1、教育部98年度中小学科学教育计画专案教育部98年度中小學科學教育計畫專案期末報告大綱計畫編號：83計畫名稱：以多元表徵寫作促進學生科學學習之研究主持人 ：林雅慧執行單位：彰化縣立中山國小1、 計畫目的及內容：一、研究計畫背景：（一）、寫作與學生之科學學習Yore等人（2003）整理文獻指出，自從1970年代後期開始，強調科學學習與語言藝術平衡的觀點陸續出現，而造成1978-2003年的科學教育研究聚焦於探究語言與科學學習彼此之間的關係。許多語言與科學教育研究者企圖去尋求一個能整合包括感覺經驗，口語言談，教科書的材料以及在社會文化脈落下被激盪出的寫作經驗等等之學習模型。Champagne和Kou
2、ba（2000）認為，AAAS和NRC皆強調以探究為主的科學，以及發展科學的心智習性（habits of minds），亦即手到/心到的科學。課室實務強調的多是動手操作的手到策略，若能在探究中進行寫作，則寫作是一種能讓學生保持心到的最有效策略。Yore等人（2003）發現，在此期間，科學教育中，關於口頭的與寫作的語言大多數都被行為主義者或是邏輯數學的觀點（logico-mathematial perspective）所主導，此類觀點忽視說、聽、讀、寫，或是僅是扮演單向的角色：說者對聽者，文本對讀者，或是記憶對文本。Prain（2006）指出，研究學生的寫作活動與科學學習之關係可大致分為兩種觀點
3、，一種主張學生的寫作活動應強調學習科學，主張學生如果想具備科學素養，必須根本地理解並且重製科學社群的傳統寫作言談（Gee, 2004; Halliday & Martin, 1993; Kelly & Chen, 1999）；另一些學者如Hodson（1998），Their和Daviss（2002）等人，則強調學生的寫作活動應當是多元，主張學生必須使用包括正式以及非正式的更多樣式的寫作風格，以獲得科學素養，對科學探究的獨特態度等，此種趨勢將日常語言當做是學習的關鍵媒介，假設寫作語言對學習科學和科學素養是有用的資源。Yore等人（2004）認為，讓學生使用混合創意的/科學的文體進行寫作，能協助那
4、些曾經被語言障礙排除於外的學生，再度帶著科學想法參與學習。事實上，在科學課室中如果壓縮一種狹隘的文體範圍會阻礙許多學生達成科學素養。利用寫作來學習科學不需要是一種一對一，完全符合科學家的寫作活動，就好比學習科學與報導科學有不同的目標、基本的知識與教育原理。因此，在科學上，建構理解也許可以與學習寫作科學文體相纏繞，或是說概念的理解可以經由利用日常用語以及非科學的文體的寫作學習活動而得到發展。Hand和Prain（2002）提出一個寫作學習的模型（Model for writing-to-learn）架構，以呈現一個在不同寫作任務與型態、學科-主題-任務的互動以及學生學習成果等複雜性的相互連結。在
5、架構中共定義了五個要素：產生文本的方法、寫作的對象、寫作的目的、形式以及主題。Hand和Prain認為，這五個要素可以被類比成是一個密碼鎖的複合式鑰匙。每一把鑰匙代表任務選擇與需求的多樣化，而有多元的方式可以有效的結構出增進學生學習的寫作方式。Hand和Prain指出，傳統科學課室中的寫作任務同樣是以這些要素作為基礎，但貫穿這些要素的需求顯得較為狹窄。Klein（2006）認為，除了Hand和Prain所提出的五種構成寫作任務的必須要素外，還必須增添第六項要素來源，亦即寫作者會由某些知識來源，如實驗結果、觀察、已學習過的教科書或是他們先前的知識等擷取訊息以進行寫作工作。而研究指出，當必須合成較
6、多元的知識來源時，學生似乎可以比僅擷取自一種知識來源者有更好的學習（Wiley & Voss, 1999）。很多課室中的寫作都是機械性的，僅讓學生扮演不用思考、消極的角色，教師是唯一的聽眾。學生的科學筆記僅是一種被拿來讓學生紀錄實驗，並將結果陳列的日誌。但僅是簡要的紀錄並陳列實驗的方式會限制學生對於現象真實意義的建構，並且降低對知識以及對記憶訊息的轉換之經驗，在此種情境下，學生的寫作也同時被限制了。事實上，學生的科學筆記之功用不只是一種報導教師所期待結果的工具而已（Shepardson & Britsch, 2001）。Shepardson 和 Britsch引用 Santa和Havens的觀
7、點，認為有意義的寫作應該連結新訊息以及先前的知識，提供對非特定觀眾的真實任務，鼓勵心到的學習，促進概念的組織以及重建並促進後設認知。有意義的寫作也會促使曖昧的想法轉化成清楚的概念並促進意義的建構。Hand（2004）分析Bereiter和Scardamalia（1987）提出的兩種產生知識過程的寫作理論模型：（1）知識告知模式（knowledge-telling model）：寫作的人對寫作文本中產生問題的一般回應。基本的步驟包括對寫作任務的心智表徵，此種任務表徵可以被分析成辨識主題（the generation of topic identifiers）、寫作文體或是言談形式。以及利用對於這
8、些主題的確認當作線索，以形成一種記憶探針去提取來自記憶中或是其他來源的訊息。在此種模型中，寫作的人會傾向提取並寫下他所有的想法，直到所有的線索都被用盡了，作者才會更新文本的心智表徵。（2）知識轉化模式(knowledge-transforming model)：寫作的人可以經由內容處理（content process）和言談處理（discourse process）的互動而增加知識的獲得，介於問題間的互動能刺激寫作時的反思。知識講述模式無法促進並產生新的知識（Keys, 1999; Keys, 2000），這是因為當使用此種寫作模式時，寫作者會依賴對記憶中已經存在的知識內容之提取與連結，每一個
9、對記憶探索的結果是彼此獨立的。由於缺乏能形成與目標有關的計畫或是去做有意義的校正，因此寫作者不大會對已經完成的寫作作品做反思，亦即只要與主題相關的訊息都會被紀錄下來。寫作者因過度依賴於介於內容元素與容易利用的言談知識間已經建立的關聯性，因而限制了產生新知識的可能性，亦即，此種模式被認為僅是一種回顧過程但不涉及對已存有知識的轉化。相對地，Keys（1999）認為，知識轉化模式的內容空間（content space）和修辭空間（rhetorical space）間的動態關係，正描述了為何寫作在科學學習扮演重要的角色。因為在修辭問題空間（rhetorical problem space）的認知投注（
10、cognitive engagement）會刺激寫作者去對資料的意義做重新的思考。寫作者會訂出修辭的與內容的目標和次目標，而為了創造出符合想傳達的目標之內容，作者必須選擇適合的文體、文法以表達其在內容空間中所產生的知識或做出的推論、思考的過程，亦即經由語言的使用來澄清意義，並引導寫作成品的產出；而選擇合適的語文以溝通、精緻所欲傳達的知識內容的過程，也會促使作者去重新建構資料的意義與論辯。作者寫作時，會藉由內容的問題（包括與寫作內容相關的事實、信念與資料）與論述的問題（包括修辭與使用的寫作文體）彼此間的互動而產生出知識，而經由此種動態的過程，新知識會被以能對資料做有意義推論的方式所創造。研究教師
11、針對孩童利用寫作學習科學作系列的研究，發現，利用研究教師設計的寫作模式加以引導，以學習者在先前學習單元中所獲得的具體學習經驗當做思考的引導錨定物，能促使學習者反思與轉化他們對於科學概念的理解，能提升學生整合觀察的現象與專有術語或定義的學習成效（林雅慧、張文華和張惠博，2007a）。而在探究寫作對象對於學生利用寫作學習科學的影響之研究，發現，寫作任務中的假想對象會影響學生提供說明訊息的內容要點。以家人為對象時，學生傾向描繪自己在課室學習的情意面；以同儕為對象時，學生會嘗試釐清學習的內容概念及程序；以學生為對象時，則會模擬運用教師上課的程序、進行之活動、以及術語（林雅慧、蔡佩穎、張惠博和張文華，2
12、007b）。依據上述的理論與實徵性研究結果可以確定，讓學生透過科學寫作來學習科學是一種值得推展的教學策略。由學生的寫作文本可以發現，學生表達想法的方式，除了基本的文字表達外，少數學生更會利用插圖、小格文字說明等不同的表徵方式，試圖能更完整的建構、表達自己的想法。在寫作任務的修正上，該如何融入及引導學生能利用不同的表徵方式以精緻化自己的想法，是值得繼續探究的方向。（二）、融入多元表徵之科學寫作Lemke（2004）認為科學語言是一種由語言學家所定義的自然的語言（natural language），經由數學符號及慣例的詮釋來擴展意義內涵後，形成的獨特混合物。在學習歷程中，溝通除了說話外，還可以包括
13、手勢、姿勢、臉部表情、非口語的發聲、繪圖、以及其他種種促成溝通的表徵方式。Lemke藉由分析一名學生在化學課的學習，發現，他必須將訊息由一種形式轉換成另一種形式數字轉成代數、代數轉成圖形、圖形轉成口語、口語轉成動作、手勢示意轉成圖表表達、由圖表表達而形成推論。但簡單的轉換是不足的，在課室中，學生必須同時整合多元的表徵媒介物，才得以順利建立管道，再次解釋和再情境脈絡化學習的訊息。Hand, Gunel和Ule（2008）主張，要達到Norris和Phillips（2003）主張的科學素養的兩個必須要素-延伸的素養意涵面向（the derived sense of literacy）、素養的基本意
14、涵面向（the fundamental sense of literacy），學習者必須要能達到對概念做多元的表徵（multi-modal representations），因為語言本身即是多元，表達科學概念需要以多元表徵的方式加以描述。Klien（2006）的第二代認知科學觀點指出，概念與文字是混淆與倚賴情境脈絡的，因此記敘文體（narrative）被視為是發展語言與思維的核心。Klien建議，學生必須被提供機會能結合第一代認知科學觀點的科學解釋、論辯結構與第二代認知觀點的記敘文體的敘述結構。而這能藉由讓學生做非正規（informal）、像說話般的文本以及記敘-論辯的寫作方式來達成。Prai
15、n（2006）認為，在科學課室中使用更多變化的寫作形式能促進學生對概念的理解度，他建議教師不應當被慣用的寫作規則所束縛，寫作應當更為彈性，並能將多元表徵的活動整合到學生的寫作任務當中。Hand等人的研究（2008）即奠基於先前的寫作學習策略上，他們讓學生參與寫作並在寫作活動中嵌入不同的表徵模式。爲了探究表徵的順序性以及表徵的成效，研究分為三個階段進行：第一個階段：七年級的學生在單元教學完成後，將學習後的重點摘要寫成一封信的寄給老師；第二個階段：七年級的學生分成三組分別寫信給九年級的學生，精緻化的描述他們在單元中的學習，但每組在信中融入的表徵方式不同。其中三個班級只有文本；兩個班級在文本中嵌入數
16、學表徵；剩下的兩個班級在文本中嵌入圖表的表徵。第三個階段：除了三組只有寫作文本的組別外，其餘的組別分別在置換另一種表徵，例如原本第二階段是文本加上數學表徵，在第三階段便有一組改成文本加上圖表表徵；另一組改成文本加上數學表徵加上圖表表徵，以此方式類推，其目的在於寫作融入的探究表徵順序對於學習的影響。研究結果顯示，在學生的寫作文本先融入數學表徵有助於引導學生在概念上的圖表表徵；而融入順序若改為先要求學生在文本中以融入圖表的方式來解說概念而後再改變成以數學來表徵的學生，成就測驗表現低於使用單一表徵者。由Hand等人的研究結果可得知，對同一個概念的不同表徵模式順序間存有相關性，但無法做絕對順序的判斷，
17、有待在進行不同特質的單元教學時，來落實並加以檢視確定。（三）、google docs的共寫系統在實施科學寫作教學研究時發現，學習者甚少在寫作後主動閱讀自己或他人的文本。陳鳳如和郭生玉（2000）指出，受到社會建構論的衝擊，寫作過去被視為是單打獨鬥、各別完成之私人作業而今轉換成寫作者和讀者共同建構、交互循環詮釋的立論，意義是社會群體共同建構而成的，其建立在一種互為主體性的共識上。亦即，寫作被認為是一種溝通、傳達旨意的歷程，因此寫作者與讀者之間是一種交互運作的動態關係（Roth, 1987）。在讀者角色上，陳鳳如和郭生玉引用Witte的觀點，認為寫作者同時也是自己產生文章之讀者，除閱讀自己寫作的歷
18、程、批判內容之外，更需要透過文章的線索加以精緻、澄清內容、重新計畫與型塑意義。而究竟讀者角色功能會如何影響寫作表現，Butterfield, Hacker和Albertson（1996）發現，透過寫作者的閲讀理解的認知策略、後設認知策略及監控，有助於其文章的修改。Butterfield等人引用Beal的觀點指出，理解監控在寫作的修改扮演重要的角色，唯有當寫作者能正確評估其對文章的理解時，才能成功的修改文章。可見讀者角色的發揮，確實能有助於寫作者修改文章。除了寫作者能修改自己的文章外，Yarrow(2001)認為協同寫作有助於後設認知與同儕互動。而Google出的產品-Google Doc則是一
19、種能整合寫作者與讀者的共寫系統。Google Doc在功能上整合許多方使用的小工具，包含Gmail、Google talk、文件、試算表及簡報文件等，其中的線上共用，可以邀請其他使用者直接登入該文件執線上共用編輯的動作，亦可以使用線上會議，直接針對文件進討、修改及編輯。怡君、建仲和吳俊憲（2008）指出，在國小自然與生活科技課程運用Google Docs具有以下成效：（1）、Google Docs 的操作簡單學，具備微軟Word 的操作經驗即可產生學習遷移。（2）、Google Doc能提供多人線上同時編輯和修正，有助於追蹤學生修訂的紀。（3）、Google Doc除了能提升學生的學習興趣，並
20、能同步觀看同儕搜尋的資與意見發表。本校獲得教育部在資訊科技應用於學創新發展模式的補助款後，建構了校園大樹樹牌與資料庫，並購置了教學即時反饋系統（Nxtudio）等設備。在發展創新教學模式之際，參與研究的教師將教學設計的重點擺放於讓學生由認識一棵校園的大樹開始，讓學生自行替大樹做介紹小書的方式，以開放探究的模式，讓學生藉由寫作自行建構對大樹的理解與認識。因此，在參與研究的教師與學生對於利用寫作來學習科學知識的學習模式已有初步理解的情境下，研究教師在研究中融入多元表徵的寫作任務，引導學生將研究的情境脈絡從學生自己介紹一棵樹擴大為對整個校園大樹的認識，並在教學活動歷程中，分別探究分析以下幾個待答問題
21、，期許能讓實務教師更清楚地理解利用寫作協助學生學習科學的真實脈絡與成效。二、待答問題：（一）、不同年級學生在科學寫作任務中，所呈現的寫作表徵趨勢為何？（二）、融入共寫活動後對學生之概念學習之影響為何？（三）、運用共寫系統後，學生所呈現的寫作表徵特色為何？2、 研究方法與步驟：、情境 本研究以參與研究教師所任教學校之中年級與高年級學生為研究對象，參與研究的教師以校園大樹為學生學習核心，連結各年級在生活與自然科技之教學內容中與大樹相關的概念，設計寫作教學任務，並依據年級差異融入不同的寫作表徵任務，引導學生進行科學寫作。學生進行寫作的閱聽對象設定為同年級的學生或是較低年級的學生，例如中年級寫給低年級
22、。學生的寫作文本在經由教師與同儕的回饋與修正後，經過掃描可收錄於校園植物資料庫中，讓校園植物資料庫中除了老師製作的資料外，能並存學生自己建構編輯出來的資料庫。藉由共寫系統，參與學習的學生亦能整合自己的思維，修訂同儕的想法，以精進學習者對大樹的相關知識。二、研究工具：（一）寫作學習單研究者依據中高年級課程教學內容所涵蓋的植物概念，分析出教學概念圖，並參照文獻報導，設計融入多元表徵的寫作學習單。在寫作任務中協助學生能以多元表徵方式（包括文字、圖畫、表格等），搭配校園大樹的概念屬性，呈現對大樹的理解。（二）大樹概念測驗新版的布魯姆認知教育目標分類將教育目標分成知識向度和認知歷程向度二部分（Ander
23、son & Krathwohl, 2001）。葉連祺和林淑萍（2003）分析指出，新近對學習的研究重心，強調於有意義學習中的主動（active）、認知（cognitive）和建構歷程（constructive processes），強調對學習者知（know，指knowledge）和如何思考（how they think，指cognitive process）二部分的探討。故知識向度在協助教師區分教什麼（what to teach），包括事實、概念、程序和後設認知四類知識。認知歷程向度旨在促進學生保留（retention）和遷移（transfer）所習得的知識，主要分成六類，由較低層級的記憶、了
24、解、應用和分析，以及較高層級的評鑑和創造。本研究的大樹概念測驗係由研究群自編，編製測驗前，先依據單元概念圖擬定Bloom知識向度分析表，再擬出包括事實、概念與程序等三個知識向度的題目，包括選擇題17題以及寫作應用題7題（附件一）。擬定題目後，與一位自然科教師討論題目的適切性，再由另一位科教學者與研究群同儕確認題目的分層屬性後，分類每個題目以及所隸屬的認知層級，以確定該測驗之內容效度。（三）校園植物資料庫由協同研究者共同建置的校園植物資料庫，內容包含文字說明與大樹照片。結合校園植物的二維條碼解說牌與手持式PDA的使用，學生可在校園中觀察大樹之際便連結上校園植物資料庫，立即針對問題做探究。三、研究
25、設計與流程： 本研究的設計在於探究學生在融入不同表徵的寫作任務下，學生的學習成效。研究者依據各個年級的自然與生活科技課程所教授的植物概念，分析不同年級在此次寫作教學課程中的重要概念，繪製成校園大樹概念圖，如圖1。研究教師依據概念圖安排教學活動，設計融入多元表徵的寫作任務。教學活動包括引導學生進行校園植物的實際觀察紀錄、資料庫的檢索以及其他書本資料的檢核，教師並會針對植物構造、觀察報告的編寫、小組合作規則等相關概念進行教學。學生的寫作活動包括個人寫作、個人寫作後的小組討論、小組共同寫作等。 學生自由選擇探究的大樹種類後形成探究小組後，以小組合作方式依序進行各項學習活動，包括：觀察校園大樹後進行個
26、別寫作；資料蒐集；小組成員共同磋商、彙整出小組的大樹報告；小組發表；修正個人與小組報告並上傳共寫系統；之後由探究同一樹種的不同年級學生進行線上共寫，研究流程如圖2。四、資料蒐集： 研究者會收錄對課程教學過程、學生探究校園大樹與寫作活動、小組發表與相互閱讀修正等學習歷程的錄影資料。並收錄學生的寫作學習單、大樹概念測驗前後測，以做為檢覈學生學習成效之依據。五、資料分析方法：（一）量的資料分析：本研究於教學前後，分別對學生實施單元概念。為了減少學生起點能力行為之差異對教學效果的影響，本研究在單元概念測驗的分析上，以前測分數當作共變項，採單因子共變量分析，排除學生起點能力之差異以檢驗學生的學習成效。（
27、二）、質性資料分析：研究者依據教學目標以及教學概念關係圖，建立評鑑表格，針對學生寫作文本進行編碼分析，如表2-1。代表與該評鑑向度描述無關，得0分；代表與該評鑑向度描述有關，但程度未臻完美，得1分；代表完全符合該評鑑向度描述，得2分。表2-1：寫作文本評鑑標準評鑑向度寫作內容分析記憶大樹概念概念舉例：互生、葉序、葉緣、葉脈、網狀脈、 二回羽狀複葉。概念數（個）評鑑等級寫作範例說明了解對單一個概念做說明1.就是一節上面長出三片以上，稱為輪狀【W50902】2.構樹的果實是合果，合果是很多雌蕊結的小果實變成一顆大果實(如草莓)。【W30902】句子間的概念描述具有連貫性概要介紹整棵大樹1.榕樹是桑
28、科，而他的葉子生長順序是互生，而葉脈是網狀脈，他的樹幹長著重要的鬍鬚，不要看這鬍鬚是為了美觀，它可是有很大的功用，有什麼用呢？就是這些氣根會生長到地底下成為榕樹支撐的一份子，這樣，榕樹就不容易被風吹倒了！【W50901】2.黃椰子的樹幹會有像竹子一圈一圈的紋路。一片大的葉子是由2050對的小葉子組成的，小葉子是對生的，對生就是兩片葉互相面對。一顆黃椰子有三至四片的大葉子。它最高可高達8公尺。雖然黃椰子沒有椰子，可是有果實，是漿果，而且有毒。 【W30919】聚焦某一重點描述1.葉子的葉是，而且摸起來裡面是空心的，上面也毛毛的。【W30916】2. 榕樹的氣根看起來只是榕樹的鬍鬚而已，其實他大有
29、用途，他可以協助植物吸收空氣中的水分，所以在愈潮溼的地方氣根就愈發達，而且以後當氣根生長到碰到地面以後，就會從土壤中吸取養分，氣根就會逐漸長大，變成支柱根，支柱根不但能幫忙支撐樹幹，還可以加強水份和無機鹽的吸收。【W50909】應用利用圖、表說明文字想法圖能與文字互相配合在枝條上為互生，而互生又是什麼呢？所謂的互生就是指在每段的枝節上有片的葉子，很奇妙。而他的正反面也不一樣，正面很粗糙而反面有根根的細毛，摸起來毛毛的好舒服，我覺得最奇妙的還是他的樹有一點一點的紅點，但是他的功能到底是什麼呢？我也想再進一步去探究他呢【W50929】表格能精粹、歸納文字這棵樹很特別，較小的構樹莖會長毛，較大的莖不
30、會長毛。葉緣是鋸齒、葉脈是網狀脈。葉形不一樣，大小也不一樣，葉序是互生。【W30923】分析區辨、組織訊息下課時，我到楓香樹下休息，突然有枝樹枝掉下來，把它撿起來看一下，發現葉子是互相交叉生長的，又叫互生，如圖五。我在野外有發現軟枝黃蟬葉子的生長方式和楓香不一樣，是對生的，我還有發現葉子是輪生的，如芒果樹和黑板樹等不同的大樹【W50902】3、 研究結果與發現一、以寫作活動引導學生進行大樹探究紀錄，不同年級的學生在寫作文本中所呈現的表徵大同小異。中、高年級大部分學生均能掌握到文本間需整合重要概念、注意句子間之聯貫性與重點主軸的描述，並能利用圖說來強調聚焦文本內容。研究者依據寫作文本評鑑標準，與
31、協同研究者分別針對五年級與三年級學生的寫作文本進行編碼分析。表3-1、圖3-1圖3-2呈現三年級和五年級的學生在寫作文本的表徵趨勢。發現，中、高年級學生在寫作文本中均能掌握到對單一概念作說明、並注意句子與句子間的連貫性。從圖3-3可發現，五年級學生對於寫作文本間需呈現各個描述句子的連貫與邏輯性的表徵能力較三年級學生優異。由表3-1、圖3-1圖3-2能清楚發現，大約有七成以上學生能利用圖說以補強內文，但學生在利用表格歸納重點與區辨、組織訊息兩個評鑑向度上出現不佳的趨勢。比對寫作評鑑向度的歸類，此兩類評鑑向度係屬於布魯姆認知發展向度上的應用與分析向度，屬較高層次的認知層級。學生在第一階段的寫作學習活動中，較缺乏學生作品間的觀摩與激盪，使得學生在組織、擴展訊息部分，表現有待加強。由圖3-4可知，在未達寫作標準的學生分群中，除了圖說與內文相配合這個向度外，五年級累計的學生人數均高於三年級學生。顯示，有較高比例的高年級學生需要加強利用寫作表徵想法的意願與能力。表3-1：學生寫作評鑑得分累積人數總表寫作等級 %（人） 評鑑向度 優異（：2分）尚可（：1分）加油（：0分）對單一概念作說明五年級41%(14)24%(8)35%(12)三年級46%(13)36%(10)18%(5)句子間的聯貫性五年級41%(14)27%(9)32%(11)三年級18%(5)75%(21)7%(2)圖說與內文相配合
