以认知架构为基础的教学模式

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1、0以認知架構為基礎的教學模式以認知架構為基礎的教學模式進行國小學童水溶液概念改變之研究進行國小學童水溶液概念改變之研究黃萬居黃萬居1 葉欣儒葉欣儒2 張萬居張萬居31台北市立教育大學 2台北縣樹林國小 3台北縣江翠國小（投稿日期：94 年 11 月 21 日；修正日期：94 年 12 月 5 日；接受日期：94 年 12 月 6 日）摘要摘要本研究旨在探討以認知架構為基礎的教學模式對：（1）國小學童水溶液相 關概念本體樹的差異；（2）國小學童水溶液相關概念本體樹的改變；（3）國小 學童水溶液相關概念學習成就的影響。本研究採準實驗研究法，實驗組接受以 認知架構為基礎的教學模式 ，而對照組則接受一

2、般的教學模式 ，教學時間為 期三週，在教學前一週進行前測，教學後一週進行後測與晤談。研究對象為台北 縣樹林市某國民小學三年級的學生實驗組學生 32 人，控制組學生 32 人。研究工 具包括水溶液概念二階段診斷式測驗問卷與水溶液概念半結構式訪談問卷 兩種，並輔以述詞分析探討學生概念改變的情況。進行時以質的研究為主， 量的研究為輔。在質的方面，以臨床晤談 36 位學生，進行述詞的分析，進而探 究兒童水溶液概念本體樹的改變情形。在量的方面，依據兒童水溶液概念二階 段診斷式測驗問卷進行實驗組之前、後測比較。研究結果發現：(1)以認知架 構為基礎的教學模式有助於學童發展出更豐富的事件本體樹與以限制條件為

3、主的 交互作用本體樹；(2)以認知架構為基礎的教學模式能使學童產生跨越本體類別 的概念改變；(3)以認知架構為基礎的教學模式有助於提昇學童水溶液概念的學 習成效。關鍵詞：概念改變、水溶液概念、本體樹1壹、研究背景與重要性壹、研究背景與重要性學生在進入學習前，就已經有自己的想法，這些想法在科學學習中，扮演 相當重要的地位和角色。若這些想法不被科學家或教師所接受時，我們稱之為 迷思概念（misconception） （Driver Oldham, 1986） 。這些想法的來源很多， 主要來自於日常生活中的經驗，例如學生會相信如果不經攪拌，方糖就很難溶 解、物質加入水中會變輕、食鹽溶解的量並沒有一定

4、的限度等想法（陳淮璋， 2002、鄭一亭，2003） ，這些迷思概念自成一個系統，學童或許可以運用這些想 法解釋部分日常生活中遇到的現象，但卻無法解釋全部的現象，這將會影響日 後兒童的科學學習。依建構主義觀點，學童在學習之前並非一張白紙，而是透 過學習活動將所得的新知自我統整於原先的架構之中， 如此不斷的精緻、豐富 其原先的概念架構和知識體系。 認知心理學派的學者認為，人類知識的取得，是認知主體主動建立的過程。 其中 Piaget 認為，當兒童發現外在的客觀知識，和其認知結構不同時，其認知 狀態會失去平衡，為了恢復平衡，認知結構會進行同化與調適兩種作用，若同 化、調適成功則會學得新知識，若失敗

5、則無法學會。Ausubel（1968）認為兒童 會運用自己原有的要領概念去核對面對的新事物，並試圖納入自己的認知架構 中，同化成為自己的知識（引自張春興，1994）。所以了解學生已有的概念、 想法，是教師在教學前所應具備的條件之一，察覺學生先前真正的想法， 也才能加以適當的啟發，使教學事半功倍的最佳途徑（鄭一亭，2003） 。與生命息息相關的水，是生活中不可缺少的物質，它提供了日常飲用與使 用，兒童在未接受正式教學前即常常接觸水溶液的概念；如果汁、汽水、湯汁、 牛奶的飲用、用肥皂水清洗、以食鹽水漱口等。教育部（1993）所頒布的 國民小學自然課程標準中，針對水的探討學習主題，提到因水溶解其 他

6、物質所引發出的相關概念，例如：水能溶解一些物質、物質的溶解速率、溫 度與溶解量的關係、溶液的濃度與重量、溶液的導電性、酸鹼性、水污染的檢 驗與防止。在教育部（2003）國民中小學九年一貫課程自然與生活科技學習 領域課程綱要中，針對溶液主題的學習內容，亦佔有很重要的份量。是故瞭 解學童對物質溶解後的概念，有其重要性與必要性。目前已經有學者、專家，針對兒童有關水溶液的迷思概念進行研究，也有相當豐碩的成果與發現，而針 對水溶液概念改變的教學模式之研究並不多（江新合、洪良玉，1992；黃萬居， 1996；黃寶鈿， 1996） 。研究者將兒童有關水溶液的概念本質依據 Chi（1992）的本體論觀點加以分

7、類，發現大部分兒童的迷思概念皆停留在物 質類別的本體樹中，而溶解的概念應屬於過程類別 。Chi 指出若要從物 質類別的本體樹中跨越到過程類別的本體樹中，稱為根本的概念改變， 而這種概念改變是難以發生的，所以必須直接告訴學生有些物理概念屬於不同 的本體類別，若是讓他們自己去發現是相當困難的。所以，在教學前，教師可2以先瞭解學生的先前概念及知識背景，並以此為基礎設計教學情境，進行問題 的探究，以澄清學生的迷思概念，再以新的概念擴展學生的知識架構並加強知 識連結，應該能達到概念改變的目的。基於上述的研究背景與重要性，本研究的目的有三項：(1)接受不同教學模 式，學童水溶液相關概念本體樹的差異；(2)

8、探討以認知架構為基礎的教學模式， 對國小學童水溶液概念本體樹改變的情形；(3)探討以認知架構為基礎的教學模 式，對國小學童水溶液概念學習成就的影響。貳、文獻探討貳、文獻探討本節分別就認知結構的探究、迷思概念與概念改變、概念改變的教學策略、 以認知架構為基礎的教學模式、水溶液相關迷思概念之研究，依序說明如下：一、認知架構的探究一、認知架構的探究在認知心理學的理論方面，Piaget 著重於智能或思考能力的發展。 Piaget（1964）以臨床診斷法研究特殊年齡兒童的認知能力，該理論的精義有兩 點：（1）個體內在認知的發展是由具體到形式，可以劃分為若干階段，由感覺 動作期、前操作期、具體操作期至形式

9、運思期，顯現出循序漸進的現象；因此 兒童智能的發展並非數量上的增加，而是在智能行為品質上的改變（引自張春 興、林清山，1982） 。 （2）個體是依其內在基模所感覺的外在認知素材進行組織、 建設與操作，使個體能在環境中適應。認知在本質上，即是一種建構作用，不 時地在進行組織的一種作用，故要實施以學生為主的教學活動，讓學生充分的 和環境中的事物互動，透過對經驗的同化與適應，使心智成長更結實（引自郭 丁熒，1995） 。 在建構主義的教學模式方面，深深受到 Piaget 的理論影響，Wheatly (1991)曾提出一貼切的論述，認為知識是由個體組織、統整後，建構至內在認知架構 中。每個個體均有一

10、套屬於自己建構的方法，個體會基於自己的先備概念及生 活經驗，主動的建構新知識，在這建構過程中經過了同化 、 調適作用， 而在認知結構中達到平衡的狀態。Piaget 認為學習者需透過原有認知架構 與事實間相互調整而取得平衡，才能獲得知識。建構主義是奠基在下列兩個主 要的原理：（1）知識並非被動的接受，而是由具有認知能力的個體所主動建構 出來的。 （2）認知的功能是具有適應性的，其作用是把我們所經歷的事物加以 組織，而不是去發現客觀存在的現實世界（王美芬、熊召弟，1995） 。依 Piaget 認知發展論的觀點來看，個人內在有其認知基模（scheme） ，在個 體與外在進行的認知作用中，其認知基模

11、會和外在認知素材進行組織、作用和 建構，而形成一認知架構，藉著此種作用，使個體能在環境中適應。認知結構 的內在機制（mechanism） ，可以簡單的說是從不平衡狀態到平衡狀態，而涉及 到同化和順應作用的一連串歷程。對教師而言，瞭解學生的認知結構有下列好處（吳穎沺，2002）：3（1）瞭解學生的先備知識，以利教學的安排：建構主義強調知識是學習者主動 建構的，學習者的先備知識會影響後續學習，先備知識會支配學習者對於知識 的再建構及外來刺激的訊息處理（Tsai, 2001），換言之，每一個學習者都有不 同的方式去表徵、組織、理解及提取知識，而學習者所建構的知識具有個別性 （Anderson Fer

12、rari and Chi（1998）發展之述詞分析技術，製作本體類別 屬性說明與舉例表格，如表 3-2、表 3-3、表 3-4 所示：表 3-2 物質類別屬性說明與舉例代碼物質屬性述詞範例說明實例 Bk撞擊 (block)彈回、碰撞、中 止、阻止物質可以互相碰 撞、擠壓、或反 彈水分子和鹽巴相互碰 撞Ct包含 (contain)儲存、不出外、 包含物質內可以包含 其他物質水分子會把鹽巴包起 來 Mo移動 (move)流動、來、去、 離開物質可以由甲地 移動到乙地鹽巴分子會由最底部 移動到頂部 Re休息 (rest)停止、停留、位 於物質是停留在某 一地方的鹽巴分子一直停留在 容器底部 Cs消耗

13、 (consume)用完、耗盡物質是會被消耗 掉的鹽巴分子溶解是因為 被消耗掉，而消失了 As吸收 (absorb)接受、吸引物質間是可以相 互吸收、吸引的鹽巴能力弱，被水吸 收了 Qt數量 (quantity)一些、很多、很 少、完全沒有物質的數量是會 改變的鹽巴分子溶於水後， 數量變少了，所以看 不見 Ac增加顏色 (color add)紅加藍變成紫色、 就像畫畫一樣物質的顏色會改 變鹽巴溶於水，水會便 白色 Am累積 (accumulate)被填滿、增加、 使增大物質可以加成鹽巴溶解後，被水吸 收，水分子變多了 Sp供給 (supply)發散、提供、來 自物質可以提供能 量給別的物質攪拌

14、時，水分子給鹽 巴能量，讓它融化 Ea等量 (equivalent amounts)平均分配、電池 的能量是會很平 均的傳遞的物質是可以平均 分配到各個空間 的鹽巴分子會被切割成 好幾等分，再溶解表 3-3事件類別屬性說明與舉例代碼事件屬性說明實例 Da明顯的行動(distinct actions)將事件分成幾個次要構成要 素，對於個體而言，所受到 的影響不一樣不同的物質放入水中，並非 每種物質都會溶解Bo有界線的(bounded)事件本身是有終點和起點的， 當達到了終點，則所有行動 就停止了溶解的過程，溶質沈到容器 底部，溶解行為就不再進行 了 Tm終止的(terminate)事件本身是可以

15、停止的溶解的活動是會停止的 Sq序列性的(sequential)事件的次要構成要素是有序 列性的發生的，要先發生某溶質會先從和水分子相接觸 的表面先溶解10行動，另一情境才有可能發 生 Ca因果關係的(causal)事件本身有一連串的條件限 制或因果關係顆粒大小會影響溶解的快慢Gd目的導向(goal- directed)事件的進行是有特定目標的溶質會想從濃的地方到淡的 地方研究者與一位自然科專任教師，一起逐題分析兒童使用述詞的情況，分析 後進行比對。例如分析第一題時，研究者認為，該位兒童的想法屬於物質類別， 之後和自然科教師進行比對，若發現兩者分析的結果皆相同，則確認該生的想 法確實為物質屬性

16、；若分析結果不符合，二人進行討論，最後再請專家逐題檢 視。表 3-4限制條件為主（CBI）類別屬性說明與舉例代碼CBI 屬性說明實例 Nda不具有明顯的行 動(distinct actions)， 他是一致性的CBI 沒有可以分解的次要構 成要素，對於個體而言，所 受到的影響是相同的任何一種溶質都會因為溫 度的升高而影響溶解的量Nbo不具有起點 (beginning)、終點 (end)CBI 是有沒有終點和起點的， 不會因為行動的結束而停止 內部的活動即便是看不到溶質，溶質 仍然存在，且溶解仍在進 行中 Ntm他是不斷進行的 (ongoing)CBI 本身是持續進行的溶解的行為是持續不斷在 進行的 Nsq它不是序列性 (sequential)，而是 同時發生的 （simultaneous）CBI 本身是同時發生的，行 動能在此情境發生，在另一 情境也能同時發生同時放入不同的溶質，兩 種溶質會同時溶解Nca它不是因果關係 的(causal)，而是 隨機的 （random） CB