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研究生: 劉嘉茹
ChiaJu- Liu
論文名稱: 以研究綱領與本體分類論的觀點探究概念改變機制之研究
指導教授: 邱美虹
Chiu, Mei-Hung
學位類別: 博士
Doctor
系所名稱: 科學教育研究所
Graduate Institute of Science Education
論文出版年: 2000
畢業學年度: 88
語文別: 中文
論文頁數: 339
中文關鍵詞: 本體分類論硬核保護帶輔助假說概念改變
英文關鍵詞: ontological categories, hard core, protective belt, auxiliary hypotheses, conceptual change
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:258下載:66
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  • 摘要
    本研究旨在以Lakatos (1970)的研究綱領與Chi (1992)及Chi等人(1994)本體分類論的觀點探究概念改變的心智模式及機制,根據上述觀點研究者運用所發展的化學平衡迷思概念偵測工具(MCEPT)選取台北縣立某完全中學高三理組學生共172名中符合研究需求的三十位研究對象,進行概念連結圖活動、施測題組、相關概念活動、競爭概念活動用以證實概念改變心智模式與機制。
    研究結果證實概念改變類型可歸類為下列兩個大類別:一、硬核結構已改變的概念改變模式:這種模式包含硬核及其概念系列的整個被取代、硬核中物質與過程概念主客易位的變動及將分離或混淆的硬核結構重新組織等情形,研究者將其視為困難的概念改變(hard conceptual change, HCC)。二、硬核結構未改變的概念改變模式:這種模式包含周旋在利用輔助假說保護硬核的思維之間或只是修正保護帶中的輔助假說,而硬核結構未改變的情形,這類型屬於輕微的概念改變(soft conceptual change, SCC),在這兩大類別之下的其餘類型亦於實證中呈現,並進一步證實概念改變的的難度為IA-HCC>IB-HCC>IC-HCC。
    經研究分析可以發現,本研究所設計的相關概念活動與競爭概念活動可以促進研究對象進行概念改變,故經過這兩個活動之後,研究對象呈現不同程度概念改變的類型,且活動後化學平衡概念表現明顯增加,其中競爭概念活動所提供的認知衝突較為強烈,可以催化對概念的重新詮釋、周邊理論改變與理論改變。基於這些活動可以發現具物質概念為主(連結較多過程概念)特質的概念與具有過程概念為主(連結較多物質概念)的概念特質不易進行概念改變,這部分與Chi認為物質本體類別內是弱的概念改變的結果不相同。
    而不同類型的研究對象中,以物質迷思概念為主的研究對象多因對概念定義不清楚或是不瞭解物質概念與其它物質概念間的關係所造成,而以過程概念為主的研究對象多因不瞭解過程本體分類中限制為主的交互作用與事件本體次分類間的關係所造成,迷思概念物質及過程兩者兼具的研究對象為難以正確運用物質與過程概念所致。
    在本體分類論的分析中可以發現在本體樹間之物質與過程概念次分類間的跨越是困難的,而於本體樹內之物質概念次分類發現簡單物質特質(SMP)的物質次分類與富含過程特質(RPP)的物質次分類間的跨越是困難的,本體樹內之過程概念次分類證實事件(EVENT)本體次分類與以限制為主的交互作用(CBI)次分類間的跨越是困難的。
    本研究亦說明了對未來研究的建議、對科學課程與教學的建議與對科學教學的建議,概念改變是學習進步的重要過程,探究學習者學習概念時概念改變的機制,不但提供了個體在學習概念上的深層詮釋之外,更可以進一步提供認知心理學及科學教育工作上的應用。

    Abstract
    The purpose of this research was to adapt research programmers from Lakatos (1970) and Chi (1992) and Chi et al.’s (1994) conceptual change theory of ontological categories to analyze high school students’ mental models and mechanism of conceptual change in learning science. Based on the perspectives mentioned above, this research developed a probe test for examining students’ misconception of chemical equilibrium (MCEPT). Thirty students out of 172 12th grade students from a senior high school in Taipei County, who majored in natural science, were selected as the target subjects. Then, these subjects were conducted through concept association activity, established measurement questionnaire set, relativity concept activity, and competition concept activity.
    The results of this study revealed that the conceptual change could be classified into two major categories: First, the hard core changed model: this model contained the following characteristics: 1. hard core and its conceptual series had been replaced entirely; 2. matter and process concepts of chemical equilibrium interchanged their positions, and 3. reorganizing structure of knowledge in the hard core. The researcher considered this type of model as hard conceptual change (HCC). Second, hard core unchanged model: this model has the following characteristics: 1.It contained surroundings that utilized the auxiliary hypotheses to protect hard core or only justified the auxiliary hypotheses of protective belt; 2. in the circumstance of unaltered hard core structure. This type of model was considered as soft conceptual change (SCC). Besides, these two major types of models, there are other models were varified in this study. The researcher found the difficulties of conceptual change were IA-HCC>IB-HCC>IC-HCC.
    The results also revealed that both designs of related concept activity and competition concept activity could promote students’ conceptual change. In particular, competition concept activity was more effective to stimulate students to re-interprete concepts, and to guide their peripheral theory change. Based on these activities we found that the matter concept (connected more process concept) properties and the process concept (connected more matter concept) properties were not simply activated students’ conceptual change. The result shown here was inconsistent with Chi’s study in which she considered the ontological categories changes within a tree as weak conceptual change.
    In regard to different classifications of target subjects, those who have the misconception of matter concepts were unclear about concept definitions or misunderstood the relationships between the matter concepts and the rest of matter concepts. In contrast, those who have the misconception of process concepts misunderstood about the relationships between the ontological categories with process attributes and sub-category in ontological categories. The target subjects of the misconception of both matter and process concepts showed difficulties in correctly applying the matter and process concepts.
    In the analysis of ontological category, the study found the crossing between the sub-category of matter and process concepts to be difficult. The analysis of ontological category also showed the crossing between the matter concept’s sub-category’s Simple Maritialistic Properties’ (SMP) matter sub-category and Rich Processlistic Properties’ (RPP) matter sub-category to be difficult. The analysis of ontological category also showed the crossing between the process concept’s sub-category’s Event’s (EVENT) sub-category and Constrain Based Interaction’s (CBI) sub-category to be difficult.
    Investigating mechanism process of individual conceptual change will uncover our understanding of students’ learning in science, and further to provide implications for cognitive psychology and science education. In this study, Implications and suggestions for science curriculum, science Instruction, and future research topics were also discussed.

    目 錄 第壹章、緒論……………………………….…………………………1 第一節 研究背景………………………………………1 第二節 研究的重要性 …………………………….6 第三節 研究目的與研究問題…………………………9 第四節 名詞釋義……………………………………...11 第五節 研究範圍界定與研究限制…………………...12 第貳章、文獻探討………………………….……………………….13 第一節 概念改變文獻回顧……………………..13 第二節 拉卡托斯的哲學觀…………………………..29 第三節 本體分類論…………………………………..36 第四節 拉卡托斯的觀點與本體分類論……………..43 第五節 概念改變心智模式與機制假說……………..46 第六節 化學平衡迷思概念探討……………………..53 第參章、研究方法…………...……………………..……………….65 第一節 研究設計……………………………………..65 第二節 研究對象……………………………………..65 第三節 研究工具……………………………………..67 第四節 研究步驟……………………………………..78 第五節 資料處理與分析……………………………..84 第肆章、研究結果與討論……...…………………………………90 第一節 化學平衡概念改變的前後測比較………….90 第二節 概念改變機制類型的特徵…………………108 第三節 概念改變機制類型的探討…………………129 第四節 迷思概念類型與概念改變機制的關係……153 第五節 概念改變機制模式內部組成間互動的模式…………………………………………….162 第六節 概念改變與本體分類論……………………180 第七節 綜合討論……………………………………190 第伍章、結論與建議……………………...………………………194 第一節 結論…………………………………………194 第二節 建議………………………………………....199 參考文獻……………………………………………………..202 中文部份……………………………………………………………....202 英文部份………………………………………………………………203 附錄 附錄一 化學平衡迷思概念向度……………………………………..218 附錄二 專家化學平衡概念連結圖…………………………………..222 附錄三 化學平衡概念前後測………………………………………….224 附錄四 施測題組……………………………………………………..235 附錄五 相關概念……………………………………………………..249 附錄六 競爭概念……………………………………………………..258 附錄七 B531概念圖範例……………………………………………290 附錄八 化學平衡迷思概念計數……………………………………292 附錄九 計分舉例……………………………………………………305 附錄十 類型舉例……………………………………………………311 附錄十一晤談舉例……………………………………………………317 表 次 表2-1.1 Hewson & Hewson (1980)概念改變模式………………………………..17 表2-1.2 Ramirez et al. (1998)不協調的來源整理表……………………………...22 表2-1.3 可能的概念轉移過程及結果…………….………………………………23 表2-1.4 概念改變文獻整理表……….……………………………………………25 表2-3.1 模稜兩可的句子示意表………………………………………………….37 表2-3.2 自然共同預測示意表…………………………………………………….38 表2-5.1 概念改變類型表………………………………………………………….46 表2-5.2 概念改變層次歸類表…………………………………………………….52 表2-6.1 化學平衡迷思概念類型表……………………………………………….53 表2-6.2 化學平衡概念及特徵整理表…………………………………………….54 表2-6.3 化學平衡迷思概念及預測平衡移動困難表…………………………….55 表2-6.4 學生化學平衡另有概念整理表………………………………………….56 表2-6.5 文獻與化學平衡迷思概念表…………………………………………….57 表2-6.6 林宏一(1990)化學平衡迷思概念研究結果……………………………..58 表2-6.7 蔡紋錦和陳瓊森(1992)化學平衡迷思概念研究結果….……………….59 表2-6.8 高紹源(1996)勒沙特列原理迷思概念研究結果整理表.……………….61 表2-6.9 國內學生化學平衡迷思概念…………………………………………….62 表2-6.10 化學平衡迷思概念整理總表……………………………….…………..61 表3-3.1 化學解題的相關變數…………………………………………………….68 表3-3.2 偵測向度與測驗對應表………………………………………………….70 表3-3.3 物質概念與過程概念偵測題目對應表………………………………….71 表3-3.4 化學平衡概念工作關鍵字……………………………………………….73 表3-3.5 相關概念關鍵字呈現表………………………………………………….74 表3-3.6 施測題型與施測題組配合表…………………………..…….…………..75 表3-4.1 前、後測質的分析向度及編碼表……………………………………….85 表3-4.2 概念改變機制與層次分析向度及編碼表……………………………….86 表3-4.3 判準對應表……………………....………………….……………………87 表4-1.1 前後測評分標準………………………………………………………….91 表4-1.2 前後測T考驗之比較……………………………….………..…………..92 表4-1.3 前後測得分分佈表……………………………………………………….93 表4-1.4 物質概念前後測T考驗之比較………………………………………….94 表4-1.5 物質概念前後測得分分佈表……………………………………………95 表4-1.6 物質概念分析計數表…………………………………….……………...96 表4-1.7 物質概念答案與解釋計數表……………………………………………96 表4-1.8 物質概念分析具體實例表………………………………………………97 表4-1.9 物質概念答案與理由計數表…………………………………………99 表4-1.10 過程概念前後測T考驗之比較…….…………………………………100 表4-1.11 過程概念前後測得分分佈表…….………………….………………...101 表4-1.12 過程概念分析計數表…………….………………….………………...102 表4-1.13 過程概念答案與解釋計數表…….………………….………………...102 表4-1.14 過程概念分析具體實例表……….………………….………………...104 表4-1.15 過程概念答案與理由計數表…………………………………………104 表4-2.1 概念改變機制類型判準對應表……………………………………….108 表4-3.1 過程概念為主(連結較少物質概念)的概念特質濃度 類型表…………………………………………………………………..130 表4-3.2 過程概念為主(連結較少物質概念)的概念特質速率 類型表………………………..…………………………….…………...133 表4-4.1 定義不清楚的概念與比例表…………………………….……………..154 表4-5.1 相關概念與概念改變比率表…………..……………………………….163 表4-5.2 各類型中相關概念與概念改變理由之出現頻率表….………………...164 表4-5.3 面對相關概念活動的反應歸類表……………………….……………..165 表4-5.4 競爭概念與概念改變比率表…………………………….……………..166 表4-5.5 競爭概念與概念改變理由出現頻率一覽表….……….……………..168 表4-5.6 面對競爭概念活動的反應歸類表……………………….……………..169 表4-5.7 輔助假說的特質………………………………………………………...171 表4-6.1 富含過程特質的物質概念與簡單物質特質概念說明表……………...181 表4-6.2 原先想法中物質本體SMP次分類次數與實例表…………………….182 表4-6.3 概念改變後物質本體RPP次分類次數與實例表…………..…………182 表4-6.4 物質概念次分類總計表…………………………………….…………..183 表4-6.5 事件與以限制為主的交互作用特質說明表…………………………...184 表4-6.6 原先想法中過程本體事件次分類次數與實例表……………………...186 表4-6.7 概念改變後過程本體以限制為主的交互作用(CBI) 次分類次數與實例表…………………………………………………..187 表4-6.8 過程概念次分類總計表………………………………………………...188 圖 次 圖2-1.1 認識改變分類的方法….………………………………..………………..18 圖2-1.2 概念改變層次與種類的一般模式………………………….……………21 圖2-1.3 概念改變的多面向架構…………………………………….……………27 圖2-1.4 概念改變的動態歷程…………………………………………………….28 圖2-3.1 本體樹…………………………………………………………………….36 圖2-3.2 一般本體樹……………………………………………………………….39 圖2-3.3 本體樹的組織架構……………………………………………………….40 圖2-5.1 原有概念系列轉變為目標概念系列之表示圖………………………….47 圖2-5.2 硬核及其概念系列的整個被取代(I-A)示意圖………………………….48 圖2-5.3 物質概念為主導轉變為以過程概念為主導(I-B1)示意圖.……………..48 圖2-5.4 過程概念為主導轉變為以物質概念為主導(I-B2)示意圖……………...49 圖2-5.5 分離或混淆的硬核結構重新組織(I-C)示意圖………………………….49 圖2-5.6 無任何概念主導,經過概念改變,硬核結構不變保護帶 變動(II-A)之示意圖………………………………….………………….50 圖2-5.7 物質概念主導,經過概念改變,硬核結構不變保護帶 變動(II-B1)之示意圖………………….………………..……………...…51 圖1-5.8 過程概念主導,經過概念改變,硬核結構不變保護 帶變動(II-B2)之示意圖…………………………………………………...51 圖3-2.1 研究對象選取示意圖…………………………….……………………....66 圖3-4.1 研究流程說明圖……………………………………….…………………80 圖4-1.1 前後測總分比較圖………………………………………….……………92 圖4-1.2 物質前後測比較圖………………………………………….……………94 圖4-1.3 過程前後測比較圖………………………………………….…………..100 圖4-1.4 前後測比較圖……………………………………………….…………..106 圖4-2.1 B531部分概念示意圖…………………………………….…………….109 圖4-2.2 硬核及其概念系列的整個被取代(I-A)示意圖……………...…………111 圖4-2.3 物質概念為主導轉變為以過程概念為主導(I-B1)示意圖…………….115 圖4-2.4 過程概念為主導轉變為以物質概念為主導(I-B2)示意圖…………….117 圖4-2.5 分離或混淆的硬核結構重新組織(I-C)示意圖…...……………………119 圖4-2.6 無任何概念主導,經過概念改變,硬核結構 不變保護帶變動(II-A)示意圖…………………………………………122 圖4-2.7 物質概念主導,經過概念改變,硬核結構 不變保護帶變動(II-B1)示意圖…………………………………………..123 圖4-2.8 過程概念主導,經過概念改變,硬核結構 不變保護帶變動(II-B2)之示意圖……………………………………….125 圖4-3.1 過程概念為主(連結較少物質概念)的概念特質 類型次數比較圖………………………………………………………..129 圖4-3.2 有濃度上升就會有濃度下降型圖例……………………….…………..131 圖4-3.3 未考慮化學計量型圖例…………………………………….…………..131 圖4-3.4 所有濃度皆上升型圖例…………………………………….…………..132 圖4-3.5 考慮化學計量型圖例……………………………………….…………..132 圖4-3.6 反應物濃度不改變型圖例………………………………….…………..133 圖4-3.7 正反應速率加快之前逆反應速率為零類型I圖例………………………134 圖4-3.8 正反應速率加快之前逆反應速率為零類型II圖例……………………..134 圖4-3.9 正反應速率加快則逆反應速度減慢型圖例……………….…………..135 圖4-3.10 正逆反應速率皆上升型圖例………………………………………….135 圖 4-3.11 正逆反應速率皆上升型圖例……………………………….………….136 圖4-3.12 P515速率圖……………………………………………………………137 圖4-3.13 物質概念為主(連結較多過程概念)的概念特質類型 次數比較圖…….….………………………………………………...139 圖4-3.14 過程概念為主(連結較多物質概念)的概念特質類型 次數比較圖………………………………….………………………...142 圖4-3.15 加入競爭離子不影響化學平衡圖例………………………………….143 圖4-3.16 PbCl2濃度下降,Pb2+、 Cl-濃度上升型圖例………….…………..143 圖4-3.17 PbCl2濃度下降,Pb2+濃度上升、Cl-濃度下降型圖例…………….144 圖4-3.18 加入水不影響化學平衡圖例………………………………………….144 圖4-3.19 所有離子的濃度皆微降型圖例……………………………………….145 圖4-3.20 加入固體不影響化學平衡圖例……………………………………….145 圖4-3.21 含有相同離子的濃度皆上升型圖例………………………………….146 圖4-3.22 物質概念為主(連結較少過程概念)的概念特質 類型次數比較圖…………………………..………………………..…147 圖4-3.23 物質與過程概念均等的題型次數比較圖…………………………….148 圖4-3.24 活化能與低限能關係圖例…………………………………………….149 圖4-3.25 IV-C概念改變類型次數比較圖………………………………………150 圖4-4.1 相關概念後以物質迷思概念為主的概念改變類型 數比較圖………………………………………………………………..155 圖4-4.2 競爭概念後以物質迷思概念為主 的概念改變類型數比較圖……………………….…………………….156 圖4-4.3 相關概念後以過程迷思概念為主的概念改變 次數比較圖………………………………………………………………157 圖4-4.4 競爭概念後以過程迷思概念為主的概念 改變次數比較圖………………………………………………………..158 圖4-4.5 相關概念後物質與過程迷思概念兼具的概念 改變類型次數比較圖…………………………………………………..159 圖4-4.6 競爭概念後以過程迷思概念為主的概念 改變次數比較圖………………………………………………………..160 圖4-5.1 相關概念後概念改變類型次數比較圖…………………………...162 圖4-5.2 競爭概念後概念改變類型次數比較圖…………………………...166 圖4-5.3 經相關概念後進行HCC輔助假說的特質…………………………….171 圖4-5.4 經相關概念後進行HCC輔助假說的實例……………………………..172 圖4-5.5 經相關概念後進行SCC輔助假說的特質……………………………..173 圖4-5.6 經相關概念後進行SCC輔助假說的實例……………………………...173 圖4-5.7 經競爭概念後進行HCC輔助假說的特質…………………………….174 圖4-5.8 經競爭概念後進行HCC輔助假說的實例…………………………….175 圖4-5.9 經競爭概念後進行SCC輔助假說的特質……………….…………….176 圖4-5.10 經競爭概念後進行SCC輔助假說的實例…………………………….176 圖4-7.1 本體分類架構圖………………………………………………………...192 附 錄 附錄一 化學平衡迷思概念向度 附錄二 專家化學平衡概念連結圖 附錄三 化學平衡概念前後測 附錄四 施測題組 附錄五 相關概念 附錄六 競爭概念 附錄七 B531概念圖實例 附錄八 化學平衡迷思概念計數 附錄九 計分舉例 附錄十 類型舉例 附錄十一 晤談舉例

    參考文獻:
    中文部分
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