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1、6探討八年級學生對探討八年級學生對可逆反應可逆反應心智模式概念化歷程心智模式概念化歷程 之研究之研究 指導教授：劉嘉茹 博士 研究生：許添丁 一、研究背景與目的一、研究背景與目的對教師而言，學生如何處理、理解外在的現象及訊息，是備受渴望知悉的 一件事。Johnson-Laird (1983) 提出，心智模式可說明人們如何理解語言的陳述 以及做日常的推理。所以教師可以從學生日常生活所累積經驗構成的心智模式， 推論了其解決外界問題與情境的看法。心智模式受到學生學習經驗的影響具有 動態及可塑性，若能夠瞭解學生在學習概念時心智模式概念化的歷程，對瞭解 學生科學概念的學習應會有實質的幫助。 心智模式非一
2、成不變的。Norman (1983)指出心智模式是不斷發展演化的模 式。表示在學習前學生形成的心智模式不完備仍是可以透過與模式修正，使其 完備。Johnson-Laird (1989；1999)亦陳述心智模式並非保持不變，如果因為一 開始建立了錯誤的心智模式而得到錯誤的表徵或是推論，有可能藉由考慮其他 模式或修訂原有模式而改變其推論。了解學生的心智模式變化的歷程，使其在 學習過程中有機會適當的的修訂，對於其心智模式經過概念化歷程轉化為概念 模式的完善是有助益的。 本研究藉由八年級學生對於可逆反應的學習，以試題、晤談及繪圖診 斷，透悉學生在教學前中後的心智模式概念化的歷程。並進一步了解，學生在
3、可逆反應心智模式概念化歷程時，心智模式轉換的機制。期望透過對學生 在學習可逆反應心智模式概念化的探討及發現，幫助未來科學教師在教授 學生時，使其了解不同心智模式學生形成概念模式歷程時的盲點與困境並引導 出精緻的心智模式。 二、研究問題二、研究問題 針對研究目的，本研究的研究問題如下： （一）（一）教學前，不同初始心智模式類型學生詮釋可逆反應的差異？ （二）（二）不同初始心智模式類型的學生，對可逆反應心智模式概念化歷程為 何？ （三）（三）相同初始心智模式類型學生概念化的一致性為何？ 三、文獻探討三、文獻探討 本研究為了探究學生在學習可逆反應單元之間，其心智模式概念化的 歷程，採取的理論架構是以
4、 Norman (1983) 心智模式概念化架構為主，並融合 Clement (2000) 以模式為基礎的學習理論。 心智模式最早是由Kenneth Craik (1943，引自Jahnson-Laird,1983) 所提出， 他認為心智模式是一種特殊形式的心智表徵，人類依據經歷過的外在經驗建構 內心的模式。Norman (1983) 提出心智模式是自然演化的模式，透過與目標系 統的交互作用，人們的心智模式會受其左右，嚴密地來說，這樣的心智模式並 不需要精確，通常也不是，不過，它必須是有功能的。透過與系統交互作用，6人們為了得到切實可行的的結果則會繼續修改心智模式。然而，心智模式並非 不斷的修
5、正，其會受到人們的專業背景、先前的經驗和人們知識形成的架構而 遭束縛。 心智模式亦可區分兩個面向探討，Jahnson Laird (1983) 提出心智模式可以 被分成物質的心智模式和概念的心智模式。物質模式代表物質世界；而概念模 式代表抽象物體，物質的心智模式是實體物質包含真實或想像的心智建構；然 而概念的心智模式是概念、模式或抽象物的心智建構。這些心智建構所形成的 心智模式會影響對外在狀況的判定。Vosniadou和Brewer (1992) 認為，心智模 式的產生是為了回答問題並解決問題，來進行行動處理狀況所產生的一種動態 結構，而該結構受限於個體本身所具有的概念結構。Rickheit
6、和 Sichelschmidt (1999) 認為心智模式是在自然或人為認知的體系中，對外在事物的一種動態符 號的表徵。不論是在問題上或在方法上的知識，使得人們在心智模式之下可以 做預測及推理。 綜合學者專家的見解，研究者認為心智模式是存在心中的內在模式，是人 們對外在事物的認知方式，及處理內在的心智表徵。功能上可用於預測、推理、 解釋週遭的事件，為動態結構，且該結構會遭先前的經驗和知識形成的架構而 束縛。 針對探討心智模式，Norman (1983) 提出四個系統來模式化心智模式。他 使用四個系統來詮釋心智模式，分別是目標系統 t、目標系統的概念模式 C（t） 、 目標系統下使用者的心智模式
7、 M（t） 、概念化的心智模式 C（M（t） ） ，其四者關 係如下圖 1圖 1 心智模式概念化歷程圖 (引自劉寶元，2003) 對於心智模式的功能 Norman (1983) 指出心智模式主要目的是增進學習者 在目標系統下提升預測運作的機制。因此，個體在學習科學時，概念化心智模 式導向目標系統的歷程運作機制，是成功與否的一大關鍵。本研究是採用 Norman 心智模式概念化架構，作為研究學生在學習階段其心智模式概念化歷程 之情形。 對於學習過程心智模式的變動，Clement (2000) 提出以模式為基礎的學習 (model based learning) 理論架構，如下圖 2 所示。圖 2
8、以模式為基礎的學習理論架構圖 (Clement,2000)tC(M(t)C(t)M(t)表徵、現 象先前概念 -另有概念和 模式 -有用的概念 和模式 自然推理技巧中間模式 M1中間模式 M2學習過程目標模式 Mn專家 一致 模式6學生的學習過程是從先前概念的模式發展到目標模式，這過程可能會透過 一個或多個中間模式，然而這些中間模式都是為了發展目標模式的部分模式。 本研究理論架構主要是採用 Norman 心智模式概念化框架，而且學習過程亦融 入 Clement 的中間模式概念，架構出本研究之完整理論依據，本研究架構如下 圖 3。圖 3 本研究架構圖 在科學教育的課程設計中，可以藉由科學家的概念
9、化的心智模式，了解學 習者的心智模式，進而分析概念模式，以提供學習者最佳的目標系統，目的在 於使學習者與目標系統的交互作用中建構出與概念模式最相似的心智模式。 四、研究方法四、研究方法 （一）研究對象（一）研究對象 本研究正式施測對象為台中市某國中八年級學生進行研究。從 106 位樣本 學生中，經過初始心智模式類型試題施測後，採取立意取樣，篩選詞語表達較 豐富的學生，以方便研究時訪談，因每類型選取 5 位且女生表達較豐富，所以 女生比男生多一位，各類型內男女生人數都一致，共二十位，當作本研究的研 究對象。 （二）研究工具（二）研究工具本研究所使用的研究工具，包括：初始心智模式類型試題、可逆反應
10、 試題（包含了相平衡、溶解平衡和化學平衡）、可逆反應心智模式試題、 繪圖試題與晤談綱要。 每種研究工具的修定，都經過四位本校四位資深且已修畢四十學分教師做 專家效度的評估與建議，將其審查後提供的建議和想法，進行工具的修飾與校 正。對於概念試題和命題陳述之雙向細目表所作的內容效度也經過專家的認同， 至於工具可讀性及表面效度的審查與修正，研究者請本校九年級高、低成就學 生二名協助進行，工具內每一個問題逐一詢問學生是否了解其敘述之涵義，並 要求其將問題的意義用自己的想法再敘述一次。 可逆反應試題預測時的內部 一致性係數達 .86 。 （三）研究設計（三）研究設計研究設計的流程依序為初始心智模式類別檢
11、測、教學過程中的分段測驗、 繪圖及晤談，最後進行延宕測驗檢測其心智模式等步驟。研究者設計過程中融 入繪圖及晤談，其目的是以不同表徵的型態來了解受試者形成的心智模式，藉 以探究八年級學生在可逆反應單元學習時，教學前、後心智模式的變動與 概念化的情形，並進一步分析整體心智模式概念化的過程中，其一致性為何。心智模式概念化歷程 偵測偵測偵測偵測偵測 先前概念 初始心智模 式 M（t）C1（M（t ） ）C2（M（t ） ）C3（M（t ） ）C（t ） 學習過程6五、結果與討論五、結果與討論本研究的主要目的為了解八年級學生對可逆反應心智模式概念化的歷程。 在教學前，以學生對可逆反應的圖解選擇和詮釋，分
12、出六種類型的初始心智模 式。扣除無概念模式類型(NCM)的初始心智模式，因為此類型答題時，並沒有 聚焦在問題上。接著，進一步探討其餘五種初始心智模式類型學生在各階段可 逆反應學習中，心智模式類型的變動情形及同初始心智模式類型的學生在心智 模式類型變動的一致性。根據本研究的目的，茲將本研究結果分就下列幾點討論：（一）（一）教學前，學生有六種向度用於詮釋可逆反應的說明： 1.向度 1：不具粒子化學反應思維學生不清楚圖解的內容或不知如何解釋憑空亂杜撰。 2.向度 2：觀察配對說明粒子結合 學生內容有提及成對的說明或細數配對數以說明粒子反應狀況。 3.向度 3：應用生活觀察解釋粒子結合 學生利用生活經
13、驗或是觀察自然現象的反應作為類比粒子的結合。 4.向度 4：由巨觀顏色變化解釋粒子結合學生著眼點關注在粒子結合後，顏色的呈現或顏色的深淺變化。 5.向度 5：由粒子運動解釋可逆反應學生內容提及到 A 和 B 粒子且說明 A 和 B 粒子結合的反應情形。 6.向度 6：融合微巨觀說明粒子結合 學生除觀察到 A 和 B 粒子以及說明 A 和 B 粒子結合狀況外，也留意 了粒子結合或分解後，顏色的呈現或顏色深淺的改變。 （二）（二）六種初始心智模式類型及判準 在教學前，以學生對可逆反應的圖解選擇和詮釋，分出六種類型的 初始心智模式，其類型和判準說明如下：1.無概念模式類型(NCM)： NCM 的判準
14、是無法清楚表達所選的圖形具有何意義。2.單向變化模式類型(MO)： MO 的判準是無可逆反應概念，認為反應只有單向反應。3.單向雙向變化模式(MOT)MOT 的判準是反應在過程中是單向反應，直到最後才有可逆反應。 4.雙向變化不融貫模式(IMT)IMT 的判準是整個反應具有可逆反應概念，但巨觀和微觀存有矛盾。 5.雙向變化瑕疵模式(FMT)FMT 的判準是整個反應具有可逆反應概念，但忽略了巨觀或微觀的解釋。66.雙向變化科學模式(SMT)SMT 的判準是整個反應具有可逆反應概念，且能使用微、巨觀解釋。 （三）（三）五種不同初始心智模式類型的學生，在可逆反應各階段學習時，其心智 模式概念化歷程如
15、下：MO 類型：MOT 類型：IMT 類型：FMT 類型：SMT 類型：MO 類型在可逆反應溶解平衡學習時，透過晤談，學生提到因為看不到巨 觀的結晶情形，所以對於粒子的運動會有困惑。到了下階段可逆反應化學平衡 學習時，學生忽略了巨觀的顏色變化。因此，造成了微觀的粒子運動和巨觀的 顏色變化產生矛盾情形。說明了學生的學習若不能從巨觀現象導入，對於學習 微觀的理解是會容易產生疑惑的，所以在可逆反應教學上，教師應提醒學生不 管是以巨觀角度或微觀角度解釋粒子運動時，應該都是一致且不互相衝突的。 MOT 類型在學習水的可逆反應相平衡和糖的可逆反應溶解平衡時，認為這 些都是日常生活常見的事物，所以有一學就懂
16、的感覺。表示生活經驗對 MOT 類型的學習是有強烈的影響力。不過，到了可逆反應化學平衡階段，微觀和巨 觀產生了矛盾，而且晤談時，學生無法列舉相關的生活例子，造成心智模式類 型的呈現並沒有強烈的穩定性，後測時，產生了變動。IMT 類型在可逆反應溶解平衡階段時，心智模式變動成雙向變化非融貫模 式類型，不過，從晤談中，學生明白自己學習的困難點，在可逆反應化學平衡 階段，學生亦能十分具體的表達學習所遭遇到的困難和迷惑之處。使得他們的 想法和概念仍不斷的再修正，後測時，心智模式變動成雙向變化科學模式類型。FMT 類型在可逆反應溶解平衡階段時，心智模式變動成雙向變化非融貫模可逆反應 相平衡可逆反應 溶解平衡可逆反應 化學平衡後測前測MOSMTSMTIMTIMTMOTSMTSMTIMTFMTIMTSMTIMTIMTSMTFMTSMTIMTIMTIMTSMTSMTSMTSMTSMT6式類型，從晤談中，學生並沒有意會到學習的盲點。到了可逆反應化學平衡階 段，學生在陳述學習所遭遇到的困難處時，仍是含糊不明。表示他們並不知道 學習可
