摘
要
яя「下雨」是我們日常生活中極為熟悉的經驗，但所熟悉的經驗並不表示對該
概念已具有充份的理解，相反的，所熟悉的經驗很可能都只是自發性的概念或一
模糊的的概念。根據許多研究的結果顯示，這些自發性的概念或模糊的的概念對
新知識的學習有很大的影響，有些可幫助新知識的學習，有些則對新知識的學習
產生障礙。基於此，本研究採縱貫式(前、後測)與橫斷式(四組)的研究法，分別
以國小三、四、五、六年級各約四十八名的兒童為對象，從學習前、學習中、學
習後三個階段進行兒童雨量概念的分析，以自編式的雨量測驗為工具，用情境示
範群測法及面談的方式，測量其雨量的先期概念與研究其雨量概念的轉變情形及
影響雨量概念學習的因素。本研究的結果與發現如下：
яя1.兒童的雨量先期概念，主要可區分成等高度型、等體積型、截面積型與隨
意型四類型，每一類型皆有其一套穩定而非隨機性的思考特性與解釋自然現象的
知識架構。四類型兒童均分佈於四個年齡群中且集中於等體積型上。不同年齡群
兒童在同一類型上的理解方式，無明顯的差異。
яя2.兒童雨量概念轉變的情形，在學習中的狀態包括了已具形式概念者、正向
逐步改變者、衝突狀態者與保持原既有錯誤概念不變者四類。已具形式概念者與
保持既有錯誤概念者，在學習後概念轉變的情形不大；正向逐步改變者與衝突狀
態者的變動性較大，但學習後能成為有效的學習者仍是少數，大多數人最終仍為
無效的學習者。
壹、研究動機與目的
一、動機與目的
яя「下雨」是我們日常生活中極為熟悉的經驗，此種經驗，就如同對物體自高
空落下，或地面水跡蒸發等等，經常發生在生活中熟悉的事件一斑。然而熟悉的
經驗並不代表已充份的理解，相反的，所熟悉的經驗很可能都只是一模糊的的概
念。兒童的雨量概念，即為一例。當一場雨下完之後，到底下了多少的雨量，成
人與兒童之間可能有不同的看法。對兒童來說，當你問他今天到底下了多少的雨
時，大部分的兒童會告訴你說：「今天下雨時雨滴很小，可算是小雨。今天下雨
時雨滴很大，應可算是大雨」。或者說：「今天下雨時，雨滴打在屋頂上，發出
的聲音很大，可能是大雨」。「今天下完雨後，馬路上積水很深，所以下了很多
的雨」等等。大部分的兒童回答這種問話時，通常只是用主觀描述的方式 (自然
概念) 來回答你，他們並未以客觀的數量方式(人為概念)來表達雨量，同時回答
的內容裏，包含了「很多」、「比較」、「可能」等模糊的語詞。因此，也就很
難能聽到他們用大約10公釐或大約20公釐等較具體的方式來回答。至於成人，大
部分也是用很多、不多、或很少的方式回答，有些則會用豪雨、細雨等方式回答
。但進一步問他「豪雨」到底是指多少公釐以上的雨量 ?「細雨」到底是指多少
公釐以上的雨量時，鮮少能肯定的答出來。
яя從另一方面來看，我們收聽或收看的氣象報告，都是以數量的方式，傳達雨
量的訊息。但當我們以數量的方式(如:120公氂)詢問兒童時，大部分的兒童只能
回答說：「就是 120公氂嘛」、「不知道」。當我們詢問成人時，有人回答說：
「那是每分鐘下了 120公氂吧」。也有人回答說：「那是一種計算雨量儀器刻度
上的度量數」。從這些例子中，不難看出，許多人對於這樣的訊息，並不瞭解其
真正意義。
яя從上述的情形來看，縱使是我們日常生活中極為熟悉的訊息，且氣象報告也
給了我們雨量的訊息，但接受訊息者，並未真正的理解這些訊息的意義。因此，
我們不禁要問，是什麼原因，使這些訊息不能充份的讓接受者理解與解譯其意義
。對於這個問題，大略上可分成兩種看法：一些人認為是學習不成功所造成的；
一些人則以另一種的看法回答這樣的問題，他們認為，以數值傳遞的方式，只是
供給一些專業人員所需，對於一般人而言，這些訊息應轉換成通俗性或生活化的
形式，傳遞出來。從這些人的看法中，雖反應出學校的學習並未落實到生活中的
問題，但卻鮮少有人會站在學習的觀點，提出為什麼學習沒有成功的原因，以及
何以學生無法理解雨量的概念。
яя對於像雨量這樣生活化的概念，同時在目前小學自然科學教材三上「水的蒸
發和雨」，及四下「大氣的流動與水的循環」等單元中( 國立編譯館, 民78年,
79年 )，也將其列入小學科學概念學習的一部分素材時，何以學習的結果並未轉
化到日常生活上？基於上述的問題，本研究想要瞭解和探討的是：兒童在學習雨
量概念時，會帶有那些自發性知識(spontaneous knowladge)
進入教室中？如果 所
帶著的自發性知識與形式知識(formal knowladge)差距很大時，兒童會用什麼
想法
去理解雨量的概念？這些理解方式對兒童雨量概念的學習會有怎樣的影響？
如果學習不成功時是什麼因素使得兒童的雨量概念無法順利的轉變？在前述情形
下，應如何掌握學習者的特性與學習歷程，並適當的安排學習活動，協助兒童建
立正確的雨量概念。基於此，本研究的目的如下：
яя1.瞭解兒童學習雨量概念前之先期概念類型與思考特性。
яя2.探討兒童雨量概念在學習前、學習中、學習後的轉變情形。
二、名詞詮釋
яя本研究所指的雨量概念是指：兒童能使用雨量計測量雨量，及讀出雨量計所
測量得到的雨量，知道雨量的多少是以雨量計的水位高度來表示，並能推理出在
相同的雨勢、時間的區域裏，任一大小不同口徑的圓柱體容器都會盛有相同高度
水位，由此理解到雨量計的水位高度可代表某一時、空之雨量，以及由此知識應
用於雨量多少的判別。
貳、文獻探討
яя「概念」是一常用的詞，他的意義有好幾種，有時我們以概念代表一種想法
，有時我們以概念代表一組架構，有時是指具有相同屬性的集合體等。Vygotsky
(1962)曾就個體知識的來源，將概念區分成「形式概念」與「自發性概念」兩大
類。Cohen (1983)曾就概念的本質上，將概念區分成「人為概念」與「自然概念
」兩大類，上述二位學者縱使有不同看法，但基本上都是從概念的明確性與周延
性著眼。因此所謂的形式概念或人為概念，即是指概念定義明確者，而自發概念
或自然概念，則指定義較模糊者。基於此，有人將人為概念或形式概念稱為科學
家的概念，泛指在學校課程中所傳授的知識，具有嚴謹性的邏輯概念。而自發性
概念與自然概念則相對於形式概念或人為概念，泛指人們在日常生活中，個體與
環境或文化交互作用所形成的，其概念的明確性或邏輯性不高者。從上述兩大概
念的關係而言，就一般科學教育的理想上，其終極的目的之一，即在使學習者的
自然概念和現有科學領域之人為概念，能達到最佳的一致性(許,民79)。
яя近些年來，許多學者以認知的觀點，從不同的概念內容及特定概念上，探討
學生對於自然現象的解釋和科學概念的理解情形，進行多項的研究。如（黃湘武
、黃寶鈿, 1988; Rice & Feher, 1987;
Watts, 1985; 在光學上的研究。黃寶
鈿、黃湘武, 1987; Erickson, 1979 ; 在熱與溫度上的研究。Hewson,
1986
在密度上的研究。Maloney,1984; Osborne, 1984;
Terry 等人,1985; Terry &
Jones, 1986 在力學上的研究。Klein, 1982; Mali
& Howe, 1979; Nussbaum
& Novick, 1976; Nussbaum,1979
在地球與地心引力上的研究。Osborne and
Cosgrove, 1983; 魏金財,1989 在有關兒童水位的概念研究。
яя這些研究所研究的對象，從幼稚園兒童到大學生都有，研究範圍也包括了生
物、物理、化學和地球科學。這些研究的結果，除了顯示兒童的概念與科學家的
概念十分不同外，也顯示兒童在學習某一新的概念前，已具有一套自行對自然現
象的解釋方法，和對學習科學概念理解的方式。在這些解釋方法和理解方式中，
有些是兒童自行發展出，有些是前次不完全學習的結果，有些是兒童擷取概念中
的某一部分或疏漏了某一部分而成的，有些則可能是兒童在組織或建構過程中的
錯誤所造成。
яя兒童學習前既有的舊經驗、概念或知識，由於不同的研究者和不同的團體，
因研究的動機、理論觀點不同稱呼也有不同。有人用原有知識(prior
knowledge
)、純稚的概念(naive conception)、孩童的觀念(children's
ideas)、先期概
念 (preconception)、錯誤概念 (misconception)、自發性概念
(spontaneous
conceptions)、另種想法或架構(alternative framework)等等。雖然這些用辭
有些許不同，但被研究者交互使用於兒童既有的陳述性知識(declarative
know-
ledge) 中所指涉的意義卻無多大差別，皆指相對於科學家之形式概念的另一種
概念。由於上述某些用辭未能尊重兒童的學習，故本研究採用較中性的字詞--先
期概念(preconception)--來稱呼之。
яя上述學習者學習前既有的舊經驗、概念或知識，從建構論者的觀點而言，他
們認為學習通常是在學習者瞭解自我既有的知識與接受新的知識之交互作用中進
行的。又從學習與發展的過程具有連續性的特性而言，個體在學習某一新概念時
，總是奠基於先期的概念。因此學習者的先期概念，對學習新概念都有他的影響
，只是程度上有所差別而已，這些影響中有些對學習具有正面的效果，能幫助對
新概念的理解，有些則產生負面作用，妨礙新概念的建立，有些經過教學後，很
容易就轉變了，有些則非常的滯固，不輕易改變，繼續維持原有的概念。
яя根據
Wittrock (1974) 生成學習模型 (generative
learning model) 的論點，個
體學習前原有的知識(先期概念)，在學生學習過程中扮演極重要的角色，原有的
知識不但影響學習者理解的程度，也影響到學習者對外來資訊的興趣與取捨。
Champagne,Klopfer, and Gunstone (1982)
和 Osborne and Wittrock (1983)
綜合有關先期概念研究的結果和發現，將其歸納成下列幾點：
яя1.在一般情形下，學生會以自己的一套想法或理解方式去解釋一些常見的自
然現象。
яя2.這些想法或理解方式常有別於學校的形式知識。
яя3.由於這些原有想法有別於學校的形式知識，因此成為對新概念學習的不利
因素。
яя4.這些想法或理解方式通常可根據其特性，將其歸類成有限的幾種類型。
яя5.在學習過程中如無適當的調適、同化機會，則學生有傾向保護其原有想法
的趨勢。
яя6.造成新概念學習上困難的另一個不利因素，是學生對該概念內容的知識背
景不足或相關概念的缺乏。
яя根據這些研究的結果和發現，雖啟示我們注意到學習者先期概念的地位與其
影響性，但更重要的是，我們是否也瞭解學習者先期概念的轉變歷程與影響概念
轉變的因素，據此而發展出一套有效的教學策略，協助兒童在這種學習與認知的
狀況下，促進其概念的改變，順利的完成新概念的學習，同時也協助兒童在學習
結束之後，概念仍完整的保留下去，充分的反應在解決問題的能力上。總之，對
兒童概念學習的歷程，必須先深入瞭解兒童所擁有的先期概念、原有的知識架構
、或對自然理解的方式，以及其先期概念的轉變歷程與影響概念轉變的因素，方
能對往後概念改變的教學提出有效的應對策略。
яя誠如前述科學教育的理想，在使學習者的自然概念和現有科學領域之人為概
念，達到最佳的一致性。然而要達成這個目標和理想，除了上述所論及之方面外
更需透過一套考慮周密、計劃周詳且能有效執行的教學方案，方可促使兒童放棄
不正確的既有概念，接受正確的形式概念。在這套教學方案中，須考慮的項目很
多，但至少要包含教學者系統、學習者系統、教學媒體系統、以及其間交互作用
關係的分析與瞭解。上面所述及有關學習者先期概念的的研究，即是其中的一項
。然而，有關先期概念的瞭解，亦只是學習靜態的描述，對於提供學習中動態變
化或轉換歷程的訊息，仍嫌不足。例如：學習者是否能察覺到新、舊概念不一致
的現象？當新、舊概念發生衝突時，學習者如何調適處理其困惑？什麼樣的教學
歷程，可以使學習者放棄不正確的自然概念，而接受人為概念並有效的建構在新
的基模中？學習新概念的歷程結束後，保留在其記憶中的概念的情形，如何繼續
發生一些轉變等。
яя總之，有關概念改變的歷程，仍須深入的探討，且亦須注意教學者系統、學
習者系統、教學媒體系統、及其間交互作用關係的影響，而有相對應的教學策略
方案，方能有效的促使兒童概念的轉變。
對於概念改變的教學，各方學者有不同的看法與做法，但基本上包含了三個
階段，分別是：
яя1.察覺階段(awareness)。
яя2.失衡階段(disequilibrium)。
яя3.更新階段(reformation)。
яя在「察覺階段」方面，Erickson(1980)認為：包含經驗的澄清策略，教師可
提供一個探討範圍，讓兒童把所有想法呈現出來，再透過班級討論，或師生對話
的方式，使兒童察覺自己的思考或想法，並比較彼此間不同的觀點。在「失衡階
段」，Erickson(1980)和Posner等(1982)認為：包含引入不一致的觀點挑戰現有
既存的信仰。Nussbaum and Novick(1981) 利用矛盾事例(discrepant
event)的
作法，刺激兒童用自我知識去解釋自然現象，並評論其不一致或矛盾的地方。
яя在
「更新階段」方面，Erickson(1980), Nussbanum
and Novick (1981) 認為：包
含藉著教師精心設計的教學策略，表徵出形式概念，以解決不一致的問題，及消
除認知不調合的現象。
яя瞭解兒童概念的轉變歷程，可以從學習者的學習狀態方面著手。關於學習者
的學習狀態，Pines and West (1986) 認為可以由兒童自發性知識(spontaneous
knowledge)與形式知識(formal knowledge)兩者間的關係來探討，他們依此關係
，將學習者的學習狀態區分成如下的四種典型(prototypes)，如圖一：
яя「衝突矛盾狀態」指兒童在學習前已具有豐富的另有架構
( alternative
framework)，這些另有架構有很大的成份是錯誤的概念(misconception)
，與學
校學習時之形式概念有極大的不一致或衝突的現象。例如，牛頓的物理概念與似
亞里斯多得的物理概念。「純自發知識狀態」指缺乏學校形式的知識，但兒童已
具有自發的概念，這些自發性概念經由生活經驗或神話....而來，組成其信仰系
統。例如，物質的概念深受文化的影響。「純形式知識狀態」指無既有存在的概
念(或僅有極少許的)，不會對新知識構成內在的影響，例如，一些新生對有機化
學物質「苯」首次接觸時的狀態。「調合重整狀態」指兒童在學習前已具有相關
的經驗，這些相關經驗在學校學習形式概念時，可以被順利的整合起來，使個體
所擁有的部分概念或想法，在新概念建構的過程中，得到增強的作用。例如，兒
童對人體的概念與血液循環的概念。上述四種學習狀態顯示，當形式知識與自發
知識兩者間的關係不同時，兒童學習的情形也不同，因此教學的策略就必須做適
當的調整。
яяPines and West 除了以上述觀點區分學習狀態外，更從學習者學習終了的
狀態，來描述「衝突狀態」者之概念轉變的情形。其認為衝突狀態者的概念轉變
，可歸類為如下的三種：
яя1.概念替換(conceptual exchange)。
яя2.區分歸類(compartmentalization)。
яя3.無學習(no learning)。
яя「概念替換」指學習者於學習後放棄原有自發性概念，而接受形式的概念。
「區分歸類」指學習者於學習後並未放棄原有自發性概念，同時也接受形式的概
念，但將兩種知識分門歸類各別收錄起來，兩者併存在一起。「無學習」指學習
者於學習後仍保持其原有自發性概念，同時將形式概念排除於外。
яя上述各種學習狀態的類型分類與描述、說明方式，可以協助我們在進行概念
改變的教學中，更進一步掌握學習者概念轉變過程中的一些訊息。故應用此研究
方法，探討兒童概念改變的歷程，仍不失為可行之道。
參、研究方法與步驟
яя本研究參考前述研究者的架構，主要從兒童的自發性概念與課程上形式概念
的關係上進行探討，同時以更細緻的程序與步驟，進行兒童雨量先期概念的研究
，與雨量概念改變的研究。
一、研究對象
由所任教學校之三、四、五、六年級兒童隨機各抽一班 (平均每班約四十八
人)，平均年齡在7.3歲、8.4歲、9.4歲、10.3歲。四個年段中，三、五年級學生
剛由二、四年級升上來且剛重新編班過 (編班方式為：由該年級全體學生，以分
層隨機分派的方式 )；四、六年級學則剛由三、五年級升上來，在前一年亦以同
法實施編班。
яя本研究樣本，選取三、四、五、六年級之目的，乃因雨量概念在國小三、四
年級自然科學教材中，安排有實驗與學習的活動，且在國小五年級社會科中，安
排有以雨量概念來區分中國大陸南、北部的單元，故採三年級兒童之目的：可瞭
解兒童學習此概念的準備度；採四年級兒童之目的：可瞭解兒童於三年級學習雨
量概念後的保留情形及在本年級加深學習時的準備度；採五年級兒童之目的：可
瞭解兒童雨量概念類化能力的情形；採六年級兒童之目的：則可檢核國小階段中
，雨量概念的學習成就。除此之外，亦可探討不同年齡的兒童在先期概念、概念
改變、應用概念解決問題上的發展情形。
二、研究工具
яя本研究參考國民小學自然科學課程標準與教材內容，編製成的雨量概念評量
卷為工具。測驗工具的內容和項目包括：雨量推理概念與雨量應用概念兩大部分
，各部分包含了容器口徑、下雨時間與雨勢大小三個變項。
三、研究方法
яя本研究以情境測驗的方式，包括了團體紙筆測驗與個別面談法兩種做法。從
十二個研究程序中分別測量兒童的雨量先期概念、雨量概念的改變、以及學習的
保留狀態，設計情形如圖二。
各個階段程序與評量題說明如下：
1.情境示範團體紙筆施測程序
(1).雨量先期概念的評量
яя將四個不同口徑及形狀的圓方柱體容器，置於講桌上，用不透明的紙圍住，
以漏斗壺從上往下均勻的澆水，告訴兒童這相當於外面下雨的情景，做完此實驗
後，取出一容器，讓兒童觀察到容器內水位的高度，每位兒童觀察完後，問兒童
其他容器的水位有多高，請其畫出水位的高度來。評量題目如下：
яя某天下雨時將口徑2公分寬的小量筒、10公分寬的大量筒、50公分寬的奶粉罐
、100公分寬的鐵筒，同時
放置在空曠的操場上，經過四小時後 2公分寬的小量筒
內 雨水高度如下圖。請問10公分寬的大量筒、50公分寬的奶粉罐，和100公分寬的
鐵 筒內的雨量會有多高？請畫出其高度。
(2).雨量應用概念的評量
яя依測驗題本中的情境，將同一容器或不同容器盛水，置於講桌上，告訴兒童
，那些是氣象人員於不同地區測得雨量的情形，請兒童依雨量的多少排出次序。
評量題目如下：
(3).第一次認知失衡情境的安排
яя兒童完成上述兩階段的評量後，移開上述第一階段操作時的不透明紙，讓兒
童觀察四種不同容器內的水位高度，每位兒童觀察完後，請兒童比較自己原先的
想法與實際觀察到的情形，並想一想，其中的原因。
(4).第一次實驗後之推理的評量
яя上述程序完成三分鐘後，拿出三十公分寬口徑的圓筒，展示讓兒童看，並問
兒童：若此容器在剛才的實驗中，將它與桌上的四個容器放在一起時，此容器的
水位會有多高？請其說出此容器的水位高度。評量題目如下：
(5).第一次實驗後的教學
яя以約二十分鐘的時間，進行實驗所觀察之現象與原因的討論及說明。
(6).第一次實驗後的雨量概念
яя隔一星期後，同程序二的實施方式，以複本，再測兒童在第一次實驗後的雨
量概念。(評量題目如程序二之複本)
(7).雨量概念遷移的評量
яя同程序一的實施方式，將四個不同口徑及形狀的圓方柱體容器，置於講桌上
，用不透明的紙圍住，以漏斗壺往下均勻的澆水，四個容器按澆水的時間依序每
隔二十秒先後移出容器，告訴兒童這情景相當於外面下雨每隔二十分鐘的長短，
做完此實驗後，取出最先移出的容器，讓兒童觀察到容器內水位的高度，每位兒
童觀察完後，問兒童其他容器的水位有多高，請其畫出水位的高度來。評量題目
如下：
(8).第二次認知失衡情境的安排
яя兒童完成上述階段的評量後，移開上述階段操作時的不透明紙，讓兒童觀察
四種不同容器內的水位高度，每位兒童觀察完後，請兒童比較自己原先的想法與
實際觀察到的情形，並想一想，其中的原因。
(9).第二次實驗後之推理的評量
яя上述程序完成三分鐘後，拿出三十公分寬口徑的圓筒，展示讓兒童看，問兒
童：若此容器在剛才的實驗中，將它與桌上的四個容器放在一起，且在的四次移
開的容器後二十秒鐘時(告訴兒童這情景相當於外面下雨隔二十分鐘的長短)，此
容器的水位會有多高？請其說出此容器的水位高度。
(10).第二次實驗後的教學
яя以約二十分鐘的時間，進行實驗所觀察之現象與原因的討論及說明。
(11).第二次實驗後後測
яя隔一星期後，同程序六的實施方式，，再測兒童在第一、二次實驗後的雨量
概念。(評量題目除如程序二之複本外，亦加如下之題目。)
(12).雨量概念延後測
яя隔三個月後，同程序十一的實施方式，以複本，再測兒童在第一、二次實驗
後的雨量概念。(評量題目參考程序十一)
2.個別晤談：
яя從上述示範情境團體紙筆測驗的結果，將兒童做答情形分類，各類中隨機抽
取十名學生，詢問其想法與看法。
肆、結果
為瞭解兒童的雨量概念與概念的轉變，本研究先從兒童雨量先期概念的分析
著手，然後進行一序列的教學與學習活動，從這一序列的教學活動中再分析兒童
概念轉變的情形與學習結果，最後則探討影響兒童概念改變的因素。所得之資料
從四個年齡群分別進行學習前(程序一)、學習中(程序三到程序九)、學習後(
程
序十到程序十二)之學習狀態分析。研究之結果分述如下：
二、兒童雨量概念類型的分佈與概念類型的變遷
яя兒童在容器口徑不同、下雨時間與雨勢相同的情境下，於實驗前、實驗後
、三個月後等三個階段的反應情形如圖七。
яя圖七實驗前測上的百分比，是在程序一時，兒童在雨量概念上的反應。實驗
後測上的百分比，是在程序十一時，兒童在雨量概念上的反應。延後測上的百分
比，是在程序十二時，兒童在雨量概念上的反應。四個年齡群兒童，在學習前的
先期概念類型，並未有多大的差異；在類型分佈上，除三年級兒童外，其餘年齡
群兒童則甚為接近，具有正確概念者極為少數，而等體積型的人數皆多於其他類
型，且佔了主要的百分比。四個年齡群兒童在實驗後，皆有顯著的轉變反應，但
在延後測中，隨著年齡的降低，學習效果的保留性也跟著降低，而三、四年級兒
童更有回復到原始學習狀態的現象。此顯示教學的效果，除了只有暫時性的功效
外，亦與發展能力有關。至於更詳細的概念轉變情形，可由下述的分析中進一步
的探討。
яя為了能進一步瞭解兒童在雨量概念上的轉變情形，本研究應用
Pines and
West，處理兒童既有知識與形式知識的方法，加以部分修訂後，從程序一到程序
十二的歷程，以學習過程的轉變與學習結果兩方面進行探討。從學習過程轉變（
參考圖一標示為 1的地方）的歷程來看，兒童概念轉變的情形，可區分成已具形
式概念者、正向逐步改變者、衝突狀態者、與保持既有錯誤概念者者四種類型，
各類型兒童的分佈情形(見表一)，各類型兒童的特性說明如下：
1.已具形式概念者
яя指實驗前與兩次實驗中，能保持等高度型，概念一直都對者。
2.正向逐步改變者(既有錯誤概念逐步轉變為形式概念)
яя指實驗前為截面積型或等體積型兒童，在兩次實驗中，逐步轉變為等高度型。
3.衝突狀態者(既有錯誤概念與形式概念交互並存)
яя指實驗前為截面積型、等體積型或其他型的兒童，在兩次實驗中，前後不一
致者，或第一次實驗後轉變為等高度型，第二次實驗後又回復原來觀點者。
4.保持原既有錯誤概念不變者
яя指實驗前與兩次實驗中，仍保持原來截面積型、等體積型或其他型的，而未
有任何改變者。
яя經過兩次示範性的實驗操作，使兒童發生兩次的認知衝突，及實驗後二次的
解釋說明，已具形式概念者只有少數。正向逐步改變者，隨年齡的增長而上生昇
的趨勢，且都在三分之一以上的人數，而六年級兒童更在一半以上。衝突狀態者
，在四個年齡群上的分佈，甚為接近，且都各佔有三分之一的人數。保持既有概
念者，除六年級兒童低於百分之十外，其餘年齡群兒童所佔的人數約為四分之一
到三分之一。整體而言，三、四、五年級兒童正向逐步改變者、衝突狀態者、保
持既有概念者，約略各佔有三分之一的傾向，顯示佔三分之二的正向逐步改變者
和衝突狀態者處在學習不穩定的狀態中。
яя從學習結果（從程序十到程序十二）的狀態來看，兒童概念轉變的結果，可
區分成有效學習、區分歸類與無學習三種類型（仿Pines and West的學習類別）
，各類型的分佈、改變情形(見圖八及表二)與特性說明如下：
яя1.有效學習者，指在同一時間與同一雨勢的情境下，能由一容器水位的高度
，推理出其他口徑容器內的水位高度，推理時能分辨雨量的多少由容器高度來決
定，而不受容器口徑大小的影響。此類兒童相當於Pines and West的概念更替型
。
яя2.區分歸類者，指在同一時間與同一雨勢的情境下，由一容器水位的高度，
推理其他口徑容器內的水位高度時，實驗後測與延後測所推理的結果，有時能分
辨雨量的多少由容器高度來決定，而不受容器口徑大小的影響，有時則以體積的
多少或容器口徑的大小來推理。此類兒童相當於Pines and West的區分歸類型。
яя3.無效學習者，指在同一時間與同一雨勢的情境下，不能由一容器水位的高
度，推理出其他口徑容器內的水位高度，推理時以體積的多少或容器口徑的大小
來為基礎，仍受到受容器口徑大小或體積多寡的影響。此類兒童相當於Pines
and West的無學習型。
яя從過程與結果的關係上看：三年級兒童正向逐步改變者、衝突狀態者，大部
分皆落入無效學習，回復到學習前的初始狀態，保持既有錯誤概念者亦仍保持其
先期概念，而少有變動。四年級兒童正向逐步改變者、衝突狀態者，一半以上落
入無效學習，回復到學習前的初始狀態，一半落入區分歸類中，保持既有錯誤概
念者亦仍保持其先期概念，而少有變動。五年級兒童正向逐步改變者、衝突狀態
者，三分之一落入無效學習，回復到學習前的初始狀態，三分之一半落入區分歸
類中，三分之一成為有效學習者，保持既有錯誤概念者亦只半數左右落入區分歸
類中，其餘仍保持其先期概念。六年級兒童正向逐步改變者，四分之一落入無效
學習，回復到學習前的初始狀態，四分之一半落入區分歸類中，二分之一成為有
效學習者。衝突狀態者，五分之二落入無效學習，回復到學習前的初始狀態，五
分之二半落入區分歸類中，五分之一成為有效學習者。
яя總的來看，已具形式概念者與保持既有錯誤概念者概念轉變的情形不大。已
具形式概念者不會有逆反的情形，保持既有概念者趨向學習成功的情形也不高。
正向逐步改變者與衝突狀態者的變動性較大，但正向逐步改變者，隨年齡愈高則
有較多趨向於有效的學習。
三、應用雨量概念的情形
яя四個年齡群兒童在實驗過程中具有相當一致的特性，第一次後測最高，而後
即依序下降，顯示教學策略對兒童應用雨量概念的改變，皆只有暫時性的效果
(
見圖七 )。另一方面，將四個年齡群兒童在應用雨量概念的情形，與雨量概念類
型(見圖五)比較後，顯示兒童在兩方面的表現上，具有相當不一致的特性，年齡
群低者其得分高，反之年齡群高者其得分卻愈低，此情形除了顯示學習的概念與
使用的概念之間，有極大的衝突性與矛盾性外，亦說明了，兒童內在構念的疏離
性與獨立性。
四、影響兒童雨量推理的因素
яя將雨勢、時間、容器三個變項組合成六個題目後，分別於實驗後測與延後測
中要求兒童作答，兒童在不同變項組合題目上的反應百分比(如表三)，由兒童反
應的情形，可發現，影響兒童雨量推理的因素，最大的是容器口徑，其次是時間
長短，最小是雨勢。換句話說，當三個因素交互出現時，雨勢的大小最能使兒童
注意到，然後是時間的長短，最後是容器的口徑。此顯示，兒童在雨量推理過程
中，無法同時掌握多個變項，且亦無法分辨共變或獨變的關係。
表三
雨勢、時
間、容器改變情形影響兒童反應的百分比
伍、討論
根據本研究的目的與前述研究之結果，討論如下：
一、先期概念
яя兒童雨量的先期概念，主要可區分成四類，每一類都有其一套思考的特性與
解釋自然現象的知識架構。等高度型的思考方式能有效的完成雨量的推理。截面
積型，只考慮到攔截雨水容器面積的問題，而忽略了口徑增大時，體積也增加的
問題。等體積型，只考慮到容器體積的問題，而忽略了體積增加時，攔截口徑也
增大的問題。
яя上述截面積型與等體積型兩類兒童，均分佈於四個年齡群中，且集中於等體
積型上，此外，不同年齡群兒童在同一類型上的理解方式，亦無明顯的差異。又
，這些兒童在雨量推理概念所表現的這種特性，不僅從雨量測量個別晤談中反應
出來，同時評量者亦可根據兒童的雨量推理概念類型，預測其應用雨量概念的表
現型式。本研究以此預測方式檢驗其應用雨量概念的表現型式時，所預期、判斷
的結果與學生的實際反應，相符的情形有百分之八十以上的成功機率。此說明兒
童雨量的各類概念中，每一類的思考特性與解釋自然現象的知識架構皆具有其穩
定性，而非隨機性的，且這些概念架構都有其由來的途徑。這個結果與其他研究
者在其他概念上的研究結果極為接近，且與Champagne, Klopfer,
and Gunstone
(1982); Osborne and Wittrock (1983)和
Siegler(1983)的結論大致上也相當
一致，由此顯示兒童對自然有其自行發展的理解方式，且這些自發的理解方式與
形式概念間有很大的差別性。
二、概念改變
яя兒童雨量概念轉變的情形，可以從學習前之初始狀態，到學習中之中間狀態
，和學習後之末了狀態來加以說明。學習前之初始狀態即前述之先期概念類型。
學習中之中間狀態，依兒童在九種實驗程序中的表現加以歸類，包括了已具形式
概念者、正向逐步改變者、衝突狀態者與保持原既有錯誤概念不變者四類。學習
後之末了狀態，則依學習的結果來歸類，包括了有效學習者，區分歸類者與無效
學習者三類。總的來看，四個年齡群兒童，在學習前的先期概念類型、學習中之
學習類型、與學習後的類型別上雖並未有多大的差異，同類型概念或學習狀態者
，皆對雨量概念具相近似的理解程度，但改變的趨向性與改變率卻有明顯的差異
。就全體之已具形式概念者與保持既有錯誤概念者而言，概念轉變的情形不大，
已具形式概念者不會有失敗逆反的情形，最終也成為有效的學習者。而保持既有
錯誤概念者趨向學習成功的情形也不高，多數人最終則成為無效的學習者。正向
逐步改變者與衝突狀態者的變動性較大，且與年齡有關，即，三、四年級兒童屬
這兩類狀態者，幾乎沒有人能成為有效的學習者，大多數人最終成為無效的學習
者，少部分為區分歸類者。而五、六年級兒童屬這兩類狀態者，則約有三分之一
人能成為有效的學習者，三分之一為區分歸類者，三分之一成為無效的學習者。
經由上述學習前之初始狀態、學習中之中間狀態、和學習後之末了狀態的分
類方式，可以讓我們充份的瞭解到兒童在雨量概念改變上的轉變情形。
陸、結論
яя「下雨」是我們日常生活中極為熟悉的經驗，但所熟悉的經驗並不表示對該
概念已具有充份的理解，相反的，所熟悉的經驗很可能都只是自發性的概念或一
模糊的的概念。根據許多研究的結果顯示，這些自發性的概念或模糊的的概念對
新知識的學習有很大的影響，有些可幫助新知識的學習，有些則對新知識的學習
產生障礙。基於此，本研究採縱貫式與橫斷式的研究法，分別以國小三、四、五
、六年級各約四十八名的兒童為對象，進行學習前、學習中、學習後之概念分析
，以自編式的雨量測驗工具，用示範群體測驗及面談的方式，測量其雨量的先期
概念與研究其雨量概念的轉變情形。本研究的結果與發現如下：
яя1.兒童雨量的先期概念，主要可區分成等高度、等體積、截面積與隨意等四
類型，每一類都有其一套思考的特性與解釋自然現象的知識架構，且這些知識架
構都有其由來的途徑，而非隨機性的。上述截面積型與等體積型兩類兒童，均分
佈於四個年齡群中，且集中於等體積型上。此外，不同年齡群兒童在同一類型上
的理解方式，亦無明顯的差異。
яя2.兒童雨量概念轉變的情形，可以從學習前之初始狀態，到學習中之中間狀
態，和學習後之末了狀態來加以說明。學習中的狀態包括了已具形式概念者、正
向逐步改變者、衝突狀態者與保持原既有錯誤概念不變者四類。已具形式概念者
與保持既有錯誤概念者，在學習後概念轉變的情形不大，已具形式概念者不會有
失敗逆反的情形，最終也成為有效的學習者。而保持既有錯誤概念者趨向學習成
功的情形也不高，多數人最終則成為無效的學習者。正向逐步改變者與衝突狀態
者的變動性較大，但學習後能成為有效的學習者仍是少數，大多數人最終成為無
效的學習者。
柒、建議
яя本研究以學習前之初始狀態、學習中之中間狀態、和學習後之末了狀態的分
類方式，除分析兒童雨量概念的類型及其類型的改變外，亦希望能從中瞭解到兒
童在雨量概念的學習歷程中，學習者的成熟度、學習者的先前經驗、教學策略的
運用等學習變項，在學習中的地位與影響性。上述之學習者的成熟度、學習者的
先前經驗可說即為蓋聶 (Gagne)之學習的內在條件，而教學策略的運用則可說為
蓋聶(Gagne)所言之外在學習條件。蓋聶(Gagne,1974)
提及學習的結果須視這兩
條件如何而定，本研究下一階段應可在這方面加以探討。又學習的結果須視這兩
條件如何而定，故梅伊爾(Mayer,1975,1984) 建議，要產生有意義的學習必須符
合 接受(reception)、擁有性(availability)、與主動激發(activation)等三個
主要條件。兒童學習的類型若依此三種條件的滿足性而言，可區分成未符合接受
條件的非學習者(nolearning)、符合擁有性與主動激發但未符合接受的非理解者
(nonunderstanding)、及三種皆符合者之理解者(understanding)。本研究之無效
學習者、區分歸類者、及有效學習者的分類方式，雖與梅伊爾(Mayer)這三類學習
型未完全一樣，但對學習狀態的解釋卻極為接近。 故，運用學習狀態的分類方式
，來分析兒童概念的轉變，不失為一可行的研究方法。
яя四個年齡群兒童經教學後，三、四、五年級兒童仍約有百分之二十五到百分
之三十五的人，仍保留其原先的錯誤概念，約有百分之二十五到百分之三十五的
人，則在引入形式概念後，仍未成功的將形式概念替換原先的既有錯誤概念，而
是將此兩種概念並存在一起。這些現象顯示，兒童的雨量概念是不易轉變的，至
於什麼因素影響了兒童雨量概念的轉變，本研究推論如下：
яя從兒童雨量先期概念特質的探討與先期雨量概念的改變結果來看，由於兒童
雨量先期概念的產生並非是隨機性的，而是有其穩定的架構，此穩定的既有先期
概念深深的影響了對新概念的學習，故兒童雨量先期概念的穩定程度可能是影響
兒童雨量概念學習的因素之一。經實驗操作與教學策略的實施後，可以發現兒童
在雨量概念轉變的情形，就實驗操作與認知失衡的教學策略而言，對不同年齡群
兒童有不同的影響效果，年級愈高者除了學習的效果也愈大外，概念轉變成功的
機率也愈大。又從學後保留的效果而言：愈高年級的兒童學後保留的效果也愈大
。從這個結果顯示，概念的改變與發展上的成熟度是相當的配合性，故，年齡可
能是影響兒童雨量概念學習的因素之二。從影響兒童雨量推理的因素探討中可知
，兒童無法分辨多變項對單一現象的交互影響，因此在多個變項的情境中，由於
選擇注意力分配的問題，干擾到其雨量推理能力的表現。而選擇注意力的分配，
通常以刺激感度高，或易理解性的為優先，就以本研究來說，兒童對雨勢大小的
熟悉度最高，次則是下雨時間的長短，最後才是容器的口徑。故，兒童對變項的
掌握能力可能是影響兒童雨量概念學習的因素之三。在應用雨量概念上，年齡群
愈低者其得分卻愈高，此情形與雨量推理能力有極大的不一致性，顯示學習的概
念與使用的概念之間，有極大的矛盾性。其矛盾的原因，經本研究分析的結果是
：三年級兒童未具有體積概念，會以僅有可用的高度概念，來解釋雨量，故在做
答上其通過率高於四、五、六年級，但此類兒童並未真正瞭解雨量概念，故可謂
為「假性的理解」。而四、五、六年級兒童，已具有體積概念，卻誤用體積概念
，來解釋雨量，故在做答上其通過率卻反而低三年級，上述兩種現象雖在反應上
不同，但可說都並未真正瞭解雨量概念。從這種現象顯示，兒童原有知識背景有
限時，會從有限的知識庫中挑出認為可用的知識，解決自然現象的問題，此時有
可能挑選出的知識恰能滿足問題的答案，但使用此知識者並不是真正的理解問題
。而一些擁有相相當知識庫的兒童，也會誤用某一知識而不自覺到錯誤。這兩種
同樣錯誤概念的兒童，在表面上的反應有極大的差別性，但對解決問題的觀點卻
同樣相當堅持其原有想法。故，相關知識的擁有情形可能是影響兒童雨量概念學
習的因素之四。
яя從兒童概念轉變的結果來看，本研究所實施的教學策略因與年齡間有交互作
用的現象，且外在學習條件的成功亦與內在學習條件的配合有很大的關連，故難
以對教學的成功性直接下斷言，然而就外在學習條件而言，仍可從整體教學策略
的運用加以探討。以三、四、五兒童在認知衝突(觀念衝突)、認知失調後，無法
有效轉變概念的情形來看，本研究所採用之教學策略並未成功的協助這些兒童在
學習過程中充份的調適其新舊知識的異質度，此調適不成功的原因除了前述內在
學習條件之影響外，就教學策略的運用方面，可能包括：概念改變的教學時間不
足夠，使質變的歷程中斷，無法促成學習效應的累積，或概念學習時所提供的例
子，無法滿足其建構新概念的最低需求性。前述這些原因造成認知衝突 (認知失
調) 的衝擊性過大或不足的問題，若認知衝突的衝擊性過大時，兒童難以從既有
概念跨越到新概念，造成無法將新概念納入既有的基模中。若認知衝突的衝擊性
不足時，無法引發兒童有修正既有概念的必要性，使兒童失去思考的注意力。此
兩種狀況發生時除造成部分兒童傾向於保護其既有的概念，而成為無效學習者外
，亦造成部分兒童將新、舊概念區分並存的處理方式，使其搖擺於雙重選擇的衝
突狀態中，或發生新、舊概念競爭的現象。故教學策略的運用可能是影響兒童雨
量概念學習的因素之五。
яя由於影響兒童雨量概念的學習因素尚未有專題報導，本研究推測這些因素與
影響兒童其他概念的學習因素有多處是相同的，這些因素的種類與數目亦非常的
多，且在不同的學習皆段中有其不同的影響程度。本研究所列之五個因素，乃本
研究中依測量與觀察到的部分所做的推論，至於其他因素的影響性，如動機的強
烈、注意力的集中、態度、回饋、策略等，本研究認為應與其他概念一樣具有相
同的影響程度。
яя總之，學習的成功或有意義的學習，可由先期概念的探討，而後就探討所得
進行概念改變的分析與擬定概念改變的教學策略，最後再由概念改變的情形，分
析影響概念轉變的因素等步驟加以探討。透過這些程序所得的資料，不僅使我們
更深入的瞭解兒童的學習歷程，亦可將此訊息回饋到課程、教材、教法、政策上
，以做為其有利的參考。
яя本研究有關先期概念的結果與發現和 Champagne, Klopfer,
and Gunstone
(1982)、Osborne and Wittrock (1983)及
Siegler(1983) 的結論大致上相當一
致。從這裡提醒我們在教學時，必須注意到兒童錯誤概念的原因是錯誤的引用概
念、推理能力不足、未能正確的聯結相關概念、個體擁有的概念不夠無法取出可
用的概念或其思考過程中只注意到一個向度的問題而無法同時兼顧到兩個以上的
變項等問題。當瞭解了這些因素後，就須在教學策略的運用上妥當的處理這些變
項，例如：引用認知衝突的教學策略時，對未具有足夠知識背景者，需考慮兒童
理解新概念的能力，兒童若缺乏新概念有關知識時，縱使發生了認知失衡，仍無
法重整新、舊知識而成為新的基模。對已具有足夠知識背景者，需考慮兒童對問
題有關因素察覺、分辨的能力，逐次引導兒童的選擇注意力，使其發現因素間的
共變作用，進而在認知失衡發生後，能將新概念有關的知識，適切的關聯起來重
組出新的基模來。此外對於概念轉變的教學策略，認知衝突理論雖提供教學者一
種促進概念改變的技術可為應用，但從概念形成與概念改變的理論看，概念改變
的最佳時機，是學習者本身企圖把他自己的觀點弄清處的時候，但實際教學中我
們發現，應用認知衝突於概念改變上時，是我們把衝突引入進來，而不是學生自
己經由主動的歷程，也非學生的好奇心所產生的，所以在教學上常發生概念改變
的效能並不高的現象。故如何培養兒童養成主動察覺到既有知識與新知識的不一
致現象，以及發揮其認知的調節功能，從處理既有知識與新知識的不一致的過程
中重組其知識架構，乃為概念改變與概念形成的教學中不可忽視的要項。
яя學習者在一學習過程後是否能成為一個成功的學習者，除了上述所論及對個
體之先前經驗的瞭解，與運用適切的教學策略外，亦須瞭解影響學習成功者與學
習失敗者的因素，方可謂對概念學習有精確的掌握。影響兒童雨量概念學習的因
素種類目前尚未有專題報導，但從一般性的觀點上，除了概念本身的特性外，應
與影響兒童其他概念的學習因素有多處是相同的。蓋聶(Gagne,1974)認為學習的
結果須視學習的內在條件，與外在學習條件這兩條件如何而定。蓋聶的學習內在
條件指學習發生時，學習者內部所遷涉到的知識、過程與策略等方面；外在學習
條件則指發生在學生外在的那些教學事件。本研究即依內在學習條件與外在學習
條件，探討其對雨量概念學習的影響。
яя總之，就目前科學教育的目標與未來社會變動的趨勢而言，不僅在使學生對
科學概念的學習能達到一定的水準，同時也注重學生能學習到如何學習的能力與
推理、解決問題、判斷思考的能力等高層次認知的能力。不管如何，科學教育的
目標要能有效的實施，必須進一步從學生的先期概念、認知發展、概念形成、概
念改變、認知能力等方面的瞭解上著手，然後依此擬定教學策略，最後再由影響
概念學習因素的探討，回饋到課程、教材、教法、政策上，以做為有利的參考。
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