國 立 交 通 大 學 教 育 研 究 所
碩
士
論
文
結合顯性與隱性的教學活動改變國中學
生科學知識論觀點之實驗研究
指 導 教 授 ： 蔡 今 中 博 士
研 究 生 ： 陳 弘 昇
中 華 民 國 九 十 八 年 六 月
結合顯性與隱性的教學活動改變國中學生科學知識論觀點
之實驗研究
An experimental study of combining explicit and implicit instruction of
changing eighth-grade students’ scientific epistemological views
研 究 生：陳弘昇 Student: Hung-Shen Chen
指導教授：蔡今中 教授 Advisor: Chin-Chung Tsai, Ph.D.
國 立 交 通 大 學
教育研究所
碩 士 論 文
A Thesis
Submitted to Institute of Education College of Humanities and Social Science
National Chiao Tung University For the Degree of
Master in Education June, 2009
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
結合顯性與隱性的教學活動改變國中學生科學知識論觀點之實驗研究
研究生：陳弘昇 指導教授：蔡今中 博士
國立交通大學教育研究所摘要
過去改變學生的科學知識論觀點所運用的方法，可分為顯性與隱性兩種方法，顯性 是指透過科學史哲等材料於教學過程，而隱性方法是指透過科學探究活動等方式以改變 學生的科學知識論觀點。本研究旨在探討結合顯性與隱性兩種改變科學知識論觀點的教 學方法實施後，對於國中學生的科學知識論觀點產生的改變，以及對學生的學習科學之 策略產生的影響。 本研究採用實驗研究法之準實驗設計，研究對象為六十一位國中八年級學生，其中 實驗組有三十一人，對照組有三十人。本研究對兩班學生的科學知識論觀點及學習科學 的方法在將近三個月的實驗措施的前後，分對進行前後測。在實施科學知識論觀點的前 後測，本研究以「科學知識論信念量表」、「科學觀點問卷」、「科學知識論觀點情境式問 卷」及訪談等四項工具施測；而在學習科學的方法方面，研究者在實驗措施前後以訪談 進行前後測各一次。 本研究的結果，在「科學知識論信念量表」與「科學觀點問卷」並沒有出現顯著差 異。而在「科學知識論觀點情境式問卷」及訪談裡發現，經過結合顯性與隱性的教學活 動之後，學生的科學知識論觀點會朝向建構主義的方向發展，同時其觀點也較為一致。 在一般傳統的教活動後，部分學生的科學知識論觀點發生改變，其改變的情形有分別朝 向建構主義與實證主義兩種方向兩極化發展的現象。由訪談結顯示，學生受到顯性教學 活動的影響，對於科學是什麼，科學知識的產生與獲得，同一現象有不同的科學理論解 釋，科學知識的特質等幾項問題，產生了更偏向建構主義的看法。而隱性的教學活動則 更能促使學生將所學的科學知識應用於生活。同時在學習科學的方法上，結合顯性與隱 性的教學活動也使得學生更願意採取與其他人討論，以及傾向監控自己學習活動或採取 實驗的方法去學習新的事物等更多有意義的學習方法。 本研究的結果顯示顯性與隱性的教學活動，會影響學習者的科學知識論觀點。因此 研究者建議未來的教學者仍然可以結合顯性與隱性的方法，發展更多的課程計畫或教學 活動，以了解學習者的更多改變的可能性。中文摘要
關鍵字：科學知識論觀點、知識論、建構主義、國民中學An experimental study of combining explicit and implicit instruction of
changing eighth-grade students’ scientific epistemological views
Student: Hung-Shen Chen Advisor: Chin-Chung Tsai, Ph.D. Institute of Education
National Chiao Tung University
英文摘要
Abstract
In the past, the ways of changing students’ the scientific epistemological views (SEVs) might be divided into either the “explicit” or “implicit” approach.The explicit approach refers to the usage of history of science in the teaching process,and the implicit approach refers to the utilization of science inquiry activities. The purpose of this study was mainly to
investigate the effects of combining the explicit and implicit instruction of changing the junior high school students' SEVs and the students' learning strategies.
This study was conducted with a quasi-experimental research design. The subjects were sixty-one eighth graders. Thirty-one students in one class were assigned to the combining explicit and implicit instruction group, while thirty students in another class were assigned to the traditional instruction group. The students’ SEVs and strategies of learning science were probed both before and after the research treatment, lasting about three months. The tools utilized at pre-test and post-test included “epistemological beliefs on science
questionnaire”, ”SEVs questionnaire”, ”contextual questionnaire for SEV” and interviews. An interview was also conducted to assess students’ learning strategies of science both before and after the research treatment.
Research findings revealed that there was no statistical difference between two groups after the research treatment on “epistemological beliefs on science questionnaire” and “SEVs questionnaire”. But both in the interviews and on “contextual questionnaire for SEV”, it reveled that the SEVs of the experimental group students were changed toward more constructivist-oriented, and at the same time their SEVs become more consistent. After the traditional instruction, some of the control group students had changed their SEVs toward either more constructivist or positivist. According to the interview results, it was found that students’ SEVs could be changed toward more constructivist by the explicit instruction, such as posing questions like: “what is science”, “how the scientific knowledge were created and acquired”, “why the identical phenomenon has different scientific theories to explain”, “what are the characteristics of scientific knowledge”. But the implicit instruction can promote the application of scientific knowledge into the real life. Meanwhile in the strategies of learning science, the combing explicit and implicit instruction also caused the students to be more
willing to discuss with other peers, as well as develop the tendency of monitoring oneself learning activity, or adopt experimental approach to examine new things and events.
This study revealed some evidence that the combination of explicit and implicit approaches might change the students’ SEVs. It is suggested that researchers can use both approaches to enhancing students’ SEVs, and develop more lesson plans or instructional activities to examine their potential.
Key words: scientific epistemological views, epistemology, Constructivism, junior high school
誌謝
時光逝去，如飛燕穿堂，在交大求學的日子即將告一個段落，然而它已是我人生裡 一段難以忘懷的感恩之旅，感恩老師們辛勤的指導與展現的風範，感謝同學們的鼓勵與 扶持，感激學校同事們的支持與協助，還有那群可愛活潑的學生們，使得這趟學習之旅 充滿知識獲得與經驗成長的喜悅，過程裡的點點滴滴都讓這趟旅程彌足珍貴。 論文的完成，首先要感謝我的指導教授蔡今中老師，感謝您在這段過程裡總是以最 大的包容心與耐心指導著我的研究，尤其在每次研究實施或論文撰寫的前後過程裡遇到 瓶頸而不得其解時，您總是能以其專業的學養及過去的經驗，明確的指出問題的關鍵 處，以及一些可能的解決方案，使得論文的進度得以開展。同時也要感謝楊芳瑩老師與 佘曉清老師您們的指導，您們精闢而寶貴的研究意見使得這份論文的瑕疵能夠得以修 正。 而在這段研究所求學期間，感謝有你們，教育所的同學，大家在一起相互討論課業 與課餘遊樂的過程，歷歷在目，為趕製作業及案牘勞形的日子裡點綴了璀璨的色彩。感 謝玫緗在計劃審查及論文產出的階段給予不少的鼓勵與支持。在學校裡更要感謝已經退 休的吳景豐校長和蔡愛卿主任、吳鈺崧校長、鄧興增校長、源有主任、淑雲主任、慧玲 主任對於我進修的支持與鼓勵，也要感謝玉琪、怡謹兩位老師及其班上同學們的協助， 讓我可以順利完成論文相關資料的蒐集，更感謝菁瑩、婕盈、珮棱、淑貞、玉玲、金美 及桂英等同事這段期間時常為我打氣加油及協助。 最後要感謝的我的家人們，我的爸爸、媽媽、及老弟都一直是我重要的支柱，也不 斷的督促我儘速完成論文。在這段過程裡，讓您們擔心與困擾了，謝謝您們。在此也希 望我的論文對國內的科學教育能有一點小小的貢獻，在這段時間裡，不論是直接或間接 幫助過我的人們，感謝您們，祝福您們，願您們健康快樂。目錄
中文摘要 ... I 英文摘要 ...II 誌謝 ... IV 目錄 ...V 表目錄 ...VII 第一章 緒論... 1 第一節 研究背景... 1 第二節 研究動機與目的... 4 第三節 研究問題... 5 第四節 名詞解釋... 6 第五節 研究範圍與限制... 7 第二章 文獻探討... 8 第一節 知識信念發展的理論及其相關研究... 8 第二節 科學知識論觀點...11 壹、 以傳統哲學中知識論為基礎的科學知識論觀點... 11 贰、 以科學史及科學心理學為基礎的科學知識論觀點 ... 11 叁、 兩種科學知識論觀點的相關性...12 肆、 小結 ...17 第三節 改變個人科學知識論觀點的教學活動相關研究... 18 壹、 顯性方法...18 贰、 隱性方法...20 叁、 小結 ...21 第三章 研究方法... 24 第一節 研究對象... 24 第二節 研究設計... 25 第三節 研究流程... 43 第四節 研究工具... 44 壹、 科學史哲議題教材...44 贰、 科學知識論信念量表 ...44叁、 科學觀點問卷...45 肆、 科學知識論觀點情境式問卷 ...46 第五節 資料蒐集與分析... 49 壹、 量化分析...49 贰、 質性分析...53 第四章 研究結果與討論... 58 第一節 實驗組與對照組在科學知識論觀點的差異分析... 58 壹、 科學知識論信念量表與科學觀點問卷的量化分析 ...58 贰、 「科學知識論觀點情境式問卷」的量化分析 ...63 叁、 科學知識論觀點訪談的質性分析 ...71 第二節 實驗組與對照組在學習自然科學方法的差異分析... 88 壹、 學習自然科學方法的質性分析...88 贰、 小結 ...101 第三節 結果與討論... 106 壹、 不同的科學學習活動對學習者的科學知識論觀點之影響 ...106 贰、 不同的科學學習活動對學習者的科學學習方法之影響 ... 111 第五章 討論與建議...117 第一節 結論...117 第二節 在科學教育上的應用...118 第三節 建議...119 參考文獻 ... 121 附錄 ... 125 附錄一 科學史哲議題指定閱讀文章四篇... 125 附錄二 科學知識論信念量表... 142 附錄三 科學觀點問卷... 144 附錄四 科學知識論情境式問卷... 146 附錄五 訪談題目內容... 151
表目錄
表 1 傳統哲學取向與科學史及科學心理學取向的科學知識論組成之相關表 ... 12 表 2 傳統知識論與建構主義對於科學知識論觀點之比較表 ... 14 表 3 科學知識論觀點向度顯示建構主義與傳統知識論的比較表 ... 15 表 4 科學知識論觀點各向度顯示建構主義與傳統知識論的比較表 ... 16 表 5 採用顯性教學活動促進學生科學知識論觀點改變的研究對照表 ... 20 表 6 實驗組與對照組人數統計表 ... 24 表 7 實驗組與對照組七年級數學科及自然科成績之t考驗摘要表... 25 表 8 實驗設計 ... 25 表 9 實驗組與對照組的教學內容對照表 ... 26 表 10 「科學知識論信念量表」各向度之題目分配與信度值 ... 45 表 11「科學觀點問卷」各向度之題目分配與信度值 ... 46 表 12 實驗組與對照組在「科學知識論信念量表」四個向度的前後測成績比較表 ... 60 表 13 實驗組與對照組在「科學知識論信念量表」四個向度的共變量分析摘要表 ... 60 表 14 實驗組與對照組在「科學觀點問卷」五個向度的前後測成績比較表 ... 61 表 15 實驗組與對照組在「科學觀點問卷」五個向度的共變量分析摘要表 ... 62 表 16 兩組在情境式問卷第四題到第六題呈現的回答類型改變情況分析表 ... 65 表 17 兩組在情境式問卷第七題到第九之二題呈現的回答類型改變情況分析表 ... 66 表 18 兩組在「情境式科學知識論觀點問卷」四題的共變量分析摘要表 ... 67 表 19 兩組在「情境式科學知識論觀點問卷」四題的共變量分析摘要表 ... 68 表 20 科學知識論觀點情境式問卷回答類型一致題數統計表 ... 70 表 21 科學知識論觀點情境式問卷回答類型一致題數分類比較表 ... 71第一章 緒論
本章分為五小節，主要是將本研究的研究背景、研究動機與目的、研究的問題、相 關名詞和研究的範圍與限制，依序做說明。
第一節 研究背景
在科學教育的領域裡，促使學生了解科學的本質一直是科學素養的重要部分之一。 在國外的課程裡（American Association for the Advancement of Science [AAAS], 1990; National Research Council [NRC], 1996），科學素養的重要項目之一即是培養學生對科學 本質（nature of science）有適當的了解。而科學本質一詞，即是指科學知識論的內容， 一般而言呼應了假設、評估、科學概念的發明，科學社群如何達成一致性和科學知識的 特徵等議題(Ryan & Aikenhead, 1992)，因此我們可以說對科學本質有適當的了解亦即對 科學知識論觀點有適當的了解。在國內已全面實施的九年一貫課程中，從自然與生活科 技領域所羅列的分段能力指標中，便可發現，提昇國民的科學與科技素養是該領域課程 的重要目標之一（教育部, 2003）。以科學本質的分段能力指標內容來看，亦即為發展良 好的科學知識觀。發展良好的科學知識觀之所以重要，在於根據近來的研究顯示，良好 的科學知識觀在科學教育領域中一直被許多學者認為其會影響學生科學學習。良好的科 學知識觀可以有助於學生學習科學內容(Hammer, 1994; Schommer, 1993; Songer & Linn, 1991)。國外對於七年級學生的研究顯示，大部分學生若是抱持偏向實證主義的科學知 識論觀點，極可能採被動接收的方式去獲得科學知識，對於實驗活動也會採取較侷限於 純粹的觀察行為而不是進一步的從探索中建構出科學知識(Carey, Evans, Honda, Jay and Unger, 1989)。因此這些學生在學習科學知識時，可能採取的學習策略是屬於機械式的記
憶方法，而不是使用有意義的學習(Tsai, 1998a)。同時國內也有研究顯示，國中階段的學 生，其所抱持的科學知識信念觀點會影響其學習科學知識時，所採用的學習策略及表現 出來的學習態度（Tsai, 1998b）。然而一些研究也顯示，許多學生仍未發展出良好的科學 知識觀(e.g., Driver, Leach, Millar, & Scott, 1996)。
近年來，關於學習者的科學知識信念之研究有越來越受到重視的趨勢，因此在國內 科學教育的領域內，如何透過實施適當的教學活動去影響學生的科學知識論觀點，進而 促使學生在學習科學時，採取更為積極有效的學習策略與方法，獲得更好的學習效果， 達到教學目標，對於學習者而言，實為有其重要性。而在教學實務上，教師如何運用其 教學策略及自身的影響力，影響學習者的科學知識論觀點發展，使其能在學習的過程 中，朝向成熟良好的觀點改變，促使良好教學效果的展現，亦具有其重要性。 長期以來，改變學生的科學知識論觀點的相關研究對象多以大專以上的學生或是職 前及在職的教師為主，雖然近年來國內外的研究對象也逐漸包含國小及高中階段的學 生，但是以國中階段學生為對象的相關研究仍為少數，且在國內的現行的教育體制及環 境下，國中階段學生的科學知識論觀點應會影響目前及未來科學課程的學習及看法，甚 至影響對於未來求學階段的分流試探，因此如何使國中階段的學生，改變其科學知識論 觀點從而促進其有效的學習科學課程，實為有其必要性。另外在改變科學知識論觀點的 教學方法上，Abd-El-Khalick ＆ Lederman (2000)對於改變教師對科學本質的觀點(NOS) 相關研究文獻回顧，將這些教學方法分為隱性(implicit)和顯性(explicit)的兩種，所謂隱 性是指透過科學探究活動等方式以改變學生的科學知識論觀點，而顯性是指透過科學史 哲等材料於教學過程，使學生的科學知識論觀點得以改變。在此方法的分類架構下，國 內外相關研究若以國小學生為實施對象時，因為限於學生的語言認知能力而僅能採取隱 性的方法，然而當實施對象是大專以上的學生時，由於語言認知能力的發展成熟，則可
以採取顯性的方法。因本研究的研究對象為國中階段的學生，考量此階段的學生的語言 認知發展成熟度，因此採用結合隱性和顯性兩種方法，以期改變其科學知識論觀點。
第二節 研究動機與目的
近年來雖然國內有關科學知識信念相關研究有增加的趨勢，但是研究對象多著重於 職前教師及現職教師的科學知識信念內容探討，而對於國中階段的學生，如何透過適當 的教學活動去改變其科學知識信念，此部分的研究相對顯得較少。在國外的相關研究來 看，從過去以來，探討知識信念的研究對象多集中於大學生（Pintrich, 2002），只有極少 的部分延伸到高中生及國中生。因此於本研究的趣旨在於探討八年級(國中二年級)學生 在歷經結合顯性與隱性的教學活動後，其科學知識觀點是否產生改變以及若有改變的情 況下，其知識論改變之情形。 根據以上所述，本研究試圖探討在國中階段學生知識信念在歷經特定的教學活動 後，透過科學知識信念量表及訪談來探討其科學知識論觀點是否產生改變，是本研究的 目的之一。 此外，若學生的科學知識信念有改變，則其知識論觀點改變之可能肇因於教學活動 的那個部分，以及改變其科學知識信念後，是否也影響學習者的學習科學時的學習策略 或方法，則是本研究的目的之二。第三節 研究問題
基於研究的動機與目的，本研究問題為： 一、經過結合顯性與隱性的科學知識信念改變教學活動後，國中八年級學生（實驗組） 對於科學知識信念觀點有何差異存在？ 二、經過一般傳統科學學習活動的前後，國中八年級學生（對照組）對於科學知識信念 觀點有何差異存在？ 三、經過結合顯性與隱性的科學知識信念改變教學活動與一般傳統科學學習活動的前 後，國中八年級學生（實驗組與對照組）對於科學知識信念觀點有何差異存在？ 四、經過結合顯性與隱性的科學知識信念改變教學活動後，國中八年級學生（實驗組） 對於科學學習方法有何差異存在？ 五、經過一般傳統科學學習活動的前後，國中八年級學生（對照組）對於科學學習方法 有何差異存在？ 六、經過結合顯性與隱性的科學知識信念改變教學活動與一般傳統科學學習活動的前 後，國中八年級學生（實驗組與對照組）對於科學學習方法有何差異存在？第四節 名詞解釋
一、顯性（explicit）與隱性（implicit）的教學活動 基於將學生的科學知識論觀點改變的過程視為一種認知學習的結果，所以本研究所 謂的顯性教學活動是指將發展學生的科學知識論觀點直接列為教學目標，在此教學活動 過程中，透過研讀經教師編製的科學史、科學哲學及科學時事等文章後，並由教師以閱 讀後的團體討論方式帶領學生反思這些文章所提及的現象背後所隱含的科學知識論觀 點，並於一般的自然科課程中，透過直接教導學生科學本質觀點，藉以影響原有的科學 知識論觀點。 而所謂的隱性教學活動，是不直接向學生陳述或教導科學知識論觀點，反而藉由經 歷科學探究活動或科學調查活動的過程及事後僅針對實驗過程及操作程序的討論活 動，使學生由間接的方式去體會科學的本質，進而改變其科學知識觀點。無論是顯性或 隱性的教學活動均附加在實驗組的一般的自然科學課程中。 二、一般傳統科學學習活動 在本研究中是指教學者依據九十五學年度南一版八年級下學期自然與生活科技教 學指引所進行的教學活動。第五節 研究範圍與限制
本研究因人力、時間的限制，僅以苗栗縣某一國中八年級兩個班的學生為研究對 象，因此研究結果之推論有其限制性，而且教學內容為八年級下學期之自然科學，因此 推論到其他的學科或不同的學習單元也有其侷限之處。 此外，如果實驗組與對照組是同一位教學者，其優點可以減少因不同教學者特質差 異的研究誤差，其缺點為可能因為教學者的預期心理而產生研究的誤差；若由不同教師 分別擔任兩組的教學者，則較不容易因為教學者的預期心理而產生研究誤差，然而其可 能缺點為對照組的教學者可能為了不甘示弱，力圖與實驗組一較高下而產生補償性對抗 （compensatory rivalry），一般稱之為「強亨利效應」（the John Henry effect），或是因不 同教學者特質差異而產生的研究誤差。研究者考量以上兩種方式的優缺點及教學現場中 研究進行的可行性後，在本研究中，研究者決定同時擔任兩組的教學教師，以避免上述 的「強亨利效應」或是因不同教學者特質差異而產生的研究誤差，因此本研究可能還是 會有因教學者預期心理而產生的研究誤差。第二章 文獻探討
第一節 知識信念發展的理論及其相關研究
知識信念發展的相關研究，早期研究多以哲學觀點來瞭解個人的知識論，Hofer 與 Pintrich (1997)針對相關研究以知識的本質、獲得知識的本質、教與學的本質及智能的本 質等四個向度作為分類依據，進行文獻探討，得到以下的一些結論： 一、Perry 在 1970 年則開始以實證性研究的方式，探討大學生知識信念的發展，發 現大多數大學新生都相信知識是簡單、確定的及知識的來源是由權威所提供的，隨著年 級增加，才逐漸瞭解知識的複雜性，而知識的來源也較偏向個人。 二、Belenky 等人在 1986 年研究女性的知識信念發展則發現，對於個體獲得知識過 程的本質，是由被動的接收逐漸發展到主動建構，知識的獲得是從有別於自己的外在知 識進入個體，發展到知識的獲得是自己賦予其意義的過程。 三、Baxter Magolda 在 1992 年的研究則發現知識信念的發展，在知識的本質方面， 知識的確定性是從絕對的發展到脈絡化；而獲得知識的本質方面，知識的獲得是依賴權 威到依靠自己；知識的是否為真的論證是由接受或精熟發展到依據內容脈絡中證據的判 斷。 四、King 與 Kitchener 在 1994 年的研究則發現知識信念的發展，在知識本質方面， 知識的確定性由知識是有確定的對或錯發展到知識具有不確定性，需依其內容脈絡而 定；知識的簡單性由簡單到複雜。在獲得知識的本質上，知識的真偽證明則由知識是不 需要被證明的發展到知識是被建構的，知識的真偽證明是要批判性的再評鑑；獲得知識 的來源則是依賴權威發展到知識獲得者是意義的建構者。五、Kuhn 在 1991 年的研究則發現知識信念的發展，在知識本質方面，知識的確定 性是有絕對的對或錯發展到知識必須在相關的意義下被評估。在獲得知識的本質方面， 知識的確定性由知識是絕對的，有對或錯的答案，發展到知識必須要在相關的價值中被 評鑑。對於在獲得知識中的真偽證明，則由事實片斷的接受，未受檢驗的專家鑑定發展 到專家鑑定後的評估；而知識的來源，則由專家到經過批判評估後的專家。 六、Schommer-Aikins (2004)將個人知識論視為一個信念系統，強調這個系統的多面 向：結構、確定性、知識來源、控制及知識獲得速度。Hofer 與 Pintrich (1997) 指出 Schommer 所建構的多向度知識信念模式包含了四大內涵：在知識簡單性（simple ability）：從孤立的沒有交集的片段發展到有關聯的概念；知識確定性（certain knowledge） 由絕對發展到暫時的和進化的；智能的本質方面則是能力天生（innate ability）；教與學 的本質則是快速習得（quick learning）。對於獲得知識的來源，則是由權威獲得發展到由 推理引出。不過，個人的知識信念會影響其學習行為則是大家所共同認知的現象。同時 也指出將「知識信念系統」與其他系統結合討論是有必要的。但是，Hofer 與 Pintrich (1997) 同時也認為Schommer 所提出的個人知識論信念系統中的能力天生（innate ability）及快 速習得（quick learning）兩個向度應歸類於學習信念觀點，而不是在個人知識論觀點中。 綜合以上所述，知識信念的歷史淵源可推溯至早期的西方哲學，然而目前心理學對 此概念的看法，多採取逐漸發展的個人知識論觀點，認為個人知識論觀點是可以改變且 其組成內容是複合式的，多重向度的。同時，Hofer 與 Pintrich (1997) 也建議討論知識 論觀點應包含了四個向度：知識的確定性（穩定性）、知識的簡易性（結構）、知識的來 源（權威）及知識的驗證（對於發表知識的檢證）。在科學學習的領域中，這四個向度 與科學知識論議題作了很適切而重要的呼應，例如知識的確定性（穩定性）呼應了科學 知識是否為絕對固定不變的議題，知識的簡易性（結構）則對應了科學知識是否能對複
雜的問題提供一個標準答案，知識的來源（權威）對應了學習者認為獲得科學知識的來 源，而知識的驗證（對於所發表知識的檢證）則對應了運用可靠的資料及證據以檢驗科 學假設或科學理論，實驗在科學知識中所扮演的角色等。因此透過發展良好的科學知識 論觀點應該可以造成一般領域知識論良好的發展。
第二節 科學知識論觀點
雖然在目前的文獻中，對於科學知識論的內容架構還沒有一致的看法，但是依其理 論發展來源，仍然可以分為兩個大類：一是以傳統哲學中知識論的探討議題（知識的本 質為何，認知的本質為何等）為出發點，參照科學知識的特性所衍生出來的內容架構， 此類科學知識論觀點的內容可以用Hofer 和 Pintrich（1997）的研究論述為代表。另一類 則是以科學史及科學心理學為基礎，從科學知識的發展與改變的觀點所衍生出的內容架 構，此類科學知識論觀點的內容架構可以用Tsai 和 Liu（2005）的研究論述為代表。 壹、 以傳統哲學中知識論為基礎的科學知識論觀點 Hofer 和 Pintrich 認為在目前的一些研究文獻裡，對於學生科學知識論的結構仍有五 項共同的看法：（一）科學的目的；（二）科學的變易性；（三）實驗在科學理論改變中 的角色；（四）科學的一致性；（五）科學知識的來源。依循以上的結構看法，Elder (2002) 研究國小五年級學生所持有科學知識論觀點時，則採用了上述五個內容架構去整合學生 有關科學知識的本質（nature of knowledge in science）之信念。但是後來 Conley 等人 （Conley, Pintrich, Vekiri,＆ Harrison, 2004）在研究改變國小五年級學生的科學知識論觀 點時，對於學生的科學知識論結構卻加以修訂，並採用了四個向度，分別為科學知識的 來源（source）、確定性（certainty）、發展（development）及驗證（justification）。其向 度的設計理念仍是緊跟著傳統個人知識論信念的兩個核心問題：知識本質的信念（beliefs about the nature of knowledge）與認知本質的信念（beliefs about the nature of knowing）， 並在自然科學的範疇裡分別對應四個向度：認知本質的信念對應了科學知識的來源與驗 證，而知識本質的信念則對應了科學知識的確定性與發展。贰、 以科學史及科學心理學為基礎的科學知識論觀點
了五個向度來整合學生的科學知識論內容，其五個向度分別是：（一）科學社群協商： 科學知識是由科學社群中，經由社群協商，取得共識所得來的；（二）科學的創造發明 本質：科學知識是來自於發明與創造的；（三）觀察蘊含理論：科學觀察是理論蘊含的； （四）文化影響：科學受文化影響；（五）科學知識的變易性和暫時性：科學知識的發 展是由概念改變所造成的，科學知識為目前的自然現象提供暫時性的解釋。 叁、 兩種科學知識論觀點的相關性 雖然二者因為概念的來源取向有所差異，導致衍生出來科學知識論的內容組成有所 不同，但是進一步比較兩種科學知識論的內容組成(如表 1)，無論何種內容架構，各向 度在大致上仍然有相關之處。 表 1 傳統哲學取向與科學史及科學心理學取向的科學知識論組成之相關表 科學知識的來源 （source） 科學知識的確定 性（certainty） 科學知識的發展 （development） 科學知識的驗證 （justification） 1.科學社群協商 ˇ ˇ ˇ 2.發明與創造本 質 ˇ ˇ 3.觀察蘊含理論 ˇ 4.文化影響 ˇ ˇ 5.科學知識的變 易性與暫時性 ˇ ˇ 以「科學知識的來源」此項目而言，其背後是想探討學習者在科學知識的來源與獲 得方面是否認為「科學知識是由外而內（被動的接受知識）」、「來自權威人士」，這些看 法呼應了「科學社群協商」與「發明與創造本質」所探討的「科學知識是由一群科學家 所組成的科學社群所討論協商出來的」與「科學知識是被創造發明的，而不是被發現的 （個體主動的心智活動所產生）」兩項背後的意義。
在「科學知識的確定性」項目上，代表學習者認為對於一個複雜問題是否只有一個 標準答案或是可能有超過一個以上的標準答案的信念，此信念呼應以下三個項目：一、 「觀察蘊含理論」：科學觀察活動是受到觀察者所蘊含理論的引導；二、「文化影響」： 傳統的科學教育忽略在不同的文化影響下有不同的獲得科學知識的方法；三、「科學知 識的變易性和暫時性」：科學知識總是在改變的，並處於一個暫時的狀態，有別於科學 知識代表自然真理的看法。 在「科學的知識發展」項目上，是指認為科學仍處於發展中的狀態，一旦有了新的 證據和資料，既有的概念和理論就有可能會被改變。科學上新的發現會導致此看法呼應 以下三個項目：一、「科學社群協商」：科學知識是由一群科學家所組成的科學社群所討 論協商出來的；二、「發明與創造本質」：科學知識是被創造發明的，而不是被發現的（個 體主動的心智活動所產生）；三、「科學知識的變易性和暫時性」：科學知識總是在改變 的，並處於一個暫時的狀態，有別於科學知識代表自然真理的看法。 在「科學知識的驗證」項目上，主要是指實驗活動所扮演的角色及學生使用資料以 支持其科學觀點的信念。它呼應了「科學社群協商」及「文化影響」兩個項目，前者是 指科學知識是由一群科學家所組成的科學社群所討論協商出來的，後者是指在不同的文 化裡，對於驗證科學知識的看法不一定相同。 然而，影響當代科學教育的科學哲學與學習心理學的知識論觀點，分別是以實證主 義為取向的傳統知識論觀點與以建構主義為取向的知識論觀點，其兩者的比較如表 2 （修改自Brooks & Brooks, 1993, p17）。
表 2 傳統知識論與建構主義對於科學知識論觀點之比較表 傳統知識論觀點 建構主義的觀點 科學課程的目標 ．教導科學知識 ．得到廣泛性的知識或基本的 科學技能 ．得到基礎的科學知識 ．教導什麼是科學 ．得到深入的科學知識或概念 ．得到情境脈絡化的科學知識 科學課程間的關係 課程單元之間是獨立的 課程單元之間是連貫的 認知的目的 ．事實的記憶與累積 ．處理生活經驗、連結先備知 識 學習者的角色 ．學習者如同一張白紙進入學 習環境 ．被動學習知識 ．接收科學知識的意義 ．同學是競爭者 ．學習者帶著本身已有的觀 點、想法進入學習環境 ．知識的主動建構者 ．協商科學知識的意義 ．同學是合作者 此外，即是不同的科學知識論觀點內容組成，以科學知識論觀點研究學生對於科學 知識及獲得科學知識的看法，仍然可以將學生的科學知識論觀點區分為傾向於建構主義 或實證主義的兩個方向。以Conley et al. （2004）所使用的科學知識論觀點內容來看， 雖然他們將學生所反映的科學知識論觀點區分為較為成熟的與較為不成熟的兩類看 法，但是另一方面以學生所偏好的科學知識論觀點來看，各向度的回答傾向仍然可以表 現出其比較趨向建構主義或實證主義的觀點如表表 3（修改自Conley et al., 2004, p190）。 例如對於科學知識的來源，如果比較認同科學知識是來自於自身的推理與觀察，則 與認為知識是由個體主動建構而成的(von Glasersfeld, 1989, 1993)的知識論觀點是比較 相近的。而傾向於實證主義的科學知識論觀點是認為科學知識的獲得是由外而內，科學 知識是來自於外在的權威，持一種較為被動的觀點。 以科學知識的確定性而言，偏向建構主義的觀點對於複雜的問題，認為可能有不止 一個的正確答案。而偏向實證主義的觀點則持有科學問題都有一個正確的標準答案之信
念。 以科學知識的發展項目而言，偏向建構主義的觀點可能認為科學知識是會因為新的 證據或資料而持續發展改變的。而偏向實證主義的觀點則認為科學知識是表徵自然的真 理，所以是不變的。 以科學知識的驗證項目而言，偏向建構主義的觀點可能認為驗證概念的實驗方式並 不是固定的，在各種情境脈絡下除了實驗檢證外，還可以運用各種推理方法形成可以普 遍被接受的科學主張。而偏向實證主義的觀點則認為唯有透過科學實驗才能驗證的知 識，才能歸屬於科學知識。 表 3 科學知識論觀點向度顯示建構主義與傳統知識論的比較表 科學知識論觀點向度 較成熟的科學知識論觀點（偏向 建構主義） 較不成熟的科學知識論觀點（偏 向實證主義） 科學知識的來源 來自於自身的推理與觀察。 是由外而內，來自於外在的權 威。 科學知識的確定性 複雜的問題可能有超過一個以 上的答案。 相信科學問題有一個絕對的答 案。 科學知識的發展 科學知識是會持續改變的。 科學知識是不變的。 科學知識的驗證 驗證概念的實驗方式並不是固 定的。 唯有透過科學實驗才能驗證知 識。 另外，Tsai和Liu（2005）提出學生的科學知識論觀點包含了五個向度內容，在各個 向度中可以根據受試者的反應，將其顯示的觀點區分為偏向建構主義或實證主義的觀點 如表表 4（修改自Tsai ＆ Liu, 2005, p1623-1624）。例如科學知識的發展是來自於科學 社群協商一項，如果學生能比較認同此觀點，則相近於建構主義所主張的科學學習是和 個體內在認知結構與外在社會脈絡有關的過程（Driver et al., 1994）。若學生的觀點是 偏向經驗主義或是實證主義的看法時，則會認為科學是個人獨自的探索過程，主要依賴
個人的努力而獲得發展。 在科學的創造發明本質項目裡，偏向建構主義觀點的受試者會認為科學是被創造發 明的，而不是被發現的。在此認知觀點中，人類的想像力與創造力在科學知識的發展中 會扮演一個重要的角色。 在觀察蘊含理論的項目裡，偏向建構主義觀點的受試者會認為科學家在進行科學觀 察及探索時，會受到個人的假設、價值標準及研究議程等因素的影響。而偏向實證主義 觀點的受試者則會認為科學知識是來自於完全客觀的觀察和程序步驟。 在科學受文化影響的項目裡，偏向建構主義觀點的受試者會認為科學知識發展的本 質是受到文化因素的影響，而偏向實證主義觀點的受試者則會認為科學是不受文化因素 影響的，而忽略在不同文化中獲得科學知識的方法。 科學知識的變易性和暫時性的項目裡，主要是指科學知識或概念改變的進展過程 中，偏向建構主義觀點的受試者會認為科學知識總是在改變並處於一個暫時的狀態。而 偏向實證主義觀點的受試者則會認為科學知識是代表自然的真理，所以是不會改變的。 表 4 科學知識論觀點各向度顯示建構主義與傳統知識論的比較表 科學知識論觀點向度 建構主義科學知識論觀點 實證主義的科學知識論觀點 科學社群協商 科學知識是由科學社群中，經由 社群協商，取得共識所得來的。 科 學 知 識 是 由 個 人 探 索 的 歷 程，主要是由個人的努力所致。 科學的創造發明本質 科學知識是來自於發明與創造 的。 科學知識是來自於發現的。 觀察蘊含理論 科學觀察是理論蘊含的。 科學觀察是理論中立的，絕對客 觀的。 文化影響 科學受文化脈絡影響。 科學不受文化影響。 科學知識的變易性和 暫時性 科學知識的發展是由概念改變 所造成的。 科學知識為目前的自然現象提 供暫時性的解釋。 科學知識的發展是由概念累積 所造成的。 科學知識表徵真實的世界。
肆、 小結 本節首先探討了兩種不同向度組成的科學知識論觀點，並比較了兩者在各個向度上 的相關性。傳統哲學取向與科學史及科學心理學取向的科學知識論觀點，在組成之向度 上是可以互相呼應的，而且即使組成的向度不同，但是以建構主義以及實證主義兩種取 向的科學知識論觀點作為檢視依據，判斷受測者在每個向度的回答反應，均能顯示出受 測者的科學知識論觀點趨向。 根據以上所探討的兩種不同的科學知識論觀點，本研究將實施結合顯性與隱性的教 學活動，並以各向度的觀點改變情形，作為受試學生的科學知識論觀點是否改變以及內 容如何改變依據。
第三節 改變個人科學知識論觀點的教學活動相關研究
在目前的學習環境下，能夠影響學生的科學知識論觀點的因素是相當多，諸如教師 的教法、使用的課程、教師個人的科學知識論信念、學生所感知的科學學習環境及學生 所接觸的媒體等。Lederman 在 1992 年的研究便指出，教師個人所持的科學知識論信念 透過在教學過程所使用的語言，就能影響學生對於科學本質的觀念。Tsai (2007)也指出 教師個人的科學知識論觀點透過教學活動的實施也會影響學生所感知的科學學習環 境，因此，在考量學校的學習環境下，教師是影響學生科學知識論觀點的重要人士，操 弄教師的教法以改變學生的科學知識論觀點應是一個頗具可行性的作法。根據Abd-El-Khalick ＆ Lederman (2000)對於改變教師對科學本質的觀點(NOS)相 關研究文獻回顧，認為改變教師對科學本質的看法，可以分為隱性(implicit)和顯性 (explicit)的兩種方法。所謂的顯性方法，是將改變教師對科學本質的看法視為實驗課程 的認知目標，透過直接教導科學史哲相關議題的方法，透過閱讀短評及科學發展史實等 形式，使得課程的認知目標得以達成。而所謂的隱性方法，是將改變教師對科學本質的 看法視為實驗探究活動的附屬課程目標，透過實際的實驗操作活動、探索式學習、小組 學習及同儕討論與分享等方式，使得課程目標得以達成。 Abd-El-Khalick ＆ Lederman 所提出將教學活動（或學習活動）區分為顯性及隱性 兩類，此種觀點提供我們檢視過去相關研究中，其所採用的教學活動（或學習活動）的 重要分類依據。 壹、 顯性方法 Tsai (2006)在重新建構職前及在職教師的科學知識論觀點研究中，採用顯性的教學 活動，包括直接教導科學哲學、探索學生的另有概念、教導概念改變的理論以及部分的 科學教室活動等。研究顯示職前教師及在職教師，在課程結束後，均改變了科學知識論
觀點。同時研究也發現，職前教師及在職教師探索學生的另有概念及學習概念改變理 論，對於教師改變科學本質的看法比直接教導科學哲學更有幫助。 另外，若將改變科學知識論觀點視為一種概念改變的歷程，則在教學活動的設計及 執行上，應盡可能的滿足Posner et al. (1982）所主張促使概念改變發生的四個條件：讓 學習者對已有概念不滿意（dissatisfaction），對於新概念也有最初的瞭解（minimally understand），新概念是看似合理（plausible）的，且可能可以適用到更廣的範圍（fruitful）， 在這些條件都具備下，學習者可能會發生概念改變。也因此，科學史哲的教材呈現形式 及執行上，除了直接敘述科學哲學的形式之外，過程中透過教材設計、教師提問及討論 等方式，挑戰學生的既有科學知識論觀點，使其對原有部分的科學知識論觀點感到不滿 足，並引介對學生而言，是可理解的、看似合理的及具有廣應用範圍的科學知識論觀點， 以促使其科學知識論觀點改變的發生。 另外近年來，對於六至九年級學生，採顯性教學活動促進學生科學知識論觀點改變 的實驗研究如表 5 所示，其中Khishfe ＆ Abd-El-Khalick (2002)的實驗研究結果仍然與 Abd-El-Khalick ＆ Lederman (2000)對於改變教師科學的本質的文獻回顧的結果一致， 使用使用顯性的教學方法比隱性的教學方法會更能促進學生的科學本質觀點改善。
表 5 採用顯性教學活動促進學生科學知識論觀點改變的研究對照表 研究 實驗設計 實驗參與 者 內容 實驗 時間 實驗結果 Khishfe ＆ Abd-El-Khalick (2002) 實驗組與對 照組實施前 後測 62 位六年 級的學 生，實驗 組與對照 組各31 位。 國小六年級 課程 2.5 個月 一、使用顯性的教學方 法比隱性的教學方法 會更能促進學生的科 學本質觀點改善。 二、使用隱性的教學方 法在科學本質觀點幾 乎沒有明顯的改變。 Khishfe(2008) 只有實驗組 18 位七年 級的學生 國中七年級 課程 3 個 月 以發展的觀點來看，學 生的科學本質觀點在 進入較成熟前會經歷” 過渡”階段。 Khishfe ＆ Lederman(2006) 實驗組與對 照組 42 位九年 級的學生 全球暖化的 議題以整合 及非整合的 方式附在當 時的學校課 程 6 週 一、無論整合或非整合 的課程，均使學生的科 學本質觀點獲得明顯 的改善。 二、兩種課程的效果幾 乎沒有差異。 贰、 隱性方法 雖然Abd-El-Khalick ＆ Lederman(2000)對於改變教師科學的本質的文獻回顧及 Khishfe ＆ Abd-El-Khalick (2002)的實驗研究結果一致的顯示使用使用顯性的教學方法 比隱性的教學方法會更能促進學習者的科學本質觀點改善，但不代表隱性方法是全然無 效的。根據Palmquist ＆ Finley (1997)的研究顯示，職前教師也可以從被教導概念改變、 探索導向的學習及合作學習等教學知識，在這些可視為隱性方法的過程實施後，其科學 知識論觀點被影響而偏向建構主義觀點。 Elder (2002) 研究改變國小五年級學生所持有的科學知識論觀點時，發現在學生經 歷動手做（hands-on）科學的教學活動前，學生已有成熟及質樸兩種摻雜的科學知識論 觀點。而Conley 等人在研究國小五年級學生的科學知識論觀點改變情形，其中學生所 歷經科學教學活動，也是類似的動手做探究式學習活動，活動中強調了科學過程技能，
包括了如何執行一個科學研究，收集資料，進行觀察，解釋結果，提出結論，以及在以 觀察獲得的證據為基礎上，檢驗其結論的正確性。結果顯示，學生在知識的來源和確定 性兩項上，有隨著時間成熟的跡象。但是在知識的發展及驗證兩項，卻沒有明顯的改變。 在教學活動的過程中，藉由讓學生實際體驗觀察現象會產生記錄取捨的心理歷程， 與從有限的證據產生科學結論，使得學生能夠在科學知識的產生（來源）及確定性方面 的看法上產生改變。但是由於整個教學活動設計的限制，使得小組討論的部分未能強 調，學生在知識的發展及驗證兩項上的改變並不顯著。
另外，Smith 等人（Smith, C. L., Maclin, D., Houghton, C., and Hennessey, M. G.）在 2000 年研究六年級學生的科學知識論觀點改變時，在整個實驗過程中，實驗組採取建構 主義式的學習環境，學生以四人為一組的小組形式，研究一些自然現象，並與其他的小 組成員或老師討論。過程中，學生被鼓勵提出自己對現象的解釋，教師並引導學生相互 討論使其建構出的想法概念能夠更為人所理解（intelligibility），聽似合理的 （plausibility），以及更能豐富的解釋其他現象（fruitfulness）。而對照組的學習環境裡， 雖然也有實驗活動，但是教學活動的主要目標在於科學教科書上科學事實的教導，教師 抱持著科學是確定不變的知識論態度，學生在實驗活動後並沒有去進一步的反思其實驗 的推論過程、結果的修正。 在實驗後的結果顯示，在對照組的學生發展出傾向科學是確定不變的科學知識論觀 點，而在建構主義式的學習環境中，學生的科學知識論觀點則偏向實驗活動是獲得科學 知識獲得的重要過程，另外能體驗實驗活動過程中，概念理解、概念發展和概念修正等 心理社會層面。 叁、 小結 從以上的相關研究發現，對於改變學習者的科學知識論觀點，在面對學習者已有堅
固的既有科學知識論觀點情況下，將改變學生科學知識論觀點，設定為直接的教學目 標，採用顯性方法的教學活動，結合適當的教學方法（如滿足概念改變產生的發生條 件），可以改變學習者既有的科學知識論觀點。 而在對於年紀較小的學生科學知識論觀點研究，研究者會考慮學生當時認知能力的 發展階段及學習經驗，無法直接教導科學哲學等相關概念，使其改變科學知識論觀點， 因此多以動手做科學的體驗方式，使學生能夠在完成科學學習活動後，體驗新的學習經 驗，使科學知識論觀點的改變以「副產品」的形式產生。在此，改變學生科學知識論觀 點的目標便設定為間接教學目標。 雖然改變學生科學知識論觀點的教學方法可以區分為顯性與隱性兩類，然而 Abd-El-Khalick ＆ Lederman(2000) 也主張不宜過分強調顯性與隱性的兩種教學方法之 間是有明顯而絕對的界限。尤其他們更指出，即使在教學活動中溶合了科學史的成分， 但是若缺乏了對科學本質多元看法的討論與反省，則還是被歸類為隱性的方法，而從事 科學探究活動後，若能給予學生澄清與反省整個活動中有關闡明科學本質觀點的概念架 構，則實質上是更趨近顯性的方法。因此，區別顯性與隱性教學活動的依據，除了內容 上是否使用科學史哲或是科學探究活動之外，活動是否能在反省與討論的過程中觸及到 科學本質或科學知識論觀點的相關議題，也是應作為分類的判斷參考。以Lin & Chen (2002)在改變職前教師科學本質之觀點的研究為例，所採取的教學內容除了教導職前教 師如何運用科學史去教導科學之外，另外實驗組的職前教師也要組成實驗小組去動手做 科學探究實驗，以重現科學史上重要實驗及理論的發展過程。整個教學活動除了有明顯 的顯性方法之外，在動手做的探究活動中其實已揉合若干隱性方法的成分，因此可以被 視為是結合顯性與隱性教學方法的一個例子。而此種方法為本研究的教學活動設計帶來 啟示。
在本研究中，考慮國中階段的學生，其現階段認知能力的發展及成熟度，以及學生 可能已具有既有科學知識論觀點的情況，在教學活動直接教導科學史哲的相關概念。然 而一直教導科學史哲的相關概念可能無法觸及實際科學活動中，科學家心智活動歷程所 呈現的科學知識論觀點，致使教學效果有限，因此結合隱性的教學方法，透過動手做、 及探究式實驗活動，使學生在探究的過程中，透過新的學習經驗，能夠體驗到新的科學 知識論觀點。
第三章 研究方法
本研究的主要目的是探討結合顯性與隱性的教學活動後，對於八年級學生科學知識 論觀點之影響。本章分五小節，將本研究的研究對象、研究工具、研究設計、資料蒐集 和資料處理與分析，加以說明。第一節 研究對象
本研究的研究對象是苗栗縣縣立某一所國中八年級的學生，從研究者任教的兩個班 級中分別為實驗組和對照組，其人數分配如表 6所示。 表 6 實驗組與對照組人數統計表 男 女 合計 實驗組 14 17 31 對照組 18 12 30 雖然學生的分班方式是依據電腦亂數分配所形成的常態分班法，但是為確保實驗組 和對照組兩個班級在教學前並無差異存，研究收集這兩班學生在七年級上、下學期數學 科及自然科的學期成績進行t考驗的統計分析，結果發現兩班在七年級上、下學期數學科 自然科的學期成績並未達到統計上顯著差異，因此可視為這兩班在教學前並無差異存 在，表 7為實驗組與對照組七年級自然科成績之t考驗摘要表。此外，由於轉學生的關係， 對照組人數在八年級時增加二位學生，以致在實施差異措施時，對照組的人數達到三十 位。表 7 實驗組與對照組七年級數學科及自然科成績之 t 考驗摘要表 人數 分數範圍 平均數 標準差 t 值 實驗組 31 38-92 69.35 16.45 0.111 上學期數學 科成績 對照組 28 37-98 61.96 18.42 實驗組 31 44-93 70.58 14.59 0.872 上學期自然 科成績 對照組 28 45-94 70.00 12.99 實驗組 31 26-92 62.84 18.83 0.124 下學期數學 科成績 對照組 29 19-96 54.48 22.59 實驗組 31 40-91 69.16 14.84 0.742 下學期自然 科成績 對照組 29 36-92 70.38 13.69
第二節 研究設計
根據本研究之研究目的與參考相關文獻，研究者考慮在研究進行時無法隨機選取或 分派受試者，只能就現有情境做最有效的控制，因此本研究採用準實驗設計（quasi-experimental design）之不相等對照組設計（nonequivalent-control group design）， 應用現有班級作為實驗的分組，實驗設計如表 8所示： 表 8 實驗設計 組別 實驗處理(共五個單元) 實驗組（一個班級） 前測 顯性與隱性的教學活動 後測 對照組（一個班級） 前測 一般傳統教學法 後測 本研究由研究者分別對兩個班級實施兩種不同的教學法，教學前先實施「科學觀點 問卷」與「科學知識論信念量表」之前測，經過五個單元的結合顯性與隱性的教學活動
後再實施「科學觀點問卷」與「科學知識論信念量表」之後測，本研究實驗組與對照組 之教學內容對照如表 9所示： 表 9 實驗組與對照組的教學內容對照表 單元名稱 第四章第一節 有機化合物 教學時間 90 分鐘(2 節) 教學過程 實驗組教學內容 時 間 對照組教學內容 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 進行4-1 的討論教室的討 論，藉以引起學生探究有機化合 物的興趣。 二、發展活動 1.說明有機化合物的由來。 2.說明過去所指的有機化合物 與現代所指的有機化合物的差 別。 3.說明碳是構成有機化合物的 重要成分。 三、綜合活動 1.介紹有機化合物的種類。 2.介紹日常生活常見的有機化 合物。 ～第一節結束～ 約 10 分 鐘 約 25 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 進行4-1 的討論教室的討 論，藉以引起學生探究有機化合 物的興趣。 二、發展活動 1.說明有機化合物的由來。 2.說明過去所指的有機化合物 與現代所指的有機化合物的差 別。 3.說明碳是構成有機化合物的 重要成分。 三、綜合活動 1.介紹有機化合物的種類。 2.介紹日常生活常見的有機化 合物。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 請學生準實驗4-1 的相關器材。 二、發展活動 1.進行實驗 4-1「檢驗竹筷的成 分」。 2.探索有機化合物中含有碳元 素，以協助學生印證課文中所 敘述之有機化合物概念 3.檢測學生之既有想法。 三、綜合活動 1.教師解說實驗中發生的現象。 2.進行實驗的問題與討論，請學 生討論完後發表討論的結果。 3.進行 4-1 想一想，請同學進行 分組討論後並上台發表結論。 ～第二節結束～ 約 5 分 鐘 約 30 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 請學生準實驗 4-1 的相關器 材。 二、發展活動 1.進行實驗 4-1「檢驗竹筷的成 分」。 2.探索有機化合物中含有碳元 素，以協助學生印證課文中所 敘述之有機化合物概念。 3.檢測學生之既有想法。 三、綜合活動 1.教師解說實驗中發生的現象。 2.進行實驗的問題與討論，請學 生討論完後發表討論的結果。 3.進行 4-1 想一想，請同學進行 分組討論後並上台發表結論。 ～第二節結束～ 單元名稱 第四章第二節 常見的有機化合物
教學時間 90 分鐘(2 節) 教學過程 實驗組教學內容 時間 對照組教學內容 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 以生活中常見的有機化合物 做引導，介紹常見的有機化合物 及其性質。 二、發展活動 1.說明有機化合物的性質隨原 子種類、原子數目及原子排列 的差異而有不同。 2.介紹常見烴類的性質 3.介紹常見的烴類在日常生活 中的應用。 三、綜合活動 請學生回家查看家中所用的 瓦斯的成分，並與同學討論。 ～第一節結束～ 約 10 分 鐘 約 25 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 以生活中常見的有機化合物 做引導，介紹常見的有機化合物 及其性質。 二、發展活動 1.說明有機化合物的性質隨原 子種類、原子數目及原子排列 的差異而有不同。 2.介紹常見烴類的性質 3.介紹常見的烴類在日常生活 中的應用。 三、綜合活動 請學生回家查看家中所用的 瓦斯的成分，並與同學討論。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 複習上一節課的內容。並說 明有機化合物中若只含有碳、 氫、氧，則稱為碳氫氧化合物。 二、發展活動 1.介紹各種碳氫氧化合物。 2.進行實驗 4-2「乙酸和乙醇的 反應」。 3.由教師操作實驗步驟，並請學 生仔細觀察實驗的過程及其發 生的現象。 4.請學生將實驗觀察及結果詳 細的記錄在活動紀錄簿上。 三、綜合活動 進行5-2-2「想一想」。 ～第二節結束～ 約 5 分 鐘 約 30 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 複習上一節課的內容。並說 明有機化合物中若只含有碳、 氫、氧，則稱為碳氫氧化合物。 二、發展活動 1.介紹各種碳氫氧化合物。 2.進行實驗 4-2「乙酸和乙醇的 反應」。 3.由教師操作實驗步驟，並請學 生仔細觀察實驗的過程及其發 生的現象。 4.請學生將實驗觀察及結果詳 細的記錄在活動紀錄簿上。 三、綜合活動 進行5-2-2「想一想」。 ～第二節結束～ 單元名稱 第四章第三節 聚合物和衣料 教學時間 145 分鐘(3 節) 教學過程 實驗組教學內容 時間 對照組教學內容 開始 學習活動 一、準備活動 1.由 5-3 討論教室所提出的問 題，聚集學生的注意力，引發 學生討論。 2.介紹塑膠在日常生活中的重 約 10 分 鐘 一、準備活動 1.由 5-3 討論教室所提出的問 題，聚集學生的注意力，引發 學生討論。 2.介紹塑膠在日常生活中的重
整理活動 結束 要性，及對環境的影響，引起 學生的注意。 二、發展活動 1.講解何謂聚合物。 2.講解天然聚合物和合成聚合 物的差異性。 3.介紹聚合物分類及在生活中 使用情形。 4.介紹塑膠的種類及其代號。 三、綜合活動 提出日常生活的例子，使學 生能多了解聚合物的使用狀況。 ～第一節結束～ 約 30 分 鐘 約 5 分 鐘 要性，及對環境的影響，引起 學生的注意。 二、發展活動 1.講解何謂聚合物。 2.講解天然聚合物和合成聚合 物的差異性。 3.介紹聚合物分類及在生活中 使用情形。 4.介紹塑膠的種類及其代號。 三、綜合活動 提出日常生活的例子，使學 生能多了解聚合物的使用狀況。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 經由「4-3-2 討論教室」，協 助學生以日常生活的經驗印證課 文中所敘述之概念，並檢測學生 之想法。 二、發展活動 1.透過「小檔案：美國塑膠工業 協會塑膠分類代碼」及「小檔 案：耐綸（Nylon）」提供與課 文內容相關專有名詞的參考資 料，使學生了解相關科學概念 的歷史發展過程。 2.經由學習活動中，提供相關的 問題，協助學生澄清概念，並 運用於生活情境之中。 三、綜合活動 測驗衣料纖維的簡易實驗辨 別法，增加學生的印象。課本習 題檢討。 ～第二節結束～ 約 10 分 鐘 約 30 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 經由「4-3-2 討論教室」，協 助學生以日常生活的經驗印證課 文中所敘述之概念，並檢測學生 之想法。 二、發展活動 1.透過「小檔案：美國塑膠工業 協會塑膠分類代碼」及「小檔 案：耐綸（Nylon）」提供與課 文內容相關專有名詞的參考資 料，使學生了解相關科學概念 的歷史發展過程。 2.經由學習活動中，提供相關的 問題，協助學生澄清概念，並 運用於生活情境之中。 三、綜合活動 測驗衣料纖維的簡易實驗辨 別法，增加學生的印象。課本習 題檢討。 ～第二節結束～ 開始 學習活動 顯性教學活動一 一、文章導讀 提示學生閱讀指定文章（深 嘗知識的甜蜜——海爾蒙特與生 理化學的興起）的重點，並提醒 文章的最後有一些簡短的問答 題，並沒有標準答案，請依自己 的想法回答。 二、文章閱讀 1.發下指定的文章 約 10 分 鐘 約 25 分 鐘 一、隨堂測驗。
整理活動 結束 2.向部分學生解釋問答題的題 意。 3.學生閱讀文章並寫下讀後的 問答題。 三、全班討論 根據文章後面的問題，請學 生發表個人的看法。 ～第三節結束～ 約 10 分 鐘 二、隨堂測驗檢討。 ～第三節結束～ 單元名稱 第四章第四節 常用的清潔劑 教學時間 90 分鐘(2 節) 教學過程 實驗組教學內容 時間 對照組教學內容 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 1.利用本節的討論教室內容，引 起學生學習動機。 2.教師準備肥皂製造的實驗器 材，並提示如何進行本實驗， 以及實驗的注意事項。 二、發展活動 1.老師說明討論教室的問題，並 請學生回答，引起學習動機。 2.在老師指導下，學生依課本步 驟完成實驗4-3。 三、綜合活動 老 師 歸 納 本 節 所 討 論 的 內 容，以及實驗之問題與討論做結 論。 ～第一節結束～ 約 10 分 鐘 約 30 分 鐘 約 5 分 鐘 一、準備活動 1.利用本節的討論教室內容，引 起學生學習動機。 2.教師準備肥皂製造的實驗器 材，並提示如何進行本實驗， 以及實驗的注意事項。 二、發展活動 1.老師說明討論教室的問題，並 請學生回答，引起學習動機。 2.在老師指導下，學生依課本步 驟完成實驗4-3。 三、綜合活動 老 師 歸 納 本 節 所 討 論 的 內 容，以及實驗之問題與討論做結 論。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 複習上一節課實驗結果與問 題討論 二、發展活動 教師利用實驗的結果，說明 肥皂的去汙原理，並介紹日常常 見的合成清潔。 三、綜合活動 以 5 分鐘的時間，針對常用 的清潔劑做結論。 ～第二節結束～ 約 10 分 鐘 約 30 分 鐘 約 5 分 鐘 一、準備活動 複習上一節課實驗結果與問 題討論 二、發展活動 教師利用實驗的結果，說明 肥皂的去汙原理，並介紹日常常 見的合成清潔。 三、綜合活動 以 5 分鐘的時間，針對常用 的清潔劑做結論。 單元名稱 第四章第五節 食品科技 教學時間 90 分鐘(2 節) 教學過程 實驗組教學內容 時間 對照組教學內容 開始 一、準備活動 約 5 一、準備活動
學習活動 整理活動 結束 利用周遭生活中可見的食 物，引發學生思考食物科技進步 對人類生活的影響。 二、發展活動 1.利用討論教室單元，教師說明 悶燒鍋和壓力鍋的應用，使學 生思考食物和溫度、壓力的關 係。 2.教師舉出生活中食品釀製的 成品，引發學生了解釀製的方 法與原理。 三、綜合活動 1.教師說明食物保存的方法 2.以 5 分鐘的時間，針對釀製的 方法與原理做結論。檢討第四 章 第四、五節的習題。 ～第一節結束～ 分 鐘 約 30 分 鐘 約 10 分 鐘 利用周遭生活中可見的食 物，引發學生思考食物科技進步 對人類生活的影響。 二、發展活動 1.利用討論教室單元，教師說明 悶燒鍋和壓力鍋的應用，使學 生思考食物和溫度、壓力的關 係。 2.教師舉出生活中食品釀製的 成品，引發學生了解釀製的方 法與原理。 三、綜合活動 1.教師說明食物保存的方法 2.以 5 分鐘的時間，針對釀製的 方法與原理做結論。檢討第四 章 第四、五節的習題。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 顯性教學活動二 一、文章導讀 提示學生閱讀指定文章（迷 失 執著 狂熱：當代“民間科學 家”是與非及阿瑞尼士與游離說） 的重點，並提醒文章的最後有一 些簡短的問答題，並沒有標準答 案，請依自己的想法回答。 二、文章閱讀 1.發下指定的文章，進行閱讀。 2.學生寫下讀後的問題回答。 3.針對部分學生解釋問題的題 意。 三、全班討論 根據文章後面的問題，請學 生發表個人的看法。教師並提示 故事背後有關科學史哲的意義。 ～第二節結束～ 約 5 分 鐘 約 30 分 鐘 約 10 分 鐘 一、隨堂測驗。 二、隨堂測驗檢討。 ～第二節結束～ 單元名稱 第五章第一節 力 教學時間 135 分鐘(3 節) 教學過程 實驗組教學內容 時間 對照組教學內容 開始 學習 活動 一、準備活動 引起動機 日常生活中無論是工作、運 動、活動等皆需要力，那麼力是 什麼呢？ 二、發展活動 約 10 分 鐘 約 25 一、準備活動 引起動機 日常生活中無論是工作、運 動、活動等皆需要力，那麼力是 什麼呢？ 二、發展活動
整理 活動 結束 1.說明力的效應：將物體產生形 變，藉此講解力的效應。 2.說明力的種類：利用教材介紹 力的種類。 3.說明力的三要素：利用教材講 解施力時需注意三個重點。 三、綜合活動 綜合上面的教學，舉一例子 測驗學生對力的認識程度，了解 學生的學習狀況。 ～第一節結束～ 分 鐘 約 10 分 鐘 1.說明力的效應：將物體產生形 變，藉此講解力的效應。 2.說明力的種類：利用教材介紹 力的種類。 3.說明力的三要素：利用教材講 解施力時需注意三個重點。 三、綜合活動 綜合上面的教學，舉一例子 測驗學生對力的認識程度，了解 學生的學習狀況。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 引起動機 請學生每人拿出一條橡皮筋，將 橡皮筋拉長，感覺一下，不同的 伸長量，手的拉力有何不同。 二、發展活動 1.進行實驗 5-1 力的測量，探討 如何利用彈簧的伸長來測量 力。 2.教師先說明操作流程、操作時 注意事項，及觀察重點。 3.分組操作實驗，教師巡視各組 實驗狀況及進度，並適時予以 指導、糾正。 4.利用實驗數據，引導出虎克定 律，並說明虎克定律的意義。 5.講解應用虎克定律的演算。 三、綜合活動 透過操作實驗後，教師將各 組實驗數據，提出討論，讓同學 了解彈簧的長度與所掛的砝碼的 重量兩者之間的關係。 ～第二節結束～ 約 10 分 鐘 約 25 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 引起動機 請學生每人拿出一條橡皮筋，將 橡皮筋拉長，感覺一下，不同的 伸長量，手的拉力有何不同。 二、發展活動 1.進行實驗 5-1 力的測量，探討 如何利用彈簧的伸長來測量 力。 2.教師先說明操作流程、操作時 注意事項，及觀察重點。 3.分組操作實驗，教師巡視各組 實驗狀況及進度，並適時予以 指導、糾正。 4.利用實驗數據，引導出虎克定 律，並說明虎克定律的意義。 5.講解應用虎克定律的演算。 三、綜合活動 透過操作實驗後，教師將各 組實驗數據，提出討論，讓同學 了解彈簧的長度與所掛的砝碼的 重量兩者之間的關係。 ～第二節結束～ 開始 學習活動 一、準備活動 教師準備實驗 5-2 力的平衡 的實驗器材，並示範如何進行本 實驗，以及實驗的注意事項 二、發展活動 1.在老師指導下，學生依課本步 驟完成實驗。 2.說明力圖的表示法：將力的三 要素圖像化，加強學生的認 約 5 分 鐘 約 35 分 鐘 一、準備活動 教師準備實驗 5-2 力的平衡 的實驗器材，並示範如何進行本 實驗，以及實驗的注意事項 二、發展活動 1.在老師指導下，學生依課本步 驟完成實驗。 2.說明力圖的表示法：將力的三 要素圖像化，加強學生的認
整理活動 結束 知。 3.說明二力平衡的條件。 三、綜合活動 以本節課所作實驗之問題與 討論做結論。 ～第三節結束～ 約 5 分 鐘 知。 3.說明二力平衡的條件。 三、綜合活動 以本節課所作實驗之問題與 討論做結論。 ～第三節結束～ 單元名稱 第五章第二節 摩擦力 教學時間 135 分鐘(3 節) 教學過程 實驗組教學內容 時間 對照組教學內容 開始 學習活動 結束 一、準備活動 引起動機 以「推不動桌子是因為推力 小於摩擦力嗎」的問題和之前學 得的「兩力平衡」概念並呈，引 發學生討論。 二、發展活動 1. 進 行 實 驗 5-3 摩 擦 力 的 性 質，教師講解操作流程，操作 注意事項及觀察重點。 2.講解摩擦力隨物體的運動狀 態而有不同性質。 ～第一節結束～ 約 10 分 鐘 約 35 分 鐘 一、準備活動 引起動機 以「推不動桌子是因為推力 小於摩擦力嗎」的問題和之前學 得的「兩力平衡」概念並呈，引 發學生討論。 二、發展活動 1. 進 行 實 驗 5-3 摩 擦 力 的 性 質，教師講解操作流程，操作 注意事項及觀察重點。 2.講解摩擦力隨物體的運動狀 態而有不同性質。 ～第一節結束～ 開始 學習活動 整理活動 結束 一、準備活動 引起動機 1.藉由上一節實驗所得討論結 果，進一步探討何謂摩擦力及 如何去改變摩擦力大小。 2.教師提出日常生活中時常碰 到的例子，引起學生討論的興 趣。 二、發展活動 1.藉由實驗過程中，觀察拉力的 改變情況，講解摩擦力的種 類。 2.解合日常生活的例子，增加學 生的印象。 3.說明摩擦力對日常生活的影 響。 4.講解如何去正確地改變摩擦 力。 三、綜合活動 1. 教 師 提 出 日 常 生 活 中 的 例 子，讓學生去回答出如何使用 約 10 分 鐘 約 25 分 鐘 約 10 分 鐘 一、準備活動 引起動機 1.藉由上一節實驗所得討論結 果，進一步探討何謂摩擦力及 如何去改變摩擦力大小。 2.教師提出日常生活中時常碰 到的例子，引起學生討論的興 趣。 二、發展活動 1.藉由實驗過程中，觀察拉力的 改變情況，講解摩擦力的種 類。 2.解合日常生活的例子，增加學 生的印象。 3.說明摩擦力對日常生活的影 響。 4.講解如何去正確地改變摩擦 力。 三、綜合活動 1. 教 師 提 出 日 常 生 活 中 的 例 子，讓學生去回答出如何使用
