學生學習與建構科學知識及概念

Shaw & Frederick(1999)；Sivertsen(1993)；Vesilind & Jones(1996)；

引自 Jones.et al(2003)提倡在學生的科學課程中要有實作經驗。這裡的“實 作”是指科學課程實作、科學展覽實作、科學社團實作等。從網路上更可以找出 將近 150 萬筆相關科學實作的文獻。而 Rutherford(1993；引自 Jones.et al,2003) 認為基本的實作是指學生在研究植物、岩石、昆蟲、水、磁場等所使用的科學儀 器；包含尺、天平、試管、溫度計、顯微鏡、望遠鏡、攝影機與計算機等，並從 中學習實作經驗。Doran(1990)；Flick(1993)；Haury & Rillero(1994)；Lumpe

& Oliver(1991)；引自 Jones.et al(2003)認為雖然實作科學常被定義為實際的 操作與合理的質疑，但是最基本的信念仍是學生必須在學習科學時親自操作儀器 (引自 Jones.et al,2003)。

Shaply & Luttrell(1993；引自 Jones.et al,2003)認為實作科學的概念應 該是以學生平日所處的真實世界中來發展。而 Vesilind & Jones(1996；引自 Jones.et al,2003)提出用科學的方法來實際操作物體對學生學習科學而言是一 條很有效的方法。另外，Loucks-Horsley et al., (1990；引自 Jones.et al,2003) 認為當學生在實作科學時，基本的方法有接觸、觀察、聽、聞與嚐其物體的味道 等。而這些方法常被用來發展成具體與抽象的思考。Dewey(1916；引自 Jones.et al,2003)提倡在實作科學課程時應伴隨著省察。Bruner(1983；引自 Jones.et al,2003)主張在操作儀器時，應強調操作的技巧與觀察(引自 Jones.et al, 2003)。

Keller(1983；引自 Jones.et al,2003)認為教師常常在實驗課中教導學生 如何操作儀器與利用感覺去體會，或是用接觸與觀察等。諾貝爾獎得主—Barbara McClintock 強調在她的研究計畫中，感覺是很重要的。Lederman & Taylor (1972；引自 Jones.et al,2003)認為對於消極的學習脈絡下，想要引起學生的 學習動機以及保持學生的注意力是困難的。

Lederman(1983)；Zangaladze et al,(1999)；引自 Jones.et al(2003)等 認為 HAPTIC(是指一套電腦軟體)與視覺做觀察物體的比較時，視覺更能夠讓學 生在一定的時間內得到大量的知識。科學教育學者的興趣是將 HAPTIC 經驗加到 視覺經驗之中，並在其研究結果展示出 HAPTIC 有較佳的能力來幫助學生去探究 物質的特性(粗/細、硬/軟、乾/濕、黏/滑)。其次，教學實作有著高度的新奇，

例如使用新的儀器來做研究，讓學生產生興趣(引自 Jones.et al,2003)。

Dimopoulos & Koulaidis(2003)；Bauer(1994)；Latour(1987)等提出在探 討技術科學議題時，會呈現出一般社會大眾的特徵。例如：好爭論的個性、高度 的脈絡複雜型、不同的社會行為參與者的興趣與其價值觀。

Kolstoe(2000,2001)；Newton(1999)；引自 Dimopoulos & Koulaidis(2003) 認為學生應利用所學的知識，在大眾領域中發展易於理解的社會科學議題。例如：

1.以抽象知識為主的相關概念。

2.察覺技術科學知識中內在機制的演進過程。

3.了解專家與非專家兩者之間的相互主張與他們的興趣，例如：道德、宗教、政 治等。

4.確認專家技術來源的合法性。

Kortland & Lijnse(1996)；Ratcliffe (1996)；Waarlo(1997)；引自 Dimopoulos & Koulaidis(2003)等提出學生透過 STS 課程所學到的技巧，被視為 學生學習上的實踐。Levinson & Turner(2001)；McGinnis & Simmons(1999)；

Newton(1999)；引自 Dimopoulos & Koulaidis(2003)認為複雜的國編教材與評 價系統演變成外部的壓力，衝擊著教師們。Cross & Price(1996)；Levinson &

Turner(2001)；引自 Dimopoulos & Koulaidis(2003)的看法是當教師在教導社 會科學議題時，感覺上好像缺乏一套合適的教學策略。選擇報刊輿論做分析樣本 有三項主要因素(引自 Dimopoulos & Koulaidis,2003)：

1.Hilgartner & Bosk(1988)；Calhoun(1992)；Thompson(1995)認為，報刊輿論 是一種在大眾領域中的公正省察。

2.Elliott & Rosenberg(1987)；McLeod,Glynn & Griffin(1997)；Stamm,Clark

& Eblacas(2000)等認為報刊輿論在技術科學這方面所呈現的資訊，對學生與 大眾在生活上皆有很深的影響。Lijnse et al(1990)認為報刊輿論影響學生對 技術科學議題的想法與態度。而 Eurobarometer(1993)；Miller(2000)認為報 刊輿論能夠提升大眾對技術科學的認知程度。

3.Miller & Osborne(1998)提出學校所教授的技術科學課程是為了讓學生有能力 去閱讀與評論相關技術科學議題的文章。Phillips & Norris(1999)認為上述 這項方案並沒有徹底的實踐。

此外，在技術科學所產生的社會衝突部分，有文章指出倘若技術科學與社會 領域的互動越緊密，則越有可能產生衝擊。社會的衝擊包含正面衝擊與負面衝擊。

在報刊輿論的領域中，技術科學所影響環境的負面衝擊會比正面衝擊還多(引自 Dimopoulos & Koulaidis,2003)。

技術科學的報導是吸引大眾在公眾領域中更願意參與討論。注重學生在科學 課程期間有更積極的行動與回饋。事實上，科學教師的教法與大部分傳統科學課 程的主要焦點皆是在技術科學知識。這篇研究致力於分析報刊輿論中的本質特 徵。並能夠提升大眾的技術科學素養。未來在科學課程的研究中，報刊輿論教材 仍被廣泛的使用(引自 Dimopoulos & Koulaidis,2003)。

Stamou & Korfiatis (2004)；Palmer(1998)；Rickinson(2001)；Unesco (1999a)；Lee & Williams(2001)等提出學校所安排關於環境教育素養的課程，

要能夠促進學生對環境的興趣，例如：對環境的生態保育以及發展下一代對環境 的友善態度。Barraza(2001)；Lee & Williams(2001)；Simmons(2000)；引自

Stamou & Korfiatis(2004)認為環境知識議題在課程中已徹底的討論過，並有幾 篇研究是評論當今所使用之課程的價值。而環境知識其實就是指對自然界的種種 事物以及對於自然與人類的相互關係之間所做的詳述。另外，Rickinson(2001)；

Ruskey,Wilke & Beasley(2001)；引自 Stamou & Korfiatis(2004)認為透過這 些課程使世界上大多數的學生持續不斷接受所學習的環境知識與塑造對環境的 態度。並且呈現出許多關於環境知識的報告。Wals(1994)；Barron(1995)；引自 Stamou & Korfiatis(2004)則認為學生對自然的印象應該要從環境教育的課程之 中來建立其基礎(引自 Stamou & Korfiatis,2004)。

Bogner(1998b)；Gobster(2001)；引自 Stamou & Korfiatis(2004)認為人 們對其自然的普遍之印象會影響對其環境生態保育的態度。Boyes,Stanisstreet

& Papantoniou(1999)；Myers,Boyes & Stanisstreet(1999)；Stylianidou, Ormerod & Ogborn(2002)；Koulaidis & Christidou(1999)；Haluza-Delay (2001)；引自 Stamou & Korfiatis(2004)等大多數的研究者是透過問卷與訪談 來處理大眾所了解的環境資訊。Burgess(1990)；Johnson(1986)；引自 Stamou &

Korfiatis(2004)提出大眾利用已存在的文化知識與論述來積極建構他們自身的 環境知識。但是作者認為初等學校的自然科學課程有責任灌輸學生適合的環境知 識與培養學生擁有良好的環境友善態度。至於 Krivas(1997)；引自 Stamou &

Korfiatis(2004)則提出在環境課程中應該要有說明針對環境的態度與行為。

Palmer(1998)；引自 Stamou & Korfiatis(2004)並且認為其它的國家中也出現 相似的環境課程(引自 Stamou & Korfiatis,2004)。

其中在自然的價值方面，Seke(2000)；引自 Stamou & Korfiatis(2004)認 為關於環境的自然價值，是在環境之課程中所不可缺少的重點。在 Gough,Scott

& Stables(2000)與 Kortencamp & Moore(2001)；引自 Stamou & Korfiatis(2004) 的研究中，所發現的差異為下列兩種：以生態環境為中心及以人類為中心的環境 價值。前者的價值特性是在乎自身的利益，而後者則是希望自然是否能對人類做 一些有用的事。下列則是我們將自然的價值所做的區分，分為世外桃源與資源兩

大類(引自 Stamou & Korfiatis,2004)：

1.世外桃源：指自然即是修閒、娛樂等概念。

2.資源：指自然即是造福人類的資源，是以人類為中心的價值。

Lee & Williams(2001；引自 Stamou & Korfiatis,2004)認為環境教育提供 學生評價人類活動的標準。因此，為了了解人類活動對環境的衝擊，我們區別出 下列的三個種類(引自 Stamou & Korfiatis,2004)：

1.與自然產生衝擊：人類對生態系統所造成的損傷及污染。

2.與自然和平共處：人類的活動中，要對環境友善，至少不能損害自然。

3.對自然保持中立的態度：不以人類活動對環境所造成的衝擊作評論。

Dodick & Orion,Gould(1987)；引自 Dodick & Orion(2002)認為探索遙遠 的年代--了解宇宙已存在的時間是數不盡的。從地質學的時間角度來看，人類的 在這世上的存在時間實在是微不足道。部分研究也將地質學區分為下列的兩個族 群(引自 Dodick & Orion,2002)：

1.以情況、結果為基礎的研究。

2.以邏輯、推理為基礎的研究。

在以情況、結果為基礎的研究之範疇中，研究員將學生對於遙遠的年代的了 解做統整的概括論述。並且在這一連串的研究計畫中，說明了相關的理由。而這 類型的研究還包含了：Noonan-Pulling & Good(1999)；引自 Dodick & Orion(2002 )的國中生對地球起源的了解之研究。Trend(1997,1998)；引自 Dodick & Orion (2002)的 10~11 歲學童對於地質學其年代概念之研究等。Aults(1981,1982)；引 自 Dodick & Orion(2002)對一群 6 年級的學生進行訪談，並使用一連串的開放 性難題來測驗學生對於地質學的了解程度。Frodeman(1995,1996)；引自 Dodick

& Orion(2002)提出地質學是建立在時間的知識上，透過靜態實體的視覺說明，

例如化石的構造。此外，Everitt,Good & Pankiewicz(1996)；Hume(1978)；

Metzger(1992)；Ritger & Cummins(1991)；Rowland(1983)；Spencer-Cervato &

Day(2000)等；引自 Dodick & Orion(2002)認為在地質學教育的範圍內，應專注

於時間比率尺度的實用教學。Ritger & Cummins(1991)；引自 Dodick & Orion (2002)展示出以學生為中心的導向，並允許學生建立以他們自身標準為基礎的抽 象概念(引自 Dodick & Orion,2002)。

在問卷的發展方面，Orion & Hofstein(1991)；引自 Dodick & Orion(2002 )引用較早的學者 Gardner(1975) & Koballa(1984)；引自 Dodick & Orion(2002) 所做的研究為基礎，設計一整套具有信度與效度的工具來測量學生的態度。

Montagnero(1996)；引自 Dodick & Orion(2002)利用探求現象變化的想法來建 立一套模型定義其地質學的結構與本質。其組成包括四個系統，這些系統將說明 特別的邏輯技巧並解釋關於地質學的問題。根據 Montagnero(1992,1996)；引自 Dodick & Orion(2002)要求平均年齡在 10~11 歲的孩童去組編一套完整之探求自 然現象變化的計畫(以那四個系統為基礎)。並且從探求自然現象變化的計畫中發 現出下面三個訊息(引自 Dodick.J & Orion.N,2002)：

1.實驗的知識：從個人的實驗中獲得知識以及透過特殊文化論述所受的影響。

2.組織的知識：包含對範圍(空間與時間)的理解力與結果關係。

3.價值的知識：知識的獲得基於計畫本身系統的價值。系統常常被判定與完好狀 態慢慢遠離(例如：樹木會慢慢地衰老)。

Pfundt & Duit(1999)；引自 Guisasola,Almudi & Zubimendi(2004)提出近 二十年來，大多數的研究在於探討學生對於科學的概念。經常討論的物理領域包 含運動學與動力學(例如：速度、加速度與力等)，另外的概念還包含了電學中的 電壓、電流與電阻等。Bar & Zinn,Rubin(1997)；Seroglou & Panagiotis, Vassilis(1998)；Barrow(1987)；Erickson(1994)；Naarouf & Benyamna (1997)；

Galili(1995)等；引自 Guisasola,Almudi & Zubimendi(2004)認為在近十年的 研究中，關於機械學與電學的磁力學領域在中等教育上其課程內容有增加的趨 勢。Bagno & Eylo(1997)；Galili & Kaplan(1997)；Meneses & Caballero(1995)；

引自 Guisasola,Almudi & Zubimendi(2004)認為在長期的教育下，大多數的學 生沒有展示出在電磁學理論中之有意義的學習概念(引自 Guisasola,Almudi &

Zubimendi,2004)。

Bar,Zinn & Rubin(1997)；Barrow(1987)；Maarouf & Benyamna(1997)等；

引自 Guisasola,Almudi & Zubimendi(2004)提出大多數的研究焦點在於分析學 生的概念與考慮特殊的面向。例如：在初級學校中研究磁鐵相互之間的影響。

Borges(1999)；Borges & Gilbert(1998)；Velazco (1998)；引自 Guisasola, Almudi & Zubimendi(2004)的部分研究對於磁力與磁場提供廣泛的分析。這些研 究說明了學生之磁場想法的部分特徵，但沒有去處理學生對磁場以及磁場與磁力

Borges(1999)；Borges & Gilbert(1998)；Velazco (1998)；引自 Guisasola, Almudi & Zubimendi(2004)的部分研究對於磁力與磁場提供廣泛的分析。這些研 究說明了學生之磁場想法的部分特徵，但沒有去處理學生對磁場以及磁場與磁力