科學教育研究所
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本所於民國75年秋奉教育部核准設立，經當時理學院吳院長京一、與數學系、物理系、化學系、生物系、地球科學系等系主任，以及本校科學教育學者之籌備和規劃，分別於75年成立博士班，於76學年度招收第1屆博士班學生，83年成立碩士班，於84學年度起正式招收第1屆碩士班學生，87年成立教學碩士班，於88學年度招收第1屆教學碩士班學生。
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Item 自主多模態影音學習系統對化學鍵結概念學習效應分析(2013) 謝之珺隨著資訊科技的快速發展與網際網路的日益普遍，電腦多媒體融入教學的趨勢日趨明顯，其具有操作上的便利性與個人學習進度的掌控性，使得各式各樣數位學習教材倍出，並以電腦多媒體做為學習的平台。本研究以坊間某數位學習高中化學課程做為研究的素材，來瞭解學生對於使用電腦多媒體進行學習的情形，研究對象以16位學生使用學習系統進行八隅體與路易士結構概念的科學學習，於實驗進行的同時側錄學生於電腦螢幕介面的使用情形，來探討自主多模態影音學習系統課程與學習介面的使用對於化學概念學習成效的影響。 研究結果顯示經由自主多模態影音學習系統進行八隅體與路易士結構概念學習，對於概念的整體理解達顯著差異(p= .00< .05)。部分概念在論述方式上不夠明確可能使學習者產生混淆，而對於涵蓋多種概念的情形舉例說明也略顯不足。整體而言，研究對象後測答題表現皆有相當的進步，此外，自主性進行學習更能提升學習系統對於學習的成效。 對於學習系統建議(1)在課程概念上：課程內容應增加涵蓋數種路易士結構畫法原則、具有價數的路易士結構與共振情形的舉例說明。在概念呈現上，應多加利用電腦多媒體所具備的優勢，以三度空間的立體結構、電腦模擬或動畫的形式來輔助教學，透過多重表徵的方式來幫助學生連結抽象分子符號和分子內部微觀結構兩表徵間的關係，更能增進學生對於微觀分子結構的認知理解情形。(2)在介面功能上：於投影片中增加超連結功能，利用關鍵字連結相關結構進行補充說明。Item 探究多重表徵教學對於八年級學生學習化學平衡概念與概念改變的影響(2009) 卓憲瑞化學教師選出學生感到困難的單元有化學平衡、莫耳、氧化還原、化學計量反應，其中化學平衡是被列為學生最難理解的單元(Finley et al., 1982)，對化學平衡這個單元而言，許多學生誤以為是一種靜平衡的狀態，殊不知其實它是屬於一種動平衡的概念，Chi等人認為化學平衡的困難之處在於其本體屬性為突現本體，而非直接過程本體，本研究希望透過多重表徵的教學方式，來增進學生的學習理解。 本研究以八年級61位學生為研究參與對象，共分為兩組教學。其中實驗組學生有32人，教學過程是以多重表徵的方式呈現；對照組學生有29人，教學方式則為教師口語和板書教學，兩組學生之中各選出6位標的學生，進行晤談以了解學生具有何種心智模式。 本研究的結果如下： 1.兩組的概念問卷後測部分有達到顯著差異，表示實驗組的多重表徵教學確實能造成學習成效上的差異。 2.兩組的本體問卷在後測、延宕階段都有達到顯著差異，表示強調巨觀、微觀等不同面向的多重表徵教學有助於學習者理解化學平衡的突現過程本體屬性。 3.比較兩組間的心智模式類型分佈結果，不管是實驗組或是控制組方面，在前測階段兩組學生的心智模式都有集中在化學平衡反應的方向是從方程式的左邊向右邊進行的，至於在化學平衡的微觀機制部分，在前測階段兩組的心智模式都有集中在反應物與生成物達平衡時兩者的濃度相等，其中實驗組更有高達七成的比例。 4.從學生的情意問卷中顯示，大部分實驗組同學對於多重表徵教學是抱持著正面的反應。 研究結果顯示實驗組的多重表徵教學成效是優於控制組的傳統教學，建議科學教師可以在教學活動中，藉由不同表徵之間的交互作用，幫助學生了解化學現象中的科學概念，如此以協助學生建立正確的科學心智模式。Item 多重表徵理論在理化科教學成效之研究—以酸鹼鹽單元為例(2011) 蔡俊義; Chun-Yi Tsai本研究探討多重表徵教學與傳統教學對學生在酸鹼鹽單元的學習動機及學習成就是否會有所差異。研究對象為北市某國中二個八年級的班級共60位學生，研究採準實驗研究設計方式進行，其中實驗組學生有31人，實驗組之教學方式是以多重表徵呈現之「多重表徵教學法」；對照組學生有29人，對照組之教學方式則為教師板書及口語教學並配合課本實驗之「傳統教學法」。研究工具共有二項，其一為研究者自編之學習成就測驗：內容為酸鹼鹽的概念，並於教學完進行測驗，實測的Cronbach's α值為0.90；其二為由國立彰化師範大學林素華教授所領導的工作小組所研發出來的自然科學習動機量表：實施不同教學法前後分別測驗「自然科學習動機量表」，前測和後測的Cronbach's α值各為0.88 和0.89。研究結果如下：（一）實驗組學生在學習成就上顯著優於對照組學生；（二）實驗組學生在學習保留成效上顯著優於對照組學生；（三）實驗組學生在學習動機上顯著優於對照組學生。本研究建議如下：（一）教師多使用多重表徵進行教學，不但可以提昇學習動機低落的學生學習，更進一步可提昇學生的學習成就；（二）針對抽象的化學概念、學生不易連結的巨觀現象與微觀的本質或化學變化的過程之單元，如化學平衡或化學反應，可嘗試以多重表徵進行教學。（三）本實驗不實施酸鹼鹽成就測驗前測而以八年級上學期三次段考平均為起點行為，是因為重測會受到練習的影響，後測會受到前測的影響，會有練習的效應，因此不實施酸鹼鹽成就測驗前測。但經研究後發現，仍建議採用酸鹼鹽成就測驗前測，因為比較能夠看到學生透過教學後在哪些概念上有改善。Item 以臉部微表情辨識系統探討不同地區學生進行POEVC策略之教學成效—雙球競走認知衝突實驗(2018) 李宜諺; Lee, Yi-Yen本研究是以臉部微表情分析來探討學生在進行POEVC教學策略之學習成效，其研究內容有三個研究目的，分別為：(1)探討臺灣與大陸學生在「雙球競走」實驗中是否具備認知衝突與概念改變的教學效果。(2) 探討臺灣與大陸學生在「雙球競走」實驗中在概念改變與臉部表情變化之關聯性。(3) 探討「雙球競走」教學實驗在不同地區(臺灣和大陸)學生學習之差異性。本研究利用物理中的反直覺實驗「雙球競走」進行POEVC教學，教材設計包含實驗影片、視覺化表徵的動畫教學影片與文字表徵的文字教學影片。本研究的研究對象為大學生，以基礎力學及運動定律為概念的試題施以前後測，施測過程中收集受測者臉部微表情變化生理資訊，透過臉部表情分析技術來分析認知衝突實驗與教學對於受測者的成效性，並比對不同地區學生之間的差異性。 研究工具以量化為主，包含大陸地區與臺灣地區科學概念試題、臉部錄影資料與臉部表情辨識系統資料，科學概念試題分為前測與後測，播放投影片前先對受測學生以科學概念試題進行前測，資料的蒐集方法是在投影片播放中透過攝影鏡頭全程錄下學生臉部表情以及桌面錄影，播放結束後再進行科學概念試題後測，再請學生接受訪談，解釋實驗過程與想法，並對這些資料進行分析。臺灣地區概念試題之Cronbach’sα值為0.8; 大陸地區概念試題之Cronbach’sα值為0.75。 本研究之結果發現:(1)使用認知衝突情境的認知衝突實驗影片教學具有成效性；(2)雙球競走實驗一個良好的認知衝突實驗；(3) 實驗影片中慢速撥放較能產生認知衝突情境；(4) 加入視覺化教學步驟對於教學具有效性（5）不同地區學生在文字教學影片中出現臉部表情變化人數比例有差異性，對於有概念衝突之學生對於文字表徵所產生的臉部表情變化之情緒也有差異。(6) 兩地區學生皆在動畫教學影片中出現臉部表情變化人數比例較多於文字教學影片。(7) 產生概念改變之學生對於不同表徵所呈現的教學方式產生較多情緒而造成臉部表情變化，可以說明產生較多臉部表情變化可成為概念改變的指標。