Modern-technology aided recognitive/misconception assessment and teaching materials improvement for the general physics course in university general education curriculum.

在大學通識教育課程中，教導普通物理的教學單元主題中，運用現代科技的輔助，如影音多媒體、互動式物理模擬軟體、實際物理教學演練以及適當運用影片片段，建構成一個可以降低物理思考的抽象性、幫助學生思考、理解，探索學生認知的情境學習環境；在如此認知建構的教學情境，同時也幫助教師追溯學生建構認知概念，探討另類概念及追蹤其形成原因，並在往後教學內容安排上，提供可以改進教學流程的依據。1 研究專案背景簡介9.1 緣起. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 研究情境背景簡介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1 課程情境及學生背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 教學實施方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.1 物理動畫短片及物理實際演練. . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.3.2 影片教學融入教學主題單元. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4 分析認知測驗數據. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12.4.1 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 文獻探討15.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2 教學前的準備. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.1 先入概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.2.2 迷思概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3 何謂知識. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.3.1 知識的種類. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4 建構與鷹架. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.4.1 生手與專家. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.2 幫助生手成為專家. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.4.3 在教學上的含意. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.5 FCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.6 情境學習理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20.6.1 情境教室與科學思考. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6.2 情境學習與現代科技. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.6.3 科技輔助下的認知改變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21.7 多媒體與數位教學教材. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.7.1 多媒體元素. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.7.2 製作多媒體教材原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23.7.3 數位教學教材. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.7.4 互動式多媒體－Flash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25.7.5 運用Flash實例－Physclips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26.7.6 現代科技輔助下的情境物理教室－TEAL . . . . . . . . . . . . 26.8 影片學習策略. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27.8.1 關鍵影片片段. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.8.2 Mechanical Universe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28.9 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 資料分析方法31.1 認知資料數位化及影片剪輯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.2 開發教學認知改變探討軟體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.3 認知資料概念項目分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.1 認知概念項目. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.2 整合認知概念項目. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33.3.3 CDS分析與CI整理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.3.4 關連性命題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.4 影片使用時機及方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.4.1 運用影片片段架構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36.5 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 認知測驗分析39.1 Force Concept Inventory-FCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39.1.1 FCI命題分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40.1.2 概念追蹤. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41.1.3 平時測驗分析-採用FCI命題. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1.4 牛頓力學認知分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44.1.5 期中考實測FCI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.1.6 動量守恆認知概念分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46.1.7 牛頓力學單元認知測驗小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47.2 角動量認知測驗分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48.2.1 概念追蹤-角動量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49.2.2 角動量認知概念分析小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 熱力學認知分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3.1 認知取樣實施步驟與方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3.2 熱平衡. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.3.3 熱力學平時認知測驗分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54.3.4 自由膨脹認知概念分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55.3.5 卡諾循環. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57.4 電磁學認知測驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58.4.1 物理圖像與學習上的連結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58.4.2 電磁學單元認知測驗小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.4.3 電磁認知測驗分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.5 教學元素認知測驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.6 量子力學認知測驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.6.1 認知測驗分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.6.2 認知概念出現頻率分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66.6.3 教育意義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66.6.4 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67.7 量子力學認知測驗分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67.7.1 不確定原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68.7.2 不相容原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70.8 教學認知改變探討軟體認知測驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.8.1 實施方式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.9 小結. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.10 自由落體認知測驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.10.1 後測認知問題與分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78.10.2 自由落體認知測驗結果分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78.10.3 個別認知問題追蹤與訪談. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 討論與結論83.1 Acknowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83考資料8