建构式理论教学在“有机分子的空间结构”网站中的应用研究
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研究动机和目的
现在我们很多信息都可以通过网络来传达了，网络学习环境与一般教室教学环境的最大差异性在于它的互动性。网络教学最大的好处就是可以让学生通过网络不定时、不定点地进行单一或者群体学习。
传统教育以知识传授为重点，人类的学习一脉承袭单向传播与指导的模式，学生被动学习，接受知识的灌输。但许多建构主义观点的学者认为，学生不是一架摄影机，只知道被动地将课堂上或教科书中的知识死记下来；人类的心智也并非如同白纸一样，只是忠实写下和反映外界传进来的概念而已。学生在面对新信息时，他们可能会尝试将新的信息与旧有的数据整合，使这些信息变得有意义；也就是知识并非被动地接受，而是透过认知个体主动地建构而成的。因此，教师在教学中的角色不再只是单纯地知识传授，而是扮演教学活动的促使者与指导者，主动或被动地协助学生建立一个有助于知识建构的环境。
网络学习给了教育工作者一个可以重新审视学习理念及重新设计学习方式的机会，教学者可以随意地发展新的学习环境，以验证建构知识的适用性。放眼看去，虽然近年来计算机在教学中扮演着重要的角色，然而，目前国内仍缺乏以教学理论为基础的网络教学及学习成果的相关研究，整个庞大的网络学习范畴极度需要相关专业研究人员进一步的研究与探讨。
本研究主要是在设计及开发一个以“建构式理论教学法”为基础的“有机分子的空间结构”网络教学系统，探讨其在网络中如何实施、应用。我们依据不同的因素如性别、先备知识、学习时间等进行分析，探讨这些因素是否会影响学生的学习成绩。
研究方法
1.研究对象
高二两个班共102位学生，其中男生49人，女生53人。
2.系统整体架构
系统的Server端部分，我们以Windows 2003 Server为工作平台。在网页制作上则以FrontPage 2003来建立基本的版面配置与连接架构，运用多媒体、超媒体、数据库、框架、动态图形等技术，提供系统使用接口。此外，本系统利用ASP语言来存取后端Access所建构的数据，以方便在Windows 98或Windows 2000环境中来使用本系统的资源。
3.系统流程
当使用者进入系统，首先要进行注册登录，系统由此才能取得使用者的相关基本数据，以便往后进行分析、验证之用。紧接着进行前测，且系统会记录学生的作答情形，作为收集的分析资料。当学生进行教学浏览活动时，系统会将其学习的进程记录下来，以后可作为学习分析之用。各单元详述如下。
(1)输入使用者学号
本系统设有使用者身份认证功能查核工作，但仍另提供访客账号，让其他对本系统有兴趣的参观者也能浏览学习，但不统计其资料，不列入结果分析之中。
(2)前测（课前分析）
前测的目的是评估学生在学习之前就已经具有的知识背景，了解学生的起点行为。前测试题的内容、题型与本单元知识相关，主要是选择题。前、终测试卷的题型及内容一致，但为避免学生对试题还有记忆，所以利用程序将数据库中的试题题目顺序、题目答案顺序一一改变，以确保测试结果的准确性。
(3)建构式教学课程
建构式教学部分主要是以建构学生的空间想象力为主干，引导学生学会观察、联想、发现问题并以视频辅助。本系统利用网络视频传送的便捷性，在知识的建构上，我们由浅而深，利用循序渐进的方式，一步一步地让学生由低层学习区进步到中层学习区，最后到达高层学习区。
课程结构中，我们使深浅不同的有机分子的空间构型分层出现。在教学过程中，为发现学生的学习成就与学习困难，并使得学生在学习过程中能够坚实地建构以立体为基础的分子空间构型，将本教学单元分为三个学习阶段：低层内容为常见的分子空间结构；中层内容为由于分子空间的构型造成的同分异构现象；高层内容为这些有机分子空间结构知识应用于化学反应类型的判断中。在低层阶段是一种识记、直觉式的，只让学生从对常见的分子结构的观察到从中发现它们之间的不同，归纳出它们的分子结构特点；在中层阶段时则让学生体验到分子为肉眼所看不见的小粒子，让学生学会联系分子式、结构简式想象分子空间结构，同时通过观察发现同分异构现象等；在高层阶段时，则还是通过观察，让学生发现结构对性质的重要性，结构在性质的学习中有重要的应用。通过以上这三个层次的学习后，不难看出，学生已基本能解决中学阶段的分子的空间构型的想象和判断，免去繁琐的相关成键理论、分子轨道理论等的学习和解释。
(4)随堂测验（诊断性测试）
学生在每一个学习区结束学习后，便会进行诊断性测试，以了解自己的学习状况。测试后，如果发现有学习障碍，系统并不会及时给予正确答案，而是提供给学生一些暗示及建议，以便对学生的学习进行引导，使得学生能够主动地完成学习。诊断性测试不在于区分成绩的高低，而是提供个体自我反省、自我反馈的机会。
(5)补救教学（加强学习）
补救教学的目的是使学生除了能了解自己已经具备的知识外，继续加强未有或较薄弱的基础知识。补救教学又分为两阶段的补救，当第一阶段补救无效时，系统会自动进入第二阶段的进一步补救，第二阶段的内容比较第一阶段更细、更简单。两阶段的补救教学是以原先建立的知识点为主，简化其教学内容，加强知识建构，并链接有视频来辅助学生学习。补救无效时，系统将会自动返回原单元首页。当然，我们鼓励学生进入学习论坛进行问题讨论，询问在线老师与同学，以达到最佳的学习效果。
(6)终测（总结性测验）
学生在通过这些层层关卡后来到终测，对本单元的教学内容已有充分的了解。这时进行终测，就可以看出自己在学习上的优缺点、有哪些错误知识需要更正。
研究结果与讨论
利用统计软件对以下几项数据进行分析：全体学生前、终测的平均分数；低分组与高分组学生的前、终测的平均分数；不同性别的前、终测的平均分数；长时间学习组与短时间学习组前、终测的平均分数。
整个研究大体摘要分析如下。
(1)全体学生的学习效果
学生学习成绩测试统计如表１所示。
(2)高分组及低分组
前测后，将学生分成高分组及低分组（总受测学生平均分数57分以上为高分组，平均分数57分以下为低分组），低分组与高分组前测的总平均如表２所示。
统计发现：低分组学生在使用本系统的成绩平均进步分数比高分组学生的高。
(3)不同性别的学生学习效果
性别是否可能会造成分析结果的不正确？我们将性别因素加入统计分析的范围内。在下表中，前测成绩中男生平均成绩为56.87分，而女生的平均成绩为56.41分。终测的成绩男生的平均成绩是81.45分；女生则为80.25分。成绩统计如表３所示。
结论：男生和女生的前、终测成绩的进步几乎是没有差别的。
(4)学习时间对学习成绩的影响
为了解学生学习本网站知识的状况，本系统中设计了程序以记录学生在本系统中学习所停留的时间，将学生分为使用长时间组与短时间组，考查学生上网学习的总时间对于学习成绩的影响。成绩统计如表４所示。
由表中得知，所有学生一周内平均上网学习时间为30.89分钟。以此平均学习时间作为分组依据，所有受测学生上网学习时间达到30.89分钟以上者，作为长时间组，该组学生人数为54名；上网学习时间低于30.89分钟者为短时间组的，该组学生人数为48名。总学习时间对学习成绩的影响，成绩统计如表５所示。
统计发现：长时间组学生的学习成绩高于短时间组的学生。
进一步推论造成学习成绩差异的原因有以下两点：
一般的教学有时间上的限制，且多采用单项传输知识，学生被动接受知识，教师不能实时有效地改变或修正学生的错误。本系统中，学习时间的长短由学生自由控制，通过网页呈现层级次序的设计与安排，可提供给学习基础较差的学生去建构完成较为完整的基础认知程序。对于基础知识掌握程度较差的学生来说，经本系统诊断性评估发现错误或不足时，系统会自动给予反馈，并建议进一步学习补救的内容。低分组的学生因常常必须进入补救教学，因此需要花费较长的时间来学习。
多数低分组学生进入补救教学结束之后，同样要继续进行测试，而这些测试的内容也是终测的重点范围，因与终测的内容相关性较高，故多数低分组长时间学习的学生可能较有利于在终测中有所表现。
结论
经过精心的设计与修正后，我们建立了一个有机分子的空间结构建构式网站，从102位学生学习后的数据分析结果中得到以下三个结论。
前测及终测的成绩有明显差异，性别没有影响。
前测分数较低的学生，前、终测成绩平均进步会高于高分组的学生。
长时间学习组学习成绩进步会高于短时间组。
化学课程的学习困难，常常是因为学生在尚未确实了解学习教材的基础知识以前，就进入深一层内容知识的学习，或是教材内容所含的内容未能与学生的先备知识相配。为了让教师能够真正了解学生的学习状况，本系统提供了学习历程的记录与补救教学。如此一个具有超级链接架构的教学情境，不仅能让学生在教师的协助下掌握学习进度，进而适当地调整学习方法，更能因个别的差异，获得教师不同的协助。如此一来，可让教师轻易地了解班级里每位学生的学习进度与学习障碍，进一步对基础较差的学生作重点辅导。
计算机辅助教学是教育中科技应用的重要工具，同时，计算机辅助教学亦将因为其本身的优势而逐步成为教育科技中必然的主流。将建构式的教学融入计算机辅助教学环境之中，将更能呼应以学生为中心的学习理念。网络学习环境不仅是在传输学习资源，使任何人在任何时间或地点都能学习，它更能弥补传统课程教学情境之不足，让学生能确实地融入学习情境之中。因此，如何善用网络的特性，来建构一个可以提升学习成效的学习环境，并与传统教学相辅相成，是教师与学生所期望的。