原子结构与电子组态基础化学课程於网路合作学习之成效研究

1、CHEMISTRY（THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI）December. 2003 Vol. 61, No. 4, pp.691699原子結構與電子組態基礎化學課程於網路合作學習之成效研究王凱平1 梁偉明212靜宜大學應用化學研究所、耕莘護專講師 靜宜大學應用化學研究所教授摘要：本研究旨在探討網路合作學習與傳統學習在基礎化學教學上學習成效提升之成果，並進一步分析學生的電腦焦慮及低層次、中層次、高層次學生的學習成就進步情形。除了量的分析之外，再以合作學習意見調查表做質的研究。首先與化學、教育及網站設計專家討論，設計出符合網路合作學習模式之化學學習網站。研究以索羅門四組

2、實驗設計之準實驗研究法進行，受試樣本為201位耕莘護專五專學生。研究所得的資料分別以平均數，標準差，t檢驗和變異數分析等統計方法進行資料分析處理，以探討學生在網路合作與傳統學習的差異情形。關鍵字：合作學習、網路教學環境、原子結構與電子組態前 言研究者在進行教學時，發現學生不同的起點行為，導致學習氣氛及學習成效不佳，而坊間教材難易度不一，無法適應學生的需求。至於每週只有兩節化學課而言，對老師的教學成效是相當有限的。曾志朗1指出教師要加強個人電腦的操作能力、把教材裡的知識系統結構化，利用心智模式的概念把它們灌進教學軟體中，使學生能夠利用網路上的多媒體資訊，發生主動學習的功效。電腦輔助教學是教育中科

3、技應用的一部份，同時電腦輔助教學的地位亦將乘著其本身的優勢成為教育科技中必然的主流。根據資策會對台灣上網人數的調查指出，91年11月份止，台灣的上網人數已經超過七百萬人，而寬頻網路的用戶也高達七十七萬人。這項數據帶給我們什麼意義呢？不僅是表面上的網路人口增加2，更具體的說，應該是網路已經像電視媒體一樣，逐漸深入每個人的生活當中，人們除了利用網路來傳遞訊息外，更讓不少人藉由網路來達到學習的目的。在網路上，教材及教學活動可彈性設計，以滿足同學個別的需求，這也就是為研究者選擇以網路來開發教材的原因。為了減少其他變因對研究結果的影響，研究者以自己所教的四個班級為研究對象，根據實驗設計將教材內容、教學進

4、度、學習模式控制在適當的條件下。此外也對學生程度進行同質性考驗，發現四班學生之間自然科入學成績均接近；在教學過程中隨時注意學生的反應，692 中華民國九十二年第六十一卷第四期以降低班級氣氛對學習成效的影響。西方早在1920及1930年代就有許多學者提出合作學習方式來學習，而1980年初期開始也有越來越多的研究顯示，以一個小組的方式共同學習，學習者在小組中所扮演的角色將有助於提高整個小組的學習成效以及彼此競爭的心理3。基於這樣的理由，研究者嘗試在課程教學設計上導入網路合作學習，藉由網路多媒體的特性，提升學習動機及學習成效。本研究目的有二：(1)探討學生的化學學習成就是否會因不同能力及不同教學法而

5、有所差異。(2)探討學生對網路合作學習的看法及其反應情形。文獻探討網路教學的理論網路教學的理論包含建構主義及情境認知理論。建構學習論者認為學習是一種知識建構的認知過程，學習者根據自己的舊經驗與外界事物互動以建構知識，學生是學習的主體。在網路教學中，教師不再是知識唯一的提供者，學生的學習內容不再侷限於課程教材；學生可以從全球資訊網來獲得所需的知識。情境學習強調學習的發生乃是學習者與學習情境間持續不斷的互動歷程，學習者藉由與情境之間的互動來詮釋所學的知識。在網路學習時，經由情境設計的網頁所提供的視覺刺激能幫助學習者易於記憶並運用於日常生活中。因此坊間有許多英語互動教學的網站協助想要學習的社會人士。

6、合作學習合作學習的定義有很多，威爾斯（Wills）定義為一種教學策略，在這教學策略裡，教師在授課後將學生進行小組分組，而學生們分別在小組裡一起學習，以達成個人績效和小組目標4。Slavin 5認為合作學習是一種有系統、有結構的教學方法。在合作學習中，教師將不同能力、性別、種族、背景的學生4-6人分配至同一小組學習，它能適用於大部分學科和不同年級。Chiu等人7認為一個有效的合作學習活動或系統的發展應該滿足以下五大要素：(1)合作群組結構：本研究根據同學自然科入學成績進行異質性分組，對於合作學習組的同學平均每組人數6-7人。(2)合作任務結構：任務設計可分為分工或協作（共同完成），本研究採用分工

7、方式的合作學習，由同學一起上網學習。(3)合作誘因結構：為了提升學習動機，研究者將學習者發表次數作為加分的依據。(4)個人權責：在小組間分配每個人的職責，例如：組長、記錄員、觀察員等。(5)合作環境結構：每一組都有獨立的小組討論區，組員可以在小組內進行發言及討論。此外也有公共討論區，提供全班同學一起分享及交換資料或心得。 綜合以上說明，合作學習是一個有系統、有結構的教學方法，透過異質分組的方式組合不同能力、性別、種族背景的學生為學習小組，每個成員擔任個別與共同的責任，成員之間有相互的正向依賴關係，透過團體互動的歷程，一起學習，彼此協助，以達成個人及團體的共同目標6。研究方法本研究以原子結構及電

8、子組態單元網路學習為研究主體。研究對象為耕莘護專護理科五專一年級學生，該校為女校，故無性別差異之考量。採用準實驗研究法（quasi experimental research），研究者以任教的四個班級做研究，有效樣本共計201名；將四班受試者分配至實驗組及對照組，其中實驗組學生為101名，控制組學生為100名。實驗組進行網路合作學習、對照組進行傳統學習，實驗組每班各分為8組，每組67人，分組的原則採異質性分組。在研究實施前，為了解學生的先備知識，於實驗教學前進行前測，並於網路學習後，隔週再實施後測，實驗期間共歷經四週。以了解學生的學習成效與其他教學法的差異；並藉此了解應用網路合作學習對學習化學

9、之可行性。本研究實驗的主要架構如圖一所示。圖一 研究架構中華民國九十二年第六十一卷第四期 693本研究的自變項為學習模式，分別為接受網路合作學習的實驗組與接受傳統學習的控制組；而依變項為：化學之學習成效，學生得分愈高，表示其化學單元的學習成就愈佳。本研究採索羅門四組設計（Solomon four-group design）實驗組、控制組前後測設計，實驗組E1、控制組C1實施前測；實驗組學生進行網路合作學習，控制組學生進行傳統學習，四組均接受後測，再比較四組情形。設計有無前測的變項，可探討前測是否對後測有影響。其研究設計如下表一所示。表一 實驗的設計圖組別 前測 學習模式 教學期間 後測 實驗組

10、 E1 Y1 X1 Q Z1、Y2 實驗組 E2 X1 Q Z1、Y2 控制組 C1 Y1 Y2 控制組 C2Y2上表中各代號的意義，說明如下： X1：實驗組處理（網路合作學習），於教學前實施電腦焦慮問卷。 Y1：進行前測的處理。Q：表示實驗教學期間對學生的晤談。Y2：實驗處理後實施的後測，即學習成就測驗。 Z1：實驗處理後實施的合作學習意見調查表。收集學習者其前、後測成績、電腦焦慮問卷、合作學習意見調查表與學習過程紀錄進行資料的建檔，再以SPSS 10.0統計軟體進行資料的分析與統計。研究工具一、電腦焦慮量表 (一)問卷內容本量表修改自吳明隆8的電腦態度量表，旨在了解學生電腦態度傾向。量表共

11、36題，包括電腦應用（教育及日常上的應用）、電腦喜愛、信心態度及工作取向等四個向度，經修正後計20題。 (二)編製過程本量表使用李克氏（Likert）的總加量表的方式，根據其同意程度分為五點量表，分別為非常同意、同意、沒意見、不同意、非常不同意五個程度。評分的方法是將正向題目依5、4、3、2、1給分；反向題則相反計分，將所有題目的分數總加起來，即為個人對電腦信心的分數，分數越高，表示信心越高。 (三)實施過程本量表採用團體施測之方式，進行時間約十五分鐘，施測皆由研究者擔任。 (四)信度與效度 1.信度經預試信度分析摘要如表二，總量表信度之 =0.9181，表示本問卷具有良好的信度。表二 電腦焦

12、慮問卷信度分析摘要表向 度 題數 值 電腦應用 6 0.8859 電腦喜愛 5 0.8308 信心態度 5 0.9190 工作取向 4 0.8915 合 計 200.91812.專家效度本量表之修訂過程經由四位大專院校教師審定，其中包含一位化學教授、一位教育領域的教師及兩位化學教師，審查題目及各向度之問題是否符合其概念所編製完成。 二、原子結構及電子組態成就測驗測驗的內容是依據華格那出版（2002）之化學10，以原子結構及電子組態單元的學習目標所設計的題目。成就測驗的前後測題目難易度類似，旨在測出學生進步的情形，其題型為選擇題十五題，問答題一題，後測題目如附錄一所示。 三、教材內容本教材設計依

13、據華格那出版社的化學10內容為基礎，進行網頁教材設計。實驗組和對照組的教學內容都一樣，唯一差異是實驗組融入電腦輔助教學，在時間安排上稍做改變。其教材內容、教學目標、學習活動、課程互動及學習特色如表三所示。 四、教學網站本研究以ASP及HTML自行開發一套網路合作學習系統，使用者只需要使用一般瀏覽器就可以登入並操694 中華民國九十二年第六十一卷第四期作該系統，教學網頁如圖二所示。五.合作學習意見調查表在質的方面，以課後訪談為主，輔以合作學習意見調查表來了解學生的學習狀況。本問卷參考黃政傑之合作學習意見調查表9。表三 網路教學進行內容 項目原子結構與電子組態1.原子結構。2.原子序與週期表。 3

14、.典型元素。教材 4.元素的週期性。內容5.電子組態與週期表。 6.元素的電子組態。 7.量子數與原子軌域。 8.原子的電子模型。 9.元素的放射光譜。1.認識原子的組成與各粒子的電性及其質量。 2.能計算各原子或離子的質量數、質子數、中子數與電子數。3.瞭解同位素的意義。4.認識元素的週期性及週期表與各元素特性的關聯。5.明瞭鹼金屬、鹼土金屬、鹵素族及鈍氣的特性。 教學 6.由電磁輻射的能量轉換及元素的放射光譜，瞭目標解原子的電子結構。7.由電子兼具粒子與波動的雙重性質的量子理論說明：電子在原子內有一定的機率分佈，稱為電子軌域，且具有特定的能量與形狀。8.瞭解當多電子原子的電子數愈多時，其原

15、子軌域愈複雜。9.元素的化學性質完全由原子的電子結構（組態）所決定。學習1.教學時間：12節。 活動2.20-25分鐘由老師講解課程內容。 3.25-30分鐘學生在討論區中進行討論。 課程 1.利用線上討論即時與教師和同學討論。 互動 2.使用議題或意見發表提出問題。1.同學可於任何時間、地點上網複習課程內容。 學習 2.除了人機互動外，再加上人與人的互動，提高特色 合作學習成效。3.跨時空與跨平台的使用，減少學習障礙。圖二 化學網站首頁研究結果與討論研究對象的起始行為為了確定未進行實驗處理前，兩組學生在化學程度上有一致性，先以單因子變異數分析來檢定學生的自然科入學成績。經單因子變異數分析考驗

16、，自然科入學成績之F值為1.200，未達.05顯著差異，顯示實驗組和控制組的入學成績並無差異，可視為同質，如表四所示。表四 自然成績之單因子變異數分析表 變異來源 SS df MS F 組間 42.759 1 42.759 1.200 組內 7088.922 199 35.622 全體7131.682200(SS = Sum of Square離均差平方和；df = degree of freedom自由度；MS=Mean of Square平均平方和；F= F value )根據入學成績分析其化學能力為高層次、中層次和低層次三種，關於各組高、中、低層次的學生分佈如 表五所示，從表五可以發現這

17、四組同學的平均入學成績均相似，表示四組同學的同質性很高。中華民國九十二年第六十一卷第四期 695表五 研究樣本成績分析表化學能力自然科組別全體 高層次中層次低層次人數 人數(30人數(20人數(低成績總分以上) 29分) 於20分平均 實驗組 E1 49 16 22 11 25.96 實驗組 E2 52 13 35 4 26.52 控制組 C1 51 17 31 3 27.41 控制組 C2491626726.92實驗組同學的電腦焦慮情形為明瞭實驗組同學對電腦焦慮的態度反應，以下即根據問卷加以比較、分析：(1)本問卷第一到第六題是同一類型的反向題目，從同學平均分數3.044.02分來看，顯示學

18、生普遍對電腦不熟悉而且有排斥感，表示女性同學對電腦較不擅長。 (2)本問卷第七到第十一題是同一類型的正向題目，從同學平均分數2.673.40分來看，顯示學生普遍對學習電腦信心不足，也不願意多花時間學習。(3)本問卷第十二到第十六題是同一類型的正向題目，從同學平均分數3.674.11分來看，顯示學生普遍認同電腦對學習很重要。(4)本問卷第十七到第二十題是同一類型的正向題目，從同學平均分數3.854.30分來看，顯示學生認同電腦對未來生活及工作上都有幫助。有前測同學之化學學習成效影響本研究在實驗處理前，選取實驗組與控制組各一班（E1、C1）進行評量，實驗處理後又對實驗組及控制組進行後測。學生在此測

19、驗之平均數與標準差，如表六、七所示。表六 化學前後測之總分平均數與標準差表七 不同化學能力學生在後測成績之平均數與標準差為了探討學生在經過教學之後，其化學學習情形是否有改變，因此根據實施前測的兩組分別進行相依樣本t考驗，以瞭解學生在經過教學之後，其化學學習是否因教學而產生改變，結果發現實驗組的t.95(49)=11.31，達.05的顯著差異，而控制組的t.95(51)=2.11，亦達.05的顯著差異，顯示兩組學生在經過教學後，其化學學習均有顯著差異，如表八所示。表八 實施前測的兩組學生化學學習前後測t檢定 組別 平均數 標準差 自由度 t檢定 顯著性 實驗組 36.55 22.63 48 11

20、.31 .000 控制組 827.13502.11.040不同教學法對學習成效之影響為了更進一步瞭解教學法和前測經驗之間對於實驗處理結果的關係，進行二因子變異數分析，將後測視為依變項，教學法與前測經驗視為自變項，以瞭解前測經驗、教學法與實驗處理的交互作用之間的相互關係，如表九所示。研究發現：教學法的F.95(1,197) =35.481，達.05的顯著差異，顯示實驗組和控制組在不同的教學法之後，其化學學習有顯著的不同。考慮前測對實驗處理所造成的影響則發現F.95(1,197)=13.491，達顯著差異，顯示前測經驗對後測成績造成影響。至於前測與教學法的交互作用上，F=.135，未達顯著差異，顯

21、示前測與教學法並未產生交互作用。為了進一步探討不同教學法對高、中、低化學能力學生在後測成績之差異情形，因此以高、中、低學生為對象，以前測經驗和教學法為自變項，後測成績為依變項，進行二因子變異數分析，其結果如表十所示。696 中華民國九十二年第六十一卷第四期由表中可以發現：不同教學法對於高、中化學能力學生有明顯正向效果。而前測經驗對後測的影響，只有低化學能力學生達顯著差異；至於前測經驗與教學法的交互作用則未達顯著差異。表九 學生在化學測驗之二因子變異數分析表 變異來源 SS df MSF前測 8783.576 1 8783.576 13.491* 教學法 23100.412 1 23100.41

22、2 35.481* 前測×教學法88.127188.127.135 誤差 128260.442 197 128260.442全體201*表示p.05表十 不同化學能力學生在後測之二因子變異數分析組別 變異來源 SS df MS F 顯著性高前測 1713.6 1 1713.6 2.868 層教學法 4397.5051 4397.5057.36 .03* 次 前測×教學法 1558.7101 1558.710 2.609 誤差 34655.576 58 597.510中前測 5255.853 1 5255.853 8.612 層教學法 20653.870 1 20653.87

23、0 33.841 .004*次 前測×教學法241.664 1 241.664.396誤差 67135.853 110 610.326低前測 4090.924 1 4090.924 6.846 .016*層教學法 68.524 1 68.524 .115 次前測×教學法236.8411236.841.396 誤差12549.641 21 597.602*表示p.05實驗組學生對網路合作學習之反應在實驗結束後對實驗組進行合作學習意見調查，題目共有十題，除了前三題為選擇題之外，其餘皆是開放式問答題。(1)第一題我比較喜歡的學習方式，同學選擇合作學習有54人，傳統學習有47人。兩

24、者相差不大，探究其原因可能是施測時間僅有四週的時間，同學還沒完全適應新的學習方式。(2)第二題在學習中，我比較喜歡哪一種競爭方式？選擇自己和別人競爭與小組和小組競爭的人數分別有31人，選擇不競爭有29人。在這三種選項中人數相當平均。(3)第三題在教學過程中，我比較喜歡哪個活動？(可複選)，大部分同學仍認為老師講解很重要，其次是小組討論，學生較不喜歡小組測驗這個項目，對於表揚方面，選的人不多，可能是學生們認為對學習幫助不大。 (4)第四題我在小組學習中，培養了哪些技巧？同學舉出：(a)學習和他人一起完成作業。(b)瞭解自己的錯誤。(c)培養溝通討論的的技巧。(d)訓練自己思考。(e)培養團隊精神

25、。(5)第五題在小組學習中我喜歡同學有什麼行為表現？同學列出：(a)大家能互相教學。(b)會主動上學校的網站。(c)有多方面的溝通(d)認真的回答題目。(e)會說出自己的看法。(6)第六題在小組學習中我不喜歡同學有什麼行為表現？同學認為(a)上網聊天。(b)互相推辭。(c)抄別人的答案。(d)不參與討論。(e)不幫忙。(7)第七題我認為合作學習的優點是？同學認為(a)知道自己不會的地方在哪裡。(b)學習溝通。(c)容易和同學互動。(d)一起解決問題。(e)學習印象比較深刻。 (8)第八題我認為合作學習的缺點是？同學的意見包括：(a)同組的同學沒有合作精神。(b)沒有挑戰性。(c)工作份量不同，

26、分數卻一樣，覺得不公平。(d)有點麻煩。(e)上課會比較吵。(9)第九題我認為和同學一起合作學習，對我的學習成績是不是有幫助？這題是選擇題，選是的同學有69位，不是的同學有38位，沒意見的同學有5位，顯示學生普遍認同合作學習。選擇是的理由包括：可以花比較少的時間學習、能互相表達自己的意見以及可以發現其他解題技巧。選擇不是的理由包括：會有依賴的想法而變得懶散、和同學討論會偏離主題以及上網時間不易配合。(10)第十題我認為合作學習的方式可以稍微改變，改變的方式：同學提出許多建議如下：(a)每一組的作業都不同，可以避免作業抄襲。(b)多舉例題給大家練習。(c)播放相關的影片。(d)可否自己分組這樣比

27、較有默契。(e)可否做書面報告。(f)每一組人數不要多於四人。中華民國九十二年第六十一卷第四期 697結 論影響網路合作學習之因素很多，包括網站內容、連線品質、師生互動性等，本研究的結論為：(1)該校護專一年級女生普遍對電腦有焦慮感。從問卷中發現：雖然也有部分女同學很喜歡使用電腦，但大部分的同學還是對電腦不熟悉。(2)女性同學普遍而言不喜歡異質性分組，從同學的訪談中得知同學之間會有小團體，要與其他同學培養默契不太容易。(3)上網時間影響學習效果。由於五專一年級必須住校，學生的活動時間不多，再加上晚上只開放一間電腦教室，無法讓學生充分上網討論，有時必須利用假日；有些同學家裡無法上網等，種種的不方

28、便會減低其學習動機。(4)研究結果顯示網路合作學習與傳統學習都有顯著性的學習成效，但網路合作學習組學生的平均成績高於傳統教學組學生。(5)實驗組和控制組在不同的教學法之後，其化學學習有顯著的不同。考慮前測對實驗處理所造成的影響，達顯著差異，顯示前測經驗對後測成績造成影響。 (6)在實驗教學後，不同教學法對於高、中化學能力學生有明顯正向地效果。而前測經驗對後測的影響，只有低化學能力學生達顯著差異。(7)大多數實驗組學生對網路合作學習多持正面肯定的態度。致 謝參考資料1.曾志朗 資訊網路對教育現代化的影響，科技報導。1997，185期，2-4。2.ccat IIS深入探討-檔案傳輸伺服器的建構，P

29、C2000。1997，337-341。3.梁朝雲 以全球資訊網為基礎的遠具學習環境簡介LEAD前導計畫的研發現況，教學科技與媒體。1997，34期，28-41。4.李怡慧 網路教學環境上群體合作學習分組方式之探討。國立中山大學資訊管理研究所碩士論文，2000。 5.Slavin,R.E. Synthesis of Research on cooperative learning, Educational Leadership, 1990, 48(2),71-82. 6.黃建瑜 國中理化教師是行合作學習之行動研究。國立高雄師範大學科學教育研究所碩士論文，1999。 7.王淑如、王裕德 教學新策略

30、網路合作學習，台灣教育。2001，603，33-39。8.吳明隆 國小學生數學學習行為與其電腦焦慮、電腦態度關係之研究。國立高雄師範大學教育研究所博士論文，1997。9.黃政傑 台灣省高級職業學校合作學習教學法實驗研究，國立台灣師範大學教育研究中心專題研究成果報告，2002。10.王凱平等著 化學。出版：華格那企業有限公司，2002。台中。698 中華民國九十二年第六十一卷第四期附錄一、原子結構與電子組態（後測）一、選擇題（90%）題 目1.（ ） 拉塞福用粒子撞擊金箔實驗，結果測出？(1)粒子之電荷 (2)原子質量 (3)e/m 數值 (4)原子核的存在 2.（ ） 週期表中共有多少週期？(

31、1)8 (2)5 (3)6 (4)7 3.（ ） 下列敘述何者錯誤？ (1)原子質量集中於原子核 (2)原子核佔有原子大部分體積 (3)原子序=質子數 (4)中性原子的電子數=質子數 4.（ ） 對於非電中性的原子，其原子序等於 (1)質量數 (2)質子數 (3)中子數 (4)電子數 5.（ ） 原子最外層軌域的電子，稱為？(1)外電子 (2)價電子 (3)自由電子 (4)游離電子6.（ ） 目前所有的元素中，最簡單的原子，其中含有的質子數、中子數、電子數分別為 (1)1、1、0 (2) 1、0、0 (3)0 、1、1 (4) 1、0、17.（ ） 下列哪一族的元素在形成離子時通常為正二價？碳

32、族 (1)鹼金屬 (2)鹼土金屬 (3)鋁族 (4)8.（ ） 除了He以外，鈍氣最外層的電子組態為？ (1) s2p3 (2) s2p4 (3) s2p5 (4) s2p69.（ ） 每一電子層所能容納之最多電子數為？ (1)2n (2)4n (3)n2 (4)2n2 10.（ ） 下列元素，一何者的電子組態為1s22s22p63s23p5？ (1)Cl (2)O (3)N (4)F 11.（ ） 下列何者能階最高？(1)7s (2)6p (3)5d (4)4f 12.（ ） 下列原子軌域距原子核能量大小為？(1)3p>4s>3d>4p (2)3p<3d<4s&

33、lt;4p (3)3d<3p<4s<4p (4)3p<4s<3d<4p13.（ ） 氫原子電子的能階由n=5到n=3能量為？(1)放出 (2)吸收 (3)相等22s22p63s23p4 14.（ ） 硫(原子序16)的電子組態為 (1)1s22s22p43s23p24s4 (2)1s21p62s22p6 (3)1s22s22p43s23p6 (4)1s 2415.（ ） 電子組態為He2s2p則價電子數為 (1)4 (2)2 (3)-2 (4)6二、問答題(10%) 1.請說明半填滿和全填滿對電子組態的意義，並以24Cr解釋。中華民國九十二年第六十一卷第四期 699Study of Learning Effect in Atomic Structureand Electron Configuration ThroughWeb-Based Collaborated Learning*Kai-Ping Wanga,b and David Woei-Ming LiangbaAbstractThe purpose of this study was primarily to examine the improvement