二阶段式遗传学迷思概念诊断工具的发展与效化

二階段式遺傳學迷思概念診斷工具的發展與效化

楊坤原 張賴妙理

私立中原大學教育學程中心 國立台灣師範大學生物學系

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摘 要

本研究旨在發展和效化二階段式之「國中遺傳學概念學習調查表」以診斷國一學生在學過國中生物之「生殖」與「遺傳」單元後所存有的迷思概念。經以隨機與叢集方式抽取之桃園縣六所國中共1606名一年級學生為樣本進行正式評測後得知，「國中遺傳學概念學習調查表」的平均難度為0.45，鑑別度指數之平均值為0.48，內部一致性信度值（Cronbach α）為0.73。評測的結果分析發現，國一學生在教學後，仍對細胞分裂的意義、減數分裂的過程、基因與性狀、同源染色體與雙套染色體的定義、染色體與DNA的關係及孟德爾遺傳法則等概念存有迷思。本研究所發展之診斷工具與研究結果應可提供國中遺傳學單元教學之參考。

關鍵詞：二階段式診斷測驗；國民中學；遺傳學迷思概念

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壹、緒 論

隨著科學學習心理學與認知心理學理論的發展及其在科學教育研究上的廣泛應用，一些學者已分從認知發展、個別差異、概念的學習與改變和科學解題各層面，深入探討學習者學習科學知識與思考的內在歷程，以便對科學學習與教學有更多的貢獻（Eylon & Linn, 1988; Tyson, Venville, Harrison & Treagust, 1997）。雖然切入點有所差異，然若針對各觀點加以歸納，則可發現無論所採的向度為何，其背景都植基於有意義的學習（meaningful learning）的論點之上(Duit, 1991; Glynn & Duit, 1995; Mintzes & Wandersee, 1998; Tyson et al., 1997)。根據認知同化理論(cognitive assimilation theory)和有意義的學習之主張，學生的先前知識是影響知識學習最重要的因素。唯有在先前知識的基礎上，透過同化將新、舊知識加以連結，如此方能達成有意義的學習（Ausubel, 1963, 1968）。

為使以往在各科學學科的迷思概念之研究所獲致的許多結果能更有效、實際地應用於科學教室的教學上，有些學者提倡發展二階段式(two-tier)概念診斷測驗之必要性(Odom & Barrow, 1995; Treagust, 1988, 1997)。Treagust(1988, 1997)指出，雖然晤談法可深入探究學生的想法，但其具有耗時費力的顧慮，故在一般班級人數多的教室中，教師較易於用以確認學生的迷思概念的方法，還是以紙筆式為多。因此，若能針對某依特定的學科內容，應用既有的研究發現為基礎，設計成紙筆式、選擇題型的二階段式診斷測驗，當更可幫助科學教師了解學生在教學前、後所存的迷思概念，以對症下藥。此外，許多學者亦強調，現今的教學評量應妥善結合認知科學與心理計量的原理，發展出能夠診斷學生學習錯誤並能測知內在思考機制的認知診斷評量工具，如此方能真正幫助師生達成教與學的成效(Nichols, 1994; Snow & Lohman, 1989)。由此觀之，認知診斷測驗的設計的確是因符應了認知心理學發展之趨勢。迄今，二階段式設計的診斷測驗已陸續發展且應用於生物（Haslam & Treagust, 1987; Odom & Barrow, 1995; Treagust, 2000）、化學（Peterson, Treagust, & Garnett, 1989）及數學（黃桂君和吳裕益，1999）等學科之學習診斷。

鑑於遺傳學一直被國內外的中學生和教師視為學習與教學上較感困難的部分(黃台珠，1988; Finley, Stewart, & Yarroch, 1982; Bahar, Johnstone, & Hanesell, 1999)，而遺傳學的學習對未來生活又深具重要性(Stewart & Dale, 1981)，故為充分發揮國內外遺傳學迷思概念研究成果之價值，提升國中遺傳學教學之成效，二段式遺傳學認知診斷測驗的編製實有其必要。

貳、文獻探討

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一、有意義的學習與科學概念的建構

Ausubel的觀點明白指出，學習者的先前知識是影響學習最重要的因素。唯有學習者能以先前知識為基礎，將新知識整合至既有的知識結構中，形成合乎邏輯、實質性的相連，才能達成有意義的學習(Ausubel, 1963, 1968)。從知識同化的觀點來看，有意義的學習涉及含攝(subsumption)的過程。透過上位學習(superordinate learning)、下位學習(subordinate learning)與結合學習（combinational learning）的途徑，學習者的知識可不斷地階層化。此外，藉由漸進分化和統整調和的作用，概念的意義逐漸被精緻化和澄清，概念間異同性的區辨也更加清楚，而是知識結構便開始呈現分支、交叉或連結，漸次建構出有意義、組織化的知識結構(Ausubel, 1963, 1968)。 二、遺傳學迷思概念之相關研究

許多學者傾向於將學生所具有的科學概念與正式教學所教授有所不同者，界定為「迷思概念」（Odom & Barrow, 1995; Peterson et al., 1989; Pines, 1985;）。由於造成學生產生迷思概念的成因很多(Dreyfus & Jungwirth, 1989; Radford & Bird-Stewart, 1982; Cho, Norland, & Kahle, 1985; Russell, 1993; Wood-Robinson, 1995)，且這些迷思概念即使經過教學也很難加以改變，故如何確實地偵測迷思概念並對之施以有效的改變策略始終為近年來科教學者努力的目標之一(Duit, Treagust, & Mansfield, 1996; Hewson, 1996; Garyson, 1996)。

從以往國內外相關研究發現，可將學生常見的遺傳學迷思概念分為下列幾大類： （一）對一些抽象的專有名詞之意義不清楚或有誤解，或只記憶字面上的意義而沒有 真正的了解：如「顯性」、「對偶基因」、「同源染色體」、「單套染色體」、「突變」等(Brown, 1990; Costello, 1984; Stewart & Hafner, 1994; Stewart & Dale, 1989; Stewart, Hafner & Dale, 1990; Wood-Robinson, 1995)。

（二）不了解機率的概念與計算的方法(Hackling & Treagust, 1984)。

（三）對孟德爾遺傳法則的意義缺乏了解(黃台珠,1993; Stewart, 1982, 1983; Tolman, 1982)。

（四）無法正確計算一對或二對基因雜交的結果(楊坤原和陳進利, 1989; Collins & Stewart, 1990)。

（五）相似的概念之間有混淆的現象：如「基因」與「對偶基因」、「基因」與「染色體」、「配子」與「合子」、「表現型」與「基因型」等(黃台珠等, 1994; Collins & Stewart, 1989; Longden, 1982; Moll & Allen, 1987; Slack & Stewart, 1990)。

（六）減數分裂過程所涉及之基因與染色體之行為（如：複製、互換、排列、分離等）及各步驟的順序缺乏完整的了解(黃台珠, 1990; 楊坤原和陳進利, 1990; Hackling & Treagust, 1984; Longden, 1982; Moll & Allen, 1987; Stewart et al., 1990; Kindfield, 1991)。

（七）生殖與遺傳的關係：如精子與卵子或父母雙方對後代遺傳性狀的作用(Tolman,

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1982; Wood-Robinson, 1995)。

以上述各研究的發現顯示，學生在學過遺傳學之後，的確存有許多迷思概念。而且，這些迷思概念的類別，不但屬於遺傳學的基本概念，對於各概念間的關係也有諸多盲點。由於許多概念（如基因、對偶基因、染色體等）是學習其他較高層概念（基因型、表現型、減數分裂、孟德爾遺傳定律等）的基礎，故學生若無法建立各概念間適當的階層關係，則難免會出現混淆、迷思等現象。 三、概念診斷測驗的發展

根據Nichols(1994)的建議，認知診斷測驗的設計應包含建構實質理論(substantive theory construction)、選擇設計(design selection)、執行測驗(test administration)、反應評分(response scoring)與修正設計(design revision)等階段。Treagust（1988, 1997）與Odem 和Barrow（1995）亦提出發展二段式診斷測驗的具體程序，共分三個階段，十個步驟： （一）界定內容—包含四個步驟

1.分析所界定之學科單元內容，確認命題知識(proposition knowledge)的敘述。 2.發展學科內容所含概念之概念圖。

3.檢視概念圖所含的概念與命題知識的敘述均涵蓋相同的內容。

4.效化內容：請科教學者和科學教師效化與修正命題知識的敘述和概念圖。 （二）收集關於學生概念的訊息—包含三個步驟

5.回顧相關的研究文獻，以建立發展選擇題的訊息基礎。

6.執行非結構化的學生晤談，以求對所欲探究的學生概念有更廣泛的觀點。 7.發展帶有自由回答項目之選擇題式的試題：每題題後均有一處可讓受試學生填寫為何選擇某一選項的原因，以便由各題之自由回答的部分，發現更多學生的想法。 （三）發展診斷工具—包含四個步驟

8.發展二段式的診斷工具：每個題目的第一部份是選擇題，主要在評測學科單元的內容知識。第二部分的選擇題每題均包含幾個可能選答某一選項的原因。這些原因包括正確的答案、經確認的迷思概念或純粹是錯誤的答案。評分時唯有二段都答對才算正確。

9.設計一個雙向細目表(specification grid)，用以確保診斷工具能均勻、完全地涵蓋學科單元內容所含之命題知識敘述和概念圖中的所有概念。

10.不斷的改良：透過持續地回顧學生概念之研究文獻、晤談學生和收集相關的試題等方式，針對診斷測驗的試題不斷地加以改良或修正，以使該測驗能迎合需要。 誠如許多學者所言，既然認知心理學的觀點已被廣泛地應用於教學與學習的實務與研究上，則評測工具的發展自然也應符合認知心理學的理念，不再只停留於以往過度重視分數的作法，而能更充分地應用相關理論與研究結果，在試題上加以精心的設計與安排，以便讓教師、學習者與研究者能從評量的結果中獲得更多、更有幫助的訊息，如此，無論就教、學與研究而言，方能有更實質的意義與價值。

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參、研究方法

一、研究樣本

本研究以桃園縣各國中學過國中教科書下冊之「生殖」與「遺傳」二單元的一年級學生為母群體，將初步設計的試題，以隨機選取之2所國中共207位國一學生進行預試，以修訂試題。修訂後之「國中遺傳學概念學習調查表」再以隨機抽樣選取6所國中，以班級為單位，共1606名學生正式施測，並進行試題分析與求取Cronbach α信度值。 二、研究工具

參照Treagust(1988, 1997)、Nichols(1994)的建議，「國中遺傳學概念學習調查表」(Inventory of Genetics Concept Learning，IGCL)的發展程序如下：

（一）以現行國中生物教科書下冊(國立編譯館, 1999)中「生殖」與「遺傳」二單元（章）為主要評量範圍，並針對「生殖」與「遺傳」之教材進行內容分析(content analysis)，並據以撰寫命題知識敘述和發展概念圖。

（二）檢查命題知識敘述和概念圖間的關聯性，視二者所含的內容是否相同。 （三）各請3名生物教育學者、資深國中生物教師和大學遺傳學教師針對命題知識敘述和概念圖進行效化與修正。

（四）分析國內、外遺傳學迷思概念與解題之相關文獻，作為發展診斷試題的素材，並從1所國中選出不同程度的學生5人進行晤談，以便對學生的遺傳學迷思概念有更廣泛的觀點。

（五）根據上述文獻分析的結果，設計「國中遺傳學概念學習調查表」初稿，共包含20個二階段式選擇題，每題的各選項皆含命題知識的敘述與由文獻回顧所得之的迷思概念所編排的4個選項。此外，每題題後均有一處可讓學生自由填寫為何選擇某一選項的原因。隨後，將初稿以隨機方式選取桃園縣2所國中共207位學生進行預試，以修訂初稿試題，並整理受試學生的答題結果。其中針對部分學生在自由回答的空白處填答者，亦逐一加以分析歸類，從中找出多人答案的共同處，以為正式試題編製的參考或補充。

（六）依預試之結果，去除1題試題—總分相關（item-total correlation）值較小且試題內容略超出現行教材者後，編擬二階段式「遺傳學概念學習調查表」的正式試題。整份工具共19個選擇題，每個試題的第一部份為命題知識敘述，第二部分為每題包含5或6個可能選答某一選項的原因。而這些原因中有正確者、迷思概念或純粹錯誤的誘答。學生唯有在每題的二個部分都答對才算完整。施測時間約為30~35分鐘。為確保評量的內容能均勻、完全地涵蓋所欲評測的單元內容之命題知識敘述和概念圖中各概念的關係，請3位專家（含大學遺傳學教師、資深生物教師和生物教育學者）以「命題知識敘述—試題雙向細目表」審查內容效度。編製完成之試題再以隨機選取的桃園縣6所國中共1606名修過「生殖」與「遺傳」單元的學生進行評測，並依施測

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