基於釐清新舊課程差異的目的，本節將採用表列方式，整理新舊課程在課 程綱要、課程目標、授課年級、授課時數、教學方法、教科書、教師手冊、教具 等，各項新舊變革前後的差異：
表 2-3 五十七年與六十四年科學課程比較表
課程 五十七年 六十四年
課程目標 指導兒童認識自然現象，理解科 學原理，解釋週遭事物；從自然 環境中發現問題，應用科學方法 解決問題；明瞭人與自然界之關 係，應用科學知能，適應日新月 異的生活。
指導兒童接近自然，瞭解其周圍 環境，增進科學知能與科學情 趣，熟練科學方法，以養成具有 科學素養的國民。
授課年級 三年級至六年級 一年級至六年級
授課時數 三至四年級每週90 分鐘 五至六年級每週120 分鐘
一、二年級每週 60 分鐘 三至四年級每週 90 分鐘 五至六年級每週120 分鐘 教學方法 教師講述式教學 學生動手做科學活動
教科書 各年級使用教科書 各年級使用教科書
教師手冊 教學指引內容包括教學目標、教
第六節 美國 ESS、SAPA 以及 SCIS 三大課程
教育部依據發展國民小學教育計畫（教育部，1972），委託台灣省國民學校 教師研習會自六十一年七月開始進行國民小學科學教育（自然科）之課程實驗研 究，由科學家、教育家、課程專家、心理學家及小學教師一起共同研討，並參考 美國的科學課程改進研究（Science Curriculum Improvement Study [SCIS],
1962）、科學課程研究計畫（Elementary Science Study [ESS], 1970）、小學科學─
活動過程教學計畫（Science ─ A Process Approach [SAPA], 1962），三套新自然 科學課程，做為我國自然科學實驗課程研發的參考資料。本節內容將介紹三套課 程發展的歷程、課程發展的理論基礎、教材以及教學設計特色，詳細內容茲於下 列敘述之：
一、 科學課程研究計畫（Elementary Science Study [ESS]）
按照各個課程發展時間的先後順序，首先介紹科學課程研究計畫，有關此 計劃的主要目的、課程發展的理論基礎以及本課程的教材與課程設計特色為何？
詳細內容茲分述如下：
（一）課程介紹
本課程研究計畫所需經費龐大，經費來源初期由Alfred P. Sloan Foundation 與Victoria Foundation 支持，接著由美國科學基金會（National Science Foundation [NSF]）資助，自 1959 年教育發展中心（Education Development Center [EDC]）
邀集科學家、工程師、數學家及有經驗的各級科學教師等百餘人，共同參與規劃 ESS 課程，經歷 12 年的研發與編修至 1970 年完成，本課程總共由 56 個各自獨 立的活動單元所組成，適用對象從幼稚園至第八級的學童之學習教材（教育部，
1973；陳建勳，1973）。
陳建勳（1972）和 Cain & Evans（1990）文獻指出所有教材曾經在五十個 至一百個實驗班級，連續試用兩年至三年之久，期間根據兒童反應與教師的建 議，經過不斷修正、刪改、補充改進，直至參與工作的科學家和教師一致公認這
些教材完全正確無誤，易為兒童和教師所接受，並且確實能夠有效擴展兒童的學 外界溝通，更有效用的表徵系統（Bruner, 1971）。
Bruner（1963）提出螺旋式課程（spiral curriculum）的設計概念透過重複的、
回歸的、加深加廣的、非線性的方式處理教材，可以鼓勵學習者反思。給予學生 徵（iconic）與符號表徵（symbolic），一個成熟的個體具有表徵世界的多重途徑。
在教育上應該利用這種多重途徑的方式，作為教學設計與規劃的依歸，傳統上將 課程設計侷限在邏輯與分析的方式，過於窄化學生學習需求。Bruner（1963）認 為藝術與隱喻的方式與Piaget 所稱數理邏輯是同樣重要的表達和思考方式，所以 他提出敘述式思考（narrative thinking）。相較於邏輯思考著重在說明，教師用以 維持解釋的精確性；敘述式思考講求自我闡釋，學生可以透過自我詮釋的思維方 式，將外在環境的刺激所引發內在心智運作的內容表達出來，如此一來在學習過 程可以維持持續不輟的對話模式。Bruner（1963）認為師生對話的機制，可以確 保學生自我反思、自我建構的維持。當學生與他人對話，並將自己與他人所說的 話進行反思時，學習和反思將被創造出來，而不是被傳遞下去，這就是Bruner
的學習理論所主張學習者是主動的建構者。
依據Bruner 學習理論而設計的 ESS 課程，包含五個目標（Cain & Evans, 1990）：
理性思考過程（Rational Thinking Process）
¾ 觀察：兒童將學會辦認物體以及察覺物體特性、性質改變、控制觀察以及安排一
¾ 推理與預測：兒童將學會使用推理、外插法（extrapolation）或內插法
（interpolation），從資料中預測結果。
¾ 辨識變因以及控制變因：兒童將學會區別控制變因與應變變因，並且描述變因之
1. 操作（Manipulation）
¾ 兒童將學會組裝與使用適當的工具以及儀器，進行科學問題的探究。
2. 溝通（Communication）
¾ 兒童將透過口頭描述或書寫方式，呈現科學探究過程以及探究結果，進而發展溝
建立自信心以及正面的科學研究態度。（Cain & Evans, 1990, pp.357-358）
（三）教材以及教學設計特色
ESS 課程的規劃目標，在於鼓勵兒童主動解釋、分析與理解他們所置身的 世界，透過課程的規劃，喚起兒童的好奇心，更進一步激發兒童主動學習行為能 持續不斷的進行（Roger, 1970）。由此可得，兒童在學習過程，課程安排提供相 當多的彈性空間，以便能按照兒童自己的好奇心，進行科學問題探究；依據自己 的興趣，決定學習教材內容的深淺。
因此，課程活動的設計特色在於活動單元與單元之間的設計不具有延續性
（Cain & Evans, 1990），著重在發展「非指導式活動（unguided activities）」，此 活動規劃特質強調尊重兒童興趣，在學習過程中兒童能夠保有自己的學習步調，
作業單、圖片、補充說明小冊子、簡短的影片，兒童沒有課本（Adeline, 1970；
陳建勳，1973）。教師指引的功能，在協助教師了解如何進行單元教學、單元教
例如顯微鏡、燒杯、試管、滴管、光學透鏡、玻璃片等等方便操作，價錢低廉不 擔心損壞的實驗物品，目的在於讓兒童親自動手操作，經由這些有趣的經驗，體 認科學家研究科學的方式（Adeline, 1970；陳建勳，1973）。
二、 科學教學改進計畫（Science─A Process Approach[SAPA]）
繼而介紹科學教學改進計畫，此計畫內容包括計畫目標、課程發展的理論 基礎以及本課程的教材與教學設計特色等等，詳細內容茲分述如下：
（一）課程介紹
本課程由美國科學促進會（AAAS）主持，美國國家科學基金會（NSF）資 助，從1962 年由多位科學家、課程專家、小學科學教師共同策劃，經過六年的 編寫、全國性試驗、再三修訂的過程，完成從幼稚園至國小六年級自然科學課程 規劃，此課程目標強調以實驗室的教學方法來培養兒童科學探究過程的技能（教 育部，1973）。
本課程所指的過程技能總共有十三種，依據學習階層發展順序以及複雜程 度，可分為兩大部分：基本過程技能（basic process skills）包括觀察（observing）、
分類（classifying）、應用數字（using number）、測量（measuring）、應用時空關 係（using space/time relationships）、溝通傳達（communicating）、預測（predicting）
及推論（inferring）八種；統合技能（integrated skills）包括下操作型定義（defining operationally）、形成假說（formulating hypotheses）、解釋資料（interpreting data）、
控制變因（controlling variables）、進行實驗（experimenting）（Cain & Evans, 1990）。 本課程建議幼稚園至小學三年級學童，依照此階段學童認知心理發展情 況，考量兒童適應能力，在進行教學時，適合給予培養基本過程技能的活動單元；
至於複雜度較高的統合技能則適用於小學四年級以上的學童，做為未來從事科學 研究奠定基礎（教育部，1973）。
（二）理論基礎
本課程在規劃時強調，每一科學活動所含各種技能的學習，必須要由簡而 繁排列，前一技能的學習為後一技能之先決條件。基於此項原則在 SAPA 每一活 動教材內有順序圖表示各項技能之間的關係。SAPA 此種具階層性的編制特色，
是受Gagnè 的學習心理學所影響，下文將介紹 Gagnè 的學習心理學
Gagnè 在 The Condition of Learning（1965）一書中，將學習的型態歸納成 八個類型：
1. 訊號學習（signal learning）即為 Pavlov 所倡導的「古典制約學習」，
上科學課時，每次老師說「酒精燈」此聲音出現時，兒童就看到老師 拿出酒精燈，如此多次練習，「酒精燈」這個聲音成為代表此物品的符 號。在科學課程裡，學生常經由訊號學習學到科學專門術語和名詞。
2. 刺激─反應學習（S-R learning）即為 Skinner 所提倡的「操作制約學 習」，這類型的學習要件在於，學生每次出現教師所期待的行為之後，
立即予以增強獎勵，如此重複數次，刺激與反應之間的連結愈來愈牢 固。
3. 反應連鎖學習（chaining）將兩個以上的動作反應加以連接起來的學 習，一般稱為動作技能學習。剛開始學生必須以一個S-R 為單位，學 會每一個S-R，然後學會將各個動作反應依次加以連接，直到能順利 連成有系統、有秩序的動作系列為止。
4. 語文聯想（verbal association）將兩個以上的文字、符號或語言單位依 適當次序連結起來的學習，此類型的學習條件為語言聯想內，各個基 本單位必須是學生以前曾經學習過的，學生依據外來的線索將語言單 位依序做適當的呈現。
5. 多重辨別學習（discriminative learning）學生需要對不同的刺激進行辨 識反應的學習。例如學生就顆粒大小、形狀、顏色等屬性項度對於幾 種不同的結晶樣本進行觀察，辨別它們之間的相異點。
6. 概念學習（concept learning）學生對一群表面上不相同的刺激之共同 屬性做出相同的反應。此類學習型態是要學生學會，從許多具體存在 的客體中，把其共同屬性抽象化的結果。
7. 原理原則學習（rule learning）學習去瞭解概念與概念之間的關係，學 生要學會某一原理原則，需要先學會兩個或兩個以上的概念，並發現 它們之間有何關係存在。
8. 問題解決（problem solving）學生遭遇到新的問題情境時，內心想著 如何將以前學過的原理原則加以運用，使在新情境中所遭遇的難題，
8. 問題解決（problem solving）學生遭遇到新的問題情境時，內心想著 如何將以前學過的原理原則加以運用，使在新情境中所遭遇的難題，