建構式理論教學在“有機分子的空間結構”網站中的應用研究

　　研究動機和目的
　　
　　現在我們很多信息都可以通過網絡來傳達了，網絡學習環境與一般教室教學環境的最大差異性在于它的互動性。網絡教學最大的好處就是可以讓學生通過網絡不定時、不定點地進行單一或者群體學習。
　　傳統教育以知識傳授為重點，人類的學習一脈承襲單向傳播與指導的模式，學生被動學習，接受知識的灌輸。但許多建構主義觀點的學者認為，學生不是一架攝影機，只知道被動地將課堂上或教科書中的知識死記下來；人類的心智也并非如同白紙一樣，只是忠實寫下和反映外界傳進來的概念而已。學生在面對新信息時，他們可能會嘗試將新的信息與舊有的數據整合，使這些信息變得有意義；也就是知識并非被動地接受，而是透過認知個體主動地建構而成的。因此，教師在教學中的角色不再只是單純地知識傳授，而是扮演教學活動的促使者與指導者，主動或被動地協助學生建立一個有助于知識建構的環境。
　　網絡學習給了教育工作者一個可以重新審視學習理念及重新設計學習方式的機會，教學者可以隨意地發展新的學習環境，以驗證建構知識的適用性。放眼看去，雖然近年來計算機在教學中扮演著重要的角色，然而，目前國內仍缺乏以教學理論為基礎的網絡教學及學習成果的相關研究，整個龐大的網絡學習范疇極度需要相關專業研究人員進一步的研究與探討。
　　本研究主要是在設計及開發一個以“建構式理論教學法”為基礎的“有機分子的空間結構”網絡教學系統，探討其在網絡中如何實施、應用。我們依據不同的因素如性別、先備知識、學習時間等進行分析，探討這些因素是否會影響學生的學習成績。
　　
　　研究方法
　　
　　1.研究對象
　　高二兩個班共102位學生，其中男生49人，女生53人。
　　2.系統整體架構
　　系統的Server端部分，我們以Windows 2003 Server為工作平臺。在網頁制作上則以FrontPage 2003來建立基本的版面配置與連接架構，運用多媒體、超媒體、數據庫、框架、動態圖形等技術，提供系統使用接口。此外，本系統利用ASP語言來存取后端Access所建構的數據，以方便在Windows 98或Windows 2000環境中來使用本系統的資源。
　　3.系統流程
　　當使用者進入系統，首先要進行注冊登錄，系統由此才能取得使用者的相關基本數據，以便往后進行分析、驗證之用。緊接著進行前測，且系統會記錄學生的作答情形，作為收集的分析資料。當學生進行教學瀏覽活動時，系統會將其學習的進程記錄下來，以后可作為學習分析之用。各單元詳述如下。
　　(1)輸入使用者學號
　　本系統設有使用者身份認證功能查核工作，但仍另提供訪客賬號，讓其他對本系統有興趣的參觀者也能瀏覽學習，但不統計其資料，不列入結果分析之中。
　　(2)前測（課前分析）
　　前測的目的是評估學生在學習之前就已經具有的知識背景，了解學生的起點行為。前測試題的內容、題型與本單元知識相關，主要是選擇題。前、終測試卷的題型及內容一致，但為避免學生對試題還有記憶，所以利用程序將數據庫中的試題題目順序、題目答案順序一一改變，以確保測試結果的準確性。
　　(3)建構式教學課程
　　建構式教學部分主要是以建構學生的空間想象力為主干，引導學生學會觀察、聯想、發現問題并以視頻輔助。本系統利用網絡視頻傳送的便捷性，在知識的建構上，我們由淺而深，利用循序漸進的方式，一步一步地讓學生由低層學習區進步到中層學習區，最后到達高層學習區。
　　課程結構中，我們使深淺不同的有機分子的空間構型分層出現。在教學過程中，為發現學生的學習成就與學習困難，并使得學生在學習過程中能夠堅實地建構以立體為基礎的分子空間構型，將本教學單元分為三個學習階段：低層內容為常見的分子空間結構；中層內容為由于分子空間的構型造成的同分異構現象；高層內容為這些有機分子空間結構知識應用于化學反應類型的判斷中。在低層階段是一種識記、直覺式的，只讓學生從對常見的分子結構的觀察到從中發現它們之間的不同，歸納出它們的分子結構特點；在中層階段時則讓學生體驗到分子為肉眼所看不見的小粒子，讓學生學會聯系分子式、結構簡式想象分子空間結構，同時通過觀察發現同分異構現象等；在高層階段時，則還是通過觀察，讓學生發現結構對性質的重要性，結構在性質的學習中有重要的應用。通過以上這三個層次的學習后，不難看出，學生已基本能解決中學階段的分子的空間構型的想象和判斷，免去繁瑣的相關成鍵理論、分子軌道理論等的學習和解釋。
　　(4)隨堂測驗（診斷性測試）
　　學生在每一個學習區結束學習后，便會進行診斷性測試，以了解自己的學習狀況。測試后，如果發現有學習障礙，系統并不會及時給予正確答案，而是提供給學生一些暗示及建議，以便對學生的學習進行引導，使得學生能夠主動地完成學習。診斷性測試不在于區分成績的高低，而是提供個體自我反省、自我反饋的機會。
　　(5)補救教學（加強學習）
　　補救教學的目的是使學生除了能了解自己已經具備的知識外，繼續加強未有或較薄弱的基礎知識。補救教學又分為兩階段的補救，當第一階段補救無效時，系統會自動進入第二階段的進一步補救，第二階段的內容比較第一階段更細、更簡單。兩階段的補救教學是以原先建立的知識點為主，簡化其教學內容，加強知識建構，并鏈接有視頻來輔助學生學習。補救無效時，系統將會自動返回原單元首頁。當然，我們鼓勵學生進入學習論壇進行問題討論，詢問在線老師與同學，以達到最佳的學習效果。
　　(6)終測（總結性測驗）
　　學生在通過這些層層關卡后來到終測，對本單元的教學內容已有充分的了解。這時進行終測，就可以看出自己在學習上的優缺點、有哪些錯誤知識需要更正。
　　研究結果與討論
　　利用統計軟件對以下幾項數據進行分析：全體學生前、終測的平均分數；低分組與高分組學生的前、終測的平均分數；不同性別的前、終測的平均分數；長時間學習組與短時間學習組前、終測的平均分數。
　　整個研究大體摘要分析如下。
　　(1)全體學生的學習效果
　　學生學習成績測試統計如表１所示。
　　
　　
　　(2)高分組及低分組
　　前測后，將學生分成高分組及低分組（總受測學生平均分數57分以上為高分組，平均分數57分以下為低分組），低分組與高分組前測的總平均如表２所示。
　　
　　統計發現：低分組學生在使用本系統的成績平均進步分數比高分組學生的高。
　　(3)不同性別的學生學習效果
　　性別是否可能會造成分析結果的不正確？我們將性別因素加入統計分析的范圍內。在下表中，前測成績中男生平均成績為56.87分，而女生的平均成績為56.41分。終測的成績男生的平均成績是81.45分；女生則為80.25分。成績統計如表３所示。
　　
　　
　　結論：男生和女生的前、終測成績的進步幾乎是沒有差別的。
　　(4)學習時間對學習成績的影響
　　為了解學生學習本網站知識的狀況，本系統中設計了程序以記錄學生在本系統中學習所停留的時間，將學生分為使用長時間組與短時間組，考查學生上網學習的總時間對于學習成績的影響。成績統計如表４所示。
　　由表中得知，所有學生一周內平均上網學習時間為30.89分鐘。以此平均學習時間作為分組依據，所有受測學生上網學習時間達到30.89分鐘以上者，作為長時間組，該組學生人數為54名；上網學習時間低于30.89分鐘者為短時間組的，該組學生人數為48名。總學習時間對學習成績的影響，成績統計如表５所示。
　　統計發現：長時間組學生的學習成績高于短時間組的學生。
　　進一步推論造成學習成績差異的原因有以下兩點：
　　◎一般的教學有時間上的限制，且多采用單項傳輸知識，學生被動接受知識，教師不能實時有效地改變或修正學生的錯誤。本系統中，學習時間的長短由學生自由控制，通過網頁呈現層級次序的設計與安排，可提供給學習基礎較差的學生去建構完成較為完整的基礎認知程序。對于基礎知識掌握程度較差的學生來說，經本系統診斷性評估發現錯誤或不足時，系統會自動給予反饋，并建議進一步學習補救的內容。低分組的學生因常常必須進入補救教學，因此需要花費較長的時間來學習。
　　◎多數低分組學生進入補救教學結束之后，同樣要繼續進行測試，而這些測試的內容也是終測的重點范圍，因與終測的內容相關性較高，故多數低分組長時間學習的學生可能較有利于在終測中有所表現。
　　
　　
　　 結論
　　
　　經過精心的設計與修正后，我們建立了一個有機分子的空間結構建構式網站，從102位學生學習后的數據分析結果中得到以下三個結論。
　　◎前測及終測的成績有明顯差異，性別沒有影響。
　　◎前測分數較低的學生，前、終測成績平均進步會高于高分組的學生。
　　◎長時間學習組學習成績進步會高于短時間組。
　　化學課程的學習困難，常常是因為學生在尚未確實了解學習教材的基礎知識以前，就進入深一層內容知識的學習，或是教材內容所含的內容未能與學生的先備知識相配。為了讓教師能夠真正了解學生的學習狀況，本系統提供了學習歷程的記錄與補救教學。如此一個具有超級鏈接架構的教學情境，不僅能讓學生在教師的協助下掌握學習進度，進而適當地調整學習方法，更能因個別的差異，獲得教師不同的協助。如此一來，可讓教師輕易地了解班級里每位學生的學習進度與學習障礙，進一步對基礎較差的學生作重點輔導。
　　計算機輔助教學是教育中科技應用的重要工具，同時，計算機輔助教學亦將因為其本身的優勢而逐步成為教育科技中必然的主流。將建構式的教學融入計算機輔助教學環境之中，將更能呼應以學生為中心的學習理念。網絡學習環境不僅是在傳輸學習資源，使任何人在任何時間或地點都能學習，它更能彌補傳統課程教學情境之不足，讓學生能確實地融入學習情境之中。因此，如何善用網絡的特性，來建構一個可以提升學習成效的學習環境，并與傳統教學相輔相成，是教師與學生所期望的。