臺灣化學教育

情境理論應用在物質變化的學習單元之研究
—以iPad App工具為例

翁榮源*、廖子瑩

靜宜大學應用化學系
*[email protected]

目前Apple iPad平板電腦已經逐步的引發年輕學子的瘋狂迷戀風潮，台灣的大學校園也不例外的成為一般大學生生活中非有不可的重要社交工具，每個同學拿著iPad上課變成時尚潮流，當然也成為平時上網以及App學習的重要工具。我們研究室一直著力於化學教育的App開發，這次要介紹的是基礎化學中物質變化單元App，其中所應用的學習理論是情境理論，iPad工具最重要的是它的UI介面非常完整，影片播放以及觸控功能流暢，比起其他的Android平板要好很多，因此我們一開始的選擇就是它—iPad（Apple iOs系統）。採用的設計軟體工具為香港智恆軟體公司代理的Smart Apps Creator 2，因為SAC 2軟體製作App時，不必透過程式寫作，只要用拖拉的方式即可完成應用App，我們可以把更多的心力放在教學內容的設計上。

n  簡介

情境理論在科學學習上一直是非常有用的應用範例，滿街的美語補習班都在強調美籍教師以及美語生活實境的學習模式，在化學教育領域中我們所習以為常的普通化學實驗&有機化學實驗，也都是強調做中學和學中做的情境學習環境會更適合科學學習。由於iPad App在影片播放的控制以及介面使用上非常流暢，我們在YouTube上也找到了許多相關的化學教育影片，因此我們特別設計了許多影片學習的「物質變化App」軟體，提供學習者免費下載，學習者觀賞一般日常生活的化學常識影片後，隨即提供其相關的化學知識內容，最重要的就是解釋其中的為什麼原理。學習者利用平常課餘時間在家行動學習，不管使用多少次，學習多久，只要自認為學習好了，就可以上網進行當週之測驗考試取得平時分數。

n  情境學習理論

情境學習的理念乃是將學習置於真實或模擬情境之中，透過學習者與情境間的互動，使學生更有效率地能將習得的知識應用在實際生活中。活動的目的與其間所蘊含的社會文化環境，當學習發生於有意義的情境時便會產生有效的學習。而知識是蘊含於情境當中的，情境並沒有客觀的知識存在，必須透過個體在情境中，以其原有的認知架構主動地建構知識；每個人的認知結構不同，建構的知識也就不同，透過學習時接觸到的社會情境，個體更能建構有意義的知識，對於知識的擴充、調整或重建有相當正面的影響。

情境學習學者研究人類學習行為時，多自學習者與學習情境互動的角度，來觀察分析學習行為的內容與意義。因此，情境學習理論的基本觀點主要強調「學習」本身是透過社會活動來達成，而知識意義的形成是決定在整個學習活動本身，並不是單純只以個別認知的角度來解釋學習行為的發生。情境論者強調學習的環境要複雜化與社會化，讓學習者獲得被社會認同的條件。認知論者認為只要工作的結構與構成部分相似，不同領域的知識技能學習可以有某種程度的遷移。只要將學習的環境與實驗模擬的環境安排成類似的設定，則遷移結果就可以輕易的達到。在學習情境方面，行為主義強調環境主要在於提供刺激，引發個體的反應，所以環境必須經過安排，盡可能增強個體的適當因應行為；建構主義與情境學習論者把環境是為學習發生場地，環境與學習彼此不可分離。

在學習內容方面，行為主義論者注重在終點行為的細部分析與排序，以及產生連續性刺激與反應的連結，使個體逐步邁向終點行為。學習與知識的吸收是無法脫離學習者自身所處的文化思維情境，學習活動意義的建立常附隨著周遭文化的學習。情境學習理論強調人類的知識是受到所處社會文化、情境、脈絡影響而建構的產物，知識是不能與社會情境脈絡鄉分割或抽離。知識是在於情境脈絡當中，唯有在真實的生活情境的活動中，使用所學的知識與技能，才能真正了解所學知識的意義與價值，也才能將之作為解決問題的工具。如果脫離情境脈絡，則所學得的知識僅是僵化知識，無法用來解決日常生活中的問題。藉由適當的學習環境安排與營造，讓學習者有機會學習活動中不斷的操作、探索、經驗，進而認識與體會其知識與技能，方能有效應用於實際問題解決情境上。

n  研究工具

本研究為了解學生應用「物質變化網路學習系統」與「物質變化iPad學習系統」的學生學習成效差異。有關本實驗的研究工具，詳述條列說明如下：

²  課程前測與後測

物質變化化學單元前測主要測驗內容的命題取材自美國「ACS Division of Chemical Education Examination」。其ACS測驗試題的信度係數為0.9（I.D. Eubanks, 1991）。線上測驗使用中文翻譯版本，並且於編製時經由四位化學教育專家共同檢驗，以求其效度。後測與前測題目相同，只是顯現方式與次序不同，以此了解學習者的先備知識，比較實驗組與控制組的學習差異，並與學後成就測驗比較，消除研究誤差。

²  團體藏圖測驗

團體藏圖測驗（Group Embedded Figures Test, GEFT）是由Witkin、Oltman及Karpy在1971年提出，本研究採用吳裕益（1997）所修訂的測驗。此測驗適用在團體測驗中，適用對象為十歲以上的兒童與成人。團體藏圖測驗共有十八個複雜圖形及八個簡單圖形，受試者必須依照說明在指定時間內將嵌在複雜圖形內的簡單圖形描繪出來。測驗有三個部分，第一部分有七個簡單的題目，此部分僅提供練習，不列入計分時間，限制為兩分鐘；第二及第三部分各含有九個較難題目，屬於正式測驗，時間限制各五分鐘。團體藏圖測驗的信度係數為0.82（劉美慧，1992）。

²  控制組與實驗組學習模組設計

研究對象為靜宜大學通識教育『生活化學』課程學生，研究內容主要採用課程第13週之「物質變化單元」，因為物質變化知識內容需要許多實際生活影片幫助了解，最適合情境理論之植入。所有選修課程同學210人，先經電腦亂數分成兩組，其中控制組為「物質變化網路學習模組」—在105位同學中電腦亂數選取30名學生後，這些學生登入後立即進入一般E-Learning學習模組學習，學習完畢後透過線上測驗蒐集其學習成績。網路學習網頁主要內容以大學普通化學教材課本中有關物質變化單元為主。在網頁設計方面，盡量以大量的圖片、文字說明方式呈現。網頁內容部分如圖1所示：

  

圖1：物質變化網路學習模組

實驗組為「物質變化iPad情境學習模組」—學習對象也是靜宜大學通識教育『生活化學』課程學生，同樣亂數選取30名學生後，確定所有學生都擁有iPad工具後（沒有iPad學習工具學生，則由研究室提供其借用一週後歸還），蒐集其學習記錄以及學習成績進行後續分析。學習內容與一般網路學習系統學習相同，只是設計重點與操作工具模式不同，設計軟體主要為Smart Apps Creator 2.0軟體，做成App後提供於Apple App Store，讓學習者依據時間與空間許可，自主性下載學習。App學習內容部分如圖2所示：

 圖2：物質變化iPad情境學習模組

n  結果與討論

(一)兩組學習成效比較

兩組學生分別進入實驗組與控制組中學習，我們透過蒐集到的統計資料進行比對分析，發現iPad App學習模組學生學習成效明顯優於網路學習模組學生，前後測成績結果如表1。

表1：兩組學習系統學生的前測、後測成績

* p < .05 達顯著差異

將兩組學習系統學生學習後的測驗成績進行單因子變異係數分析，分析結果顯示F = 7.475；p值為.009，小於.05，達顯著差異，顯示使用App平板學習的實驗組學生在「情境iPad平板電腦學習」下學習之學習成效普遍優於控制組之「一般網路學習模組」，如表2所示。

表2：兩組學習系統學生後測驗之單因子變異數分析

* p < .05 達顯著差異

實驗組學生在使用App學習物質變化單元時，藉由許多生活情境影片的聯想思考使學生很快能加深對物質變化的實境體會，再採用簡單為什麼的知識內容分析說明，依情境理論提到「由做中學」的學習方式，學生學習時實際動手操作，再配合學生的認知結構，透過簡單的重複而建立，而每一個知識建構的思考能有流暢的影片播放協助，重覆來學習物質變化的化學概念，確實能提供學習者了解學習的重點，達到學習成效提升的效果，因此其學習成效結果普遍優於控制組學生。

(二)依認知型態比較兩組的學習成效

不同認知型態的學生分別進入實驗組與控制組中學習，結果如表3所示。

表3：場地依賴型學生在兩組的前測、後測成績

將兩組學習系統學生學習後的測驗成績進行單因子變異係數分析，分析結果顯示F = 5.162；p值為.024，小於.05，達顯著差異，顯示場地獨立的學生在「情境iPad平板電腦學習」下學習之學習成效會優於「一般網路學習模組」，如表4所示。

表4：場地依賴型學生在不同學習系統的單因子變異數分析

*p < .05 達顯著差異

場地依賴的學習者習慣在結構性的學習材料中學習。場地依賴型傾向以整體綜合的方式學習，喜好與他人一起學習，而且較為依賴同儕，偏好與他人共同學習。在我們「情境平板電腦學習系統」的課程內容設計了許多影片先行播放，讓學習者直接進入模擬的學習情境，就好像先做實驗一樣的體會式學習，將教材內容中較不易理解的重要的觀念透過影片瀏覽，場地依賴型的學生可以依靠環境的協助，理解學習知識。依照情境理論在認知發展的原理上來說，學生學習時通常能夠透過情境的模擬對知識的熟習，更能深入建構學生的認知結構，讓學生學習時覺得簡單又很有趣，達到學習成效提升之結果。

(三)依性別比較兩組學習系統的學習成效

男、女同學進入實驗組與控制組中學習，男生在各組的前測、後測成績，如表5所示。

表5：男生在各組的前測、後測成績

接著將兩組學習系統學生學習後的測驗成績進行單因子變異係數分析，分析結果顯示F = 5.327；p值為.030，小於.05，達顯著差異，顯示男生在「情境iPad平板電腦學習」下學習之學習成效會優於「一般網路學習模組」，如表6所示。

表6：男生在各組的單因子變異數分析

*p < .05 達顯著差異

過去許多不同性別的學習成效研究中發現，在高科技工具的學習上，男生的學習表現較女生為佳。主要原因是男生的資訊能力普遍較高，且對於電腦有較為正向的喜好態度。男生普遍喜歡數位課程中能夠實際操作情境的設計。在情境理論iPad平板電腦學習模組中，發現男生對於情境設計實境式平板學習有較高喜愛程度，男生心理上普遍認為使用新科技進行情境式學習能滿足其對知識需求的虛榮感，在與其他同儕相處時，男生會更想提升其科技形象地位，尤其在使用情境影片方式平板電腦學習化學時，透過知識建構的過程更能提升其熟習操作科技之形象，而且男生在做中學的學習過程中普遍能比女生更快的理解科學知識，透過探索的深入體會更能有效建立化學的知識，突顯學習成效進步。

n  結論與感想

透過情境學習理論設計之iPad平板電腦學習模組對照一般網路學習模組在物質變化的化學內容單元學習上，我們可以很明顯的發現使用iPad情境學習理論設計之學習模組學生之學習成效普遍高於一般網路學習模組學生。另外細部分析發現男性以及場地依賴學習型態學生特別適合使用情境平板電腦學習模式。

在實際教學使用上，我們可以預先設計好各種其他不同理論設計之iPad平板電腦學習模組，提供不同特質學生學習，未來我們可利用更人性化與更有趣的學習互助系統設計吸引化學知識較薄弱、主動性較高、對學校原本的傳統教學方式較不感興趣的學生，尤其在iPad工具結合方面。當然我們的研究也可以提供程式設計者一些新的想法及設計教學的技巧，重要的是利用iPad工具輔助教學，更能增添上課的多樣性，進而能激發學生的創造力、想像力。因此，希望藉此研究能喚起更多類似的教育學習研究，進而能給學習者一些獨立學習思考的機會，也更能讓學習者更加的享受學習。未來，iPad學習一定會變成大學校園中學生學習的主流工具，可以預見在未來的幾年內會有驚人的發展，相關的化學App工具也會越來越多，但是在化學教育者的眼光中，最重要的是如何將傳統的學習理論應用在App工具的教學設計上。