面對現今社會變化快速的時代，人們面臨到的問題越來越複雜，因此與他人合作解決問題變成21世紀的核心能力之一，在教育環境中也越來越多學習活動，透過合作問題解決達到合作學習的目的。而在科學學習中，使用電腦模擬已被證實為有效的學習方式，透過操控參數和觀察模擬變化，可以幫助學生進行知識建構。本研究應用電腦模擬進行合作問題解決的科學學習活動，探討學生在不同操作模式下，合作過程中的行為和感受，使用眼動追蹤、對話分析探討學生在問題解決中的行為模式，透過問卷調查活動時的合作品質，為了進一步了解合作過程中如何互相影響，使用多層次分析中的隨機係數模型，分析個人行為、感受與小組合作過程之間的關聯。結果顯示不同操作模式對學生在活動中的注意力無明顯差異，但在學習行為、合作感受、學習成效皆有不同，進而造成個人與小組的關聯中有明顯差異，在合作上，非同步模式較依賴對話，對話的品質影響到合作的品質；同步模式的學習成效較好，花費的時間較短，但發現在學習上會發生搭便車效應；分工模式的學習成效較差，花費的時間較長，但有較好的合作品質。最後，本研究依照結果提出未來研究的建議。