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研究生:許育臺
研究生(外文):HSU YU-TAI
論文名稱:地球形狀概念演化樹之驗證及其與空間能力關係之跨年級研究
論文名稱(外文):An Across-Grade Study of Validating the Conceptual Evolution Tree in Earth and Its Relationship with Spatial Ability
指導教授:林靜雯林靜雯引用關係
指導教授(外文):Jing-Wen Lin
學位類別:碩士
校院名稱:臺北市立教育大學
系所名稱:應用物理暨化學系自然科學教學碩士班
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:203
中文關鍵詞:地球形狀概念演化樹空間能力空間能力測驗
外文關鍵詞:Conceptual Evolution Tree in EarthSpatial AbilitySpatial Ability Test
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本研究旨在透過跨年級學生地球形狀概念實測結果,驗證以支序分類概念演化取向所建立之地球形狀概念演化樹假說,並藉由空間能力測驗之施測,探討高低不同空間能力學生,其地球形狀概念發展之差異,以作為課程設計之參考。
本研究以臺北市某國小一、三、五年級學生為研究對象,施以「地球形狀概念測驗」與「空間能力測驗」,正式施測有效問卷共471人。之後,將跨年級學生地球形狀概念實測結果,以描述性統計及百分比同質性檢定進行分析,再與吳育倫、林靜雯(2013)研究所建立之地球形狀概念演化樹最適假說比對。接著,各年級分別依空間能力測驗之平均,分成高空間組與低空間組,再根據兩組之地球形狀概念測驗結果,分析不同空間能力學生與地球形狀概念演化樹最適假說比對之情形及兩組之間認知特徵發展之差異情形。
本研究結果顯示:1.跨年級調查研究結果除「5-2重力向中心」與「4-1天空圍繞地球四周」位於同一個節間,百分比應相近之外,與吳育倫、林靜雯(2013)建立之地球形狀概念演化樹最適假說大致相符,進一步支持林靜雯(2006)所提出之支序分類概念演化取向之可行性。2.比較高、低空間組概念演化路徑之發展,發現高空間組更符合演化樹最適假說之預測。3.低空間組在「3天空位置」概念發展上,五年級學生於「3-2地球內部」這項另有概念所佔之比例,顯著高於一年級學生;「6-1無平坦限制」與「4-1天空圍繞地球四周」概念之發展較高空間組晚。4.在五年級學生中,空間能力較高之學生,發展「5-2重力向中心」概念之比例顯著高於空間能力較低之學生。
空間能力在地球形狀概念發展上是重要的運思能力,以此提供課程設計者規劃相應之課程與教材,因應不同學生之空間能力,促進學生地球形狀概念之理解。

The purpose of this study is, through an across-grade survey of the mental model of earth, to validate the hypothesis of conceptual evolution tree in earth that is developed by a cladistic approach in conceptual evolution; also, by spatial ability tests of surveying, to explore the differences of earth concept development between high and low-level students for their different spatial abilities, to provide the reference when designing the curriculum.
The participants of the study are the students in the first grade, the third grade and the fifth grade of an elementary school in Taipei City. We adopted them the "Earth Concept Test" and "Spatial Ability Test" and got a total of 471 valid questionnaires for the formal test.
Afterwards, we analyzed the empirical evidences of the across-grade survey in the concept of the earth with descriptive statistics and verification of homogeneity test of percentage, and compared them with the best hypothesis of the conceptual evolution tree in earth, which developed by Yu-Lun Wu and Jing-Wen Lin (2013).
Next, we divided each grade into high and low-level spatial ability groups according to the average of their scores in the spatial ability test. Furthermore, based on the test results of the two groups in the concept of the earth, we analyzed the comparison between high and low-level spatial ability students to the best hypothesis of conceptual evolution tree in earth and the differences of cognitive characters developing between the two groups.
The result of the study shows that:
1. The result of the across-grade survey, in addition to the similar percentage on “5-2 The Gravity Is Toward the Earth's Center” and “4-1 The Range of the Sky Surrounds the Earth” located in the same node, is similar to the best hypothesis of the conceptual evolution tree in earth, which developed by Yu-Lun Wu and Jing-Wen Lin (2013), and supports further the feasibility of a cladistic approach in conceptual evolution, which developed by Jing-Wen Lin (2006).
2. After comparing the development of the conceptual evolution path between high and low-level spatial ability groups, we found that the high-level spatial ability group approaches more to the predictions of the evolutionary tree.
3. For the low-level spatial ability group in the conceptual development of “3 Location of Sky”, the proportion of alternative conceptions for the students in the fifth grade on “3-2 Earth’s Interior” is obviously higher than it of the students in the first grade; for the development of “4-1 The Range of the Sky Surrounds the Earth” and “6-1 Things That Looked Flat Are Not Flat”, the low-level group developed later than the high-level spatial ability group.
4. In the fifth grade students, the proportion of the students with higher spatial ability on developing “5-2 The Gravity Is Toward the Earth's Center” conception is significantly higher than it of those students with lower spatial ability.
The spatial ability is a very important thinking skill for developing the concept of the earth. With this, it is provided for designers’ planning on corresponding curriculum and materials to enhance students’ spatial abilities to facilitate the understanding of the concept of the earth.

目 次
中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要 ………………………………………………………………III
目次 ……………………………………………………………………V
圖次……………………………………………………………………VII
表次 ……………………………………………………………………X

第壹章 緒論……………………………………………………………1
第一節 研究背景與重要性………………………………………1
第二節 研究目的與問題…………………………………………7
第三節 名詞釋義…………………………………………………8
第四節 研究範圍與限制 ………………………………………10

第貳章 文獻探討 ……………………………………………………13
第一節 概念改變與心智模式 …………………………………13
第二節 支序分類之概念演化取向 ……………………………21
第三節 地球形狀之相關研究 …………………………………27
第四節 地球形狀概念演化樹假說 ……………………………35
第五節 空間能力的內涵及相關研究 …………………………45

第參章 研究方法 ……………………………………………………57
第一節 研究設計 ………………………………………………57
第二節 研究對象 ………………………………………………58
第三節 研究工具 ………………………………………………60
第四節 研究流程 ………………………………………………65
第五節 資料處理與分析 ………………………………………67

第肆章 研究結果 ……………………………………………………75
第一節 跨年級學生實測對演化樹假說之支持情形 …………75
第二節 高空間能力學生地球形狀概念發展之情形 …………94
第三節 低空間能力學生地球形狀概念發展之情形…………111
第四節 各年級高空間組與低空間組實測之差異情形………128

第伍章 結論與建議 …………………………………………………149
第一節 結論……………………………………………………149
第二節 建議……………………………………………………155

參考文獻………………………………………………………………161
一、 中文部分 ………………………………………………… 161
二、 英文部分 ………………………………………………… 164

附錄……………………………………………………………………167
附錄一:地球形狀概念測驗………………………………………… 167
附錄二:一年級空間能力測驗………………………………………175
附錄三:三、五年級空間能力測驗…………………………………183
附錄四:地球形狀概念測驗之題項與認知狀態對應情形…………191

一、中文部分
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