科學學習經驗

鑒於學生的學習經驗是影響學生學習科學的可能因素之一。為了可以釐清學 生的各項學習經驗對其在科學學習的影響，並為本論文提供的問卷設計之基礎。

以下將分別針對學習類型的定義、學習經驗對科學學習的影響兩個部分進行探討 學習類型及其定義

欲探討學生的科學學習經驗，首先應先針對學習類型的定義進行釐清。根據 聯合國教科文組織 (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, UNESCO)於 1979 年所出版之《成人教育名詞 (Terminology of adult education)》

一書對教育的劃分，係將教育分成正式教育 (formal education)、非正式教育 (informal education) ， 及 非 正 規 教 育 (nonformal education) 等 三 種 教 育 類 型 (Titmus, Buttedahl, Ironside, & Lengrand, 1979)。其中將正式教育界定為：在學校 場域中所發生的專門性課程；為有明確結構、有時間順序及學校組織的教育活動，

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其中教師的角色及其教學行為十分明確且具目的性 (頁 46)。所以，一般學校教 育之中小學、高中及大學裡的課程均屬正式教育的範疇。非正式的教育，則為個 體在日常生活經驗中透過家人、社區、圖書館或大眾媒體中所習得的知識、技能、

態度與價值 (頁 49)。故此，一般而言，非正式的教育係指在個人日常生活中的 學習活動，通常是沒有計畫的、經驗本位的、附帶性質的教育性影響，如雜誌的 閱讀或飯後餐桌上的對話 (NRC, 2009)。而非正規教育則被界定為發生在正式學 校教育外的教育活動；通常學習者是不需要註冊或登錄的 (頁 54)。由此可知，

非正規教育通常係指個體在離開學校教育之後，所從事之有目的、有組織、有計 畫的學習活動，如成人教育、駕訓班學開車。也正因為是指學校教育之外的教育 活動，故而有些學者亦將formal education 翻譯為非正規教育 (如：黃富順, 2005)，

以凸顯兩者之間的差異關係。

從上述的定義可以發現，對就學中的高中生而言影響其學習科學的主要來源 可能只有正式教育以及非正式教育。故此，以下將針對正式教育以及非正式教育 對高中學生的科學學習之影響進行探討。此外，由於這樣的探討關係則以著重於 學生在此兩類教育型態中的科學學習經驗，據此來設計相關的問卷試題以便收集 相關的資訊並加以分析。

學習經驗對科學學習的影響

一般而言，學生的科學學習可以依據學習所發生的場域是否在學校，而粗略 地區分為正式與非正式兩種形式的學習經驗 (例如：Dierking & Falk, 2003;

Hofstein & Rosenfeld, 1996)。為證明課外學習活動的學習優勢以及釐清課室學習 活動的侷限，過去許多研究特別針對此兩種經驗進行比較與對應 (L. M. W.

Martin, 2004; Stocklmayer et al., 2010)。而在這些研究中，所定義非正式學習經驗 的範疇，大多來自於不同的場域與各種活動，其中包含家庭與日常的活動經驗、

博物館與科學中心的參訪以及課後與青年團的活動；而正式學習經驗則是泛指所 有在學校、課室中所進行之所有學習活動與課程。

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(一) 非正式科學學習經驗 (Informal science learning experience)

這些研究指出這些非正式的場域和活動提供了最直接的探究相關的學習經驗。

舉例來說，博物館的展覽提供觀展者操弄器材、測試變因、探索實驗、觀察現象 以及預測與提問等各式的探究活動，可以讓觀展者親身體驗自然與物理學的現象 與原理 (Allen, 2004; Ash, 2003; Fender & Crowley, 2007)。教育性電視與廣播節目 可以快速地進行大眾傳播，而有些節目更可以透過科學探究的方法來展現科學現 象，以社會性、歷史性與文化性的優勢來幫助觀眾建立對科學知識的理解 (Stocklmayer et al., 2010)。

故此，美國國家研究院 (NRC)所發行之《在非正式環境中學習科學 (Learning Science in Informal Environment)》即強調日常生活及家庭活動、各式科博館、社 區活動的參與以及大眾傳播等非正式環境中所提供學生學習科學的機會，並指出 透過這些非正式環境的學習經驗可以幫助學生之 (1)科學興趣與動機的刺激、(2) 科學知識的理解與整合、(3)實驗操弄技能的培養、(4)科學知識致知方法的體會 (5)與他者互動的歷程、以及(6)對科學知識認同的發展 (NRC, 2009)。其中，雖然 只有少數的探究經驗被過去的實徵研究所檢驗，但有部分課後青年團的活動可以 提供機會，讓參與學員經歷實作與探究導向的科學計畫 (NRC, 2009)。此外，亦 有研究指出為了這些課外的學習經驗可以引起學生更加專注地投入於課室內的 探究活動與建構相關的知識，以滿足她/他們在這些經驗中所被喚醒的好奇心 (Chin & Chia, 2004)。

而本論文中所發展之非正式科學學習經驗問卷即著重於學生之博物館參觀、

參與科學營隊、觀看科學性電視節目以及閱讀科學性課外讀物等四項經驗作為評 估學生非正式科學學習經驗之觀察指標。

(二) 正式科學學習經驗 (Formal science learning experience)

另一方面，由於在學階段學生花費做多的時間就是在學校接受各項學習活動，

故而做為影響學生學習最主要的因素，學校科學課程過去已有許多的文獻進行探 討 (Kolodner et al., 2003; Ogawa, 1995)。更有許多研究針對科學探究發展相關之

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課程或活動來探討教學介入對學生學業成就及探究能力的表現情形 (Myers &

Burgess, 2003; 洪振方與陳毓凱，2011)。然則，由於本論文欲了解並建構學生在 常態的學校課程中，其學習經驗對探究能力發展的影響。故本論文所關注的正式 科學學習經驗係指學生在學校課室中所進行的探究相關的實驗室投入經驗。此外，

也由於就各級學校之科學課程而言，現行實驗課中實驗設計與其各項操作行為係 和探究活動之各項歷程較為接近。

雖然大多數的科學教師指出當前多數的學校實驗課程都只是食譜式的實驗，

而學生只是按照實驗手冊進行實驗設計，而實驗數據的分析及其結果也僅是驗證 教科書的理論 (NRC, 2006)。然而，根據先前文獻的定義為了直接觀測與理解自 然世界，實驗室的學習包括了實驗藥品和儀器的操作、收集實驗數據的技術以及 理論模式的使用和建立等歷程 (Hofstein & Kind, 2012; NRC, 2006)。這樣的學習 經驗提供了一個機會讓學生主動建構她/他們對科學的理解與知識 (NRC, 2000)。

相比於其他種類的課室活動，實驗室的活動由於可以讓學生親自動手做和動腦想，

因 而 讓 學 生 更 加 地 喜 歡 並 展 現 出 高 度 的 情 境 興 趣(Hofstein & Lunetta, 2004;

Shumow, Schmidt, & Zaleski, 2013)，並能藉此引發學生對其生活環境中所經歷的 事件進行驗證性的比對或對感到好奇的事物進行初步的探索。

故此，本論文中即以學生在學校中實驗課的頻率高低作為指標，來反映高中 學生在正式教育環境中的科學學習經驗。

統整上述文獻可以發現，學生無論是在正式教育或是非正式教育中的科學學 習經驗，都將成為其之後在學校再次學習相關科學主題時的養分；尤其是本論文 所關注之學生探究能力的表現，透過這些來自不同場域的經驗可以刺激學生對科 學事物、現象的好奇心及動手實際投入相關的活動中進行探究。由此是故，本論 文之第一個研究即探討正式與非正式學習經驗對高中學生的探究相關的好奇心 及實驗室投入的影響關係 (詳見第三章)。

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第五節 變數導向的結構方程模式

雖然，過去教育相關的研究多採用變異數分析 (analyses of variance, ANOVA) 或多元迴歸分析 (multiple linear regression, MLR)的方法，來探討其研究所關注的 各項因素與依變項之間的關係 (Oliver & Simpson, 1988; Stohr-Hunt, 1996)。然而，

本論文則是採用結構方程模式的分析技術來進行變項之間的關係來進行探討。因

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即為結構方程模式是透過對某一個或多個既有理論所提出來的模型 (priori theoretical model)，並藉由所蒐集之資料進行檢證其適切性的一種統計技術 (邱浩 政, 2005)。因此，結構方程模式被視為是一種理論驗證性的統計方法，而非作為 探索式的發展理論。雖然在結構方程模式的分析過程中，可以藉由觀察變項的設 定與潛在變項的定義、變項之間關係的假設以及初始模式的建立與修正等過程對 此一模式修正或檢證出新的關係，但其中每個決定都必須要有清楚的理論概念或 邏輯推理作為依據 (Kline, 2011)。

整合多種分析技術

結構方程模式是一種呈現客觀狀態的數學模式，主要用以檢驗觀察變項與潛 在變項之間的假說關係，其中整合了許多種類的統計分析技術。Bollen 指出 SEM 結合了多項統計檢驗方法的分析技術，其中包含了路徑分析、潛在變項模式、因 素分析、最大概似估計法，甚至包含了古典測驗理論之卡方檢定與假說檢定等概 念 (Bollen, 1989, pp. 4-9)。透過整合上述這些多種的分析技術，結構方程模式允 許可以不斷擴充研究者所欲探討的變項的數目與影響方式，因此一般而言結構方 程模式分析亦可被歸類為多變量變異數分析 (multivariate analysis of variance)的 範疇之中 (邱浩政，2005)。

同時處理測量與分析模式

由於結構方程模式同時包含了多項分析技術，其中尤為重要的核心即為因素 分析與路徑分析兩種分析方法，藉此讓SEM 可以同時處理測量與分析兩種模式 (Bollen, 1989)。在古典測量理論中，不管採用何種分析的方式，大多是將所觀測 到的測量資料視為變項，雖然在測量過程會進行測量誤差的估計。但是在後續的 分析過程中，並不去處理測量過程中可能存在的誤差問題，也就是說，是將「測 量」與「分析」視為兩個獨立分離的程序。有別與此，結構方程模式分析是一套 可以將「測量」與「分析」整合在一起的計量研究技術。主要的關鍵在於結構方 程模式將不可直接觀察的構念或概念，以潛在變項的形式，利用觀察變項的模型

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化分析來加以估計，不僅可以估計測量過程當中的誤差，也可以用以評估測量的 信度與效度。另一方面，在探討變項之間關係的時候，測量過程所產生的誤差並

化分析來加以估計，不僅可以估計測量過程當中的誤差，也可以用以評估測量的 信度與效度。另一方面，在探討變項之間關係的時候，測量過程所產生的誤差並