論證取向之生物科技議題線上模組對國中學生概念及探究能力之影響

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(1)國立臺灣師範大學生命科學系碩士論文. 論證取向之生物科技議題線上模組對國中學生概念及探究能力之影響 Impacts of an argumentation-oriented online module on secondary school students’ cognitive outcomes and inquiry abilities about biotechnology related issues. 研究生：蔡佩綾 Pei-Ling Tsai. 指導教授：張文華博士 Wen-Hua Chang. 中華民國 104 年 6 月.

(2) 摘要本研究主要探討實施融合論證教學之線上生物科技相關議題課程，對學生學習概念及探究能力之影響。研究方法採二因子實驗設計，研究對象以桃園、台中、彰化、高雄共 5 所學校 214 位國中生為研究對象，分為四種教學實驗組（紙本傳統教學、紙本論證教學、線上傳統教學、線上論證教學）。教學內容為七年級自然與生活科技領域第二冊「生物科技」相關議題。研究中採用貼近性評量和立即性評量，以呈現學生在實施論證教學或線上平臺教學後概念與探究學習的表現。並運用相依樣本 t-test、2-way ANCOVA 和 2-way ANOVA 等統計方法來探討不同教學實驗組的效果。主要研究結果如下：一、貼近性評量前後測以相依樣本 t-test 分析，結果顯示，使用紙本論證、線上傳統、線上論證皆顯著提升學生概念；紙本傳統、紙本論證、線上傳統和線上論證對探究能力提升都有顯著差異。二、貼近性評量 2-way ANCOVA 分析以教學方式、教學法為自變項、後測成績為依變項、前測成績為共變項，結果顯示，使用線上或論證教學能顯著提升學生概念，但對於探究能力不同教學實驗組別未達顯著差異。三、在教學過程中，立即性評量 2-way ANOVA 分析以教學方式、教學法為自變項、成績為依變項，結果顯示使用線上論證教學對學生學 I.

(3) 習概念和探究能力都有提升。四、貼近性評量的 2-way ANCOVA 分析以教學方式、教學法為自變項、後測成績為依變項、前測成績為共變項，結果顯示，使用線上教學對低成就組學生在遺傳概念的學習有顯著提升。實施結合論證教學的線上模組，能協助國中生學習生物技術相關議題，在學生學習的歷程中，提升其概念及探究能力；然而對低成就學生而言，採用線上傳統教學在貼近性評量上的成效，優於結合論證教學。因此建議，在使用論證教學時，應再考量學生的背景知識程度。. 關鍵詞：社會性科學議題、探究能力、概念學習、論證教學. II.

(4) Abstract This study investigates the effects of implementing an argumentation-oriented online module on students’ learning about biotechnology related issues. A two-factor experimental design was adopted. Two hundred and fourteen secondary school students from five schools located in Taoyuan, Taichung, Changhua, and Kaohsiung were recruited as the research subjects. The subjects were segregated into four experimental groups. A different teaching method was employed in each group, including the paper-based traditional (PT) method, the paper-based argumentative (PA) method, the online traditional (CT) method, and the online argumentative (CA) method. The teaching content was the ―Biotechnology‖ segment presented in Book 2 of the Grade 7 Science and Technology. Close and immediate assessments were applied to elucidate the students’ cognitive outcomes and inquiry abilities. Moreover, Pair t-tests, 2-way ANCOVA, and 2-way ANOVA were applied to examine the effects of the four teaching methods. The research findings are as follows: 1. The Pair t-test results of the close assessments indicate that the paper-based argumentative teaching, online traditional teaching and online argumentative teaching method significantly enhanced the students’ cognitive outcomes. The paper-based traditional teaching, paper-based argumentative teaching, online traditional teaching and online argumentative teaching method also significantly enhanced the students’ inquiry abilities. 2. The 2-way ANCOVA use delivery modes and teaching strategies as III.

(5) independent variable, posttest as dependent variable and pretest as covariance, the results of close assessments indicate that the argumentative or online teaching method significantly enhanced the students’ cognitive outcomes. However, this method failed to significantly influence the students’ inquiry abilities. 3. The 2-way ANOVA use delivery modes and teaching strategies as independent variable, posttest as dependent variable, the results of immediate assessments indicate that the online argumentative teaching method significantly enhanced the students’ cognitive outcomes and inquiry abilities during teaching intervention. 4. The2-way ANCOVA use delivery modes and teaching strategies as independent variable, posttest as dependent variable, the results of close assessments indicate that the online teaching method significantly enhanced the cognitive outcomes of underachieving students. Combining argumentation and online teaching effectively enhances middle school students’ conceptual understanding and inquiry abilities during learning biotechnology related issues; however, for students with low background knowledge, the performance in close assessment was better in the online traditional instruction compared to in the online argumentative instruction. We suggest the teachers should concern students’ background knowledge while combining online and argumentative teaching methods.. Key word: Socio-scientific issues, Inquiry abilities, Cognitive outcomes, Argumentation IV.

(6) 目次中文摘要…………………………………………………….......I 英文摘要……………………………………………………....III 目次………………………………………………………….....V 表次………………………………………………………….VIII 圖次………………………………………………………….....X 第一章. 緒論. 第一節. 研究背景和動機…………………………………………....1. 第二節. 研究目的與待答問題………………………………………5. 第三節. 名詞釋義……………………………………………………6. 第四節. 研究範圍與限制……………………………………………9. 第二章. 文獻探討. 第一節. 社會性科學議題…………………………………………..11. 第二節. 論證教學…………………………………………………..17. 第三節. ＷＩＳＥ…………………………………………………..22. 第三章. 研究方法. 第一節. 研究架構與研究流程……………………………………..26. 第二節. 研究對象…………………………………………………..31. 第三節. 教學活動…………………………………………………..31 V.

(7) 第四節. 研究工具………………………………………………….35. 第五節. 資料收集與分析………………………………………….48. 第四章. 研究結果和討論. 第一節. 線上論證教學對學生概念學習成效之影響…………….51. 第二節. 線上論證教學對學生探究能力之影響………………….59. 第三節. 探討不同教學實驗對不同學習成就的學生概念和探究能力之影響………………………………………………….66. 第五章. 結論和建議. 第一節. 結論………………………………………………………..79. 第二節. 建議………………………………………………………..81. 參考文獻中文部分……………………………………………………………..83 英文部分……………………………………………………………..86 附錄附錄一議題課程教材………………………………………………89 附錄二 CWISE 教學平臺和文本教材…………………………….98 附錄三教學流程…………………………………………………..99 附錄四 TAP 論證學習單…………………………………………..101 附錄五立即性評量概念評分標準………………………………105 VI.

(8) 附錄六立即性評量探究評分標準………………………………125 附錄七貼近性評量概念評分標準………………………………147 附錄八貼近性評量探究評分標準………………………………158. VII.

(9) 表次表 2-1-1 社會性科學議題相關教學相關文獻整理................................17 表 2-2-1 論證教學相關文獻整理……………………………………...22 表 3-1-1 研究設計架構………………………………………………...27 表 3-1-2 教學實驗處理………………………………………………...27 表 3-2-1 研究樣本人數分配表………………………………………...31 表 3-3-1 課程架構……………………………………………………...32 表 3-4-1 立即性評量雙向細目表……………………………………...37 表 3-4-2 立即性概念評分標準………………………………………...38 表 3-4-3 立即性探究評分標準………………………………………...40 表 3-4-4 貼近性評量雙向細目表……………………………………...42 表 3-4-5 貼近性評量概念評分標準…………………………………...43 表 3-4-6 貼近性評量探究評分標準…………………………………...45 表 3-4-7 待答問題與對應工具………………………………………...47 表 4-1-1 四種教學模式貼近性測驗前後測概念成對樣本 t 檢定摘要表……………………………………………………………..52 表 4-1-2 四種教學實驗貼近性概念 2-way ANCOVA 分析…………..54 表 4-1-3 教學方式和教學法貼近性概念單純主要效果分析摘要表...54 表 4-1-4 教學法和教學方式在概念後測的調整平均數……………...55 VIII.

(10) 表 4-1-5 四組學生立即性評量概念分數描述性統計分析…………...56 表 4-1-6 四組立即性遺傳概念 2-way ANOVA 分析………………….58 表 4-1-7 教學方式和教學法立即性概念單純主要效果分析摘要表...58 表 4-1-8 教學法和教學方式在概念學習的調整平均數……………...58 表 4-2-1 四種教學實驗貼近性前後測探究成對樣本 t 檢定摘要表…..60 表 4-2-2 不同教學實驗貼近性評量探究能力前後測 2-way ANCOVA 分析…………………………………………………………..62 表 4-2-3 四種教學實驗立即性評量探究分數描述性統計分析……...62 表 4-2-4 四種教學實驗立即性評量探究能力 2-way ANOVA 分析….65 表 4-2-5 教學方式和教學法立即性探究單純主要效果分析摘要表...65 表 4-2-6 教學法和教學方式在探究學習的調整平均數……………....65 表 4-3-1 不同教學實驗對高成就組學生貼近性前後測概念成對樣本 t 檢定摘要表…………………………………………………..67 表 4-3-2 不同教學實驗對中成就組學生貼近性概念前後測概念成對樣本 t 檢定摘要表……………………………………………67 表 4-3-3 不同教學實驗對低成就組學生貼近性前後測概念成對樣本 t 檢定摘要表…………………………………………………..68 表 4-3-4 不同教學實驗對不同成就組學生貼近性評量概念前後測之 2-way ANCOVA 分析……………………………………….71 IX.

(11) 表 4-3-5 低分組概念單純主要效果分析………………………………72 表 4-3-6 低分組教學法和教學方式在概念的調整平均數……………72 表 4-3-7 不同教學模式對高成就組學生貼近性前後測探究成對樣本 t 檢定摘要表…………………………………………………73 表 4-3-8 不同教學模式對中成就組學生貼近性前後測學習探究成對樣本 t 檢定摘要表……………………………………………73 表 4-3-9 不同教學模式對低成就組學生貼近性前後測探究成對樣本 t 檢定摘要表…………………………………………………74 表 4-3-10 不同教學實驗對不同成就組學生貼近性評量探究能力前後測之 2-way ANCOVA 分析…………………………………77. 圖次圖 2-2-1 Toulmin 所提出的論證架構…………………………………..19 圖 3-1-1 研究變項……………………………………………………...28 圖 3-1-2 研究流程……………………………………………………...30 圖 3-3-1 課程教學順序………………………………………………...34. X.

(12) 第一章. 緒論. 本研究探討學生在學習生物科技相關議題時，是否經由論證學習，以及是否採用線上模組，學生概念和探究能力變化的情形。本章共分為四節，第一節針對研究主題的背景和動機加以說明，第二節說明本研究之研究目的與待答問題，第三節針對本研究之專有名詞、定義加以闡述與解釋，第四節說明研究限制。. 第一節. 研究背景和動機. 21 世紀生物科技發展蓬勃，各式各樣的新觀點如雨後春筍般出現。科技的發展帶給人們許多便利，然而科技也像一把雙面刃，帶來方便的同時，也產生許多的爭議及問題。其中，社會性科學議題（Socio-Scientific Issues，簡稱為 SSI）即是探討因科技而衍生的社會爭議性問題。例如：基因改造物種對於環境和人體的影響？胚胎的篩選對於社會道德的爭議？複製生物及器官對於疾病治療的貢獻及所生的道德問題……等。這些問題牽涉到科學對環境及道德的影響，甚至帶來了價值觀的改變，社會大眾也會因為所獲得的資訊而影響自己的觀點。 1.

(13) 生物科技所造成的問題是下一世代學生所必須面對的，學生如何將所學的概念運用在解決問題的能力上，在教育方針或組織計畫中皆認同其重要性。九年一貫自然科課程綱要即提到:「學生應該瞭解科學與技術的發展對人類生活的影響，並學會使用和管理科學與技術以適應現代化的社會生活」。學生如何能夠學習科學，讓我們學會如何去進行探究活動：學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納，也培養出批判、創造等各種能力及培養科學素養（教育部，2012）。在 12 年國民教育所提到原則「素養導向、連貫統整、多元適應、彈性活力、配套整合」，核心素養彰顯以學習者為主體概念，包含「自主行動」、「溝通互動」、及「社會參與」三大面向，針對此原則對應到科學素養內含包含：具備思考和判斷科學現象的知識，具備辨別與解決生活中科學問題的能力，以及具備積極面對生活中的疑難並作出理性判斷和決定的態度（教育部，2014）。科學教育目標之一，即是培養學生能夠蒐集資料並歸納，進行社群討論，並針對自己的主張能夠找到符合的證據來支持其主張，能夠讓學生面對未來未知的科學問題。然而，國中科學教材中，針對生物科技所衍生的社會性科學議題著墨不多，課文僅針對生物技術做解釋，而生物科技所產生的相關問題卻只用「生物技術可能和其他技術一樣，可能帶來許多問題」這樣的回答帶過，需藉由教師額外補充說明，但教師常會考量課程進度壓力，或社會性 2.

(14) 科學議題牽涉太多的價值問題，而很少在課堂上提及 SSI。現今的科學學習強調讓學生自行去建構知識，並藉由探究和證據的獲得，去發展理論和修正自己的解釋，從中發展科學推論和邏輯思考，也可從實驗結果或其他證據來驗證自己的思考，或是藉由討論和分享來和別人溝通和修正，這是近年來強調論證的重要性的。許多研究指出透過論證教學可以提升學生的科學概念理解和探究能力（Duschl & Osborne, 2002），但也有文獻指出，學生在使用論證時，學生講述的內容很有限，使用的科學概念常常會彼此混淆而且使用的理由不夠明確來支持其論證依據，而影響整個論證成效（Jimenez-Aleixandre, Rodriguez & Duschl, 2000）。 WISE（Web-based Inquiry Science Environment）是一個由美國加州大學柏克萊分校所發展的網路科學探究平臺，提供教學者設計與教學相關的模組，教學者可以在平臺中設計學習步驟讓學習者進行討論，並藉由合作來評價科學理論。另外，教學者可在平臺中展示圖片或影片，也可提供數據化、因果關係模擬、實驗模擬等工具來引導學生深入思考，培養科學認知和探究能力，CWISE 平臺為政治大學根據 WISE 平臺所發展出的中文化介面（周源本，2006；Linn, Clark & Slotta, 2003）。國際學生評量計畫（Program for International Student 3.

(15) Assessment，簡稱為 PISA）針對十五歲學生的數學、科學及閱讀素養，進行定期性的國際性比較研究，評估完成基礎教育的十五歲學生，面對社會挑戰的各種狀態，由此協助各國了解教育的可能性，以利各國教育的省思和調整。PISA 將素養理念落實為具體評量，由臺灣學生在 PISA 的表現看來，台灣學生在 2012 年 PISA 表現尚佳，在書面數學的排名第 4，但在數位數學素養排名第 7；書面閱讀排名第 8，但在數位閱讀排名第 10，很明顯看出台灣學生在數位化的表現比起書面來說是較差的。數位化的閱讀素養作業設計多納入導航的成分，也就是在網路資源中蒐尋、取得問題解決相關資訊的能力。在陳木金與許瑋珊（2012）指出在閱讀素養三向度「擷取與檢索」、「統整與解釋」、「省思與評鑑」，台灣學生在「省思與評鑑」表達較差，搜尋資料對學生來說並非難事，但如何判斷資訊正確性、評估資訊的價值，對於數位閱讀來說是相當重要的。在 2015 年，PISA 以科學素養為主軸，全面實施數位化評量，包含數位數學、數位文本閱讀及合作式問題解決等評量，學生除了須具備基本的數位能力之外，如何能夠提升在數位化的素養表現是我們所需思考的課題。綜而言之，藉由社會性科學議題的學習可以提升學生對議題的思考和判斷，也可以增加對社會的參與度，而 WISE 線上平臺正可以幫 4.

(16) 助學生整合概念和探究能力，論證式教學可以藉由讓學生資料證據的收集，提出合理的主張及和他人的討論來增加自己對科學概念理解和論證能力。因此研究者希望能夠使用 CWISE 線上平臺融合論證教學在生物科技相關的議題課程，是否能夠增進學生學習概念和探究能力。. 第二節. 研究目的與待答問題. 一、研究目的基於前述的研究背景與動機，研究者希望能夠探討使用 CWISE 線上平臺融合論證教學在生物科技相關的議題課程，是否能顯著增進學生學習概念和探究能力。. 二、待答問題（一）接受線上論證教學，對於學生學習生物科技議題相關課程時，其概念是否有差異? （二）接受線上論證教學，對於學生學習生物科技議題相關課程時，探究能力是否有差異？（三）不同程度的學生，對於生物科技議題相關課程融入論證或線上 5.

(17) 平臺教學，其概念和探究能力是否有差異?. 第三節. 名詞釋義. 一、生物科技概念在國中生物科技課程中，對應到九年一貫課綱內容為：基因可控制性狀的遺傳、基因會突變，及人類的遺傳方式、認識遺傳工程、了解生物科技的起源、了解科技對於社會的影響、認識現代的生物科技、認識現代生物科技所造成的衝擊（教育部，2012）。本研究強調的是和生物科技應用相關的概念，包括：突變、遺傳諮詢、基因轉殖、複製生物等概念。. 二、社會性科學議題社會性科學議題指的是和科學相關的社會問題，涉及層面廣泛，包含環境、經濟、法律、倫理……等。而這些問題結構不明確且為開放性的問題，因為各種因素而產生許多解決方案，人們常會依照各種面向去做最佳的判斷，但採取哪種解決方案則很難達成共識(Barrow & Germann, 1987)。本研究以「日本福島核災與突變蝴蝶的關係」、「亨丁頓氏舞蹈症 6.

(18) 基因篩選與諮詢」、「基因改造黃金米」、「複製動物的爭議」四個議題作為課程教學教材。內容詳見附錄一。. 三、論證教學活動論證指的是針對不同情境下所推論的論點，藉由足夠證據去做最佳的科學化推理歷程，涉及人和人之間溝通、辯論及說服的過程（Kuhn, 1993）。藉由論證教學可以讓學習者藉由討論的過程，形成自己的主張，並藉由科學證據和理論來支持自己主張，互相討論的過程來檢視自己的意見和精緻自己的想法來幫助學習者對於概念的理解。本研究以 Toulmin 的論證架構為基礎，藉由紙本和 CWISE 線上平臺進行論證教學。學生在議題的看法中必須說明自己的主張及主張背後的理由或是以何種證據支持自己的主張，以小組討論來反駁他人論點更精緻化自己的主張。. 四、探究能力科學探究能力包含實驗能力和解釋能力（Krajcil, McNeill & Reiser, 2007）。實驗能力包含：1.選擇變因：能選擇適當的操縱變因及控制變因，並依變因正確地規劃實驗。2.流程規劃：能設計具可行 7.

(19) 性的實驗，並選擇適當的測量方式及實驗器材以進行實驗。3.誤差控制：能選擇恰當的變因測量範圍，且精密度足夠檢驗問題的假設。4. 資料轉化：能將數據以另一種表徵方式呈現變數間的關係。解釋能力包含。1.形成主張：針對研究問題或現象，能歸納資料或辨識出資料的分佈趨勢，形成可測試的陳述或論點。2.運用證據：使用資料或科學數據做為證據以支持主張。3.產生推理：將證據連結到主張，包含使用科學原則、概念或先前經驗進行推理，需要詮釋或推論資料的意義。4.考慮另有解釋：進行評估以納入或排除其他可能的解釋，包含使用科學理論與概念去考量自己或他人的解釋。本研究著重在於學生的解釋能力，包含：形成主張、運用證據、產生推理、考慮另有解釋等四項能力。. 五、WISE 平台 WISE 是美國加州大學柏克萊分校 Marcia Linn 所發展之網路科學探究平臺，提供教學者設計教學模組，設計步驟和評量讓學生學習，教師可以監控學生回答情形來了解學生學習進展（Linn et al., 2003），本研究使用政治大學發展的 CWISE 平臺。本研究將社會性議題之生物科技課程教材放入 CWISE 線上平臺或紙本（如附錄二），藉由論證教學或傳統教學模式來比較接受不同 8.

(20) 教學法的學生對於概念學習成效和探究能力的影響。. 六、立即性評量立即性評量指的是從課程內所設計的評量步驟，可以檢視學生在學習課程內的表現情形，如 CWISE 內學習步驟（Ruiz-Primo, Shavelson, Hamilton & Klein, 2002）。本研究立即性評量測驗概念為生物科技應用相關概念，包含：基因、染色體、突變的定義及機制、遺傳工程原理和應用、基因改造和複製生物。. 七、貼近性評量貼近性評量更能貼近課程，與內容有高度相關性，但設計的評量為較進階的活動，如課程的單元評量（Ruiz-Primo et al., 2002）。本研究貼近性評量所測驗的概念以國中課綱為依據，主要關鍵概念包含：基因突變的定義及機制、遺傳工程原理和應用、基因改造、遺傳諮詢、複製動物. 第四節. 研究範圍與限制. 9.

(21) 本研究來自於學習過遺傳單元的國中學生，由於受限於配合學校，以桃園一學校、台中一學校、高雄兩學校和彰化一學校為主，總共 214 位學生。受試者皆是經教師推薦或自願參與本課程的學生，故研究結果不宜過度推論到其他學生。本研究課程內容為生物科技應用相關之社會性科學議題，課程實施時間為寒暑假營隊內課程，將五所學校學生以學校區分為四組教學實驗組：紙本傳統組學生為彰化學校學生，學生為八年級學生，此教學在寒假生物總複習課程實施，使用紙本方式的教師傳統教學；紙本論證組學生為彰化學校學生，學生為七年級學生，此教學為生物課衍伸課程，使用紙本方式小組論證教學；線上傳統組為桃園和高雄兩學校學生，學生為八年級學生，以暑期營隊方式舉辦，此用線上教師傳統教學；線上論證組學生為台中和高雄兩所學校學生，為七和八年級學生，以暑期營隊方式實施，進行線上小組論證教學，教學時間共兩小時，教學課程亦限於生物科技內相關議題，故不宜作過度推論。. 10.

(22) 第二章. 文獻探討. 本研究旨在探討實施融合論證教學之線上生物科技相關議題課程，對學生學習概念及探究能力之影響。針對研究目標，從三個方向進行文獻探討，第一節針對社會性議題內涵、教學成效進行說明；第二節針對論證的意涵、模式和教學策略討論；第三節介紹 WISE 平臺。最後總結文獻，形成支持本研究的架構。. 第一節. 社會性科學議題. 一、社會性科學議題的特質社會性科學議題就是因為科技日益發展衍生相關的社會爭議性問題，涉及不同面向，例如：物理、化學、生物科技、社會、經濟、環境、法律、倫理……等。這些 SSI 具備複雜、結構不明確、無直接的解決方式，因具有爭議性而產生許多解決方案，人們常會依照各種面向去做最佳的判斷（Barrow et al, 1987；Sadler, 2004）。 Ratcliffe 與 Grace（2003）認為 SSI 具有以下的特色： 1.SSI 是建立在科學基礎的議題，常涉及到科學知識方面的新知。 2.SSI 與個人會社會的決策有關係。 11.

(23) 3.SSI 受到媒體高度關注。 4.SSI 背後的科學證據尚未完備。 5.在不同的背景的社會、政經環境框架下，關注 SSI 的面向也有所不同。 6.SSI 常涉及倫理、價值方面的判斷。 7.永續發展是 SSI 經常考量的重點。 8.SSI 具有不確定性，有機率和風險。 9.特殊的 SSI 只能在特定的時空背景下產生。翁琪涵（2007）指出 SSI 在討論時有三點共同特質： 1.跨學科思考社會性科學議題範圍常包含宗教、社會、經濟、政治、環保、生物科技、醫學等不同領域，例如興建核能發電廠，可以提供更多的電力，這涉及到經濟面向，但是輻射可能造成的危害，輻射外洩對於環境造成的影響，涉及到生態領域，輻射外洩可能導致物種的突變，涉及到健康領域。由此可知，社會性科學議題所涉及到的面向相當廣泛，可以從不同領域去思考和討論。 2.做決定的兩難社會性科學議題並非只是單純有關科學方面的議題，對於社會影響層面更是巨大的，例如在基因改造食品方面，科學家藉由現今的生 12.

(24) 物科技發展出很多的基因轉殖食品，但目前科學家沒有明確證據顯示基因轉殖食品對於人體是否會造成傷害？因此，民眾在面對是否要購買基因轉殖食品就會出現兩難局面。 3.涉及價值判斷人們常會因為自己立場不同，以自身既有的資訊去評估做最有利於自己的決定，做判斷的考量主要有自身信念、文化、道德和利益等因素，這些因素會因為立場不同而有所改變。例如在複製器官方面，可以藉由複製器官來幫助更多需的人，但基人道立場，這些是不道德的，這些產生不同的主張都是因為立場不同。所以在討論 SSI 議題中，需涉及到很多層面的認知，和證據的評估及主張價值判斷的歷程（Sadler, 2004）。. 二、生物科技相關社會性科學議題生物科技（Biotechnology）指的是「生物」及「科技」的結合，即是「利用生物體的機能、特性、成份或其代謝物質來製造產品，以改善人類生活的技術」，包含廣泛的生命科學、醫藥學及所相關的科技（經濟部工業局，2014）。傳統生物科技在古代社會就知道使用微生物來改善生活品質，西元前 6000 年時就有釀製啤酒的記載。生物科技的啟蒙，一般認為是 13.

(25) 始於法國科學家巴斯德，他在 1857 年發現了發酵現象，之後微生物被大量運用，巴斯德也因此被稱為生物技術之父。現今的生物科技自 1940 起人類便開發出在無菌狀態下進行的生物技術產程，製造出抗生素、胺基酸、酵素、膽固醇、多醣類、疫苗、單株抗體等。1960 年之後，科學家們已建立起遺傳工程及重組 DNA 的技術並使用微生物為產生蛋白質工具，做出許多生技產品：重組蛋白質、荷爾蒙、細胞激素等（鄭宗哲，2002）。在我國生物科技課程內容包含在遺傳課程內，針對九年一貫課程綱要分析，遺傳主要概念包含遺傳與基因、人類的遺傳、突變與遺傳諮詢、生物科技，次概念有下列幾點： 1.基因可控制性狀的遺傳 2.瞭解基因會突變及人類性別的遺傳方式。 3.認識遺傳工程 4.認識現代的生物科技（例如基因改造食物）。 5.認識現代生物科技所造成的衝擊（例如複製技術）。在國中生物僅略提遺傳工程的定義和例子，但生物科技和基因工程發展快速，相關的遺傳概念術語變廣為流傳，學生對於所涉及到的技術並不了解，除非自己去額外接觸生物相關資訊，但媒體不正確訊息也會造成學生對於學生學習遺傳工程方面的誤解（Kinnear & 14.

(26) Martin, 1987），在課程內提供正確且簡明遺傳工程原理和技術讓學生知道可以讓學生了解目前的生物科技修正其錯誤概念。要讓學生能夠有效學習必須針對學生的先前概念，藉由提供認知衝突的機會讓學生能夠了解，在解釋時必須使用正確的科學字彙以避免學生誤解，在教學活動中引導學生學習遺傳相關概念並修正迷思概念。生物科技帶來對於生活的重大改變如農業、工業、醫藥健康方面。但生物科技的產品也同時帶來很多爭論性的社會議題，基因轉殖作物以遺傳工程加入一段額外的基因到作物內，使作物能夠抗蟲害、亢旱、或者是還有特殊的添加物質，但這些基因轉殖食品會不會對人體產生威脅？影響野生物種破壞生物多樣性？因科學發展，而對於環境和生態所造成的影響也越來越大。在科學教育中，我們不能只單向教導學生科學知識，也應該讓學生知道科技的發展，對於環境所造成的影響，讓學生去思考如何在科技和環境中取的平衡。 Zohar and Nemet（2002）讓高中生進行遺傳兩難議題教學，學生在藉由課堂討論後，教學前學生常用一般性的生物知識來支持自己的立場，佐證較為薄弱；教學後學生能採取議題相關的知識來驗證自己的立場。王郁文（2003）讓國中生藉由角色扮演探討和基因食品有關的議 15.

(27) 題，發現學生雖然對於基因改造食品支持度沒有太大改變，但是對於科學知識、培養科學技能和科學態度皆有提升。謝慈雪（2010）在國中生社會性科學議題論證寫作中發現，藉由社會性科學議題和論證寫作的搭配可以提升學生的科學本質、精緻化自己的論點，對於高分組和中分組學生的論證能力有顯著提升。根據國內外對於生物科技相關社會性科學議題教學的研究，可發現，藉由社會性議題教學可以提升學生的知識能力、論證能力、學習動機和科學本質，整理如表 2-1-1。綜合以上結果發現，藉由社會性議題課程教學以提升學生的概念和論證能力。在進行社會性議題課程時，常會搭配論證活動，學生對於議題的決策常常都是討論來的，下一節將針對論證進行討論。. 16.

(28) 表 2-1-1 生物科技相關社會性科學議題相關教學相關文獻整理作者 (年份). 社會性科學議題題材. 研究對象. Zohar & Nemet (2002). 遺傳兩難議題. 高中生. Dori & Tsaushu (2003) 王郁文. 生物科技-環境. 高中生. 基因改造食品. 國中生. 生物科技. 國中生. (2003) 謝慈雪. 提升能力面向知識能力. 論證能力. 其他. V. 認知能力、高層次思考 V V. 科學本質和論證精緻度提升. (2010). 第二節. 論證教學. 一、論證的定義最原始的論證來自於蘇格拉底的反詰法，藉由兩人間對話，其中一人帶領討論，另一人同意或否定帶領討論者提出的假設，和他人詰問過程中找到支持和反駁的證據與理由，個人企圖向他人解釋自己推理的過程（林志能、洪振方，2008；Kuhn, 1993）。 Kuhn（1993）認為論證在個人和社會層面間互相交互作用，科學家自己形成論證，思考如何設計自己實驗和詮釋資料，屬於個人層面論證。科學家藉由自己形成的觀點去說服小組成員和發表在科學社 17.

(29) 群間說服大家接受，屬於社會層面。社會層面的論證幫助個人更高層次思考；個人思考也會顯在社會對話間論證。針對論證，很多學者提出了很多不同的論證架構，其中以 Toulmin （Toulmin's Argument Pattern，簡稱為 TAP）所提的論證架構在多數. 論證中最具有代表性（黃柏鴻、林樹聲，2007），許多研究都是以此為基礎。Toulmin 的論證過程不再像形式邏輯推理一樣，要求問題明確和去情境化的，常常問題是模糊且受到個人認知和情感的影響，強調對於主題的看法和態度，轉換成非形式思考推理模式，因此 Toulmin 的論證被視為非形式邏輯推理論證（李松濤、林煥祥、洪振方，2010； Zohar & Nemet, 2002）。 Toulmin 的論證架構圖，各因子所代表的意涵如下： 1.資料（data）：用來支持主張的事實。 2.主張（claim）：論證者藉由論證過程中證據去建立一個合理的說法或結論。 3.理由（warrant）：作為資料推論到主張的驗證步驟，可能為規則、原理或證據。 4.支持（backing）：大眾可以接受的通則，用以證明所提出的理由。 5.條件限制（qualifier）：在特定情況下，主張才能成立。 6.反駁（rebuttal）：在一些特殊情況下，主張無法存在。 18.

(30) 資料. 所以，，條件限制，主張因為除非. 依據. 反駁 argume nt.. 以…為理由. 支持圖 2-2-1 Toulmin 所提出的論證架構(譯自 Toulmin, 1958, p97). Toulmin 認為建構科學論證過程，藉由使用證據、理由來說明自己的主張，說服他人特定主張和價值的過程。可以提供研究者讓學習者藉由書寫或談論來學習論證過程。. 二、論證教學與成效目前的科學教育目標，培育學生能夠具備思考和判斷科學現象的知識，能夠辨別與解決生活中科學問題的能力，積極面對生活中的疑難並作出理性判斷和決定的態度。在教學中實施論證教學，可以讓學習者親自參與論證過程，藉由特定問題或情境蒐集資訊，提出合理的主張，幫助學習者主動去思考和進行探究問題的過程。國內外針對論證教學研究很多，如： Bloom（2001）探討學生在科學性議題上表現，以密度概念為學 19.

(31) 習過程。結果發現開放和鼓勵的環境有利於學生論證，教師營造情境幫助學生進行論證，讓學生藉由論證過程中可瞭解科學知識如何由科學辯論過程產生。學生在論證的過程中所提的論述受其先備知識和既有經驗影響。 Simonneaux（2001）採用基因改造鮭魚養殖廠設立進行教學，發現使用角色扮演和論證活動後會有助於學生發展其論證能力，在教學過程中學生必須收集相關訊息，推測自己的決定對社區的影響，其論點能夠變得更精緻且有說服力。林樹聲與黃柏鴻（2009）探討國小生學習興建高速鐵路相關社會性科學議題時，口語論證對於不同成就學生之影響。發現口語論證前後，不同成就學生在論證教學前後論證得分未達顯著差異，但中和高成就組較低成就組能提出較多的證據論述。靳知勤、楊惟程與段曉林（2010）藉由引導式 Toulmin 論證在國小生學習基因轉殖食品讀寫能力的表現，顯示藉由填寫 Toulmin 論證論證細格可以幫助學生思考，提升讀寫表現，並且提升使用科學用詞。蔡詩愉（2011）應用網路化論證系統在國小環境相關社會性科學議題教學，發現使用網路論證教學學習效和環境素養皆顯著高於傳統論證組。吳正文（2011）在摩擦力課程進行小組論證，發現論證教學前後 20.

(32) 學生迷思概念有明顯概念改變。從晤談中資料發現學生在小組論證前會利用各種方法去尋找討論時所需的證據，小組論證時，學生會因為彼此意見不同而採用多種方式來溝通，以達成共識，使自己思考層面更廣。藍珮菁（2012）運用網路小組論證教學及個人課室論證教學，對於國中學生生理學習成就與論證能力之影響。結果顯示網路小組論證教學可增進學生的知識學習成就，個人課室論證教學有助於學生的論證能力的增進。從前述研究中可以看到學生藉由論證教學可以提升學生在知識學習、學習動機和論證能力等方面（見表 2-2-1），並可以藉由提出主張支持與理由且精緻化論點，和本研究中的科學解釋能力期許學生能夠形成自己的主張，利用科學證據去解釋自己的主張是互相呼應的。而小組論證教學可以讓學生藉由討論時，彼此之間互相溝通交換意見讓自己思考成面更廣。使用線上論證教學可以增進學生的學習成效，因此，藉由論證教學融入網路平台對於提升學生的概念和探究能力，應是可行的教學策略。. 21.

(33) 表 2-2-1 論證教學相關文獻整理作者 (年份). 論證教學題材. 研究對象. Simonneaux (2001). 社會性科學議題社會性議題社會性. 高中生. V. 高中生. V. Zohar & Nemet (2002) 林樹聲、黃柏鴻. 靳知勤、楊惟程. 科學議題社會性. 與段曉林. 議題. (2009). (2010) 謝慈雪 (2010) 蔡詩愉 (2011) 吳正文 (2011) 藍珮菁 (2012) 施孟光 (2012). 社會性議題社會性科學議題科學理論-摩擦力科學理論-生理相關科學理論. 提升面向知識學習能力動機. 論證能力. 其他面向. 國小生. 高中低成就學生論. 國小生. 證成績未達顯著差異。寫作表現提升. 國中生. 小組論證. V. 國小生. V. 國中生. V. V. 小組論證. 國中生. V. V. 網路小組論證個人課室論證. 國中生 -九年級. V. V. 使用電腦模擬融入論證教學. 第三節. 網路論證教學效益優於傳統論證. WISE. WISE 係美國柏克萊大學 Marcia Linn 所發展之網路科學探究平 22.

(34) 臺，研發給 4-12 年級學生提供一個網路上的科學學習環境。 WISE 平臺可以提供教學者自行設計教學模組和評量，學生透過步驟進行學習，教師可以監控學生回答情形來了解學生學習進展，藉由步驟鷹架促使學生整合知識（Linn et al., 2003），以科技支援師生進行教學和學習、提供給教師根據自己的需求設計課程。教學者可在 WISE 平臺內插入網頁、圖片、影片和不同的評量方式，藉由步驟的設計讓學習者設計、討論、合作和評價科學理論，也可提供數據化、因果關係模擬、實驗模擬等工具來引導學生深入思考，讓學生藉由自己所做的紀錄來反思並培養科學認知和理解（周源本，2006）。學生藉由平臺內圖表、動畫來幫助學生對於科學認知具象化。平臺課程設計放入科學想法討論，讓學生與學生間互動或學生和教師互動可以提供一個環境讓學生表達自我想法並分享他們的想法，鼓勵透過合作方式來解決問題和討論。 WISE 平臺特別之處：1.採互動式設計，教師可以立即回饋給學生；2.彈跳式窗口設計，可以讓學生觀看或評估之前的筆記內容； 3.WISE 平臺的模組設計可以引導學生一步一步解決問題；4.WISE 的學生工作區，學生能夠再訪和編輯他們之前的作業，教師可以直接線上評量他們的作業和提供回饋；5.WISE 開放式題組設計可以讓教師 23.

(35) 設計新活動和針對學生本身需求設計問題。國內外有很多使用 WISE 平臺設計課程來提升學生各種成效，如下： Bell 和 Linn（2000）藉由進行網路論證時，同時讓學生學習網路探究課程，認為學生概念改變不僅受論證造成也和網路探究學習有關。周源本（2006）運用不同教學法於 WISE 平臺對學生學習地球科學，發現不同教學法對於學生學習成就未達差異，但不同程度學生必須施以不同教學法來進行教學。此研究並指出不同程度學生會受到不同教學方法影響。蔡錕承、張欣怡（2011）利用 WISE 平臺提供模擬實驗進行「溫度與熱」引導式探究教學，提升了學生的科學概念，以及實驗操作和解釋能力。本研究以政大依據 WISE 發展成 CWISE 平臺，為中文化的介面，藉由 WISE 開放題組設計，將生物科技議題放入平臺內，利用 WISE 步驟學習，讓學生藉由平臺的步驟探究情境問題，逐步引導去找尋解決的答案，互動式設計讓教師可以立即知道學生面臨問題並給予回饋。閱讀可以分為紙本閱讀和數位閱讀，Dillon（1992）研究指出線 24.

(36) 上和書面閱讀受閱讀速度、閱讀準確度、眼睛疲勞程度、理解程度、閱讀偏好等因素會造成兩者差異。紙本閱讀比數位閱讀更有效率，且在需要進行比較文本分析比較時比數位閱讀方便（Alshaali & Varshney, 2005；Hillesund, 2010），但對於閱讀中想搜尋額外資訊時比較不容易。而線上閱讀更為具有立即性、互動性和新穎性等特性，能夠讓讀者即時找到所需資訊（Liu, 2005）。Reinking 和 Rickman（1990）的研究比較六年級學生線上閱讀和文本閱讀科學文章，結果發現在線上閱讀學生在字彙及理解能力高於紙本閱讀，學生在線上閱讀過程中能夠去蒐集文章背景資訊來增進理解。在使用 WISE 平臺進行教學時，必須考量到線上閱讀和文本閱讀中的差異性。. 25.

(37) 第三章. 研究方法. 本研究探討，實施融合論證教學之線上生物科技相關議題課程，對學生學習概念及探究能力之影響。研究方法採二因子實驗設計，藉由「立即性評量」和「貼近性評量」呈現學生在實施論證教學法及或線上教學平臺後，概念與探究學習的表現。本章分為五節：第一節是研究架構與研究流程；第二節是對研究對象的描述；第三節是研究設計；第四節是研究工具；第五節是資料蒐集和分析。. 第一節. 研究架構與研究流程. 一、研究架構本研究採二因子實驗設計，比較「紙本傳統教學」和「紙本論證教學」及「線上傳統教學」和「線上論證教學」，對學生在概念和探究能力是否有差異。本研究中將學生分為四組，由研究者進行教學。教學前進行貼近性概念和探究測驗，之後進行教學實驗：PT 組為紙本傳統教學、PA 組為紙本論證教學、CT 組為線上傳統教學、CA 組為線上論證教學。教學後進行貼近性概念和探究能力後測，分析學生 26.

(38) 在教學實驗前後概念和探究能力進步情形，其設計架構如表 3-1-1 和教學實驗處理如表 3-1-2。研究以教學實驗處理為自變項，學生的概念和探究能力進步情形為依變項，固定教學單元和教學時間，其他本研究所涉及的變項如圖 3-1-1。. 表 3-1-1 研究設計架構組別(簡稱). 前測. 教學實驗. 後測. PT 組 PA 組 CT 組 CA 組. O1 O2 O3 O4. 紙本傳統紙本論證線上傳統線上論證. O5 O6 O7 O8. 註: O1 和 O2 和 O3 和 O4：表示四組學生接受教學前的貼近性評量前測(包含概念和探究能力)。 O5 和 O6 和 O7 和 O8：表示四組學生接受教學後的貼近性評量後測(包含概念和探究能力)。. 表 3-1-2 教學實驗處理教學法組別. 傳統. PT PA CT CA. V. 教學方式論證. 紙本. V. V V. V. CWISE. V V. V. 27.

(39) 控制變項教學單元、教學時間. 自變項. 應變項. PT 組：紙本傳統教學. 1.概念. PA 組：紙本論證教學. 2.探究能力. CT 組：線上傳統教學 CA 組：線上論證教學. 圖 3-1-1 研究變項. 二、研究流程本研究希望透過線上論證教學在生物科技議題方面，對於學生在概念和探究能力的影響。研究流程可歸納整理為下列幾個部分（見圖 3-1-2 研究流程圖）：（一）確定研究主題：決定研究方向，準備研究工作，形成研究問題並確定研究主題。（二）文獻探討：針對社會性科學議題、論證教學、WISE 平臺相關的科學文獻進行探討與實徵性研究，以作為本研究架構設計和 28.

(40) 參考基礎。（三）建立研究架構：依據研究目的規劃研究計畫，參考相關文獻資料來擬訂研究架構。（四）設計研究教材和教學活動：根據社會性科學議題生物科技教材進行分析和設計論證教學和傳統教學活動。（五）尋找與發展工具：根據研究目的尋找適合的概念和探究能力測驗，並依照論證相關文獻，設計論證學習單。（六）確定樣本：將五所學校學生共 214 名，分為四組教學實驗組。（七）實施前測：於教學前進行貼近性評量測驗，測驗內容包含概念和探究能力。（八）實施教學實驗：PT 組進行文本傳統教學、PA 組進行文本論證教學、CT 組進行線上傳統教學、CA 組進行線上論證教學，教學過程中進行立即性概念和探究能力評量。（九）實施後測：於教學後進行貼近性評量測驗，測驗內容包含概念和探究能力。（十）資料收集與分析：收集學生貼近性評量、立即性評量等資料，並進行質性與量化的統計分析。（十一）撰寫論文：根據資料分析的結果，進行歸納統整，並著手論文的撰寫。 29.

(41) 本研究的流程圖如圖 3-1-2：確定主題及目的分析教材. PT 組、PA 組、CT 組、CA 組. 設計論證教學教材確立研究樣本. 貼近性評量測驗 (概念和探究能力). 實施前測. 文 4 種實驗教學處理（紙本傳統、紙本論. 進行教學實驗與. 獻. 證、線上傳統、線上. 立即性評量. 探. 論證）. 討. 貼近性評量測驗實施後測（概念和探究能力）. 資料分析與解釋. 撰寫論文圖 3-1-2 研究流程 30.

(42) 第二節. 研究對象. 參與研究對象為位於桃園、高雄、台中、彰化等一共五所學校的國中生，共 214 名學生進行教學研究。本次研究的學生都是經由教師推薦或自願參與本課程的學生，為七年級到八年級學生，皆已學過遺傳相關課程，研究者將參與測驗的學校隨機分派為四組教學處理組。 PT 組以彰化一學校為主，共 52 名學生進行紙本傳統講述式教學；PA 組以彰化一學校為主，共 58 名學生進行紙本論證教學；CT 組以桃園和高雄兩學校為主，共 43 名學生進行線上傳統講述式教學；CA 組以高雄和台中兩學校為主，共 61 名學生進行線上論證式教學，本研究的教學活動皆由同一位教師進行，樣本人數分配如表 3-2-1。. 表 3-2-1 研究樣本人數分配表組別. PT 組. PA 組. CT 組. CA 組. 教學方式學生人數. 紙本傳統 52 人. 紙本論證 58 人. 線上傳統 43 人. 線上論證 61 人. 第三節. 教學活動. 一、課程發展設計本研究設計社會性議題之生物科技相關的課程，主題為突變、遺 31.

(43) 傳疾病與諮詢、基因轉殖、複製生物，藉由不同教學模式期望能夠提升學生遺傳概念學習和探究能力。本研究的課程架構如表 3-3-1。. 表 3-3-1 課程架構主題. 教學內容. 教師. 1. 突. 利用報導一篇福島核災蝴蝶. 變 2. 遺傳疾病及諮詢. 學生. 成果. CWISE 的設計. 1.利用問題閱讀科學文引導，讓學章，提出各種. 1.對知識的理解. 1.提供文章敘述及圖片，並. 的突變，教導突生思考文章不同科學想變的概念。中的重點與法，並藉由議議題有何關題討論將所學 1.澄清遺傳和聯。和生活做連非遺傳疾病差 2.教師呈現結。異。科學想法。 2.閱讀亨丁頓. 解，科普文章該如何閱讀。 2.對於已知的科學知識與生活做連結。 3.科學知識的應用. 藉由步驟引導學生逐步學習。 2.提供互動平臺，讓教師可以針對學生提出的問題及答案給予回饋。. 氏舞蹈症報導了解何謂遺傳疾病。 3.介紹何謂遺. 對生活造成的影響。. 傳諮詢，引導學生思考是否願意接受遺傳諮詢。 3. 基因轉殖. 介紹胰島素的製作，閱讀黃金米的報導，藉以了解黃金米的來由，及基因轉殖技術的運用。. 4. 複製動物. 介紹桃莉羊的複製，複製生物的優缺點及提出複製人相關議題。 32.

(44) 二、教學法設計本實驗採二因子實驗設計，將五所學校學生隨機分為四組教學組，分別實施不同教學實驗。四組教學者皆為研究者本身，針對具爭議性且須透過道德判斷的社會性科學議題為教材，進行分析並設計教學流程(詳細教學流程如附錄三)。而本研究所選擇的議題是:「日本福島核災與突變蝴蝶的關係」、「亨丁頓氏舞蹈症基因篩選與諮詢」、「基因改造黃金米」、「複製動物的爭議」。全部學生皆閱讀 SSI 教材，PT 組學生使用紙本學習，教師只進行專有名詞講解，學生填寫立即性評量；PA 組學生使用紙本學習，教師進行專有名詞講解後學生以小組方式針對每一個主題進行論證並填寫論證學習單和立即性評量；CT 組學生使用 CWISE 線上學習，教師只進行專有名詞講解，學生填寫立即性評量；CA 組學生使用 CWISE 線上學習，教師進行專有名詞講解後學生以小組方式針對每一個主題進行論證並填寫論證學習單和立即性評量（如附錄四），課程教學順序如圖 3-3-1。. 33.

(45) 紙本 SSI 教材. 線上的 SSI 教材. (PT 組和 PA 組). (CT 組和 CA 組). (. (. 學生閱讀 SSI 教材. ( 教師講解文本中所牽涉的科學技術及專有名詞. PT 組：傳統. PA 組：小組論證. CT 組：傳統教. CA 組：小組論. 教學，填寫教. 教學，填寫 TAP. 學，填寫教材. 證教學，填寫. 材內立即性. 論證學習單和立. 內立即性評量. TAP 論證學習. 評量(紙本). 即性評量(紙本). (CWISE). 單和立即性評量(CWISE). 圖 3-3-1 課程教學順序. 實施 SSI 課程時，為避免學生對於議題的想法受教師影響而改變立場，因此教師只解釋文本中的專有名詞，並激發學生的想法，而不影響學生對特定議題的主張。 34.

(46) 三、實施過程本研究分為線上教學平臺和紙本教學。線上教學平臺，實施地點皆在電腦教室；而紙本教學實施地點在一般教室。以兩個班級為 PT 組，進行紙本傳統教學；兩個班級為 PA 組，進行紙本論證教學，兩個班級為 CT 組，進行線上傳統教學；另外兩個班級為 CA 組，進行線上論證教學，整個課程所需時間約兩小時。為了方便小組討論，學生位置採就近分組，每組約 5-6 人。進行教學時，全部學生不論是在紙本或線上教學皆學習相同教材，傳統教學組學生閱讀完文章後直接回答立即性評量題目；論證教學組學生閱讀完文章後進行小組論證並填寫論證學習單，再回答立即性評量題目。使用 CWISE 線上教學平臺之學生來源為暑假營隊學生，在進行課程學習之前已經在前幾天使用此線上教學平臺，對於平台有一定熟悉度，任課教師則為初次使用此線上平臺教學。學生整個上課過程全程錄影及錄音，可藉由觀察學生討論過程分析學生如何從自己的立場到透過小組討論而激盪出新想法的過程。. 第四節. 研究工具. 35.

(47) 本研究包含量化工具及質性資料兩部分，量化工具包含貼近性評量及立即性評量；質性資料為學生回答答案。針對研究問題及所使用的研究工具，做資料的待答問題對應整理，茲分別詳述如下：. 一、量化研究工具（一）立即性評量立即性評量指的是從課程內所設計的評量步驟，可以檢視學生在學習課程內的表現情形，如 CWISE 內學習步驟（Ruiz-Primo, Shavelson, Hamilton & Klein, 2002）。立即性評量所測驗的概念以國中課綱為依據，主要關鍵概念包含：基因、染色體、突變的定義及機制、遺傳工程原理和應用、基因改造、遺傳諮詢、複製動物。依據雙向細目表為基礎編制評量，並經由專家會議討論，會議成員包含：教學設計者、生物學科評分人員以及科教研究人員，經由多次會議修訂達成共識，以建立效度。此雙向細目表參考 Bloom 六層次認知目標修訂版（鄭蕙如、林世華 2004； Krathwohl, 2002），以及 Krajcik 等(2007) 對探究能力之定義編製而成。其中認知向度包括：記憶和了解，用以評量學生對於概念了解的程度；探究能力包實驗能力和解釋能力，本次研究著重在學生的解釋能力。解釋能力包含形成主張、運用證據、產生推理、評估解釋，如 36.

(48) 表 3-4-1。. 表 3-4-1 立即性評量雙向細目表遺傳概念. 概念題 (Cognitive Dimension) 選記憶了解擇變因. 基因突變的定義. 1.2.1 1.5.1. 基因突變的機制. 1.6.1. 突變所造成的疾病或現象. 遺傳疾病與諮詢. 基因轉殖的原理. 基因轉殖的應用複製動物的原理與爭議複製人的爭議. 探究題型 (Inquiry ability) 實驗能力解釋能力流誤程差資料形成運用產生規控轉化主張證據推理劃制. 評估解釋. 1.5.1 1.2.1 1.6.1. 1.7.1. 1.7.1. 2.3.1 2.5.1 2.2.1 2.6.1 2.3.2 2.6.2 2.9.2 3.1.1 3.1.2 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.6.1 3.5.1 4.3.1 4.3.2 4.6.1 4.6.2 4.6.3 4.7.2 4.7.4. 2.6.2 2.6.1. 2.5.1 2.3.1 2.9.2 3.1.1 3.1.2 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5.2. 4.3.4 4.6.1 4.3.2 4.6.2 4.6.3 4.7.4 4.7.2. 立即性測驗題目包含選擇題和申論題，題目融入每個學習活動中，學生依序回答題目內容。研究者根據雙向細目表建立評分標準，以測驗學生在課程中學習表現情形。 37.

(49) 以題目 1.2.1 為例，在概念方面評分標準，學生回答完整概念給予 2 分，回答部分但不完整概念給予 1 分，回答錯誤概念給予 0 分。如表 3-4-2，其他完整評分標準如附錄五，滿分為 45 分。. 表 3-4-2 立即性概念評分標準步驟. 題號. 1.2 1. 題目. 題型. 得分. 評分標準. 例子. 在我們正式開始之前，根據你自己以前所學的，嘗試用自己想法說說什麼是突變呢？. 開放題. 2. 1.基因不正常或染色體或提及傳物質發生變異 2.因基因導致身體異常的情況 3.突變因素受外在物理和化學因素而造成. ◎受物理或化學因素而造成的變異 1.我認為突變是在 DNA 上的某段基因因外在刺激或自然發生而產生變異。 2.突變是指細胞中的遺傳基因發生的、原因可以是細胞分裂時遺傳基因的複制發生錯誤、或受化學物質、輻射或病毒的影響。突變通常會導致細胞運作不正常. (至少包含兩項) <參考答案> 受物理(X 光) 或化學因素 (防腐劑)的影響導致基因出現部正常而導致身體出現異常。. 或死亡，甚至可以在較高等生物中引發癌症。但同時，突變也被視為物種進化的推動力：不理想的突變會經天擇過程被淘汰，而對物種有利的突變則會被累積下去。. 答案只說明基. ◎只說明基因的改變. 因的改變或只說明物理化學因素的影響，敘述未完整。. 1. 我認為突變就是基因排序不正常 2. 在結合的過程中，發生變化，就是突變 ◎只說明受物理或化學因素影. 1. 38.

(50) 步. 題. 驟. 號. 題目. 題. 得. 型. 分. 評分標準. 例子響 1.原因可能為:輻射、射線等有害物質 ◎只說明受外在因素影響影響 1.因外在因素造成基因排列錯誤. 0. 1. 回答錯誤. 1.突變是為了演化的方向 2.我個人認為突變和是基因有關的一個名詞. 在探究能力方面，依據雙向細目表和探究能力標準訂定評分標準，分析學生對於問題的瞭解和解釋能力。以題目 1.2.1 為例，在探究能力為產生推理，學生必須將證據連結到主張，包含使用科學原則、概念或先前經驗進行推理，需要詮釋或推論資料的意義。能夠使用完整的科學概念和經驗進行推理給予 2 分，只能使用部分但不完整概念經驗進行推理給予 1 分，未提供證據或經驗進行推理給予 0 分。評分表準如表 3-4-3，其他完整評分標準如附錄六，滿分為 43 分。. 39.

(51) 表 3-4-3 立即性探究評分標準探究類型—定義將證據連結到主張，包含使用科學原則、概念或先前經驗進行推理，需要詮釋或推論資料的意義。. 能力. 高. 探究類型—標準. 評分標準. 提供連結證據到主張的推理。包含適當且充分的科學原則，並. 學生使用科學概念和經驗來進行推理，並詮釋或推理導致突變的理由或造成的影響。 <參考答案>. 明確指出變數間及推理所依據的因果關係。. 提供連結主張和證據的推理，並指出變數間及推理所依據的因果關係，但連結不夠中充分完整、呈現的關係部分錯誤或使用不完整或部分錯誤的科學理論。. 低. 未提供連結證據到主張的推理，或未指出變數間及推理所依據的因果關係。. 40. 突變受物理因素(紫外線、輻射)和化學因素 (防腐劑、戴奧辛)的影響，而產生基因或染色體的變化。. 得分. 2. 例子 ◎受到物理或化學等外在因素影響而造成變異 1.我認為是受到外界的刺激，而產生突變，如：輻射。 2.我認為......因為某些影響〈例如：X 光〉導致基因的排列或組合發生改變。. 學生使用不完整的科學理論和經驗來推理導致突變的理. ◎只說明基因改變 1.我認為突變就是基因排序不正常 2.染色體排列出錯. 由或造成的影響。. ◎只說明受物理或化學因素影響 1.我認為被輻射掃到毒品吃過多 ◎說明突變可能會造成的影響 1.會導致外表畸形. 無法連結所選擇的因子及突變的理由。. 1. 0. 1.我認為會產生新物種，對生物圈是個非常好的結果。 2. 我認為請看 ds22 號就知道甚麼是突變了.

(52) 為避免評分過於主觀，邀請具有科教背景研究人員，擔任共同評分者，隨機抽取 30 位學生答案，依據上面評分規則兩人各自評分，再討論學生的回答內容，並修正評分。評分者反覆進行前述的步驟，直到給分的基準一致，將兩人的評分以皮爾森績差相關考驗，相關係數 r 達.91。（二）貼近性評量貼近性評量更能貼近課程，與內容有高度相關性，但設計的評量為較進階的活動，如課程的單元評量（Ruiz-Primo et al., 2002）。貼近性評量所測驗的概念以國中課綱為依據，主要關鍵概念包含：基因突變的定義及機制、遺傳工程原理和應用、基因改造、遺傳諮詢、複製動物。依據雙向細目表為基礎編制評量，並請專家建立效度。此雙向細目表參考 Bloom 六層次認知目標修訂版（鄭蕙如、林世華，2004；Krathwohl, 2002），以及 Krajcik 等（2007)對探究能力之定義編製而成，貼近性雙向細目表如表 3-4-4。. 41.

(53) 表 3-4-4 貼近性評量雙向細目表遺傳概念. 概念題 (Cognitive Dimension). 記憶. 了解. 基因突變的機制. 1-1-1 1-1-2 1-3-1 1-3-2. 突變所造成的疾病或現象. 1-2-1. 遺傳疾病與諮詢. 2-1-1 2-1-2 2-2-2 2-3-1 2-3-2. 基因轉殖的原理與應用複製動物的原理與爭議. 2-2-1. 探究題型 (Inquiry ability) 實驗能力流誤選擇程差變因規控劃制. 解釋能力資料轉化. 形成主張. 運用證據. 1-1-1. 產生推理. 評估解釋. 1-1-2. 1-3-1 1-3-2. 1-2-1. 2-3-1. 2-1-2. 2-3-2. 3-1-1 4-1-1. 4-1-2. 4-1-2. 貼近性測驗題目為選擇題和申論題，評量實施時間為教學前後，研究者根據雙向細目表建立評分標準，分析學生學完課程後概念和探究能力進步情形。以題目 1-1-1 和 1-1-2 為例，在 1-1-1 學生必須選對正確概念給予 1 分，選擇錯誤概念給予 0 分；在 1-1-2 簡答申論題方面，必須在 1-1-1 答對才給予分數，填寫完整概念給予 2 分，部分完整概念給予 1 分，錯誤概念給予 0 分，如表 3-4-5 所示，其他完整詳細評分標準如附錄 42.

(54) 七，滿分為 20 分。. 表 3-4-5 貼近性評量概念評分標準題號. 題目. 1-1-1 下列哪些因子並不會導致突變？. 題型. 選項. 得分. 評分標準（定義）例子. 選擇題. A. B. C. D.. 1. 選擇 E 可見光. 0. 選擇 E 以外的答案. <注>在前一 2 步驟不是選擇可見光的，皆為答錯理由，皆. 1.突變受物理因素. 1.因為他不是化學藥劑. (紫外線)和化學因素(防腐劑) 2.有提到光不會造成化學變化 <參考答案> 突變受物理因素 (紫外線、輻射)和化學因素(防腐. 不會危害到人體 2.此對生物不會造成刺激而產生化學變化. 輻射紫外光防腐劑戴奧辛. E. 可見光. E. 可見光開 1-1-2 請根據你選擇的因放子，說明這題些因子為什麼不會導致突變?. 為 0 分。. 劑、戴奧辛)的影響，而可見光不符合上述兩項，所以不會造成突變。 1. 未說出突變受物理或化學因素影響 2. 理由不清楚，或未包含上述條件. 1. ◎提到光的普遍性或安全性 1.因為每天都在照 2.每天接觸但未導致突變 ◎有提到物理和化學因素，但解釋不夠完整 1.因為光輻射不大 2. 不具有刺激性 ◎使用刪去法 1.因為其他選項都會造. 43.

(55) 題號. 題目. 題型. 選項. 得. 評分標準（定義）例子. 分成突變未回答或答錯. 0. ◎沒有利用科學概念說明 1.直覺 ◎未說明原因 1.書上看到 ◎解釋錯誤 1.只是眼睛視網膜的問題 2.生物體、植物體都是要靠陽光才可以生存的 ◎抄題目 1.可見光不會突變. 以題目 1-1-2 為例，測驗之探究能力為產生推理，學生必須能夠將證據連結到主張，包含使用科學原則、概念或先前經驗進行推理，需要詮釋或推論資料的意義。學生能夠使用完整科學概念和經驗來進行推理，並詮釋或推理他所選擇的因子不會導致突變的理由，給予 2 分；僅使用不完整的科學理論和經驗來推理或詮釋他所選擇的因子不會導致突變的理由，給予 1 分；學生無法連結所選擇的因子及突變的理由，給予 0 分，如表 3-4-6 所示，其他完整詳細評分標準如附錄八，滿分為 16 分。. 44.

(56) 表 3-4-6 貼近性評量探究評分標準探究類型— 定義. 能力. 探究類型—標準. 將證據連結到主張，包含使用科學原則、概念或先前經驗進行推理，需要詮釋或推論資料的意義。. 評分標準. 得分. 學生使用科學概念和經驗來進行推理，並詮釋或推理他所選擇的因子不會導致突變的理由。提供連結證據到主張的推理。包含適當且充分的科學原高則，並明確指出變數間及推理所依據的因果關係。. <參考答案> 突變受物理因素(紫外線、輻射)和化學因素 (防腐劑、戴奧辛)的影響，而可見光不符合上述兩項，所以不會造成突變。. 例子 ◎提到物理因素或化學因素 1. 此對生物不會造成刺激而產生化學變化 ◎依據日常生活經驗. 2. (日常生活接觸，但不會導致突變) 1. 我們平常無時無刻都在接觸可見光，但是完全沒發生任何事，可見光不會發生突變 2. 因長期在可見光的情況較少發生突變 ◎完整解釋其他選項科學理論 1. 輻射會導致身體病變基因就會因此而改變紫外光照久了也會造成突變防腐劑吃多了會變木乃伊戴奧辛是世紀劇毒. 提供連結主張和證據的推理，並指出變數間及推理所依據的因果關係，但中連結不夠充分完整、呈現的關係部分錯誤或使用不完整或部分錯誤的科學理論。. 學生使用不完整的科學理論和經驗來推理或詮釋他所選擇的因子不會導致突變的理由。. 1. ◎經驗連結不夠充分 1. 因為每天都長時間接觸 2.可見光安全 ◎不完整的科學理論 1. 因為可見光較不會造成人體較侵入的傷害 2.因為無刺激因子 ◎不完整解釋其他選項科學理論 1. 因為上述都會造成. 45.

(57) 探究類型—. 能. 定義. 力. 探究類型—標準. 評分標準. 得分. 例子基因突變，可見光應該不會 ◎兩變數間呈現部分錯誤的理論 1. 因為眼睛都可以接收到這些光線了怎麼可能突變。 ◎選擇其他選項，解釋理由為部分的錯誤科學理論 1.防腐劑-因為防腐劑是對人體健康有害,並不是造成基因突變的可能吧 2.紫外光-由於紫外線是由太陽光的照射所產生所以不會有輻射. 無法連結所選擇的因子及突變的理由。. 未提供連結證據到主張的推理，或未低指出變數間及推理所依據的因果關係。. ◎並未指出兩者間的因果關係 1.直覺. 0. 2.不會直接影響人體 ◎解釋錯誤 1.只是視網膜的問題 ◎抄題目 1. 可見光不會導致突變 ◎選擇其他選項，但解釋錯誤 1.輻射-輻射會造成基因突變 2.防腐劑-我記得不會. 為避免評分過於主觀，邀請具有科教背景研究人員，擔任共同評. 46.

(58) 分者，隨機抽取 30 位學生答案，依據上面評分規則兩人各自評分，再討論學生的回答內容，並修正評分。評分者反覆進行前述的步驟，直到給分的基準一致，將兩人的評分以皮爾森績差相關考驗，相關係數 r 達.93。. 二、質性研究工具本研究以學生在立即性和貼近性評量所回答的資料作為質性資料，為避免誤解學生寫出的文字語意，研究者無法理解的語意，則以晤談方式請該名學生更詳細解釋自己的內容。. 三、待答問題和研究工具對應根據研究問題與研究目的，研究者將使用的相關研究工具，做資料與代答問題對應整理，列表如下所示：. 表 3-4-7 待答問題與對應工具待答問題. 研究工具貼近性評. 立即性評. 量. 量. 接受線上論證教學，對於學生學習概念是否有影響?. V. V. 接受線上論證教學，對於學生的探究能力是否有影響?. V. V. 不同程度的學生，對於學習生物科技議題課程融入論證或線上平臺教學，其概念和探究能力是否有差異？. V. 47.

(59) 第五節. 資料收集與分析. 本研究主要是將論證和傳統教學法及紙本和線上教學平臺融入生物科技議題教學中，探討學生在教學過程中概念學習和探究能力的提升，根據實驗期間所蒐集的資料數據做整理和分析，分別說明如下。. 一、量化研究資料量化研究資料部分包含:「立即性評量」和「貼近性評量」。在教學前後進行貼近性評量測驗，教學中進行立即性評量測驗。將測驗結果回收到得到 PT 組有效樣本為 52 份、PA 組有效樣本為 58 份、CT 組有效樣本為 43 份、CA 組有效樣本為 61 份。將貼近性評量成績（前測和後測）及立即性評量的結果資料輸入 SPSS 進行分析。（一）概念分析貼近性評量方面：研究者將四組學生在貼近性概念前後測成績進步情形，進行相依樣本 t 檢定，分析四種教學實驗對學生的概念學習是否達到顯著差異。另外，以「前測成績」為共變項、「教學法」和「教學方式」為自變項、「後測成績」為依變項，先進行迴歸係數同質性檢定，再進行 2-way ANCOVA 分析，分析四組概念進步差異。 48.