相伴出現的認知特徵可看出各類心智模式對物質三態變化的不同解釋方式；(3)本研究之教科書分析結果認為粒子本質概念在國中階段的教學比重低，即使提到粒子概念也僅解釋物質的微觀結構，對於三態變化時粒子運動觀點要到高一時才有正式的教學活動，因此本研究下一階段實驗教學的主要目標增加粒子本質概念的內容，並瞭解粒子本質概念對學習物質三態變化時的影響；(4)在進行四組實驗組的實驗教學後，本研究之粒子本質教學能顯著地幫助學生學習第二階段的物質三態變化，並且即使第二階段的教學活動未使用角色扮演的方式進行，學生仍能理解物質三態變化概念，達到更好的學習成效。最後，本研究建議概念發展相關研究應採用不同的研究方式，同時進行整合的分析及實驗教學，才能具體對未來課程安排提供合適的建議。
以概念演化樹探討跨年級學生對演化概念之發展
(2009) 辛怡瑩; Yi-Ying Hsin
本研究以問卷方式調查跨年級學生的演化概念，研究對象為國小六年級、國中一年級、高中一年級、高中二年級和大學一年級，每個年級施測人數約在110~140人，有效問卷共747份。演化概念共分成四個主概念依序為「個別變異」、「遺傳決定」、「不同的存活率」和「累積世代的改變」，再細分成六個次概念依序為「變異的來源」、「族群裡的變異」、「可遺傳的變異」、「特定性狀比例改變」、「性狀的存活」和「適應」。整合選擇與開放題之演化概念組合，以四個主概念做為分析單位，透過系統分類學的分析軟體PAUP* 4.0找出可能的概念演化樹，藉由本研究的數據資料進一步找出最適合的概念演化樹，用以解釋跨年級演化概念之發展和主概念之出現時間順序。本研究結果發現如下，可分成五點說明： 1.尚未學習演化前的小六學生較容易使用外在、後天、短暫、特質類別來解釋演化概念，雖然經過教學的學生仍有此現象，但比例較為學習前低。 2.跨年級學生於選擇題和開放題的表現趨勢相近達高度相關，唯一差別在於開放題表現低於選擇題，整合兩種題型結果做為整體演化概念組合。 3.使用系統分類學繪製跨年級學生演化概念發展支序圖，科學模式的發展，在小六前已具備主概念三「不同的存活率」，小六發展出主概念一「個別變異」，國一階段依序發展出主概念二「遺傳決定」和主概念四「累積世代的改變」。 4.當主概念一「個別變異」尚未建立時，會影響主概念二「遺傳決定」的學習，嚴重甚至會導致主概念三「性狀的存活」轉變為混合類型，連同主概念四亦會出現混和或錯誤類型。 5.尚未經歷演化教學的小六學生出現的心智模式較少，經過國一教學後出現的心智模式類型則較多，因為結合初始和科學模式而產生較多的心智模式，直到高二階段以後心智模式類型才漸漸集中。整體而言，學生都很容易使用外表能看到的特徵或特質來解釋演化過程，較缺乏深度思考其演化之內部機制。教學上可參考學生的概念發展歷程適時給予正確的引導，增加例子說明或是實際體驗演化活動，以協助學生在演化概念之發展可以更朝向科學模式邁進。
以科技為基礎之課室互動教學環境對於國中學生細胞分裂概念學習之影響
(2011) 楊凱悌; Kai-Ti Yang
近年來，互動式電子白板(Interactive Whiteboard, IWB)整合白板與電腦間雙向互動操作以及多媒體整合呈現之創新，讓IWB融入教學成為各國政府之支持與推動的政策，我國亦於2006年起政策性推動IWB融入各級學校之教學；因此，本研究嘗試探究IWB融入國中細胞分裂主題之教學效益。本研究由文獻分析，依據細胞分裂主題之資訊融入教學的建議與IWB之教學應用的建議，並參考Richard E. Clark、Robert B. Kozma與Richard E. Mayer之論點，發展出「科技輔助科學學習效益之三元決定論：學習科技屬性、教學方法、學習者特質」以及「質量並重的研究方法可以釐清科技輔助科學學習的全貌」兩個論點作為本研究之立論基礎，發展以IWB為基礎之課室互動教學活動，並針對IWB融入國中細胞分裂主題教學之效益進行深入評估。本研究採準實驗研究設計，將參與研究之國中一年級學生共107人，分為「傳統資訊融入教學組」(n=57)與「IWB融入教學組」(n=50)，「傳統資訊融入教學組」於傳統課室環境中應用Microsoft PowerPoint進行教學，「IWB融入教學組」則是於傳統課室環境中應用IWB進行教學。在教學進行前，先針對研究對象實施細胞分裂主題之總結性評量前測、細胞分裂之二階層診斷式測驗(Two-tier Diagnostic Test for Cell Division, TDTCD)前測與Kolb學習風格量表，以收集量化資料；接著進行為期一週的教學，在教學過程中，進行全程課室錄影，以收集質性資料；教學結束後，再實施細胞分裂主題之總結性評量後測、TDTCD問卷後測與建構式多媒體學習環境問卷(Constructivist Multimedia Learning Environment Survey, CMLES)，以蒐集量化資料。本研究針對蒐集到的質性與量化資料進行分析，結果發現：一、相較於傳統資訊融入教學，學生在IWB融入國中細胞分裂主題教學之環境中進行學習，有較佳之學習效益與概念改變情形。二、相較於傳統資訊融入教學，學生認為IWB融入國中細胞分裂主題之教學環境較符合建構式學習環境。三、相較於傳統資訊融入教學，在IWB融入國中細胞分裂主題教學之環境中進行教學，師生互動模式偏向於教師減少講述教學而學生主動參與教學活動之情形增加。四、不同學習風格學生於不同資訊融入教學模式下學習細胞分裂主題，其學習效益與概念改變具有差異。 1. 經驗攫取偏好為「具體經驗」之學生，在IWB融入細胞分裂主題教學環境之學習效益與概念改變情形，顯著優於傳統資訊融入教學環境。 2. 經驗攫取偏好為「抽象概念」之學生，在IWB融入教學與傳統資訊融入教學環境下學習細胞分裂主題，均能獲得相等之學習效益與概念改變情形。 3. 經驗轉換偏好為「主動實驗」之學生，在IWB融入教學與傳統資訊融入教學環境下學習細胞分裂主題，均能獲得相等之學習效益；但是在概念改變情形上，則以IWB融入教學環境下之概念改變情形顯著較傳統資訊融入教學佳。 4. 經驗轉換偏好為「省思觀察」之學生在IWB融入教學與傳統資訊融入教學環境下學習細胞分裂主題，能獲得相等之整體學習效益與概念改變情形。五、不同學習風格學生於不同資訊融入教學模式下學習細胞分裂主題，其在CMLES問卷中呈現之對於學習環境的感受情形具有差異。經驗攫取偏好為「抽象概念」之學生，對於IWB融入教學環境之感受顯著較傳統資訊融入教學環境佳，特別是在「學習探究」、「學習思考」、「相關性」、「易用性」與「挑戰性」之學習感受上，經驗轉換偏好為「主動實驗」之學生，對於「學習探究」、「學習思考」與「挑戰性」的學習感受，顯著較傳統資訊融入教學環境來得正向，經驗攫取偏好為「具體經驗」與經驗轉換偏好為「省思觀察」之學生則對於兩種資訊融入教學環境有相同正向的學習感受。六、不同學習風格個案學生於不同資訊融入教學模式下學習細胞分裂主題，其課程參與度具有差異。經驗攫取偏好為「具體經驗」與經驗轉換偏好為「主動實驗」之學生在IWB融入教學環境下有較高之參與度，經驗攫取偏好為「抽象概念」之學生在兩種資訊融入教學環境下均有高參與度，經驗轉換偏好為「省思觀察」之學生在兩種資訊融入教學環境下多有高參與度，但在「減數分裂之意義與過程」子概念之學習，以在IWB融入教學環境下之參與度較高。
從科學史中理論模型的發展暨認知學心智模式探討化學概念的理解－層析理論的模型化案例
(2005) 吳明珠; Wu, Ming-Chu
模型是一種想法、一個物件、事件、歷程或一個系統的表徵。模型化﹙modeling﹚試圖將「不明確」或「沒有看過」的事物與想法呈現，因此模型蘊含「本源」（source）與「標的」（target）兩個領域。模型化是一種轉換的歷程；在嘗試轉換的程序中，注意力被切換、轉移至特定的意義領域而呈現躍進（leaping）的狀態，因而容易產生創造性的想法，因此模型化（modeling）是一種創造性有意義學習過程。層析法（chromatography）是物質科學中最常用的分離技術之一，因此是儀器分析課程中十分重要的一部分。層析法的分離作用源自被分離物質和分離系統間的集體現象，涉及分子間作用力、分子的動態分布等概念；相關研究顯示層析技術作用原理的概念理解對大部分學生是複雜和有困難的。本研究分成三個階段。第一階段，從科學史的角度輔以文獻探討的方式，確認出層析理論發展的五個理論模型－過濾模型、吸附模型、板理論模型、速率模型以及效化熱力學模型。第二階段，以孔恩的科學革命、拉卡托斯的研究綱領和勞丹的研究傳統等三種科學哲學觀分析層析理論模型的發展，瞭解模型是如何取代。研究結果顯示層析理論的發展是從因果解釋模型如過濾、吸附等分離作用模型發展為兩相間分配板理論模型，隨機分配的速率模型及合併動力學、熱力學形成的最適化模型。理論發展過程中，遭遇必須解決如：成分完全分離、動相的限制、靜相的限制等概念性問題時新理論模型才會出現。新理論模型並促進新的層析儀器的類型的設計和應用，使得分離的一些經驗問題得以解決。因此層析理論模型的發展並非完全累積的，而是聯合、分化和改變的演化歷程，本研究認為層析理論的發展較符合勞丹的科學發展理論。本研究的第三階段主要探討學習者對於模型的認識表徵(「模型表徵類別」)與層析單元教學以前之相關化學先備能力對於層析單元學習成效與層析模型建構之影響。受試學生是台北某私立技術學院專科部化工科，選修『儀器分析』課程的64位四年級學生（年齡19-21歲），該課程在實驗期間，由研究者利用透過科學史分析所發展出來的模型化導向教學模式（modeling approach teaching）進行層析單元的教學。研究者首先利用根據Grosslight等人(1991)對於模型認識之相關研究結果所自行發展的「學生模型表徵問卷」將受試學生分為「構念－理論」、「構念－空間」、「實體－理論」以及「實體－空間」等四種模型表徵類別後，分別在層析單元教學前與教學後，探討受試者「模型表徵類別」與「化學先備能力」對於層析模型之建構與層析單元成就之影響。第三階段的主要研究發現為(1)受試學生對於模型之表徵類別與化學先備能力均顯著影響其層析單元之學習成就；(2) 受試學生對於模型之表徵類別與化學先備能力對層析單元之學習成就影響無顯著交互作用；(3)受試學生在層析單元教學前，選擇吸附理論模型為適當層析模型者顯著多於另外三種層析模型；(4) 受試學生在層析單元教學後，選擇隨機的兩相分配速率理論模型為適當層析模型者顯著多於另外三種層析模型；(5)受試者「模型表徵類別」與「先備能力」對於教學前、後之層析模型建構均無顯著影響。由以上(3)、(4)發現，可以推論學生的層析模型建構大致符合科學史發展，也符合教學之進度。然而在單元教學後實際要求受試者解釋層析特例時，發現雖然大部分學生在認知上選擇隨機的兩相分配速率模型為最適當的層析模型，然而在解釋層析特例時，卻大都採過濾模型。
從突現過程本體面向探討生物恆定性概念改變－以七年級學生為例
(2007) 黃佳杏; Jia-Hsing Huang
摘要生物恆定性的概念，在生物學當中是屬於重要且不容易學習的單元，學生必須要統合許多生理知識，並且要能掌握其抽象及複雜的動態整體觀，才得以架構出完整的恆定性概念。關於概念學習，Slotta 和Chi（2006）以本體論的觀點分析認為，若是先接受本體分類屬性的訓練，將有助於接下來學習具有此類本體屬性的概念。目前尚未有從概念本體面向來探討生物恆定性的概念改變，因此本研究設計含有突現本體屬性的多媒體教材，希望藉此提升學生學習恆定性概念的整體成效。本研究欲探討的研究問題為：一、運用含有突現本體屬性的教學媒體對於生物恆定性概念的學習是否有幫助？二、經過教學後，是否有助於學生概念本體的跨越？三、成就測驗與概念本體得分是否有關？本研究選擇人體體溫恆定、水分恆定以及血糖恆定三個教學單元，以五班七年級學生共172人為研究參與對象，隨機分派為實驗A組、實驗B組以及對照組（C組）。這三組的學生將依不同的恆定單元採用不同的多媒體教學： 1.實驗A組的學生依次實施的是強調突現的體溫恆定教學、強調突現的水分恆定教學，最後則是未強調突現的血糖恆定教學。 2.實驗B組的學生依次實施的是強調突現的體溫恆定教學、未強調突現的水分恆定教學，最後則是未強調突現的血糖恆定教學。 3.對照組的學生依次實施的是未強調突現的體溫恆定教學、未強調突現的水分恆定教學，最後也是未強調突現的血糖恆定教學。本研究的結果發現：一、就概念整體表現而言，利用含有突現本體屬性的多媒體教材的實驗組，學習成就表現顯著優於對照組。二、就概念本體得分而言，兩組實驗組優於對照組，而在本體跨越的維持情形也較佳。三、成就測驗與本體屬性得分之間呈顯著正相關。綜上所述，使用含有突現本體屬性的多媒體教學策略，有助於生物恆定性概念的學習以及突現概念本體屬性的建立，而且在本體屬性跨越的維持情形也較佳。
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
(2009) 楊宜雯; I-Wen Yang
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。
探究不同數位學習教材設計模式對國小六年級學童光合作用概念學習之影響
(2008) 楊凱悌; Kai-Ti Yang
光合作用在生物科學上有其重要性，因此，一直被視為生物課程中的主要議題之一，以我國九年一貫課程為例，其亦被列入相關的課程綱要中。然而，光合作用因其所具備的概念面向相當地多，且囊括許多與日常生活經驗不同的概念，因此，學童往往僅將之直接納入既有的概念體系中而非去理解它，因而產生許多迷思概念，故光合作用一直以來被認為是學生最困難學習的主題之一，且為科學教育研究者長期關注探究的焦點。本研究以文獻所提及之學童普遍存有的光合作用迷思概念為依據，並參考Mikkilä-Erdmann ( 2001)設計概念改變文本的論點以及動態評量的理論為基礎，來發展出一個概念改變教材設計模式(Conceptual Change Material Development Model, CCMD Model)，並實際應用該模式來發展數位學習教材，用以輔助國小六年級學童於光合作用概念上的學習。本研究為考驗CCMD Model所發展之光合作用數位教材的效益，採用準實驗設計，將四所公立國民小學八個班級共232位六年級學童，以班為單位，隨機編派到四個研究組別—「概念改變教材設計含動態評量組(CCM+D組)」、「傳統教材設計含動態評量組(TM+D組)」、「概念改變教材設計但不含動態評量組(CCM組)」與「傳統教材設計但不含動態評量組(CCM組)」。在進行為期兩週的自由學習之後，比較四組不同數位學習教材設計模式學童之學習效益、概念改變與學習感受的情形。此外，也將從先備知識的角度，來探究學童之先備知識對其在不同數位教材設計模式下的學習影響。本研究的具體發現如下： 1.採用CCMD Model—概念改變教材含動態評量的設計模式來開發數位教材，有助於國小六年級學童進行光合作用概念的學習。數位教材採用概念改變之設計模式的學習效益較傳統設計模式佳，且數位教材中若包含動態評量的設計將具有更好的學習效益。 2.數位學習環境中融入概念改變數位教材的設計，對於學童在「光合作用的必要條件」與「光合作用在生態上的意義」概念上的學習較有助益，但若能同時融入動態評量的策略，則能達到更好的學習效益；而動態評量的設計則對「光合作用的意義」、「光合作用的場所」、「光合作用的原料」與「光合作用的產物」概念上的學習幫助較大。 3.學童在進行光合作用單元的學習之前即持有相當多的迷思概念，經過教學之後，以CCMD Model所開發之數位教材較能協助學童改善其迷思概念，傳統數位教材含動態評量之設計模式與僅含概念改變數位教材之設計模式，雖也能協助學童改善部分迷思概念，但效益不如前者，而僅含傳統數位教材之設計模式的學童，經學習後於光合作用之迷思概念上的改善狀況最差。概念改變數位教材對於「光合作用的意義」、「光合作用的場所」與「光合作用的產物」之迷思概念的改善較有幫助，而動態評量則對於「光合作用的必要條件」與「光合作用的原料」之迷思概念的改善較有幫助。 4.CCMD Model所開發之數位學習環境包含概念改變數位教材與動態評量兩大部分。透過學童們在動態評量上的作答表現可以發現到，相較於傳統數位教材設計而言，本研究所設計之光合作用的概念改變數位教材，對於學童進行光合作用概念的學習具有良好之輔助成效。同時，動態評量所提供之漸進式提示也能協助學童學習光合作用的概念並修正錯誤的想法。 5.學童之先備知識與其學習效益間具有顯著正相關(r=0.633, p<0.01)；先備知識成績屬於高分群者與中分群者學童之學習效益，顯著優於先備知識屬於低分群者，因此，學童的先備知識對其概念學習具有重要影響。 6.從數位教材設計模式的角度來探討其對於不同先備知識學童之學習影響，則可以發現，數位學習環境中融入動態評量的設計，對於先備知識屬於高分群的學童而言，較能輔助其學習效益；對於先備知識屬於低分群的學童而言，動態評量雖能輔助其學習效益，但仍需要搭配上概念改變教材的設計，方能達到較佳的學習成效。另外，相較於傳統教材設計模式的數位學習環境中，具有概念改變教材設計模式的數位學習環境，較能提供不同先備知識層次學童有較多的學習機會。 7.不同數位教材設計模式的學童，多對於採用電腦學習自然與生活科技課程持有正向的態度；利用電腦上課的方式，不但讓學童更具正向的學習態度、更重視於完成課堂上的活動外，教材中的各項設計與表徵也更能促進學童的學習。另外，CCM+D組與TM+D組學童多對於數位教材設計模式中所包含之網路動態評量的漸進式提示設計具有正向的態度，且認為該設計猶如隨侍在旁的家教老師，在其做錯時給予適切的輔助與指引，促進更主動地進行光合作用概念的學習。
探究八年級學生對力持有的「意義」、「心智模式」與「內在一致性」
(2008) 施宗翰; Tsung-Han Shih
摘要本研究是以Vosniadou(2002)的研究為基礎及使用相同研究的工具，並試圖探討學生在不同情境下持有「力的意義」，與「內在一致性」情形。研究對象為82名台北市八年級的學生，在無教學的情況下給予施測，並挑選30名學生作晤談，最後將這些資料編碼，作為量化與質性分析的來源。研究結果發現學生的心智模式不同於Vosniadou的結果，學生對於力的意義在不同情境下，會有改變的情形，不同於Vosniadou所宣稱：「近九成孩童的心智模式具有狹隘且內在一致性之力的解釋」。研究顯示學生的心智模式可分成四種模式，分別為「初始模式」、「漸進模式」、「混合模式」與「類科學模式」。本研究並無發現完全符合「科學模式」的類型。在同一個年齡層中，這四種模式有漸進的意涵，有如橫向的概念改變形式。本研究根據所定義的心智模式「內在一致性」，量化一致性的程度。研究結果顯示：四種心智模式中，以「類科學模式」的一致性最高，其次是「漸進模式」，接著是「混合模式」，最低為「初始模式」。最後，若能針對「混合模式」設計合適的教學，便能夠使學生的心智模式修正成為「類科學模式」或「科學模式」。
探究學生串聯電路認知特徵演化歷程之跨年級研究
(國立臺灣師大學研究發展處, 2009-12-??) 林靜雯; 邱美虹; Jing-Wen Lin; Mei-Hung Chiu
跨年級研究有助於課程設計的縱向連續發展，但卻極為耗時費力。因此，林靜雯等人（林靜雯，2006；Lin & Chiu, 2006）建立支序分類之概念演化取向，藉電腦軟體預測學生串聯電路心智模式的演化路徑，希望能克服早期跨年級研究的缺點。本研究特別設計跨年級的調查，以電學診斷式測驗檢測三年級、五年級、七年級及九年級學生共440 名，藉此獲得學生各認知特徵與狀態於各年段的分布比例以檢驗林靜雯等人的預測。研究結果顯示，林靜雯等人的預測與實徵結果大致相符，且藉由其預測與跨年級調查結果的整合，本研究清楚表徵學生於串聯電路心智模式上認知特徵演化的全貌，並解釋了學生串聯電路概念演化與課程發展之間的可能關係，初步證實了支序分類學之概念演化取向之可行性。
探討建模教學對八年級學生酸鹼概念發展與建模能力的影響
(2013) 黃文田; Wen-Tien Huang
本研究選取國民中學教科書自然與生活科技第四冊『酸與鹼』單元為研究主題，依課程內容擷取『酸鹼的定義與通性』、『酸鹼濃度與pH值』和『酸鹼中和與鹽類』三個主題概念設計教學活動。分別進行『建模教學』、『建模合作教學』和『一般教學』三種不同教學模式，探討不同教學法對學生酸鹼概念與建模能力的影響，並進一步探討兩者間的相關性。本研究的研究對象為國中八年級三個班共88位學生，所使用的研究工具為研究者針對主題概念所研發的『酸鹼概念診斷測驗』與『建模能力分析試題』，據此工具以量化的形式來分析學生的酸鹼概念與建模能力。研究結果如下：一、兩種建模教學(實驗組)在教學後酸鹼概念的後測及延宕測表現，都顯著優於一般教學(控制組)，在兩實驗組間的比較上，『建模合作組』在後測和延宕測的表現皆優於『建模教學組』。建模教學與建模合作教學在『酸鹼的定義與通性』和『酸鹼濃度與pH值』主題概念的學習，都能顯著優於一般教學。但在較為複雜的『酸鹼中和與鹽類』概念學習上，建模教學無法顯著優於一般教學，而建模合作教學依然能顯著優於一般教學。二、教學前三組學生在『酸鹼中和』心智模式皆以現象模式、直覺濃度模式與不一致的混合模式、競爭模式和散亂模式為主。教學後『一般教學組』達類科學模式的比例為25%，『建模教學組』的類科學模式比例為35.7%，『建模合作組』有34.7%的類科學模式，且有9.4%達科學模式。延宕測後『建模教學組』與『建模合作組』在類科學模式以上的比例稍增加，但『一般教學組』卻減少，顯示建模教學較一般教學能幫助學生建構出正確的科學心智模式。三、兩種建模教學(實驗組)在教學後建模能力的後測及延宕測表現，都顯著優於一般教學(控制組)，在兩實驗組間的比較上，『建模合作組』後測的表現優於『建模教學組』。延宕測後『建模合作組』在三組間仍然保有最佳表現。建模教學在各個建模歷程的後測和延宕測表現上都優於一般教學，顯示建模教學較一般教學更能有效提升學生的建模能力。研究中亦發現，兩實驗組在前三個歷程的建模能力表現上差異不大，但在後二個建模歷程，『建模合作組』的表現明顯優於『建模教學組』。可見透過合作式的建模教學，對於學生高階認知與推論能力的培養具有較佳的成效。四、教學前三組中僅『建模合作組』的酸鹼概念與建模能力達顯著相關 (p＜.01)，其餘兩組的相關性低。教學後三組均達顯著正相關(p＜.001)，顯見三種教學模式均能同時提升學生的酸鹼概念與建模能力。而建模教學比一般教學較能同時提升教學成效與學生的建模能力，且透過合作式學習，更能增進整體的成效。
探討高一學生對於「板塊構造運動」所持有之概念架構之解釋融貫性
(2005) 曾舒平; Su-Ping Tseng
本研究為一初探性質之研究，目的在於嘗試以Thagard(1992)的解釋融貫性理論來探討高一學生對於「板塊構造運動」的理論架構之解釋融貫性，以其所提出的ECHO程式加以檢驗，並探討擁有不同解釋融貫性的學生在學習成效上的差異，及其在概念改變的程度上有何相異之處。另外，本研究探討以反駁式文本與自我解釋技巧來進行教學是否對於學生理論架構之解釋融貫性有所影響。研究結果顯示：（1）在板塊構造學說上學生常見之另有概念為「大陸漂移就是板塊構造運動」、「軟流圈等同地函等同岩漿」，而其概念架構之錯誤也與這些另有概念相關，使得學生在板塊構造學說之概念架構上有特定之錯誤類型；（2）反駁性文本與自我解釋技巧的使用能提高學生之學習成就；（3）學生持有之原有概念架構之解釋融貫性不影響其在教學後的學習成就，但是原有概念架構之解釋融貫性較高者較難以改變其概念架構，而較低者則較容易改變其概念架構。
由概念演化觀點探究不同教科書教-學序列對不同心智模式學生電學學習之影響
(2006) 林靜雯; Jing-Wen Lin
摘要本研究為第一個將生物學之系統發育分類分析方法(Cladistics)引介至科學教育之跨領域研究，其目的旨在以更科學化、系統化且更省時省力的方式獲得兒童概念發展的演化路徑，以奠基於此設計出真正以兒童先備概念為基礎的科學課程。據此，本研究首先由文獻探討及分析建立兒童科學概念學習與生物演化論及認識演化論之間類比的合理性，以為此研究取向提供穩固的理論基礎。其次研究者設計440人參與之跨年級診斷式測驗，藉此檢驗此分析取向所獲得之學生電學概念演化路徑的假設。接著奠基於此概念演化路徑結合教科用書分析，研究者因應不同電學心智模式的學生設計出以學童電學先備知識為基礎發展的教-學序列，最後藉由小組教學的方式檢驗所發展之教-學序列的有效性。本研究共分四階段進行：第一階段，研究者以單極模式為外群，利用12個認知特徵輸入PAUP 4.0軟體，並以窮盡搜尋的方式分析11個串聯電路的心智模式，建立了兒童電學心智模式演化樹的假設—Tree 70。此假設顯示兒童電學概念的演進路徑為：雙極極性、雙極電流方向封閉性、燈泡因電流會合而發光分配電流燈泡因吸收電流而發光、完整通路的概念、正確電流方向單極極性系統性、電流共享燈泡因電能轉換而發光、修正順序推理模式、錯誤電流強度、電流守恆修正資源消耗模式、正確電流強度。第二階段，研究者以電學診斷式測驗檢測三年級、五年級、國一及國三學生各60、92、212及76名，藉此獲得學生的心智模式及各認知特徵於各年段的分佈頻率以檢驗Tree 70的預測。研究結果顯示Tree 70的預測與實徵結果大致相符，初步證實了系統發育分類學應用於科學教育的可行性。第三階段，本研究分析民國57年後八個版本的教科書，研究結果發現：電學相關教科書共有靜電與電量、電路、電壓、電流、電阻及電能這六大次概念之命題陳述共69個，而九年一貫實施後的版本更加著重於電流、電壓與電路這三個次概念。所有版本都沒有考慮到學生的另有概念，且多使用講述、圖示和實驗為主要教學活動。而主要的教學順序，九年一貫的版本大致遵守著靜電與電量電路電壓電流電阻的線性關係。但年代較為久遠的三個版本的安排則傾向於非簡單的複雜關係。所有版本皆與Hrtel所陳之電流電量電壓電阻的線性教學相左。這顯示電流的教學並非妨礙我國學生電壓學習的原因。第四階段，研究者由第一階段受試者中選取國一學生中具特定心智模式：衰減模式(M1)、混合模式(Mmix)及撞擊模式(M2)各10人，配對平分於TLS實驗組及對照組進行每組5人的小組教學，以進一步檢驗以兒童心智模式演化路徑為基礎，輔以各版本教科書分析後所發展之教-學序列的有效性。結果顯示：本研究所設計之教-學序列無論從量化比較、質化心智模式轉變的分析，或學生情意態度的自評觀之，都顯示其不但能同時達成現行教科書具體目標的要求、協助學生克服另有概念，並有助於電學概念的遷移與應用。而各項測驗成績中，不同心智模式的小組大致呈現M1>Mmix>M2的趨勢，這顯示了心智模式的正確性有助於克服另有概念及協助電學概念的理解。此外，研究發現持有一致性心智模式者的各項學習成效皆優於不具一致性心智模式者，但其並不影響學生認知特徵修正的因素及來源。綜上所述，以系統發育分類分析取向詮釋兒童電學概念的演化，不僅具有理論的合理性，亦具有實徵調查驗證的支持，且研究者奠基於此分析實際設計教-學序列亦獲得很好的教學成效。此外，研究者基於此種分析取向所呈現的表徵及所獲之研究結果，主張兒童心智模式的運作受「一致性」、「正確性」、及「完整性」三因子的影響。而本研究以概念架構的演化觀點提出「概念的複雜性」、「預設及概念本體的錯置」以及「概念的趨同演化或返祖」這三個向度以更具含括性的觀點，補充了現有的概念改變理論。
行動科技課程的開發、實施與活動歷程分析－以個案研究為例
(2014) 林啟華; Chi-Hua, Lin
　　本研究目的在於探討高中教師如何參與、開發與實施融入行動科技的自然科學探究課程。第一部分討論課程發展與實施所遭遇之困境與解決，並從師生觀點探討其對行動學習之看法；第二部分以一行動科技課程為例，說明課程開發之歷程，並從學生學習過程中，以活動理論討論智慧行動裝置與探究學習活動的關聯性，此外進行問卷調查以了解學生探究能力、對雲端科技能力表現之自我認同。本研究以台灣北部一所公立高中的七位高中教師、一位初中教師及十二名高一學生、七十一名高二學生為研究對象，採取以質性為主的個案研究方法。　　　　本研究的第一部分發現，行動學習大幅改變師生對於行動科技之看法，多數師生認為行動學習有助於提升學習專注、增加學習興趣、提高學習成效。第二部分詳述個案教師開發行動科技融入科學課程之歷程，提供可行的課程開發範本，並以活動理論對學習小組的探究行為與科技互動作更進一步的分析與討論。此外也發現此課程對學生探究能力中的先前知識與經驗之連結、資料蒐集與分析、及科學推理與論證有大幅度的成長；以及雲端科技的使用有助於同儕之間的溝通與合作，並使學生更願意參與課程。結果肯定課程開發教師所開發之新興課程及其價值，可提供同類課程開發之具體參考。
透過建模與多重表徵教學探討高二學生的建模能力與概念改變－以空間概念為例
(2009) 蔡春風; Chun-Feng Tsai
本研究旨在透過科學建模與科學概念改變理論的觀點來探討學生在學習數學上的空間概念時的建模能力與概念改變。在本研究中，研究者發展了一套為期六週、以建模與多重表徵為設計基礎的數學課程，並在一所普通高中內實際進行教學。研究者將三個班級（共125位高二學生）透過方便性取樣分為建模與表徵組(MR)、表徵組(R)與控制組(C)等三組。其中建模與表徵組（簡稱建表組）與表徵組由研究者進行教學，而控制組則由該校一位經驗豐富的數學教師進行教學。在本研究中，研究者修改了張志康和邱美虹（2009）所提出的「建模能力分析指標(Modeling Ability Analytic Index, MAAI)」，發展了一套多面向的概念試題，在每單元結束後各施測一次，以作為評量與分析的依據。該試題共有五個單元，每個單元均包含許多開放性問題；學生必須完整地進行答題與解釋，才能獲得高分。在後測結束後，每位學生均接受為時20至30分鐘訪談，以協助研究者確認對學生所持之心智模式的歸類是合理的。此外，研究者尚挑選了27位持有不同心智模式與建模能力的標的學生進行為時1小時的深度訪談；此深度訪談旨在深入探討這些學生的心智模式與建模能力，以作為典型個案的呈現。本研究所有的研究工具均經過信效度檢驗，並達到合理標準。經過資料編碼與分析，本研究顯示出以下結果：首先，三組學生在接受過建模與多重表徵教學後，在概念理解上均有顯著的進步，其中又以建表組的進步幅度最大，表徵組的學生次之，而控制組的學生進步幅度最小。在這當中，建表組與表徵組學生的進步幅度也顯著地較控制組來得大。其次，學生所持有的空間概念心智模式是多元且多樣的。本研究根據先前文獻與試測結果，將學生的心智模式分為科學模式、斜角模式、有界模式、符號模式、實體模式、二維延伸模式、以及其他等七類。在教學前，持有二維延伸模式與有界模式的學生是最多的，隨著教學活動的進展，二維延伸模式的學生開始減少，取而代之的是實體模式與符號模式。有界模式雖然一直都有學生持有，但卻不是比例最高的。在教學的尾聲以及教學完畢後，持有科學模式與符號模式的學生則是最多的。這樣的結果符合了研究者的教學目標，也符合了先前的研究發現。接下來，在學生所使用的建模歷程上，建表組的學生所使用的建模歷程顯著地較表徵組與控制組來得高。學生在六個建模歷程當中，以模型選擇、模型建立與模型應用的表現較為理想。建表組的學生在模型效化、模型調度與模型重建三個歷程上，所使用的次數與表徵組及控制組的學生有顯著的差異。接下來，在學生的建模能力方面，建表組學生的平均建模能力（2.81分）顯著地比表徵組（2.03分）與控制組（1.98分）來得高。56%的建表組學生在教學結束後具備了進階的建模能力，然而三組學生在答題層次上並未展現出顯著差異。接下來，在學生所採用的表徵形式與種類上，學生最常使用的表徵種類為數學表徵，其次是言語表徵與具體表徵。學生較少使用視覺與動作表徵。造成這樣的差異的主要來源，乃是由於建表組的學生在進階建模能力上的得分顯著地比其他兩組來得好。最後，根據回饋單、情意問卷與課堂錄影等資料顯示，學生對這樣的課程持有相當正向的態度，且在課程中有著良好的師生互動。根據本研究的結果，研究者建議教師設計建模與多重表徵課程，並以外顯化的方式實施，以提升學生的建模能力並促進概念改變。
高一學生生物演化概念分析與概念改變教學之研究
(2007) 茬家續; Chia-Hsu Chih
本研究以概念本體論、生物演化的變異論與轉型論為理論背景與心智模式分類依據，以改編自Shtulman(2006)設計的生物演化概念問卷，首先對120位高一學生進行紙筆測驗，以了解學生的生物演化概念。紙筆測驗結果顯示，在生物演化概念問卷的紙筆測驗表現上，120位學生具有轉型論、變異論與綜合型三種心智模式。六大題組30題總得分最高者為+28，最低者為-14，平均5.68。顯示就全體學生在整份問卷的表現而言，變異論心智模式傾向多於轉型論心智模式傾向。研究者根據Chi& Slotta、Geraedts & Boersma、Shtulman的主張，設計一個生物演化教學課程，對教學組的學生進行實際教學補救，並於教學後進行紙筆測驗之後測。最後再對教學組與對照組學生進行生物演化問題之晤談，以其對生物演化問題的解釋架構與邏輯性，佐證教學成效，並比較不同問題情境下的表現差異。在紙筆測驗上，學生在面對教科書中學過的演化問題時，普遍能有變異論的作答反應，但卻不能遷移至未學過的演化問題情境，遂代之以轉型論的作答。在解釋達爾文理論的物種適應因果機制時，變異論者會選擇具有完整突現過程本體屬性的選擇類比；而轉型論者最為偏好的類比與本體屬性則依序為外力類比（直接的與相呼應的屬性），其次是成長類比（次團體或種類屬性），而意圖類比（意圖的屬性）則較少。在晤談中，學生在遇到教科書中未學過的演化問題時，普遍傾向以轉型論的架構來推論演化模式。綜合紙筆測驗前、後測及晤談結果顯示，對照組學生對達爾文的演化理論停留在機械記憶，並未能充分理解其理論。而教學組學生在實施過以提問法輔助進行的生物演化教學課程及突現過程本體訓練後，則會有較多的變異論心智模式，並普遍能遷移至未學過的演化問題。　　研究者認為，傳統教科書在論述生物演化時，偏重在變異（個體差異）、過度繁殖、生存競爭、適者生存這四個達爾文演化論名詞與直線式過程（程序）的描述上。生物演化教育應聚焦在演化本身的意涵、族群在演化上的重要意義、以及演化模式發生的突現過程因果機制。
高中化學成就測驗的試題類型與考生答題結果分析之研究
(臺灣師範大學科學教育中心, 2012-06-??) 吳國良; 邱美虹; Kuo-liang Wu; Mei-Hung Chiu
本研究使用大學入學考試中心(簡稱大考中心)所編製的研究用試卷，探討試題類型與考生答題結果。該成就測驗是由五位大學化學系四大領域(有機、無機、分析、物化) 的教授，依照課程綱要內容編製而成，內容涵蓋高中化學的主要概念，並依照不同的試題類型區分為選擇題與非選擇題。其中，選擇題涵蓋概念理解、圖形理解、演算問題解決等能力之試題;非選擇題則是包括概念理解、演算問題解決、實驗問題解決以及需要利用推理、綜合和分析等能力之試題，亦即所謂較高階認知技能的試題。研究對象為北、中、南地區，四所公立高中、三所私立高中，共11 15 位高三學生參加測試。根據主成分分析結果顯示，有三個因素的初始特徵值大於1. 0 。其中，因素l 屬概念理解，因素2 屬較高階認知技能，因素3 屬圖形理解。研究者進一步利用集群分析發現，具圖形理解特質的試題有群集的傾向，具高階認知技能的試題亦表現出較高的相似性，此二類試題與其他概念理解的試題有較大的差異性。綜合專家分類、主成分分析與集群分析的結果，可說明此成就測驗包含:圖形理解試題、較高階認知技能試題與概念理解試題。此外，本研究利用考生不熟悉情境的非選擇題題型，測驗考生應用氧化還原概念原理的能力。研究結果顯示，某些考生會誤將有機化合物的矮酸當成兩種官能基，即羥基和羰基;另外，當考生無法利用氧化還原概念，推出合理答案時，則會嘗試以合乎題幹敘述的記憶性知識回答問題。換吉之，部分學生會利用提取的方式，找出合乎要求的答案，而未注意到答案的合理性與邏輯性o 綜合來說，本研究顯示，此次{七學成就測驗的題型包括，概念理解、圖形理解與較高階認知技能的評量，而其中更重要的是宜利用圖形檢測學生讀圖與詮釋變數間的關條以及培養學生高階思考的能力，此研究結果盼能促進高中他學教學與評量的重點，並作為未來大規模入學考試試題設計之參考。
高中探究式化學實驗模組開發與實施之評鑑影響－實務型參與式評鑑之實徵性研究
(2009) 陳慧蓉; Hui-Jung Chen
本研究目的在於探討評鑑對高中探究式化學實驗模組實施的影響，並從上述實徵研究的結果提出對參與式評鑑理論的補充與修正。本研究參考參與式評鑑理論、評鑑產生影響理論、成人轉化學習理論及學習型組織理論，建構了「組織學習之實務型參與式評鑑」(PEOL評鑑)理論架構，將評鑑過程視為由教師及評鑑團隊知識共構的歷程，教師在施行探究教學及評鑑過程中受到評鑑環境影響，探究教學知識產生變化，此變化影響後續的探究教學實務，另一方面，由於知識共構，教師的變化及回饋也對評鑑團隊的探究評鑑實務知識產生影響，進而修正評鑑實務。本研究以台灣北部一所公立高中的十八位高二學生及四位化學教師為研究對象，採取質、量兼併的研究方法，探討實施錯合物探索式實驗模組及評鑑的歷程中，學生探究學習表現、個案化學教師的探究教學實務及探究教學知識變化情形、變化與評鑑環境影響因素的關係、評鑑對教師及評鑑團隊的影響、以及本研究情境使評鑑產生影響的原因。研究結果發現，實施PEOL評鑑對教師及評鑑團隊都產生了影響。對教師的影響有三方面：工具性、概念性及符號性影響。工具性影響包括教師使用評鑑的回饋以修定評量工具、及促進教師反思以進行修正。概念性影響包括以評鑑回饋釐清探究教學與學習的概念、實施評鑑過程促進學習型組織的形成及運作；符號性影響包括學生整理實驗成果參加科展得名以及教師發表論文，皆對外展現實施成效。另一方面，對評鑑團隊的影響也有三方面：工具性影響包括增進利害關係人對評鑑的瞭解、協助發展探究學習評量工具、及協助教師專業成長；概念性影響，包括評鑑團隊因實施評鑑而更加釐清評鑑理論的定義內涵；符號性影響，包括評鑑團隊的論文發表，也對外展現了實施成果。分析本研究情境使用PEOL有效原因，包含四點：建立穩固的評鑑基礎、實施評鑑滿足需求、立即回饋機制促使即時調整方案進行方向及評鑑產生影響、參與者的特質有助於推動。本研究評鑑團隊及教師面對的議題則有：組織文化不同，建立共識需要時間；及評鑑時間長、溝通頻率高，雙方負擔都相當大。本研究所發展PEOL不同於以往評鑑，具有五項特色：將「評鑑產生使用」擴大為「評鑑產生影響」；運用知識使用理念建立PEOL評鑑架構； PEOL評鑑的進行過程並非線性，而是有回饋機制；知識共構在過程中持續發生，而非在某特定時段；知識共構是發生在利害關係人及評鑑團隊間，因此雙方都受到評鑑影響。
高二學生有機化合物概念與其視覺化表徵能力之探究
(2014) 林彥丞; Yen-Cheng Lin
本研究旨在探討視覺化表徵能力教學對學生學習有機化合物概念的影響，透過提升學生視覺化表徵能力，幫助學生學習有機化合物概念，本研究設計針對新北市某市立高中二年級自然組兩班學生進行研究，將兩班隨機分派為實驗組對對照組，實驗組學生有37位，對照組學生有39位，共76位。實驗組與對照組的教學差異在於實驗組額外增加視覺化表徵能力(知覺、詮釋、轉換、連結、評估)說明，而對照組為一般教學，教學研究為期四個星期，共11堂課。本研究結果顯示：1.透過視覺化表徵能力教學，能幫助學生學習概念，並且其中在概念類型中的性質達顯著差異(F=4.417，p< .05)；2.視覺化表徵能力教學能提升學生視覺化表徵能力中的知覺、詮釋、轉換、連結、評估等面向，並且其中連結(F=9.023，p < .001)、評估(F=10.191，p < .001)達顯著差異；3.提升學生視覺化表徵能力有助於學習有機化合物概念，並且達中度相關(r= .687，p = .000<.001)；4.學生對視覺化表徵能力教學持有正向的支持，認為知覺、轉換、詮釋、連結、評估時會運用一些知識，所獲得的知識量比課本來的多，豐富了課文的內容並幫助學習。因此本研究建議：1.建議將視覺化表徵能力應用於各個單元教材中，提升學生視覺化表徵能力，用以幫助學生概念的理解；2.建議在其它概念上培養視覺化表徵能力，使得學生學習有機化合物單元時，能更有效的使用視覺化表徵能力；3.學生經過視覺化表徵能力的教學後，仍有部分學生在命名、性質、結構有學習困難，因此建議教師在採用視覺化表徵能力教學方法上，還要輔助其它教學策略。