第二章 文獻探討
第三節 科學教師實務知識相關研究
Van Driel 等人（2001）認為科學教師的實務知識包括教師對在科學、教學、學 習，和學生等相關部分所融合的知識與信念。在教師知識範略中，最常成為研究主 題的是學科教學知識（PCK），其定義涵蓋了知識與信念（Magnusson, Krajcik, &
Borko, 1999; Mulholland & Wallace, 2005）。PCK 是一種必須進行教學推理並轉化學 科內容形成各種形式的學科表徵，在轉化和推理的過程中，教師還必須使用其他知 識，例如學科知識、一般教學知識、學生知識、課程知識等理論知識和技能知識，
因此是一種統整理論與實務的教師知識（簡紅珠，2002）。
職是，本節主要針對科學教師之學科教學知識與教師實務知識，就國內外相關 研究進行探析。
壹、 學科教學知識研究綜述
自 1985 年 Shulman 於美國教育研究學會（AERA）年會上，首次提出教師應具 備學科教學知識（pedagogical content knowledge , PCK）的概念，並指出 PCK 有助 於理解教師如何將學科知識轉化為教學知識並與學生的學習產生聯結，有關教師知 識的本質與內涵，以及教師如何獲得、發展、儲存和利用知識，知識如何影響教學 等問題的探討，在教學研究領域掀起一股新浪潮，相關論述與研究者眾，採用多樣 研究方法，提出多種觀點，引發各樣討論（潘慧玲，1999b；簡紅珠，1992a、2002；
Wilson, Shulman, & Richert, 1987）。也使得教師專業教育逐漸由對教學知識的重視，
轉向如何提高教學品質及教學的有效性，對於教師專業發展及師資培育造成重大影 響（周淑卿，2004a）。
PCK 研究受到廣泛關注，許多學者陸續投入此一領域進行研究，就 PCK 的內 涵結構、教師的 PCK、應用 PCK 促進教師專業發展等議題投入大量研究。不過，
學者對於 PCK 的概念、內涵及定義的認定並不完全一致，有的學者以 Shulman 的理 論為依據加以發展，有的學者則提出其他不同的見解（鍾榮進，2014）。此外，科學
- 88 -
教師 PCK 的研究也日益受重視，許多研究均以 PCK 作為科學教師教學能力評估及 教師專業發展的方向（張世忠等人，2012；楊薇、郭玉英，2008；Loughran, Mulhall,
& Berry, 2008；Verloop et al. 1998）。研究者從《ERIC》43 輸入關鍵字「science teachers' pedagogical content knowledge」，獲取國外相關研究資料，在過去 20 年間約 28926 筆，其中與中學科學教師有關約 2336 篇，占 8%；再從《ERIC/ProQuest》平臺，搜 尋美加地區碩博士論文，與科學教師有關 1782 篇，其中國中科學教師 339 篇，占 19%。國內研究資料部分，從《臺灣博碩士論文知識加值系統》輸入關鍵字「學科 教學知識」，共 168 筆，其中與國中科學教師有關研究 6 篇，占 4%；另從國家教育 研究院《臺灣教育研究資訊網》輸入關鍵字「學科教學知識」，獲得期刊論文、研討 會論文、專案研究報告等相關研究資料共有 56 筆。44 顯見國內有關科學教師 PCK 的發展與實際運作研究有待加強（張世忠、蔡孟芳、陳鶴元，2012）。近數十年來，
關於科學教師 PCK 內涵的研究廣受重視，然而，有些學者也指出 PCK 研究的不足。
其一不足是少關注探索實務教師在特定主題的教學實例，致使研究結果甚少成為教 學實務的核心層面以引導教師有目的性精煉教學技藝；另一不足是很少完整的探索 PCK 面向之間的統整（Loughran, Berry, & Mulhall, 2006；Park & Chen, 2012；引自 黃平屯、郭重吉、張惠博，2016，頁 86）。綜整 PCK 相關研究如下：
Shulman（1987a）認為教師的 PCK 是知道如何根據學習者的不同興趣與能力，
將特定的主題、問題和事件組織起來，以教學方式呈現，其核心是學科知識的教學 策略和表徵、學生學習的困難和概念的理解。教學是一種持續推理與創造的過程，
Shulman（1987a）首先建立了一個「教學推理和行動模式」（model for pedagogical reasoning and action，MPRA）（圖 2-10），作為了解教師如何運用知識基礎形成教學 行動的架構；透過理解（comprehension）、轉化（transformation）、教學（instruction）、
評量（evaluation）、反思（reflection）、新理解（new comprehension）等步驟，其呈 現順序並非固定不變，而是一連串循環的教學活動，經驗才能被轉化為 PCK。
43 全名「Educational Resource Information Center」（教育資訊資源中心）。是美國在 1960 年代最早 開發的電子資料庫之一。截至 2000 年 ERIC 資料庫中書目資料和全文文摘已超過一百萬筆。資 料來源：吳美美（2001）。美國「教育資訊資源中心」（ERIC）資料庫今昔。教學科技與媒體，
55，92-103。
44 資料庫檢索日期均為 2019 年 10 月 31 日。
- 89 -
圖 2-10. Shulman 教學推理與行動模式（MPRA 模式）
資料來源：Shulman（1987a）
自從 Shulman 提出 PCK 的見解之後，一些學者從概念內涵知識庫的觀點對 PCK 內涵加以延伸或提出不同的看法，其目的不外乎對 PCK 的特質加以界定及釐清（鍾 榮進，2014）。Tamir（1988）基本上認同 Shulman 對 PCK 的概念，並將其加以擴展，
從課程、教學、學生，以及評量等方面來討論，再細分成知識與技能兩個面向。Marks
（1990）曾就 Shulman 及其他後繼研究者對 PCK 所做的概念定義，提出修正的建議，
提出的 PCK 結構包含了四個主要的領域：教學使用的學科教材、學生對該學科的理 解、教該教材時使用的媒體，以及該學科教學歷程等四方面的知識，此四種領域之 間有緊密的聯結，經由整合而形成了 PCK。
Grossman（1990）是第一位將 Sulman（1986）提出的教師知識基礎系統化的學 者，並在其教師知識模型中表徵了 PCK 的概念（如圖 2-11）。在這個模型中，PCK 居於中心位置，被視為是學科內容知識、教學知識、教學情境知識的轉化，存在著 教師的知識和信念，因此可以解釋 PCK 的形式和實務特性。Grossman（1990）運用 其教師知識模型分析六位初任中學英文師的教學專業知識，認為教師在從事教學時，
理解
轉化
教學
評量 反思
新 理解
- 90 -
應該自問三個問題：「為何要從事（英文）教學？」、「教師必須要教什麼？」、「學生 理解的知識是什麼？」，這些問題的答案關乎教師的教學信念、教學情境與學科知識。
也就是說，當教師面臨不同類型的課程選擇或教學材料時，均會影響其教學決定，
有些教師會選擇以學生的興趣為主要考慮的依據，有些教師則會依據自身對教材相 關知識的了解來作考量，而教室情境亦是影響的因素之一。
圖 2-11. 教師知識模型圖（Grossman 模型）
資料來源：Grossman（1990）
Cochran、DeRuiter 與 King（1993）修正 Shulman 的 PCK 觀點，以「knowing」
取代「knowledge」，提出「學科教學知解」（pedagogical content knowing，PCKg）
的概念（如圖 2-12），將 PCK 從靜態知識體系轉變成建構主義觀點的動態發展歷程。
學科內容知識
實質結構 學科內容 章法結構
一般教學知識
學習者 與學習
課堂 管理
課程 教學
其 他
PCK
學生理解 的知識
課程 知識
教學策 略知識
學科內容教學目標的構思
教學情境知識
社區 學區 學校
- 91 -
Ball 與 Bass（2000）即指出，雖然 PCK 將學科知識和學習者、學習以及教學綑綁
（bundle）在一起，綑綁後的知識可以提供教師教學的一個重要資源，包含教師預 期學生可能遭遇的困難和多樣化的處理方式；但是綑綁的知識不能夠永遠賦予教師 面對所有教學困境時所需的彈性。Cochran 等人（1993）主要強調教師的 PCK 在組 織與運作「學生、學科內容、教學及教學情境」等四種知識過程中，因為經驗的不 斷累積與反省修正，而促使 PCKg 在教學過程中不斷發展擴充的動態性質（陳國泰，
2006）。圖 2-12 中各有重疊不可分的部份，當重疊部分越來越擴張時，表示教師 PCK 越趨成熟，最終成為一個完整的教學知識體系。
圖 2-12. PCKg 結構圖（PCK 發展模型）
資料來源：Cochran et al.（1933）
Magnusson、Krajcik 與 Borko（1999）提出科學教師 PCK 應涵蓋的五大面向（1）
科學課程知識（knowledge of science curricula, KSC) ：特定主題或單元的教學實務 中展現的課程知識，包括教材知識、主題有關之垂直（縱向連貫）與水準（橫向統 整）的課程知識、核心課程知識、課程目標、課程計畫知識、對科學有用的課程資
（深黑）欠缺教學經驗
（中灰）教學經驗不足
（淺灰）擁有教學經驗
- 92 -
源、使用標準來指引計畫和教科學；（2）學生理解科學的知識（knowledge of students understanding of science，KSUS）：學生的學習動機、興趣或需求、潛在性學習困難、
先備知識和迷思概念、學生能力；（3）教學策略知識（knowledge of instructional strategies，KIS）：教師以學生最容易理解的方式呈現教學內容的知識；（4）科學素 養評量的知識（Knowledge of assessment of scientific literacy，KASL）：評量方式、
評量內容、評量策略和時機、評量結果的解釋；（5）科學教學取向（Orientation to science teaching，OST）：是教師對教學、學習、學習者的通則性觀點，常見的內涵 有教學目標、教學信念、教學圖像、教師角色、科學本質教學。Magnusson 等人（l999）
的研究僅強調科學教師的 PCK 是科學教學取向與四個面向的相互影響、形塑而成，
但忽略面向之間彼此的影響（黃平屯、郭重吉、張惠博，2016）。Magnusson 的科學 教師 PCK 結構如圖 2-13。
圖 2-13. 科學教師 PCK 結構圖（Magnusson 模型）
資料來源：修改自 Magnusson et al.（1999）
PCK
科學教師學科教學知識
KSC
科學課程的知識OST
科學教學取向KASL
科學素養評量的知識
KSUS
學生理解科學的知識
KIS
教學策略的知識 包含形塑 形塑
形塑 形塑
- 93 -
Abell（2007, 2008）整合最常用的 Grossman（1990）教師知識模型（圖 2-12）
和 Magnusson 等人（1999）的科學教師 PCK 模型（圖 2-14），提出一個科學教師知 識模型（圖 2-14），這個模型增加了重要的科學教師知識基礎的組成，以及 PCK 的 結構，是一個非常有用的教師知識模型。
圖 2-14. 科學教師 PCK 結構圖（Abell 模型）
資料來源：Abell（2007, 2008）
影響 影響
科學學科知識
科學章法知識 科學實質知識
教學知識 學習者
與學習
課堂 管理
課程 教學
教育 目標
PCK 科學教學知識
教學情境知識
社區 學區 學校
學生 科學教學取向
科學學習者的知識
科學課程的知識
科學教學的知識
科學評量的知識
包含 包含
包含 包含
包含 影響
影響
- 94 -
Park 與 Oliver（2008）探查三位資深科學教師在 3 個教學單元中展現的 PCK 面 向，發現科學教師 PCK 展現六個面向，且相互影響，稱之為 PCK 六角形模式，如 圖 2-15。該模式呈現教師效能的展現，PCK 的整合性，反思的重要性，以及對學生 角色作為 PCK 內涵重要性的體認（Park＆Oliver，2008）。六角形模式雖以 PCK 面 向間的相互影響來描述面向關係，卻呈現出直接和間接的影響關係，以科學課程知
Park 與 Oliver（2008）探查三位資深科學教師在 3 個教學單元中展現的 PCK 面 向，發現科學教師 PCK 展現六個面向，且相互影響，稱之為 PCK 六角形模式，如 圖 2-15。該模式呈現教師效能的展現，PCK 的整合性，反思的重要性，以及對學生 角色作為 PCK 內涵重要性的體認（Park＆Oliver，2008）。六角形模式雖以 PCK 面 向間的相互影響來描述面向關係，卻呈現出直接和間接的影響關係，以科學課程知