第一年成果
一、科學理解的理論
Bloom（1956）在其教育目標的分類一書中提到「理解」，但定義卻不是非常明確，
例如「真正理解」「內在化的知識」，「了解其真正核心意義」指的是相同的意思嗎？理 解事實，考試得高分算是理解嗎？Bloom 及其同事（1956）指出理解並非知識的累積。
而機械式的記憶與理解的不同，Bloom（1956）指出真正的知識包括遷移，即在新的情 境中應用知識。他們認為知能與記憶性的知識是不同的。AAAS（American Association for the Advancement of Science）出版的資料科學素養的里程碑（Benchmarks for Science Literacy）則提到知道、體認、鑑賞、熟悉、辨識、獲取等多種類似的動詞。
表面的或他人的意見與深入、檢證過的想法是不同的，正確答案不足以證明理解，
我們常說：我快要理解了，改變心意、改變想法。Oxford English Dictionary 對
“understand”的定義是：體會想法的意義及重要性。無論如何，理解不同於質樸，無 經驗。有時為了理解，需有段距離，站在別人的角度設想，例如性別議題，代溝的問題，
文化衝擊。
Perkins 在 Teaching for Understanding 這本書中（Wiske，1998）定義「理解」
是思考的能力、彈性的應對…與機械式記憶不同（P.40）。其舉出理解的架構是：知識、
方法、目的、形式，訂定理解的四個層次：素樸學習者、初學者、學徒、熟練者。
Anderson 及 Krathwohl(2001)則針對 Bloom 教育目標的分類修訂，提出學習、教學 與評量的分類。文中對理解的定義是由教學訊息中建構意義，並以不同形式詮釋
(interpreting)、典型範例說明(Exemplifying)、分類（classifying）、整合或形成一 般性（summarizing）、推論（inferring）、比較（comparing）、以模型解釋（explaining）
七個面向。
理解是多面向的，存在不同種類，不同方法的理解，理解牽涉到其他相關知能。理 解有時與興趣無關，有時需具備同理心，他可能是極端的理論，又能應用於實際情境中，
有時他是批判性分析，有時是同理心的反應，有時他需以直接經驗為基礎，有時是一種 獨立的省思。他們可能互相重疊或互相整合。本研究以 Wiggins 及 Mctighe(1998)在其 Understanding by design 一書中則提出理解的六個面相，為研究主要依歸，以引導學 習、教學與評量。這六面向分別是：
1. 解釋（Explanation）對事件、行動、觀點的促進知識增長，有檢證的解說或理 論，是為什麼及如何的知識，及檢驗性的意見。
2. 詮釋（Interpretation）：詮釋，描述及轉譯的意義化過程與生活經驗相連。
3. 應用（Application）：在不同或新的情境中有效的使用知識、想法、行動、情 境的互相搭配，以真實世界的問題引導。
4. 洞察（Perspective）：批判及有效直觀，不帶情感的觀點將隱含假設外顯化。
5. 同理心（Empathy）走入別人的感情及世界觀。
6. 反省（Self-knowledge）。
二、學生相關迷思概念的類別與成因
收集國內外相關概念的研究結果、分類、迷思概念等，以動物單元為例，研讀之相 關資料如下表。
表 5-1. 動物相關迷思概念
作者 研究主題 易產生的迷思概念
Trowbridge &
Mintzes (1985;1988)
動物分類
哺乳動物生物特徵
施惠(1993;1996) 動物生殖類型
卵胎生的迷思情形較嚴重(包括
受精、體外受精」為基準。
本研究結合學習環與 Wiggins 及 Mctighe(1998)依其理解六面向進行課程設計。
Lawson(1988)提出探究、名詞界定、應用的循環三階段學習環(Learning cycle)在美國 頗為風行。後有學者 Glass（1993）以融合社會建構的理念重現修訂學習環，指出語言 在建構概念、澄清、磋商時的重要性，並強調三階段間螺旋、交互特性。
Wiggins 及 Mctighe(1998)依其理解六面向進行課程設計，強調重要概念、廣度與 深度、深入培養，在六面向分別建議：
理解的評量需選用適當的評量方式，並顧及理解的各層面，收集理解的證據，需 考慮評量與課程的銜接度、密合度，以及理解的層次、評判規準，以發展觀點，進行 具有信度、效度的評量，詳細流程如圖 5-2。附錄十四是以植物單元為例，所進行的教 學設計示例。
圖 5-1.促進科學理解教學模式圖
學習成就指標或判準
評量設計流程
圖 5-2.評量設計流程圖。
形成目標
建立有效且適當的評量標準
表現類型、情境、內容的標準與指標
指引：好的證據
形成工作標準 設計個別表現工作
不同情境
建構規準
表現類型 內容標準
此外為協助教師設計教學，又建立了「促進科學理解教學評量課程設計標準」。促
訂定目標
C.促進使用新知識的策略 D.促進教學策略的策略 E.促進反思的策略
大寫〝X〞表示主要目的，小寫〝x〞表次要目的
參與研究之國小自然科教師，組成研究團隊，將就課程、教學方式、學生學習情況、
學習理解情形進行教學策略的反思與批判。而教師專業成長模式如圖 5-4 所示。
圖 5-4.教師專業發展模式（改編自 Loucks-Horsley，Hewson，Love & Sitles，1998）
實施 反思
課程綱 要
理解理論
個人因子：知 識、信念 教學情境
教學、評 量策略
計畫
第二年成果
一、促進科學理解與評量之模式與課程
經過設計、試教、修改，本研究以 Wiggins 及 Mctighe(1998)提出理解的六個面向 為基礎，研究者特以「關連」敘說理解的面向，以引導學習、教學與評量。
1.解釋：與科學知識理論的關連，即對事件、行動、觀點提供有檢證的解說或理論，
是為什麼及如何的知識，及檢驗性的意見。
2.詮釋：與生活經驗的關連，是詮釋，描述及轉譯的意義化過程。
3.應用：與解決問題的關連，在不同或新的情境中有效的使用知識、想法、行動、
情境的互相搭配，以真實世界的問題引導。
4.洞察：與有效直覺、批判的關連，不帶情感的觀點將隱含假設外顯化。
5.同理心：與他人觀點的關連，走入別人的感情及世界觀。
6.反省：與自我學習的關連，學生關於如何學習之知識與技能。
此外，本研究依據科學探究的特色並融合社會建構的理念，強調語言在建構概念、
澄清、磋商時的重要性，依理解面向進行課程設計，強調重要概念、廣度與深度、深入 培養，以及各面向教學時螺旋、交互影響之特性。
本研究之教學模式以學生先存概念為起點→引起動機→探究→理解六面向→評 量。教科書只是教學資源、參考之一。課程設計時採以評量為基礎的教學設計(backward design)，其流程為：訂定教學目標→設定學習理解之表現（評量）→設計教學活動。
理解的評量需選用適當的評量方式，並顧及理解的各層面，收集理解的證據，需考慮評 量與課程的銜接度、密合度，以及理解的層次、評判規準，以發展觀點，進行具有信度、
效度的評量。
在理解六面向教學建議分別是：
解釋面向：建立、考驗、檢證理論或解釋，建議以問題為基礎，引發學習。可用對 談、交互作用、表現實作評量，發掘學生迷思概念的方法，使用生手－專家連續性的規 準，設計引發重要理論之問題的課程及評測。
詮釋面向：口述歷史、文獻分析、個案研究，對談式專題討論。
應用面向：真的或模擬工作
洞察面向：研讀描述同一事件的不同文件。評量學生：它是什麼？是否具完備性？
情境合宜？採用批判性觀點。
同理心面向：直接經驗及角色扮演，模擬過去事件及可能的態度。
反省面向：學生自評及自我修正。
目前陸續完成課程設計之單元如下：
1.生生不息。
2.動物的生存能力。
3.聲音 4.電磁作用 5.物質的變化 6.生鏽
7.生物保育
二、 「生鏽」單元教學成效
其中研究團隊並針對「生鏽」單元進行教學成效分析如後。
（一）兩組學生在「科學過程技能」表現上的差異情形
1.科學過程技能整體表現(1)測驗結果
由表 5-3 可看出，實驗組與對照組在科學過程技能之後測得分均比前測高，而實驗 組學生後測平均數高於對照組學生，是否達顯著差異，則需進行共變數分析。
表 5-3.兩組學生在「科學過程技能」之前後測得分之平均數與標準差摘要表 科學過程技能測驗前測 科學過程技能測驗後測 組別
平均數 標準差 平均數 標準差
實驗組（30 人）
7.53 3.627 11.23 5.237 對照組（31
人）
6.74 2.594 8.94 3.405
(2)組內迴歸係數同質性考驗
由表 5-4 發現 F 質未達顯著(F=0.823，P=0.368＞.05)，表示實驗組與對照組的迴歸 係數相同，符合組內迴歸係數同質性假定，繼續進行共變數分析。
表 5-4.兩組學生在「科學過程技能」之組內迴歸係數同質性考驗摘要表
變異來源 SS df MS F Sig.
組間 2.226 1 2.226 .823 .368 誤差 154.209 57 2.705
(3)單因子共變數分析
由表 5-5 可知，F 值達顯著(F＝8.950，P＝.004)，顯示經實驗處理後，兩組學生 在科學過程技能的表現上有差異，且達統計上的顯著水準(P＜.05)。表示接受促進理解 教學設計教學的實驗組在科學過程技能的表現優於一般教學的對照組。其 η2值為 0.134，經計算後求得 f 值為 0.39，根據 Cohen 之論述，其效果量為中到高效果，顯示 促進理解教學設計教學對於科學過程技能的提升具有中到高的效果。
表 5-5.兩組學生在「科學過程技能」共變數分析摘要表
變異來源 SS df MS F Sig. Eta
Squared 組間 24.140 1 24.140 8.950 .004* .134 誤差 156.436 58 2.697
由表 5-6 可知，接受「促進理解教學設計」教學的實驗組學生在科學過程技能的表 現較一般教學的對照組為佳。
表 5-6.「科學過程技能」測驗調整後平均數摘要表
原始平均數 調整後之平均數
項目 實驗組 對照組 實驗組 對照組
科學過程技能 11.23 8.94 10.710 9.442
2.科學過程技能各分項表現 (1)測驗結果
由表 5-7 中可看出，在教學之前，實驗組在「歸納與研判」與「傳達與溝通」兩個 分項的表現之平均分數高於對照組，但在「組織與關聯」的分項表現之平均分數低於對 照組。課程結束後，實驗組在科學過程技能測驗三個分項之後測平均數均比前測之平均 數高，也比對照組在科學態度量表三個分項後測之平均數高，且對照組在三個分項之後 測平均數也均高於前測之平均數。是否達顯著差異，則需進行共變數分析。
表 5-7.兩組學生在「科學過程技能」各分項前後測得分之平均數與標準差摘要表
實驗組 對照組
前測 後測 前測 後測
組別
項目 平均數 標準差 平均數 標準差 平均數 標準差 平均數 標準差 組織與關連 1.73 1.258 3.33 1.988 2.00 1.033 2.65 1.799 歸納與研判 3.47 1.655 5.13 1.697 3.06 1.181 4.16 1.530 傳達與溝通 2.40 1.868 3.93 2.741 1.87 .957 3.16 2.464
(2)組內迴歸係數同質性考驗
由表 5-8 發現各分項的 F 質均未達顯著， (F=.095，P=0.759＞.05；F=.159，P=.691
＞.05；F=1.656，P=.203＞.05)，表示實驗組與對照組的迴歸係數相同，符合組內迴歸係
＞.05；F=1.656，P=.203＞.05)，表示實驗組與對照組的迴歸係數相同，符合組內迴歸係