高中生大气科学表徵素养能力初探

高中生大氣科學

表徵素養能力初探江火明、陳斐卿*、王宏仁中央大學教學與學習研究所11/41報告大綱緣起表徵素養調查工具之發展施測訪談結果社會實踐觀點解釋應用與建議22/41研究表徵(inscriptions)之動機網路科展經驗「使用原始數據資料」活動，包括constructinginscriptions能力培養建模學習(learningbymodeling)遊戲設計包括reasoninginscriptions但，學校正規教育裡地科課本圖表，包括培養interpretinginscriptions能力怎样？33/41研究目标瞭解高中大氣科學表徵解讀素養盤點學生學習大氣科學障礙做為建模學習設計參考44/41研究方法發展高中生大氣表徵素養調查工具開放題表徵解釋策略之文本分析複選題統計分析深度訪談 學生：開放題回答詳細或複選答對率高高二11名、高一9名五次焦點團體 教師：兩次55/41高中生大氣表徵素養工具之發展大氣科學表徵能力圖表來源高中地球科學課本大氣單元圖表(52幅）分類示意圖數據轉化圖天氣圖66/41問卷結構每個版本各測驗兩個圖表1開放題型，檢驗學生對這兩張圖所能讀出訊息量、正確性，解讀策略2複選題型，將這些圖给予局部標示，設計為選擇題型，以探究其對圖中細部訊息正確性A.B卷(考量三種圖問卷作答時間將太長)2題開放問答題(詮釋）17題複選題(綜合分析判斷)A卷:示意圖+數據圖（複選題信度Alpha=.7768）B卷:數據圖+天氣圖（複選題信度Alpha=.4083）77/41所選取之四圖表「輻合輻散示意圖」（「僅受氣壓梯度力影響之氣流方向與氣壓分佈關係圖」）「水氣含量飽和曲線圖」（「不一样溫度下、空氣達飽和時水氣含量變化圖」）「大氣分層結構圖」（「大氣氣溫隨高度變化圖」）「地面天氣圖」（「1996年5月5日早上八點地面天氣圖」、「東亞地區夏季平均氣流與氣壓(百帕)分佈圖」、及「東亞地區冬季平均氣流與氣壓(百帕)分佈圖」）。88/41示意圖:高低氣壓氣流方向圖（A）99/41數據轉化圖：飽和曲線圖（A）1010/41數據轉化圖：大氣溫度與高度變化（B）1111/41天氣圖：地面天氣圖（B）1212/41特定學科表徵素養分析複雜性純氣象概念（如：科氏力效應）純數學概念（如：內插）兼有數學與大氣概念（如：等壓線、座標、方位）1313/41問卷施測施測對象:N=189上過基礎地科高中學生高一3個班(普通*2,數理*1)高二2個班(武陵地科選修,屏女數理)施測時間：下學期開學第一週班內隨機分配作答A卷有效問卷數92人B卷有效問卷數97人1414/41開放題結果：讀圖解釋策略26種解釋圖表特徵粗分正向特徵負向特徵1515/41開放題：正向策略(1)回答特徵/解釋策略百分比(具特徵人數/作答人數）運用圖上資訊判斷96%完整陳述96%解釋物理關係93%解釋數學關係80%說明符號51%外延推論30%對座標敏感17%指出圖表前提或限制15%讀圖技巧說明14%1616/41正向舉例A12_整體_指出圖像理論前提

此圖是在無摩擦力狀況下

上圖無法分辨出此氣壓位於南半球或北半球E2_推論式從圖中现有資訊開始外推

露點:即選擇一溫度,配合水氣含量,再往左和飽和曲線對應,其對應時那個點,往下對照,即是該溫度露點.(如+30℃時,水氣含量為20,該露點應約為+20℃)

同一水氣壓下,如水氣未達飽和,氣溫不論為何數,露點皆相同1717/41開放題：負向策略(2)回答特徵/解釋策略百分比(具特徵人數/作答人數）经典說法(課本說法）86%科學條件忽略75%無法僅用圖上資訊判斷69%發散式跳躍串連59%主詞缺乏或錯誤56%整體式/標題式解釋37%不確定陳述語氣18%自創名詞或誤用專有名詞13%1818/41負向舉例E5e_標題式解釋_對整張圖作用說明能够大約知道在各種溫度下,要達到飽和,水氣含量最少要達到什麼標準E1e_看到黑影就開槍_只解釋符號象徵

看到圖上概念，不斷說明這個概念意義，而不從圖上特徵來解釋..也不是從圖所呈現關係來推論，而是類似把自己對這個概念知識講出來1919/41複選題結果（1）A卷複選題答對率平均47%B卷複選題答對率平均46%高二答對率(52%)大於高一(44%)2020/41複選題結果（2）：B卷難度高圖表類型答對率題數A卷示意圖51%9A卷數據圖43%8B卷數據圖29%3B卷天氣圖49%142121/41複選題結果（3）：答錯率超過50%天氣圖6項（eg.B5-6）數據圖5項（eg.B3-2）示意圖1項（eg.A3-4）氣象+數學8項氣象4項學科分類圖表類型問題相關概念錯誤率氣象+數學天氣圖天氣圖（氣壓線）、座標88%氣象數據圖穩定+垂直運動80%氣象+數學天氣圖地轉風大小、切線、方位、座標76%氣象+數學天氣圖地轉風大小、切線、方位、座標75%氣象數據圖過飽和72%氣象+數學天氣圖地轉風方向、低壓、座標、方位、切線69%氣象數據圖穩定62%氣象數據圖穩定判斷原因不知62%氣象+數學數據圖缺乏座標與飽和水氣含量59%氣象+數學天氣圖地轉風方向、低壓、座標、方位、切線58%氣象+數學天氣圖地轉風方向、低壓、座標、方位、切線57%氣象+數學示意圖氣壓梯度、高低壓、方位、向量、內插55%2222/41小結：不一样類別之素養能力差異「數據轉化圖」素養上最為不足「數據轉化圖」解讀困難比較單純受氣象知識影響「天氣圖」困難多半與數學讀圖素養相伴2323/41開放題vs複選題vs在校地科成績開放題vs地科成績呈現負相關（-.23）開放題vs複選題呈現負相關（-0.27）複選題vs地科成績呈現正相關（.311）大氣表徵素養問卷開放題使學生真正讀圖能力裸露，這項能力並不與學生在在校考試能力，或與含有猜題機會複選題所呈現表現一致，甚至呈現負相關這些發現以A卷為主，B卷結果大致上都未呈現相關，可能與B卷難度較A卷高有關。複選題vs入學基測數學成績顯著弱相關(0.18)複選題vs高一學期數學成績沒有相關訊息量與正確性達高度相關，以正確性（得分）為主要變項2424/41形成讀圖障礙可能原因1不一样科目之間交互影響與干擾地理：長期『氣候』尺度平均現象大氣科學：瞬間、依據所在位置之條件來判定之『天氣』現象比如：學生被要求根據一張天氣圖線索推斷某個區域應該吹什麼風？學生回應則是說：「西風，因為地理學過那裡是西風帶。」

2525/41這樣兩種科目标學習產生頓時矛盾處境時，學生也有自己回應策略：「比如說跟地理有衝突時候，我說我知道這時候瞬間同學們下了決定，考地理時候就寫這一個，考地科就寫這個，她們眼睛就睜得大大，我就說，到底是誰對呢，我說其實，地理也沒有錯，地科也沒有錯，因為那個前提錯。那個叫氣流，這個叫風向」。他們不知道前提不一樣

2626/41兩種在尺度（中尺度vs小尺度）上不一样，造成學生用地理基礎了解地科迷思。例子：飛彈vs投籃什麼情況下大尺度或小尺度判斷問題 「學生記得大尺度才要討論科氏力，不过他們不知道哪種狀況是大尺度。」

2727/41科目之間交互影響與干擾2數學百分比尺概念中，有一個標準答案，即所謂精確值；高中生帶著這樣精確值來了解本質上含有擾動性，沒有精準分類邊界大氣科學而言，『精確』與『大约』就成為兩相干擾概念2828/41科目之間交互影響與干擾3化學等到她們化學這兩年都有考三相圖，化學真有懂，然後她們很自然而然在地科裡面不會跟三相想在一起，假如這是化學，她就知道這是三相。告訴她們這一題呢是第幾章題目，她就會算。你告訴她這一題範圍沒有限制，同樣題目不會算。你說這一題是地科題目，她就會從地科裡面亂想一些名詞去繞，假如你說這一題是化學，她就會從化學裡面去繞2929/41形成讀圖障礙可能原因2國中精熟學習策略之影響「他們沒有讀圖表習慣，就是說他們從小到大背文字，不覺得圖表是在告訴他什麼訊息…反正圖表訊息，這邊都有寫，他就背文字，至於文字敘述是圖表哪裡呢？他們不會去想什麼樣是什麼意思…」科學社群中，圖表為主，文字成為配角。3030/41小結：兩階段題目标設計效果開放題：「發散式跳躍串連」「经典說法（課本說法）」複選題：「科學條件忽略」而不能正確作答例子：高氣壓上升、低氣壓下降。少寫兩個字「地面」，因為他們不認為「前提」主要例子：等壓線之間是同一種壓力（簡化）3131/41例子：「無法僅用圖上資訊判斷」又如量表B版有兩題複選題設計以「東亞地區夏季平均氣流與氣壓（百帕）分佈圖」、及「東亞地區冬季平均氣流與氣壓（百帕）分佈圖」）為對比測試學生是否能夠因為冬夏（時間）這一向度差別，對不一样方位之間，氣壓、風向、風速等要素改變，讀出該圖所透露資訊。這樣測試，清楚看到許多學生展露「無法僅用圖上資訊判斷」答題困窘特徵。3232/41社會實踐觀點包括社會文化面學習動機（Lave&Wenger,1991；Hickey,）在教學講解中，學生偏向記得第一句與最後結論「她們用她們生存那一套方式，考地科就寫這個，考地理就寫那個，可是基本上她們認為這兩個是不一樣。…她們樂趣不是去找出真正知識，她們樂趣是放在分數跟考試上。」3333/41建議與應用從社會實踐論角度分析，並非是当地高中學生讀圖素養高低怎样，而是深掘出一種學校實踐（schoolpractice）濃濃凌駕在學生表徵學習之上怎样考高分、怎样區辨哪些東西考與不考，方便能盡量用最不花心力情況下，去得到最高分數這種學習交換價值遠遠凌駕於使用價值之上，使得表徵資料在學生學習目光之外，無法獲得發展他們不能展現成熟讀圖素養，是來自少有參與表徵實踐機會3434/41敬請指教期末報告順利！寒假快樂！3535/413636/41建議與應用1國中學習策略對高中地科學習之影響國中課程簡化，使得學生對許多概念只消記得結果，而能够忽略前提、略過推理過程，依然得到好成績不一样科目之間交互影響與干擾物理、化學、數學、地理大氣科學學門需要讀圖能力基礎誤差觀念尺度概念3737/41熟悉vs複雜兩階段表徵學習學科影響：國中地科、地理解題策略：不懂但可答對標準說法發散式聯想/從圖表中概念開始延伸表達能力不足學科影響：物理、其它學科讀圖經驗對「邊界條件」敏感性從數學/幾何特徵區分解釋步驟383