本研究之主要目的是在行動研究的模式下，利用APOS理論精緻化之PCDC教學模式，改進自身教學並探討國小三年級學童自然科的學習成效。為期半年的研究共有兩階段；階段一：APOS融入PCC教學之初探，主要進行「廚房裡的科學」單元教學；階段二：理論修正與強化，運用情境問題以提示並增強提問技巧促其膠囊化為物件，針對難以理解之「溶解」抽象概念進行教學。
研究資料收集工具有開放性問卷、認知需要量表、科學態度量表、課室錄影錄音、學習單、學生個人反思紀錄表、段考評量試卷、小組討論紀錄表、各組互評紀錄表、研究者教學反思日誌、晤談、指導教授與個案班級導師意見等資料，採質量合併的方式以三角校正法進行資料分析。
研究結果發現，利用APOS精緻化之PCDC教學可實施於國小自然課室。（一）課程設計時，APOS理論除了有助於檢視教學環中任務、引導、環境、分析的各細節，亦可透過情境設計活動來幫助學習環的運轉與監控，特別於抽象難懂的科學概念學習上，更能透過提問技巧增強與情境轉換來促進學生內化與膠囊化，進而形成概念基模。（二）對研究者而言，企圖掙脫傳統教學的習性與束縛，進而轉換與蛻變成探究取向的PCDC教學是一大挑戰，我在磨合期間雖屢遭困境，如時間掌控、秩序維持、理論與實務的結合等等，不過經由持續反覆不斷的行動研究改進，確實有助於教師自身專業成長並親身體認教學之樂趣與意義。（三）對學生而言，進行利用APOS精緻化之PCDC教學後，無論是在科學態度或認知需求上皆有顯著的差異（p＜0.001）；九成以上的學生也表示於輕鬆的心情下進行分組討論有助於他們的學習，而上台發表的情形也隨著次數增加而更顯自然與純熟。除此之外，亦發現教學技巧提升與精緻過後，學生更加容易理解與應用抽象的科學概念，成績也明顯提升許多。

The purpose of the study was to improve the author’s teaching of natural science and assess third-graders’ achievements in natural science with a PCDC instructional model that was elaborated and integrated with APOS theory. The half-year research was divided into two phases. Phase one was a pilot study on integrating APOS theory with PCDC instructional model and the teaching topic was “Science in the Kitchen.” Phase two was theory modification and strengthening, in which situational questions were used to give students clues and questioning skills were strengthened to stimulate encapsulation and help develop an object conception, while the teaching topic was the difficult, abstract concept of “dissolving.”
The instruments used to gather information were open-ended questionnaires, Cognitive Needs Scale, Attitude Towards Science Scale, class videotapes and recordings, learning sheets, student’s reflection records, examination papers, group discussion records, peer group evaluation forms, teacher’s reflection journal, interviews, advising professor’s opinions and class advisor’s opinions. Data analysis was performed by using triangulation, a combination of qualitative and quantitative methods.
The findings showed that the PCDC instructional model integrated with APOS theory was applicable to natural science classrooms in elementary schools.
1.During curriculum design, APOS theory was not only useful to examine the four components of task, guidance, environment and analysis in the teaching cycle, but also useful to spin and monitor the learning cycle through designing situational activities. Particularly, regarding abstract scientific concepts that were difficult to understand, students’ interiorization and encapsulation could be promoted and schemas could be better developed by strengthening the author’s questioning skills and changing situations.
2.It was quite a challenge for the researcher to abandon the practices and throw off the shackles of traditional teaching, and take up the exploration-oriented PCDC. Despite the fact that the author had been faced with such difficulties during the learning stages as time management, classroom management and combining theory with practice, the action researches and the ensued improvements indeed helped the author develop professionally and personally experience the joy and meaning of teaching.
3.After implementing the PCDC instructional model integrated with APOS theory, the students’ attitudes toward science or willingness to think improved significantly (p＜0.001). More than 90% of the students said group discussions under relaxed atmosphere benefitted their learning. Their presentations in front of the class also appeared more natural and fluent after some time. Moreover, students found it easier to understand and apply abstract scientific concepts, and their grades significantly improved after the author’s teaching skills were enhanced and elaborated.

第一章 緒論……………………………………………………………………1
第一節 問題背景與研究動機……………………………………………1
第二節 研究目的與待答問題……………………………………………4
第三節 名詞解釋…………………………………………………………4
第四節 研究範圍和限制…………………………………………………6

第二章 文獻探討………………………………………………………………7
第一節 建構教學與傳統教學……………………………………………7
第二節 PCDC雙環教學模式……………………………………………12
第三節 APOS理論………………………………………………………21
第四節 APOS融入PCDC的實徵性研究…………………………………26
第五節 溶解概念相關實徵性研究……………………………………31

第三章 研究方法……………………………………………………34
第一節 研究對象……………………………………………………………34
第二節 研究者經歷與教育理念……………………………………………36
第三節 研究架構與流程……………………………………………………38
第四節 研究設計與教學活動..……………………………………………45
第五節 研究工具與資料蒐集..……………………………………………50
第六節 資料分析……………………………………………………………57

第四章 研究結果與討論…………………………………………………61
第一節 APOS精緻化PCDC之教學歷程…………………………………61
第二節 研究者所遭遇的問題與解決策略……………………………93
第三節 學習成效………………………………………………………105

第五章 結論與建議………………………………………………………148
第一節 結論…………………………………………………………………148
第二節 建議………………………………………………………………153
參考文獻………………………………………………………………………157
附錄……………………………………………………………………………162

圖 次
圖 2-2-1 PCDC教學模式………………………………………………13
圖 2-2-2 Wheatley的問題中心教學模式…………………………...14
圖 2-2-3 數學的創造與再生環…………………………………………15
圖 2-2-4 學習環…………………………………………………………15
圖 2-3-1 心智結構圖……………………………………………………22
圖 2-4-1 APOS融入PCDC的教學模式………………………………29
圖 3-1-1 自然教室桌配置圖....………………………………………35
圖 3-2-1 講述式教學衍生之「我是抄人」……………………………37
圖 3-3-1 研究架構圖……………………………………………………39
圖 3-3-2 研究流程圖………………………………………………………44
圖 3-4-1 研究者教學歷程圖……………………………………………45
圖 3-4-2 本研究的行動研究模式…………………………………………45
圖 3-4-3 課程發展研究架構圖…………………………………………47
圖 3-4-4 溶解性質教學活動架構圖……………………………………49
圖 3-5-1 單元概念圖……………………………………………………52
圖 3-6-1 分析架構圖……………………………………………………58
圖 4-1-1 學生畫風向考驗時的上課情形………………………………63
圖 4-1-2 小組討論溶解現象及報告情形………………………………68
圖 4-1-3 小組報告如何製作招牌飲料情形……………………………70
圖 4-1-4 習作完成情形…………………………………………………73
圖 4-1-5 小組討論及做果凍情形………………………………………76
圖 4-1-6 小組報告如何做出完美果凍情形……………………………78
圖 4-1-7 呈現小組討論如何做出完美果凍白板………………………79
圖 4-1-8 學生觀察粉末填寫學習單情形………………………………83
圖 4-1-9 學生實驗粉末可否溶解情形…………………………………85
圖 4-1-10 學生動手創造出的小型死海…………………………………88
圖 4-1-11 學生討論溶解前後體積及重量變化情形……………………88
圖 4-1-12 學生填寫學習單情形…………………………………………90
圖 4-1-13 學生填寫學習單情形…………………………………………92
圖 4-1-14 學生票選最喜歡的活動………………………………………92
圖 4-3-1 小組討論調味料的溶解現象………………………………107
圖 4-3-2 小組討論製作果凍步驟……………………………………122
圖 4-3-3 小組創造死海活動紀錄……………………………………126
圖 4-3-4 傳統教學模式下第一次段考成績比較……………………135
圖 4-3-5 傳統以及PCDC教學下第二次段考成績比較……………135
圖 4-3-6 傳統以及APOS精緻化PCDC教學下第三次段考成績比較…136
圖 4-3-7 各班三次段考表現成長圖…………………………………137
表 次
表 2-1-1 傳統式教學理念與建構式教學理念歸納表…………………11
表 3-3-1 廚房裡的科學教學進度表……………………………………41
表 3-3-2 溶解性質教學活動……………………………………………42
表 3-4-1 APOS精緻化PCDC之過程…………………………………48
表 3-5-1 「廚房裡的科學」單元九年一貫課程能力指標……………53
表 3-5-2 九年一貫課程能力指標有關「溶解性質」之細目表………54
表 3-6-1 資料編碼範例…………………………………………………57
表 3-6-2 分析內容表……………………………………………………59
表 3-6-3 待答問題與資料來源之對照…………………………………60
表 4-1-1 APOS應用於自然課室之界定…………………………………65
表 4-1-2 各組最愛活動票選結果………………………………………93
表 4-3-1 抽象概念學習活動及其物件化比率………………………106
表 4-3-2 「溶解現象」的概念發展分析表……………………………111
表 4-3-3 「溶解度比較」的概念發展分析表…………………………121
表 4-3-4 「溶解後的濃度」概念發展分析表…………………………129
表 4-3-5 「影響溶解度的原因」概念發展分析表……………………134
表 4-3-6 認知需求量表-相依樣本t檢定……………………………138
表 4-3-7 科學態度量表-相依樣本t檢定……………………………141
表 4-3-8 學生對自然課的喜惡情形及原因…………………………143
表 4-3-9 學生較喜歡的上課方式及原因……………………………144
表 4-3-10 分組討論對學生的影響及原因……………………………145
表 4-3-11 分數對學生上台意願的影響及原因………………………146
附 錄 次
附錄一 自然科教學前問卷…………………………………………162
附錄二 認知需求量表………………………………………………163
附錄三 自然科學學習態度量表……………………………………165
附錄四 自然科教學後問卷…………………………………………168
附錄五 『廚房裡的科學』單元教學計畫表………………………169
附錄六 友瓊老師的教學反思日誌…………………………………178
附錄七 各組互評紀錄表……………………………………………179
附錄八 小組討論紀錄表一…………………………………………180
附錄九 小組討論紀錄表二…………………………………………181
附錄十 小組討論紀錄表三…………………………………………182
附錄十一 小組討論紀錄表四…………………………………………183
附錄十二 小組討論紀錄表五…………………………………………184
附錄十三 小組討論紀錄表六…………………………………………185
附錄十四 反思紀錄表一………………………………………………186
附錄十五 反思紀錄表二………………………………………………187
附錄十六 自然老師給家長的一封信…………………………………188
附錄十七 小當家食譜創作學習單……………………………………190
附錄十八 我是飲料店老闆學習單……………………………………191
附錄十九 聰明購物高手學習單………………………………………192
附錄二十 我愛我小腦袋瓜裡的想法…………………………………193
附錄二十一 『溶解性質』膠囊化活動計畫表…………………………194
附錄二十二 大雄的生日蛋糕學習單……………………………………197
附錄二十三 溶解不溶解學習單…………………………………………198
附錄二十四 創造死海學習單……………………………………………199
附錄二十五 吃飽了沒學習單……………………………………………202
附錄二十六 好鹹的火鍋學習單…………………………………………203

中文部份
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