科學故事融入教學對國小學童科學本質與科學創造力之影響的研究

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(1)國立台中教育大學科學應用與推廣學系碩士班碩士論文. 指導教授：賴羿蓉博士許良榮博士. 科學故事融入教學對國小學童科學本質與科學創造力之影響的研究. 研究生：溫錦隆撰中華民國九十六年一月.

(2) 科學故事融入教學對國小學童科學本質與科學創造力之影響的研究摘要本研究旨在探討以科學故事融入自然科教學，對於學童的科學本質觀及科學創造力的影響。研究對象為立意取樣選取某國小兩個六年級班級，一班為實驗組共二十六位學童，進行以科學故事融入教學之處理；另一班為對照組共二十七位學童，未進行本研究之實驗教學。研究工具為自編之科學本質觀量表及科學創造力測驗，兩者均經過專家審查，並經預試取得其信度，科學本質觀量表信度 Cronbach α 值為 .842，科學創造力測驗信度Cronbach α 值為 .685，皆具有一定之信度，作為兩班教學前後測之用，另外隨機選取實驗組學童10位進行晤談，將所得研究資料進行相關統計考驗與質性分析，以進一步了解學童對於科學本質的認知與科學創造力的認識。研究結果如下：（一）實施科學故事融入自然科教學，可提昇學童對科學本質觀的認識。（二）實施科學故事融入自然科教學，可提昇學童之科學創造力。（三）學童對於科學故事融入自然科教學之心得感受均持正向支持的態度。關鍵詞：科學本質、科學創造力、科學故事、國民小學、科學教育。.

(3) The Research of Influence in Nature of Science and Scientific Creativity through Integrated Teaching in Scientific Story to Elementary School Students Abstract The purpose of the study is to explore the influence of integrated teaching in scientific story on nature of science and scientific creativity. Selected by purposive sampling, two classes of six graders were invited to be the participants of the study. One class with 26 students received scientific story integrated teaching was the experimental group; whereas the other class with 27 students was the control group without experimental teaching. The instruments use in this study was self-developed questionnaires contain scientific creativity test and nature of science questionnaire. Both of them were proofread by experts, and pretests were given to confirm their reliability. Reliability for Nature of Science by cronbach α is .842 and that of Scientific Creativity is .685. Pretest and posttest were given for students based on the reliability of questionnaires. In addition, 10 elementary school students were randomly selected for interviews to obtain further qualitative data for further analysis accompanied with quantitative data by statistical tests for elementary school students’ understanding of nature of science and scientific creativity. The results of research are as following:First, students’ concept of nature of science is improved through integrated teaching of scientific story in nature science. Second, students’ concept of scientific creativity is improved through integrated teaching of scientific story in nature science. Third, students show positive feelings towards integrated teaching of scientific story in nature science in their reflections. Key words: Nature of Science, Scientific Creativity, Scientific Story, Elementary School, Scientific Education..

(4) 目錄摘要……………………………………………………………………I 目次表…………………………………………………………………III 表次……………………………………………………………………V 圖次……………………………………………………………………IX 附錄次…………………………………………………………………X 第壹章緒論…………………………………………………………1 第一節研究動機與重要性……………………………………1 第二節研究目的與待答問題…………………………………5 第三節名詞釋義………………………………………………6 第四節研究限制………………………………………………8 第貳章文獻探討……………………………………………………9 第一節科學史融入教學………………………………………9 第二節故事融入教學的理論類型與方法……………………22 第三節科學創造力在教育上的重要性………………………33 第三章研究方法……………………………………………………51 第一節研究架構………………………………………………51 第二節研究設計………………………………………………52 第三節研究流程………………………………………………60 第四節研究對象………………………………………………62 第五節研究工具………………………………………………64 第六節研究情境………………………………………………72 第七節資料蒐集及分析………………………………………72 第四章結果與討論…………………………………………………79 第一節科學故事融入教學對學童「科學本質觀」的影響…79 第二節科學故事融入教學對學童「科學創造力獨特性」的影.

(5) 響………………………………………………………99 第三節科學故事融入教學學童對自然科學習的心得與感受………………………………………………………116 第五章結論與建議…………………………………………………143 第一節結論……………………………………………………143 第二節建議 …………………………………………………145 參考文獻 ……………………………………………………………149 中文文獻 ………………………………………………………149 英文文獻 ………………………………………………………155 附. 錄 ………………………………………………………159.

(6) 表次表 2-1-1 國內外學者對科學史教學功能的觀點………………………11 表 2-1-2 國外相關文獻所提出科學本質的內涵及範疇重要觀點……15 表 2-1-3 傳統與當代科學本質之模式…………………………………17 表 2-1-4 科學史教學與科學本質的相關研究比較……………………21 表 2-2-1 近年來運用「故事」在教學之相關研究………………………27 表 2-3-1 國內培育科學創造力的相關研究……………………………42 表 2-3-2 創造力評量工具的類別………………………………………45 表 3-2-1 本研究之教學活動內容..…………………………………54 表 3-4-1「科學創造力測驗」預試樣本人數分配表………………62 表 3-4-2「科學本質觀量表」預試樣本人數分配表………………63 表 3-4-3. 正式施測樣本人數分配表………………………………64. 表3-5-1 本研究所使用科學本質觀量表各向度題數分配表…………66 表3-5-2 科學本質觀量表預試信度分析表……………………………67 表 3-5-3 科學創造力測驗題本預試信度分析表………………………68 表 3-5-4 科學創造力測驗各題在各向度上的成分摘要表……………68 表3-5-5 本研究修改後的科學創造力測驗題目與對應構念表………69 表 3-7-1 本研究的量化與質性資料種類與來源……………………… 77 表 4-1-1 實驗組與對照組學童在實驗教學前的「科學本質觀」.

(7) 描述統計表 …………………………………………………80 表 4-1-2 兩組學童在前測中「科學知識本質」各題得分的平均數及標準差 …………………………………………82 表 4-1-3 兩組學童在前測中「科學方法本質」各題得分的平均數及標準差 …………………………………………84 表 4-1-4 兩組學童在前測中「科學事業本質」各題得分的平均數及標準差 …………………………………………86 表 4-1-5 實驗組與對照組學童之「科學本質觀」後測得分描述統計表 …………………………………………………87 表 4-1-6 兩組學童在後測中「科學知識本質」各題得分的平均數及標準差. ………………………………………88. 表 4-1-7 兩組學童在後測中「科學方法本質」各題得分的平均數及標準差. ………………………………………90. 表 4-1-8 兩組學童在後測中「科學事業本質」各題得分的平均數及標準差. ………………………………………92. 表4-1-9 實驗組與對照組科學知識本質組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ………………………………………………94 表4-1-10 實驗組與對照組科學方法本質組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ………………………………………………95.

(8) 表4-1-11 實驗組與對照組科學事業本質組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ………………………………………………95 表4-1-12 實驗組與對照組科學本質觀組內迴歸係數同質性檢定摘要表 …………………………………………………96 表4-1-13 兩組在科學本質觀各分量及總量調整前後之總分平均數與標準差 ………………………………………………96 表4-1-14 實驗組與對照組科學本質觀之共變數分析摘要表……97 表4-2-1 科學創造力測驗前測實驗組及對照組得分分析表 ……100 表 4-2-2 科學創造力測驗後測實驗組及對照組得分分析表 ……104 表 4-2-3 科學創造力測驗前測實驗組與對照組答項出現較多次數之排行 …………………………………………108 表 4-2-4 科學創造力測驗前測實驗組與對照組答項出現較多次數之排行 …………………………………………109 表4-2-5 科學創造力實驗組與對照組前後測答項種類次數比較表 ………………………………………………110 表4-2-6 兩組科學創造力測驗各題得分及總分組內迴歸係數同質性檢定摘要表 ………………………………………113 表4-2-7 兩組在科學創造力各題及總分調整前後之總分平均數與標準差 …………………………………………………114.

(9) 表4-2-8 實驗組與對照組科學創造力測驗之共變數分析摘要表……………………………………………………115 表 4-3-1 學童是否喜歡科學故事融入教學的上課方式 ………117 表 4-3-2 學童對上課的內容是否覺得豐富 …………………117 表 4-3-3 學童上課後的收穫情形 ……………………………118 表 4-3-4 學童對科學故事融入教學內容的興趣 ……………119 表 4-3-5 學童最喜歡的故事教學單元 ………………………120 表 4-3-6 學童對把科學故事內容在生活中的應用之了解 …121 表 4-3-7 學童對科學故事融入教學以後學習是否進步 ……122 表 4-3-8 學童對上課方式比較專心 …………………………123 表 4-3-9 學童對老師講故事的方式是否喜歡 ………………124 表 4-3-10 學童對所學之知識的分享意願 ……………………125 表 4-3-11 學童對老師上課方式改變的期望. ………………126.

(10) 圖次圖2-3-1 創造力本質……………………………………………………37 圖 3-1-1 研究架構圖 ……………………………………………… 52 圖3-2-1「互動式歷史小品」教學設計………………………………57 圖 3-3-1 研究流程圖 ……………………………………………… 61 圖 3-5-1 各項研究工具正式施測流程圖………………………………71 圖4-1-1 兩組科學方法本質交互作用圖………………………………98 圖4-2-1 科學創造力兩組前後測各題答項種類次數長條圖………111.

(11) 附錄次附錄一. 科學創造力測驗問卷…………………………………159. 附錄二. 科學本質觀量表………………………………………160. 附錄三之一. 誰發現了氧氣？------拉瓦錫的故事………………163. 附錄三之二. 腳踏車的科技發展史. 附錄四. ……………………………169. 科學創造力測驗答案資料庫與計分對照表…………175. 附錄五之一科學故事學習單(一)…………………………………188 附錄五之二科學故事學習單(二)…………………………………189 附錄五之三腳踏車單元學習單(一) ………………………………190 附錄五之四腳踏車單元學習單(二) ………………………………191 附錄六. 學習心得問卷 ………………………………………192. 附錄七. 晤談內容的題目 ……………………………………193. 附錄八. 科學創造力測驗兩組前後測各題答項統計表………194.

(12) 第一章緒論第一節研究動機與重要性壹、研究動機隨著九年一貫課程的推動，課程多元而豐富。以領域取代過去分科的結果，使得以往以科目的教學面貌亦隨之改變，取而代之的是強調融入各科教學及課程設計的統整（教育部，2003）。在1996年當時由行政院教改審議委員會提出的「教改總諮詢報告書」，有關教育鬆綁、帶好每位學童、暢通升學管道、提升教育品質、建立終生學習社會等目標，大多也已經達到，至於外界批評十年教改，並沒有減輕學童壓力，教育部部長杜正勝認為：其實至少在國小階段，學童的學習壓力是減輕了，學童活動更多元、活潑，老師教學更自主，學童各方面的才藝、技能也比以前更豐富（徐詠絮，2005）；因此國小學童在這大環境之下，仍保持一個所謂「優遊自在」的學習天地時，我們應該亟思如何在這黃金時期給學童一個良好的啟蒙教育，「給學童帶得走的能力」，在這不強調背誦、注重理解，主張建構知識，科學學習要以探究方法來學習的教學取向，如何在培養科學過程技能與建構科學概念的歷程中，培養學童科學創造力，以適應未來生活的需要；增進對科學本質的認識，以提昇學童的科學素養，變成是日益迫切的課題（Yager,1990；李賢哲，2001）。邇來，知識經濟的時代已悄然來臨，台灣經濟雖然過去屢創佳績，但是近來因台商將投資重心移往大陸，勞力密集產業已不是台灣產業的優勢項目，因此唯有發展知識經濟產業，才是台灣創造另一次經濟奇蹟的契機，因此培育下一代的創造力是未來教育的重點，傳統的注重背誦記憶的學習方式，已經不符合現今教育建構主義的原則，因為現今的時代是資訊爆炸的時代，每個人不可能遍讀群書，就算能飽讀群書，能將知識、觀念轉化成解決問題的能力，對國家才是真正有貢獻，而這一切都需要孩子具. 1.

(13) 有創造性，因此現在所要面臨的問題，應該是如何培養學童具有創造性思維，具備問題解決的能力，在這知識經濟時代的當下更顯出其重要性。教育部（2002）創造力教育白皮書就明白宣示：創造力與創新能力之培育，不僅是提升國民素質之關鍵，亦為發展知識經濟之前提。九年一貫課程實施後，教師對教科書已有自主權，學童的學習教材已不是全國統一的教科書，在此刻教師角色由「官定課程的執行者」轉變成「課程的設計者」，這樣的轉變是教師自主權的善用以及對自己的課程負責的表現(饒見維，2001)，然如何將課程教材做適當的編排與運用在教學上，讓學童有更佳的學習成效，培養他們帶得走的能力，並且培養科學創造力，以應二十一世紀新生活世代的生活技能之所需，所以在這樣的思維下，造就很多研究者投入研究與開發新課程之教材與教法的研究，在教學研究方面，有學者探討學習策略（如概念圖學習法、學習環學習法）的效益（Novak ＆ Johansen,1983；許榮富、楊文金、洪振方，1990；黃萬居， 1993；林曉雯，2000），並有學者研究教學法（如建構式教學法）對教學的影響層面等等（Von Glasersfeld, 1989；郭重吉，1992；游家政，1998；楊龍立，1998）。而科學史的融入教學這個領域，台灣在二十幾年前才開始有學者做初探的研究，這樣的一個轉變，為實事求是的科學教育注入一股人文思潮，也對科學教育開始重視科學素養的培育開創新的里程碑，多數的學者也對科學史融入教學持高度肯定的態度（洪振方，1998；許良榮、李田英，1995；傅麗玉，1996），但在實施上仍有其要注意的地方，所以就有學者對科學史融入教學提出建言（Matthews,1994;侯志祥、許良榮， 2000），他們指出科學史有些是無法與真正的歷史有其一致性，因此在教材的運用上要特別留意，以免造成學童學習上不良的影響。又在教材的選擇方面上，賴羿蓉（1996）的研究中指出，不適宜的科學史教材，會讓學童的科學學習產生不正確的認知。因此，如何慎選科學史題材及如何正確引導學童學習，是教師的專業知能及科學素養的表現，也亟需科學教育研 2.

(14) 究者提供更多的科學史教學資源，提昇教師將科學史融入課程的意願。 Matthews（1994）曾說過：「學者們於不同的時、地，都曾經有要將科學史融入課程中的幾個訴求，諸如：1.史料能增進對科學概念及科學內容較好的理解力。2.科學知識的發展與個體思想的發展，可藉由歷史上的研討相互連接。3.在瞭解科學的本質上，歷史有其必要性。」小朋友是喜歡聽故事的，有的孩子甚至要聽故事才能入夢，可見故事對小孩子的吸引力是與生俱來的，故事的情境能讓小孩子神遊其間，讓他們的思考空間加大，促進他們的思考力及創造力，所以若能有合乎「科學本質」的故事，提供給現場教學者運用，建構一個故事情境的教學模式，是否可以提升學童的科學本質，並且對於科學創造力的提昇是否可以有所助益，是值得研究的問題。知道「一千零一夜」這故事由來的人，就知道會說故事，而且可以把故事說得很好聽又動人心弦的話，不僅可以自救也可以救人，那位擅長說故事的才女--宰相的女兒莎赫札德憑著她的機智與膽識，將故事娓娓道來，居然讓國王做出不再殺人的決定，這樣的迂迴轉折，顯見故事之中蘊含的力量是非常巨大的。吳英長（1979）說到故事的功能，就提到可以激發兒童的想像力：比如故事的開頭往往不是「從前…」就是「在一個遙遠的地方」，很快地就會把小朋友帶到另一個世界，任由他們幻想、遨遊。而且配合故事情節，小孩子就會構想如何解決故事中主角遇到的困難，若是故事情節中主角解決了問題，也會激發他們如法炮製，提出更多的想法，這種「創造力」的種子就埋在小朋友的心田裡了。再者，我們在孩提時代常聽的中外科學家的故事，如蔡倫造紙、曹沖秤大象重量的故事、牛頓發現地心引力與愛迪生熱衷發明的故事等等，是否也在孩子的心田中產生科學創造力的種子。故事的力量是無遠弗屆的，而且故事提供了簡要而完整的發展情節，清楚表達敘事者的意涵與期望，若將故事加以組織、剪裁、穿插、運用，則更有利於學童學習（李錫津，2002）。中西方都有不同的故事，如何將 3.

(15) 科學故事融入教學中，引起學童的學習動機，使學童的學習趣味化及情境化，並增進科學概念及科學內容的理解力，是否可在歷史的串連下促進對科學本質的了解，提昇科學創造力，是研究者所欲深究的問題。. 貳、研究的重要性處於今日「知識經濟」的時代，不論國家或企業要生存發展，都需要以知識為基礎，知識經濟的基礎在「知識」與「創新」，而「創新」是依附在「知識」中，「知識」則是依附於「人才」，所以人才的培養是教育的首要工作（賴景昌、林國仕，2004）。在二十一世紀的教育改革中，培養具有科學素養的國民乃是科學教育的重要目標（ Bybee ＆ DeBoer,1994），學童在求學階段是否具備吸收、消化及運用知識的能力，關係其未來能否承擔個人及國家發展的成敗，而此項能力的最大關鍵，便是科學素養及科學創造力的養成。自然學科是科學學習的基礎，更是促進創造思考的關鍵。目前實施九年一貫課程綱要所規劃的七大學習領域，自然與生活科技即是其中的一環。如何藉教學法的精進來培養學童科學本質的正確理解和靈活運用創思增進對自然世界的認識並且具有科學創造力，面對日益科技化的世界，科學教育扮演著非常重要的角色，雖然除了少數的專業人士需要尖端的科學知識及科技能力，一般人則需要普及的科學知識。提昇所有學童的科學素養（scientific literacy），使未來的公民具有參與科學與科技世界的能力，是現代科學教育改革的主要目標（陳勇志等人，1998）。在當前一些科學教育改革行動中，普遍將增進學童對於科學本質（ Nature of science ）的理解列為重要的課題（AAAS,1989；Duschl,1990；Fensham,1992；National academy,1996； Lederman,1998）。Gallagher（1991）、Solomon ＆ McCathy(1992)及翁秀玉、段曉林(1997)則是從科學課程與教學的改進來增進學童這方面的能力(引自黃鴻博，1998），因此增進學童對科學本質的理解、對科學課程 4.

(16) 及教學方法及策略的精進，都是研究者所共同努力的目標。因此科學史是塊蘊藏巨大精神財富的寶地（陳勇志等人，1998），其在科學教育上具有多重的角色與功能，廣為學者所認定。因此，整合科學史融入科學教育改革中，是國際科學教育的趨勢，在1985年美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science,簡稱AAAS）主導的2061 科學教育改革專案（Project 2061）出版的「Science for All Americans」指出，科學史是科學教育改革中不可或缺的部分，該專案極力強調科學史應被納入學校科學課程中，是基於兩大理由：（一）若是缺乏實例，將無法將科學運作的方式傳遞給學童，（二）科學史於文化之傳承具極大的意義。由此可見科學教育的教學活動若能加入科學史，則對於學童是有益的，對於其未來一生的學習活動有著深遠影響。面對今日媒體發達，聲光、影像的科技衝擊，的確有必要在教師與家長的努力下，齊力對學童的科學素養做一番努力。. 第二節研究目的與待答問題壹、研究目的本研究旨在針對「氧氣和二氧化碳」及「腳踏車」兩個單元，探討在自然與生活科技領域中融入科學史教學，對國小六年級學童持有之科學本質及科學創造力的影響情形。根據研究動機，茲將本研究擬達成的目的條列如下：一、探討融入科學故事教學，對於國小六年級學童持有科學本質觀點之影響。二、探討融入科學故事教學，對於國小六年級學童持有科學創造力獨特性之影響。三、探討融入科學故事教學，國小六年級學童在科學學習上的心得與感受。 5.

(17) 貳、待答問題為達到上述之目的，本研究之待答問題如下：一、融入科學故事教學，對國小六年級學童科學本質觀的影響為何？二、融入科學故事教學，對於國小六年級學童的科學創造力獨特性的影響為何？三、融入科學故事教學，國小六年級學童在自然科學學習上的心得與感受為何？. 第三節名詞釋義一、國小學童本研究所指的國小學童，係指本研究的實驗對象彰化縣某國小六年級學童。. 二、科學故事本研究以有關氧氣及二氧化碳發現的科學史與有關腳踏車等科技發展史的故事為主軸，改編成適合國小六年級學童程度之教學故事集，做為實驗教學的教學素材；一般科學史均依照年代的順序加以敘述，但本研究之科學故事內容係研究者從科學史擷取與課程有關之科學家生平、軼事軼聞及科學發現等，並配合科學家傳記內容與相關的科學本質觀點加以編寫，在課堂上以口語化及簡報(powerpoint)的方式來表達，故本研究以科學故事稱之，而不稱為科學史。. 三、融入式教學融入式教學是把要學童學習的內容，適當的安排在既有的課程之中，希望教學之後達到預期的效果。本研究是將科學故事的內容融入自然與生活科技教學中，做為國小學童自然與生活科技的課外補充教材。 6.

(18) 四、科學本質本研究的科學本質乃參考國內外科教學者定義的內涵，並依循教育部（2003）在國民中小學九年一貫課程綱要「自然與生活科技」學習領域對科學本質的訴求，界定本研究之科學本質內涵。換言之，本研究之科學故事乃以「九年一貫科學本質能力指標」來設計，融入科學史中科學家的科學發現的歷程、使用的科學方法、所建立的科學知識變遷的情形，讓學童了解並體會科學本質的內涵，並參考林陳涌（1996）、丁嘉琦（1999）、柯玉婷（2000）所編製的科學本質量表，依本研究需求，編擬適合國小高年級學童程度之科學本質量表，以評測實驗教學前後之改變情形；受試者在此自編量表得分越高，代表其科學本質越趨於當代觀點。. 五、科學創造力 Torrance（1965）、洪文東（1997）、洪振方（1998a）等人將科學創造力定義為是個人在科學問題的解決歷程中，發現問題並將問題界定清楚以後，運用個人的知識背景及科學素養（包括科學知識、科學方法、科學態度等等）形成解決問題的策略，經過個人的邏輯推理及評鑑歷程，而形成一套具有流暢性、變通性、獨創性、精進性等特點的策略。在這樣的一個歷程中所產生的結果便是科學創造力。依此，本研究將科學創造力界定為在既有科學知識及條件下，發揮獨特思考力構思與現今存在的事實不一樣的事物，有其邏輯性與組織性，且有其創意存在，並非像藝術創作那般可以天馬行空，做表徵性的敘述或展現，而是要以科學知識架構為主體，具體呈現他的創造思維。並參考陳振明（2004）取材自 Hu ＆ Adey（2002）的科學創造力測驗的版本，依本研究需求，改編成適合國小高年級學童程度之科學創造力測驗，以評測實驗教學前後之改變情形；受試者在此自編測驗得分越高，代表其科學創造力之獨特力越高。. 7.

(19) 第四節研究限制本研究由於人力、時間、物力等客觀因素無法完全配合，有下列幾點限制：一、本研究採用準實驗研究法，研究對象為彰化縣某國小六年級兩個班的學童，該校為市郊小型的學校，因此研究結果的解釋與推論，適用於同年齡同性質的學童，對於不同類型之地區或學校，或因城鄉差距而有影響，課程使用或結果推論應有所斟酙。二、本研究之科學創造力測驗評分標準取得之施測方式，是以立意取樣方式抽取彰化縣鹿港鎮、福興鄉、彰化市之五所國小之六年級學童作為施測對象，共計約 309 個學童；而正式施測時僅以實驗教學的班級及對照組的班級兩班學童作為施測對象，因此研究工具的使用與結果的推論應考慮其區域之限制。三、本研究所實施的教學單元，係取自南一版第七冊六上的自然與生活科技一科中「氧氣與二氧化碳」及「腳踏車」等兩單元，對於使用其他版本之的教學而言，所編寫的科學故事課程是否適用，需再多加斟酌能否直接引用。. 8.

(20) 第二章文獻探討本章第一節：探討科學史在科學教學的重要性、科學本質的範疇與內涵及科學史教學對科學本質的影響；第二節說明故事融入教學的理論基礎及其類型與方法、科學創造力在科學史教學的應用；第三節則分析科學創造力在教育上的重要性，包括探討以科學創造力的本質與內涵及科學創造力的教學與評量等。各節詳細內容分述如下。第一節科學史融入教學一、科學史在科學教育的重要性 Lakatos（1970）曾說：「沒有科學史的科學哲學是空洞的，沒有科學哲學的科學史是盲目的。」基於這樣的觀點可以發現，科學史與科學哲學是可以互用的，科學史與科學哲學在科學教學的重要意義，晚近的許多文獻中都有提述，除了讓學童認識科學本質之外，更可以讓學童明瞭科學的演進歷程，對於科學的學習付諸於學童更具意義（郭重吉、許玫理，1993；許良榮、李田英，1995；Wandersee,1985；Matthews,1994；Lederman,1998）要探究學童的科學本質觀，一定要融合科學史與科學課程，而不是獨立而分別教導學習。Matthews(1994)曾指出在科學課程中是否引用科學史曾經受到兩方面的反對：一方面是歷史學家，另一方面是科學家。歷史學家認為科學教學所教導的歷史將是貧乏的歷史，不然就是偽歷史用以支持現行的科學型態；而對科學家而言，引用科學史於教學是浪費時間，而且會傷害到學童追求自然真理的信念（引自許良榮，1999）。事實上，在過去 70 多年來，國外的科學教育學者（如：Conant, 1947; Duschl, 1990; Haywood, 1927; Klopfer, 1969; Klopfer & Watson, 1957; Monk & Osborne, 1997; Rutherford, 1964;Wandersee, 1992）已一再地爭論「科學史」（History of Science）能否扮演重要的角色去協助學習者發展更多適當的科學事業概念 (引自 Abd-El-Khalick & Lederman,2000)。Klopfer(1969)也提到單靠科學史並不能有效發展學習者對科學史敏銳的理解，而是必須有適當的時間透過討論來達成這樣的目的。另外 Russell(1981)回顧試圖將科學史在科學教學 9.

(21) 上予以具體化的步驟，則需要將歷史的素材加入顯示出科學的特殊性質，才能增進學童對科學的理解。融入科學史教學的科學課程，對學童的學習實有很大的助益（Matthews,1992；賴羿蓉，1996）。教育部規劃之九年一貫課程自然與生活科技領域亦重視科學素養的培養，例如：在科學學習時，要確定學習者「科學素養中思考智能的綜合統整能力」是不是發展出來，這跟學習者在接觸新知識過程時形成的整體觀有關。自然科學知識系統的建構，來自科學家循「科學的一般法則(scientific generalization)」所得的研究結果，這種實證研究取向相當具有權威性。這樣的知識權威性或多或少反映在自然科教師的教學上(Wang, 2000)，教學現場通常出現在找尋所謂的標準答案，也就是目前科學界所公認的科學知識，因此忽略了科學發展史艱辛的形成的歷程，不大了解科學知識的形成並不是一蹴可咎的，所以唯有當我們將每位學童視為未來的科學巨人，透過「推理、質疑和反駁」的機制來協助學童學習科學，才稱得上是全民的科學教育(陳佩正，2006)，透過科學史的教學，或將成為學童學習科學的另一條主要路徑。融入科學史的科學教學自二十世紀中葉以來，即開始受到重視，例如：Conant(1951)認為一般大眾最好以科學史的方式學習科學，以理解科學方法；Klopfer 和 Wastson(1957)也認為科學課程加入科學史的素材，能增加學童對於科學家及其工作的興趣和鑑賞（引自許良榮、李田英， 1995），從此受到科教學界的矚目並投入心力加以研究，而研究結果顯示大多數學者都頗為肯定科學史的教學功能。而由於科學史的教學功能有許多的面向，所以不同研究者研究結果呈現出不同的結論，在此謹將國外學者與國內學者的研究結論以表2-1-1呈現如下。. 10.

(22) 表 2-1-1 國內外學者對科學史教學功能的觀點學. 者. Oldroyd (1977). 科. 學. 史. 教. 學. 功. 能. 1.科學理論的歷史發展均相對應於該理論的邏輯結構。 2.可以透過科學史了解到科學家面對問題時的思考或實驗探究的歷程，有助於學童思考解決問題的方法。 3.透過適當的科學史例子，可幫助學童了解科學家創造的過程。 4.讓學童了解科學與社會之間的關係，縮小科學與人文的鴻溝。 5.讓學童了解科學理論是暫時性的假設，並且持續的改變著，也因而使學童能有開闊的心胸，接受錯誤的考驗。. Kauffman (1991). 1.展現科學的人性面，縮小科學與人文的鴻溝。 2.呈現科學是活動的、進展的、連續性的改變之面貌。 3.學童可以學習到科學家是如何真實地工作。 4.建立學童正確的科學態度。 5.培養學童的創造力。 6.體驗科學理論間的互動關係。. Solomon. 1.增進學童對科學概念學習的成效。. et al.. 2.提昇學童對學習科學的興趣與動機。. (1992). 3.促進學童在學習科學哲學上的瞭解。 4.增進一般學童有較良好的科學態度。 5.幫助學童瞭解科學、社會與日常生活的之間的關聯性。. Matthews (1994). 1.科學史能提高學童的學習動機並吸引學童的注意。 2.科學史能使教材內容更人性化。 3.藉由追蹤科學概念的發展與精緻化的過程，使學童更了解這些概念。 4.在一些特定且重要的過程，會有一些值得學童學習的本質-如科學革命、達爾文的進化論等等。 5.科學史可以讓學童知道科學是易變的、善變的；換言之，我們目前對科學的認識，也是易變的。 6.科學家們常會因其所提出的理論、主張不同而發生爭辯。 7.科學史能將一些已被接受之科學方法，其改變的型態清楚的呈現出來，使學童對科學方法能有更清晰的了解與認識。. Fried. 1.數學史融入數學教學可以使數學更人性化。. (2001) 2.可以增加其趣味性、理解性及可接近性。 3.可以更深入了解概念、問題及問題解決。. （續下頁）. 11.

(23) （接上頁） Wang &. 1.科學史呈現科學知識的發生是動態的過程。. Marsh. 2.科學是一個動態改變的事業，改變是一原則而不是例外。. (2002). 3.科學動態的觀點可以幫助個人訓練條理思考能力及邏輯推理能力。 4.科學史可以描繪出科學的發展過程並且影響大眾。 5.科學是人類努力的成果，而科學家也是人。 6.科學研究需要內在與外在動機並存，這是可以告訴學童的內容。 7.可以幫助學童瞭解科學的成果與社會及政治因素是有緊密的關聯。 8.可以幫助學童瞭解科學家們在一個群體中工作，新知識是建立在很多人的努力上的。 9.可以幫助學童認識不同的人文傳承及角色楷模。. 許良榮李田英 (1995). 1.Conant(1951)認為一般大眾最好以科學史的方式學習科學，以理解科學方法。 2.Schecker(1992)指出科學史可以幫助學童知覺到自己的觀念，並提供建構新概念學習的方法。 3.Garrison 和 Lawwill(1993)則認為利用科學史，可以讓學童了解科學理論的暫時性與不確定性。 4.Klopfer 和 Wastson(1957)認為科學課程加入科學史的素材，能增加學童對於科學家及其工作的興趣和鑑賞。. 傅麗玉. 1.兒童科學概念發展與科學史的發展類同。. (1996). 2.科學史可以使科學教育具人文思想之文化價值。 3.科學史使學童瞭解科學對人類生活的貢獻。 4.科學史有助於培養良好的公民。 5.科學史可替代實驗室教學。 6.科學史有助於學童對科學本質的瞭解。 7.科學史有助於學童從不同觀點看科學的不同面。 8.科學史可幫助學童學習科學概念。 9.科學史滿足學習認知的需要。. 洪振方. 1.幫助學童學習科學概念或精緻化。. (1998b). 2.讓學童見習科學家的探究歷程，激發思考內涵，建構更合宜的科學本質觀。 3.培養學童自我學習科學的能力。 4.藉此了解科學社群的互動，以啟發人文的思考，了解不同文化的特質。. 12.

(24) 1993年美國科學促進會主導的＜project 2061＞結論中列出「歷史的觀點」（historical perpective）為全民科學十二項教學基準之一，學者 Oldroyd（1977）認為利用科學史教學，有下列幾項優點：（1）一般說來，科學論的歷史發展大多相對應於該理論的邏輯結構，例如沒有原子的觀念，就不可能引介電子、質子、中子的發現；（2）由科學史可以瞭解科學家面對問題時的思考或實驗探究的歷程，有助於學童領悟解決問題的方法；（3）適當的科學史例子，可以幫助學童領悟科學家創造的過程（4）讓學童了解科學與社會之間的關係，縮小科學與人文的鴻溝（引自許良榮、李田英，1995）。Matthews（1994）也將科學史與科學哲學對科學教學的助益歸納如下：（一）科學史能提高學童的學習動機並吸引學童的注意；（二）科學史能使教材內容更人性化；（三）藉由追蹤科學概念的發展與精緻化的過程，可使學童更了解這些概念；（四）在一些特定且重要的過程，會有一些值得學童學習的本質-如科學革命、達爾文的進化論等等；（五）科學史可以讓學童知道科學是易變的、善變的；換言之，我們目前對科學的認識，也是易變的；（六）因此，科學家們常會因其所提出的理論、主張不同而發生爭辯；最後，（七）科學史能將一些已被接受之科學方法，其改變的型態清楚的呈現出來，使學童對科學方法能有更清晰的了解與認識。科學史是一塊蘊藏著巨大精神財富的寶地，整合科學史於科學教育已成為國際科學教育的趨勢（陳勇志等人，1998）。. 二、科學本質的範疇與內涵近年來科教學者提出，科學本質的觀點已由以往所支持的邏輯實證主義，轉向到目前的主流—建構主義，而且未來仍有可能再改變，所以科學本質的觀點是動態的（Lederman,1996；Matthews,1996）（引自翁秀玉、段曉林，1998），而據研究結果得知目前教師及學童對科學本質觀的了解並沒有跟上時代潮流，仍停留在邏輯實證主義的觀點（Lederman,1992；林 13.

(25) 陳涌，1996；翁秀玉、段曉林，1998），因此教師及學童對於科學本質的了解是值得重視的問題，而如何加強傳達科學本質內涵的能力，並重視教學傳達科學本質的信念，都是教師必修之課題（Lederman,1995）。國內學者對科學本質的定義也有不同的界定，王美芬、熊召弟(1995) 提出的科學本質的內涵及範疇如下：1.自然界中的事物存有某種一定的形式。2.藉由基本的科學原理可以推理應用在其他相關領域。3.科學的工作包括形成假說及驗證。4.假說和證據之間的連結只要是合乎邏輯推理。5. 科學知識不一定完美，但可能會引導收集資料或解釋資料的方向。6.科學學說不僅可以預測未來事物可能的發展情形，也可以解釋過去人未知的事物。7.科學家的觀察並非絕對客觀，但重要的是必須知道產生成見的來源。 8.短時間內是不可能產生科學革命的，但當新的觀點解釋自然現象比舊的親點更圓滿時，新的觀點方可能被認可。9.科學事業即是應用科學。10. 即科學-科技-社會之觀點。以上是學者在界定科學原理、科學工作及科學事業等等之範圍與意義。林陳涌（1996）也提出科學本質的三大範疇，包括：1.科學知識的本質。2.科學方法的本質。3.科學事業的本質。明確的界定科學本質的三大範疇。翁秀玉、段曉林（1997）也對國小階段所強調的科學本質內涵作了一個界定，包括：1.科學知識的本質。2.探究過程。 3.科學與生活。邱明富、高慧蓮（2004）發表的「科學史融入教學以提昇國小學童科學本質觀之研究」一文中對許多研究者的「科學本質」做過一番的回顧，文中提到 NAEP（1989）定義的科學本質有三個領域：1.科學知識的本質。 2.科學事業的價值與原則。3.科學的方法與過程。另外 AAAS（1989）則將科學本質分成三個領域：1.科學世界觀。2.科學探究活動。3.科學事業。另外 NSES（1996）也提出 K-4、5-8、9-12 三個年級階段學童應具有的科學本質概念標準。另外其他國外學者對科學本質的界定以表 2-1-2 表示如下： 14.

(26) 表 2-1-2 國外相關文獻所提出科學本質的內涵及範疇重要觀點研究者及年代 Collett and Chiapetta (1994). 科學本質的內涵及範疇重要觀點 1.科學是探究自然界的"思考"方式 2.科學是一種"探究"的方式 3.科學是知識的集合體. McComas、Clough 摘自八個國際科學標準文件中有關科學本質目標的一致觀點： and Almazroa 1. 儘管科學的知識是經久的，但它有暫時性的特性。（1998） 2. 科學的知識強烈但不完全的依賴觀察、實驗的證據、合理的爭論及懷疑的態度。 3.從事科學沒有固定一個方法存在。 4.科學是企圖解釋自然現象。 5.定律及學說供應科學中不同的角色，因此，學童應該注意到，即使有另外的證據存在，學說是不會變成定律的。 6.來自所有文化的人們促成了科學。 7.新的知識必須被清楚及不隱瞞地報告出來。 8.科學家需要精確的持續記錄，同儕檢查及可複製性。 9.觀察是理論蘊涵的（theory-laden）。 10.科學家是有創造力的。 11.科學史同時展現出進化的及革命性的特性。 12.科學是社會及文化傳統的部分。 13.科學及技學互相影響。 14.科學的想法被社會和歷史環境所影響。. Schwartz、 1.暫時性：科學知識易受新的觀察及目前觀察的重新解釋而 Lederman & 改變。 Crawford（2004）2.實徵性基礎：科學知識奠基起源於對自然世界的觀察。 3.主觀性：科學受目前接受的定律和理論影響。科學家的工作會受其個人價值、先前經驗所支配。主觀性不可避免的。 4.創造性：科學知識從人類想像及邏輯推理創造出來。此創造是基於自然世界的觀察和推論。 5.深植於社會文化：科學是人類的努力也受社會和文化的影響。文化的價值決定科學是否被實施、解釋、接受及利用。 6.觀察和推論：科學同時奠基於觀察和推論。 7.定律和理論：理論和定律是不同的科學知識。 8 上述觀點的相互依賴：例如：科學知識的暫時性起源於透過實徵性。（本表修改自邱明富、高慧蓮（2004）科學史融入教學以提昇國小學童科學本質觀之研究）. 15.

(27) 我們都知道教學不僅是知識與技能的傳授，更是人際互動的影響，是以教師應同時兼顧學童的認知、技能、情意三方面的成長。各家對科學本質或有不同，但仍對科學本質提出卓著的見解。在科學知識本質方面， Schwartz、Lederman & Crawford（2004）的觀點則是科學知識容易受新的觀察及目前觀察的重新解釋而改變。 Collette and Chiapetta（1994）則對科學方法本質提出見解，認為科學是探究自然界的思考方式，因此科學家所採用的方法沒有一定的程序，而是對問題採取有組織的方式，不接受毫無根據的資料。所以從事科學沒有固定一個方法存在（McComas, Clough, & Almazroa, 1998）。而科學方法是多元化的，只要是可以解決研究問題的科學方法就是好的科學方法，並沒有所謂一成不變的科學方法。教師宜多採用多元的教學方式，鼓勵學生交換彼此的想法。而在學習時，教師也要容許學生有不同想法和不同的解決問題的方式，不管這些方式是否有效或是否成熟。能如此學生也比較能接納別人的想法，而不會只一味的相信課本的方式是最好的或只是一味的以為自己的方法才對。AAAS 於 1989 年在「全美人民的科學」（Science for all Americans）一書中提到從事科學必須考慮倫理的原則。這也屬於情意方面的教學，也是科學教育中的重要一環。以條文傳授方式絕非是明智的方法，最好是讓學童在自然的情況去體驗從事科學研究中倫理及道德原則的重要，這樣印象才會更深刻，也才能身體力行（邱明富、高慧蓮，2004）。. Palmquist & Finley（1997）根據邏輯經驗論及後實證主義的觀點提出傳統與當代的科學本質之模式，當中包含理論、科學家的角色（科學家做什麼）、科學知識、科學方法、定律及普遍性六大面向，丁嘉琦（1999）曾將其整理出以下之對照表，如表 2-1-3 所示：. 16.

(28) 表 2-1-3 傳統與當代科學本質之模式傳統的科學本質模式. 當代的科學本質模式. 1.理論是直接根據觀察。. 1.觀察是理論負載的。 2.理論是科學家的發明。 3.一個矛盾事件不必須去放棄一個理察隨著時間改進及增加。 3. 假如樣本是單一的矛盾事論。件，則整個理論是作假的。 4.理論是用來描述、解釋、預測科學 4.理論是個被證明是對的假說。現象的工具。 5.理論符合某種典範。 5.舊理論對科學家來說是無用的。 6.1 科學家開始探究的初始想法是理論負載的。 6.2 理論經由與其他普遍被接受的理論來確認。 6.3 觀察是受社會因子所影響的。. 理 2.新理論可蓋過舊理論，因為觀. 論. 科學家的角色＾科學家做什麼﹀. 科學知識. 1. 科學家透過實證證據評價科學的宣稱（claims）。 2. 科學家的所有形象是被想像成心胸開闊和客觀的。 3. 科學家是使用傳統科學方法的人。 4. 科學家努力去發現絕對的真理。 5. 1 科學家必須避免受任何“純＂科學的外在影響。 5.2 科學家必須確實地依據他們所了解的來報告資料。. 1. 科學家的初期行為常常是跳躍的想像或是創造力。 2. 科學家基於先備知識、觀察、邏輯和社會因子來解釋結果。 3. 科學家基於先備知識、觀察和邏輯創造理論。 4. 科學家在科學社群中去評價和關注其他科學家的工作。 5.1 科學家基於先備知識、觀察及邏輯和社會因子在探究之前作決定。 5.2 科學家是好奇的。 5.3 科學家與社群的其他成員溝通。 5.4 科學家受過去研究的影響。 5.5 科學家的喜好是試著整合新知識與舊知識。. 1. 科學知識符合真實性。 2. 科學知識藉由觀察的附加而增加。 3. 科學知識藉由觀察的累積而演進。 4. 科學知識受觀察的直接影響而被證明或被否證。 5. 1 科學知識不會改變。 5.2 科學數據不須科學家解釋。. 1. 科學知識的演進是不連續的。 2. 科學知識是暫時的。 3. 科學知識是經由科學社群普遍接受所創造及確認的。 4. 科學家基於先備知識、觀察和邏輯來創造知識。 5. 知識的暫時性與多少人在其中工作有關聯。 6.真理是被定義為自然的正確解釋。. （續下頁）. 17.

(29) （接上頁）傳統的科學本質模式. 科學方法. 定律. 普遍性. 當代的科學本質模式. 1.科學倚靠謹慎的實驗控制 1.科學家不被強求去使用傳統的科來證明。學方法。 2.傳統科學方法的使用是發 2.沒有單一的科學方法。現和確認理論。 3.科學家使用的方法是受到環境影 3.做科學有單一的方法。響。 4.是一個步驟、一個步驟的過 4.1 知識能由其他不同的科學方法得程。到。 5.1 方法必須在探究的進展之 4.2 科學家能在研究中調整他們的探外來計畫。究方法，且仍能達到有確實根據 5.2 若科學家使用正確的傳統科的結果。 4.3 傳統科學方法是對於探究的一個學方法，研究結果是正確無疑簡單的可能引導。的。 1. 科學定律是在自然中直接被發現的。 2. 科學家解釋在自然中所發現的定律。 3. 科學定律可被證明是絕對真實的。 4.定律是被證實的理論。 1. 科學只是發現的一部份稱為科學知識。 2. 科學解釋是謹慎還原已知知識的事件。 3. 科學演進是發現一個接近絕對真理的理論。 4.1 科學是做實驗。 4.2 科學的目標是發現絕對真理。. 1. 定律是由科學家所創造。 2. 定律在科學社群內受確認。 3.定律是科學家用來企圖解釋自然的某些部份。. 1. 科學是幫助我們學習有關自然知識的組織體。 2. 科學是人類所發展和創造性的部份（科學是生活）。 3. 科學是為了發現來追尋（科學是過程）。 4. 科學包含很多原理和過程。 5.1 科學是個競爭的事業。 5.2 科學知識的普遍性直接與開創此知識的人的聲望相關。 5.3 科學家接受知識的自在度與此知識和科學家的典範之密切程度有直接相關。. （修改自丁嘉琦，1999）傳統的科學本質與當代的科學本質之間的差異，在於當代的科學本質觀於科學方法本質向度上，認為科學研究始於問題的產生、研究方法具有多元性、探究重視假設的形成、解決問題及減少誤差；而對科學知識的本 18.

(30) 質上，認為具有實證性、暫時性、可複製性及公開性，最後在科學事業本質向度上，強調科學與生活相關，同時重視群體的合作與討論，科學家選擇研究主題與方法時，會受社會文化、科學社群的影響。因此本研究採當代科學本質觀作為理論基礎與量表編製的理論依據。. 三、科學史教學對學童科學本質的影響任何教學法對學童的學習都有不同的影響，而針對科學史教學對學童科學本質的影響，國內外均有學者投入研究（陳淑媛、洪振方，1997；翁秀玉、段曉林，1997；Solomon, Duveen,Scot, & McCarthy,1992；Dawkins & Vitale,1999；鄭子善，1999；陳文靜、洪振方，2000；廖麗貞、林寶英、洪振方，2000；Abd-El-Khalick & Lederman,2000；李玉貞，2000；楊燕玉，2001；王郁昭，2003），綜觀其教學後之成效各有不同，而其教學的形式也各有不同的型態。Abd-El-Khalick & Lederman（2000）在改善教師科學本質概念的評論性文獻中提到，將傳達科學本質分成內隱取向（Implicit approach）及外顯取向（ Explicit approach）。內隱取向是以科學探究教學（ Science inquiry instruction）、科學過程技能教學（Science process-skills instruction ）、科學內容課程工作（ Science content coursework）、從做中學科學（Doing science）、或其它學習環境的營造（Manipulated certain aspects of the learning environment）來促進對科學本質的瞭解。內隱取向的教學並不明白指出科學本質的成分，來增進學生對科學本質的了解。這樣的說法基於兩個固有的假定。第一個是發展科學本質理解是一種“感性的”學習而非 “認知的”學習成果。第二個是當學習者致力於科學相關活動時必然發展科學本質的理解。本研究的科學故事教學則是建立在外顯取向，強調將科學的發展歷程與科學家知識與創造發明的事實和過程都明確表達出來，讓學童從教學的過程中，知道故事的情節也理解科學本質。Abd-El-Khalick, Bell & Lederman（1998）指出1960 到1970 年 19.

(31) 代許多課程採用內隱取向的學習，強調透過動手做，學生便能從中學到科學本質，然而當時許多研究（e.g. Durkee, 1974；Tamir, 1972；Trent, 1965； Troxel, 1968）卻顯示這樣的方式是無效的。外顯取向必須明白地指出科學本質的部分，可以透過科學史、哲的材料來呈現，以增進學童對科學本質的了解。然而內隱取向與外顯取向的不同不在於用來提升科學本質理解的活動的種類不同，而在於提供學習者概念上的工具的程度，例如一些科學本質的關鍵觀點（Key. aspects of. NOS），可以使學生有能力去思考其. 從事的活動。 Akerson, Abd-El-Khalick & Lederman（2000）在國小科學方法課程的情境中以反思的、明確的、活動基礎取向來進行科學本質教學，以探討國小職前教師的科學本質觀。此研究的科學本質內涵包括實徵性、暫時性、主觀性理論負載、想像力及創造力和社會文化，以及兩個額外的觀點包括觀察和推論及理論和定律的功能。參與者包括25 個大學生和25 個畢業的職前國小教師。使用開放性科學本質問卷及個別晤談來評估參與者的科學本質觀，包含前測及後測。大部分的參與者在研究開始時持有質樸的科學本質觀。第一個星期，參與者被安排於一特殊設計的活動，當中包含明確的科學本質教學。透過剩下的課程，參與者被提供建構的機會來反思其科學本質的觀點。之後的教育評量指出參與者在他們一些科學本質觀上有實質的獲得。在社會文化及主觀性上獲得較少。研究結果支持明確的、反思的科學本質教學是有效的。也進一步提出，這樣的教學若統整進概念改變取向可能會更有效。Abd-El-Khalick and Lederman（2000b）探討在學生科學本質觀點中，科學史課程的影響。以166 位大學生、畢業生和15 位職前教師為研究對象，開設三種課程，包括：演化論課程、科學史概論課程與辯論課程。其中只有演化論課程是以明確取向的教學方式，來增進學生對科學本質的了解。而15 位職前教師於研究前參與過科學方法課程。研究結果發現：（1）就全體研究對象而言，融入科學史的教學，對於科學 20.

(32) 本質知識的觀點很少有顯著的改變，但是針對參加過科學方法課程的職前教師來看，他們的科學本質觀與現今的科學本質觀較為一致。因此建議，讓學習者上科學史課程前先接受科學方法課程的明確科學本質教學。有了跟科學史一致的經驗，可能可以增加學生科學本質的豐富性或改變其科學本質觀；（2）若要顯著提昇學生科學本質觀，在科學史課程中以明確的方式說明科學本質，是比較有效的，但這樣的方式也是有限；（3）在研究前，學習者所持有的科學本質迷思概念限制了此科學史課程的影響。（4）科學史課程的目標並不以教授科學本質觀點為優先，也同樣限制了科學本質的學習。本研究發現以科學故事融入教學可以提昇學童對科學本質的瞭解，與下述相關研究結果相當一致。研究者將相關的研究整理製成表格，以利作相關之比較（如表 2-1-4）。表 2-1-4 科學史教學與科學本質的相關研究比較研究者 Solomon, Duveen, Scot, & McCarthy(1992) 陳淑媛、洪振方（1997）. 研究對象. 科學史教學的方式. 成. 效. 中學生. 專門為此研究所寫增進學生對科學本質的瞭解有關科學史的資料，將科學史融入教學中。. 高一學生. 科學史融入現行高學生更偏向後邏輯實證觀點中基礎理化教學. 翁秀玉、段曉林配合國小六年級的科學知識的實證性、科學暫時（1997）六年級學生相關課程，安排有性及公開性、科學社群的影響關的科學史。及科學無法脫離社會文化。 Dawkins & 八個中學教生物學的歷史個案教導中學生的科學本質概念 Vitale（1999）師融入教學是可行的陳文靜、洪振方（2000）. 自行設計教材進行表達出多樣化的科學本質觀「原子與電子」科高一學生學史融入教學（續下頁）. 21.

(33) （接上頁）廖麗貞、林寶英、洪振方（2000）. 大學生. 科學史融入大學生了解科學本質有顯著的成長命科學通識課程與發展. Abd-El-Khalick 未畢業、已以外顯的方式說明提昇研究對象科學本質的觀 & Lederman 畢業的學生有關科學本質，描點（2000）和職前科學述相關的科學史課國中教師程。李玉貞（2000）高一學生. 光學史融入教學的科學本質觀偏向現代科學本方式質觀，尤其在科學具有暫時性、創造性與主觀性。. 楊燕玉（2001）五年級學童利用說話課，進行科學知識的暫時性、科學家形科學故事課程。象、以及科學社群有顯著的改善，而在學自然科的目的與創造力則沒有顯著的改變。王郁昭（2003）四年級學童科學故事融入自然故事組的科學本質觀點較符科課程。合現代觀點，其科學本質總量與知識觀分量與對照組有顯著性差異（修改自邱明富、高慧蓮，2004）. 由上表 2-1-4 發現以國小學童為研究對象的相關研究為數並不多；大多集中在中學以上之學生或職前教師，而在科學史教學方式，也大都以融入課程的科學史教學居多，顯見這樣的教學方式應用的機會很多，應為可採用的教學方法。. 第二節故事融入教學的理論、類型與方法一、故事融入教學的理論基礎「故事學習」的教學策略逐漸成為研究領域的教學型態的主題，其中所蘊含的理論觀點及其意涵，包括建構主義觀點、重視個人化的Piaget 發展理論（developmental perspective）及強調社會脈絡的Vygotsky近側發展區理論（zone of proximal development，簡稱ZPD）。各理論雖然由不同的角度切入，然每一種觀點均有助於瞭解故事融入教學的教學策略 22.

(34) 之所以提昇學習成效與運作機制。（一）建構主義觀點從建構主義的觀點，知識乃是由學習者所建構。建構主義者相信知識不是分離的，我們透過理解與解釋我們所建構的事物，由此相信知識是緊密的與學習者的行為、經驗結合在一起。換句話說，學童的學習是主動的，對他們的知識產生質疑時，才是促進他們學習動機的動力，教師並沒有辦法將知識強加諸於學童的腦中的能力，唯有學童主動去建構屬於他們的知識與意義，這才是學習的模式。Fosnot 曾指出建構主義有四項基本原則。一是知識由過去的建構所組成的，即是人們建構他們的經驗是透過一種邏輯架構轉換、組織和解釋過去的經驗所得；二是建構經由「同化」（assimilation ）和「調適」（accommodation）所得，使用同化去解釋新訊息，使用調適去解決矛盾和衝突的部份；三是指學習為一種發明的有機過程而非是累積的機械過程，採取積極行動的學習，營造一個以學習者為中心的學習環境；四是產生認知的成長，有意義的學習是透過認知衝突的反應和解決，然而，也只有在學童採取主動時認知衝突的改變才會發生（引自張世忠，1997）。因此，學習是一種主動建構的過程。在教學活動與分組討論中，鼓勵學童利用已有的知識為基礎進行思考，並與團體的作互動進行討論，除了能對新的知識加以詮釋外，也透過有目的的思考與他人討論，修正原來的觀點並產生新知識。因此，學童在同儕的學習中，彼此收集資訊並分享所有的資訊，老師的角色成為一個供諮詢及活動的協調者，藉著學習的共同目標，每個人朝著一個共同目標，一起工作，以獲得最大或最好的結果。（徐新逸，1998；張世忠，1997）。（二）Piaget 認知衝突理論 Piaget 以心理學的觀點出發，強調理解個體認知發展的重要性。 Piaget認為影響個體認知發展的因素有四：成熟（maturation）、物理世 23.

(35) 界經驗（ physical experience ）、社會經驗（ social experience ）、平衡（self-regulation）。而自我調節、平衡是嘗試克服在導致認知結構改變的衝突過程中的要件， Piaget 認為認知衝突產生不平衡的狀態（disequilibration）導致認知結構的改變，並且相信個體會試著在他們的認知結構中保持平衡，如此才能適應世界。許多人將Piaget 理論視為是個體的、不重視社會因素對於個體的影響的，然而，我們不應忽略， Piaget 其實支持同儕社會互動對兒童的認知發展有相當重要的影響。認知發展是階段性的，是循序漸進、逐步擴充發展的，每個階段的成熟與否都會影響下一階段的發展。主要區分成下列階段：（1）感覺動作期(0-2 歲)----生物性的遺傳反應及反射行為。（2）運思前期(2-7 歲)----能運用符號象徵地、簡單地與外界溝通。（3）具體運思期(7-12 歲)----逐漸能夠運用具象事物思考。（4）形式運思期(12-15 歲)----能夠進行抽象思維。 Piaget 理論認為孩童是逐漸社會化的，社會經驗的重要性在於給自我調節帶來的衝擊。因此，由他的觀點看來，群組工作的最大優點是：他人對於個體產生認知衝突或不協調上所扮演的角色，也就是說，認知衝突的發生來自於和其他人的社會互動導致失衡，因此才有學習的產生。而 Piaget 也辨識到學童透過衝突時的「協商」與「慎思」，所以，自我調節是個別的過程，但卻藉由與他人互動被引發。再者，Piaget 理論中的同儕互動並不同於成人－兒童的互動，因為他相信只有同儕互動才能引發真正的認知改變，而非僅是成人提供以規律法則為基礎的遊戲及持有的觀點的互動影響而已（Lumpe,1995；熊召弟等譯，2002）。所以，當原有的認知與新知起衝突，個體是需要對自己的認知重新調適與同化，以求與環境平衡。由Piaget 的觀點來說，在面對不同觀點時，一個人會受到刺激而考慮自己的有限性，同樣的，這也是兒童期邏輯思考精緻化的過程中不 24.

(36) 可或缺的經驗。換言之，合作學習的情境，使同儕間的互動與溝通產生了認知不平衡，能促使小組內的成員現存的認知基模更精密，更有效地向外擴展、探索或修正。（蔡敏玲和彭海燕譯，1998；于富雲，2001）。在同儕的互動過程中，同儕之間彼此分享知識，彼此相互支持與鼓勵，在學童與同儕之間，因討論歷程中不同的說明、解釋、選擇和答辯，創造出一個認知衝突的環境，促進個人知識的再建構，所以，一個互動的情境對於學習者是一個有利於學習建構知識的條件之一。（三）Vygotsky 近側發展區〈ZPD〉理論 Vygotsky 相信個體認知發展開始於社會環境中，而後再經內化歷程，聚焦於他人（other）對於個體學習的影響。他認為人類學習如何與社會思考，運用新學習到的思考方式於新環境中（即內化），同儕互動溝通有益於內化認知過程。所以，Vygotsky 理論認為孩童一開始就進入社會化的行動，並於同儕互動的認知過程中得以內化並運用。此外，Vygotsky 並將發展分為兩個層次，一是「實際的發展層次」（real level of development ），一是「潛在的發展層次」（ potential level of development），這兩個層次的差距就是「近側發展區」（zone of proximal development，簡稱ZPD）。「近側發展區」的觀點認為，那些能力較高者或較具有高層次思考者，透過雙方的互動，可協助能力較低者超越目前的實際發展層次，提昇至潛在發展層次。事實上，Vygotsky 也意識到同儕有時候比成人更能幫助個人建構意義，因為同儕也恰好在相似的發展階層。換言之，他們是在相近的「近側發展區間」，兩個學童之間瞭解的差距要小於師生之間瞭解的差距，使這樣的溝通變得容易，Vygotsky所認為的認知發展不似皮亞傑描述的那麼死板，跳躍某個階段發展也是可能發生的，社會化(環境、文化、同伴)對兒童發展認知能力的影響相當大。並提出『最近發展域』的觀念解釋認知的發展。因此，同儕學習中，同儕可能成功地幫助一位困惑的學童重述老師的解釋（王美芬等譯，1996；熊召弟 25.

(37) 等譯，2002）。所以，能力較差者可以經由同儕之間的互動從能力較強者的身上學到一些知識，經由個體內化的作用後，發展並提昇自己的認知能力。此外，根據Vygotsky「近側發展區」的概念，Bruner 提出「鷹架」（scaffolding）之說也被運用到教學的社會互動中。鷹架是一個能使兒童或生手解決一個問題、完成一項作業、或達成目標的歷程，這些作業或目標是在無支援下無法完成的。鷹架來自於較有能力者所提供的各種不同的支援，如果生手擔負較多的作業責任時，則更需要具有能力者可以適時地調整其支持，使生手能在其近側發展區內運作，起初需要別人的協助，但逐漸地便可以獨立進行作業（鄭明長，1997）。所以，教師在教學的過程中，如何建構鷹架，創造學習情境，幫助學童學習，促進其思考的發展，增加師生及同儕之間的互動，是我們教學時要思考的項目。在本研究中研究對象為國小六年級學童，正處於具體運思期即將邁入形式運思期的階段，因此已經可以做具體或抽象的思考，值此階段以科學故事融入教學為學童建構鷹架、創造學習情境，促進他們思考的發展，在故事的討論過程作為同儕學習分享彼此的資訊，並建構新的思維，能互相協助彼此學習的進展，所以這樣的融入教學不僅考量學童的認知發展階段的特性，也考量到學童的同儕之間學習的互動性。二、故事教學的教學情境長久以來，學校教育最為人所詬病的就是學習的內容和過程與實際的生活情境脫離，造成學童無法將所學的知識應用的實際生活，科學教育常停留在「課室模式」下進行，也就是都有講述與實驗的特點(Ukens,1983)。科學教育課程進行著自實驗室中發展及驗證的實驗，以講述教學在前，隨後以實驗的練習加以拓展並且加以驗證，這些課程大多偏向記憶事實，將數字導入公式及撰寫學童幾乎不懂的實驗報告，所以讓學童以為科學是一種記憶性的學科。Stinner＆Williams（1993,引自許良榮，2000）提出以 26.

(38) 故事的方式組織科學教學；方法是選出重要的中心概念，整理其歷史發展脈絡，以學童能了解的層次解釋科學家的工作，並發展一個敘述主要概念的故事。科學教學過程中，科學史故扮演著重要的角色，藉由科學史的陳述，可以使學童從科學進展的過程中了解科學家的探究過程，知覺到自己原有的質樸概念（naïve conceptions），並自行建構合宜的科學概念等等（賴羿蓉，1996），近年來學者們對科學故事課程在國小的推廣與實行，都持肯定且認為是可行且必要的態度（熊召弟，1996；鄭子善，2000），並有研究發現科學史的融入教學及探究，能增進學童的概念學習與思考能力，且有助於學童科學本質觀的發展（蕭碧如、洪振方，2000；邱明富、高慧蓮，2004；王郁昭、鄭英耀、王靜如，2003），以下是近年來運用「故事」在教學的相關研究，如表 2-2-1 所示。. 表 2-2-1 近年來運用「故事」在教學之相關研究研究者（年代）. 研究對象. 研究論文題目. 國小鄭子善科學故事課程設計之行動研究（1999） -以燃燒現象發展史為例. 五年級學. 運用「故事」在教學領域上之研究. 1.科學故事課程在國小推廣與實行是可行但具挑戰性。 2.課程對學童的學本質觀與對科學的態度影響與改善有限。 3.對科學相關史料的深入了解，才能使研究者及時的實踐在教學中。. 生. 國 1.學童喜歡科學故事課程。楊燕玉（2000）. 科學故事課程對國小五年級科. 小 2.學童在科學知識的暫時性、科學家形象、. 學本質觀與對科學的態度影響. 五. 之研究. 年 3.在自然科目的與創造力向度上無顯著改. 科學社群有顯著改善。. 級. 變。. （續下頁）. 27. 領域自然領域.