概念构图促进国中学生密度概念学习之研究喻鸿钧高雄县立大社国民中学TEL:(07)3530100 E-mail:gine0123sinamail.com 周进洋国立高雄师范大学科学教育研究所TEL:(07)7172930E-mail:t1270nknucc.nknu.edu.tw摘 要本研究的主旨是在运用以概念构图，协助、加强学生密度概念的改变做探讨。本研究是透过高雄县30位国二学生，经由开放式诊断工具和晤谈收集学生的迷思概念，经密度单元教学后，让学生运用概念图对本身的学习做一监控，厘清并统整密度概念，促进新的分化，达成有意义的学习。本研究主要发现是，学生密度迷思概念的主要来源有下列四种:日常生活经验、日常生活用语、质朴的比例观念和错误的模拟。其次，产生迷思概念的原因是由于学生以重量代替密度、以质量代替密度、以形状代替密度和没有建立质量/体积的比例概念。在密度单元教授后，学生透过概念构图去表征对密度的认知，从而促使学生对密度概念做组织、统整，对于学生密度概念的建立和厘清有明显的帮助。关键词：后设认知学习概念构图一、 研究动机 密度，D=M/V，对许多国中生而言，是一个困难的单元。一方面是它牵涉到比例概念(Gennaro, 1996)的问题。另一方面则是，学生将本身的迷思概念带到课堂，造成对密度概念学习的严重干扰（郭重吉, 1989；Hewson, 1986）。密度也是一个重要的单元，对往后的学习会造成影响，可从三方面来说：(1)、比例的概念的建立密度是物体的质量除以体积，D=M/V。这种比例的观念，在往后的学习要运用类似的思考技能还有压力（P=F/A）和奥姆定律（R=V/I）等。(2)、对流的概念的阐述在理化课本热的传播单元和在地球科学中，滞留锋所造成的阴雨现象，如果没密度概念说明，难以向学生解释清础。(3)、浮力原理密度是学好浮力单元的先备知识(prior knowledge)。密度的观念是牵涉到物体的两个性质：质量和体积。两者之间有一个比例的连结关系。而概念图的优点正是可以将概念间做有意义的连结。(Novak & Gowin 1984 )。如果将概念构图应用在密度概念的教学上，概念构图究竟能对学生的密度概念学习产生何种影响？有何帮助？是否值得向其它教师推荐？研究者以密度单元，运用概念图做了一连串的研究、探讨。二、 研究目的和研究方法本研究的目的是要了解学生用概念构图去呈现其密度认知结构，经过构图的历程，对学生的密度概念有何帮助？学生要有好的密度概念构图，正本清源，要从学生的迷思概念着手。教师在了解学生的迷思概念后，才能发展有效的教学，改变学生的认知，学生也才能有正确的密度概念构图呈现。研究者拟定了以下四项研究问题，做为研究探讨的主题：1.学生对密度的主要迷思概念为何？如何产生的？2.学生所画的概念图的类型和所代表的意义为何?3.概念构图促进学生密度概念变化情形如何?4.学生对概念构图感受如何？(一) 研究样本和工具本研究样本是位于高雄县某国中二年级某班的全体同学，共三十名，其中男生14名、女生16名。为配合研究目的，研究者应用了以下四项的研究工具:一、密度概念开放式诊断性纸笔前测工具。二、概念图。三、密度概念开放式诊断性纸笔后测工具。四、晤谈。(二)研究步骤密度教学前测(1hr) 晤谈 教会画概念图(2hrs)密度教学后测(1hr) 晤谈课文授课(1-2hrs)、实验（1hr）、学生画概念图密度教学图一、 研究步骤示意图三、 研究结果与发现经由研究流程，研究者有如下的结果和发现：（一）密度的迷思概念类型和迷思概念的来源学生密度的主要迷思概念有以下四类：1.以重量代替密度：学生认为，重量大的物体会沉，重量轻的物体会浮。将重量替代密度，造成了学生对沉浮的误判。超过一半学生有此迷思概念（53%，N=30）。2.以质量代替密度：学生认为质量相等的两种物体，沉浮的状况就会相同，形成以质量代替密度的迷思概念。近一半的学生有此迷思概念（47%，N=30）。3.以形状代替密度：学生认为细长状或者扁平状的物体就会浮，像竹竿、浮板会浮。有两成的学生有此迷思概念（20%，N=30）。4.没有建立质量/体积的比例概念：学生认为增加同一物质的质量(或体积)，则该物质的密度增加；反之，减少同一物质的质量(或体积)，密度则会减少。缺乏质量/体积的比例概念，形成学生对密度的误判。超过两成的学生有此一迷思概念（23%，N=30）。这结果和王龙锡（1991）、Biddulph & Osborne（1984）的研究，归纳出儿童主要是以物体的重量、大小和外观做为判别浮沈之考虑类似。研究者发现，学生密度迷思概念的主要来源有以下的四项：1.日常生活经验：石头、铁块很重，在水中会沉；保利龙、塑料袋很轻，在水中会浮。造成学生认为重的物体会沉，轻的物体会浮的迷思概念。2.日常生用语：沉重、轻浮和轻飘等中文语词，所造成学生误用轻、重做为沉、浮判断的依据。3.质朴的比例观念：学生认为同一物体：如果质量增加，（或体积增加）密度也跟着增加；质量减少，（或体积减少）密度也跟着减少。这种质朴的线性比例关系，造成迷思概念。4.错误的模拟：学生会抓住物体间某些特质(如质量)相同，依此模拟物体彼此浮沉的情形也会相同。错误的模拟，造成迷思概念。 这结果和Head(1986)指出迷思概念主要来自于日常的经验和生活中的观察、模拟错误产生混淆及Treagust(2000)指出的其中一项，迷思概主要来自于个体的语言经验，结果相似。（二） 学生所画的概念图的类型和所代表的意义 概念图所表征的是学生经过教学后，将其脑海中的概念以图形的方式呈现。学生在主动的构图时，会检视他的知识架构或学习历程，让概念产生厘清和精炼，使得概念分化，让原有的知识架构更形完备，促成学生运用高层次的后设认知学习(Wallace & Mintzes, 1990)。研究者将收集到的学生密度概念图，依学生呈现的风格不同加以分类，分别为标准型、辐射型、不知所云型和肢解型等四种类型。 1.标准型：有明显的纵向、横向连结，常见于高分群和中分群的学生。学生在构图前，会将教师的讲授、教科书和实验等相关内容先做一回想统整，检视概念间有无新的连结，然后再画概念图。是属于后设认知型的画法，涵盖较多的命题陈述，对密度概念有较完整的架构呈现。 2.辐射型：是以密度为中心，概念呈辐射状的直线呈现。.直观型的画法：学生在构图时，依教师提供的主概念，想到相关线索就立刻画上去，没有做进一步的检视，所以概念图主要呈现纵向的连结。缺乏概念图强调重视的概念间横向连结。3.不知所云型：这类型的概念图常出现于低分群的学生，所呈现的概念图，虽然有质量、体积等相关概念名词，但无法了解名词所代表的含意或概念间的关连性，只是将密度的相关名词套上概念图的型式呈现，而呈现的概念关系则一团混乱。 4.肢解型：这类型学生将概念像零件一般肢解成一段段，欠缺纵向的阶层性和横向的连结，甚至连大标题都不明显。呈现的是点状或片段的学习，缺乏概念的统整，无法显示出密度的整体架构。也表现出名词解释的特有型式。图 2 标准型的学生密度概念图图2 辐射型的学生密度概念图图3 辐射型的学生密度概念图（三）概念构图促进学生密度概念学习学生可以经由密度概念构图，提升自己的学习能力，并达成有意义的学习；概念构图主要的优点兹叙述如下，并佐以学生的晤谈内容：1. 促进发展后设认知能力概念构图可促进学生发展后设认知能力，自我监控。可将概念间的关系厘清，使认知结构发生渐进分化，概念和命题的意义会逐渐精致化和类别化。知道自己知道多少？（在画时）那你会（去）想是显示出自我监控，后设认知的表征。分析清楚，关系比较清析是因为概念逐渐精致化和类别化产生。师：画概念图后对妳对密度的了解有帮助吗？ S2 :有呀！就等于复习一次。课本看过去，你再写一次，可以知道自己知道多少，概念排一排，密度概念间的关系可以分析清础。师：密度的概念图对妳的学习有帮忙吗? S4 :关系会比没写前清础。（在画时）那你会想，有问题会问。2. 发现新关系，促进概念再分化在学生自我监控下，藉助概念构图可协助学生发现原本自己疏忽的关系，促使概念的再分化，如会有新的发现发现新的关连。换言之，概念构图可使认知结构再重组、成长。师:你是怎么画概念图的? S3：我想到什么就画什么。全部画完后再检查一遍，看到一样的概念，就画一个箭头(连结)。 S5:课本字太多，（将老师说的）重点记在课本，一页页去想，再写起来，画出草图。看到图，可发现新连结，会有新的发现。3. 促进学生主动学习学生在构图时，监控出自己不甚了解的地方，可自行去寻找答案，促进学生自我主动的学习。师：画概念图后对你对密度的了解有帮助吗？ s3:你（我）不会的地方，会去查过课本，你（我）画上去之后，你（我）就不会忘。 4. 教师的订正，可协助促进学生概念厘清。学生画的概念图，呈现出迷思概念时，教师可加以订正，在课堂上加以阐述或课后说明，帮助学生厘清观念，加深印象，达成学习目标。师：画概念图后对你对密度观念的了解有帮助吗？ s6 :老师会帮我（将错误的地方）订正，让我加深印象。 此外，研究者以底下迷思概念为例，列出在学生完概念图后，学生在前测工具、后测工具所表现出的差异。迷思概念一：同一物质，越重越会下沉原来有一半的学生有此迷思概念，只有四人答对。在学生完概念图后，能正确答对，密度不变，仍是上浮的学生，大幅攀升到十九人，有很大的进步。4.有许多同大小，同质量的物体，将其中一块放入水中，结果会浮在水上，若将许多此物体黏在一起，放入水中，会如何？为什么？图 4小块积木和多块积木的沉浮比较图前测后测差值答对百分比15%63%48%答对人数41915表1迷思概念一、前后测比较表 N=30(四) 学生对概念构图的感受以下为研究者整理出学生对运用概念图感受的晤谈资料。1.感受