第三章 科學學習的概念改變模式 黃湃翔整理 洪嘉琪繕打.

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1 第三章 科學學習的概念改變模式 黃湃翔整理 洪嘉琪繕打

2 理解是科學學習的成果 許多教師認為只有有高度意願和學習動機的學生，才會把老師教的求其瞭解，其他的學生則只是接受科學內容而已。
許多學生之所以接觸課業，只是想把作業做完而已，或者只求達到有個可以接受的成績。

3 理解性的科學學習例子 情境：一本書靜置桌上 問題：桌面是否存有推著書的力呢？ 一般反應：
不是，桌子不會推。 是，如果桌子不推，書就會往下掉。 不是，桌子就是因為停在那個地方，書才不會掉下去 不是，書推桌子，因為地心引力拉著書。 一派認為無生命的的桌子不會推書，另一派學生則以牛頓觀點來說明，認為桌子有推力才可以平衡地心引力的拉力，才可以避免書掉下去。

4 情境：一本書放在學生的手上。 問題：手是否有在推書？ 認為桌子並不推書的那一派學生說：是，她的手有推書，結果，手是可以推呀！
其他的人則爭辯說：不是，她的手只是握著書。

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6 當更多的書堆在手上時，較多的學生改變他們的反應，認為手的確在推書。
「力」的觀念就可以介紹給學生，力是物體對另一物體的拉或推，並且有方向和大小。接著可以用其他例子再加以說明：如手拿手提箱，手指壓鉤子。

7 學生的疑問？ 那很有趣，可是桌子一定有向上用力，不然，書會掉下來呀！ 我想，桌子是有用力在書上，但它怎麼知道要用多少力呢？
書對桌子施多少力，桌子對書會施加同大小的力。

8 桌子反作用力的大小端看桌子承受多少力而定。兩者大小相等，方向相反。這就是以日常用語來說明的牛頓第三運動定律（Newton’s third law of motion）
許多研究報告指出，只有學生自己真正暸解的部分才有意義，而不是為了考試去背誦的資料。報告同時指出，學生只在自信瞭解的部份，才會去為自己的觀念爭辯。

9 補充：希臘四元素說 Fire is hot and dry with heat predominating. 熱的優勢
Air is hot and moist with moisture predominating. 氣的優勢 Water is moist and cold with cold predominating. 冷的優勢 Earth is cold and dry with dryness predominating. 乾的優勢

10 四元素特質 火微粒是正四面體，因為它最小、最尖銳、最具可動性； 氣微粒是正八面體， 水微粒是正二十面體，
土微粒是最穩定的元素，所以是立方體。 第五種正多面體是由正五邊形形成的十二面體，這是組成天上物質的第五種元素，叫做以太。（有此一說）

11 亞理斯多德「四元素說」四元素代表圖形 火 空氣 水 土 正四面體 正八面體 正二十面體 正六面體

12 理解的意義為何？ 『理解』的兩個基礎（criteria），在社會情境脈絡中（social contexts）是能連結和應用的（connected-ness and usefulness）。 前項基準與個人知識結構有關，學生如果理解某一個概念，他就知道如何重新呈現出來再和別的概念連結，尤其是和他自己的先前知識和信念連結。 第二個基準是指個人知識的功能（function of a person’s knowledge），學生如果真正理解某項概念，他就會很成功地、適當地應用在社會中所發生的一些情境上。

13 連結性的理解 連結性之理解（understanding with connectedness）在Ausubel（1968）論著中所提出的「有意義的學習」可以得到證實。他認為有意義的某一概念不會和他自己認為架構中另一概念隨意連結。 科學觀念的理解包括了概念和下列三項的連結：（1）學生自己的先前知識，（2）真實世界的物體和現象，（3）其他的科學觀念。

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15 概念改變的問題 學習並非只是資料的增加連結而已，學生的先備知識（prior knowledge）常常和他們在教室中準備要學的科學知識不一致。

16 個人科學例子 1、學生學習「桌上之書」的力的問題時，除了發展理解的同時，也要改變他們自身原有的觀念，這個原有觀念就是無生命的物體不會產生力（推或拉）。 2、瞭解植物自製食物是經由光合作用過程產生的這種概念，學生需要改變何種物質構成食物的概念。

17 概念改變的難題（ Toulmin, 1972） 先備知識包括了學習者自己去詮釋周遭世界以及和其他人溝通所發展出來的可解釋的架構，而這個可以解釋的架構就是需要改變的部份了。正如Carey（1986）指出有個矛盾的情形存在，亦即理解是需要比先備知識更新的資料，可是這個先備知識－自己是使之有意義的一種工具－卻要改變。

18 概念改變的條件 對自己的先前概念會產生不滿意（dissatisfaction） 要能提供易於領悟（intelligible）的其他條件
此條件是合理的（plausible） 此條件是有利的（fruitful）（比先前的先備概念更有效果）

19 學生似乎不容易放棄原有的概念，除非他有充分的理由去懷疑它。在「桌上放書」的那個例子中，學生的「不滿意」是在這種情況下產生的：一個沒有生命的桌子無法對另一物體產生推力或拉力。
如果沒有其他可理解的方法提出，則學生會認為已存在的先備概念也許可以考慮「修正」，也許不理會那個明顯的難題而繼續保持原先的概念。

20 有時縱使提供了其他易於領悟的例子，如果這個例子不合哩，學生似乎仍無法瞭解。
雖然用書放在手上的比喻可以解釋「桌子施力於書是不可能」的疑慮，也可以說服一些學生使他們的觀點有所改變，但是有一部分學生仍無法被說服，甚至被說服的學生中也有些人仍持續懷疑該例子的合理性。

21 有效用的（fruitfulness） 這需要捨棄原始的觀念（original idea）而改用另一觀點。換言之，它們有何不同呢？
使用傳統的科學教學方法，只有少數的學生會自發性的參與「概念改變意義化」（conceptual change sense-making）的學習方法。大部分的學生仍用記誦和迴異去迎合教學的要求。 科學學習必需以理解（understanding）為基礎，而且必需要經過認知改變（cognitive changes）的過程。

22 社會情境脈絡中的理解可用性 社會建構論者的心理學加以發展出另一個視野，亦即在個別知識發展的同時，個體與他所參與的社會觀點中有個別的關係存在。

23 科學知識的功能 進行有關學生概念的研究時，常使用演示性課題被呈現的方式來推論學生知識的結構。
以社會建構者的觀點而言，知識應被瞭解，知識應是由某種語言和行為方式所組成的，它必須和次文化或稱「知識社群」（knowledge communities）有密切關係，而不是個人的認知方式而已。

24 社會情境脈絡中的表現 托敏（Toulmin）和其他的研究者認為科學是一種社會性活動，有是一種邏輯活動。
以全部的人類企業來說，科學並非是觀念和爭論的一種概略，也不是個別科學家的族群，也不是一些制度和過程的系統而已。從另一觀點來看，科學還包含了科學訓練的智慧史，科學專業制度化的歷史，科學家的個人史，以及這三者之間的接觸、互動及融合（Toulmin,1972, p. 308）

25 認知見習 Collins等人用「認知見習」這個名詞來描述一組成功的數學、寫作、閱讀理解的課程教材中的一組因素（elements）。他們所使用的方法之核心包括模式化（modeling）和教導（coaching），它們慢慢地完整植入學生，以達到責任的表現。

26 用問題（questions）來作為教某一主題的開始，可以引發學生的推理，並可「激發學生的先備概念，幫助學生發覺限制條件，教師能主導彼此的對話，促使師生之間共同討論，去瞭解問題。」
模式化－清楚地連結或比對學生表達出的科學概念。 教導－學生在關鍵問題上的不同時間上去比較他的答案，並寫下他們如何改變想法的過程。

27 結論 科學和科學學習，並非像科學教育中傳統知識論者所強調的，是發明（invention）的資料再加上邏輯推理而已。
以社會觀點而言，語言、傳統、價值判斷都是必須發展的專家知識或能力的一部份。每一個人都必須學習如何去參與一種「文化」，社會建構論的知識論者，對於「學習」的看法更接近Kuhn和Toulmin的科學觀和概念改變的學習本質。

28 我對於概念改變的定義不一定要包括信念或情意。學生可以將牛頓力學描述並解釋得很好，卻依然深信「桌子並沒有真正的推書」。重要的是學生會在不同的情況下適當地應用科學觀念於新事物上。
學生有可能在不同條件下環境下，而且不具有信念情況下進行一些新事物，但他們卻會贊成新觀念或推理方法所帶給他們解決問題的可用性（fruitfulness）。