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2020-07-22
看見科學:視覺化表徵促進科學教育
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【本報導由科學教育研究所 吳心楷教授研究團隊提供】

隨著現代資訊傳遞方式的改變,非文字和數位化的視覺表徵充斥於生活中,例如:照片、示意圖、表格、動畫、和梗圖等。長期以來,科學界亦運用各式表徵 (如:數學公式、化學符號、結構式、模型、循環圖和模擬等) 呈現科學內容和探究過程,因此吳心楷教授在科學教育領域的研究主題之一,即在探討師生如何運用不同的視覺化表徵,增進對科學知識的理解及其與科學過程的互動。在過去二十年間,吳教授設計、建置、並應用多樣形式的視覺化表徵,透過不同的理論觀點,了解師生在科技環境或表徵系統中,如何進行科學學習與教學,豐碩的成果已備受國際學者肯定。以下介紹吳教授研究成果之一:多重表徵對科學學習的效益。

多重表徵對科學學習的效益

當你看到複雜的化學結構和反應式時,你看見了什麼?當教師用投影片或動畫來呈現科學內容時,學生理解到了什麼?他們又是如何理解?中學生是否能像科學家一樣,使用各種科學表徵來投入科學實務 (scientific practices)、建構科學知識?這三項問題分別是概念改變觀點、訊息處理理論、和實務社群理論所關心的。針對這些問題,吳心楷教授於2001-2006年間在國際期刊發表了一系列的文章 (如:Wu, 2003; Wu, Krajcik, & Soloway, 2001; Wu & Krajcik, 2006a, 2006b; Wu & Shah, 2004),分別從概念學習和表徵實務的面向,來探討視覺化表徵在科學學習中所扮演的角色。在Wu 和Puntambekar (2012),更將表徵研究推向「科學過程」或「科學探究」,聚焦於教學能供性,探討兩大議題:「如何使用多重表徵來促進科學過程」以及「哪些策略和方法可提昇多重表徵的教學效益」,利用能供性的想法來說明表徵類型與科學過程的配對,並指出包括:動態連結、模型進程、序列化、教材支持、教師協助、主動投入等六種策略來克服多重表徵在教學使用時,可能面臨的挑戰,並提出教學上的作法。

除了教學策略之外,吳教授也進一步剖析多重表徵系統、科學學習、及學生特質之間的複雜關係。以Wu、Lin、和Hsu (2013)「表徵順序」研究為例,「順序」這項特性在多重表徵系統中相當重要,已有不少研究顯示,同時呈現多種表徵可能會造成學生的認知負荷過重,因此將多重表徵依次呈現為教學時常用的手段。而當教師用投影片和動畫來呈現相同的科學主題時,應先播放靜態投影片或動畫?不同的表徵呈現順序對不同空間能力的學生,會產生不同的學習成效嗎?此研究發現,整體而言,先呈現投影片再播放動畫的方式,學生的學習表現較佳。但不同的呈現順序會與學生的空間能力有交互作用,進而影響學生的科學理解。而且呈現順序會影響學生對特定表徵的知覺,如:先動畫後投影片組,不少學生認為動態表徵的播放速度過快,然而在先投影片後動畫組,學生則沒有此知覺。由此可見,科技表徵對學生造成的困擾,有時並不在表徵設計本身,而是在於教學使用的方式。此項研究除了揭露多重表徵系統的特性、科學學習、及學生特質三者之關連性外,亦顯示在設計表徵時不能忽略實際教學的過程與方法。

吳教授在多重表徵領域的研究表現已受國際矚目,於2008年獲得美國科學教育學會年輕學者獎(Early Career Award)肯定,近年亦受邀於多場國際研討會擔任Keynote Speaker 包括:IUPAC International Conference on Chemistry Education和International Science Education Conference等,演講內容和研究成果頗受好評,並受邀於南非、中國、印尼、韓國等地參訪、講學、及開設教師工作坊。

原文出處:研究發展處研究亮點網

原始連結:http://rh.acad.ntnu.edu.tw/tw/article/content/33

吳心楷 講座教授 | 科學教育研究所吳心楷講座教授任教於國立臺灣師範大學科學教育研究所,並為南非約翰尼斯堡大學特聘訪問教授 (2017-2021)。研究領域聚焦於學習科技、探究學習、科學表徵、和化學教育,目前擔任Journal of Research in Science Teaching 副主編,International Journal of Science and Mathematics Education 資深主編,Science Education和American Educational Research Journal編輯委員,及國內外多本學術期刊的審查委員。過去數年所累積的研究成果及其對科教領域的貢獻,於2008年受到美國科教學會年輕學者獎(NARST Early Career Award)的肯定,並獲頒97、102、及105年度行政院科技部傑出研究獎。

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