科學素養之涵義與其成效評量分析

一、科學素養的定義

「素養」蘊涵於內，即為知識、見解與觀念；表現於外，即為能力、技 術與態度 (教育部，2010)。而 21 世紀是個知識經濟的時代，科學與技學可 謂日新月異，在科學與科技大幅進步，而該有的素養卻沒有相對提升的同時，

就會產生許多運用科學與科技知識危害大眾的事件，例如早期英國爆發的狂 牛症、2008 年中國大陸爆發三聚氰胺毒奶粉事件，再再使得大眾對政府、

科學不信任(Orthia, 2013)，加上近來國內的食安事件一件件地被報導出來，

讓大家不僅對食安問題的重視程度提高，對許多 STS 的相關議題也相對關 注，加上網路、媒體傳播快速，許多事件可以透過傳播媒體進行相關的了解，

既使民眾沒有深厚的科學知識，也能透過許多簡單的圖表或傳播方式做粗略 的認識(Cheng, Wong, Lee, & Mok, 2013) 。在此當下，如果民眾沒有一定的 素養水準，容易被假的知識或消息誤導，導致對事件的判斷有誤，尤其是科 學相關議題，對科學與科技的知識素養更加講究，因而提升全民的科學素養 成了科學教育的重點。

即使科學素養已成科學教育的重點，但對科學素養內涵的界定，至今 沒有達成統一的共識。Holbrook 與 Rannikmae(2009)也提到「科學素養」一 詞已用於各種相關文獻超過四十年，但每位學者或組織單位對於科學素養的 定義總是不太一致。

科學素養其實是一個簡單的術語，其主要優點是，它總結了科學教育在 學校教育裡涵蓋的所有層面，其中包括了以下幾個面向：

1.科學知識的實質內容和分辨非科學的能力 2.了解科學及其應用

3.什麼才算科學知識 4.獨立學習科學 5.有科學思維能力

6.能夠使用科學知識解決問題 7.在科學議題上運用科學知識

8.了解科學的本質，包括其與文化的關係

9.鑑賞性和舒適性的科學，包括它的懷疑和好奇 10.了解科學知識帶來的風險和好處

11.在科學和處理的科學知識上能運用批判性地思考

簡單的說科學素養是了解科學並將科學應用至社會生活中，因此科學 素養已經成為表達和廣泛涵蓋科學教育目的的術語(Bybee, 2009)。教育部 (2010)在自然與生活科技學習領域綱要中也提到「自然與生活科技學習領域 的主要目標，是在提昇國民的科學與科技素養」。另OECD 所主導的PISA 測驗也是利用評量方式來測試各國15歲學生的閱讀、數學及科學三方面的素 養表現概況，且科學素養定義為：「一個人…使用科學知識去辨認問題的能 力、解釋科學現象、對於科學議題能提出以證據為導向的結論。能察覺科學 與科技是如何影響我們物質的、符號的及文化的環境。並願意以公民的身分 參與與科學相關的事務」(OECD, 2009)。

綜合上述所知科學素養已經普遍獲得全世界各國的重視，也紛紛制定相 關辦法欲提升全民的科學素養，甚至需要從小紮根，從國小教育階段就實施 科學素養相關教育，以培養具有適應未來生活環境的良好公民。

二、科學素養的內涵

科學素養是人們經由學習科學所能獲得的知識、能力、態度等各方面 能力(陳文典、黃茂在，2012)。又依據教育部(2010)國民中小學九年一貫課 程之「自然與生活科技學習領域課程綱要」，將「科學素養」的內涵分別以 八項「能力指標」來表述：

『自然與生活科技學習領域所培養國民之科學與科技素養，依其屬 性和層次來分項，分成科學探究過程之心智運作能力的增進(以下簡稱

「過程技能」)，科學概念與技術的培養訓練(以下簡稱「科學與技術認 知」)，對科學本質之認識(以下簡稱「科學本質」)，了解科技如何創生 與發展的過程(以下簡稱「科技的發展」)，處事求真求實、感受科學之 力與美及喜愛探究等之科學精神與態度(以下簡稱「科學態度」)，資訊 統整、對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力 (以下簡稱「思考智能」)，應用科學探究方法、科學知識以處理問題的 能力(以下簡稱「科學應用」)，以及如何運用個人與團體合作的創意來 製作科技的產品(以下簡稱「設計與製作」)等八項來陳述。』(原文)。

什麼樣的「能力」才能納入當成「科學素養」的範疇呢？人的「能力」

是在處理問題、解決問題的過程中發揮出來的，也就是人在特殊情況下成功 處理某個特殊問題而獲得肯定。而教師對科學素養的認定會影響教師的教學 內容與教學方法，它是指引教師如何教學的指標。科學素養的內涵是存在於 教師的認知之中，若教師認為學習科學就是在學習和理解科學知識，並能通 過各級考試，那麼教師的科學素養的內涵就是在教授科學學科知識。若教師 認為科學也要俱備實證性，學習科學就是讓學生利用實驗或蒐集資料的方法 來發現、證實或推論科學知識，科學素養內涵就是包括了知識認知以及過程 技能(陳文典，2004)。

如果教師想要讓學生能主動對自然現象產生興趣，進而觀察、探究、

歸納思考、創造，透過種種方式獲得經驗，甚至證實這些現象，使學生在學 習科學時能增進對科學認知能力、在過程技能中觀察、推論、演繹能力、統 整能力，乃至於問題解決能力等(陳文典、黃茂在，2012)，這也是教師對科 學素養的一種認定，以至於影響教師教授科學內容與方法。

科學素養的各項「能力」標示均具有「可區辨性」，瞭解各項「能力」

的意涵、形成原因及行為表微，可以讓教師設計有效的教學策略和評量方法 來促進學生學習，增進此項「能力」(陳文典，2004)。在目前各項科學素養 定義中，以 PISA 科學素養為最明確，亦是國際標準，可以它為教學目標，

設計學習計畫，以求提升學生科學素養。

三、PISA 科學素養

國際學生能力評量計畫(Program for International Student Assessment，

PISA)內在的普遍架構是國際間所認同，因為它是OECD 組織內的各國為監 督教育系統中學生的成就孕育而生的。而其評量結果每三年出版一次，這對 教育改革與學校進步都有所幫助與激勵，並提供國際層次在教育系統上的效 能評量與監督(王瑞壎，2002)。而PISA所提及的「素養」評量，則較注重理 解、應用、與問題解決等「能力」。

其中科學素養內涵而言，於2006年所定義的科學素養為包括：(一)形成 科學議題；(二)解釋科學現象；(三)產生科學論證，而2015年所定義的科學 素養：(一)解讀科學數據及舉證科學證據能力：能以多樣的表現方式分析及 評量科學數據、主張和論點，並做出適當的結論；(二)評量及設計科學探究 的能力：能以描述、評估科學研究並提出方法去回答科學問題；(三)解釋科 學現象的能力：能夠充分運用所了解的科學概念和知識，對自然界發生的現 象加以解釋 (國立交通大學台灣2015PISA 國家研究中心，2014)。

兩者除了解釋科學現象的評量項目保留外，其餘兩項均依據時代變遷 而有所更動。但主要還是期望學生能將科學課程裡所學的能力，運用在日常 生活之中。例如面對科技發展衍生的問題時，能提出有證據支持的想法、成 為具備反思能力的公民（摘錄自林樹聲教授演講，2014，屏東大學）。

2015 年的 PISA 評量的學科領域以「科學素養」為主，「閱讀素養」與

「數學素養」為輔。不同於往年 PISA 的評量方式，PISA 2015 的評量是全 面電腦化測驗，更加測了學生的線上「合作式問題解決能力(Collaborative Problem Solving Skills)」，評量亦關注學生的科學認識論知識(knowledge of Scientific epistemology) (國立交通大學台灣 2015PISA 國家研究中心，2014)。

所謂的「PISA 科學素養能力」的內容(李美慧，2015)，主要包含了以下三種：

(一)解釋科學現象：

充分運用所瞭解的科學概念和知識，對自然界發生的現象加以解釋。

(二)評量及設計科學探究：

在解決日常生活困擾的過程中，能設計科學探究的方式，蒐集證據進行

研究解決，並整體性對自己設計的探究過程進行評估。

(三)解讀科學數據及舉證科學證據：

能瞭解科學數據的意義，以及能夠利用數據提出具有證據導向的結論，

並說明原因。

PISA 在「合作式問題解決能力」方面，也想測驗學生與人合作的能力，

人是群性的動物，尤其是華人更加強調「人情、人性」，學習不在只是一個 人的事情，必須與他人合作才能發揮「三個臭皮匠勝過一個諸葛亮」的效果，

從國際性的評量規準中也能看到與人合作的重要性。

五、 台灣學生在 PISA 計畫的表現

2006年台灣第一次參與PISA計畫，直到今日持續參與計畫，而除了 第一次台灣學生在科學成績的總排名較高外，其餘幾次排名好像逐漸退步 (表2-1-1)。以2006年PISA測驗台灣在「科學」領域--試題屬性中的表現，我 國學生科學素養的三項主要能力「解釋科學現象」排名第三名、「科學論證」

排名第九名、「形成科學議題」排名第十七名(表2-1-2)。

表 2-1-1 2006-2012 台灣學生科學排名

年代 參與國家/地區 台灣科學成績排名

2006 56 4

2009 68 12

2012 65 13

表 2-1-2 台灣學生科學素養一覽表

項目 全球排名或比重

(同意程度)

台灣全球總排名 第 4 名

分科排名

地球科學 第 9 名

生命科學 第 3 名

理化 第 3 名

分項排名

形成科學議題能力 第 17 名

解釋科學現象能力 第 3 名

科學論證能力 第 8 名

表 2-1-2 台灣學生科學素養一覽表(續)

項目 全球排名或比重

(同意程度)

科學興趣指標

人類生物學 68%

科學解釋 42%

科學樂趣指標

我喜愛獲得科學的新知識 79%

我樂意作科學的習題 43%

科學自我概念指標

我通常可以在學校的科學課題上正確回答 36%

學校科學課題是容易的 28%

資料來源：引自吳書銘(2008)

有不少學生表示自然課是他最喜歡的課程之一，也會因為不能上自然 課而感到失望，感覺學生對自然科的學習動機是非常強烈的，但再進一步詢 問學生喜歡上自然課的原因，大多數的學生都說是：因為自然課可以做實驗，

可以在課堂中走動及發表討論，但也有學生曾經親口表示：當老師不做實驗 時，他覺得非常無聊，甚至會睡著。到此，讓研究者思索學生是真的喜歡上 自然課嗎？到底老師要如何教學才能讓學生有學習動機呢？

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