第四章 結果與討論
第二節 科學史融入教學對學生學習成就的影響
在傳統的物理教學中並不將科學本質視為教學的目標，多數人認為若把科學 本質視為教學目標並將科學史教學活動融入原有課程，可能會因為佔去部分上課 時間，而對物理學習造成負面影響。本節主要探討問題就是科學史融入教學對學 生學習成就的影響程度。
本研究在學習成就測驗部分採用兩種不同類型的測驗進行評量，一種是傳統 型學習成就測驗，另一種則為研究者自行設計的 PISA 類型科學素養試題，以下 討論將藉由實驗組、對照組學生在兩種不同類型學習成就評量的表現，探討科學 史融入教學對於學生學習成就的影響。
一、學生在傳統型學習成就評量的學習成就表現：
依據實驗組與對照組在科學史教學活動前後的期中考試成績做為學生傳統 型學習成就測驗的分數，本研究所進行的科學史教學活動由 101 學年度上學期開 始，研究樣本均為研究者所任教班級的高三自然組學生，於研究前收集研究樣本 高二下學期的物理期末考分數做為前測分數，並分別收集兩階段科學史教學活動 後的期中考分數做為後測分數，表 4-11 為實驗組、對照組以及全體自然組學生 在傳統類型學習成就評量分數的統計資料：
表 4-11 實驗組、對照組及全體學生在傳統類型學習成就前後測敘述性統計資料
傳統型 學習成就評量
一般教學組 (N=38)
科學史教學組 (N=43)
全體自然組學生 (N= 345) 平均分數 標準差 平均分數 標準差 平均分數 標準差 高二下學期
期末考 58.32 15.42 51.63 18.84 56.76 18.43 高三上學期
第一次期中考 72.92 14.37 63.49 15.56 66.74 17.25 高三上學期
期末考 55.39 16.81 50.19 14.31 49.98 16.97
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實驗組與對照組均為研究者所任教的班級，採用一般教學的對照組，自高二 開始在定期考試的成績表現一直保持在自然組前兩名，定期考試分數多半會略高 於自然組總體平均；而採用科學史教學的實驗組，在定期考試的表現上屬於自然 組中間偏後段的班級。圖 4-6 為實驗組、對照組以及全體自然組學生在三次定期 考試物理平均分數的分布圖。
圖 4-6 實驗組、對照組及全體學生在三次傳統類型學習成就評量的表現
由圖 4-6 得知，在傳統類型學習成就表現的部分，在第一階段熱學科學史 教學活動後，實驗組的學習成就表現與前測表現相似，平均分數略低於全體自然 組平均，但是分數的差距略為減少，在第二階段物理光學科學史教學活動後，實 驗組的平均分數略高於全體自然組平均。
由於實驗組與對照組於研究教學活動前在定期考試的表現上已經有差異，為 瞭解科學史教學對於學生學習成就表現的影響程度，接下來將以實驗組、對照組 與全體學生的前測分數做為共變數，分別對第一次後測分數、第二次後測分數做 單因子共變數分析。由於高二升高三時有部分學生轉組，刪除轉組學生資料後，
進行組內回歸係數同質性檢定，表 4-12 為組內回歸係數同質性檢定結果：
表 4-12 實驗組、對照組及全體學生單因子共變數分析組內回歸係數同質性檢定
共變數 依變數 來源 F 顯著性
前測分數
第一次後測分數
組別＊前測
0.354 0.702 第二次後測分數 0.315 0.730 40
45 50 55 60 65 70 75
前測 第一次後測 第二次後測
平均分數
對照組 實驗組 全體自然組
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由表 4-12 得知，以前測分數為共變數，分別以兩次後測分數為依變數時，
實驗組、對照組及全體學生的迴歸線斜率均無顯著差異(P>0.05)，前測分數與後 測分數的關係不會因為班級而不同，符合共變數組內迴歸係數同質性假設，可繼 續共變數分析，表 4-13 為變異數同質性考驗結果。
表 4-13 實驗組、對照組及全體學生單因子共變數分析變異數同質性考驗 共變數 依變數 F df1 df2 顯著性
前測分數
第一次後測分數 0.786 2 423 0.456 第二次後測分數 1.163 2 423 0.314
由表 4-13 得知，若以前測分數為共變數，分別以兩次後測分數進行單因子 共變數分析，經變異數同質性考驗後，P 值均大於 0.05，接受虛無假設，表示實 驗組、對照組及全體學生在依變項(兩次的後測分數)的誤差變異數相同，具有同 質性。在通過組內迴歸係數同質性檢定及變異數同質性考驗後，以學生的前測分 數做為共變數，分別以兩次後測分數做為依變數，進行單因子共變數分析，表 4-14 為調整後各組學生的兩次後測分數：
表 4-14 實驗組、對照組及全體自然組學生經調整後在兩次後測的平均分數 第一次後測 第二次後測
※ 以前測分數做為共變數
※ 使用前測分數 56.38 估計 去除共變數影響之後的 後測分數
平均分數 標準差 平均分數 標準差 實 驗 組 66.099 2.076 52.519 2.162 對 照 組 71.856 2.202 54.443 2.293 全體自然組 66.531 0.731 49.797 0.761
為方便觀察表 4-14 所呈現的數據，將表 4-14 的數據繪製為折線圖 4-7，並 對於各組以前測分數為共變數調整後的兩次後測分數，進行各組之間的相互比較，
藉由上述的數據處理，進一步分析去除前測分數的影響後，科學史教學與一般教 學對於學生在傳統期中考測驗表現的影響程度。
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認為透過長時間的科學史教學，對於學生在傳統類型學習成就的表現，具有提升 的效果。
姜志忠等(2006)在科學史融入高中教學的相關研究指出，長時間將科學史融 入教學的實驗組，無論是在校的學期成績，甚至是全國指定科目考試的成績都優 於控制組且達到中度的實驗效果。本研究中實驗組學生於科學史教學活動開始之 前，在傳統類型學習成就測驗的表現略低於該校全體自然組平均，經過兩階段共 六次科學史教學活動後，實驗組學生在傳統類型學習成就測驗的表現轉變為略高 於全體自然組平均。藉由比較實驗組與全體自然組學生在傳統類型學習成就測驗 的表現情形，研究者認為透過長時間的科學史教學，能夠提升學生在學習成就的 表現，本研究與姜志忠等(2006)的相關研究有同樣的研究結果。
另外，由圖 4-6、表 4-11 得知，採用一般教學方式的對照組學生在傳統類型 期中考試的表現，不論是前測或是兩階段的後測分數均高於全體自然組學生，即 使以前測分數為共變數，分別以兩次後測分數為依變數進行單因子共變數分析之 後，由圖 4-7、表 4-15 及表 4-16 可知，調整過後的兩次後測分數也都高於全體 自然組學生的平均，甚至第一階段的後測分數差異達到顯著水準。
對於採用一般教學的對照組學生在第一階段後測分數的進步表現，研究者認 為可能是因為在研究過程中，為了統一兩個不同教學模式班級的教學進度，在對 照組講解例題時，給予學生較多一些時間，思考解題的方法；另外，根據研究者 的觀察，在高二升高三的暑期輔導期間，對照組班級的讀書風氣變得更加積極，
學生在課後練習習題的作業繳交情形也是研究者任課班級中表現最好的班級。因 此，研究者猜測可能是基於上述的兩個因素，導致採用一般教學方式的對照組在 傳統型學習成就測驗呈現出成績進步的表現。
對於許多教學現場的老師而言，將科學史融入教學的最大困難之處在於科學 史教學會占用部分的教學時間，因而擔心學生的學習成就會被影響，邱奕華(2012)
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在科學史融入高一物理教學的相關研究中指出，科學史融入教學並不會對學生學 習成就的表現產生不利的影響。雖然實驗組的學生在學習成就的表現上，一直都 不如對照組學生，但是經過兩階段科學史教學活動後，採用科學史教學的實驗組 學生在傳統類型學習成就測驗的分數，逐漸趨近原本在學習成就表現較好的對照 組學生，因此，研究者認為在原有的課程中若能妥善規畫安排合適的科學史教學 活動，長時間的科學史融入教學對於學生的學習成就表現是有助益的。
在本研究中，以前測分數為共變數，進行單因子共變數分析，透過比較不同 教學方式學生的學習成就，所得到的研究結果為：採用科學史融入教學的實驗組 學生，在學業成就的表現並不會因為教學時間減少而產生不利的影響；透過長時 間的科學史教學，對於學生在學習成就表現有正面的影響效果。
二、學生在 PISA 情境式試題的表現：
許多將科學史融入教學的相關研究，科學史融入教學對促進學生的科學本質 與對科學的態度均有顯著成效；然而，在學習成就的表現上實驗組與對照組並無 顯著差異，林陳涌等(2009)指出當學生所學習到的是一個大範圍架構的概念時，
透過著重於評測知識內容的記憶或是較零散概念的選擇題進行學習成就的評量，
並不容易評測出學生的學習狀況。因此在本研究中，除了藉由分析學生在傳統類 型學習成就測驗的表現，探討科學史融入教學對於學生學習成就的影響，另外，
還透過自行設計的 PISA 類型科學素養試題，比較實驗組與對照組學生在問題提 供的情境裡，是否能夠有效地利用所學知識，進行問題解決。對於 PISA 類型試 題的資料收集，扣除施測當日缺席、遲到的學生，共回收 72 份有效樣本，其中 實驗組 39 份，對照組 33 份。
在回收學生的答案後，研究者委託同校的自然科教師協助進行試卷的閱卷，
研究者與該名教師對於閱卷指引取得共識後，便委由該位教師依據閱卷指引進行 問卷的閱卷工作，PISA 測驗的給分標準主要分為四級，包含：「滿分」、「部分得