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亞太科學教育論壇，第十八期，第一冊，文章十一(二零一七年六月) 陳正治、劉嘉茹 同儕團討對科學概念改變之探討
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亞太科學教育論壇，第十八期，第一冊，文章十一(二零一七年六月) 陳正治、劉嘉茹 同儕團討對科學概念改變之探討
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概念改變是教學活動中重要的任務，特別是科學教育上，教學的目的往往是要學生做一些概念的改變。一般人總是相信自己樸素概念(Naive Concept) 、另有概念(Alternative Concept)，統稱為既有概念(Existed Concept)。除非做教學前的調查，否則很難得知其既有概念為何，而且學習主體進行學習時，其既有的科學概念不是被動或靜態的等待新知識的加入，反而發揮主動且動態的功能指導認知主體去理解與融合新的知識。經由學習的過程，學習者的既有概念可能不變也可能改變。學習者的科學概念可分為人為概念與自然概念，前者指當代科學社群所認可的，也通常是學校教材所呈現的科學概念；後者是學童在其生長過程中，經驗外在事物所得到的科學概念。學習者在觀察自然現象建構自然概念的過程，深受信念架構、既有知識、認知過程、情感、價值，甚至美學等因素的影響。因此人為概念與自然概念在內容上可能相同但經常非常不一致，而且自然概念的固著性較強且保留時間較長，要讓學習者想要進行內心世界既有概念的改變，則需要強而有力的說服力。進行概念改變的策略有團隊合作學習或同儕討論，訓練學生、以理服人、眼見為憑、學然後知不足的科學學習。
本研究嘗試藉由營隊開辦前的教育訓練課程，將生活中的議題導入(如騎乘機車與大貨車貼近的危險性)，分析科工館服務的大學生志工，在短時間之內(1-3天)，能否藉由同儕團體討論、提供眼見為憑的科學演示，對影響其日常生活中的空氣流體特性，有更深更新的認識、應用及概念的改變，並藉由調查是否會延伸應用的其他類似的案例上，進而探討大學生對科學學習認知與概念改變的學習歷程與成效。
因此，本研究問題聚焦於以下兩點：
- 同儕間的前置討論(Pre-discussion)對學習新概念是否對學習新知有所助益?
- 對空氣流體的特性與應用學習，同儕討論的延宕成效是否顯著?
本研究以蒞臨科工館從事暑假夏令營服務的實習與社會服務大學生為研究共計114名為對象與樣本，其中有僅有7名的學生是理工學院背景，有關訓練課程主題空氣動力學的概念，這批志工學生多數(94%)屬先備知識不足。114名大學生依據所屬學院分布狀態，如表一：
表一、調查樣本之所屬學院背景比例(單位: 人/%)
背景
工程學院
教育學院
文學院
商學院
設計學院
樣本數
7 (6.14%)
3 (2.63%)
3 (2.63%)
6 (5.26%)
2 (1.75%)
背景
醫學院
管理學院
法律
社會學院
藝術學院
樣本數
1 (0.88%)
63 (55.26%)
0 (0%)
6 (5.26%)
2 (1.75%)
背景
農學院
其它
合計
樣本數
21 (18.42%)
0 (0%)
114 (100%)
本研究為了解運用課前同儕團體討論，是否對大學生在新概念學習上有所助益，將學員隨機分為三組(Group -A, Group-B & Group-C)，每一組的討論的學習策略不同，並設計如下的實驗設計操作流程，如圖一：
圖一、分組操作流程圖
教學策略採獨立學習、獨立學習-小組討論，獨立學習-小組討論-小組再次討論，並將樣本隨機分為三組: Group-A, Group -B and Group- C)，如下表二，並進行前測。
表二、教學策略與分組表
組別/樣本人數
獨立學習
獨立學習-小組討論
獨立學習-小組討論-小組再次討論
操作方式
- 教師進行科學實驗預演，但未呈現實驗結果。
- 學生各自獨立學習，進行示範實驗的臆測結果與解釋原因。
- 三人一小組，組內相互討論臆測結果與解釋原因，並統整出一個小組結論。
- 小組成員寫出個人討論後的臆測結果與解釋原因
- 標示個人與小組是否有差異。
1. 教師呈現實驗結果。
2. 小組成員再次解釋為何會有如此的實驗結果並解釋產生這種結果的原因。
3. 3. 標示個人與小組是否有差異。Group-A (N=29, 7 teams)
V
Group -B (N=42, 12 teams)
V
V
Group-C (N=43, 13 teams)
V
V
V
本研究為讓非科學類組背景的大學生，生活周遭事物，能有親身經驗與體驗的機會，經由動手做(Hands-on)的實驗設計，採準實驗研究法(Quasi-experimental method)，設計數個與空氣流體有關的實驗，並經藉由開放式半結構問卷的前、後測設計，以測試前置討論對學生學習科學新知的成效進行評量，前測採五種以空氣流體中應用柏努利原理(Bernoulli's Principle)有關的科學演示實驗，請學員臆測結果並解釋原因，並進行統計單因子變異數分析(One-Way ANOVA)；後測部分也是設計與空氣流體中應用柏努利原理的實驗，請學員解臆測結果並解釋原因。
開放式質性問卷(題目卷詳如附錄)，問卷並經來自以色列的科教專家效度檢定，其測量功能與目的，在前測上欲測驗原有先備概念(pre-conception)及小組討論是否獲得概念改變；隔數日後，再次設計相同原理應用，但不同的實驗方式，再進行僅有圖示與無討論的紙筆後測，測量其答題正確率。茲將問卷內容與各組填寫的方式如表三，
表三、大學生對空氣流體特性之概念同儕前置討論檢測表
前測狀況(Pre-test Situation, PS)與圖示
各組前測題目
對應之後測狀況(Post-Test Situation, PTS) 與圖示
各組後測題目
PS1.在紙片上、下方分別吹氣(Blowing air below and above a page of paper)
Group-A個人臆測結果與原因
1.吹紙片下方
2.吹紙片上方PTS1如圖示，在紙片上方吹氣
Group-A: 紙片會如何運動，請解釋原因
Group-B
1.個人臆測結果與原因
2.小組討論後知臆測結果與原因Group-B: 紙片會如何運動，請解釋原因
Group-C
1. 個人臆測結果與原因。
2. 小組討論後知臆測結果與原因
3. 在觀察實驗結果後，小組討論並解釋原因。Group-C: 紙片會如何運動，請解釋原因
PS2. 在兩紙片中間吹氣(Blowing air between two papers)
Group-A個人臆測結果與原因:
PTS2與PTS5
1. 在兩紙片中間吹氣
2. 在水中懸吊二金屬球，在兩球中央處噴射一水柱Group-A: 紙片會如何運動，請解釋原因
Group-B
- 個人臆測結果與原因
小組討論後知臆測結果與原因
Group-B: 紙片會如何運動，請解釋原因
Group-C
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
- 在觀察實驗結果後，小組討論並解釋原因
Group-C: 紙片會如何運動，請解釋原因
PS3.使用吹風機吹球(Blowing air on ping-pong ball with a hair dryer?)
Group-A個人臆測結果與原因:
PTS3使用吹風機吹球(Blowing air on ping-pong ball with a hair dryer?)
Group-A: 球會如何運動，請解釋原因
Group-B
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
Group-B: 球會如何運動，請解釋原因
Group-C
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
- 在觀察實驗結果後，小組討論並解釋原因
Group-C: 球會如何運動，請解釋原因
PS4搖擺中空管後，觀察羽毛運動型況(A shaken tube and a feather)
手握上端，下動上不動
手握中間，上下皆動
手握下端，上動下不動
Group-A個人臆測結果與原因:
PTS4中空管下方放置羽毛，上方吹氣
Group-A: 羽毛如何運動，請解釋原因
Group-B
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
Group-B: 羽毛會如何運動，請解釋原因
Group-C
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
- 在觀察實驗結果後，小組討論並解釋原因
Group-C: 羽毛會如何運動，請解釋原因
PS5在懸吊的乒乓球側邊吹風(Blowing wind on the side of hang ping-pong ball)
Group-A個人臆測結果與原因:
PT5將紙摺成如圖橋樑狀
怎麼吹氣才會使B點上下運動，至少寫出兩種方法
Group-B
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
怎麼吹氣才會使B點上下運動，至少寫出兩種方法
Group-C
- 個人臆測結果與原因
- 小組討論後知臆測結果與原因
- 在觀察實驗結果後，小組討論並解釋原因
怎麼吹氣才會使B點上下運動，至少寫出兩種方法
待各組完成問卷給分標準(coding criteria) ，如表四：
表四、開放式質性問卷給分標準
前測給分基準
臆測結果錯誤
解釋原因錯誤臆測結果錯誤
解釋原因正確臆測結果正確
解釋原因錯誤臆測結果正確
解釋原因正確前測得分
0
1
1
2
前測給分基準
臆測結果錯誤
解釋錯誤臆測結果錯誤
解釋原因正確臆測結果正確
解釋錯誤臆測結果正確
解釋原因正確後測得分
0
1
1
2
