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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林小慧
研究生(外文):Hsiao-Hui Lin
論文名稱:具體影像空間教學策略與中學生理化學習之相關研究
論文名稱(外文):Study on Effect of the CISC Instructional Strategy on the Physical Science Learning for Junior High Students
指導教授:熊召弟熊召弟引用關係
指導教授(外文):Chao-Ti Hsiung
學位類別:碩士
校院名稱:國立台北師範學院
系所名稱:自然科學教育研究所
學門:教育學門
學類:普通科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:234
中文關鍵詞:具體影像空間教學策略國中理化心像粒子模型空間能力空間概念推理能力
外文關鍵詞:Concrete Image Spatial Concepts instructional strategyjunior high physical sciencemental imageparticle modelspatial abilityspatial conceptsreasoning ability
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本研究採取具體影像空間概念 (Concrete Image Spatial Concepts,簡稱CISC) 教學策略融入理化教學場域,以輔助學生建構心像,促使其看見粒子層次 (partical level) 與巨觀層次 (macroscopic level) 事件間的關聯性,而能從粒子層次 (partical level) 瞭解與接受理論。CISC教學策略是以模型及立體動態圖像為主軸,針對學生學習上的困難,設計一套模型,以模擬原子結構、原子、分子、化合物的形成之微觀現象,並援引3D動態圖像,藉以拉近具體微觀自然現象和抽象科學概念間之落差。研究者除了開發三項研究工具之外,並擔任為期三週的實驗教學。參與研究的學生為台北縣125位國中二年級學生,經由隨機分配成實驗組(CISC教學)及對照組(不使用CISC)。所有學生均接受效度及信度檢驗過的物質的構造之「化學成就測驗」、「空間能力測驗」與「推理能力測驗」的前測及後測,以單因子共變數分析進行處理,藉此檢驗CISC策略的成效。研究結果發現,實驗組與控制組在化學成就測驗表現未達顯著差異,但實驗組受試學生之學習成就表現仍優於對照組;空間能力測驗與推理能力測驗表現則均達顯著差異。研究者進一步透過統計分析資料發現, CISC策略不僅能提升學習者心像操作能力,使二維與三維表徵產生互動,並能透過辨認轉換以洞悉複雜抽象之化學分子結構,減少學習者的認知負荷,並降低抽象概念的複雜度,有助於學生建構正確心像、空間能力與推理能力,以利科學概念的理解。
The research aimed to scaffold students constructing the mental images and reach the scientific thinking of the structure of matter by integrating the Concrete Image Spatial Concepts (CISC) instructional strategy into physical science teaching. Both “models” and “stereoscopic dynamic pictures” were employed as the principle axis of CISC, with which a set of models simulating “the microscopic structure of atom” , “atom and molecule”, and the “formation of compound” was set up. 125 junior high eighth-grade students from a Taipei County school participated in this research. They were randomly assigned in two groups (experimental group receives 3-week CISC treatment, control group receives 3-week non-CISC teaching). The validated instrument tilted as “Junior High Students’ Achievement of Physical Science”、“Spatial Ability” and “Reasoning Ability” was to apply as pre-test and post-test in order to examine the effectiveness of CISC strategy by analysis of covariance. Results showed that there was not significant difference between the achievement of Physical Science of two groups, but the score was higher experimental group than control group. And there was significant difference between the achievement of Spatial Ability and Reasoning Ability of two groups. From the quantitative data collecting from statistical analysis, they indicated that CISC not only elevating the learners' mental images operational abilities but also catalyzing the interactions between 2D/3D representations. It appeared that CISC strategy could lessen students’ cognitive loading, reduce the students’ perplex by abstract concepts, and support students constructing relevant “mental images” and developing spatial ability and reasoning ability to understand science concepts.
《 論文簡目 》

中文摘要........................................................................................................................ i
英文摘要....................................................................................................................... i
論文簡目...................................................................................................................... iii
論文詳目...................................................................................................................... v
表次............................................................................................................................ xvi
圖次.............................................................................................................................xxi

第壹章 緒論............................................................................................................1
第一節 研究動機....................................................................................................1
第二節 研究目的....................................................................................................4
第三節 研究問題與假設........................................................................................7
第四節 名詞釋義....................................................................................................8
第五節 研究範圍與限制......................................................................................10

第貳章 文獻探討................................................................................................11
第一節 粒子迷思概念的研究回顧與分析..........................................................11
第二節CISC教學策略之理論與實徵研究.........................................................23
第三節 空間能力之理論與實徵研究..................................................................29
第四節 推理能力之理論與實徵研究..................................................................36

第參章 研究方法................................................................................................51
第一節 研究架構..................................................................................................51
第二節 研究對象..................................................................................................57
第三節 研究設計..................................................................................................58
第四節 研究工具..................................................................................................59
第五節 研究步驟..................................................................................................92
第六節 資料處理與分析......................................................................................97

第肆章 研究結果與討論..................................................................................99
第一節 化學成就測驗之分析結果......................................................................99
第二節 空間能力測驗之分析結果....................................................................120
第三節 推理能力測驗之分析結果....................................................................129

第伍章 結論與建議.......................................................................................... 139
第一節 CISC教學對學習成效、空間能力與推理能力的影響......................139
第二節 組群差異性對CISC教學影響的比較..................................................150
第三節 教學建議與未來研究方向....................................................................162

參考文獻................................................................................................................165
中文參考文獻......................................................................................................165
英文參考文獻......................................................................................................173

附錄..........................................................................................................................183
附錄一:化學成就測驗.........................................................................................183
附錄二:空間能力測驗.........................................................................................195
附錄三:推理能力測驗.........................................................................................209
附錄四:CISC教學策略設計...............................................................................231

《 論文詳目 》

中文摘要........................................................................................................................ i
英文摘要....................................................................................................................... ii
論文簡目...................................................................................................................... iii
論文詳目...................................................................................................................... v
表次............................................................................................................................ xvi
圖次.............................................................................................................................xxi

第壹章 緒論............................................................................................................1
第一節 研究動機....................................................................................................1
第二節 研究目的....................................................................................................4
一、 探討CISC教學策略對粒子概念學習成效、空間能力與推理能力之影響..................................................................................................................5
二、 探討CISC教學策略對國中男女生其粒子概念學習成效、空間能力與推理能力之影響..........................................................................................5
三、 探討CISC教學策略對低中高成就組其粒子概念學習成效、空間能力與推理能力之影響......................................................................................6
第三節 研究問題與假設........................................................................................7
一、研究問題...................................................................................................7
二、研究假設...................................................................................................7
第四節 名詞釋義....................................................................................................8
一、CISC (concrete image spatial concepts) 教學.....................................8
二、粒子概念 (partical concept)......................................................................8
三、空間能力 (spatial ability) ......................................................................8
四、推理能力 (reasoning ability) ...................................................................9
五、迷思概念 (misconception) .......................................................................9
第五節 研究範圍與限制......................................................................................10
一、研究範圍......................................................................................................10
二、研究限制......................................................................................................10

第貳章 文獻探討................................................................................................11
第一節 粒子迷思概念的研究回顧與分析.........................................................11
一、國內物質變化之迷思概念的研究回顧與類型分析.................................12
二、國內氣體粒子之迷思概念的研究回顧與類型分析.................................15
三、國外物質變化之迷思概念的研究回顧與類型分析.................................18
四、國外氣體粒子之迷思概念的研究回顧與類型分析.................................20
五、小結..............................................................................................................21
第二節CISC教學策略之理論與實徵研究..........................................................23
一、CISC教學策略之定義及內涵..................................................................23
(一) CISC教學策略的定義..........................................................................23
(二) CISC教學策略的內涵..........................................................................24
1.立體圖形法...........................................................................................25
2.模型.......................................................................................................26
3.動態圖...................................................................................................28
二、CISC教學策略之實證研究...................................................................28
第三節 空間能力之理論與實徵研究..................................................................29
一、三維立體結構化理論................................................................................30
(一) 視覺化理論.............................................................................................30
(二) 線索反射理論.........................................................................................31
(三) 視覺心像理論.........................................................................................31
二、空間能力的內涵........................................................................................32
(一) 空間關係.................................................................................................33
(二) 空間方位.................................................................................................33
(三) 空間視覺化.............................................................................................34
三、空間能力影響自然科學學習之實徵研究................................................35
第四節 推理能力之理論與實徵研究..................................................................36
一、推理能力的理論........................................................................................36
(一) Hunt之邏輯數理推理...........................................................................36
(二) 科學推理...............................................................................................37
(三) 形式推理...............................................................................................38
1.形式思考.............................................................................................39
2.形式推理能力.....................................................................................39
(四) 演繹推理 (deductive reasoning)...........................................................39
1.三段論法.............................................................................................40
2.條件推理............................................................................................41
(五) 歸納推理 (inductive reasoning)...........................................................42
(六) 類比推理 (analogy reasoning).............................................................43
二、推理能力的內涵......................................................................................43
(一) 比西智力量表.......................................................................................44
(二) 魏氏兒童智力量表...............................................................................44
(三) 邏輯思考測驗.........................................................................................45
(四) 羅斯認知能力測驗.................................................................................45
(五) 瑞文氏圖形推理測驗.............................................................................45
(六) 哥倫比亞心理成熟量表.........................................................................46
(七) 考夫曼兒童智力測驗.............................................................................46
(八) 水體積守恆推理能力測驗.....................................................................46
(九) 新編中華智力量表.................................................................................47
(十) 國小資優鑑定測驗.................................................................................47
(十一) 國民中小學推理能力測驗.................................................................47
(十二) 歸納推理能力測驗量表.....................................................................47
(十三) 推理能力測驗.....................................................................................48
(十四) 高一性向測驗.....................................................................................48
三、推理能力影響自然科學學習之實徵研究................................................49

第參章 研究方法................................................................................................51
第一節 研究架構..................................................................................................51
一、CISC教學策略影響學習歷程之理論架構.............................................52
(一) 「物質的構造」學習成效之相關因素模式........................................52
(二) 「CISC教學策略」之影響路徑模式..................................................53
二、CISC教學策略影響組群差異之學習歷程的理論架構........................54
(一) 實驗組與控制組教學策略之架構模式.................................................54
(二) 性別差異架構模式.................................................................................56
(二) 低中高學習成就差異架構模式.............................................................56
第二節 研究對象..................................................................................................57
第三節 研究設計..................................................................................................58
第四節 研究工具..................................................................................................59
一、化學成就測驗............................................................................................59
(一) 試題編製.................................................................................................60
(二) 試題向度分析.........................................................................................62
1.元素與化合物測驗...............................................................................62
2.元素符號與分類測驗...........................................................................62
3.道耳吞原子學說與原子結構...............................................................62
4.化合物與化學式...................................................................................62
5.物質變化的粒子觀點...........................................................................63
(三) 預試.........................................................................................................63
(四) 信度與效度之檢驗.................................................................................64
1.測驗信度...............................................................................................64
(1) Cronbach’s α 信度.........................................................................65
(2) 重測信度.......................................................................................65
2.測驗效度...............................................................................................66
(1) 因素分析.......................................................................................66
(2) 效標關聯效度...............................................................................70
(五) 實施細則與計分標準.............................................................................70
二、空間能力測驗............................................................................................71
(一) 試題編製.................................................................................................71
1.空間關係測驗.......................................................................................72
2.空間方位測驗.......................................................................................74
3.空間視覺化測驗...................................................................................76
(二) 試題審查.................................................................................................78
(三) 預試對象...............................................................................................78
(四) 預試結果...............................................................................................79
(五) 信度與效度之檢驗...............................................................................79
1.測驗信度...............................................................................................79
(1) Cronbach’s α 信度.........................................................................80
(2) 重測信度.......................................................................................80
2.測驗效度...............................................................................................81
(1) 因素分析.......................................................................................81
(六) 實施細則與計分標準.............................................................................84
三、推理能力測驗............................................................................................85
(一) 試題編製.................................................................................................85
(二) 試題審查.................................................................................................86
(三) 預試對象.................................................................................................86
(四) 預試結果.................................................................................................87
(五) 信度與效度之檢驗.................................................................................87
1. 測驗信度.............................................................................................88
(1) Cronbach’s α 信度.........................................................................88
(2) 重測信度.......................................................................................88
2. 測驗效度.............................................................................................89
(1) 因素分析.......................................................................................89
(六) 實施細則與計分標準.............................................................................92
第五節 研究步驟..................................................................................................92
一、準備預試階段............................................................................................92
(一) 形成研究問題.........................................................................................92
(二) 文獻探討.................................................................................................92
(三) 發展研究工具.........................................................................................93
(四) 工具預試與修正.....................................................................................93
(五) 工具測試.................................................................................................93
二、正式施測階段............................................................................................93
(一) 尋找研究對象.........................................................................................94
(二) 實施紙筆測驗.........................................................................................94
三、結果分析階段............................................................................................94
(一) 資料處理與檢核.....................................................................................95
(二) 資料分析.................................................................................................95
(三) 資料彙整.................................................................................................96
(四) 論文完成.................................................................................................96
第六節 資料處理與分析......................................................................................97
一、量的統計分析............................................................................................97
(一) 描述性資料.............................................................................................97
(二) 教學法比較之分析.................................................................................97
(三) 組群差異性之分析.................................................................................97

第肆章 研究結果與討論..................................................................................99
第一節 化學成就測驗之分析結果......................................................................99
一、CISC教學與一般教學對化學成就測驗之影響....................................100
(一) 共變數分析基本假定之檢測...............................................................100
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................101
(三) 各分測驗之獨立樣本單因子共變數分析的檢定...............................102
1.分測驗一:元素與化合物..................................................................102
(1) 共變數分析的基本假定之檢測.................................................102
(2) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定.........................................103
2.分測驗二:元素符號與與分類.........................................................104
(1) 共變數分析的基本假定之檢測.................................................104
(2) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定.........................................105
3.分測驗三:原子結構與週期表.........................................................106
(1) 共變數分析的基本假定之檢測.................................................106
(2) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定.........................................106
4.分測驗四:化合物與化學式.............................................................108
(1) 共變數分析的基本假定之檢測.................................................108
(2) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定.........................................108
5.分測驗五:物質變化的粒子觀點....................................................110
(1) 共變數分析的基本假定之檢測...............................................110
(2) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定.........................................111
二、性別差異對實驗組教學成效的影響......................................................112
(一) 共變數分析的基本假定之檢測...........................................................112
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................113
三、CISC組對低中高成就組其粒子概念學習成效的影響......................114
(一) 共變數分析的基本假定之檢測.........................................................114
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定..................................................115
四、CISC組成就和性別差異之共變數分析...............................................116
(一) 共變數分析的基本假定之檢測..........................................................116
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定..................................................117
第二節 空間能力測驗之分析結果....................................................................120
一、CISC教學與一般教學對空間能力測驗之影響...................................121
(一) 共變數分析的基本假定之檢測...........................................................121
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................121
二、性別不同對實驗組空間能力的影響......................................................123
(一) 共變數分析的基本假定之檢測...........................................................123
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................124
三、低中高成就組對實驗組空間能力的影響..............................................125
(一) 共變數分析的基本假定之檢測...........................................................126
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................126
四、CISC組成就和性別差異之共變數分析..............................................127
(一) 共變數分析的基本假定之檢測.........................................................127
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................128
第三節 推理能力測驗之分析結果....................................................................129
一、CISC教學與一般教學對推理能力測驗之影響................................130
(一) 共變數分析的基本假定之檢測........................................................130
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...............................................130
二、性別不同對實驗組推理能力的影響...................................................132
(一) 實驗組男女生推理能力前測表現之差異分析...................................132
(二) 實驗組男女生推理能力前、後測表現之差異分析...........................133
三、低中高成就組對實驗組推理能力的影響..............................................134
(一) 共變數分析的基本假定之檢測...........................................................134
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................135
四、CISC組成就和性別差異之共變數分析...........................................137
(一) 共變數分析的基本假定之檢測...........................................................137
(二) 獨立樣本單因子共變數分析之檢定...................................................138

第伍章 結論與建議.......................................................................................... 139
第一節 CISC教學對學習成效、空間能力與推理能力的影響....................139
一、CISC教學對粒子概念學習成效的影響..............................................139
(一) 化學成就測驗之分析結論...................................................................139
(二) 化學成就分測驗之分析結論...............................................................140
1.分測驗一:元素與化合物.................................................................140
2.分測驗二:元素符號與分類.............................................................141
3.分測驗三:原子結構與週期表.........................................................141
4.分測驗四:化合物與化學式.............................................................142
5.分測驗五:物質變化的粒子觀點.....................................................143
(三) 化學成就測驗之總結推論...................................................................143
1.CISC教學對於粒子概念學習的影響...........................................143
2.CISC教學有助於「原子結構與週期表」、「元素與化合物」以及「化合物與化學式」等概念之學習成效........................................144
3.CISC教學未達顯著之歸因.............................................................144
二、CISC教學對空間能力的影響..............................................................146
(一) 空間能力測驗之分析結論...................................................................146
(二) 空間能力測驗之總結推論...................................................................147
1.CISC教學有助於空間能力的發展.................................................147
三、CISC教學對推理能力的影響..............................................................148
(一) 推理能力測驗之分析結論...................................................................148
(二) 推理能力測驗之總結推論...................................................................149
1.CISC教學有助於推理能力的發展.................................................149
第二節 組群差異性對CISC教學影響的比較..............................................150
一、性別差異對CISC教學影響的比較.....................................................150
(一) 性別差異對學習成效的影響...............................................................150
1.化學成就測驗之分析結論.................................................................150
2.化學成就測驗之總結推論.................................................................151
(1)接受CISC教學之男女學生其粒子概念之學習效果相似.......151
(二) 性別差異對空間能力的影響...............................................................151
1.空間能力測驗之分析結論.................................................................151
2.空間能力測驗之總結推論.................................................................152
(1)接受CISC教學之男女學生其空間能力的發展相似................152
(三) 性別差異對推理能力的影響...............................................................153
1.推理能力測驗之分析結論.................................................................153
2.推理能力測驗之總結推論.................................................................153
(1)接受CISC教學之男女學生其推理能力的發展相似.............153
三、成就差異對CISC教學影響的比較..................................................154
(一) 成就差異對學習成效的影響...............................................................154
1.化學成就測驗之分析結論.................................................................154
(1)共變數分析的結果.........................................................................154
(2)成就暨性別差異之共變數分析結果.............................................155
2.化學成就測驗之總結推論............................................................156
(1) CISC教學之學習效果仍受成就差異影響.............................156
(2) CISC教學之學習效果仍受成就暨性別差異影響..................157
(二) 成就差異對空間能力的影響...........................................................158
1.空間能力測驗之分析結論.................................................................158
(1)共變數分析的結果.........................................................................158
(2)成就暨性別差異之共變數分析結果.............................................158
2.空間能力測驗之總結推論.................................................................159
(1)接受CISC教學之低中高成就組其空間能力的發展相似…....159
(2)接受CISC教學之低中高男女生組其空間能力的發展相似..159
(三) 成就差異對推理能力的影響...............................................................159
1.推理能力測驗之分析結論.................................................................159
(1)共變數分析的結果.........................................................................159
(2)成就暨性別差異之共變數分析結果.............................................160
2.推理能力測驗之總結推論.................................................................160
(1) CISC教學對推理能力發展仍受成就差異的影響......................160
(2)接受CISC教學之低中高男女生組其推理能力的發展相似......161
第三節 教學建議與未來研究方向....................................................................162
一、教學建議...................................................................................................162
(一) 以CISC教學輔助學生建立微觀粒子之心智模式.............................162
(二) 為不同單元或學習背景發展適切之CISC創意教材與教學輔具.162
(三) 加強學生空間能力與推理能力的培養...............................................162
(四) 化學成就測驗之研究工具的再修正...................................................163
(五) 實驗教學設計的修正...........................................................................163
二、未來研究方向..........................................................................................163
(一) 化學學習成效、空間能力與推理能力因果關係模式之驗證研究..164
(二) CISC融入教學其學習遷移之追蹤研究............................................164
(三) 組群差異性之後續研究.......................................................................164
(四) 研究工具之常模化...............................................................................164

參考文獻................................................................................................................165
中文參考文獻......................................................................................................165
英文參考文獻......................................................................................................173

附錄..........................................................................................................................183
附錄一:化學成就測驗.........................................................................................183
附錄二:空間能力測驗.........................................................................................195
附錄三:推理能力測驗.........................................................................................209
附錄四:CISC教學策略設計...............................................................................231
中文參考文獻

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丁振豐、盧欽銘 (1989)。考夫曼兒童智力測驗理論基礎及其驗證性分析。測驗年刊,36,183-204。
中國測驗學會主編 (1994)。華文社會的心理測驗—第一屆華文社會心理與教育測驗學術研討會論文集。台北:心理出版。
孔恩 (1994)。科學革命的結構(二版一刷)(程樹德、傅大為、王道還、錢永祥譯)。台北:遠流。(原著出版年:1962年)
王文中、呂金燮、吳毓瑩、張郁雯、張淑慧等著 (2002)。教育測驗與評量。台北:五南。
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