智慧科技時代的圖形知識組織器：概念圖與心智圖的教育應用與研究設計
活動訊息
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內容簡介
由科技、策略及理論的角度看概念圖及心智圖在教育應用研究縱橫50年的創新秘訣。
這是第一本結合研究設計、新興科技，以及進階策略的角度，全面探討圖形知識組織器在教育現場創新應用的專書。作者從理論基礎、學習策略到各種科技的結合，呈現圖形知識組織器的多元面貌。同時，書中涵蓋國內外最新的教學及研究案例，包含行動學習、遊戲式學習、翻轉教室、STEM 教育、虛擬實境與 AI 教學實踐，展示圖形知識組織器如何促進高層次思考與自主學習。本書兼具理論深度與實務應用，是研究者及教育工作者探索教育創新必備的參考書。
這是第一本結合研究設計、新興科技，以及進階策略的角度，全面探討圖形知識組織器在教育現場創新應用的專書。作者從理論基礎、學習策略到各種科技的結合，呈現圖形知識組織器的多元面貌。同時，書中涵蓋國內外最新的教學及研究案例，包含行動學習、遊戲式學習、翻轉教室、STEM 教育、虛擬實境與 AI 教學實踐，展示圖形知識組織器如何促進高層次思考與自主學習。本書兼具理論深度與實務應用，是研究者及教育工作者探索教育創新必備的參考書。
目錄
【目 次】
郭 序╱郭伯臣 國立臺中教育大學 校長
前教育部 資訊及科技教育司 司長
曾 序╱曾憲雄 前亞洲大學 副校長
亞洲大學人工智慧學系 榮譽講座教授
前教育部電子計算機中心主任
作者序╱黃國禎 國立臺中教育大學 講座教授╱副校長
朱蕙君 東吳大學 終身特聘教授
涂芸芳 東吳大學 助理教授
理論與研究設計篇
第一章 圖形知識組織器的定義與趨勢分析╱黃國禎
第二章 圖形知識組織器的角色與教育理論╱黃國禎
第三章 圖形知識組織器的輔助學習策略╱黃國禎
第四章 圖形知識組織器的教育應用創新與研究設計模式╱黃國禎
真實情境與擴增實境篇
第五章 促進兒童在替代實境遊戲之科學探究活動：一種基於概念圖的提問學習模式
╱梁欣怡、徐典裕、黃國禎、朱蕙君
第六章 基於多層次概念圖擬題引導策略之無所不在學習模式對學生學習表現及感受之影響
╱黃國禎、林江、朱蕙君
數位遊戲篇
第七章 以時間序列概念圖發展歷史遊戲式學習之研究—— 以鄭成功收復臺灣為例
╱朱蕙君、陳勁宏
第八章 導入概念圖引導策略的雙層次測驗數位遊戲對中學生學習表現之影響
╱黃國禎、林譽容、王卓、朱蕙君
網路合作環境篇
第九章 以線上合作概念圖為核心的翻轉學習設計：促進STEM學習與創造性表現
╱鄭淑楨、陳珮瑩、黃國禎、朱蕙君
第十章 基於概念圖的自我調節學習模式對學生的STEM學習成就、自我調節能力和高層次思考的影響
╱方建文、黃國禎、涂芸芳、惠静蕾
虛擬實境與元宇宙篇
第十一章 概念圖導向之虛擬實驗室學習對學生科學過程技能與行為模式之影響
╱陳冠甫、黃國禎、涂芸芳
第十二章 基於概念填空策略的SVVR學習模式對學生地球科學課程學習成就及感受之影響
╱陳怡廷、簡淑芸、黃國禎、涂芸芳
人工智慧篇
第十三章 結合概念圖的ChatGPT合作學習模式對於學生學習成效之影響
╱朱詩婷、黃國禎、涂芸芳
第十四章 基於概念圖的AI聊天機器人學習模式對EFL學生英語口語報告表現的影響
╱陳錦瑜、黃國禎、涂芸芳
第十五章 結合概念圖的AI圖像辨識機制對學生科學探究成效之影響
╱黃琇苓、黃國禎、涂芸芳
郭 序╱郭伯臣 國立臺中教育大學 校長
前教育部 資訊及科技教育司 司長
曾 序╱曾憲雄 前亞洲大學 副校長
亞洲大學人工智慧學系 榮譽講座教授
前教育部電子計算機中心主任
作者序╱黃國禎 國立臺中教育大學 講座教授╱副校長
朱蕙君 東吳大學 終身特聘教授
涂芸芳 東吳大學 助理教授
理論與研究設計篇
第一章 圖形知識組織器的定義與趨勢分析╱黃國禎
第二章 圖形知識組織器的角色與教育理論╱黃國禎
第三章 圖形知識組織器的輔助學習策略╱黃國禎
第四章 圖形知識組織器的教育應用創新與研究設計模式╱黃國禎
真實情境與擴增實境篇
第五章 促進兒童在替代實境遊戲之科學探究活動：一種基於概念圖的提問學習模式
╱梁欣怡、徐典裕、黃國禎、朱蕙君
第六章 基於多層次概念圖擬題引導策略之無所不在學習模式對學生學習表現及感受之影響
╱黃國禎、林江、朱蕙君
數位遊戲篇
第七章 以時間序列概念圖發展歷史遊戲式學習之研究—— 以鄭成功收復臺灣為例
╱朱蕙君、陳勁宏
第八章 導入概念圖引導策略的雙層次測驗數位遊戲對中學生學習表現之影響
╱黃國禎、林譽容、王卓、朱蕙君
網路合作環境篇
第九章 以線上合作概念圖為核心的翻轉學習設計：促進STEM學習與創造性表現
╱鄭淑楨、陳珮瑩、黃國禎、朱蕙君
第十章 基於概念圖的自我調節學習模式對學生的STEM學習成就、自我調節能力和高層次思考的影響
╱方建文、黃國禎、涂芸芳、惠静蕾
虛擬實境與元宇宙篇
第十一章 概念圖導向之虛擬實驗室學習對學生科學過程技能與行為模式之影響
╱陳冠甫、黃國禎、涂芸芳
第十二章 基於概念填空策略的SVVR學習模式對學生地球科學課程學習成就及感受之影響
╱陳怡廷、簡淑芸、黃國禎、涂芸芳
人工智慧篇
第十三章 結合概念圖的ChatGPT合作學習模式對於學生學習成效之影響
╱朱詩婷、黃國禎、涂芸芳
第十四章 基於概念圖的AI聊天機器人學習模式對EFL學生英語口語報告表現的影響
╱陳錦瑜、黃國禎、涂芸芳
第十五章 結合概念圖的AI圖像辨識機制對學生科學探究成效之影響
╱黃琇苓、黃國禎、涂芸芳
序／導讀
【作者序】
在資訊爆炸與技術快速變遷的時代，數位科技的普及讓我們能隨時隨地獲取豐富且多元的資訊。然而，這股資訊超載的浪潮也同時為教育帶來了新的挑戰：如何引導學生在龐雜的資訊海中，有效率地建構出清晰、系統化的思維模式？本書的核心議題「圖形知識組織器」，特別是概念圖（Concept Map）與心智圖（Mind Map），正是幫助教師及學生解決對這個問題的關鍵。「圖形知識組織器」能夠用來將零散的知識點進行有效地組織，進而協助教師與學生聚焦於問題解決、創新思考等具挑戰性的任務。
在超過30年的數位學習研究過程中，概念圖與心智圖一直是我的研究團隊進行教學創新的重要工具；從傳統教學、網路學習，一直到行動與無所不在學習、新興科技（例如擴增實境、虛擬實境、人工智慧）輔助學習，概念圖與心智圖在教學創新方面都扮演重要的角色。撰寫本書的主要目的，正是為了引導對教學創新感興趣的學者、教師與研究生，順利設計出有學術價值的研究與有效的教學方法。為了達到這個目的，作者們對集了過去二十年透過圖形知識組織器進行教學創新、且具有成功經驗的個案，由教育理論、學習策略到研究主題設計等角度，闡述展現研究價值的方法。同時，本書還針對不同性質的研究設計與分析模式，以實例進行解說，包括統計分析、質性分析、繪圖分析及認知網路分析等，希望能幫助讀者掌握設計與執行高學術價值研究所需的技術。
本書在架構上依照研究的進程需求，分為幾個部分。第一部分（第1-4章）作為研究基礎，闡述了圖形知識組織器的定義、趨勢、核心教育理論、輔助學習策略，以及在教育應用中的研究設計模式，這部分是從事教育技術研究人員必備的基本學術素養。隨後的實務應用情境與案例部分（第5-15章），全面展示了概念圖與心智圖在各種行動科技與新興學習環境中的實證研究設計與成果，涵蓋了真實情境與擴增實境、數位遊戲、網路合作環境、虛擬實境與元宇宙，甚至與最新的人工智慧（AI）應用相結合。這些實證案例為讀者提供了具體、可參考的藍圖，幫助他們瞭解如何將理論轉化為創新的教學實踐。
這本書能夠順利出版，要感謝所有提供資料的優秀學者群，他們對學術研究的熱情是本書能集結眾多高品質實證案例的堅實基礎。同時，也要感謝協助整理資料的呂一淳及謝淑方老師的專業協助。我們期待透過本書的上市，能夠幫助讀者在行動科技時代，更深入地瞭解並應用圖形知識組織器，從而創造出更高效、更有意義的學習體驗；同時，在學術發表及研究計畫申請方面都能有收獲。
在資訊爆炸與技術快速變遷的時代，數位科技的普及讓我們能隨時隨地獲取豐富且多元的資訊。然而，這股資訊超載的浪潮也同時為教育帶來了新的挑戰：如何引導學生在龐雜的資訊海中，有效率地建構出清晰、系統化的思維模式？本書的核心議題「圖形知識組織器」，特別是概念圖（Concept Map）與心智圖（Mind Map），正是幫助教師及學生解決對這個問題的關鍵。「圖形知識組織器」能夠用來將零散的知識點進行有效地組織，進而協助教師與學生聚焦於問題解決、創新思考等具挑戰性的任務。
在超過30年的數位學習研究過程中，概念圖與心智圖一直是我的研究團隊進行教學創新的重要工具；從傳統教學、網路學習，一直到行動與無所不在學習、新興科技（例如擴增實境、虛擬實境、人工智慧）輔助學習，概念圖與心智圖在教學創新方面都扮演重要的角色。撰寫本書的主要目的，正是為了引導對教學創新感興趣的學者、教師與研究生，順利設計出有學術價值的研究與有效的教學方法。為了達到這個目的，作者們對集了過去二十年透過圖形知識組織器進行教學創新、且具有成功經驗的個案，由教育理論、學習策略到研究主題設計等角度，闡述展現研究價值的方法。同時，本書還針對不同性質的研究設計與分析模式，以實例進行解說，包括統計分析、質性分析、繪圖分析及認知網路分析等，希望能幫助讀者掌握設計與執行高學術價值研究所需的技術。
本書在架構上依照研究的進程需求，分為幾個部分。第一部分（第1-4章）作為研究基礎，闡述了圖形知識組織器的定義、趨勢、核心教育理論、輔助學習策略，以及在教育應用中的研究設計模式，這部分是從事教育技術研究人員必備的基本學術素養。隨後的實務應用情境與案例部分（第5-15章），全面展示了概念圖與心智圖在各種行動科技與新興學習環境中的實證研究設計與成果，涵蓋了真實情境與擴增實境、數位遊戲、網路合作環境、虛擬實境與元宇宙，甚至與最新的人工智慧（AI）應用相結合。這些實證案例為讀者提供了具體、可參考的藍圖，幫助他們瞭解如何將理論轉化為創新的教學實踐。
這本書能夠順利出版，要感謝所有提供資料的優秀學者群，他們對學術研究的熱情是本書能集結眾多高品質實證案例的堅實基礎。同時，也要感謝協助整理資料的呂一淳及謝淑方老師的專業協助。我們期待透過本書的上市，能夠幫助讀者在行動科技時代，更深入地瞭解並應用圖形知識組織器，從而創造出更高效、更有意義的學習體驗；同時，在學術發表及研究計畫申請方面都能有收獲。
試閱
【第一章 圖形知識組織器的定義與趨勢分析╱黃國禎】（節錄）
摘 要
透過視覺化的圖形來表徵知識，是教育領域在數十年來持續受到重視的議題。尤其是概念圖及心智圖，在科技化教學的時代，被教育科技領域的學者以各種形式，結合不同的科技情境，來達到促進學習成效的目的。Graphic Organizer是一種透過視覺化的形式，來組織資料並提供資訊的工具。在本書使用了「圖形知識組織器」一詞，旨在強調在教育領域的應用中，引導學生用來組織所學知識的用途，以別於一般只是用來組織資料的統計圖表。在過去將近三十年的研究生涯中，每當有人來問我關於如何訂定研究主題的時候，圖形知識組織器（尤其是概念圖與心智圖）都是我建議的首選。無論由教育理論或科技時代複雜的知識來源的角度，選擇圖形知識組織器來進行學習設計或是研究設計，都是一個值得考慮的選項。本章將針對過去在教育科技研究中，被學者採用的各種圖形知識組織器；同時，透過各種例子，來說明不同圖形知識組織器的使用情境及目的。
壹、圖形知識組織器（Graphic Organizer）的定義
圖形知識組織器是一種視覺化的工具，透過圖像、圖表或圖形結構來組織及呈現資訊。圖形知識組織器在教育的用途很廣，包括幫助學習者組織知識、整理構想、分析知識點的關係及內化知識（Novak & Gowin, 1984）。教育學家普遍認為，適當地使用圖形知識組織器有助於強化學習內容的記憶與知識保留。若能夠結合良好的學習設計，圖形知識組織器甚至於能夠促進學生對複雜知識的理解、提升其批判思考、問題解決、創新思維和資訊整合能力（Zhang et al., 2023）。
圖形知識組織器有多種可能的形式，包括知識組織的輔助工具、教學過程的知識地圖、創作流程的規劃工具、合作專題的創作發想及整理工具、課程單元的視覺化總結工具、瞭解學生知識結構的評量工具等（Novak & Cañas, 2008; Zhang et al., 2023）。以下是幾種常見的圖形知識組織器：
(1) 概念圖（concept map）：用於表示概念及其相互關係，通常包含節點（概念）和連結線（關聯）（Novak & Cañas, 2008）；例如在自然科學課程中，學生繪製「光合作用概念圖」，連結「葉綠體」、「二氧化碳」、「氧氣」等概念，瞭解生物學中的物質轉換關係（Novak & Gowin, 1984）；在數學課程中，教師使用概念圖呈現「座標要素（x、y╱象限）」與「幾何變換（平移、旋轉、反射、伸縮）」之關聯，幫助學生理解座標與變換幾何的應用（Machaba & Malatjie, 2019）。
圖1-1(見原書)展現了一個典型的概念圖例子；這張圖呈現了蟹爪蘭的結構與功能，說明其根、莖、葉在植物生長中的角色。根負責吸收水分與養分，並幫助固定植物，使其能穩固生長。莖則作為傳輸通道，將水分與養分輸送至各個部分，同時提供支撐，使植物能維持形態。葉子透過光合作用製造養分，並透過蒸散作用調節水分的流失。此外，圖中也指出蟹爪蘭是一種常綠植物，全年保持綠葉，且植株矮小，展現其生長特性。這樣的圖示能幫助理解植物的結構與功能之間的關聯，並強調不同部位如何協同運作來維持生命活動。
(2) 心智圖（mind map）：以主題概念為中心，透過分支向外延伸相關的元素或資訊，適用於對單一核心概念的深入剖析（Buzan, 2006）；例如以一個病人為中心，記錄其個人資訊及疾病史、接受的治療、目前的狀況；在語言課程中，學生在學習「全球暖化」的詞彙時，透過心智圖延伸出「氣候變遷」、「碳排放」、「可再生能源」等詞彙，提高詞彙聯想能力（Al-Jarf, 2009）；在數據素養課程中，教師用心智圖規劃「資料蒐集」、「數據分析」、「結果呈現」等子主題，提升課程結構清晰度（Davies, 2011）。
圖1-2(見原書)是一個心智圖的例子；這張圖呈現了全球暖化的成因、影響以及可能的解決方案。隨著溫室氣體排放的增加，氣候變遷日益嚴重，導致氣溫上升、海平面上升，以及極端天氣頻繁發生。而這些變化與人類對化石燃料的使用、工業生產和交通運輸密切相關。全球暖化帶來的環境衝擊影響了生態系統的穩定性，降低了生物多樣性，並對人類健康構成威脅。為了應對這一問題，發展可再生能源成為關鍵，透過太陽能、風力發電和水力發電等方式，人類能夠減少對傳統能源的依賴，降低碳排放，並在一定程度上緩解氣候變遷帶來的挑戰。這張圖表清楚地展現了全球暖化的脈絡，幫助人們理解其影響與應對措施。
(3) 流程圖（flowchart）：以步驟順序來表示過程或決策路徑，常用於說明程序、決策分析或問題解決（Larkin & Simon, 1987）；例如在電腦課程中，學生在學習Python時，使用流程圖繪製「條件判斷結構」，如if-else判斷流程（Zhang et al., 2023）；在科學實驗課程，教師繪製「水的循環」流程圖，包括「蒸發」、「冷凝」、「降水」等過程，幫助學生理解物理變化（Mayer, 2002）。
圖1-3(見原書)展現了一個簡單的流程圖；這張圖描述了一個概念圖學習系統的運作。學生從系統登入畫面進入系統首頁，接著點選任務說明並觀看概念圖任務引導，然後選擇任務清單來開始進行概念圖任務。在學習過程中，系統會檢查學生是否達到了60分鐘的學習時間，如果尚未達標，則繼續進行學習；若已達標，則觀看任務回饋並檢查是否完成所有任務。如果所有任務皆已完成，學生將進入複習畫面，進行確認與送出操作，最後結束流程。整體流程設計清晰，確保學生按照步驟完成學習與反思，並在系統內獲得適當的指導與回饋。
(4) Venn圖（venn diagram）：以重疊圓圈顯示不同集合之間的相似性與差異性，適用於比較與對比分析（Hyerle, 2009）；例如在教育課程中，比較兩種教學法（如傳統教學與翻轉教學）的差異；在語文課程中，比較「莎士比亞劇本」與「現代戲劇」，標示相似處（如戲劇結構）與不同處（如語言風格）（Fisher & Frey, 2013）；在生物課程中，比較「物種或族群的生理╱生態特徵」（如棲地需求、食性、活動時段）與「環境條件」（如溫度、濕度、資源可得性）的共通與差異（Leszczynski et al., 2014）。
圖1-4(見原書)是一個比較傳統教學與翻轉教學的Venn圖。傳統教學模式中，教師在課堂上講授知識，學生主要以聆聽與筆記為主，課堂時間多數用於知識的傳遞，而課後資源主要來自教科書與教師的補充資料，學生較少主動探索新知。這種模式的學習成效在於能夠幫助學生打好基礎，但在高層次的理解與應用上，學生的討論機會較少，導致學習效果可能有所侷限。相較之下，翻轉教學強調學生先在課前透過學習媒體或影片來預習知識，課堂時間則用於討論與解決問題，讓學生能夠深化理解，並將所學應用於真實情境。這種方式通常結合影片、作業與探究式學習，提高學生的參與度與學習成效，特別是在解決問題與應用層次的學習上更具優勢。不過，翻轉教學的推行需要學生具備較高的自主學習能力，且對教師的課程設計與技術運用要求也較高。整體而言，這張圖示展現了兩種教學模式的異同，強調翻轉教學在提升學生主動學習與應用能力方面的優勢，但也提醒了其實施過程中的挑戰。
(5) KWL圖（KWL chart）：用於學習前後的概念整理； K（know）代表已知的內容，W（want to know）代表想要學習的內容，L（learned）代表學習後獲得的知識（Ogle, 1986）。例如歷史課程的「美國獨立戰爭」學習活動中，學生先寫下已知資訊（K），接著列出疑問（W），最後課程結束後填寫學到的知識（L）（Marzano, 1998）；在科學課程的「太陽系」單元前，讓學生先寫下他們對行星的瞭解（K），學習後補充新的知識（L）（Duke & Pearson, 2002）。
圖1-5(見原書)是一個太陽系與行星的K-W-L圖。在K（已知）部分，列出了八大行星，包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，並提到每顆行星都有其基本特徵；這顯示學習者對太陽系已有一定的認識，掌握了行星的名稱與分類。在W（想學習）部分，學習者提出了與行星相關的疑問，例如為什麼有些行星擁有衛星，而有些則沒有，這涉及到行星形成與引力的問題；此外，他們還對人類未來是否能夠登陸其他行星感興趣，這與太空探索和科技發展相關，顯示對宇宙探測的興趣。在L（學到的知識）部分，學習者獲得了更多關於太陽系的資訊，瞭解了太陽系與銀河系的區別，並且得知冥王星在2006年被重新分類為矮行星，不再屬於九大行星之一；這顯示他們對於行星分類標準的變化有所理解，並擴展了對太陽系結構的認識。整體而言，這張圖展現了一個完整的學習歷程，從已知概念出發，通過提出問題促進思考，最後透過學習獲得新的理解，這種方法能夠幫助學習者更有系統地整理和深化知識。
(6) T圖（T-chart）：以T字形結構比較兩組資訊，如優缺點、事實與意見等；例如比較傳統評量與形成性評量的優劣（Hyerle, 2009）。例如在教育課程中，學生比較「傳統教學法」與「翻轉教學」的優缺點，並瞭解傳統教學的「課堂講授」可對應到翻轉教學的「學生課前自主學習階段」（Fisher & Frey, 2013）；在環境科學課程中，學生列出「可再生能源」與「非再生能源」的特徵，並舉例（如太陽能 vs. 石油）（Shim et al., 2018）。
圖1-6(見原書)為一張比較可再生能源與非再生能源的T圖；在圖中展示了二者的特性及優缺點。可再生能源具有可持續循環的特性，因此不容易枯竭，但其使用受到天氣條件與地理環境的限制。例如，太陽能是一種可再生能源，但其發電效率會受到日照強度與氣候變化的影響。相較之下，非再生能源的供應相對穩定，因此能夠持續滿足人類的能源需求，但它在燃燒過程中會產生大量污染物與溫室氣體，對環境造成負面影響。石油作為非再生能源的代表，雖然目前仍是全球主要的能源來源之一，但由於其資源有限，且對環境造成嚴重汙染，長期使用將帶來能源短缺與環境惡化的問題。這張圖表幫助理解不同類型能源的特點，並強調能源選擇對環境與可持續發展的影響。
(7) 時間軸圖（timeline）：以線性時間順序呈現事件發展，適用於歷史、專案管理或科學進展分析（Willingham, 2010）；例如在歷史課程中，學生繪製「二戰時間軸」，標示1939年德國入侵波蘭、1945年戰爭結束等重要事件（Mayer, 2002）；在電腦課程中，學生繪製「人工智慧發展史」，從1950年代的圖靈測試，到2020年代的深度學習應用（Zhang et al., 2023）。
圖1-7(見原書)是一張阿里巴巴發展歷史的時間軸圖；記錄了該公司從1999年成立至2018年期間的關鍵事件。阿里巴巴於1999年成立，並在2004年成為中國最大的互聯網採購平台，顯示了其在電子商務領域的迅速崛起。2005年，阿里巴巴收購並接管了中國Yahoo，進一步擴展其業務版圖，增強了在網絡市場的競爭力。2014年，該公司成功在紐約證券交易所上市，標誌著其國際影響力的提升。2016年，阿里巴巴與烏茲別克政府貿易發展局簽署合作協議，顯示其全球化布局的進一步擴展。到了2018年，阿里巴巴集團進入《財富》雜誌全球500強，反映出其在國際市場的影響力與財務實力的增長。這條時間軸清晰地展示了阿里巴巴的發展歷程，並突顯了其在電子商務和全球市場中的重要里程碑。
(8) 金字塔圖（pyramid chart）：以層級結構顯示資訊，適用於表示分類、重要性或層次關係；例如畫出「馬斯洛需求層次理論」。
圖1-8(見原書)展示了一張健康飲食金字塔圖，用來指導均衡飲食，確保身體獲取充足的營養。金字塔的底部是全穀雜糧類，包括米飯、麵粉、燕麥等，它們是人體主要的能量來源，應該成為日常飲食的基礎。往上一層是蔬菜類和水果類，這些食物富含維生素、礦物質和膳食纖維，對於維持身體健康和促進消化功能至關重要。再往上是豆魚蛋肉類與乳品類，這些食物提供優質蛋白質、鈣質及其他必需營養素，有助於維持肌肉生長與骨骼健康。然而，攝取時需要適量，以避免過多的飽和脂肪和膽固醇攝入。金字塔的最頂端是油脂與堅果種子類，這些食物含有健康脂肪和必需脂肪酸，但應該適量攝取，以免造成能量攝取過剩。這個食物金字塔清楚地顯示了不同食物類別在飲食中的比例，建議人們多攝取全穀、蔬果，適量補充蛋白質來源，並控制油脂和高熱量食物的攝入，以維持健康均衡的飲食習慣。
(9) 魚骨圖（fishbone diagram，又稱因果圖）：用於分析問題的可能成因，幫助解決問題（Ishikawa, 1986）；例如在教育課程中，分析「學生學習低效」的可能原因，如「學習環境」、「動機」、「教學方法」等（Marzano, 1998）；在企業管理課程中，探討「產品銷售下降」的因素，如「市場競爭」、「價格策略」、「顧客需求變化」等（Larkin & Simon, 1987）。
圖1-9(見原書)是以魚骨圖分析影響學習成效的例子；圖中將其歸納為四個主要因素：教學方法、學生特質、學習環境和動機。在教學方法方面，如果教師的方法過於單一或過於僵化，教材內容不適合學生，或教學進度過快，學生可能無法有效吸收知識，導致學習效率降低。學生特質則包括學習程度的差異、自主性不足以及學習風格的不同。如果學生缺乏學習的自主性，或者習慣的學習方式與教師教學方法不匹配，他們在學習過程中可能會遇到更多困難，進一步影響學習成效。學習環境也是影響因素之一，例如學習空間是否舒適、學習資源的充足程度，以及技術設備是否能夠支持學習需求。當學習環境不佳時，學生的學習體驗可能會受到負面影響，進而降低學習效率。最後，學習動機對學習成效有直接影響。如果學生的成就感低，外部壓力過大，或對學習缺乏內在興趣，他們的學習動力可能會減弱，導致專注力下降，學習表現不佳。
總而言之．這張圖清楚地呈現了導致學習低效的多種因素，幫助教育者理解問題的根源，並針對不同原因尋找適當的解決方案，例如改進教學策略、提供適合的學習資源、創造良好的學習環境，或提升學生的學習動機，以改善學習成效。
(10) 故事板（storyboard）：以視覺化的方式展示故事或敘事流程，常用於教學、影片製作或設計思考；例如規劃一堂課的教學流程或課堂活動。
圖1-10(見原書)是一個使用故事板來呈現學習活動設計流程的例子；包含六個步驟，每個步驟都對應不同的學習活動（activity）與學習場景（scene），旨在提升學生的問題解決能力與學習效果。首先，在第一步，學生透過同理心來辨識問題，這可能涉及日常生活中的真實挑戰，例如如何在學校中提升學習動機。在這個階段，教師引導學生觀察與思考，進而確立問題核心。接下來，第二步引導學生深入探究問題本質，透過小組討論與資料蒐集，學生能夠更全面地理解問題，發現影響因素，並產生更有價值的見解。第三步則要求學生開始思考解決問題的策略，例如如何利用外部資源或特定方法來解決困難。在這個階段，教師可以提供理論框架或具體案例來幫助學生發展有效的解決方案。進入第四步，學生需要根據前面的分析來設計解決方案，這可能涉及製作原型或草案，以驗證其可行性。這一過程強調創意思維與實踐能力，幫助學生在探索中學習。在第五步，學生將解決方案進行測試與反思，並蒐集反饋來進一步改進設計。這一階段讓學生有機會評估方案的優缺點，並進行調整，以達到更好的效果。最後，第六步強調成果的展示與總結，學生需要向教師或同儕呈現自己的解決方案，並闡述設計過程與學習收穫。這不僅培養了學生的表達能力，也促進了知識內化與應用。
整體而言，這套學習活動設計流程從問題發現到解決方案的測試與總結，強調了批判思考、合作學習、創意思維與反思調整，是一種有效的問題導向學習（problem-based learning, PBL）模式。
摘 要
透過視覺化的圖形來表徵知識，是教育領域在數十年來持續受到重視的議題。尤其是概念圖及心智圖，在科技化教學的時代，被教育科技領域的學者以各種形式，結合不同的科技情境，來達到促進學習成效的目的。Graphic Organizer是一種透過視覺化的形式，來組織資料並提供資訊的工具。在本書使用了「圖形知識組織器」一詞，旨在強調在教育領域的應用中，引導學生用來組織所學知識的用途，以別於一般只是用來組織資料的統計圖表。在過去將近三十年的研究生涯中，每當有人來問我關於如何訂定研究主題的時候，圖形知識組織器（尤其是概念圖與心智圖）都是我建議的首選。無論由教育理論或科技時代複雜的知識來源的角度，選擇圖形知識組織器來進行學習設計或是研究設計，都是一個值得考慮的選項。本章將針對過去在教育科技研究中，被學者採用的各種圖形知識組織器；同時，透過各種例子，來說明不同圖形知識組織器的使用情境及目的。
壹、圖形知識組織器（Graphic Organizer）的定義
圖形知識組織器是一種視覺化的工具，透過圖像、圖表或圖形結構來組織及呈現資訊。圖形知識組織器在教育的用途很廣，包括幫助學習者組織知識、整理構想、分析知識點的關係及內化知識（Novak & Gowin, 1984）。教育學家普遍認為，適當地使用圖形知識組織器有助於強化學習內容的記憶與知識保留。若能夠結合良好的學習設計，圖形知識組織器甚至於能夠促進學生對複雜知識的理解、提升其批判思考、問題解決、創新思維和資訊整合能力（Zhang et al., 2023）。
圖形知識組織器有多種可能的形式，包括知識組織的輔助工具、教學過程的知識地圖、創作流程的規劃工具、合作專題的創作發想及整理工具、課程單元的視覺化總結工具、瞭解學生知識結構的評量工具等（Novak & Cañas, 2008; Zhang et al., 2023）。以下是幾種常見的圖形知識組織器：
(1) 概念圖（concept map）：用於表示概念及其相互關係，通常包含節點（概念）和連結線（關聯）（Novak & Cañas, 2008）；例如在自然科學課程中，學生繪製「光合作用概念圖」，連結「葉綠體」、「二氧化碳」、「氧氣」等概念，瞭解生物學中的物質轉換關係（Novak & Gowin, 1984）；在數學課程中，教師使用概念圖呈現「座標要素（x、y╱象限）」與「幾何變換（平移、旋轉、反射、伸縮）」之關聯，幫助學生理解座標與變換幾何的應用（Machaba & Malatjie, 2019）。
圖1-1(見原書)展現了一個典型的概念圖例子；這張圖呈現了蟹爪蘭的結構與功能，說明其根、莖、葉在植物生長中的角色。根負責吸收水分與養分，並幫助固定植物，使其能穩固生長。莖則作為傳輸通道，將水分與養分輸送至各個部分，同時提供支撐，使植物能維持形態。葉子透過光合作用製造養分，並透過蒸散作用調節水分的流失。此外，圖中也指出蟹爪蘭是一種常綠植物，全年保持綠葉，且植株矮小，展現其生長特性。這樣的圖示能幫助理解植物的結構與功能之間的關聯，並強調不同部位如何協同運作來維持生命活動。
(2) 心智圖（mind map）：以主題概念為中心，透過分支向外延伸相關的元素或資訊，適用於對單一核心概念的深入剖析（Buzan, 2006）；例如以一個病人為中心，記錄其個人資訊及疾病史、接受的治療、目前的狀況；在語言課程中，學生在學習「全球暖化」的詞彙時，透過心智圖延伸出「氣候變遷」、「碳排放」、「可再生能源」等詞彙，提高詞彙聯想能力（Al-Jarf, 2009）；在數據素養課程中，教師用心智圖規劃「資料蒐集」、「數據分析」、「結果呈現」等子主題，提升課程結構清晰度（Davies, 2011）。
圖1-2(見原書)是一個心智圖的例子；這張圖呈現了全球暖化的成因、影響以及可能的解決方案。隨著溫室氣體排放的增加，氣候變遷日益嚴重，導致氣溫上升、海平面上升，以及極端天氣頻繁發生。而這些變化與人類對化石燃料的使用、工業生產和交通運輸密切相關。全球暖化帶來的環境衝擊影響了生態系統的穩定性，降低了生物多樣性，並對人類健康構成威脅。為了應對這一問題，發展可再生能源成為關鍵，透過太陽能、風力發電和水力發電等方式，人類能夠減少對傳統能源的依賴，降低碳排放，並在一定程度上緩解氣候變遷帶來的挑戰。這張圖表清楚地展現了全球暖化的脈絡，幫助人們理解其影響與應對措施。
(3) 流程圖（flowchart）：以步驟順序來表示過程或決策路徑，常用於說明程序、決策分析或問題解決（Larkin & Simon, 1987）；例如在電腦課程中，學生在學習Python時，使用流程圖繪製「條件判斷結構」，如if-else判斷流程（Zhang et al., 2023）；在科學實驗課程，教師繪製「水的循環」流程圖，包括「蒸發」、「冷凝」、「降水」等過程，幫助學生理解物理變化（Mayer, 2002）。
圖1-3(見原書)展現了一個簡單的流程圖；這張圖描述了一個概念圖學習系統的運作。學生從系統登入畫面進入系統首頁，接著點選任務說明並觀看概念圖任務引導，然後選擇任務清單來開始進行概念圖任務。在學習過程中，系統會檢查學生是否達到了60分鐘的學習時間，如果尚未達標，則繼續進行學習；若已達標，則觀看任務回饋並檢查是否完成所有任務。如果所有任務皆已完成，學生將進入複習畫面，進行確認與送出操作，最後結束流程。整體流程設計清晰，確保學生按照步驟完成學習與反思，並在系統內獲得適當的指導與回饋。
(4) Venn圖（venn diagram）：以重疊圓圈顯示不同集合之間的相似性與差異性，適用於比較與對比分析（Hyerle, 2009）；例如在教育課程中，比較兩種教學法（如傳統教學與翻轉教學）的差異；在語文課程中，比較「莎士比亞劇本」與「現代戲劇」，標示相似處（如戲劇結構）與不同處（如語言風格）（Fisher & Frey, 2013）；在生物課程中，比較「物種或族群的生理╱生態特徵」（如棲地需求、食性、活動時段）與「環境條件」（如溫度、濕度、資源可得性）的共通與差異（Leszczynski et al., 2014）。
圖1-4(見原書)是一個比較傳統教學與翻轉教學的Venn圖。傳統教學模式中，教師在課堂上講授知識，學生主要以聆聽與筆記為主，課堂時間多數用於知識的傳遞，而課後資源主要來自教科書與教師的補充資料，學生較少主動探索新知。這種模式的學習成效在於能夠幫助學生打好基礎，但在高層次的理解與應用上，學生的討論機會較少，導致學習效果可能有所侷限。相較之下，翻轉教學強調學生先在課前透過學習媒體或影片來預習知識，課堂時間則用於討論與解決問題，讓學生能夠深化理解，並將所學應用於真實情境。這種方式通常結合影片、作業與探究式學習，提高學生的參與度與學習成效，特別是在解決問題與應用層次的學習上更具優勢。不過，翻轉教學的推行需要學生具備較高的自主學習能力，且對教師的課程設計與技術運用要求也較高。整體而言，這張圖示展現了兩種教學模式的異同，強調翻轉教學在提升學生主動學習與應用能力方面的優勢，但也提醒了其實施過程中的挑戰。
(5) KWL圖（KWL chart）：用於學習前後的概念整理； K（know）代表已知的內容，W（want to know）代表想要學習的內容，L（learned）代表學習後獲得的知識（Ogle, 1986）。例如歷史課程的「美國獨立戰爭」學習活動中，學生先寫下已知資訊（K），接著列出疑問（W），最後課程結束後填寫學到的知識（L）（Marzano, 1998）；在科學課程的「太陽系」單元前，讓學生先寫下他們對行星的瞭解（K），學習後補充新的知識（L）（Duke & Pearson, 2002）。
圖1-5(見原書)是一個太陽系與行星的K-W-L圖。在K（已知）部分，列出了八大行星，包括水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星，並提到每顆行星都有其基本特徵；這顯示學習者對太陽系已有一定的認識，掌握了行星的名稱與分類。在W（想學習）部分，學習者提出了與行星相關的疑問，例如為什麼有些行星擁有衛星，而有些則沒有，這涉及到行星形成與引力的問題；此外，他們還對人類未來是否能夠登陸其他行星感興趣，這與太空探索和科技發展相關，顯示對宇宙探測的興趣。在L（學到的知識）部分，學習者獲得了更多關於太陽系的資訊，瞭解了太陽系與銀河系的區別，並且得知冥王星在2006年被重新分類為矮行星，不再屬於九大行星之一；這顯示他們對於行星分類標準的變化有所理解，並擴展了對太陽系結構的認識。整體而言，這張圖展現了一個完整的學習歷程，從已知概念出發，通過提出問題促進思考，最後透過學習獲得新的理解，這種方法能夠幫助學習者更有系統地整理和深化知識。
(6) T圖（T-chart）：以T字形結構比較兩組資訊，如優缺點、事實與意見等；例如比較傳統評量與形成性評量的優劣（Hyerle, 2009）。例如在教育課程中，學生比較「傳統教學法」與「翻轉教學」的優缺點，並瞭解傳統教學的「課堂講授」可對應到翻轉教學的「學生課前自主學習階段」（Fisher & Frey, 2013）；在環境科學課程中，學生列出「可再生能源」與「非再生能源」的特徵，並舉例（如太陽能 vs. 石油）（Shim et al., 2018）。
圖1-6(見原書)為一張比較可再生能源與非再生能源的T圖；在圖中展示了二者的特性及優缺點。可再生能源具有可持續循環的特性，因此不容易枯竭，但其使用受到天氣條件與地理環境的限制。例如，太陽能是一種可再生能源，但其發電效率會受到日照強度與氣候變化的影響。相較之下，非再生能源的供應相對穩定，因此能夠持續滿足人類的能源需求，但它在燃燒過程中會產生大量污染物與溫室氣體，對環境造成負面影響。石油作為非再生能源的代表，雖然目前仍是全球主要的能源來源之一，但由於其資源有限，且對環境造成嚴重汙染，長期使用將帶來能源短缺與環境惡化的問題。這張圖表幫助理解不同類型能源的特點，並強調能源選擇對環境與可持續發展的影響。
(7) 時間軸圖（timeline）：以線性時間順序呈現事件發展，適用於歷史、專案管理或科學進展分析（Willingham, 2010）；例如在歷史課程中，學生繪製「二戰時間軸」，標示1939年德國入侵波蘭、1945年戰爭結束等重要事件（Mayer, 2002）；在電腦課程中，學生繪製「人工智慧發展史」，從1950年代的圖靈測試，到2020年代的深度學習應用（Zhang et al., 2023）。
圖1-7(見原書)是一張阿里巴巴發展歷史的時間軸圖；記錄了該公司從1999年成立至2018年期間的關鍵事件。阿里巴巴於1999年成立，並在2004年成為中國最大的互聯網採購平台，顯示了其在電子商務領域的迅速崛起。2005年，阿里巴巴收購並接管了中國Yahoo，進一步擴展其業務版圖，增強了在網絡市場的競爭力。2014年，該公司成功在紐約證券交易所上市，標誌著其國際影響力的提升。2016年，阿里巴巴與烏茲別克政府貿易發展局簽署合作協議，顯示其全球化布局的進一步擴展。到了2018年，阿里巴巴集團進入《財富》雜誌全球500強，反映出其在國際市場的影響力與財務實力的增長。這條時間軸清晰地展示了阿里巴巴的發展歷程，並突顯了其在電子商務和全球市場中的重要里程碑。
(8) 金字塔圖（pyramid chart）：以層級結構顯示資訊，適用於表示分類、重要性或層次關係；例如畫出「馬斯洛需求層次理論」。
圖1-8(見原書)展示了一張健康飲食金字塔圖，用來指導均衡飲食，確保身體獲取充足的營養。金字塔的底部是全穀雜糧類，包括米飯、麵粉、燕麥等，它們是人體主要的能量來源，應該成為日常飲食的基礎。往上一層是蔬菜類和水果類，這些食物富含維生素、礦物質和膳食纖維，對於維持身體健康和促進消化功能至關重要。再往上是豆魚蛋肉類與乳品類，這些食物提供優質蛋白質、鈣質及其他必需營養素，有助於維持肌肉生長與骨骼健康。然而，攝取時需要適量，以避免過多的飽和脂肪和膽固醇攝入。金字塔的最頂端是油脂與堅果種子類，這些食物含有健康脂肪和必需脂肪酸，但應該適量攝取，以免造成能量攝取過剩。這個食物金字塔清楚地顯示了不同食物類別在飲食中的比例，建議人們多攝取全穀、蔬果，適量補充蛋白質來源，並控制油脂和高熱量食物的攝入，以維持健康均衡的飲食習慣。
(9) 魚骨圖（fishbone diagram，又稱因果圖）：用於分析問題的可能成因，幫助解決問題（Ishikawa, 1986）；例如在教育課程中，分析「學生學習低效」的可能原因，如「學習環境」、「動機」、「教學方法」等（Marzano, 1998）；在企業管理課程中，探討「產品銷售下降」的因素，如「市場競爭」、「價格策略」、「顧客需求變化」等（Larkin & Simon, 1987）。
圖1-9(見原書)是以魚骨圖分析影響學習成效的例子；圖中將其歸納為四個主要因素：教學方法、學生特質、學習環境和動機。在教學方法方面，如果教師的方法過於單一或過於僵化，教材內容不適合學生，或教學進度過快，學生可能無法有效吸收知識，導致學習效率降低。學生特質則包括學習程度的差異、自主性不足以及學習風格的不同。如果學生缺乏學習的自主性，或者習慣的學習方式與教師教學方法不匹配，他們在學習過程中可能會遇到更多困難，進一步影響學習成效。學習環境也是影響因素之一，例如學習空間是否舒適、學習資源的充足程度，以及技術設備是否能夠支持學習需求。當學習環境不佳時，學生的學習體驗可能會受到負面影響，進而降低學習效率。最後，學習動機對學習成效有直接影響。如果學生的成就感低，外部壓力過大，或對學習缺乏內在興趣，他們的學習動力可能會減弱，導致專注力下降，學習表現不佳。
總而言之．這張圖清楚地呈現了導致學習低效的多種因素，幫助教育者理解問題的根源，並針對不同原因尋找適當的解決方案，例如改進教學策略、提供適合的學習資源、創造良好的學習環境，或提升學生的學習動機，以改善學習成效。
(10) 故事板（storyboard）：以視覺化的方式展示故事或敘事流程，常用於教學、影片製作或設計思考；例如規劃一堂課的教學流程或課堂活動。
圖1-10(見原書)是一個使用故事板來呈現學習活動設計流程的例子；包含六個步驟，每個步驟都對應不同的學習活動（activity）與學習場景（scene），旨在提升學生的問題解決能力與學習效果。首先，在第一步，學生透過同理心來辨識問題，這可能涉及日常生活中的真實挑戰，例如如何在學校中提升學習動機。在這個階段，教師引導學生觀察與思考，進而確立問題核心。接下來，第二步引導學生深入探究問題本質，透過小組討論與資料蒐集，學生能夠更全面地理解問題，發現影響因素，並產生更有價值的見解。第三步則要求學生開始思考解決問題的策略，例如如何利用外部資源或特定方法來解決困難。在這個階段，教師可以提供理論框架或具體案例來幫助學生發展有效的解決方案。進入第四步，學生需要根據前面的分析來設計解決方案，這可能涉及製作原型或草案，以驗證其可行性。這一過程強調創意思維與實踐能力，幫助學生在探索中學習。在第五步，學生將解決方案進行測試與反思，並蒐集反饋來進一步改進設計。這一階段讓學生有機會評估方案的優缺點，並進行調整，以達到更好的效果。最後，第六步強調成果的展示與總結，學生需要向教師或同儕呈現自己的解決方案，並闡述設計過程與學習收穫。這不僅培養了學生的表達能力，也促進了知識內化與應用。
整體而言，這套學習活動設計流程從問題發現到解決方案的測試與總結，強調了批判思考、合作學習、創意思維與反思調整，是一種有效的問題導向學習（problem-based learning, PBL）模式。
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