研究背景與動機

第一章 緒論

第一節 研究背景與動機

對於多數高中自然組學生而言，物理往往是他們學習成就最低落的科目，由 歷年大學指定考試成績來看，亦是如此。近 10 年物理均標分數大半低於 30 分，

甚至在 91 學年度時，物理的全國均標分數只有 17 分為近年來最低的分數，在升 學主義導向的社會氛圍下，這麼低的投資報酬率，對高三自然組學生而言，物理 常常成為學生最早選擇放棄的科目，也因為如此，部分學生對於物理課總是抱持 著不積極、被動的學習態度。此外，由於過度重視考試的成績，教學現場的物理 教師也逐漸地習慣在課堂上只教學生科學知識的內容、公式，忽略科學知識的發 展過程，並且將大量的教學時間運用在訓練學生記憶科學知識內容與熟悉解題所 需的計算能力(杜鴻模，2002）。這種形式的物理教學僅僅是在訓練學生如何在物 理考試中獲得分數，並不能讓學生透過教學活動對於科學擁有一個較完整、全面 性的認識。

隨著社會環境的變遷，為了培養新世代的公民，教育改革的浪潮不僅使得國 中、國小的教育制度與教學環境發生了巨大的變革，為了讓這批完成國民基礎教 育的學生，在未來升大學的基礎上，能夠順利獲得銜接，教育部藉由民國 90 年 修訂的 95 暫綱以及 94 年修訂的 99 課綱，對於高中的教育制度進行了一系列的 調整。在教育部規畫下，學校本位課程的重要性以及教師的專業自主能力，成為 99 課綱強調的重點，學校與教師所扮演的角色，由從前的被動轉換為主動(教育 部，2003)。身處在追求改革與不斷變遷的教育環境中，高中教師該如何應對？

如何藉由自身的專業能力設計出一套適合學生的課程？在設計課程時，應該加入 哪些不同的新元素？在最近數年間，這些從來不曾遇到過的問題，不斷地出現在 研究者的腦海中，許多在教學現場的高中教師，也亟欲尋找出這些問題的解答。

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近幾年大學錄取率逼近 100%，考上大學已經不是一件困難的事，存在已久 的升學壓力獲得稍微的舒緩；在升學考試部分，最近兩年的大學指定考試由於選 擇題部分不再採用答錯倒扣的計分方式，物理科試題的難度也有明顯降低，因而 使得 100、101 學年度的物理指定考試，全國的平均分數有了顯著的提高(100 學 年度：53 分、101 學年度：59 分)。就升學的角度來看，物理似乎不再是個低投 資報酬率的科目，可以吸引學生投注更多的心力於物理的學習。教師在物理課堂 上不再需要將大部分的教學時間分配在複雜概念的講解或計算繁複的試題演練 上。

由於升學制度的多元化以及指考試題難易度的調整改變，高中物理教師的教 學壓力已稍稍獲得舒緩，隨著國內教育改革的影響逐漸進入高中，高中物理教學 似乎可以開始做些改變。然而，新課綱所規劃的教學時數仍然不夠充裕，要挪出 大量的時間，在既有的課程內容中加入大量的新教材或大幅度地更動教學方法，

對高中物理教師而言，依舊是一項不易達成的目標。

對研究者而言，在考量人力、教學時間以及學生即將面對學測考試壓力的教 學現場條件之後，在原有的教學中，融入一個能夠對學生有所助益的新元素，而 且不會占用大量的教學時間，也不會造成學生額外學習壓力，就成了研究者在尋 找研究主題與設計研究方法時的重要原則。

隨著社會、文化的變遷，科學課程設計的理念，由原先的菁英教育，逐漸地 轉變成為全民科學素養的培養，如何將學生培養為具有科學素養的公民，成為國 內外科學教育學者們的重要課題(鄭湧涇，2005)。因此，許多國家已經將科學本 質列入科學教育重要項目之一(McComas & Olsen, 1998)；美國科學促進會 (AAAS,1993)及美國國家科學教師協會(NSTA,1982) 更將對於科學本質認知觀點 視為具有科學素養公民的重要指標。此外，英國的國定課程(national curriculum) 也明定將科學史哲融入課程中，以幫助學生學習科學本質(引自王靜如，2006)。

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在國內，早期雖然沒有明確的將科學本質列入課程綱要中，但是，在九年一貫課 程暫行綱要（教育部，2000）以及定案的九年一貫課程綱要（教育部，2003），

均正式將科學本質列為自然與生活科技的重要能力指標之一，由此可知，正確的 科學本質觀是讓學生具備科學素養的重要因素之一。

在高中課綱中，尚未將科學本質明確的列入，然而，我們或許可預期完成九 年一貫教育的學生，應具備一些科學本質的基本認識，在進入高中後應該繼續延 伸科學本質的相關學習。因此，在高中階段提供學生合適的科學本質教學，成為 研究者期望能在高中物理課程原有架構裡加入的新元素。

另外，在目前高中物理的學習成就評量試題的設計上，多數的物理試題為了 考量計算的便利性，題目所陳述的情況，都是在實際環境裡不容易遇到的現象，

學生很少有機會可以將所學的科學知識，應用在現實的生活中。目前在國中教育 圈討論的PISA試題，在評量的設計上，透過提供實際生活可能會遇到的問題情 境，讓學生利用自身的相關素養，藉由統整性思考找出問題解決的方法。而科學 本質為科學素養的一部份，透過PISA情境式試題亦能評量學生的科學素養。因 此，研究者希望在研究中能夠設計出這類型的試題，透過這類型的試題，一方面 評量學生的科學素養，另一方面給予學生更多應用科學知識解決日常生活問題的 機會。

在研究者將近十年的高中物理教學生涯中，將許多的心力、精神花費在提升 學生的物理學習成就與維持學生的學習樂趣這兩個方向上，因此，諸如：物理現 象的電腦動畫模擬、課程相關的趣味小實驗、電腦錄影解題…等，都是研究者曾 經嘗試放入教學活動的新元素，然而，既然科學本質是目前科學教育中被大眾所 公認不可或缺的重要項目，研究者應該透過什麼方法，才能提升學生對於科學本 質的認識呢？

在師大科教所進修的過程中，科學史與科學本質的相關課程對研究者產生極

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大的震撼，許多從來沒聽說過的科學史故事內容，不但讓研究者重新燃起對閱讀 科學故事的興趣外，更讓研究者對於科學與科學家的認知產生了跟從前完全不同 的看法：「課本上的科學理論並不是永遠正確的」、「要推翻原有的科學理論不是 憑藉著實驗數據就能證明，還要能夠說服其他的科學家」、「科學家並不是完全客 觀理性的，跟平常人一樣是會耍心機的」...等。這些對於科學本質的重新領會，

是研究者在進修的過程中所獲得最深刻的收穫。也因為如此，研究者在思索研究 題目時，科學史融入教學就成為研究的主要方向，期待能透過本研究編輯合適的 科學史教材，融入物理課程中，並設計出明確的科學本質相關問題，提供學生進 行思考，希望透過這樣的活動，一方面能提升學生的學習動機與成就，另一方面 也讓學生對於科學本質有更深入的認識與瞭解。

因此，本研究規劃在高三物理原有的教學活動中，藉由科學史融入教學的模 式，引入合適的科學史小故事與相關教學活動，在教學活動後，透過前後測獲得 的資訊與採用一般教學的學生相互比較、分析，探討學生對於科學學習的動機、

學習成就以及對科學本質的認識，是否因教學模式不同而有所改變，依據研究所 獲得的結果，做為規畫後續相關教學活動時的參考依據，藉此豐富的教學內容及 活化教學知能，達成教師專業成長的自我期許。