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壹、前言

近十年來國內歷經空前而根本性的教育改革運動，雖然學界與民間多有責難之聲，然從中也展現出對於教師教育專業知能成長與教學方法革新之殷切企盼，以及希望藉由提昇學習者的學習策略與能力來達到概念知識學習的目的，亦即從過去的知識本位之學習轉為以能力為本位的教與學。

本論文將以論述概念圖的理論基礎與發展歷程為始，深入探究此概念學習工具，並進一步提供本文作者多年研究概念圖之成果及經驗，予教育界先進分享交流，期盼中小學教師能從中體認教學創新之契機，並達到擴充教學策略及學習工具之目標。

貳、概念學習與概念圖

一、概念學習

何謂「概念」？「概念」是指被歸為同一類事物共同屬性之抽象，通常以一概括性的名詞或符號指稱。例如：「10」是代表一個特定的量數概念；而「動物」是指稱有肌肉與神經組織，能行明顯自主性運動，無細胞壁的異營性多細胞真核生物。推而廣之，概念對人類的生存與發展極具意義與功能，由於概念為事物屬性之抽象，故面對環境中紛至杳來的複雜訊息，概念的形成與調整可幫助人類進行認知學習，促進人對環境的適應。J.Piaget在其發生認識論中，便以「基模」表示人類的認知結構，「基模」意即認知主體經由學習（與環境互動）所建立的概念、或相關概念的組織體。為求適應環境所發生的基模改變，就是人類認知發展的動態歷程，Piaget更以同化與調適等認知功能，說明認知主體持有的概念量變與質變之機制(引自Wadsworth, 1972)。

R. M. Gagné(1970)所提出的學習階層理論中，將人類學習活動由基礎至高階分為八個階層，而概念學習列於第六個層次，人類經由訊號學習、刺激－反應學習、連鎖學習、語文學習、及辨識學習為基礎，獲致概念學習之條件，而學習概念又為原理原則學習及問題解決之基礎。J. S.Bruner(1960)在其著作《教育的過程(The Process of Education)》中強調，教師若掌握學科的基本概念架構，有助於學生對學科知識的記憶保留，並促進學習的遷移。依此認知心理學的觀點，概念不僅是與學習活動之間存在緊密關連，成功的概念學習更是引領學習者邁向高級認知活動的關鍵。

由於概念學習對於認知發展的重要性，故確切瞭解有系統的科學概念，是科學教育的主要目標之一(National Research Council, 1995)。美國科學促進協會(American Association for Advancement of Science; AAAS)主導的「2061計畫」(Project 2061)，亦指出未來科學教育的革新計畫中以培養學生的科學素養為目標，而科學概念的瞭解及運用則為科學素養的重要環節(AAAS, 1989; Ahlgren & Rutherford, 1993)。

二、概念圖

概念學習既為科學教育主要目標，如何有效幫助學生學習概念、及真實評量學生的概念學習成果，便成為學者專家的重要課題。概念圖(concept maps)的提出與研究發展，適可提供科學教師一種有效的認知工具。然概念圖並非新的構想，許多科學教科書籍，都常以各種形式的示意圖整理課程重要概念，例如：在「生物化學」中以環狀概念圖說明「檸檬酸循環」之過程、而以直線鏈狀流程圖說明電子傳遞鏈的過程，這些均可視為是某種形式的概念圖運用。而將概念圖有系統地用於科學教學與學習之研究，可說由美國康乃爾大學的學者J. D. Novak及同事所提出，Novak與Musonda(1991)指出早在1966年Novak與同事所進行的研究中，便試圖尋找有效呈現受試者認知結構的工具，直到1970年代初期至1980年代一個為期12年的長期研究計畫，發展以概念構圖做為轉譯晤談原案資料的工具，來追蹤學生科學概念的演變歷程，此為概念圖的發展淵源。接著如Surber與Smith(1981)以概念圖為工具研究調查學生的迷思概念，Cronin等人(1982)探究概念構圖歷程與計分法，Edwards與Fraser(1983)對概念圖的信效度進行探究，Stuart(1985)調整概念構圖方式及計分法，從此概念圖逐漸受到研究者重視。

發展概念圖之目的，最初希望用於科學概念學習相關研究，瞭解學生的認知結構，藉以改善教學策略以提升概念學習成效(Novak & Gowin, 1984)。隨著此工具的普及和研究成果的累積，概念圖的使用趨向多元化，Stice與Alvarez (1986)對國小學童進行概念圖教學以探究其效應，Wallace與Mintzes(1990)、Barenholz與Tamir(1992)、Trowbridge與Wandersee(1994)運用概念構圖研究不同科學教學法的效果，Martin等人(2000)運用概念構圖追蹤大學生海洋生態概念演變歷程。國內研究如李秀娟等人(1998)以概念構圖分析國中生物神經系統單元之特性，林達森(2001)將概念圖融入合作學習歷程，並作為評量工具，探究不同班級型態國中學生學習生物能量概念之成效。此外，更使用於其他學科的學習及評量，如Geva(1983)、Ruddell與Boyle(1989)將概念圖用於協助學生閱讀理解之學習，Oughton與Reed(1999)則運用概念圖作為學習超媒體概念的策略與評量，簡妙娟(2000)運用概念圖於公民科政治與法律單元概念學習成效之評量等。事實上概念圖相關研究甚多，本文將針對其不同用途分別引用論述於後。

所謂「概念圖」，是指以節點表示概念、以附加說明的連結線段指出概念間關係的圖形，兩個概念之間以適當連結用語標示形成有意義的命題，例如：『「葉綠素」吸收「太陽能」』為一有意義的命題，其中「葉綠素」、「太陽能」是個別的概念，‘吸收’則標示於兩概念間的連結線段上，說明葉綠素與太陽能的關係，此線段應標示方向（即為射線），指出此命題中的主從關係。通常以一個關鍵概念（即中心主題）出發，漸次以這種命題方式呈現出分支狀、由上位概念（較具包容性之概念）逐步發展至下位概念（涵括範疇小的概念），亦即從抽象到具體地呈現出具階層性的組織圖形。概念圖的形式大致有兩種，其一可稱為階層式概念圖，為Novak(1981)所提出的方法，其成果如圖（一）的型態，即是在紙上或電腦螢幕依主題相關概念的階層性排列概念，原則如上所述由上位至下位、由一般至特定性概念，此型態在現今多數研究較為常見；其二可稱為網狀式概念圖，為Stuart(1983)所運用之法，其方法是將關鍵概念置於圖中央，將相關概念依一般至特定漸次以放射狀繪出(引自Stuart, 1985)，如此構成之概念圖如主題式課程設計所建構之主題網。在學習過程中要求學習者繪製出概念圖的歷程稱之為「概念構圖」(concept mapping)，運用概念構圖之策略的教學方式可稱之為「概念構圖教學法」(teaching with concept mapping)。有關於概念圖之介紹與功能的概念圖解說如圖（一）所示，其中以數種不同線段樣式做出指示，利於讀者依循路徑指引對概念圖的理論與功能建立基本認識。

參、概念圖的理論基礎

概念圖的研究與運用，受到科教及教育界的青睞，學者與教師均接受概念圖能表徵學習主體的認知結構、或是展現其思考歷程之功能，理由在於概念圖、及概念構圖歷程乃植基於諸如：訊息處理理論、語意網絡、活化蔓延、及含攝理論等認知心理學的重要觀點。

近代認知心理學可說是由訊息處理理論吹響號角，而此理論之發展實受神經科學及計算機科學發展之衝擊。認知心理學家從這兩個領域借鏡，發展出說明人類認知歷程的模型—即訊息處理系統，系統包含感覺記憶、短期記憶（或稱工作記憶）、長期工作記憶、及長期記憶四個處理階段(Gagné, 1985; Anderson, 1995; Ericsson & Kintsch, 1995)。學習所獲得的事實資訊，經過短期記憶與長期工作記憶階段之編碼與暫存，再由認知主體既存的認知結構加以轉化，儲存於長期記憶中；當主體面對新的刺激時，需要長期記憶中的資訊，則藉提取過程將資訊由長期記憶中抽取至工作記憶或長期工作記憶以資運作。心理學家接受事實資訊是以意義為基礎加以儲存，但早期認為在長期記憶中是如同堆疊方式儲存資訊，如同倉庫一般；然由於刺激情境之差異，對於內容相似的刺激，往往獲得不同的提取結果，且提取速度也有差異，故轉而提出事實資訊乃以命題方式儲存，複雜而彼此相關連的命題構成開放而動態的命題網路，並基於語意學文法中主從關係之表現方式，說明可能存在之模型，將長期記憶中此種命題網路又稱之為語意網路，此一網路若外化而具體呈現，便是概念圖(Rumelhart, 1977; Novak & Musonda, 1991; Anderson, 1995)。

長期記憶中事實資訊以動態性網路方式儲存，所以當其中一個或多個概念節點之地位與意涵有所調整時，將牽一髮而動全身，使整體網路有所變動，因此亦稱此命題網路為概念生態系統，如同生物生態系中各項物種與環境因素環環相扣一般(Posner, 1985; Beeth, 1993, 1996; Jones et al., 2000)。所以，當認知主體接收環境中的刺激時，認知結構需做出適當回應，回應中該提取或能提取哪些資訊，需回歸到命題網路搭構的狀況，刺激便如同導火線一般，循某一個或多個途徑活化資訊，若學習任務要求提取某些重要概念，而與之連結的相關概念有數個，甚至十數個之多，則活化單一路徑之效果比不上同時活化數個路徑，此假說性過程被稱之為活化蔓延(activation spreads)，經刺激所提取的資訊乃活化多重路徑的整合結果。準此，概念構圖不僅展現內在活化歷程，且給予相同刺激時，其概念圖將因時因地有所變化。

從近代認知心理學理論尋得支持，概念圖實為外化認知主體內在認知結構與思考歷程的有效工具。當應用於教學與學習時，概念圖則是從Ausubel(1963)有意義的學習理論中應醞而生，Novak等人發展概念圖為研究工具時，主要參酌Ausubel(1963)的認知結構觀點與含攝理論。Ausubel(1963)指出認知結構是階層化的概念組織，其含攝理論說明有意義的學習是發生於學習內容進入認知結構中，與之發生交互作用並被含攝(subsume)於相關的、且更具包容性的概念系統。含攝分為衍生含攝(derivative subsumption)與關聯含攝(correlative subsumption)，前者是指新知識為原有知識的支持或例子；後者是指新知識為原有知識的精緻化或限制。此微觀認知歷程對應其所提之教學原則，即漸進分化(progressive differentiation)與統整調和(integrative reconciliation)，此教學原則相合於概念圖中由關鍵概念逐漸分支所構成的階層化概念結構、及不同分支間交叉連結所彰顯的概念統整性之特徵。

概念圖之發展與運用快速成長並非偶然，從訊息處理理論的靜態與動態面向獲得堅實後盾，並尋得有意義的學習理論之印證，科教與教育界無不由多面向進行探討。以下將論述概念圖的多項用途。

肆、概念圖的用途

根據上述概念圖之理論基礎，以及綜合分析概念圖相關研究，概念圖之用途可分為四類：一、實驗研究的工具；二、發展設計課程的策略；三、評量概念理解之工具；四、教學與學習的策略。以下就各種用途分項論述：

一、實驗研究的工具

在圖（一）中概念圖的用途雖未說明此類別，但是有些研究運用概念圖純粹作為研究資料轉譯、或作為編製其他評量工具之基礎，所以本文將此類用途加以區分。以前述Novak等人早期所進行的研究而言(引自Novak & Musonda, 1991)，其目的是探究國小學生在科學課程接受不同教學法，研究者持續12年追蹤這些實驗對象在科學概念學習的成果，有關學生認知結構的資料是以臨床晤談的方式記錄獲得，但原案資料龐雜不易分析，故發展以概念圖將原案資料轉譯為概念網路呈現，進而從概念圖的分析與計分量化方式，探究實驗對象的概念學習之差異。Novak等人訓練多位研究助理熟練概念構圖技巧，負責轉譯工作，故研究助理運用概念圖單純作為實驗研究之工具。

再如Rye與Rubba(1998)探究將概念圖用作晤談輔助工具，協助受訪者表達對全球氣候變化概念理解之效應，統計分析顯示運用概念構圖並未造成晤談結果有顯著效應，學生則認為晤談時輔以概念構圖不會改變想法，不過能幫助釐清想法，有助於回答問題。Rutledge與Mitchell(2002)探究對於「演化論」觀點抱持接受、不接受、及未決定態度的生物教師，在概念圖的表現是否存在差異性。此研究有些學者會認為概念圖是被用以評量生物教師的認知結構，但由於接受與不接受的生物教師概念圖差異過大，前者概念圖平均出現14個概念及16個連結關係；後者平均僅有5.7個概念及4.8個連結關係，表現猶不如國中學生。同為生物教師不應在概念理解上有如此差異，研究者既不進行概念圖量化分析比較，亦未用以說明教師概念理解的差異性，僅作為探究教師的科學態度對認知表現之效應。國內研究者岳美群與蔡長添(1993)分析生物教科書中的環境相關概念，建構環境概念圖，進一步根據此概念圖結果編製試卷，用以評量高中生生物科環境教育的學習成效，也是概念圖用作實驗研究工具之一例。

這些研究在運用概念圖時仍基於相同特質及技巧，只是在研究設計中，概念圖的角色實與多數研究有別，故獨立加以說明。

二、發展設計課程的策略

由於一般學術研究較不重於發展完整學科課程，概念圖用以發展課程的相關研究較少，如Pearson與Hughes(1986)運用概念圖辨析遺傳學中的重要概念與組織關係，藉以設計遺傳學課程；Edmondson(1995)則以建構概念圖方式設計醫藥相關課程，指出對於案例演練及創造性課程有相當助益。雖然實證研究不多，但從理論出發，科學課程由過去知識內容的堆砌積累，轉而為今日重視由課程主題結構發展，學者認為結構化知識能增進理解、記憶保留、問題解決、學習遷移、直觀思考能力、及正向的學習態度(Shavelson, 1974; Bruner, 1960)，故課程發展應以中心主題為核心，環繞核心構築完整嚴謹、具系統性的課程架構，以組織課程含括之內容。

概念圖能以圖示展現課程範疇的概念結構，藉由繪出及使用概念圖，將課程基本結構具體展現，釐清並展現各個相關概念與主題、及概念分支之間的關係，並指出可能存在的缺失與偏頗，經由建構課程的基本結構為起點而完成課程發展，可收促進學習遷移與提升直觀思考能力之效。因此，學者建議把概念構圖用作課程發展的重要歷程與策略(Novak & Gowin, 1984; Novak & Musonda, 1991)，而Starr與Krajcik(1990)則更重視修正概念圖的歷程對課程發展之功能，可採用為課程評鑑策略。課程發展為動態過程，藉概念圖修改而促進及協助反思課程，同時，概念圖的更動具體容易掌握，課程發展者可清晰瞭解概念結構相對關係之變化，協助覺知課程成分變化時相對於整體之意涵。圖（一）以細實線標示之分支，說明概念圖於課程之用途，呈現以下命題：『概念圖的用途以設計課程,用作訓練、學科、單元、課程摘要』。從發展設計課程的角度，無論是在統整性課程（主題式課程）、或是分科課程中的任一個單元，均可以一個主題或是關鍵概念作為基本結構之中心，漸次以「次主題（上位概念）→題目（具體概念）→事實資訊（實例）」的發展流程逐步規劃課程內容，並進而統整調和各分支連結關係(林達森，2001；Ausubel, 1963)，McDonald與Czerniak(1994)在應用概念圖發展課程之研究中提出「課程聯合計畫輪」之主張，正是基於此主題取向課程發展之理念。反應課程基本結構的概念圖名之為「主題網」，為求達成此課程之實施，則相應於主題網將所有採行之教學活動建構成另一概念圖，稱之為「活動網」。

圖(二)為部編國民中學生物課本所含括之生物能量相關概念的專家概念圖，林達森(2001)建構此圖，藉以規劃「生物能量」教學單元，發展合作建構教學策略與流程。事實上，基於概念圖對課程發展、評鑑、與修訂之功能，正足以提供當前九年一貫課程中統整課程設計、及發展學校本位課程之困難的良策。

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圖(二)國民中學階段「生物能量」專家概念圖

三、評量概念理解之工具

理想的評量方式應具備：客觀且可信賴、儘可能降低評量之情境對受試者的影響、以及真確地刺探受試者的認知結構(Goldsmith & Johnson, 1989)。很顯然地後兩者往往與前者相違背。傳統上所使用的客觀的評量工具，如：選擇題、填充題、簡答題等所需之回答極為簡短，也許是客觀且可信賴的，但是受試者的反應卻是受制於問題情境，且受情境所強烈引導。同時，因為受試者受制於問題，也導致無法真實地掌握受試者的認知架構。然而，傳統上所謂相對於此種簡單而客觀的評量工具，諸如：論文寫作、製作報告、口頭發表、乃至於多種不同方式的專題研究之進行。這些評量方式雖然可能真實地反映出受試者的認知結構，然而其給分卻又過份主觀，在評分者間亦失卻評分的一致性，且受試者之表現亦受到許多非關知識架構或是學習成效的因素所影響，而難以達到信賴度的要求。

Mintzes等人(2001)指出概念圖或許是用以探究學生的自然科學領域知識概念最有效的評量工具。由於概念圖反映繪製者的認知結構，若能建立適當的分析方法，運用概念構圖作為評量工具，將可在評量的客觀性與真實性之間取得一個較佳的平衡點，學者於是興起以概念圖作為科學概念評量工具之念，如：Schick(1991)、Hegarty-Hazel與Prosser(1991a, b)、Markham等人(1994)等研究，以及Dana(1993)、Cunliffe(1994)、Settlage與Good(1995)（引自Santhanam, 1998）均採用概念構圖於評量學生在科學或其他領域的概念學習成效。

概念圖用作評量工具時，教師依學生所畫的概念圖來評分，Stuart(1985) 認為概念圖之所以用於評量計分，是基於幾項因素：（一）概念圖反映了學生的思考過程與認知結構；（二）概念圖可以用某種方式加以計分，以便偵測學生的學習成就差異，或者以前後測的方式來瞭解同一位學生在學習前後的差異；（三）畫出概念圖有助於學生的理解及記憶。基於此數項概念圖的潛在優勢，若教師能將概念圖評量引入，或能有效改善教室中的評量，乃因為：（一）概念構圖對於受試者的認知結構有真實而靈敏的反應性；（二）避免了傳統上客觀的評量方式對受試者之侷限性與誘導性，減低所造成之誤差；（三）相較於傳統上的真實卻主觀的評量方式（報告、專題研究等），概念構圖之運用所需的技巧較為簡易，因此減少對學生表現真實認知架構的影響。

然而，運用一種評量工具，除了根據認知心理學的理論基礎所展現之優勢，更應嚴謹地對信度與效度進行統計分析。影響概念構圖評量之信度的因素可能包括：（一）受試者概念構圖技巧的熟練程度；（二）評分者對此概念圖所涉及之領域專業知識的變異性；（三）概念圖被評分時的一致性。前二者可在評量與評分前進行受試者訓練和評分者領域專業知識熟悉程度調查，藉以將影響降至較低的程度，故第三者可能影響信度較多。而影響概念構圖評量之效度的因素包括：（一）該概念圖之繪製過程太過複雜，受試者專注於概念構圖的技巧而影響認知結構的表徵；（二）由於不同的計分方式直接影響研究者從概念圖中所抽取之訊息的質與量，因此，計分方式會影響概念構圖評量的效度。

概念構圖方式如前述，並無明顯差異；對於概念圖的評分，則有多種不同方法，因此概念圖之計分方式將是值得重視及探討的。以下先概述數種方式，再行探討信效度之研究：

(一)整體性計分法

此種方式是要求對該學科領域具備相當完備之基礎的計分者，對概念圖做整體審視，藉以判斷此受試者對此一主題概念之瞭解。計分者根據對每一個概念圖之判斷，給出1至10的分數(McClure et al., 1999)。此種方式偏重印象分數，而未對概念圖的細部結構進行對應之量化。

(二)相關性計分法

此方法由McClure與Bell(1990)所提出，其計分方式是針對概念圖中所有出現的命題個別進行計分，此處「命題」定義如前所述，乃指兩個概念節點由一個說明概念間關係的連結語所連結形成之單元，因此一個概念圖被分離為多個命題單獨對待。每一個命題基於其正確性，給予0至3分的得分，其計分流程如圖（三）所示：1.首先判斷該命題之兩概念間是否有關，若是則給予1分，否則不給分；2.前一步驟若得分，則接著判斷概念間的連結語是否有指出兩概念間的關係，若有則給1分，否則不給分；3.前一步驟得分，續判斷概念間之連結線段箭頭是否指出概念間階層、因果、或序列關係，且此關係與連結語一致，若是給1分，否則不給分。故完整且正確呈現的命題可得3分，最後將每一個命題之得分加總，即為概念圖成績。

圖（三）相關性計分法流程（McClure & Bell, 1990）

（三）結構性計分法

此種計分法的特色是將概念圖分為多類不同的結構成分，各類依其重要性及困難度給予不同程度的加權計分，最後再將各類得分加總即為概念圖成績。此種計分法主要以Novak等人所提出的計分法為代表，也是被採用較多的方法(Novak & Gowin, 1984)，Stuart(1985)則依據網狀式概念圖之需要修訂出一套不同的計分法，而一些研究者均依照研究目標所需及學科領域需要做出部分的修飾。以下將扼要說明之。

Novak等人在初期運用概念圖不久即對概念圖進行計分，但標準較為鬆散，主要分為：相關概念(relevant concepts)、命題連結(propositional linkages)、及迷思概念(misconceptions，計為扣分)三項，並給予不同的加權計分。後來所提出的計分法則較明確而完備，將概念圖分成四個結構成分(Novak, 1981；Novak & Gowin, 1984)，以下稱Novak計分法：1.關係(relationships)：是指將兩個概念連結成一個命題的聯結關係，在評分時，針對每個有效且有意義命題聯結關係進行計分，模糊或錯誤不給分；2.階層(hierarchies)：指概念圖中所呈現的階層而言，通常附屬概念較上一階概念更具特殊性。評分時只計算有意義的階層關係，並給予三至十倍於正確聯結關係的分數（多數研究訂為3或5倍），研究者應根據概念圖內容與結構加以取捨；3.交叉聯結(cross-links)：是指概念圖中某一階層的一部份與另一階層部分有所聯結，交叉聯結較「概念的階層化」更能顯示學生是否建立正確的概念網絡，達到有意義的學習成果，因此，正確的交叉聯結給予二至三倍的「正確階層」的分數；4.舉例(examples)：指學生根據自己對概念的瞭解，提出正確具代表性的例子。

Stuart (1983)提出對上述計分方式的修飾，將概念圖分為六種結構成分(引自Stuart, 1985)：1.分支(branching)：包含中心的主題概念，若有兩個以上的概念由圖中的某一節點（即概念）分支出去，則給予此概念節點一分，以圖一為例，「用途」此一概念分支到「評量」、「教學」、及「課程」，則「用途」此一概念給予一分；而「建構」此一概念僅分支到「主題」，則不計分；2.一般性至特定性(general to specific)：以實例說明之，若由A概念分支出去B和C概念，B和C若較A為具體之概念，則暫計為二個有效概念；若A並未包含B（完全無關、或無從屬關係）時，則僅C計為有效概念。最後將所有有效概念加總除以總概念數，以百分比對應方式給分，標準為：(1)低於10﹪不給分；(2)11~29﹪給予1分；(3)30~49﹪給予2分；(4)50~69﹪給予3分；(5)70~89﹪給予4分；(6)90~100﹪給予5分；3.封閉單元(closed units)：這是代表概念的統整性，意指標示出某一分支上的概念與另一分支概念的關係，類似於Novak計分法的交叉連結，但由於Stuart的概念圖為網狀式，因此交叉連結形成一有如將放射網封閉般；4.專有名詞(technical terminology)：指概念圖相關之領域中的專有名詞，例如：在生物能量概念圖中有光合作用、呼吸作用、光反應、暗反應、葉綠素、…等生化專有名詞；在遺傳學概念中有基因、細胞核、合子、…等遺傳學專有名詞，將所正確運用的專有名詞數目除以所有概念數，再以如第二類的給分方式，依百分比給予對應得分；5.關係(relationships)：與Novak計分法的關係相同，正確標示兩概念間的關係時，則給予一分；6.階層(hierarchies)：與Novak計分法的階層意同，即在概念圖中呈現出正確之階層關係時給予一分，若最後一層仍有且僅有一分支，雖未明顯形成一階層，仍給予一分。此種方式改良自Novak計分法，第三、五、及六種結構成分與Novak相同；但並未在每一結構成分給予不同的加權計分，且若用固定數量及內容的一組概念進行概念構圖的評量，則第四種所謂專有名詞類別便失去意義。

結構性計分法除了此兩種較完整的方式外，許多研究者依所需做出適度補充，如：1.概念：概念圖中最基本的組成份子－「概念」，上述計分法未予計分，雖然單一概念易流於記憶背誦之成果，似無需對個別概念計分，但是認識概念並呈現於圖中該處，乃反映該學習者的學習成果，並非偶發事件，故應予適當計分。對概念計分之研究，多給予和關係相同的分數(林達森，2001；Markham et al., 1994; Martin et al., 2000)；2.命題增加量：除了所給予或課程涉及的固定一組概念外，又能額外補充呈現相關的概念時，則給予相當於關係或專有名詞的分數(引自余民寧，1997)；3.交互聯繫性(interconnectedness)：計算方式定義為：「(交叉連結數╱概念數)×100」，Martin等(2000)特別區別此成分，認為交叉連結雖能說明概念結構的統整性，但交互聯繫性可更有意義地指出概念結構的一貫性或整體性；4.關鍵階層：例如在生物能量單元的概念圖中，光合作用與呼吸作用之間建立起連結關係時，形成一個較其他階層更為重要的階層，故研究者將其定義為關鍵階層，並給予加權計分(林達森，2001)。參閱圖(二)為林達森(2001)建構之國中階段生物能量之專家概念圖，其中自光合作用以降亦用作概念圖測驗，圖中屬於階層的部分均以「☆」符號標示出來，階層正確者給予3倍於關係之分數；以「＊」符號標示出關鍵階層，正確者給予3倍於階層之分數。此外，當概念圖用於追蹤概念結構改變歷程之研究時，研究者更發展另一類型計分方式，以有效察覺並記錄結構變化之處，此法訂出三個記錄類別(Martin et al., 2000)：1.重結構化(restructuring)：指對於概念圖第一階層中的概念之修改、增加、或刪除等變化；2.增補(accretion)：當受試者對原有概念圖增加10個以上的概念，使原有概念圖進一步分化或精緻化時稱之；3.調整(tuning)：對於原有之概念增加限制或變數等改變，造成其意義有所變化時稱之。此法是用於連續追蹤同一受試者認知結構變化，所以是拿第二次概念構圖成果與第一次比較，依此類推探究，每一類別之每一事件均計為1點（有或無），類別間不加總計分，此法評分者信度為.96。

當該評量工具之計分缺乏嚴格規範與絕對標準時，將留下很大空間給評分者判斷，則應對其建立評分者信度，方可應用(林生傳，2003)。概念構圖的計分方式即是如此，故相關研究如：Novak與Staff(1981)對學生概念圖計分時求得評分者信度達.95；林達森(2001)運用概念構圖於生物能量概念學之評量，其評分者信度為.94，對「概念數」、「關係」、及「總分去除概念數」單獨計算，其信度分別為.93、.88、及.90；簡妙娟(2000)運用概念構圖於公民科法律與政治單元概念學習評量時，評分者信度在「法律單元」為.91、「政治單元」為.89。上述計分方式主要基於Novak(1981)的結構性計分法。McClure等人(1999)針對上述整體性、相關性、及結構性中的Novak(1981)計分系統等三種計分法進行信效度研究，其研究將三種計分法以評分時有、或無參照專家概念圖，分為六組進行探討。信度以推論係數(generalizability coefficients; g)表示之，結果顯示相關性計分法有參照專家概念圖時為.76最高，整體性計分法無參照專家概念圖時為.67次之；但是，結構性計分法有參照專家概念圖時僅.23最低。效度則以效標效度呈現，效標以一種測量受試者概念圖與專家概念圖之相似性的方法建立，此法針對受試者概念圖中每個概念計算鄰近區相似性(neighborhood similarity)，先說明所謂鄰近區是指概念圖中某一概念所連結之所有概念（包含該概念本身），而鄰近區相似性為：將「兩概念圖中同一個概念所連結的相同概念之數目」除以「兩概念圖中此概念鄰近所有概念扣除掉相同的概念部分的個數」。此相似性與學生學校的學業成就存在高度正相關，故作為效標，求得效度以相關性計分法有參照專家概念圖為.61最高，整體性計分法有參照專家概念圖為.45次之，均有統計顯著性；而結構性計分法有參照專家概念圖為.19為最低，無統計顯著性。

相關性計分法有相當高的信效度不難理解，此法對於是否給分及如何給分訂出了嚴謹而明確的步驟，而留給評分者較少的彈性空間，亦是減低評分者的任務負擔，較能專注於概念與關係的判斷與計分。此外，整體性計分法雖然留給評分者的彈性空間更甚於結構性計分法，但是其任務負擔主要在於依整體印象參照評分者認知架構或專家概念圖，評分者無須學習適應結構性計分法的多種結構成分之定義及判斷基準。McClure等人(1999)並未對結構性計分法信效度如此低深入說明，然確有必要更進一步討論，以下針對可能影響結構性計分法信效度之因素提出數點探討：1.結構成分不易理解：Novak的計分法中，各結構成分之意涵不易完全理解，特別對「階層」、「交叉連結」的判斷，生手難以處理，McClure等人(1999)用大學畢業生作評分者，這些評分者過去使用概念圖的經驗不足，能否瞭解此計分法實難評估，而數據亦顯示結構性計分法的評分者評分費時最久，為關係性計分法的二倍；2.加權計分：Novak的計分法使得分受到加權計分影響過大，其中「交叉連結」可能為「關係」的6至30倍計分，McClure等人(1999)之計分法，階層為關係的5倍，交叉連結為關係的10倍。雖然Novak與Musonda(1991)認為加權乃基於各成分結構在認知發展歷程中的先後順序及難易程度，但比重如何訂定以反應各成分之地位實在過於主觀。所以即使多個概念間關係不正確或遺漏，卻可能以交叉連結彌補；3.「關係」與「階層」彼此關連：階層的建立依附於正確關係之呈現，據Stuart (1985)研究顯示「關係」與「階層」的相關係數達到.8以上，他甚至決定把階層得分移除。但Novak(1981)則視之為獨立成分，並訂出3至10倍於關係的加權計分，有待審慎探究運用；4.內部一致性：Stuart (1985)以其計分法之計分結果，進行內部一致性分析，所得Cronbach’s α係數低至.31，甚至僅有.1，各結構成分並非評量相同目標，如：「概念＋例子」、「關係＋階層」、「封閉單元」、及「分支＋一般性至特定性」其評量標的不同，意涵便存在相當差異，Stuart (1985)認為若採其計分法，最好各結構成分得分獨立運用。當分開運用各成分時，也可避免加權計分及某些成分相關性過高之疑難。

結構性計分法為許多研究者採用，特別是Novak(1981)所提出的方式，研究者需依據每個概念結構之特徵與難易度，仔細斟酌各成分之加權比重，不應盲從於先前之研究。對於結構成分得分應否加總，建議除了分析總分外，應視研究所需對各成分得分進行分析，可獲得更真實的結果。以林達森(2001)的研究而言，除分析總分外，更進一步將「概念」、「關係」、「去除概念之得分」分別予以分析，以求深入瞭解學生之概念學習成效。此外，林達森(2001)計算信度時，是以研究者、及另一位具概念構圖研究經驗之教育博士的評分結果計算之，此作法亦需重視。

對概念圖進行計分的各種方法，乃於概念圖發展後由研究者視其研究所需而逐漸建立且至今仍不斷修飾調整。因此，除卻上述各法之比較外，亦需澄清以下觀點：概念圖原為真實評量與質性研究的有效工具，研究者及教師是為了能從中獲取量化資料以方便進行統計分析及學習成就之比較，才對概念圖進行計分。然而，研究者及教師可能因將其量化而失去某些重要資訊，所以在用於課程發展、診斷性評量、或以下將論述之教學與學習策略時，可依實際需求直接分析比較概念圖中各種成分(林達森，2003)，不一定得進行計分，以避免喪失概念構圖之美意。

四、教學與學習的策略

本文將概念圖在教學與學習之用途綜合探討，乃因概念圖用於教學時，雖有研究者僅用作前導組體、或作為課後摘要整理之角色，然多數均由教師導入教學後，將此任務轉移至學生運用。

Kinchin(2000)指出概念構圖是生物科教學中一項主動學習的工具；Mintzes等人(2001)認為概念圖是科學教育中最重要而有用的後設認知工具，並認為概念圖雖為有效的評量工具，然最佳利用方式，應是在教學與學習活動中融入概念構圖。因此，運用概念圖於教學與學習的研究，與用於評量的研究受重視的程度不相上下，如：Hawk(1986)以概念圖方式教中學生有關生命科學課程，結果採概念圖教學的學生優於對照組學生；Heinze-Fry與Novak(1990)比較運用概念圖學習及傳統學習方式，在大學生物學學生學習成效之研究，顯示採概念圖學習的學生成就較高；國內如陳嘉成(1998)、羅廷瑛(2001)亦針對概念構圖教學法與傳統教學法進行比較，結果與國外研究一致。

此外，將概念構圖與他種教學策略整併研究之成果亦逐漸發展，如Okebukola與Jegede(1989)在合作學習情境中運用概念構圖法，結果顯示較學生個別運用概念構圖的學習成效好；Odom與Kelly(2001)整合概念構圖與學習環於高中化學的擴散與滲透概念之教學中，結果顯示採概念構圖、或整合概念構圖與學習環(learning cycle)的教學法之學生，其學習成就均顯著優於傳統講述法；Chang等(2001)探究以電腦進行概念構圖、及以紙筆進行概念構圖在國中學生學習細胞分裂概念之效應，顯示以電腦進行並提供鷹架作為參照輔助之教學策略的成效，顯著優於以紙筆進行概念構圖；Sungur等人(2001)則將概念構圖與融合強調迷思概念改變歷程之課程結合，實施於實驗組學生，相對於傳統課程及講述式教學策略的對照組進行研究，結果顯示實驗組優於對照組。國內陳嘉成(1998)、林達森(2001)亦於合作學習歷程與傳統教學法中採用概念構圖法，結果顯示與Okebukola與Jegede(1989)相近。

上述研究成果，僅概念圖教學與學習相關研究之部分，本文作者進行概念圖研究歷經數年，深感國內中小學教師對此工具多未曾聽聞，實有推廣之需，以下將以經驗分享的方式，闡述概念圖在教學與學習之運用實務。

(一)概念構圖法成就學生主動建構的情境

概念圖必須由學生自製，否則就難發揮其功效，這是運用概念構圖於教學與學習最重要的原則。由於概念圖要求重建概念關係，因此，學生無法直接抄錄課文，除倚賴既有資訊，更應進行主動性認知運作。在概念構圖中，學生首要尋找並釐清重要概念，根據作者經驗，此階段乃一大挑戰；次地將這些概念重行組織，並說明適當連結關係，完成每一個有意義的命題，以表徵一個完整具系統性的科學知識架構。

藉此歷程，學生有充分機會重新審視自己的認知結構，概念圖用於教學與學習，發揮以下重要功能：1.培養學生在繁雜的事實資訊中，掌握學習內容主要概念結構之後設認知能力；2.促使學生掙脫倚賴現成的資料及機械式記憶的學習慣性；3.藉此產出性的學習策略，達到自我實現之目的，以提升學習興趣；4.提升概念學習成效。

(二)概念構圖技巧訓練需要相當時間

概念構圖雖不及進行研究報告的艱難，但初學者仍需相當訓練，以熟悉概念構圖的原則技巧，才堪勝任這種主動學習的任務。Okebukola(1992)進行研究前的概念圖訓練時間為時近8小時；Markow與Lonning(1998)在研究前讓學生進行數個範疇較小的概念構圖訓練；Santhanam等人(1998)的研究中，學生在經過13週的訓練與運用，仍未熟練概念構圖技巧，甚至在研究期間放棄使用；林達森(2001)則以160分鐘，約四堂課時間進行訓練，國中學生仍舊生疏，再經過實驗教學單元的作業單練習後才逐漸熟練，共約250分鐘的訓練。因此，作者在接續的概念圖相關研究中，以至少四個主題進行6節課以上的訓練，同時，訂出更為具體的規則，例如：概念圖中每一概念節點，字數以不超過5個字為原則、連結語以3至5個字為原則、以及不同分支間的概念必需隨時考慮是否存在統整性等。Sungur等人(2001)除了讓學生進行多次的概念構圖之訓練，並對進行實驗教學的教師進行2次各45分鐘的訓練課程，同時實驗中教師對研究者以每週數次的頻率提問與討論，確保概念圖的適當運用。

(三)學生概念圖的特徵

學生初學概念構圖，其成果片段零碎缺乏系統性，經分析歸納呈現多種特徵，教師運用時應有所瞭解。以下就兩種模式進行說明：1.學生的概念圖大致上可區分為說明式、鍊式、及網狀式三種型態，如圖(四)所示(林達森，2003；Kinchin, 2001)。所謂說明式是指每一概念不論與關鍵概念間的確實關係為何，均與關鍵概念連結，形成單一階層的概念圖（圖四A），此模式若用於發展基本課程架構則較適合。鍊式為學生最常發生之現象，因為初學者未能掙脫課文直述句的表達方式，所以將概念以一直線的方式全部呈現(圖四B)，此模式可用於發展實作課程順序或單元順序則較合適。而網狀式是一理想狀態，亦為學生進行有意義學習的歷程與成果(圖四C)；2.藉由比較概念構圖的專家與生手之特性，教師可由此瞭解學生初學時的特徵、以及需注意調整的技巧，如表一所示。

圖(四)說明式、鍊式、及網狀式型態的概念圖

表一 專家與生手概念圖特徵比較

（參考資料：林達森，付印中；Kinchin, 2001）

(四)不同關鍵概念的概念構圖難易度有別

關鍵概念的特質可能影響學生概念構圖之難易度，以及所可能遭遇的問題。例如：以「動物細胞構造」、「消化系統」、「植物細胞特化」等作為概念構圖的練習範例，學生經過約一節課的說明示範後，可進行概念構圖；但以「生物能量」中的「光合作用」及「呼吸作用」進行時，學生需時增加，特別是說明概念間的關係，學生多半僅能抄錄課文敘述，教師需採取鷹架教學協助之，學生始得改善在此單元的概念圖表現。

為深入了解學生對不同單元概念構圖的感受，藉由與學生晤談，作者發現：學生對於如人體結構、生物細胞構造等具體概念的學習困擾不大，在概念構圖的過程中也表現較少的困擾與疑難；對於如「光合作用」、「呼吸作用」、「光合與呼吸作用整合」、及「遺傳與演化」等主題，其概念具較高的抽象性，學生認為學習難度高，在概念構圖時也遭遇較多的問題，教師應注意學生在說明關係、交叉連結、及關鍵階層等學生較難克服的部分。因此，訓練學生使用概念圖學習生物科，甚至是其他學科時，應多給予練習機會，特別在抽象度較高的主題時，更應給予較多的鷹架協助，使學生願意持續運用概念構圖於學習歷程(林達森，2001)。

(五)概念構圖與合作學習的搭配運用

在傳統教學中進行概念圖學習，學生會因困難而放棄，或倚賴他人提供成果，使概念圖的功能喪失。多數合作學習的研究指出同儕互動機會增加時，有助於學生學習成效，但學生小組中的社會互動常與學習內容無關，不僅未能提高學習成效，反造成班級經營上的問題。林達森(2001)研究在合作學習作業單加入概念構圖的任務，結果成效顯著，合作學習的型態降低概念構圖時的焦慮及無自信的感受，而概念構圖也避免了無效的同儕互動。經教室觀察進一步瞭解，合作學習的班級型態能解決學生進行概念構圖的問題，如：取捨所要呈現的重要概念、及連結關係的說明等較多困擾的步驟，最能凸顯出小組合作的效能。對照相關研究成果，如：余民寧(1996)、Okebukola與Jegede(1989)、Roth與Roychoudhury (1994)等研究，顯示在合作學習中的概念圖教學與學習，相較於大班教學而言，前者的學習成就常顯著優於後者，在自然科學及社會科學均有相近之結果。

(六)不同認知風格學生的表現

運用概念構圖的學習策略，不僅注重「點」（單一概念）的學習，更擴及「面」（概念在語意網路中的意義）的學習。以概念構圖測量學生的學習成就與學生本身的認知偏好有關，認知偏好傾向原則性的學習者，比傾向記憶性、應用性的學習者在概念圖的學習上表現來得好，因為概念構圖需要學生辨析概念之間的關係，並以視覺形式表徵概念間的聯結，偏向原則性的學生較擅長且對此認知活動較感興趣(Okebukola & Jegede, 1989)。林達森(2001)的研究顯示在傳統大班教學中，場地獨立型學生的概念圖得分較高；在合作學習班級中，中間型與場地倚賴型學生較高。此結果可歸因於場地獨立者的特性與認知偏好屬原則性的學生相似，故在傳統教學中較優異；而中間型及場地倚賴型學生特別受益於合作學習中的同儕協助。

進一步分析，如林達森(付印中)、Oughton與Reed(1999)研究指出，在合作學習班級中，中間型及場地倚賴型學生個人繪製的概念圖，受到小組討論歷程的影響較大，但也得到較多學習上的支持；場地獨立型學生則表現出再思考、增加較多概念、或是不同於小組概念圖的呈現方式。在傳統教學中，場地倚賴型學生則表現出偏重記憶老師提供的概念圖中個別概念的記憶，缺少概念間關係的理解及主動修改之意圖；場地獨立型學生則從開始只重視單獨概念，逐漸朝向概念間關係的理解與呈現。

(七)對概念構圖的感受

經由問卷調查及晤談發現，學生認為概念圖不易學習，但是對運用概念圖於概念學習則表現正向態度。Alaiyemola等人(1990)研究顯示運用概念構圖於生物科學習，能降低學生的焦慮，並提高學習的興趣，Markow與Lonning(1998)以大學的化學實驗課學生為對象，結果指出學生對概念圖的效應給予相當正面的評價，認為在實驗課前後進行概念構圖對學習很有幫助。全中平(1992)以大學生為研究對象，結果發現受試者認為建構概念圖並不容易，不過肯定運用概念圖對促進有意義學習具正向效應，林達森(付印中)的研究以國中生為對象，顯示僅有34﹪的受試者認為已學會概念構圖，21﹪認為尚未學會概念構圖，而有45﹪不知道自己是否已經學會；不過在問及概念構圖是否對學習有幫助時，87﹪的受試者回答是肯定的；此外，有53﹪的受試者認為往後會繼續使用概念圖來協助自己學習科學概念。此外，參與實驗研究及研習的教師們，也都認為雖然剛開始有許多需克服之障礙，但確實有引進概念構圖進行教學的價值，甚至在研究結束後，仍繼續採行概念構圖教學。Santhanam等人(1998)進一步探究發現：概念構圖的訓練方式，將影響學生對概念構圖的感受及訓練成效。採較不具結構性的訓練方法時，學生被要求進行多個關鍵概念的概念構圖，卻因為技巧困難，導致不願使用而放棄；若採結構性方式進行訓練，學生先從部分呈現、部分隱藏的概念圖中逐漸培養技巧，則認為概念構圖並不困難。在最後進行的概念圖評量中，後者的概念圖在概念及關係的說明都較為豐富且正確。

(八)教師使用之原則

教師運用概念圖協助教學與學習，應掌握其原則，始可發揮功效。教師要瞭解將概念構圖融入教學與學習，乃基於「有意義的學習」等認知理論，契合於「每位學習者既有的先備知識與認知技巧並不相同，故學習偏好、概念形成路徑、及學習成果均有差異」之建構觀點(林達森，2002)。因此，概念構圖的成果並無絕對標準，且概念圖的計分富有彈性，容許學生作各種合乎理論與邏輯的連結。

正因為如此，學生初期運用必然困擾難以下筆。教師要把握以下原則：

1.原則及技巧應說明清楚，訓練時間與練習單元需充分，並展示範例說明之；

2.提供概念構圖進行中的鷹架協助，重視後設認知策略的養成訓練，降低概念構圖的難度；

3.給予學生充裕的時間，因為導致學生放棄的原因不僅是難度，還有時間緊迫的壓力；

4.運用時應規劃確切之教學流程，準備數個未完成而停止於不同階段的概念圖，應學生需要在適當時候選擇呈現；

5.學生須親自進行概念構圖，教師若提供完成的概念圖給學生，則失去概念構圖的主要功效；

6.學生進行概念構圖必須得到回饋，教師應詳細分析學生概念圖，建議以小組討論比較方式給予回饋；

7.評閱概念圖耗時費力，因此教師要掌握學生概念圖特徵及各種概念圖計分方法；

8.將概念構圖的學習任務納入合作學習作業單，兩種策略將互蒙其利；

9.將學生的概念構圖歷程與成果，作為檔案型評量的重要依據，概念圖評量契合於真實性評量之精神；

10.教師運用概念圖於教學與學習時，可採開放式不限制概念數目與內容；若用於評量時，則以給定概念組進行較為合適可行。

伍、結語

作者進行數年概念圖教學與學習研究，實覺在科學領域中運用概念圖是一種有效且值得推廣的學習工具，參與研究的教師對此工具抱持正向的態度，甚至在研究結束後繼續採用；參予研究之學生，多支持概念構圖的價值及效用，國、高中生均是如此。概念圖提出至今已有二十餘年，相關研究成果豐富並呈正向結果，但國內欠缺對於新工具或新策略系統性地完整研究，更遑論推廣而為中小學老師所運用，吾人亟盼藉由本文的理論探究及經驗分享，能誘發或鼓勵中小學教師、及職前教師能夠從提升教育專業知能做起，投入當今的教育改革。

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On concept map: its theory and practical use in education

Ta-Sen Lin

Teacher Education Center

Chia-Nan University of Pharmacy and Science

Abstract

Recently as educational reform has been progressing rapidly and fundamentally results in anomie in educational sector, however, it has also created a chance for teachers toward upgrading professional competency and has exerted great pressure for teaching innovation. Concept map was invented two decades ago, but it has rarely been used here in Taiwan. And few systematic studies have been completed. This author, has several times conducted studies with concept maps before. Based on the previous studies he has completed, this author intends to present these experiences and results to make a systematic inquiry into concept map and to enlarge its practical use. This paper begins with tracing historically concept map’s development, and demonstrating its theory. Then explore how to use concept maps in experiment, curriculum design, evaluation, and teaching-learning. Also, overview previous empirical studies related either domestic or abroad. In the last, review and integrate what I myself have completed in experimental study on teaching with concept maps over recent years, to share with peer scholars and provide some examples and references to the schoolteachers for their professional growth. It is hoped that by this way to enlarge concept map use in promoting teaching innovation, improving evaluation, and in reinforcing research. And to take a practical step forwards in teaching as an active response to current educational reform.

Key words: science education; concept maps; concept mapping; concept learning