奈米科技教育現況與相關研究

本節在於探討奈米科技與科學教育之間的關係，分兩節敘述奈米科技教育現 況及奈米科技概念相關研究。

一、奈米科技教育現況

奈米科技於1990年崛起，目前已被視為21 世紀的主流明星產業，藉由奈米 科技的研發，發展出新的特性與商品，其影響包括了許多產業和領域，例如：航 太、環境保護、醫學、電子…等。根據教育部顧問室（教育部，2002）的資料提 到，奈米產業估計在未來十五至二十年間將有爆發性的成長。

奈米科技儼然成為現今社會中最熱門的新興科技，因此政府積極推動奈米科 技，以提升國家競爭力。潘文福（2004）認為要提升台灣奈米的競爭力，需要全 民一起投入，而經由國民教育的推廣，即是激發全民參與的良方。因為當奈米產 業快速成長的十年後，現在的中小學生正是十年後我國尖端科技研究工作的主 力，因此奈米科技教育的紮根工作，是提升我國未來全球競爭力不可或缺的，可 使我國研究人才不虞匱乏（李世光、吳政忠、蔡雅雯、林宜靜、黃圓婷，2003）。

鑑於此，2003年由國科會主導並結合相關單位，推動的「奈米國家型科技計畫」

中，人才培育為主要四大目標之一，為培養從中小學（K－12）、大學、研究所、

在職訓練以致終身學習的跨領域人才。溫明正（2005）認為科技與學術研究的根 本在於教育，提早讓學生接觸奈米科技教育、往下紮根，使國家的未來能孕育出 更多人才。

「奈米科技K-12人才計畫」是奈米科技人才培育計畫中的子計畫之ㄧ，以追 求「學術卓越」與「奈米科技產業化」為目標，期盼能引導我國知識發展，建立 我國產業之競爭優勢。奈米科技人才培育網（2009）提到，人才培育向下延伸至 國中小學之機制勢在必行，特別是九年一貫課程當中「自然與生活科技」之學習 領域課程教學模組的設計，教案規劃及教育活動的實施方式，研擬如何引導學生 從生活經驗當中習得知能並且從中獲得生活技能及科學素養，已經成為急迫需要 解決的教育問題。

K-12人才培育計畫第一期的推動歷經六年，因成效不錯，所以第二期國家型 奈米科技教育計畫緊接展開，而第二期計畫對於如何由科學教育基礎研究深入探 究學生應該學什麼相關概念（核心概念）？給予高度關注與支持的研究方向之一。

而世界各國也逐漸重視奈米教育，Fonash（2009）認為提高國家的經濟能力 要素之ㄧ為國民的教育背景。因此讓學生在學位課程中培養奈米的技術及概念，

可從小就奠定奈米科技之基礎，此為是人才培育的前線作業。以下就世界各國對 於奈米教育的投入做個簡述：

（一）美國的奈米教育（科技年鑑奈米網，2009）

美國因國土廣大各州教育的獨立，因此在落實奈米科技K-12 教育的推動方 面，善用網路資源。於西元2003 年底美國國家科學委員會（National Science Board）

批准「國家奈米科技基礎結構網路計畫」（National Nanotechnology Infrastructure Network；NNIN），由全國 13 所大學共同建構支持全國奈米科技與教育的網路體 系，提供整體性的全國性使用技能以支持奈米技術的研究與教育工作，計畫目的 不僅在於提供全國研究人員頂尖的實驗儀器與設備，並能訓練出一批專精於最先 進奈米科技的研究人員。

（二）歐盟的奈米教育（科技年鑑奈米網，2009）

在2004年歐盟議會（ European Commission；EC）對歐洲地區與國際社會發表一系 列有關於奈米科技的專案計畫，以宣示歐洲對於提高奈米科技競爭力的決心。歐盟將其 計畫分為五個主要區域：研究與發展、基礎建設、教育與訓練、創新以及社會層 面；歐盟議會也強調提高社會大眾對於奈米科技的認知，屬於整體奈米發展計畫 的一部分。

（三）泰國的奈米教育（奈米科技人才培育網，2009）

泰國於2004年提出「2004 - 2013年國家奈米科技發展十年總綱」(National Nanotechnology Master Plan)，奈米技術計畫發展分四項：1.人才培育、2.注重研 發、3.加強基礎建設、4.加強宣導。其中計畫認為應從培養人力資源開始，著重 奈米人才之訓練，奠定奈米科技之基礎。

（四）其他各國的奈米教育

從科技年鑑奈米網（2009）也發現日本、韓國、中國等國，都認為奈米科技 為本世紀科技發展的重點，而奈米科學與技術的進展可提高國家生產力、經濟成 長並讓生活品質帶來巨幅的改善。因此各國都投資的大量的經費於奈米科技的研 發，整合奈米技術與資訊、生物、材料、能源、環境、軍事、航太領域之高新科 技，並將創造出跨學門研究的新境界。

綜合觀之，各國都很重視的奈米科技的發展，並建立網站及數位平台推動奈 米教育，例如美國的NNIN和Scalable and Integrated Nanomanufacturing (SINAM)、

泰國的奈米科技教育網頁：http://www.thai-nano.com、英國的奈米科技機構Institute of NANOTECHNOLOGY（IoN），其數位資訊皆有提到K-12的教育內容。而在亞 洲地區的13國，包括台灣、澳洲、中國、香港、印度、印尼、韓國、日本、馬來 西亞、紐西蘭、新加坡、泰國和越南，共同建立亞洲奈米論壇（Asia Nano Forum；

ANF），其主要的目標之一是：提升奈米科技的大眾認知及教育訓練，並且聯繫 社會、環境、健康和經濟的問題，曾在2007年舉辦ANF種子教師研討會，研討會 內容即重視K-12教育的經驗分享與發展。

可見各國對於奈米教育在K-12階段的發展保持關注。這點與我國的第二期奈 米國家型科技計畫目標一致，我國計畫的目標之ㄧ為培育及連結各階層學習主體 之奈米科技人才，並厚植奈米科技教育向下扎根，以學校教育之小學、國中、高 中、高職及大學階段為主。希望經由中小學創新課程及大學通識課程的研發與實 踐，培養學生的奈米科技核心素養為目標。因此本研究企圖建立奈米科技的核心 概念作為創新課程的參考依據。

二、奈米科技概念相關研究

在上節提到，雖然國內與奈米相關的期刊有很多，但是以國小教師及學童為 研究對象的文章相對的比較少，研究者找到了十六篇相關的文獻中，其內針對國 小學生之奈米科技概念進行評量與探究的並不多，本研究整理後排除了以教學策 略為主題的文獻後，只剩下八篇文章如表2-2說明 ：

表2-2 奈米科技概念相關研究文獻

研究主題 研究者 研究對象 研究發現

奈米科技融 入自然與生 活科技領域 教學之初探

蔡元福、

吳佳瑾、

胡焯淳

（2004）

國小中高年 級

國小學童對奈米科技認識中約有65%未聽過奈米的名 詞，而認為奈米是一種單位的國小學童僅佔23%，卻 有12%的國小學童認為奈米為一種食物。

奈米科技融 發現學生具有不少迷思概念，例如：「奈米的單位」--前、後、延宕測驗分別有39.9％、7.1％、13.7%認為是 體積。「細菌是奈米尺寸？」--有 62％到 67％學生誤認

由以上研究顯示（曾國鴻、陳沅，2005；陳淑思，2006；陳鳳妤，2006；蔡 元福等，2004；蔡鳳娥，2005），國小學童之奈米概念有待提升，而教師的奈米 科技概念也值得注意。由林武賢（2008）、張政義（2008）及潘文福（2004）的 研究發現，藉著適當的教學設計，能有效的提升學生在奈米科技概念的學習。但 是無論何種教學，必須先確認的是「教學目標」，像潘文福（2004）規劃奈米課 程時的主軸之ㄧ，就是確定活動主要內容，意即我們期望學生學習的概念是什 麼？而Healy(2009)提到美國的「國家奈米科技基礎結構網路計畫」（National Nanotechnology Infrastructure Network；NNIN）調查 K-12 的教師發現，許多教師 在教學課程中不知道應該教導學生什麼樣的奈米概念，因此我們需要提供適合的 K-12 奈米教育資源，讓教師作為奈米教育課程的標準。但是綜觀文獻發現，尚未 有相關研究以「科學方法」取得奈米科技的教學目標，因此本研究的研究目的在 建立國小「奈米科技核心概念」，其研究工具為大慧調查，是一種讓相同領域的 專家一同做決定的技術，在下節介紹。