高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 · 高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 67 國立臺北教育大學學報，第19 卷第1

高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 67國立臺北教育大學學報，第 19 卷第 1 期(95 年 3 月)67～94國立臺北教育大學

高中生細胞膜生理現象概念改變教學

之發展研究

盧秀琴、林玟均∗

摘要本研究主要在探討高中生物個案教師的教學策略，高中生學習「細胞膜生理

現象」時具有的另有概念，並以概念改變模式作為理論依據，以 5E 學習環教學策略當作主要的教學策略，設計「細胞膜生理現象」概念改變教學活動，採用準

實驗研究法進行高二學生的教學實驗，並分析其教學成效。研究結果發現高中生物個案教師的教學策略主要為一般講述教學，根據學生

具有細胞膜生理現象的另有概念，設計六個概念改變教學活動進行教學。經由資

料分析發現，接受概念改變教學的實驗組學生，獲得細胞膜生理現象的概念認知

顯著優於接受一般講述教學的對照組學生（t =2.373，p

國立臺北教育大學學報，第 19 卷第 1 期 68 國立臺北教育大學學報，第 19 卷第 1 期(95 年 3 月)67～94國立臺北教育大學

高中生細胞膜生理現象概念改變教學

之發展研究

盧秀琴、林玟均∗

壹、前言

一、研究的理念和重要性

細胞是組成生物體的最小單位，所有的生物都是由細胞所構成的；我國國小

課程利用顯微鏡觀察細胞，國中課程介紹細胞和簡單的擴散與滲透作用，高中生

命科學課程更詳細介紹細胞的構造與細胞膜的生理現象，可見很多生物學者和教

育專家都認為「細胞」是學習生物課程的入門，也是研究生物的一項先備知識與

技能（Campbell & Reece, 2003）。高中「細胞膜生理現象」課程介紹物質進出細胞膜的方式，主要有擴散、滲透作用和主動運輸，而研究指出，不管如何教學生

擴散和滲透的概念，大學生與高中學生具有同樣多的另有概念（Marek, Cowan, & Cavallo, 1994; Westbrook & Marek, l991）。學生建構生物概念會產生困難主要是因為學生需要整合多方面的知識，如學生在學習細胞膜的生理現象時，必須整合

細胞膜的構造特性、各種物質分子的特性與運動性、高低張溶液的定義和相關性，

才能說明各種物質分子如何進出細胞膜（Pearsall, Skipper, & Mintzes, 1997; Westbrook & Marek, l991; Marek, Cowan, & Cavallo, 1994）。

Stepans（1991）認為學生持有另有概念的可能來源有六個方面，其中有三方面和教師的教學策略有關，即教師過分強調講述法、只要教就馬上能學到的假設

和教師缺乏對於學生的另有概念察覺與興趣；可見教師的教學策略對於學生的學

習影響很大。盧秀琴（2004）探討中小學教師不同的教學策略，如何影響我國中小學學生產生細胞與生理現象的另有概念；發現若教師認為只要依照教科書教

∗ 盧秀琴：國立臺北教育大學自然科學教育學系教授林玟均：臺北市立松山國民小學教師

高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 69

學，讓學生感覺有興趣學習即可，不在乎學生的學習成效，將造成學生嘗試錯誤

的學習；若教師多以講述法闡釋細胞與細胞膜生理現象的概念，學生將無法理解

而產生以直覺、臆測和生活經驗回答問題的另有概念。 Odom and Barrow（1995）曾發展擴散與滲透作用診斷測驗（Diffusion and

Osmosis Diagnostic Test, 簡稱 DODT），用來診斷美國大學生對於擴散與滲透作用的概念認知。Odem and Kelly（2001）曾利用 DODT 測試美國的高中生，分析其擴散與滲透作用的認知概念；盧秀琴、童禕珊（2003）也利用 DODT 來診斷我國大台北地區高中生的細胞膜生理現象概念認知；表示 DODT 也適合做為高中生的診斷測驗，探討高中生在學習細胞膜生理現象時，可能產生的另有概念。曾千

虹、耿正屏（1993）的研究，顯示學生具有「細胞內的物質往外移動的現象稱為擴散，而細胞外的物質往內移動的現象稱為滲透」的另有概念。Marek, et al.（1994）的研究，發現僅有 18.0%的高中學生真正了解擴散，而高達 62.5%的學生對擴散和滲透現象產生另有概念。

由此可知，雖然「細胞膜生理現象」課程是生物學的入門之鑰，但許多高中

生對此課程的學習產生困難，若能建議教師使用更適當的教學策略，或者研究此

課程的概念改變教學活動當作補救教學，將能幫助高中生的學習。有鑑於此，本

研究將探討生物個案教師的教學策略和高中生具有的細胞膜生理現象之另有概

念，藉此尋找概念改變教學的理論依據和教學法，設計「細胞膜生理現象」概念

改變教學活動並進行教學，探討其成效為何？希望能應用「細胞膜生理現象」概

念改變教學活動去幫助高中生的學習，提供給高中教師應用於細胞膜生理現象相

關課程的教學中，讓學生獲得更多正確的生物概念。

二、研究的目的

本研究係探討個案教師教學「細胞膜生理現象」的教學策略，教學後，高中

生具有的另有概念，藉此尋找概念改變教學的理論依據和教學法，設計「細胞膜

生理現象」概念改變教學活動並進行教學，探討其成效。因此，本研究探討下列

四個問題：1.高中生物個案教師使用的教學策略為何？傳遞哪些細胞膜生理現象的概念？2.高中生學習完「細胞膜生理現象」後，具有哪些另有概念？3.如何應用概念改變教學的理論依據和教學法，設計「細胞膜生理現象」概念改變教學活動？

4.「細胞膜生理現象」概念改變教學活動的實驗教學成效為何？

國立臺北教育大學學報，第 19 卷第 1 期 70

貳、文獻探討

一、學生概念改變的理論和教學策略探討

（一）學生概念改變的理論與模式根據 Chi（1992）本體論（ontology）觀點，認為另有概念的產生是由於概念

錯置在不適當的類別上，如果能將錯置的概念放回正確的位置時，便可產生概念

改變。Chi（1992）認為概念改變應分為本體類別內的概念改變與本體類別間的概念改變：1.本體類別內的概念改變是指發生在同一本體樹內上下概念的轉變，而無跨越不同的本體樹。即是同一類別內的概念歸屬改變，這種改變可視為信念的

修正（belief revision），大都是因缺乏知識或缺乏練習所致。此種形式的概念重組能夠解釋許多知識的獲得過程，如以增加、刪除、普遍化（generalization）和區分（discrimination）屬性的方式來改變概念結構，這些都僅屬於局部的變化。因此，Carey（1985）稱這些屬於校正部份和整體的關係者為弱重建（weak restructuring）；Keil（1984）則稱之為非根本（nonradical）的概念改變。2.本體類別間的概念改變是指概念從一本體樹遷徙（migrate）到另一本體樹，此種概念改變就是指個人改變概念所歸屬的本體論類別。Chi（1992）認為科學概念從一本體樹遷徙到另一個本體樹，這種類別間的轉移才能稱為根本的概念改變，若僅是

本體樹中的改變，只能說是一般信念的修正而已。本體類別間的概念改變，對學

習者而言是困難的，Chi（1992）認為學生無法了解科學概念並非因為這些概念是複雜、抽象的，而是學生原有素樸想法屬於「事件」，而「事件」基模和待學習

的基模彼此具有不相容性，因此個人要放棄原有的觀點或進行同化，是一項相當

困難的工作。 Posner, Strike, Hewson, and Gertzog（1982）提出概念改變模式（conceptual

change model, 簡稱 CCM），是為大家所熟悉的，此概念改變模式是根據 Kuhn（1962）和 Lakatos（1970）認識論的論證發展而成的（Duschl & Gitomer, 1991）；他們認為學習是一連串概念改變的過程，學生的概念在新的概念和新的發現交互

作用下發生改變，要產生概念改變需滿足以下四個條件：1.學習者必須對現有概念感到不滿意，感到自己的概念不具有功能性，否則是不會改變他們用以思考的

概念；2.新的概念必須是可以理解的（intelligible），個體才可能進行概念改變；3.新的概念必須是合理的（plausible），能與其他的概念相符合，與學習者過去的


學習經驗一致，並具有解決原來問題的能力，才能取代先前的另有概念；4.新的概念必須是有利的（fruitful），它不僅能解決現有的問題，且能提供未來探索的途徑及作為產生思考的工具。Thagard（1992）提出概念改變涉及概念組織的改變，概念組織是由種類和階層所組成，當一個概念系統被另一個概念系統組織所取

代，稱之為概念改變。Thagard（1992）利用樹轉換和分枝跳躍來探討概念改變的機制，即概念改變包含種類關係（kind-relation）與部份關係（part-relation）的改變；所謂「種類」是階層中較上位的概念，「部份」則是階層中較下位的概念。

（二）概念改變的教學策略探討 Posner et al.（1982）提出概念改變模式，認為產生概念改變的首要條件是學

習者必須對現有概念感到不滿意（dissatisfaction）；Strike and Posner（1985）提出在學生的概念生態中，有許多不同地位的概念，地位越高的概念則越容易被學

生提取使用，當原有的另有概念無法滿足學生的需求或解決原來問題時，其地位

便會降低，若新概念能成功解決問題，則新概念在概念生態的地位就可能改變，

在幾次成功的經驗後，新概念地位將會高於原有的概念，此即達到概念改變的教

學。依本研究的需要，提出幾種概念改變的教學策略做文獻探討。 Trowbridge and Bybee（1990）提出 5E 學習環教學策略，包含：1.參與

（engagement）：指整個教學活動設計能引起學生的興趣，讓學生樂意參與，從提出問題、定義問題和呈現所產生的矛盾等，引領出所要探討的問題方向。2.探索（exploration）：提供足夠的時間進行探索活動，或藉由不同的活動操作，自行建構出和科學家們或是教科書中所呈現的共同概念。3.解釋（explanation）：學生對自己的想法提出解釋，教師再以學生的想法為基礎，透過口頭、影片或教學

媒體，簡明扼要的介紹科學概念或過程技能。4.精緻化（elaboration）：學生建構出屬於個人的理解概念，能應用在新的情境問題中，獲得的科學知識和過程技能

可推展至日常生活中。5.評量（evaluation）：教師對學生理解的程度進行評量，並提供學生應用科學知識與過程技能的機會，也可讓學生作自我評量，使其更進

一步了解自己的學習情況。類比教學也常應用於概念改變教學中，Brown（1992）指出當學生具有迷思

概念時，單以支持性的例子說明原理和應用範圍可能是無效的，若協助學生加入

類比則比較能引導出學生的直覺，幫助他們重建新概念；郭人仲、徐順益和王國

華（1995）指出類比教學策略在教師面對抽象或困難概念時，常被應用以增進學生對概念的理解；綜合 Gentner（1989）和 Gentner and Toupin（1986）的說法，類比教學是讓學生透過聯想，把抽象的、未知的事物（研究對象）對比具體的、


熟悉的事物（類比對象），依據兩個對象之間存在某種類似或相似的關係，從已

知對象具有的某種性質去推論未知對象應具有相應的性質。但類比教學的成效卻

常因不同的研究者，使用的方法不同而有反對或持保留態度的，故如何設計出適

合研究使用的類比教學活動是重要的。本研究曾利用 Glynn（1991）發展出的類比教學模式（Teaching with Analogies Model, 簡稱 TWA），引導中小學教師如何有系統的設計中小學細胞相關課程的類比教學活動，幫助學生去理解並建構較為

抽象、複雜的的科學概念；使用的 TWA 模式包括六個教學步驟：1.介紹科學概念，2.喚起類比概念，3.辨認類比物特質，4.映射相似的特質，5.導出科學概念的結論，6.指出非類比之處（盧秀琴，2005a）。

綜上所述，符合概念改變模式（CCM）的四個條件說，即學生對現有的概念感到不滿意，而所學習的新概念是合理、可以理解的，並能解決現有的問題，就

能促使學生的概念在這些交互作用下發生改變；而 5E 學習環教學策略能提供學生參與、探索、解釋、精緻化和評量的學習歷程，使學生更瞭解自己的學習狀況。

因此，本研究將採用概念改變模式作為理論依據，以 5E 學習環教學策略為主，發展「細胞膜生理現象」的概念改變教學。

二、高中生學習「細胞膜生理現象」的相關研究

（一）高中生對於細胞膜生理現象的另有概念研究 Friedler, Amir, and Tamir（1987）對高中學生進行「滲透作用概念發展」研究，

歸納學生另有概念有：1.學生最常將滲透現象解釋為「一種朝平衡濃度的驅力」；2.很難利用「水分子濃度」的概念；3.很難了解「水分子保持移動的動態平衡」；4.很難了解滲透現象在植物生理中的關係；5.很難領悟溶液、溶劑、濃度及數量的關係；由晤談又發現：1.學生要對某一個現象或發生的過程解釋為什麼是非常困難的；2.不了解滲透與植物細胞的關係；3.學生不熟悉原生質離、膨壓、水勢和滲透壓等科學詞彙；4.多數學生認為要達到濃度平衡，是引起水移動的原因，即為目的論，故學生誤認為當達到濃度平衡時，水分子將停止移動。謝祥宏、耿正屏

和湯清二（1996）調查高中生的細胞膜生理現象另有概念主要有：1.擴散現象到分子均勻時，分子不再碰撞；2.細胞內的物質往外移動的現象，稱為擴散；3.水分子為了達到平衡，而有目的的滲透；4.除非半透膜兩邊的濃度相等，否則不會達到滲透平衡；5.在滲透平衡時，水分子停止穿過半透膜。6.不同量的水比不同濃度的水更能產生滲透；7.不明白主動運輸定義，誤認為缺氧時可透過主動運輸方式，加快氧氣的交換。盧秀琴和童禕珊（2003）利用 DODT 診斷測驗，施測並歸納我


國北部地區高二學生的另有概念有：1.認為分子的移動到兩個區域濃度相等時即停止；2.認為分子在液體狀態下呈現運動，在固體狀態下則靜止不動；3.無法理解高張和低張溶液的名詞定義，認為水會從高張溶液流向低張溶液；4.死細胞只能進行擴散作用，因為擴散作用為隨機的，滲透作用則為非隨機的；5.不了解等張溶液的定義，認為滲透會持續發生到兩邊的濃度相等為止；6.細胞外的食鹽水不會影響細胞中液胞的大小。Odem and Kelly（2001）發現美國高中生不了解滲透是「水分子透過一層半透膜的擴散」之概念，擴散和滲透的概念互相混淆。

（二）對於高中細胞膜生理現象的教學研究 Marek et al.（1994）的研究指出，若學生要全盤了解擴散概念，必須主動的

將想法與事實聯結才能形成概念，新概念的獲得要有意義，必須和舊有的知識產

生聯結。他們針對如何消除擴散迷思概念進行研究，認為採用探究、名詞引入及

概念應用等學習環的教學非常有效，由擴散作用的實驗觀察，去定義擴散是屬於

分子隨機碰撞，由濃度高移至濃度較低的地方，直到均勻分散之過程，最後為概

念應用階段，讓學生從事新的實驗，以建構新的科學概念，如滲透作用。謝祥宏

等人（1996）以高中生物課本有關細胞膜生理的內容（擴散、滲透、主動運輸、吞噬、胞飲的概念）進行概念分析，發展測量工具，施測及透過訪談，發掘學生

的迷思概念；並發展交互式多媒體教學系統（簡稱 IMI）指導學生復習細胞膜的生理現象，結果發現學生的學習效果顯著優於自行閱讀書面教材，IMI 對於滲透概念的學習幫助最大。Zuckerman（l994）使用解決問題的策略教導「滲透作用教學」，即學生裝置滲透實驗（長頸漏斗內裝有蔗糖溶液，外面的燒杯裝有純水），

進行觀察並畫出長頸漏斗中水的高度變化曲線（時間與高度的關係圖），教師採

用放聲思考（thinking aloud）的方式，鼓勵學生說出「水的高度變化曲線」的理由。結果發現學生繪製「水隨著時間上升的曲線圖」而發現滲透作用的物理原理，

能說明滲透作用是一種水分子隨機運動的結果而不是目的論，當滲透作用平衡

時，水分子進出膜兩邊的速率是相等的，當滲透作用的水進入狹窄的導管時，會

使植物產生膨壓。Odem and Kelly（2001）使用概念構圖、學習環、講述式教學法及綜合概念構圖與學習環等教學法對高中生進行「擴散和滲透」的教學，結果

發現「綜合概念構圖與學習環」實驗處理的學生，在教學結束及七週後接受 DODT測驗，其表現均優於講述式教學法的學生。

綜上所述，高中學生學習「細胞膜生理現象」時所呈現的另有概念，可藉由

課室觀察、學生訪談和二階層診斷測驗（DODT）整理而得；另外，藉由實驗教學設計、放聲思考、IMI 和綜合概念構圖與學習環的教學設計，都能有效改善學


生的另有概念；這些教學策略都將成為本研究設計「細胞膜生理現象」概念改變

教學的參考依據。

參、研究方法與流程

一、研究方法

本研究採用準實驗法進行研究，首先隨機進入個案教師所教的兩個班級作「細

胞膜生理現象」的課室觀察，了解個案教師之教學策略與學生之概念學習；再以

DODT 對個案教師所教的所有班級進行前測，整理學生的另有概念；並從這些班級中選取具備同質性的四個班（DODT 前測成績沒有差異），分為實驗組兩班和對照組兩班，實驗組學生施以「概念改變教學」，對照組學生施以「一般講述教

學」，時數相同都是六節課，完畢後以 DODT 和細胞膜生理現象學習成就測驗（Cell membrane Physiological Phenomenon Achievement Test, 簡稱 CPPA）進行後測，進行統計分析，目的在觀察學生的概念得分之變化；四週後進行延宕後測，進行統

計分析，目的在排除成熟效應的影響。並根據研究需要選擇個案學生、個案教師

進行訪談。蒐集所有量化資料、課室觀察和訪談資料進行分析，說明概念改變教

學的實施成效和可行性為何。

二、研究工具

（一）擴散與滲透作用診斷測驗（DODT） Odom and Barrow（1995）發展效化的擴散與滲透作用診斷測驗（DODT）為

二階層診斷測驗，目的在診斷高中生與大學生對於細胞擴散與滲透作用的認知概

念。DODT 共 12 題，內容包含：物質的粒子性和隨機運動、濃度和張力、生命力對滲透與擴散的影響、擴散的過程和滲透的過程等 5 個部分。雖然 DODT 是根據大學生物課程編製的，但 Odem and Kelly（2001）曾經利用 DODT 測試美國的高中生，分析其擴散與滲透作用的認知概念，表示 DODT 的測試內容也適合高中生的程度。DODT 已建立內容效度，其折半信度為 0.74、難度為 0.23~0.95、鑑別度為 0.21~0.65。DODT 由盧秀琴（2003）翻譯成中文後，請三位生物學者專家建立內容效度後，以 387 位高二學生施測，建立 DODT 的內部一致性信度為 0.81、難度為 0.25-0.92、鑑別度為 0.21-0.64。


（二）細胞膜生理現象學習成就測驗（CPPA）本研究小組根據高中「細胞膜生理現象」之範圍、內容及學生具有的另有概

念進行分析與討論，先編製命題知識陳述，再發展成本測驗卷，目的在探討高中

生在經過細胞膜生理現象概念改變教學後，其正確概念的獲得情形。本測驗共 41題，都是單選題，每題都有四個選項；測驗卷內容包含：細胞膜的構造與特性、

物質的粒子性與隨機運動、濃度與張力、擴散的過程、滲透的過程和生命力對擴

散與滲透的影響等六個主題。本測驗卷已建立表面和內容效度，並隨機取樣大臺

北地區 587 位高二學生施測，建立內部一致性 Cronbach α 值為 0.84，難度介於0.31~0.89，鑑別度介於 0.12~0.65 之間，為一份有效的學習成就測驗；DODT 和CPPA 彼此可解釋的變異量為 89.7%~94.9%，為高度相關（盧秀琴，2005b）。

三、研究對象

本研究對象為任教於臺北縣的 A 個案教師和臺北市的 B 個案教師，先隨機挑選兩位個案教師所教的某個班級作「細胞膜生理現象」的課室觀察，兩位個案教

師在教完高二班級「細胞膜生理現象」後，所有被教的班級接受 DODT 測驗，根據施測結果選擇同質性的四個班級，當做實驗組與對照組；臺北市和台北縣各一

班當作實驗組，共 76 名學生，台北縣的這一班剛好是課室觀察的班級；臺北市和台北縣各一班當作對照組，共 80 名學生，台北市的這一班剛好是課室觀察的班級。兩位個案教師平時和學生互動良好，上生物課的學習氣氛頗佳。在選取學校

時，研究者因地域之便做選擇，因此本研究如欲推論到大台北地區以外的學生，

必須十分審慎。

四、資料之蒐集與分析

量化資料：包括 DODT 前測、DODT、CPPA 後測和延宕後測資料，爲探討實驗教學前後，學生另有概念的變化情形和學習成就得分是否具有顯著差異，以

t 考驗做統計分析，並利用實驗效果量（Effect Size，簡稱 ES），即實驗組平均分數減掉對照組平均分數再除於對照組的標準差，所得數據查表就可以知道實驗效

果的成效為何。質性資料：包括課室觀察、DODT、CPPA 答題分析、概念改變教學的學習單、

評量單、分組討論和學生與教師的半結構訪談等資料，本研究將所有資料彙整後，

以詮釋性方式呈現，以了解個案教師的教學策略、學生對於細胞膜生理現象的另

有概念和學生在概念改變教學中的學習反應分析。


肆、研究結果與討論

本研究首先根據兩個班級的「細胞膜生理現象」教學課室觀察和 DODT 測驗結果，說明個案教師的教學策略和學生呈現的另有概念；然後根據學生的另有概

念設計概念改變教學活動，在實驗組進行此教學；最後，以 DODT、CPPA 和訪談資料，說明概念改變教學的實施成效和可行性為何。本研究結果分項說明如下：

一、個案班級「細胞膜生理現象」的教學策略和學生另有概念分

析

（一）個案教師「細胞膜生理現象」的教學策略分析高二「細胞膜生理現象」課程包含：細胞膜的構造與特性、擴散作用、主動

運輸、滲透作用和膨壓等。從課室觀察發現，A 個案教師多半以講述的方式配合課本圖片來說明細胞膜生理現象的概念，再定義科學詞彙，依照課程的需要，應

用舉例和類比教學加強學生建立概念，最後提問學生是否已學會此概念。B 個案教師之教學策略和 A 個案教師相似，也是以講述法配合類比教學在傳遞科學概念，同樣提問學生是否已獲得科學概念，但 B 個案教師會大量使用教學媒體作輔助教學，而 A 個案教師只用課本圖片做輔助。綜合兩位個案教師的教學策略、舉隅說明和傳遞的科學概念，列舉整理如表 1 所示。

表 1 個案教師「細胞膜生理現象」的教學策略和傳遞科學概念說明

教學策略舉隅說明傳遞科學概念的說明 1.講述法細胞膜是由磷脂、蛋白質和少量

的醣類、膽固醇所組成；磷脂排列

成雙層結構，稱為脂雙層，蛋白質

則鑲嵌於其中，有些為通道蛋白，

有些為攜帶蛋白，作為特定物質進

出的管道。

1.細胞膜由磷脂、蛋白質和少量的醣類、膽固醇所組成。

2.磷脂排列成雙層結構，稱為脂雙層，蛋白質鑲嵌於其中。

3.介紹各類膜蛋白的功能。

2.類比教學 1.磷脂的外形頭大大的，尾巴小小的，類似火柴棒。

2.細胞內有由膜所構成的膜狀胞器，膜將胞器一個一個隔絕開來，

就像一個一個小的工廠。

1.磷脂具有大的頭狀物，和小的尾狀物。

2.細胞內的部份胞器由膜包被起來，形成獨立的單位。


教學策略舉隅說明傳遞科學概念的說明 3.定義科學詞彙

主動運輸是細胞藉著膜上的載

體，以消耗能量的方式，將物質由

低濃度往高濃度運送，或加速物質

由高濃度往低濃度運送。

1.主動運輸藉由細胞膜的載體進行。 2.將物質由低濃度往高濃度運送。 3.加速物質由高濃度往低濃度運送。 4.需要消耗能量。

4.實例介紹 1.植物的根從土壤吸收無機鹽類。 2.人類的甲狀腺、海帶都會利用主動運輸來吸收碘。

1.教師只有以實例介紹生物體內的主動運輸現象，但沒有解釋理由。

2.傳遞的科學概念都是記憶性的例子。

5.提問 1.醃泡菜時，是將菜放在高張溶液中，還是低張溶液中？

2.請學生判斷將紅血球置於高張、低張和等張溶液時，對細胞的形狀會

造成什麼影響？

1.學生的答案多樣化，教學者再進行解釋要放在高張溶液中。

2.學生的答案兩極化，教師再解釋紅血球在高張溶液會萎縮、在低張溶

液會膨脹。 6.教學媒體使用

1.教學者以多媒體動畫說明滲透作用為水分通過一層選擇性膜的擴

散作用。 2.教學者以多媒體動畫解釋 U 形管實驗說明滲透作用的原理。

1.細胞膜的內外有不同濃度的物質，物質無法穿透細胞膜孔洞。

2.水分通過細胞膜進行擴散作用，最後兩邊達到滲透壓平衡。

（二）高中生學習「細胞膜生理現象」後的另有概念分析根據課室觀察、課後的學生半結構訪談和 DODT 的施測結果，綜合整理高中

生學習「細胞膜生理現象」課程後，所呈現的另有概念，其結果如表 2 所示。

表 2 高中生學習「細胞膜生理現象」後產生的另有概念分析

課程主題學生產生另有概念的細目說明全部學生的比例分析依據

ㄧ、細胞膜的構造與特性

1.認為細胞膜是單層的磷脂構成的，而不是雙層的磷脂構成的。

2.認為細胞膜的磷脂是固定不會移動的。 3.認為細胞膜是磷脂和蛋白質交互構成的，不知道膜蛋白、糖蛋白和脂蛋白是鑲嵌在雙層的磷脂中。

4.認為膜蛋白的功能只有主動運輸，不具有其他的功能。

5.認為所有的膜蛋白都可貫穿細胞膜，不知道有表面膜蛋白。

6.認為只要分子夠小，像水、H+可以直接穿過細胞膜，不知道帶電荷離子無法直接通過脂雙層。

7.認為細胞膜可以讓部分物質進入細胞，但也會防止部分的物質離開細胞。

30.3%

73.7%

課室觀察

課室觀察半結構訪談

半結構訪談

半結構訪談

DODT 測驗課室觀察

DODT 測驗


課程主題學生產生另有概念的細目說明全部學生的比例分析依據

二、濃度、溶液、溶質與溶劑

1.認為溶劑也具有濃度，如 20%的食鹽水就會說成水的濃度是 80%。

2.無法正確算出重量百分比濃度，也無法正確定義重量百分比濃度。

3.分不清楚溶劑與溶液的定義，認為兩者一樣。

課室觀察

半結構訪談

半結構訪談三、擴散作用 1.認為增加兩區域間的濃度，擴散速率會增加，是

因為物質有向外散佈的趨勢。 2.物質在擴散過程中，分子的移動到兩個區域濃度相等時即停止移動。

3.認為在液體、氣體狀態下，分子永遠呈現運動，在固體狀態下分子則靜止不動。

4.少量物質放在水中，若不攪拌則會聚集於容器底部，放置很久時間也不會擴散至整杯溶液中。

27.5%

25.0%

38.2%

DODT 測驗

半結構訪談

DODT 測驗半結構訪談 DODT 測驗

四、膨壓 1.認為植物細胞不會產生膨壓，也不知道膨壓是如何產生的。

2.不知道草本植物是依賴膨壓而站立起來的。

半結構訪談課室觀察半結構訪談

五、滲透作用 1.無法定義滲透作用為水分子通過一選擇性膜的擴散作用

2.認為當細胞膜兩邊濃度相等時，分子就不再移動進出細胞膜。

3.無法定義高張、低張和等張溶液，認為溶液中所溶解的鹽較少為高張溶液，所溶解的鹽較多為低張溶液。

4.認為水會從高張溶液流向低張溶液。 5.不了解細胞放在高張溶液會產生滲透作用，也無法說明滲透作用的理由。

6.不了解等張的定義，認為滲透會持續發生到兩邊的濃度相等為止，除非半透膜兩邊的濃度相等，否則不會達到滲透平衡。

7.認為水會從高濃度水往低濃度水的地方移動。 8.認為死亡的植物細胞只能進行擴散作用，因為擴散作用為隨機作用，滲透作用則為非隨機作用。

9.認為死亡的細胞即失去所有的生理作用。 10.認為水蘊草細胞置於濃食鹽水中，液胞不會改

變，因為食鹽水不會影響液胞。 11.呈上題，認為細胞中的液胞將會變大，因為食

鹽會從細胞外進入液胞中。

46.1%

27.5% 39.5%

27.6% 13.8%

15.8%

半結構訪談課室觀察半結構訪談課室觀察半結構訪談

半結構訪談半結構訪談

DODT 測驗

DODT 測驗 DODT 測驗半結構訪談 DODT 測驗 DODT 測驗

DODT 測驗

六、主動運輸 1.認為主動運輸就是細胞主動吸收所需要的物質或主動排除不需要的物質。

2.認為細胞膜內外物質運輸方式靠主動運輸和簡單擴散作用兩種。

3.認為植物根部從土壤吸收礦物質是滲透作用，而非主動運輸。

課室觀察半結構訪談課室觀察半結構訪談半結構訪談


綜合上述結果可知，雖然兩位個案教師使用講述教學、類比教學、定義科學

詞彙、實例介紹、提問和媒體使用等多種教學策略進行「細胞膜生理現象」科學

概念的傳遞，但由於每個學生對於語言、文字、圖解和動畫的理解程度不同，因

此學生獲得的科學概念不如教師所預期的；經由課室觀察、半結構訪談和 DODT測驗整理的結果，發現學生在「細胞膜生理現象」仍有許多另有概念產生。其中

學生的擴散和滲透作用另有概念分析和謝詳宏等人（1996）、盧秀琴和童禕珊（2003）和 Friedler et al.（1987）的研究結果有許多相同的地方。

二、高中「細胞膜生理現象」概念改變教學活動之設計

表 3 「滲透的過程」之另有概念應用 5E 學習環教學策略進行概念改變教學活動設計

5E 學習環教師角色佐證資料參與

(engagement) 1.引起學生的回應，從中發現學生對概

念的認識與想法

1.教師詢問學生：如果將植物細胞置於濃度 1M蔗糖水溶液中一段時間，植物細胞中的液胞會

發生改變嗎？為什麼？ 2.學生進行討論，並嘗試建立假說。

探索

(exploration) 1.提出探討的問題，引導學生進行探究

1.教師準備鴨趾草葉、清水、1M 蔗糖水溶液、顯微鏡，引導學生設計實驗，進行鴨趾草葉下

表皮水埋玻片的顯微鏡觀察。

解釋

(explanation) 1.要求學生提出證據與澄清

2.鼓勵學生用自己的話語來解釋概念

1.比較浸漬在清水、1M 蔗糖水的鴨趾草葉下表皮細胞的液胞，有什麼不同？

2 引導學生根據實驗觀察的結果，檢驗自己的假說是否成立？並且嘗試解釋假說成立或不成

立的理由。

精緻化

(elaboration) 1.鼓勵學生應用概念與技能於新的情境

中 2.預期學生能使用先前提供的科學符

號、定義與解釋

1.教師準備一個透析袋裝入純水，當作植物細胞的液胞，放入 1M 蔗糖水中，引導討論：(1)如果液胞變大，透析袋的重量應變重；(2)液胞不會改變，透析袋的重量應相同；(3)水分子由液胞跑出來，透析袋的重量會變輕。

2.學生進行實驗，經由實驗結果，去驗證哪一個假說是對的，並且使解釋精緻化。

評量(evaluation) 1.評量學生的知識與技能

2.尋找學生已改變的想法

3.提出開放性的問題

1.若水蘊草細胞的等張溶液為 0.2M 蔗糖溶液，將細胞分別放入下列溶液中（1M 蔗糖溶液，0.2M 蔗糖溶液，蒸餾水），畫出植物細胞的液胞改變情形？水的流向為何？

2.解釋滲透作用的過程。


根據上述整理的班級學生所形成的「細胞膜生理現象」另有概念，本研究根

據 Posner et al.（1982）提出的概念改變模式作為理論依據，嘗試以 5E 學習環教學策略〈Trowbridge & Bybee, 1990）當作設計的主要教學策略，配合類比教學、實驗教學法，設計「細胞膜生理現象」的概念改變教學活動：細胞膜的構造與特

性、物質的粒子性與隨機運動、擴散的過程、滲透的過程、濃度與張力和生命力

對擴散與滲透的影響等。茲列舉一個「滲透的過程」概念改變教學的其中一個設

計，說明如何呈現 5E 學習環的特色，結果如表 3 所示。以上「滲透的過程」概念改變教學設計，應屬於本體類別內的概念改變，無

跨越不同的本體樹（Chi, 1992），教師引導學生根據自己的認知提出植物細胞置於濃蔗糖水中，液胞會產生如何變化的假說，然後進行實驗觀察與驗證；可以讓

學生對現有的另有概念（液胞會變大）產生質疑，分組討論所形成的新概念（液

胞會變小）認為是合理、可以解釋的（Posner, et al., 1982）。再由精緻化過程，以裝入純水的透析袋當作植物細胞的液胞，置入 1M 蔗糖水中去測量透析袋的重量，再次驗證「液胞會變小」的概念，才能取代先前的另有概念；最後從評量單

中，教師可以發現學生已改變的想法。

三、高中「細胞膜生理現象」概念改變教學的成效分析

（一）高中「細胞膜生理現象」概念改變教學的量化分析在實驗組和對照組重新教學後，利用 DODT 和 CPPA 來檢測高中生再學習「細

胞膜生理現象」的概念獲得情形，在教學後四週，再進行 DODT、CPPA 延宕後測，討論是否受到成熟作用影響。茲分別說明如下：

1.實驗組與對照組的 DODT 施測結果分析為了解實驗組和對照組學生再學習「細胞膜生理現象」後，獲得細胞膜生理

現象的概念是否有改變，改變是否受到學生成熟作用影響，利用兩組學生的 DODT前測、後測和延宕後測得分進行相依樣本 t 考驗，結果如表 4 所示。

由表 4 知道，實驗組和對照組學生的 DODT 後測平均得分都高於前測平均得分，進行 t 考驗的結果，也顯示實驗組和對照組學生的前、後測成績具有顯著差異（t=-6.684，p


表 4 實驗組與對照組學生在 DODT 測驗前測、後測和延宕後測得分之分析

組別測驗人數平均數標準差自由度 t 值教學前前測 4.82 1.62

實驗組教學後後測

76 6.45 1.69

75 -6.684**

教學前前測 5.06 1.47 對照組

教學後後測 80

5.81 1.65 79 -3.129**

教學後後測 6.45 1.69 實驗組

教學後延宕後測 76

6.39 1.52 75 .186

教學後後測 5.81 1.65 對照組

教學後延宕後測 80

5.81 1.70 79 .000

**p


表 6 教學後實驗組和對照組學生在 CPPA 得分比較之分析

組別人數平均數標準差 t ES P 實驗組 76 27.62 3.49 對照組 80 25.30 3.70

4.028 0.63 0.000**

**p


回答 H+、Na+和 Cl－會以促進性擴散的方式進出細胞膜。 2.「物質的粒子性與隨機性」概念改變教學的詮釋性分析學生具有擴散作用是物質由濃度高處往濃度低處移動的概念（巨觀），但不

理解擴散過程中粒子移動的特性（微觀），如：物質分子具有向紛亂狀態移動、

分子會持續不斷地運動，以及固態分子也會移動等現象；雖然經由概念改變教學

活動可以讓學生獲得一些概念，但學生仍無法將粒子移動的特性和擴散作用連

結；經過概念改變教學後，從學習單發現仍有 40%的學生回答物質是向外散佈的，訪談學生發現是因為物質的移動並非可由肉眼觀察得來，學生以生活經驗在回答

物質的移動。擷取學生的學習單做說明：

染劑分子的運動情形如何描述，是向外還是向紛亂狀態散佈？ 40%學生回答為向外散佈，60%學生回答為向紛亂狀態散佈。（物質的粒子性學習單）

再次設計觀察影片「新月藻內澱粉粒的布朗運動」後，這些學生即能修正成

物質分子的運動是向紛亂狀態散佈，而非向外散佈；可見布朗運動影片的觀察有

助於學生的理解。另外，用磁鐵同方向磨擦昆蟲針的實驗，也能讓學生思考說明

固體狀態下的分子也會運動。 3.「擴散的過程」概念改變教學的詮釋性分析探討擴散的過程時，學生多能正確回答擴散作用的定義，但從學習單發現，

仍有 16%學生認為擴散作用是分子和水混合的過程，可能是學生觀察「墨水滴於水中」的實驗情境時，直覺認為是墨水分子和水混合而成的。原本學生認為分子

只有在氣態或液態狀態下才會運動，但觀察「少量黑糖粒子靜置於清水中」的隨

時間序之實驗結果照片時，有 93%學生能接受只要放置的時間夠久，原本固態的黑糖粒子也會藉擴散作用均勻分散至整個溶液中，並能正確描述擴散作用發生的

過程。但從評量單中，還是發現 15%學生會以生活經驗回答問題，可見另有概念不容易改變。擷取學生的評量單做說明：

將少量溶質置於清水中，一段時間後可以觀察到何種現象？（請勾選出正

確答案） A.溶質沉澱於容器底部。（0%） B.溶質均勻擴散至整個容器。（85%） C.視溶質的比重而定。（15%）（擴散的過程評量單）


4.「滲透的過程」概念改變教學的詮釋性分析原本學生不了解細胞放在高張溶液會產生滲透作用，也無法說明滲透作用的

理由；不了解等張的定義，認為滲透會持續發生到兩邊的濃度相等為止，除非半

透膜兩邊的濃度相等，否則不會達到滲透平衡。但經過「滲透的過程」概念改變

教學後，從學習單發現，多數學生能答出不同濃度的蔗糖溶液隔著半透膜裝置會

產生滲透作用，並說明理由為水分子可通過半透膜，而蔗糖分子無法通過半透膜。

再者，鴨趾草葉的下表皮置於濃度 1M 蔗糖溶液的實驗觀察，多數學生能從觀察結果正確分析自己的實驗假說是否獲得支持。

但從評量單中，發現仍有 7.9%學生認為只要經過細胞膜的擴散就稱為滲透作用，仍有 20.0%學生認為水分子的移動是單向的，當達到滲透平衡時即會停止運動，也認為當薊形漏斗內的液面高度不再變化時，就表示薊形漏斗內外溶液已經

達到濃度平衡，顯示學生的作答只考慮溶液的濃度，忽略了壓力和半透膜的影響。

訪談教師，認為滲透作用原本對於學生就是較難理解的概念，尤其又牽涉到高張、

等張和低張溶液的問題，所以學生在此部分的表現通常會較差；科學性的知識對

某些學生而言是較難理解的，教學方法的改變不一定能幫助他的學習。擷取課室

觀察的評量單和訪談教師等資料作說明：

教師提到滲透作用時，說明水的淨移動方向為由低濃度的溶液流向高濃度

的溶液；從評量單看，有 20.0%學生認為水分子只會由低濃度的溶液流向高濃度的溶液，滲透過去的水分子就不能再回到原本的溶液中，所以水分

子的移動是單向的。（滲透的過程評量單）學生往往以巨觀的想法來判定水分子的移動為單向，且當達到滲透平衡時

即會停止運動。有些學生仍然認為當薊形漏斗內液面高度不再變化時，就

表示內外溶液已經達到濃度平衡了，顯示學生在此部分的理解有困難，另

有概念很難改變。（訪談教師，931121）

5.「濃度與張力」概念改變教學的詮釋性分析原本學生無法定義高張、低張和等張溶液，認為溶液中所溶解的鹽較少為高

張溶液，所溶解的鹽較多為低張溶液。經過概念改變教學後，從學習單發現，多

數學生能正確指出何者為溶液、溶質和溶劑，且能說出溶液的濃度指的就是溶質

在溶液中所占的百分比，不會有高濃度或低濃度的水之說法。從評量單中，得知

學生多能理解高濃度的溶液中具有較多的溶質分子，較多水分子會往溶質濃度高

的方向移動；但是和「張力」名詞做連結時，學生較難以理解。在界定高張、低


張和等張溶液時，多數學生可以回答是利用「比較」而來，但只有少數學生可以

回答是以溶質含量多寡作為比較的依據，顯示學生雖在概念上能理解其含意，但

使用文字語言表達仍不佳。在配置 15%食鹽水實驗時，有 21%學生選擇將 15g 的食鹽水加入 100ml 的水，

顯示學生混淆濃度的定義，以二種不同的度量單位來配置食鹽水；訪談教師，認

為部分學生的程度較差，閱讀理解能力較差且對理科的實驗操作沒有興趣造成

的。擷取訪談教師資料作說明：

在配置 15%食鹽水的題目中，有 21%的學生選擇將 15g 的食鹽水加入100ml 的水，顯示學生混淆濃度的定義，而以二種不同的度量單位來配置食鹽水，一方面可能是因為部分學生程度較差，一方面也可能是因為學生

的閱讀能力較差且對理科的操作沒有興趣，因此沒有好好閱讀題目即填寫

答案。（訪談教師，931121）

6.「生命力對擴散與滲透的影響」概念改變教學的詮釋性分析原本學生認為死亡的植物細胞只能進行擴散作用，因為擴散作用為隨機作

用，滲透作用則為非隨機作用。利用晒乾的海帶泡在清水的實驗，讓全部學生體

會到即使是死的海帶細胞，一樣可以進行擴散和滲透作用，使乾海帶膨脹變大；

而缺水死亡的紫背萬年青下表皮浸在清水的顯微鏡觀察實驗，讓 94%的學生能回答出死亡的細胞要能夠表現出擴散和滲透作用，必須要細胞的細胞膜沒有損毀，

死亡破裂的下表皮細胞不會進行擴散和滲透作用。擷取學生的評量單做說明：

1.晒乾的枸杞子泡在水中，枸杞子會吸水膨脹，這是什麼原因？全部的學生回答死細胞會進行滲透作用，水進到細胞裡面。

2.死亡的紫背萬年青下表皮細胞放在清水中，靜置一段時間後，其細胞變化情形為何？全部的學生回答細胞會脹大。（生命力對滲透的影響評量單）

綜上所述，實驗組學生在六個主題概念改變教學中的學習表現，如分組討論、

學習單和評量單的表現都相當良好，較能澄清自己的另有概念；對照組學生則較

難看出其另有概念是否真正獲得澄清，從實驗組學生對於 DODT 題目答對率平均提昇 13.62%，但對照組學生題目答對率平均提昇 6.76%，可見概念改變教學確實能幫助學生學習較複雜的概念。從兩組學生在 CPPA 後測和延宕後測成績的顯著


差異，尤其是較複雜的概念，如濃度與張力、滲透的過程等，可以看出實驗組概

念改變教學的效果大於對照組一般講述教學的效果，故本研究所設計的「細胞膜

生理現象」概念改變教學適合學生的學習，確實能增進學生澄清自己的另有概念，

可以推廣利用。

四、綜合討論

從課室觀察中，歸納個案教師進行「細胞膜生理現象」的教學策略有講述教

學、類比教學、定義科學詞彙、實例介紹、提問和媒體使用等多種教學策略；郭

銘哲（2004）探討高中生物教師的教學表徵類型可分為三大類：1.以教師為中心：生活事例、實例說明、範例說明、圖表說明、示範說明、概念連結、類比、因果

說明、名詞定義和澄清說明等；2.以教師與學生為中心：發問與問答引導；3.以學生為中心：模擬練習、動手操作。本研究觀察的生物個案教師，即是以教師為中

心的講述法，配合圖片、圖表、類比教學和名詞定義；最後在課程結束時，則以

教師與學生為中心的提問與回答，作為該單元的總結。本研究以概念改變模式當作理論依據，設計以 5E 學習環教學策略為主的概

念改變教學，配合類比教學和實驗教學法進行〈Posner et al., 1982; Trowbridge & Bybee, 1990），其主要目的是教師在教學活動中設計概念衝突情境，使學生在探究過程中產生概念衝突，進而拋棄不合理的舊概念，接受可合理解釋的新概念。

這樣的概念改變教學設計較符合以學生為中心的學習模式（郭銘哲，2004），也和一些學者的研究理論是相同的，學生只有在本身所持有的舊概念，無法解釋所

遭遇的現象或無法解決問題時，而建立的新概念確實是可理解、有利的，能解決

現有的問題，學生才可能進行概念改變（Posner et al., 1982; Marek et al., 1994; 邱美虹，2000）。本研究利用 DODT 和 CPPA 檢測「細胞膜生理現象」概念改變教學實驗的成效，發現實驗組經過概念改變教學後，學生澄清的「細胞膜生理現象」

另有概念多於對照組一般講述教學法的學生所澄清的，且達到顯著差異；Odem and Kelly（2001）的研究也發現，綜合概念構圖與學習環的教學法，能促進學生對於擴散和滲透作用的概念理解，其所使用的研究工具同樣是 DODT 診斷測驗。其他，像交互式多媒體教學系統（IMI，謝祥宏等，1996）、滲透作用實驗教學與放聲思考（Zuckerman, l994）等，也都可用以檢測學生的「細胞膜生理現象」概念改變教學。

高中生物教師再重複一般講述教學，可以加強學生在記憶性概念的學習，如

細胞膜的構造、組成成分等；但對於較抽象的概念，如：物質粒子的極性、濃度


觀念、擴散與滲透作用的原理，即使重複第二次的教學，學生的學習效果仍然有

限；主要原因是學生相關背景知識不足，高二學生在化學課程只學了各種濃度，

對於物質的粒子特性、濃度與滲透壓差的關係要到高三才學習，所以高二學生對

於細胞膜生理現象的學習會產生困難。故記憶性的概念可以藉由教師以講述法再

次加強教學以提昇學生的學習成效，但理解性的概念要藉由加強背景知識和實驗

教學法去改善。根據 Chi（1992）的本體論觀點，認為所有的實體（entity）可分為三個類別：物質（matter）、過程（process）和心智狀態（mental state）等，每一類別各有其屬性，而所有的概念也都有其歸屬的類別。另有概念的產生是因為

概念改置在不適當的類別上，如果能將錯置的概念放回正確的位置時，概念改變

便發生了。邱美虹（2000）引述 Chi 的概念改變分為本體類別內的概念改變和類別間的概念改變；發生在本體類別內的概念改變較容易產生，而類別間的概念改

變則較為困難。根據 Chi（1992）本體樹概念理論，可知在「物質的粒子性與隨機性」部分，學生原先學習的概念應屬於物質類別，而擴散與滲透的過程中，牽

涉物質的移動已經屬於過程類別，這屬於不同類別間的遷移，不同於本體類別內

概念的修正，因此較為困難。

伍、結論與建議

一、結語

本研究發現高中生物個案教師使用講述教學、類比教學、定義科學詞彙、實

例介紹、提問和媒體使用等多種教學策略進行「細胞膜生理現象」科學概念的傳

遞，確實傳遞了許多高中「細胞膜生理現象」課程綱要的主要概念。但由於每個

學生對於語言、文字、圖解和動畫的理解程度不同，發現學生在「細胞膜生理現

象」仍具有許多另有概念，主要有：1.認為只要分子夠小，像水、H+可以直接穿過細胞膜；2.認為溶劑也具有濃度，如 20%的食鹽水就會說成水的濃度是 80%；3.認為增加兩區域間的濃度，擴散速率會增加，是因為物質有向外散佈的趨勢；4.認為植物細胞不會產生膨壓，也不知道膨壓是如何產生的；5.不了解等張的定義，認為滲透會持續發生到兩邊的濃度相等為止，除非半透膜兩邊的濃度相等，

否則不會達到滲透平衡；6.認為主動運輸就是細胞主動吸收所需要的物質或主動排除不需要的物質。


本研究以概念改變模式（CCM）作為理論依據，用 5E 學習環教學策略當作設計主軸，配合類比教學、實驗教學法，設計「細胞膜生理現象」的概念改變教

學活動；以「滲透的過程」為例作說明：教師引導學生根據自己的認知提出植物

細胞置於 1M 糖水中，液胞會產生如何變化的假說，然後進行實驗觀察與驗證，再分組討論，可能會對現有的另有概念產生概念衝突，轉而形成可解釋的、合理

的新概念；並由精緻化過程，以純水透析袋置入 1M 糖水的實驗與測量，再次驗證「液胞會變小」的概念；最後從評量單中，教師可以發現學生已改變的想法。

再教學後，利用 DODT 和 CPPA 後測、延宕後測進行統計分析，結果發現：1.不管使用哪種方式進行「細胞膜生理現象」的再教學，學生都能明顯獲得「細胞膜

生理現象」的科學概念；2.接受概念改變教學的實驗組學生在 DODT 得分進步超過對照組 0.32 ES，達到低度到中度的實驗效果；3.接受概念改變教學的實驗組學生，獲得細胞膜生理現象的概念認知顯著優於接受一般講述教學的對照組學生，

且持續存在，未受到成熟效應的影響；4.實驗組學生的 CPPA 得分進步超過對照組的 0.63 ES，達到中度到高度的實驗效果，t 考驗也顯示兩組學生在 CPPA 得分具有顯著差異。

從「細胞膜生理現象」概念改變教學的詮釋性分析，發現：1.細胞膜構造模型類比與物質進出細胞膜電腦動畫講解，確實能幫助學生釐清部分的另有概念；

2.分組討論氣體、離子的大小和怎樣通過細胞膜，能建立「極性才是影響小分子物質通過細胞膜」的主因；3.訪談學生發現物質的移動不能由肉眼觀察，學生會以生活經驗回答，但觀察「新月藻內澱粉粒的布朗運動」影片可澄清概念；4.利用實驗教學法，學生多能從實驗結果正確分析實驗假說是否獲得支持；5.「滲透的過程、濃度與張力」屬於不同類別間的遷移，學生的另有概念較難改變；6.利用實驗教學法，使學生多能理解死亡的細胞能進行擴散和滲透作用，但必須是細

胞膜沒有損毀；7.記憶性的概念可藉由教師以講述法再次加強教學以提昇學生的學習成效。

二、建議

本研究設計的「細胞膜生理現象」概念改變教學活動中，有三個活動：細胞

膜的構造與特性、物質的粒子性與隨機性和生命力對擴散與滲透的影響等，多數

學生在經過概念改變教學後，確實能澄清其另有概念，可提供給高中生物課程編

輯小組的參考，選擇性放入現行課程中。在進行細胞膜的構造與特性教學時，使

用本研究設計的模型類比、電腦動畫教學，確實能幫助學生進一步釐清概念，達


到概念改變的學習目的；但涉及「擴散的過程、滲透的過程、濃度與張力」等較

為複雜的概念改變教學時並不適用，因為圖片、模型類比只能呈現單一簡單概念。

所以進行過程（process）類別複雜概念的教學時，建議使用實驗教學法，教師呈現可能概念的情境提問，讓學生先設定實驗假說，再進行實驗觀察以解釋假說是

否成立，如此可發現原先另有概念的概念衝突，轉而建構可解釋的、合理的新概

念。本研究發現教師若以一般講述教學當作主要的教學策略，學生因其認知策略

和理解程度的差異性，可能產生不少的另有概念；但限於教學時數的關係，促使

大多數的生物教師依舊選擇一般講述教學當作主要的教學策略。建議生物教師在

進行「細胞膜生理現象」教學前，可查閱一些相關研究以了解學生可能產生的另

有概念，參考本研究的概念改變教學活動設計，選擇性的加在自己的課程設計中，

如：細胞膜構造的模型類比、物質進出細胞膜的電腦動畫教學等；對於較難的「擴

散的過程、滲透的過程、濃度與張力」課程，則轉變以教師為中心的教學成為以

學生為中心的教學設計，採用實驗操作，如：細胞膜滲透過程之實驗教學，主動

和學生討論，嘗試增加學生的背景知識，以提升學生的學習興趣，則能增進學習

成效。

誌謝本研究能夠順利完成，首先感謝行政院國家科學委員會的經費支持（NSC

93-2511-S-152-008）；其次，感謝兩位高中個案教師的支援教學，四個台北縣市高中個案班級學生的配合；最後，感謝本研究群的辛苦參與，幫忙建立 CPPA 的信效度、個案學生、個案教師的訪談資料。

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國立臺北教育大學學報，第 19 卷第 1 期 92 Journal of National Taipei University of Education, Vol.19, No.1 (Mar. 2006)67~94NATIONAL TAIPEI UNIVERSITY OF EDUCATION

The Study of Senior High School Students’ Conceptual Change Teaching of Cell Membrane

Physiological Phenomenon

Chow-Chin Lu & Wen-Chiung Lin ∗

ABSTRACT This study is mainly to investigate the teaching strategies of a teacher and

alternative conceptions of the senior high school students who finish the curriculum of cell membrane physiological phenomenon. According to the types of alternative conceptions, we design conceptual change teaching by using conceptual change model and 5E constructive learning cycle. We use the quasi-experimental method to inquire the effect.

The results indicated that the senior high school teacher uses mainly expository instruction teaching. Based on the types of alternative conceptions, we designed six conceptual change teaching activities and teach them to students. Data analysis showed that the cell membrane physiological phenomenon conceptions of experimental-group students are definitely superior to the control-group students (t=2.373，p

高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 93The Study of Senior High School Students’ Conceptual Change Teaching of Cell Membrane Physiological Phenomenon

experimental teaching method, then student firmly can justity their experimental hypothesis based on their analysis on experimental result. Some conceptual change teaching activities may be recommended for high school biological teachers.

Key words: cell membrane physiological phenomenon, conceptual change model, 5E constructive learning cycle, conceptual change teaching

國立臺北教育大學學報，第 19 卷第 1 期 94 Journal of National Taipei University of Education, Vol.19, No.1

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高中生細胞膜生理現象概念改變教學 之發展研究 · 高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 67 國立臺北教育大學學報，第19 卷第1

高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 · 高中生細胞膜生理現象概念改變教學之發展研究 67 國立臺北教育大學學報，第19 卷第1