研究背景與動機

本章將就研究背景與動機、研究目的與問題、名詞解釋、研究範圍與 限制分成四節敘述之。

第一節 研究背景與動機

自一九六一年美國國家科學教師聯盟(National Science Teachers Association, NSTA)課程委員會於「七十年代的科學教育聲明」中，提出科學教育的主要目標 在培養具有科學素養的公民以來，科學素養已逐漸成為大多數國家科學教育的目 標與教育的主要目的（許良榮，1991）。科學進步日新月異，正以一種令人無法 想像的高速在成長著，並與人民生活、國家發展息息相關。現今世界各國除了原 本著重的科學精英人才培育之外，提升全民科學素養逐漸成為科學教育的另一項 重點（教育部，2003）。由上述可知，國內外科學教育主要目標在於培養具有科 學素養的國民。

在九年一貫「自然與生活科技學習領域」的課程綱要中(教育部，2003)提到：

自然科學學習所培養之國民科學素養，依其屬性和層次來分項，共分成八個細項 來陳述，包括有過程技能、科學與技術認知、科學本質、科技的發展、科學態度、

思考智能、科學應用以及設計與製作等內涵。由過程技能的各年級分段能力中可 以發現，在「歸納、研判與推斷能力」及「傳達能力」中，學生可以藉由由推論 資料以形成概念，並且將研究的內容作有條理的、科學性的陳述。Pallrand（1996）

認為：解釋是科學教育的中心，學生展現對現象的瞭解，以提供老師瞭解學生知 識的組織，並瞭解學生的想法，因此，科學解釋能力可視為一重要的科學過程技 能。科學過程技能最早是由美國科學促進協會(AAAS)所提出，其中的統整過程 技能之一「解釋資料」意涵為：組織資料並提出結論，能對觀察所得給予合理的 解釋，目的在進一步產生推理、預測及假設；狹義而言，是指能夠對採用特殊方 式和技術傳達的資料，做口語化說明的能力(王美芬、熊召弟，1995)。王美芬、

熊召弟（2005）亦指出「科學過程技能」是科學家使用的方法與技能，不只展現 在自然與生活科技中，也可應用於處理其他事物；且過程技能基本上是一種能 力，有此能力，則知道如何處理問題，因此對學習者而言科學過程技能是非常重 要的，學習者能照著這些方法、步驟去進行科學活動。Hempel（1966）認為實證 的科學在其主要的分枝中，不只是描述我們所經歷的自然現象，而且還要解釋或 了解它們。

科學教育多年來常被詬病的缺失之一是：學生經常只是學習到片段的知識，

缺乏科學推理、解釋資料的能力（許良榮，2005）。科學解釋提供學生反思和檢 視理解的機會，但是學生很重視成績的高低，常用記憶的方式習得科學知識，卻 不瞭解科學知識的真正意涵，因此當老師提出一個開放性的科學問題，學生也較 不擅長科學推理及解釋，這是目前科學教育所遇到的一個大問題。所以，「建立 科學解釋」就是要展現及提供適當解釋能力與理解的證據(Bass & Maddux, 1982)，美國生物科學課程研究BSCS (Biological Science Curriculum Study)在1980年 代發展出5E學習環五個階段的教學模式： (一)投入(Engagement)；(二)探索 (Exploration)；(三)解釋(Explanation)；(四)精緻化(Elaboration)；(五)評量(Evaluation)。

其中提出了鼓勵學生基於先備知識對探討經驗做合理的解釋，協助學生組織，並 且澄清說明，使其接近科學家的觀點；從探討實驗中提供學生使用操作型定義，

發展相關的科學名詞的經驗，以加強學生對科學知識之瞭解，故科學解釋實為科 學教育中極為重要的一環。（引自洪曉憶，2010）

連結「解釋」到「理解」，使「解釋」不僅是科學教育的重要目標，也是學 生表現科學理解的一種方法。所以，「建立科學解釋」就是要展現及提供適當解 釋能力與理解的證據(Bass & Maddux, 1982)。

Sutherland(2002)在科學探究活動中，提出好的「科學解釋」定義：(一)對問

本研究想要瞭解國二學生的科學解釋能力，並從問卷及訪談錄音資料去分析學生 的解釋類型。

由White 和Gunstone（1992）提出的POE教學策略，包含三個步驟，分別為預 測（Predict）、觀察（Observe）及解釋（Explain），White 和Gunstone將此策略運 用於探究學生概念之改變。過程是由教師提供一個情境給學生，要求學生運用其 原有的知識去預測其結果，並寫下預測的理由，隨後進行實驗操作，讓學生觀察 並紀錄下觀察到的現象，最後要求學生解釋預測和觀察之間的不一致，學生在進 行預測時，除了反映出本身的認知結構外，還可以提高學生的學習動機，在解釋 預測及觀察之間的不一致，調和自身的認知矛盾時，也可以藉機瞭解學生的概 念，以提高教學效益（White & Gunstone, 1992）。所以POE教學策略中的解釋過 程很適合觀察學生的「科學解釋類型」及「解釋一致性」的特徵。

隨著科學普及教育時代的來臨，科學教育界愈來愈重視以動手做的活動方式 來引導學生學習科學，以活動導向的教學來改進傳統的科學教學方式（王美芬、

熊召弟，1995）。將科學玩具遊戲融入教學，就是一個很好的媒介與引導（黃嬿 樺，2009）。科學教育本身的目的之一是要培養學生的創造思考能力，如果能夠 配合經過設計的科學玩具，使科學原理應用在科學實驗和自然科學習上，如此的 學習活動將更加充實。以科學玩具來進行教學活動，教師除了可以在學生操作的 過程中探究其原理外， 還可以在兒童操作的過程中，進行觀察、測量、控制變 因等科學方法進行科學實驗， 而達到寓教於樂的效果，可以說是一舉數得（楊 忠樵，2001）。

電流磁效應概念屬於抽象概念，對於學生來是一個較不易建構的概念，在九 年一貫課程綱要中，電流磁效應是一個很重要的議題，在國小階段欲達到的能力 指標為「知道電流可產生磁場，製作電磁鐵，了解地磁、指北針」，在國中階段 欲達到的分段能力指標為「知道指北針的偏轉是磁針與磁場(地磁或導線通以電 流)交互作用的結果；探討電與磁的關係(例如電流會產生磁的作用、磁場的改變 會產生電動勢、載流導線在磁場中會受力)。」生活中也有一些事物也是利用電

流磁效應來運作其功能的，像馬達、電話的聽筒及磁浮地球儀都是使用電流磁效 應的概念而發明出來的。磁浮地球儀是利用電流的磁效應產生的磁力吸引地球北 極內部的強力磁鐵，此磁力與地球本身所受的重力之間達成力平衡而讓地球儀漂 浮在半空中，對學生來說是一個很新奇的感受。因此本實驗設計以「磁浮地球 儀」，並使用POE教學策略來分析學生的「科學解釋類型」及以及嘗試去找出學 生「解釋融貫性」的特徵，希望學生能從POE教學策略中利用解釋來增進自己對 於科學概念的理解力，並希望以此研究過程、教學方式作為改進教學的參考。