學生與教師的科學知識觀之分析

針對研究問題二「同學科背景的大一學生對科學及實驗室環境的觀點與其處理實驗 異象之相關為何？」與研究問題四「教師對科學的觀點及其指導學生處理實驗異象之關 係為何？」中，本節將先探討學生與教師的科學知識觀在本研究所扮演的角色與重要 性。本節研究結果的取得過程分為兩部分。學生部分，於學生進行第一次實驗活動前收 取科學觀點前測資料，後測資料則於學生參與具挑戰性事件的兩次實驗活動後兩個月收 取。教師科學知識觀的部分，則在訪談教師對於實驗異象的觀點之前收取，不以前後測 收集資料的原因為教師並不如學生有藉由實驗活動來影響其科學知識觀，因此僅需填寫 一次科學觀點問卷即可。此外，科學觀點問卷為Tsai & Liu (2005) 所編製之「科學觀點 量表」，本研究已於第三章詳述發展過程與其信度，故此處不再贅述。

本節所探討的研究結果可使研究者了解到實驗活動究竟有沒有對學生的科學知識 觀產生影響，並以教授學科知識的教師之科學知識觀來相互比較，了解學生與教師對於 科學的觀點是否有差異。

壹、學生的科學認識觀

參與本研究之157 位學生於第一次實驗課進行前，並無參與任何關於大學實驗課程 內容的活動，僅受過中學六年的基礎實驗教學，因此研究者選取該群學生進實驗室做實 驗前來進行其科學觀點的前測問卷。此外，兩個月後（學期中），進行科學觀點的後測 問卷。經信度分析後，為使四個面向的信度（社會協商的角色、被發明且具創造力的科 學本質、理論滿載的探索、科學知識的暫時性與變動性特徵）達0.55 可分析之標準以上，

因此僅擷取其中 95 位學生的科學知識觀分數進行探討。茲將學生參與實驗活動前後的

科學知識觀整理如表4-1-1 與圖 4-1-1。 and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識的暫時 性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

b. [ ]內的數值為標準差 4.19 4.09

3.08

4.30 4.033.96

SN IC TL CT

且具創造力的科學本質 (IC)」與「科學知識的暫時性與變動性特徵 (CT)」的分數卻有 明顯的退步 (*p<0.05)。而學生「社會協商的角色 (SN)」的分數在前後測幾乎相同，除 後測分數有些微減少。

根據本研究結果，研究者認為，學生透過實驗活動中，實際動手做實驗的經驗可以 確實了解到科學發展是受科學家個人主觀意識的觀察、假設所影響，因而學生於「理論 滿載的探索」的科學知識觀分數才會有明顯的進步。

此外，本研究結果另外兩個非常有趣的結果為「被發明且具創造力的科學本質」與

「科學知識的暫時性與變動性特徵」的分數，出現退步的結果。研究者認為，此結果是 由於當初設計實驗中的挑戰性事件是為了促進學生的科學學習，然而最後進行完實驗活 動後，教師仍給予一個標準答案，顯示實驗結果並非開放性的答案，學生原本具有創造 力的思考過程與結論受到標準答案的干擾而下降，並且可能將原本對於科學知識的暫時 性與變動性的觀感修正為有正確、固定、不可挑戰之標準答案，因而降低對於暫時性與 變動性的科學知識觀分數。

此三個面向的分數消長結果提供了本研究一個非常具有參考價值的結論，即具挑戰 性事件的實驗活動雖然可以幫助學生了解科學探索的歷程，但是若於實驗活動結束後，

下一週給予標準答案，則會使學生的創造力以及其對科學知識的暫時性與變動性的看法 有所變動，而根據學生的訪談逐字稿中也可看出學生觀點從完全相信權威到開始懷疑權 威的轉變：

有時候我們會覺得老師講的是對的，然後結果就一直去鑽研，像上一次，第一次做實驗 的時候，老師給的數據，他是故意給錯的，然後我們大家都以為是我們算錯了，後來發 現其實每一組都一樣的時候，就會去想到是不是老師是錯的，後來問老師，老師說他是 故意的，對阿。會有一點影響阿，因為他是老師，所以大家剛開始會覺得他的想法應該 是對的。

未曾參與過具挑戰性事件的學生相當信任教師或課本的權威性，然而，經由本研究 所設計之具挑戰性事件的實驗活動後，學生方開始懷疑權威的正確性，而不是盲目接受。

因此，研究者建議，若教學上仍需要給予學生一個極具參考價值的解答，可於全部 實驗活動進行完畢後，再給予參考解答，並積極鼓勵學生從不同面向來解釋實際的實驗 結果，而不是給予「不是對，就是錯」的二元答案。

此外，上述皆為全體學生科學知識觀整體的分數變化，以下研究者為了進一步探討 科學知識觀高（建構主義組）、中（混合組）、低（實徵主義組）三群人之間，不同組的 科學知識觀分數變化，而將學生分組。根據學生的科學知識觀前測成績分為前27%（建 構主義組n=26，M=4.06~4.89）、中間 46%（混合組 n=43，M=3.67~4.03）、後 27%（實 徵主義組n=26，M=3.06~3.64），並將此三組學生的科學知識觀前後測變化整理成表4-1-2

表 4-1-2 各組學生科學知識觀的變化

建構主義組 混合組 實徵主義組

前測 後測 t 前測 後測 t 前測 後測 t

SN

(平均值) 4.50 [0.41]

4.22 [0.46] 2.30* 3.93 [0.40] 4.03 [0.59] -1.06 3.67 [0.42] 3.68 [0.61] -0.11 IC (平均值) 4.49 [0.33] 4.10 [0.52] 3.22** 4.21 [0.43] 4.07 [0.51] 1.76 3.73 [0.51] 3.65 [0.76] 0.41 TL (平均值) 3.56 [0.62] 3.77 [0.62] -1.14 3.00 [0.59] 3.81 [0.37] -7.12** 2.71 [0.52] 3.50 [0.74] -3.86**

CT (平均值) 4.53 [0.44] 4.13 [0.53] 2.95** 4.33 [0.52] 4.14 [0.56] 2.24* 3.99 [0.54] 3.81 [0.65] 1.16

科學知識觀 (平均值)

4.23 [0.20] 4.02 [0.41] 2.11* 3.84 [0.10] 3.99 [0.47] -1.96 3.44 [0.18] 3.65 [0.44] -2.19*

註：*p < 0.05; **p < 0.01 by t-test

a. 根據學生的科學知識觀前測成績分為前 27%（建構主義組 n=26，M=4.06~4.89）、中間46%（混合組 n=43，M=3.67~4.03）、後27%（實徵主義組 n=26，M=3.06~3.64）

b. SN 為社會協商的角色 (the role of social negotiation) ; IC 為被發明且具創造力的科學本質 (the invented and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識的暫時性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

c. [ ]內的數值為標準差

由表4-1-2 顯示，前測與後測之間，混合組學生的科學知識觀分數變化沒有達到顯 4.02 3.99

3.84

總言之，原本持實徵主義取向科學知識觀與混合取向科學知識觀的學生藉由參與蘊 and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識的暫時 性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

b. [ ]內的數值為標準差 and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識的暫時 性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

b. [ ]內的數值為標準差

表 4-1-3 與表 4-1-4 顯示，前後測之間，男學生的科學知識觀分數變化，在「社會

協商的角色」與「被發明且具創造力的科學本質」兩個面向均沒有達顯著性，顯示男學 生在此二面向並沒有顯著的差異。此外，女學生的科學知識觀分數變化則在「社會協商 的角色」面向沒有達顯著性，亦顯示女學生在該面向沒有顯著的差異。

研究者進一步分析男女學生的科學知識觀分數發現，男學生在「理論滿載的探索」

面向，後測分數（M=3.74）明顯高於前測分數（M=3.11），顯示男學生在此面向有顯著 的進步；而「科學知識的暫時性與變動性特徵」面向，後測分數（M=4.09）明顯低於前 測分數（M=4.37），顯示男學生在此面向有顯著的退步。

而女學生在「理論滿載的探索」面向，後測分數（M=3.68）明顯高於前測分數

（M=3.04），顯示女學生在此面向有顯著的進步。

總言之，經過實驗活動後，男女學生似乎更支持「科學是理論蘊含的，科學探索會 受到個人假設、價值觀等影響」的信念，與前述的結論不謀而合，顯示實驗課程於培養 學生建構主義取向的科學知識觀並不因為學生的性別不同而有所差異。但如同前一小節 所述，學生於「被發明且具創造力的科學本質」與「科學知識的暫時性與變動性特徵」

的分數，出現明顯退步的結果。以男女不同性別的面向來分析，也獲得相同的結果，即

「被發明且具創造力的科學本質」與「科學知識的暫時性與變動性特徵」明顯退步。因 此，顯示教師於具挑戰性事件的實驗活動後給予的標準解答對於男女學生的科學知識觀 有顯著的影響，標準解答使得男女學生對於自己具創意性的詮釋與歸納受到衝擊，並且 男女學生在本研究的實驗活動中，表現並不會因為性別差異而有所不同。(楊老師意見：

男女差異？分析)

貳、教師的科學知識觀

參與本研究之七位教師，其中三位教師（M3-T 教師、M2-M 教師、M1-S 教師）及 兩位助教實際參與三個班級的實驗教學與活動，另兩位教師（C2-B 教師與 C1-C 教師）

則因其專業知識背景為化學主修，因此可提供在化學實驗上的豐富經驗與見解。C2-B 教師與C1-C 教師的科學知識觀分數並無大幅影響整體的平均分數，為求資料豐富性，

仍將C2-B 教師與 C1-C 教師的科學知識觀分數納入計算。此外，E1-W 助教曾是 C2-B 教師的研究所學生，E2-L 助教曾是 M3-T 教師的研究所學生。然而，雖然七位教師中僅 有M3-T 教師、M2-M 教師、M1-S 教師以及 E2-L 助教、E1-W 助教參與本研究的實驗 教學，但研究者為求教師資料的精緻度，因此，仍以七位教師來進行科學知識觀與實驗 環境的分析。

本研究於教師接受訪談後，再發放科學觀點問卷給七位教師填寫。茲將教師的科學 知識觀整理如表4-1-5。

表4-1-5 七位教師的科學知識觀

科學知識觀的四個向度（平均值）

教師代號

SN^a IC TL CT 各向度加總

平均

M3-T 教師 4.3 4.3 4.0 4.7 4.32

C2-B 教師 5.0 5.0 3.7 5.0 4.68

M2-M 教師 5.0 5.0 3.0 5.0 4.50

M1-S 教師 4.7 4.8 4.0 4.7 4.55

C1-C 教師 5.0 5.0 4.3 5.0 4.83

E2-L 助教 4.3 3.5 3.3 4.0 3.78

E1-W 助教 4.3 4.8 2.7 4.7 4.13

總平均 4.66 4.63 3.57 4.73

註：n=7

a. SN 為社會協商的角色 (the role of social negotiation) ; IC 為被發明且具創造力的科學本質 (the invented and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識的暫時 性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

研究者根據教師的科學知識觀分數，以相對分數將七位教師分為建構主義組

（M=4.68~4.83）、混合組（M=4.32~4.55）、實徵主義組（M=3.78~4.13）三個組別以便 分析。分組方式與結果如表4-1-6：

表4-1-6 各組教師的科學知識觀

a. 根據教師的科學知識觀分數，將教師分為建構主義組（M=4.68~4.83）、混合組（M=4.32~4.55）、實徵 主義組（M=3.78~4.13）。分組原則採相對分數，如 C1-C 教師與 C2-B 教師科學知識觀分數相對高於其他 and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識的暫時 性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

3.96 3.97

3.68

4.09 4.70 4.60

3.60 invented and creative nature of science); TL 為理論滿載的探索 (the theory-laden exploration); CT 為科學知識 的暫時性與變動性特徵 (the changing and tentative feature of science knowledge)

由表4-1-7 與圖 4-1-3 顯示，教師於「社會協商的角色 (SN)」、「被發明且具創造力