國立台中教育大學自然科學教育學系碩士論文
指導教授：陳麗文
博士
國民小學教師奈米科技概念之現況研究
The Study Of Elementary School Teachers To The
Conception Of Nano-Science Technology
研究生：陳淑思
撰
中華民國
九十四 年 九 月
國民小學教師奈米科技概念之現況研究
中文摘要
本研究主要目的在瞭解中部地區國民小學在職教師對奈米科技概念之認知現 況，並探討未來奈米科技概念融入自然與生活科技領域時，對學生及教師教學的影 響。研究者以自編「國民小學在職教師奈米科技概念之調查研究」問卷，對中部地 區（台中縣、台中市、彰化縣、南投縣）國小教師進行調查，共發出問卷 756 份， 回收之有效樣本為 572 人。所得資料，以 SPSS for Window 之統計套裝軟體進行統計 分析。以 t 檢定（t-test）、單因子變異數分析（one-way ANOVA）及薛費法事後多重 比較等方法分析。 研究結果發現，就整體而言，國小教師對於奈米科技概念的認知仍有待更進一 步的提升。教師對於奈米科技概念相關名詞部分大致偏向只聽過這個名詞。對於量 表中奈米科技概念的部分大致上偏向部分同意；奈米科技概念的態度部分大致有正 向的傾向。教師在奈米科技相關名詞、概念及態度因背景不同，部份達顯著差異。 教師們認為將奈米科技概念融入自然與生活領域對，可以讓兒童提早接觸新概 念，以符合科技潮流；卻又擔心本身專業知識不足，恐增加教師的教學負擔。教師 們也建議未來對於奈米科技可以採舉辦分區研習來推廣，並且應同時重視將來所培 育出的奈米科技人才之質與量。以上將提供給未來研究者及師資培育機構作為參考。 關鍵詞：國小教師、K-12、奈米科技、科技教育The Study Of Elementary School Teachers To The Conception Of
Nano-Science Technology
Abstract
The main purpose of this study is to understand the present condition of elementary school teachers in middle Taiwan to the perception of Nano-Science Technology, and
discuss the influences to students and teaching as Nano-Scinece Technology idea integrating with Nature Science and Living Technology. Researcher used self-made questionnaire “Investigation Into On-the-job Teachers To Nano-Scinece Technology Idea” and processed investigation to elementary school teachers in middle Taiwan (Taichung County, Taichung City, Changhua County and Nantao County) and handed out total 756 questionnaires with 572 returned valid samples. I used SPSS for Window, a statistic package, to proceed statistic analysis to data acquired and make analysis through t-test, one-way ANOVA and Scheffe’s method (post-hoc multiple comparisons) such methods.
According to the research result, we found that, in general, it is necessary for
elementary school teacher to further enhance their Nano-Science Technology cognition. For Nano-Science Technology related terms, most teachers are only heard of this term and tend to partially agree with Nano-Science Technology concept within scale; regarding the attitude to Nano-Science Technology concept, they are mostly positive. Since teachers have different backgrounds, part of Nano-Science Technology related terms, idea and attitude have significant differences.
As to the most important influence to students of Nano-Science Technology integrating into Nature Science and Living Technology, teachers consider to let children contact new
idea earlier to meet technology trend. For the influence of teachers, they are worried about their lacking of specialized knowledge may result in heavier teaching burden. In respect of continuing education measure for Nano-Science Technology in the future, teachers suggest the first thing is to hold seminars in separate regions. Meanwhile, for the factors required by future national development of Nano-Science Technology, teachers emphasize on the quality and quantity of talent. Over and above is for the reference of future researchers and teacher training institutions.
Keyword：Elementary School Teacher , K-12 , Nano–Science Technology , Technology Education
目 次
第一章 緒論
第一節 研究動機………1 第二節 研究目的與待答問題………3 第三節 名詞釋義………4 第四節 研究範圍與限制………5 第五節 研究假設………6第二章 文獻探討
第一節 奈米科技 K-12 教育推動 ………9 第二節 台灣及各國科技教育實施現況 ………16 第三節 台灣及各國奈米科技教育的現況 ………19 第四節 國小教科書及相關書籍的奈米科技概念 ………21第三章 研究方法
第一節 研究架構 ………23 第二節 研究流程 ………25 第三節 研究樣本 ………27 第四節 研究工具 ………31 第五節 資料分析與處理 ………35第四章 研究結果與討論
第一節 基本資料分析 ………37 第二節 國小在職教師奈米科技概念認知與態度情形之調查結果 ………41 第三節 不同個人背景變項對於奈米科技概念量表之差異分析 …………46 第四節 中部地區國小在職教師對於有關奈米科技在國家及未來教育發展的看法與建議 ………94
第五章 結論與建議
第一節 結論 ………99 第二節 建議………106參考文獻
中文部分………109 英文部分………112附錄
附錄一 現行課程或各出版社出版有關奈米科技概念的書籍 ………113 附錄二 奈米科技概念圖 ………118 附錄三 國民小學在教師奈米科技概念之認知現況之調查問卷（預試問卷） ………119 附錄四 國民小學在教師奈米科技概念之認知現況之調查問卷（正式問卷） ………126 附錄五 專家邀請函 ………133表 次
表 2-1-1 台灣及國際奈米科技發展現況 ………11 表 2-2-1 奈米國家型科技計畫表 ………17 表 3-3-1 預試樣本分配表 ………27 表 3-3-2 預試樣本基本資料一覽表 ………27 表 3-3-3 研究取樣母體資料表 ………30 表 3-3-4 本研究抽樣學校分配表 ……… 30 表 3-4-1 奈米主要概念陳述表………32 表 3-4-2 「奈米科技概念認知」細目表………32 表 3-4-3 「奈米科技概念態度」細目表………33 表 3-4-4 教育學者專家一覽表 ………34 表 3-4-5 信度分析摘要表 ………34 表 4-1-1 研究樣本之個人背景資料分析………39 表 4-2-1 中部地區國小教師奈米科技名詞認知向度之分析表………41 表 4-2-2 中部地區國小教師奈米科技概念認知向度之分析表 ………42 表 4-2-3 國小教師對於奈米科技科技態度的觀點向度分析表………44 表 4-3-1-1 不同性別之國小教師在奈米科技名詞之差異考驗表 ………47 表 4-3-1-2 不同性別之國小教師在奈米科技概念之差異考驗表 ………47 表 4-3-1-3 不同性別之國小教師在奈米科技態度之差異考驗表………48 表 4-3-2-1 訂閱科學雜誌經驗之國小教師在奈米科技名詞之差異考驗表 ………49 表 4-3-2-2 訂閱科學雜誌經驗之國小教師在奈米科技概念之差異考驗表 ………50 表 4-3-2-3 訂閱科學雜誌經驗之國小教師在奈米科技態度之差異考驗表 ………51 表 4-3-3-1 聽聞奈米一詞與否之國小教師在奈米科技名詞之差異考驗表 ………52 表 4-3-3-2 聽聞奈米一詞與否之國小教師在奈米科技概念之差異考驗表 ………53 表 4-3-3-3 聽聞奈米一詞與否之國小教師在奈米科技態度之差異考驗表 ………53 表 4-3-4-1 參加奈米研習經驗之國小教師在奈米科技名詞之差異考驗表 ………55表 4-3-4-2 參加奈米研習經驗之國小教師在奈米科技概念之差異考驗表 ………55 表 4-3-4-3 參加奈米研習經驗之國小教師在奈米科技態度之差異考驗表 ………56 表 4-3-5-1 擔任種子教師經驗之國小教師在奈米科技名詞之差異考驗表 ………57 表 4-3-5-2 擔任種子教師經驗之國小教師在奈米科技概念之差異考驗表 ………57 表 4-3-5-3 擔任種子教師經驗之國小教師在奈米科技態度之差異考驗表 ………58 表 4-3-6-1 不同最高學歷之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表………59 表 4-3-6-2 不同最高學歷之「奈米科技概念」變異數分析摘要表………59 表 4-3-6-3 不同最高學歷之「奈米科技態度」變異數分析摘要表………60 表 4-3-7-1 不同學科背景之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………61 表 4-3-7-2 不同學科背景之「奈米科技概念」變異數分析摘要表………62 表 4-3-7-3 不同學科背景之「奈米科技態度」變異數分析摘要表………62 表 4-3-8-1 不同師資訓練之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………63 表 4-3-8-2 不同師資訓練之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………64 表 4-3-8-3 不同師資訓練之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………64 表 4-3-9-1 不同進修活動之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………65 表 4-3-9-2 不同進修活動之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………66 表 4-3-9-3 不同進修活動之「奈米科技態度」變異數分析摘要表………66 表 4-3-10-1 不同研習類別之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表………67 表 4-3-10-2 不同研習類別之「奈米科技概念」變異數分析摘要表………68 表 4-3-10-3 不同研習類別之「奈米科技態度」變異數分析摘要表………69 表 4-3-11-1 不同年齡之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………70 表 4-3-11-2 不同年齡之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………70 表 4-3-11-3 不同年齡之「奈米科技態度」變異數分析摘要表………71 表 4-3-12-1 不同自然科年資之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………72 表 4-3-12-2 不同自然科年資之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………72 表 4-3-12-3 不同自然科年資之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………73
表 4-3-13-1 不同擅長領域之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………74 表 4-3-13-2 不同擅長領域之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………75 表 4-3-13-3 不同擅長領域之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………76 表 4-3-14-1 不同學校規模之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………77 表 4-3-14-2 不同學校規模之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………77 表 4-3-14-3 不同學校規模之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………78 表 4-3-15-1 不同師資訓練之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………79 表 4-3-15-2 不同師資訓練之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………79 表 4-3-15-3 不同師資訓練之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………80 表 4-3-16-1 不同研習意願之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………81 表 4-3-16-2 不同研習意願之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………81 表 4-3-16-3 不同研習意願之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………82 表 4-3-17-1 不同嘗試意願之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………83 表 4-3-17-2 不同嘗試意願之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………84 表 4-3-17-3 不同嘗試意願之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………85 表 4-3-18-1 不同師資訓練之「奈米科技名詞」變異數分析摘要表 ………86 表 4-3-18-2 不同師資訓練之「奈米科技概念」變異數分析摘要表 ………88 表 4-3-18-3 不同師資訓練之「奈米科技態度」變異數分析摘要表 ………88 表 4-4-1 奈米科技概念融入國小自然與生活科技課程對學生的影響 ………95 表 4-4-2 奈米科技概念融入國小自然與生活科技課程對教師的影響 ………95 表 4-4-3 奈米科技概念推廣方式調查結果 ………96 表 4-4-4 國家發展奈米科技最重要的因素調查結果 ………97
圖 次
圖 2-1-1 奈米科技人才培育架構圖………14
圖 3-1-1 研究架構 ………23
第一章 緒論
本章包括研究動機、目的、名詞釋義、研究範圍、研究限制與研究假設五節， 玆分節探討論逑如下：第一節 研究動機
古人常用「芥子之微」、「秋毫之末」來形容東西很小。古文《核舟記》裏描 述了一艘用橄欖核雕刻的舟，窗子可以開合，上面居然還寫著「山高月小，水落 石出」八個字，令人嘆為觀止。這艘船最小零件只有 0.1mm（毫米），即 100um （微米）。現代象牙微雕，據說小如米粒，卻能刻下唐詩三百首全文；又如我們 常用「細如髮絲」來形容東西的纖細等。1959 年，美國著名物理學家，諾貝爾物 理學獎得主費曼教授（R. P. Feynman）曾指出：「如果有一天人類能夠把百科全書 儲存在一個針尖時，並能依人的意志移動原子，那麼這將給科學帶來什麼！」這 正是奈米科技的預言，也就是小尺寸大世界。今天，這個美好的願望已經開始走 向現實，1990 年奈米科技正式有了自己的名稱－Nano Science and Technology（曹 茂盛，2002）。奈米科技已被視為全球第四波工業革命，但奈米產業的遠景究竟 如何？ 奈米科學技術（Nano-Science Technology）是二十世紀八○年代末期剛剛誕 生，並迅速掘起的新科技，它的基本意涵是在奈米尺寸（1～100 奈米）範圍內去 認識和改造自然，通過直接操作和安排原子、分子，創新新物質（張立德，2002）。 根據美國科學基金會奈米科技小組推估，未來十到十五年內，奈米科技產值可望 達到一兆美元；經濟部工業局則預估，台灣奈米科技產值到 2004 年可望超過七 百億。經濟部工業局與行政院國科會科技資料中心，於民國九十二年五月三十日 共同舉辦「世紀引擎－奈米技術產業化企業領袖（CEO）高峰論壇」；從報名的 產、官、學界人士踴躍的程度，即可証明奈米將領導二十一世紀的工業革命（行政院國家科學委員會，2002）。 國科會科技資料中心並指出，目前全球至少有超過三十國在奈米領域中，發 展國家型計劃，奈米廠商已有六百二十五家，鑑於奈米產業潛能無限，歐、美、 日等國紛紛投入大量經費研究，如美國總統小布希在 2003 年提出的「國家奈米 技術創新計畫」預算書，已投資六億七千九百萬美元；2002 年日本政府的奈米科 技研究經費為二億六千萬美元；歐盟則計劃在 2002 年至 2006 年投入一百七十五 億歐元（馬遠榮，2002）；台灣於九十一年九月成立《奈米國家型科技計畫》辦 公室，冀盼藉由計畫辦公室整合產、學、研的力量，建立我國發展學術卓越和相 關應用產業所需要之奈米平台技術，同時加速培育奈米科技所需人才，奠定我國 奈米科技厚實之基礎。 奈米科技已被視為 21 世紀的主流明星產業，其涵跨並影響了許多的產業和 領域，例如：航太、化工、材料、電子、生技等，均可藉由奈米科技的研發，轉 型並發展出新的機會與商品，進而衍生出無限可能的商機。經濟部更預估至西元 2008 年，我國奈米技術應用影響產值將達到三千億元，投入研究及應用的廠商家 數可達八百家以上。2003 年 11 月份應邀來台參加「2003 年奈米科技論壇」的諾 貝爾化學獎得主 Alan MacDiarmid 等人更認為，台灣在奈米科技的研發實力，可 以和歐美、以及日本相抗衡，因此台灣不僅是「半導體之島」，未來也可能發展 成為「奈米之島」。然而在短時間之內異軍突起的奈米科技，要使台灣能走向「奈 米之島」的稱號，勢必要投入大量的奈米科技人才。 2003 年 3 月 29 日，前教育部長黃榮村先生參加台灣大學所舉辦的「奈米 K-12 教師研習營」活動時表示，教育部於民國九十二年選出台大、清大、交大、中央、 陽明、成大及中山等七所重點發展大學，每年編列共廿億元經費，協助提升學術 水準。此七所研究型大學皆以奈米為研究重點，因此對於 K-12 國民教育階段， 他肯定的表示，奈米科技也應融入國民教育。舉辦此次活動，台灣大學也表示， 主要是希望將奈米科技做為平台，激發中小學教師對新科技的求知慾，結合高 中、國中小四十位種子教師進行一系列奈米科技研習與 K-12 相關教材研發，經
由各級教師的指導，將奈米知識變為淺顯易懂，讓幼教、國小、國中、高中等學 生都能提早入門。 目前國內對於奈米科技的實証研究相當多，但偏重於材料或生物、化學、紡 織方面，少部分與台灣發展策略有關，有孟憲鎧（2003）研究的「全球產業競爭 下－台灣奈米科技之發展策略」、吳靜怡（2003）研究的「我國奈米科技產業關 鍵成功因素及競爭策略之研究－以半導體製造業為例」、洪紹捷（2003）研究的 「我國奈米科技產業發展策略之研究」、單亦東（2004）研究的「奈米科技之應 用對傳統產業競爭力之研究－以紡織業為例」、蔡慶昇（2004）研究的「我國國 家創新體系對奈米科技產業發展影響之研究」等。對於國民小學教師奈米科技概 念認知調查研究則為國內之初探。 九十四學年度，奈米科技概念可能將融入自然與生活科技領域，日常生活用 品如奈米菜瓜布、家電如電冰箱、洗衣機等也運用奈米科技概念；生活經驗中， 奈米衣服、奈米鞋等，更是離不開奈米此一概念。因此，學童奈米相關概念的學 習，不論在課程或生活面，都顯示出重要性。美國科學促進會（AAAS）於 1993 年以及國家研究委員會（NRC）於 1996 年，均聲言最新的科學教育改革，著重 各級學生對科學概念的理解，而非博學所有的科學事實（Akerson, Flick ＆ Lederman，2000）。在教育部規劃於九十四年度將奈米科技概念融入自然與生活 科技概念的情況下，國小教師是否具備足夠的奈米科技概念知識，此一議題值得 深入進行研究。
第二節
研究目的與待答問題
一、研究目的 基於以上研究動機，本研究擬達成下列研究目的： （一）探討中部地區國民小學教師有關奈米科技概念基本認知的現況。（二）比較背景因素不同之中部地區國民小學教師在奈米科技相關名詞及概念 基本認知的差異情形。 （三）比較背景因素不同之中部地區國民小學教師對於奈米科技在生活上的應 用，其態度之差異情形。 （四）說明與探討中部地區國小教師對於有關奈米科技在國家及教育發展的看 法與建議。 （五）綜合研究結果提出建議，促使政府機關、教育相關單位了解將奈米科技 概念融入自然與生活科技領域，對教師與學生的影響並提供相關協助。 二、待答問題 依據上述研究目的，本研究擬探討下列問題： 一、 中部地區國小教師有關奈米科技概念相關名詞、概念陳述及態度的現況為 何？ 二、 中部地區國小教師不同背景因素對奈米科技認知及態度的差異為何？ 三、 教育部未來將奈米科技概念融入自然與生活科技領域，可能造成的影響為 何？ 1． 將奈米科技概念融入自然與生活科技領域，教師認為對學生學習的影 響為何？ 2． 將奈米科技概念融入自然與生活科技領域，教師認為在教學上的影響 為何？ 3． 對未來奈米科技教育的推廣方式，教師的建議為何？
第三節 名詞釋義
本節針對研究主題所涉及的相關名詞加以界定及解釋敘述。玆將研究中相關的主要名詞說明如下： 一、 奈米科技 本研究中的奈米科技（Nano-Science Technology）所指的是對 1 奈 米到 100 奈米之間材料進行物理、化學性質、生物界奈米尺寸現象，及 電機、生化、醫藥及環境資源各產業科技功能研究。 二、 台灣中部地區 本研究中台灣中部地區指的是台灣地區台中縣、台中市、彰化縣 （市）、南投縣（市）。 三、 國小教師 本研究中所指的國小教師，是指編制內領有合格教師証之教師，不 包含代課教師或實習教師。 四、 K-12 K 的意思是 Kindergarten 一字的字首；12 是指從國民小學一年級到 高中三年級，共計 12 年的學習歷程。K-12 所指的是從幼稚園到高中三 年級的學習歷程。
第四節 研究範圍與限制
壹、 研究範圍 本研究範圍所界定的研究地區、對象、時間和內容分述如下： 一、 研究地區：本研究針對台灣中部地區國小教師進行取樣的研究。 二、 研究對象：國民小學在職教師。 三、 研究時間：本研究時間自民國九十二年九月至民國九十四年六月止。 四、 研究內容：為因應九十四學年度教育部將奈米科技概念融入自然 與生活科技領域，本研究以自編之問卷，探討國民小學教師對於 奈米科技概念的認知現況，並比較分析其背景因素，以利日後推 廣奈米科技研習或進行此一概念教學時作為參考。 貳、 研究限制 本研究所受到的限制，主要在研究的內容方面，其說明如下： 一、 本研究之研究樣本僅以中部四縣市（台中市、台中縣、彰化縣、 南投縣）國小在職教師為對象，並未作更全面性之抽樣，因此在 代表上及推論上有一定的限制，無法作全國性的推論。 二、 本研究關於國小教師奈米科技概念認知現況，乃為國內的初次探 討，因相關文獻較少，參考資料不足，研究者涉獵較少，對結果 的推論有一定的限制。
第五節 研究假設
針對研究問題，本研究有待考驗之假說包括如下： 虛無假設 1：不同「性別」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概念陳 述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。 虛無假設 2：不同「最高學歷」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概 念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。 虛無假設 3：不同「學科背景」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概 念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。虛無假設 4：不同「年齡」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概念陳 述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。 虛無假設 5：不同「研習類別」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概 念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。 虛無假設 6：不同「任教自然科年資」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名 詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著 差異。 虛無假設 7：不同「擅長教學領域」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、 概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差 異。 虛無假設 8：不同「學校規模」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概 念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。 虛無假設 9：不同「訂閱科學雜誌經驗」之中部地區國小教師對於奈米科技相關 名詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯 著差異。 虛無假設 10：不同「學校所在」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、概 念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差異。 虛無假設 11：不同「教師研習意願」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、 概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差 異。 虛無假設 12：不同「奈米科技產品嘗試意願」之中部地區國小教師對於奈米科技 相關名詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒 有顯著差異。 虛無假設 13：不同「閱讀科學書籍頻率」之中部地區國小教師對於奈米科技相關
名詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯 著差異。 虛無假設 14：「聽聞奈米一詞與否」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、 概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差 異。 虛無假設 15：不同「參加奈米研習經驗」之中部地區國小教師對於奈米科技相關 名詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯 著差異。 虛無假設 16：不同「擔任奈米種子教師經驗」之中部地區國小教師對於奈米科技 相關名詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒 有顯著差異。 虛無假設 17：不同「三年內參加過的主要科學活動」之中部地區國小教師對於奈 米科技相關名詞、概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的 態度沒有顯著差異。 虛無假設 18：不同「主要進修活動」之中部地區國小教師對於奈米科技相關名詞、 概念陳述的認知及奈米科技應用於日常生活中的態度沒有顯著差 異。
第二章 文獻探討
綜觀國內外文獻，有關探討國小教師奈米科技概念認知的文獻並不多，因此 本章先以教育的觀點，對於奈米科技 K-12 教育的推動進行探討。蒐集目前國民 小學課程中及市面上有關奈米科技的書籍作彙整，並分析提出適合國小教師閱讀 的書籍。本章之探討共分為四節，第一節針對奈米科技 K-12 教育推行進行探討； 第二節為台灣及各國科技教育實施現況；第三節為台灣及各國奈米科技教育實施 現況；第四節則是針對教科書及相關書籍中的奈米科技概念作分析整理。第一節 奈米科技 K-12 教育推動
壹、緣起 由於物質在奈米尺度下，其物理、化學特性將會產生顯著的改變或全然不同 的性質。因此奈米技術主要的目標即是藉由原子、分子或巨分子的結構或設計新 的裝置來探索這些特性，並經由奈米科技創造新一波的技術革命與產業。 近幾年來，我國政府在相關政策制定會議中，陸續提出幾項奈米科技的重要 政策。例如：民國八十九年十二月行政院科技顧問會議與九十年一月全國科技會 議結論皆指出，奈米科技未來將是我國產業發展的重點領域。因此在九十一年由 國科會、行政院科技顧問組、中研院、教育部、經濟部、原子能委員會及環保署 等單位，一共二十五位代表，組成《奈米國家型科技計畫工作小組》，於九十一 年六月行政院國家科學委員會第 157 次委員會中通過奈米國家型科技計畫，並預 定於九十二年一月開始推動；九十一年九月成立成立《奈米國家型科技計畫》辦 公室，期盼能藉由計畫辦公室結合產業、學術、研究的力量，建立一個適合我國 發展學術卓越和相關應用產業所需要的奈米平台。 受到日本推動小學生及全民的微機電知識，台灣也興起 K-12 培育奈米人才計畫，並且加速培育奈米科技所需人才，以奠定我國奈米科技發展的基礎（李世 光，2003）。根據 2004 年 9 月 14 日中央日報記者陳恆光的報導，目前被視為尖 端科技研究的奈米科技，其應用的範圍已逐漸進入我們的生活，為確保十年之後 臺灣的奈米研究人才不虞匱乏，教育部顧問室自九十二年開始推動「奈米科技人 才培育計畫」，其中以誘發兒童好奇心，讓大人小孩進而一窺奈米世界的「小奈 小米驚奇之旅」，於「奈米國家型科技計畫成果發表會暨臺灣奈米科技展」中放 映。此外，奈米科技教育的工作團隊目前也已完成編纂首部「奈米科技漫畫」， 藉此積極推展深入人心的奈米科學普及教育。 教育部顧問室表示，從奈米冰箱、奈米馬桶、奈米冷氣等諸多產品應用趨勢 來看，包括我國在內，其它所有全力推動奈米科技的國家，目前估計奈米產業在 未來十五至二十年間將有爆發性的成長。為使奈米產業推動快速成長，我國十年 後的研究人才必須不虞匱乏，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扎根工作，將是提升我國未來全球競爭力不可或缺 的做法。有鑑於此，奈米科技人才培育計畫在於培養從中小學（K－12）、大學、 研究所、在職訓練以致終身學習的跨領域人才（教育部，2002）。 貳、台灣及國際奈米科技發展現況 奈米科技宛如是新一代的工業革命，因此目前台灣及其它先進各國正如火如 荼的展開其研發。美國國家科學基金會(National Science Foundation)預測到 2015 年奈米科技可能成長到每年一百萬兆的工業產值。而在國內，政府今年正式推動
「奈米國家型科技計畫」，擬於六年內投入新台幣 231 億元的經費，並且希望在
2010 年達到新台幣 1 兆元的產值（教育部，2002）。表 2-1-1 是台灣及各先進國 家推動奈米科技的發展內容、重大計畫及研發經費的內容彙整，由表中各國對於 奈米科技計劃投入的研發經費，可知目前各國對於奈米科技發展的重視。
表 2-1-1 台灣及國際奈米科技發展現況 國家 發展內容 重大計劃 研發經費 美國 五項奈米工作領域均衡發 展： 1．基礎研究與教育 2．重大挑戰項目 3．卓越中心 4．研究設施方面 5．提供學生獎學金，規劃 奈米科學與工程相關 課程，俾培育人才。 國家奈米科技計畫（簡稱 NNI） 重大計畫 2001 年 46.385 億美元 2002 年 60.44 億 美元 2003 年 77.4 億 美元 2004 年 84.7 億 美元（預估） 歐盟 建立合作研究網，促進各 單位之間的交流，目前有 54 個有關奈米技術和應 用的合作研究網，此合作 研究網具有以下特點： 1．研究網的國際合作性 強，其中 29 個研究網是 國家網，其餘 25 個是國 際網。 2．研究領域集中在奈米技 術、資訊處理、儲存和 傳輸的奈米技術、奈米 生物技術、傳感器應用 的奈米技術、化學加工 的奈米技術、基礎應用 的長期研究、儀器和設 備、輔助科學和技術 等。 1．德國是投入最早也是投入經 費最多 的國家。投入五大 領域包含超薄功能層、橫向奈 米結構、超精細表面加工、奈 米結構分析技術和奈米材料/ 分子結構設計。 2．瑞士 2001 年執行「Top Nano 21」計劃 3．法國 2003 年推動三大計劃， 分別為：「Nanostructured Materials」、「NOI（Individual Nano-Object）」、 「RMNT（French Network in Micro/Nanotechnologies）」 1999-2003 1.5 億馬克 2003 編列 2430 萬歐元推 動左列三大計 畫 英國 1993 年起開始執行「技術 遠見方案」，並於 1995 年 完成第一階段任務，認為 奈米科技是一項重要的科 技。 【國家奈米科技創新計畫】 （Institute of on Nanotechnology,NION） 【奈米科技連結專案】（Link Nanotechnology Programme,LNP） 2001 年成立（但 目前此二計畫 已停止提供研 究基金） 日本 2000 年成立「奈米技術研 發戰略推進會議」，制訂國 家奈米技術研發策略，並 將奈米技術與資訊科技、 生物技術和環保科技並列 為科學技術重點領域。 日本奈米技術發展戰略以三類 研發項目為重點，包括： 1．2-10 年後實用化和產業化之 研發。 2．展望 10-20 後技術挑戰之研 究項目。 3．個人獨創型的萌芽研究項目。 2001 年 117 億日元 2002 年 746 億日元
中國 大陸 對奈米科技相當重視，其 相關論文數量居全球第三 位，在奈米科技產業化部 分則較弱。 1．「國家公開計劃」 2．「863 計劃」 3．「973 計劃」 4．「中國國家奈米科技發展綱 要」五年發展戰略。其「十五」 計劃中，更將奈米計畫視為全 國經濟結構調整的核心主體。 2500 萬人民幣 韓國 以五年的時間建置研究基 礎設施，包括 165000 平方 公尺的奈米技術城市 （Nanotown）、每年培訓 一萬三千名專才 十年奈米技術研發計畫 2001 年 1502 億韓元 2002 年 2031 億韓元 台灣 台灣科技研究與發展基本 上分為兩大系統：（1）學 術界，包括中央研究院、 國家科學委員會與各大學 院校；（2）工業界，經濟 部工業技術研究院與各大 公司。 1．科會推動的「奈米材料尖端 研究計畫」 2．育部推動「卓越計畫」 3．中研院主題研究計畫 2001－2005 年 投入 16.5 億元 2001－2005 年 投入 8.5 億元 註：研究者整理自馬遠榮（2002） 參．奈米科技 K-12 人才培育總計畫簡介 二十一世紀是一個著重多元取向的新時代，教育的任務在使每一個人均能終 其一生不斷的追求學習。1998 為中華民國終生學習年，在成人教育學會宣言後啟 動，在教育部頒佈「邁向學習社會白皮書」而展開，各機關、學校、團體也積極 宣導，推動終生學習（教育部，1998）。 基於二十一世紀也是一個以知識經濟為主體的新時代，伴隨知識經濟而來的 奈米科技儼然也形成，由於此一影響力正無遠弗屆的漫延，以致於全球各國正如 火如荼的進行規劃與推動。根據奈米科技 K-12 人才培育總計畫（教育部，2002） 中提到，我國基本上也將奈米科技視為本世紀推動科技發展的高速列車，由行政 院國家科學委員會所主導的奈米國家型計畫已於九十一年九月一日開始啟動，而 奈米國家型科技計畫項下之「人才培育分項計畫」（圖 2-1-1）則由教育部推動執
行（李世光，2003）。人才培育分項計畫希望能迅速提供我國發展奈米國家科技 計畫所需之各種跨領域人才，而首要任務為建立奈米科技人才之培育機制，建構 具領域、創造力、國際觀、智財權觀等之學習主體，同時希望結合學界與產業界 形成一個知識的供應鏈。在奈米新世界講座（李世光，2003）中，奈米科技與教 育單元中明白的指出奈米科技人才培育計畫的任務與目標：
一、 推動終身學習願景（From cradle to grave） 二、 推動跨部會、跨領域資源整合 三、 培育我國未來能夠領導及執行奈米科技之人才 四、 能夠認知奈米科技潛能並將其產業化及商業化之人才 奈米科技國家型計畫已全力執行中，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 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。這些急迫需要解決的教育問題，若能因 應及訓練得當，將可避免不適應的課程及不合適之教學產生。十年樹木，百年樹 人，如果學校是花園，教師就是澆灌未來國家棟樑的園丁。因此本計畫透過教師 研習及在職訓練等方式，適當的將知識傳遞及分享出去，以期將人才培育之大業 不斷的延續並與未來的教育政策目標、人才培育的各項措施相結合，以達到最理 想的境界。K-12 目前推動方向與展望（李世光，2003）： 一、 奈米電子報發行 二、 奈米 K-12 種子教師巡廻演講 三、 推動奈米教案編撰與出版 四、 推展全國性 K-12 奈米人才培育計畫 五、 推動 K-12 區域性聯盟計畫 除此之外也結合科教館、科博館、工博館推動奈米人才培育，藉由科教館的
科學教育巡廻列車，將 K-12 及區域性奈米中心所累積的展品、教案、種子教師 演講等，擴散至全國上下。
終身教育（From Cradle to grave）
圖 2-1 奈米科技人才培育分項計畫（資料來源：奈米新世界講座） 圖 2-1-1 奈米科技人才培育架構圖 註：整理自李世光（2003） 肆．該計畫目標 奈米科技 K-12 人才計畫是以人才培育和核心設施建置為基礎，以追求『學 術卓越』與『奈米科技產業化』為目標，其奈米國家型科技計畫如表 2-1-2，期 盼能導引我國知識發展，建立我國產業之競爭優勢，此計畫規劃原則為： 1． 學術研究設定高目標，達到卓越化和國際化。 2． 結合國內外學術界卓越研究和研發單位之「快速產業化」能力， 將「介觀世界」的特殊現象與「市場機會」結合，建立我國以技 術創新、智權創造為核心的高附加價值知識型產業。 3． 以我國「強勢產業」的比較優勢為切入點，逐步擴充至新興領域， 開創新機會。 4． 強化創新研發人才培育養成，建置核心設施，提供分享運用機制， 技職、大學、研究所每年人才培訓 2000 人 每年 4000 人 出 生 老 年 專門教育 素養教育 技職 國小/ 國中 高中 大學/ 研究所 科技普及教育 在職訓練 終身教育（From Cradle to grave）
奠定長期競賽之基礎。藉由奈米科技來引領我國經濟之發展，從 而建立我國下一波產業之國家競爭優勢。 表 2-1-2 奈米國家型科技計畫表 分項計畫 子項計畫 學術卓越 1． 奈米結構物理、化學與生物特性之基礎研究 2． 奈米材料之合成、組裝、與製程研究 3． 奈米尺度探測與操控技術之研究 4． 特定功能奈米元件、連線、介面與系統之設 與製作 5． 微/奈米尖端機械與微機電技術發展 6． 奈米生物技術 核心設施建置與分享運用 1． 學術研究核心設施建置與分享運用 2． 產業應用核心設施建置與分享運用 產業化技術 1．奈米材料與製程技術 2．奈米電子技術 3．奈米顯示器材料與元件技術 4．奈米光通訊技術 5．奈米構裝技術 6．奈米儲存技術 7．奈米能源應用技術 8．基礎產業奈米應用技術 9．奈米生技應用技術 奈 米 國 家 型 科 技 計 畫 人才培育 各科技領域整合： 1．工程 2．基礎科學 3．經營管理 4．智財權法律 5．人文社會 6．生技醫藥 由於網際網路之快速發展，以及知識經濟之迅速成 型，必須從小學、中學（K-12）、大學、研究所、在職 訓練（On Job Training ,OJT）、甚至與終身學習（Life Long Learning）之教育施政目標相結合。
第二節 台灣及各國科技教育實施現況
由圖 2-1-1 奈米科技人才培育架構圖可知，教育部著重在科普教育的素質培 養及永續科技人才培育，進而達到終身學習之最終目標。一般而言，我們常需要 自科學課程內容來尋繹出科技教育的內涵。從科學課程的歷年發展來看科學教育 的意義，我們發現科學教育意義曾經歷過多次的演變。過去，科學課程的內容包 含物理、化學、生物、醫療等，自第一次世界大戰後，各國皆努力改革科學課程； 然而隨著各國經濟的發展，科學教育的目的已侷限為促進經濟發展、各國軍備競 賽及保衛國家安全的目標上。 直到東西冷戰稍懈，人本或人文思想抬頭，科技教育才發展出以人為本位的 意義（鍾聖校，2000）。從杜威哲學來看，科技教育的目的是科學和技術經驗的 重組與改造，此經驗廣泛的指科技所有的內涵，包含了科技知識、科技方法、科 技態度。亦即科技教育的內涵在科學的部分，其經驗含有知識、方法和態度三種 成分，或稱之為科學的三向度（鍾聖校，2000）。 從科技教育的觀點來看，Jackson’s Mill 將科技教育知識內涵分為製造、營 建、運輸、傳播四大領域，包含了生活中所有改變人類生活的人造事物範圍（陳 淑菁，1997）。依據 Jackson’s Mill 對於科技教育的內涵定義，在小學階段實施 科技教育，有其重點目標，科技教育的目的在增進學生對技學發展、觀念的認識， 應用技學能力以培育國民適應現在和未來生活所需的科技素養（余鑑，1993）。 壹．我國的科技教育 中小學科技教育（technology education）的目的在於循序提供所有學生科技 覺知（technological awareness）、科技素養（technological literacy）和科技能力 （technological capacity）教育，使人人成為擁有科技素養的人（technologicalliterate）以便和科技社會社會作良好的互動（中華民國比較教育學會，2000）。根
推動國民學校的科技教育（鍾聖校，2000）。綜觀民國 62 年迄今所發展的自然科 課程，可知其深受美國 ESS、SCIS、SAPA 三大課程的影響（鍾聖校，2000）。 教育部在民國八十七年九月三十日公布「國民教育階段九年一貫課程總綱綱 要」，此一總綱綱要宣示跨世紀的九年一貫課程改革有促成國民中小學課程更具 銜接性、統整性和適切性的理想，也明訂「自然與科技」是國民教育階段七大學 習領域之一（中華民國比較教育學會，2000）。 自實施九年一貫課程後，原先的自然科課程更訂為自然與生活科技領域，此 一課程的精神特別強調學生基本能力而非學科能力；注重生活實用取向的課程內 涵，而非偏重學科知識，並且特別強調相關課程間的統整和合科的概念，使學生 在學習科學時，除了能學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批 判、創造等各種能力。 特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習，使我們獲得處理事務、解決問 題的能力。也了解到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。同時也應該了解 科學與科技的發展對人類生活的影響，學會使用和管理科學與技術以適應現代化 的社會生活。透過學習使學生能善用各種科學與技術以便利現在和未來的生活。 貳．各國科技教育實施的現況 英國教育制度主要分為：幼稚、初等、中等及高等四個階段（姜得勝，1998）。 英國在 1998 年之後，中央制定國定課程（National Curriculum），頒佈並由全國中 小學一致實施，適用於 5-15 歲學生的。國定課程有三大核心學科和七大基礎學 科，科技是基礎學科之一，內含設計與科技（Design and Technology）科目，內 容類似我國的「生活科技」課程加部分「家政」課程「資訊」課程（中華民國比
較教育學會，2000）。其根據經濟、教育、社會等觀點，將科技列為中小學義務
美國初等教育和中等教育加起來共十二年，義務教育為十或十二年，公立幼
稚園（一年制）至十二年級為免費教育（K-12；K 是幼稚園，12 是 12 年級）。美
國採取地方分權制度，教育的主權屬於各州，而各州又常將教育的實際運作權限 委任給地方的學區。因此，各地學制頗為分岐，目前，以五三四制較為普遍。
「美國全民科技教育專案」（Technology for All Americans Project, TAA）是由 美國國科會（National Science Foundation, NSF）及航太總署（National Aeronautics and Space Administration,NASA）提供資金贊助，並由國際科技教育學會
（International Technology Education Association,ITEA）執行發展（中華民國比較
教育學會，2000）。 該專案指出，科技是人類所有行動的創新（Human Innovation in Action）（李隆盛，1998），同時，科技包含了發展行動系統所需的知識與程序， 以解決問題或擴展人類的潛能（Custer,1997）。以美國維吉尼亞州科技課程為例， 該州科技教育旨在發展學習者的科技素養，小學的科技課程重科技覺知、初中的 科技課程重科技探索而高中的科技課程重生活與工作的應用（中華民國比較教育 學會，2000）。 1980 年代為了因應全球經濟與教育趨勢，澳洲加速傳統技術教育課程的改 革，進而促使科技教育成為中小學八個關鍵學習領域之一。1989 年澳洲教育委員 會（AEC）就八個課程領域（科技、數學、科學、英語、社會與環境、藝術、健 康與體育、外語），提出課程敘述與課程描述。澳洲科技課程由四個相互關聯的 領域組成：第一，設計、製作與評價（Designing,Making and Appraising,DMA） 貫穿所有科技課程的教學。第二是資訊領域；第三是材料領域；第四是系統領域。 每個領域再細分為八個教學層級，層級的劃分著重於各領域的複雜程度，而非按 照學生年級來安排（中華民國比較教育學會，2000）。
小學階段科技課程並無明顯分科，而是與其它學科融合來實施，教學主要由 教師教導，有時亦由其它相關的專家或資源人士擔任。初中階段科技課程則列為
核心課程之一，且為必修課程。高中階段的科技課程則改成選修，且涵蓋更廣的 科技領域。 法國中小學科技課程其目標是可使兒童獲得發揮其智能並引導他了解實際 世界的基本知識與技能。自幼稚園即開始實施，此外在其它學科中也有部份相關 的教學（中華民國比較教育學會，2000）。
第三節 台灣及各國奈米科技教育的現況
新產業的發展需有前瞻思考及人才培育做基石。以奈米科技為例，它需要相 關學門的投入整合，因此人才培育對於科技本身有其不可偏廢之處。奈米科技被 喻為第四次工業革命，若能在進入奈米時代，提早學術研究及相關產業方向的佈 局，培養未來所需人才，與國際奈米科技有關研究活動同步，相信在未來奈米科 技產業時代，必能比現在台灣的資訊產業扮演更重要的角色（吳重雨，2003）。 台灣自 2003 年興起 K-12 培育奈米人才計畫，加速培育奈米科技所需人才， 以奠定我國奈米科技發展的基礎。根據本研究圖 2-1-1，奈米科技人才培育也是 朝向日本推動微機電知識的模式，從 K-12（幼稚園、國小、國中到高中）經由 大學/研究所，希望能帶動台灣的奈米科技，以符合未來奈米科技產業界對於奈 米科技人才的需求。 教育部擬於九十四學年度，將奈米科技概念融入國小自然與生活科技領域課 程，以期能從小紮根。奈米科技人才培育架構你為專門教育和素養教育，其中 K-12 是屬於的素養教育，也就是科普教育。而技職學校及大學、研究所則屬於 專門教育，預計每年人才培訓 2000 人，而針對進入職場的成人，則可參加在職 訓練，預計每年人才培訓 4000 人（李世光，2003）。 在奈米科技的發展上，不論是學術界或是產業界，美國都是位居於全球領先的地位。根據美國國家奈米科學計畫（National Nanotechnology Initiative）網站， 教育中心分為 K-12 奈米科技教育及大學奈米科技教育。目前如達科它州立技術 學院（Dakota County Technical College）提供奈米科學技術學位、華盛頓大學 （University of Washington）提供奈米科技博士學位、路易西安那工業大學 （Louisiana Tech University）提供分子科學與奈米科技碩士學位。
值得一提的是，加州大學勞倫斯柏克萊實驗室（University of California's Lawrence Berkeley National Lab）目前針對科學背景及非科學背景的高中教師和學
生，在連續的週六上午提供免費的演講和實驗室參觀（美國國家奈米科學計劃網 站，2004）。 在學術界的部分，美國有相當多的大學或是研究機構投入奈米科技研發的計 劃，而且研究的範圍相當廣泛，幾乎涵蓋了各種奈米科技領域。如麻省理工學院 （MIT）、哈佛大學、康乃爾及普林斯頓大學等。因此美國奈米科技培育人才主要 以大學為單位，並投入各領域研究（吳重雨，2003）。 日本長期以來就是一個資源不豐富的國家，所以特別重視材料研究與應用。 在九州大學，由渡邊征夫教授領導的奈米電子課程計畫，旨在培養學生們奈米電 子相關的基本知識，藉以培養學生們研發前瞻性奈米電子元件的能力（吳重雨， 2003）。有鑑於學術界在奈米科技方面的研究並未有效的應用於實際的產業上， 在日本民間由數家公司發起了「奈米科技實行委員會」，每年舉辦國際奈米科技 暨研討會，將學術界的研究成果在展覽中向業界作有系統的展示，以培養出新的 商機，促進日本工業的進步與發展。 在英國，劍橋大學成立了劍橋奈米科學，其下共有四個分支，分別是奈米科 學建築、跨領域奈米科技研究、奈米科學研究以及學校的奈米科技（吳重雨， 2003）。德國教育與研究部 1998 年建立了 6 個奈米技術能力中心 （Nanotechnology-Competence-centers），中心的功能主要是公共關係、教育與培
訓、營造經濟上有吸引力的環境（吳重雨，2003）。 德國的奈米科學中心（CeNS）也提供廣泛的教育計畫，以慕尼黑大學為例， 因其強大的科學基礎，為該中心的教育計畫提供了理想的環境（吳重雨，2003）。 澳洲的新南威爾斯大學，2002 年開始推行奈米科技的大學學位，這是一個四年 制、跨學科的課程，此課程提供奈米科技學科的訓練。這個學位將由四個學院共 同教學，他們分別是：生化與分子基因學院、化學學院、材料科學與工程學院、 物理學院。 韓國科技部（MOST）於西元 2001 年五月宣佈成立十年奈米技術研發計畫， 將以五年時間建置研究基礎設施，包括 165,000 平方公尺的奈米技術城市 （nanotown），每年訓練 13,000 名專才，將以政府和企業界力量投入 1.3 兆韓元 （約 1.3 億美元）於奈米科技研發，目標為在西元 2010 年前成為世界十大奈米 技術先進國之一；西元 2001 年起又提出半導體研究為基礎的奈米科技培育計畫。 為實現該願景，南韓政府也已敲定投注 1.37 兆韓元，進行奈米相關的基礎設施 與扶植人力，預計發展出三十四項關鍵技術，並培育出 13,000 萬名技術人才（科 技年鑑奈米網，2004）。
第四節 國小教科書及相關書籍中的奈米科技概念
根據教育部提出九十四學年度奈米科技教育向下紥根，將奈米科技概念納入 國民小學自然與生活科技課程；九十三學年度國小六年級課程中，翰林出版社出 版的國語課本已將奈米科技概念的課程納入。內容涵蓋了介紹奈米是一個長度單 位、生物界的奈米結構，如荷葉、費曼先生提出「將大英百科全書的內容縮小在 一個針尖上」的構想、奈米科技產品以及「驚異大奇航」影片的科技夢想與奈米 科技不謀而合。在教師指引的部分，參考書籍為深入淺出談奈米科技（姚福燕，2004）、圖 解奈米科技與光觸媒（呂宗昕，2003）、改變世界、影響未來－你不可不知的奈 米科技（龔建華，2002）、遠流出版社出版之科學人雜誌－奈米特刊：全觀奈米 新世界。將奈米概念融入國語科教材，主要藉由說明奈米科技的基本概念，以及 對人類生活的便利，讓學生及早了解世界科技發展的動向，以使台灣的科技發展 和人才培育能和世界接軌。研究者針對現行國小現行課程或各出版社出版之奈米 科技概念叢書加以彙整，如附錄一所示。 有關奈米科技方面的叢書，市面上相當多，不論是政府出版品或各出版社， 均陸續推陳出新。由於政府出版品如經濟部 ITIS 專案辦公室出版之「紡織品奈米 技術開發與應用」屬於專案研究或為了各廠商所作的研發結果，內容較為艱深， 所以不適合國小教師閱讀。其它如：深入淺出談奈米科技（姚福燕，2004）、圖 解奈米科技與光觸媒（呂宗昕，2003）、改變世界，影響未來－你不可不知的奈 米科技（龔建華，2002）、遠流出版社出版之科學人雜誌－奈米特刊、科學月刊 等，屬於科普叢書，適合初步想了解奈米科技概念的老師或一般大眾；另外如： 小牛頓科學雜誌－最新科技趨勢：奈米科技，則是專為小朋友所設計，適合小學 生的閱讀。
第三章 研究方法
本章共分為研究架構、研究流程、研究樣本、研究工具、資料處理與分析五小節， 分述如下：第一節 研究架構
根據研究目的與假設，參考相關文獻，擬定本研究的架構，探討國小在職教 師的奈米科技概念在不同縣市、性別、最高學歷、年齡、任教年資、學科背景、 任教學校規模、學校所在城鄉、奈米科技概念來源是否有差異。研究架構如圖 3-1-1。 自變項 依變項 圖 3-1-1 研究架構圖 個人變項 性別、最高學歷、學科背景 師資訓練、近三年內主要的進修活動 年齡、（曾）任教的自然科年資 研習意願、擅長教學領域 奈米科技產品嘗試意願 研習類別、訂閱科學雜誌的經驗 閱讀科學書籍或欣賞相關影片的頻率 近三年內參加的科學活動 聽聞奈米科技一詞與否 參加奈米科技研習的經驗 擔任奈米科技種子教師的經驗 奈米科技概念 奈米的定義 奈米的結構 奈米的特性 奈米的技術原理 奈米的應用 奈米的現象 奈米的科技倫理 環境變項 任教學校規模 學校所在城鄉一、 自變項 自變項包括個人變項及環境變項二項。 （一） 個人變項：本研究之個人變項為有關研究樣本中教師填答的個人特 質，玆分述如下： 1． 性別：分為「男」、「女」兩類。 2． 最高學歷：分為專科、學士、碩士、博士等四類。 3． 學科背景：分為分為文法商學院、理工學院、醫農學院、管理學 院、教育師範學院、其它等六類。 4． 師資訓練：分為無、師院生、學士後師資班、教育學程、代理教 師師資職前教育課程班、其它等六類。 5． 主要進修活動：分為研究所博士班、研究所碩士班、師院相關教 育學分班、短期研習進修、網路學習課程進修、校內研習、其它 等七類。 6． 參加研習類別：分為語文、數學、自然與生活科技、健康與體育、 藝術與人文、輔導知能、其它等七類。 7． 年齡：分為 21-30 歲、31-40 歲、41-50 歲、51 歲以上等四類。 8． （曾）任教自然科年資：分為 0 年、1-5 年、6-10 年、11-15 年、 16 年以上等五類。 9． 最擅長的教學領域：分為語文、數學、自然與生活科技、藝術與 人文、健康與體育、綜合活動、電腦、其它等八類。 10． 教師研習意願：分為積極主動爭取參加、學校同仁輪流參加、學 校主導指定參加、其它。 11． 奈米科技產品嘗試意願：分為非常高、高、普通、低、非常低。 12． 訂閱科學雜誌的經驗：分為是、否 13． 聽聞奈米科技一詞與否：分為是、否。 14． 擔任奈米科技種子教師的經驗：分為是、否。
15． 閱讀科學雜誌或欣賞相關影片的頻率：分為一個月 5 本書或影片 （含以上）、一個月看 1-4 本書或影片、半年看 1-4 本書式影片、 一年看 1-4 本書或影片，甚至更少。 16． 三年內參加的科學活動：動植物園或博物館、參加生態旅遊、科 學講座或研習、指導學生科學展覽競賽、其它、以上皆無。 17． 奈米科技概念來源：分為電視、商店廣告、親友談論、網路、報 章雜誌、學校、其它等七類。 （二） 環境變項：本研究之環境變項為教師服務學校之特質，玆分述如下： 1． 學校規模：分為「12 班以下」、「13 班至 24 班」、「25 班至 48 班」、 「49 班以上」等四類。 2． 學校所在城鄉：分為城市（省轄市或縣轄市）、鄉鎮、偏遠山地或 海濱等三類。 二、 依變項 依變項指的是奈米科技概念，分為奈米的定義、奈米的結構、奈米的特性、 奈米的現象、奈米的技術原理、奈米的應用、奈米科技的倫理等七類。
第二節 研究流程
本研究採用調查研究法（survey research methods），透過問卷填答方式， 蒐集並探討國民小學自然科教師對奈米科技概念之認知情形及不同的背景因素 影響概念認知的差異。研究流程如圖 3-2-1。
圖 3-2-1 研究流程圖 不良 良好 擬定研究主題 蒐集相關文獻 確定研究對象 確定研究方法及工具 設計奈米科技概念問卷 預試 專家審題及訂定問卷 問卷預試結果分析 修改問卷 形成正式問卷 統計資料分析 資料彙整、撰寫論文 正式問卷施測
第三節 研究樣本
一、問卷調查樣本 本研究的目的旨在探討國小在職教師對奈米科技概念認知的現況，研究樣本 分為兩類，一為預試樣本；另一為正式施測的樣本。樣本之抽樣方式如下述： （一） 預試樣本 預試樣本採正式施測樣本數的十分之一，約 76 份。以南投市四所國民小學 為預試樣本，共計發出 76 份預試問卷，於九十四年四月進行預試。研究者於事 先連絡預試學校主任，委託負責協助施測，將問卷逐一發給填答的教師，並將問 卷統一寄回。共計回收 75 份，回收率 98.7％，經問卷檢核，剔除填答不全或不 適用問卷，因此得有效問卷 72 份，可用率 96％。預試樣本分配表及基本資料統 計一覽表，如表 3-3-1、表 3-3-2。 表 3-3-1 預試樣本分配表 縣市 學校 發出份數 回收份數 有效份數 南投市 平和國小 20 20 19 南投市 漳興國小 26 25 24 南投市 漳和國小 15 15 14 南投市 新豐國小 15 15 15 表 3-3-2 預試樣本基本資料一覽表 個人基本資料 組別 人數 百分比（％） 性別 1男生 2女生 30 42 41.7 58.3 最高學歷 1專科 2學士 3碩士 6 55 11 8.3 76.4 15.3 年齡 121-30 歲 231-40 歲 341-50 歲 451 歲以上 13 46 11 2 18.1 63.9 15.3 2.8表 3-3-2 （續上頁） 師資訓練 1無 2師院生 3學士後師資班 4教育學程 5代理教師師資職前教育課程 6其它 0 37 22 5 5 3 0 51.4 30.6 6.9 6.9 4.2 近三年內 主要研習活動 1研究所博士班 2研究所碩士班 3師院相關教育學分班 4短期研習進修 5網路學習課程進修 6校內研習 7其它 0 12 4 24 2 29 1 0 16.7 5.6 33.3 2.8 40.3 1.4 參加過的研習類 別 1語文 2數學 3自然與生活科技 4健康與體育 5藝術與人文 6輔導知能 7其它 18 5 21 2 4 15 7 25 6.9 29.2 2.8 5.6 20.8 9.7 學科背景 1文法商學院 2理工學院 3醫、農學院 4管理學院 5教育師範學院 6其它 13 8 3 0 47 1 18.1 11.1 4.2 0 65.3 1.4 （曾）任教 自然科年資 10 年 21-5 年 36-10 年 411-15 年 516 年以上 22 34 7 6 3 30.6 47.2 9.7 8.3 4.2 擅長的教學領域 1語文 2數學 3自然與生活科技 4藝術與人文 5健康與體育 6綜合活動 7電腦 8其它 23 18 16 9 3 2 1 0 31.9 25.0 22.2 12.5 4.2 2.8 1.4 0
公式 3-3-1 n：樣本數
C
Z
Z
pN
p
p
N
p
p
n
2 2 2)
1
(
)]
1
(
[
)]
1
(
[
−
+
−
−
=
α αZ
α：信心水準 95﹪（1.96）C
p：抽樣誤差 N：母群體數（人） p：0.5（特徵比例） 表 3-3-2（續上頁） 任教學校規模 112 班以下 213-24 班 325-48 班 449 班以上 0 29 43 0 0 40.3 59.7 0 學校所在城鄉 1城市 2鄉鎮 3偏遠山地或海濱 72 0 0 100 0 0 （二） 正式施測樣本 以台中縣、台中市、彰化縣（市）、南投縣（市）四縣市的在職教師為研究 樣本，本研究抽取人為研究樣本，抽取方式如下： 1． 經查閱教育部出版的中華民國教育統計最新資料顯示，得知台中縣在 職教師總人數為 7332 人、台中市在職教師總人數為 4326 人、南投縣 （市）在職教師總人數為 2794 人、彰化縣（市）在職教師為 5612 人。 中部四縣市在職教師總計 20064 人。 2． 本研究之樣本數是依據 Rea 等人（1997）所提出的抽樣誤差計算公式 （如公式 3-3-1），計算出本研究之取樣人數為 378 人。 3． 4． 根據 Sudman 的觀點，他認為抽樣若是以人員為樣本單位，在進行區域 性研究時，研究的樣本應該達到 500 人以上，取樣方屬適合（轉引自 吳明清，1991）。因此本研究發放的問卷數則以取樣人數的二倍計算， 合計 756 份。5． 本研究因屬地區性之研究，故依據台中縣、台中市、南投縣（市）、彰 化縣（市）的在職教師總數在四縣市在職教師總數中所佔的比例計算， 預計台中縣發放 276 份問卷、台中市 164 份、南投縣（市）106 份、彰 化縣（市）210 份。 6． 為使本研究之樣本具有代表性，樣本取樣採用分層隨機取樣方式，依 中部四縣市學校數比率與學校規模進行兩階段分層抽樣。其分布情形 如下表 3-3-3 及表 3-3-4 所示： 表 3-3-3 研究取樣母體資料表 縣市別 學校總數 取樣校數 抽樣的教師數 台中縣 164 29 276 台中市 60 15 164 彰化縣 172 31 210 南投縣 155 22 106 總數 551 97 756 表 3-3-4 本研究抽樣學校分配表 12 班以下 13-24 班 25-49 班 50 班以上 合計 縣市 母體 樣本 母體 樣本 母體 樣本 母體 樣本 母體 樣本 台中縣 57 10 31 6 48 8 28 5 164 29 台中市 3 1 4 2 22 7 31 5 60 15 彰化縣 83 15 44 8 31 6 14 2 172 31 南投縣 113 14 21 4 17 3 4 1 155 22 合 計 256 46 100 19 118 21 77 13 551 97 本問卷為了尊重受試者之隱私，且為了減低受試者在填答時之壓力，以增加 回收率，及使填答結果能確實反應出填答者真實的態度，問卷施測時採匿名的方 式填答。
第四節 研究工具
本研究以自編之「國小在職教師奈米科技概念問卷」為工具，期能蒐集到完 整的資料。工具發展過程說明如下： 一、 國小在職教師奈米科技概念問卷 （一）發展「奈米概念圖」及「奈米主要概念陳述表」 概 念 圖 可 以 表 達 特 定 的 知 識 領 域 之 主 要 概 念 及 其 相 關 概 念 （Mintzes,Wandersee,＆Novak,2001）。因此發展概念圖可以清楚界定所要研究之 特定概念知識的範圍。研究者首先依據台大出版社出版之奈米交響樂套書，並參 考「深入淺出談奈米科技」及「你不可不知的奈米科技」兩本書籍的內容分析出 奈米科技相關概念，發展出奈米概念圖。敦請指導教授為本研究交叉檢核前述之 奈米概念圖，隨後參酌專家診斷後之意見，刪去或修正其中矛盾以及不一致之 處，以建立奈米主要概念陳述表。 （二）發展預試問卷 1．擬題 研究者主要依據研究架構，並參閱相關資料以自編方式進行問卷之擬題。問 卷每道題目均根據附錄二「奈米概念圖」及表 3-4-1「奈米主要概念陳述表」加 以設計，並作出 3-4-2「奈米科技概念認知」細目表、3-4-33-4-3「奈米科技概 念態度」細目表。表 3-4-1 奈米主要概念陳述表 概念陳述 01． 奈米是長度單位，一奈米等於十億分之一米，約是頭髮寬度的十萬分之一。 02． 生命世界的奈米結構，在植物界的例子是蓮花自潔效應。 03． 生命世界的奈米結構，在動物界的例子是蝴蝶的翅膀、鯨魚海豚的表皮。 04． 奈米科技是將金屬或非金屬製成約 100 奈米以下的物質，此新物質稱為奈米材料。 05． 奈米材料因為物理化學特質產生變化，因此具有新的特性。 06． 奈米材料包含碳六十、奈米碳管、量子點、光子晶體。 07． 奈米產品當紅使坊間奈米產品充斥，而其真偽有待政府明定規格標準，以便利消 費者的選購。 08． 奈米的特性具有表面效應，表面積顯著增大，具有高活性，可成為高效催化劑。 09． 奈米具有表面效應的特性，表面積顯著增大，具有低熔點，可成為低熔點材點。 10． 奈米具有小尺寸效應的特性，光學性質改變，如金屬經由超細微化後，失去光澤， 變成黑色。 11． 奈米具有小尺寸效應的特性，熱性質改變，如金屬經由超細微化後，熔點降低。 12． 奈米具有小尺寸效應的特性，磁學性質存在於生物體，如蝴蝶、鴿子體內具有磁 性顆粒，具有回歸本領。 13． 奈米具有小尺寸效應的特性，產生的力學性質，如陶瓷，具有較佳的韌性。 14． 奈米的科技應用，有食衣住行，如：奈米玻璃有自我潔淨的功能。 15． 奈米的科技應用，有電子技術，如：增加記憶體的儲存容量。 16． 奈米的科技應用，有醫學領域，如：生物感應器，對疾病能早期檢測和警告。 17． 奈米的科技應用，有航太領域，如：飛機的重量會更輕、更省電、環保 18． 奈米的科技應用，有能源領域，如：更節約能源且質輕的照明設備。 19． 奈米的科技倫理有未知環境災害的隱憂，包含環境、醫學、法律與倫理間的衝突。 表 3-4-2 「奈米科技概念認知」細目表 重要命題概念 題號 1、奈米的定義 二 1、 2、生命世界的奈米結構－植物界 一 2、一 5、二 3 3、生命世界的奈米結構－動物界 二 4、二 6、二 7、二 8（反向） 4、奈米的技術原理 一 4、一 7、一 9、一 11 二 5、二 13 5、奈米的特性 一 3、一 12、二 9 6、奈米的應用 一 6、一 8、一 13 二 2、二 10、二 11、二 12 7、奈米的現象 一 1、 8、奈米的科技倫理 一 14
3-4-3「奈米科技概念態度」細目表 題目項度 題號 1、意願 三 11、三 12、三 13、三 15 2、感受 三 1、三 2、三 3、三 4、三 5、三 6、三 7 三 8、三 9 3、評價 三 10、三 14 2．審題 問卷完成後，敦請二位科學教育學者，及五位在職進修自然科學教學碩士班 之研究生協助審題，以期問卷內容使用之文句能符合國小在職教師之理解程度。 針對需修改的文句加以修正後，形成問卷的初稿（參閱附錄三）並進行預試。 （三） 填答與計分 本量表中，第二部分第一大題奈米科技相關名詞的計分，每個名詞依填答者 聽聞及了解程度「聽過且很清楚內容」、「聽過但不很清楚內容」、「只聽過這個名 詞」、「完全沒聽過」擇一選出答案即可。「聽過且很清楚內容」為 4 分、「聽過但 不很清楚內容」為 3 分、「只聽過這個名詞」為 2 分、「完全沒聽過」為 1 分。 第二大題奈米科技概念題的計分，依填答者的看法，就問題認知的陳述「同 意」、「部分同意」、「不同意」、「不知道」擇一選出答案即可。正向題「同意」為 3 分、「部分同意」為 2 分、「不同意」為 1 分、「不知道」為 0 分。反向題「同意」 為 1 分、「部分同意」為 2 分、「不同意」為 3 分、「不知道」為 0 分。 第三大題「對奈米科技態度的觀點」之填答採 Likert 式五點量表，每題陳述 句中依填答者的看法，就問題態度的陳述「非常同意」、「同意」、「無意見」、「不 同意」、「非常不同意」擇一選出答案即可。正向題「非常同意」為 5 分、「同意」 為 4 分、「無意見」為 3 分、「不同意」為 2 分、「非常不同意」為 1 分。 （四）效度分析 問卷初稿編製完成後，委請專家學者進行內容審查，並且依據專家學者意 見，對問卷初稿加以修正，將不適合或不確切的題目加以修正或刪除，再與指導 教授討論後定稿，以完成本研究之研究工具。
本研究所編製的問卷之效度採專家效度，問卷初稿編製完成後，委請七位學 者專家（如表 3-4-4）填寫，進行內容審查，依據專家意見或修正建議加以修改 或刪除，以做為本研究之專家效度。專家意見回收率為 100％，依據回函，本問 卷奈米科技概念認知及態度部分由最初的 58 題經過修改及刪除後調整為 46 題。 表 3-4-4 專家一覽表 專家姓名 服務單位與職稱 王立民 大葉大學電機系 呂福興 中興大學材料工程學系 吳宗明 中興大學材料工程學系 汪島軍 雲林技術學院機械工程技術系 張嘉麟 台中師院自然科學教育學系 葉聰文 台中師院自然科學教育學系 蔡宜壽 逢甲大學纖維與複合材料學系、奈米中心主任 註 1：以上專家姓名依照姓氏筆劃排序 註 2：本表編製時間為九十四年三月 （五）問卷的信度分析 預試結果以 SPSS10.0 中文版進行信度分析， 並依據分析結果進行修正，最 後發展成為本研究之正式工具。本研究以南投市四所國民小學在職教師為預試對 象，施測樣本為 76 個，獲得有效預試問卷 72 份，針對問卷量表的部份採用 SPSS for Windows 10.0 進行 Cronbach α信度分析，分析總量表及各分量表內部的一 致性，測得各分量表的α係數介於 0.8401 到 0.9407 之間，總量表的α係數為 0.9258，依據統計分析 Cronbach α＞.8，即代表信度良好（張紹勳、張紹評、 林秀娟，1993）。顯示本問卷總量表及各分量表均有頗高的信度，亦即本研究問 卷具有不錯的信度，表 3-4-5。 表 3-4-5 信度分析摘要表 量表名稱 α 係數（N＝72） 名詞項目 認知項目 態度項目 總量表 0.9195 0.9407 0.8401 0.9258
（六）發展正式問卷 依據本問卷的專家效度分析後，題目調整為 46 題，經信度分析後，將信度 較低（名詞項目題目α係數＜0.9195；認知項目題α係數＜0.9407；態度項目題 α係數＜0.8401）的題目加以刪除，確立問卷中奈米科技概念認知及態度部分的 題數為 42 題，並編製成正式問卷（參閱附錄四）。
