國 立 交 通 大 學 教 育 研 究 所
碩 士 論 文
探討科學本質融入科學史之研究：
社會建構取向教學之成效
A Study of Nature of Science Embedded Scientific
History Learning: The effectiveness of using social
constructivism approach
指導教授：佘曉清 博士
研 究 生：王千祈
探 討 科 學 本 質 融 入 科 學 史 之 研 究 ：
社會建構取向教學之成效
A Study of Nature of Science Embedded Scientific History Learning:
The effectiveness of using social constructivism approach
研 究 生：王千祈
Student：Chien-Chi Wang
指導教授：佘曉清 教授
Advisor：Hsiao-Ching She, Ph.D.
國 立 交 通 大 學
教 育 研 究 所
碩 士 論 文
A ThesisSubmitted to Department of Institute of Education College of Humanities and Social Sciences
National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master
in Education
July 2012
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
探討科學本質融入科學史之研究：
社會建構取向教學之成效
研究生：王千祈 教授：佘曉清 博士 國立交通大學教育研究所碩士班中文摘要
本研究探討採用社會建構取向之科學本質融入科學史課程與自然與生活科技學業 成就，研究採準實驗設計，研究對象為國中八年級學生四個班，其中實驗組兩班 67 人， 對照組兩班 67 人，實驗組採取小組討論、對照組未採取小組討論，二組均上 10 堂科學 本質融入科學史課程，進而探討對實驗和對照學生科學概念建構與科學本質之差異。 研究結果顯示實驗組和對照組在科學概念成就測驗、科學本質觀量表與單元主題相 依科學本質觀測驗經過科學本質融入科學史教學後，從前測到後測表現均有顯著進步， 顯示科學本質融入科學史教學課程能有效提昇學生科學概念、科學本質觀和科學概念相 依科學本質觀之立即表現。而經過推論統計顯示實驗組在科學概念成就測驗學習保留效 果顯著優於對照組，高學業成就學生學習保留效果顯著優於低學業成就學生。在科學本 質觀比較上，顯示教學模式未達顯著差異，而學業成就分組達顯著差異，即高分組在追 蹤表現優於低分組。在單元主題相依科學本質上，顯示教學模式，學業分組達顯著差異， 且二者有交互作用，即在追蹤測上對照組中的高分組優於低分組，低分組中實驗組優於 對照組。迴歸分析顯示科學概念前測與科學本質觀前測對單元主題相依科學本質觀之後 測與追蹤測表現之解釋力達到顯著水準。在學習單質性分析結果，單元二到四科學本質 顯示教學模式未達顯著差異，學業分組達顯著差異，在單元四的持久性，單元二、三的 暫時性及單元三、四的驗證性高分組顯著優於低分組；科學本質向度顯示，對照組在暫 時性向度之單元二顯著優於單元一；實驗組在暫時性向度之單元二、三、四顯著優於單 元一。 關鏈字：社會建構、科學本質、科學史A Study of Nature of Science Embedded Scientific History Learning:
the effectiveness of using social constructivism approach
Student: Chien-Chi Wang Advisor: Hsiao-Ching She, Ph.D. Department of Institute of Education College of Humanities and Social Sciences
National Chiao Tung University
Abstract
This study explored the impact of nature of science embedded scientific history learning with/without group discussion on 8th grade students’ scientific concept construction and view of NOS. A two-factors quasi-experimental design (instructional approaches and academic achievement level) was used in this study. There were 4 classes of students involved in the study, two classes of students (67 students, experimental group) employed group discussion and the other two classes of students (67 students, control group) who did not employed group discussion. The same content were covered in two groups and they all received 10 class periods of NOS embedded scientific history learning.
Results show that experiment group and control group all made significantly progression on their scientific concepts test, NOS scale and content dependent NOS from pre- to post-test. Experimental group significantly outperformed than control group in their retention-score of scientific concept test. For both groups, high achievers significantly outperformed than low achievers in their retention-score of scientific concepts test. For students’ perspective of NOS indicated only the academic achievement level had reached significant difference level and high achievers had better retaining effect than low achievers. For the content dependent NOS, it shows that instructional approach, academic achievement approach, and interaction between two factors all reached statistically significant difference level. In summary, high achievers performed better than low achievers in control group, and low achievers performed better with group-discussion instruction in experiment group than without group-discussion in control group. For qualitative findings, it shows that instructional approach had no effects on the unit progression, however; academic achievement level do have impact on unit progression from unit 2 to unit 4. In addition, high achiever had better performance than low achiever in unit 2 of NOS scale of tentativeness, unit 3 of NOS scales of tentativeness and certification, and unit 4 of NOS scales of durability and certification. In conclusion, the control group’s NOS scale of tentativeness increased significantly from unit 1 to unit 2; and the experiment group’s NOS scale of tentativeness increased significantly from unit 1 to unit 2, 3, and 4.
誌 謝
經過了五年長久的煎熬，一個蠟燭兩頭燒的在職研究生終於完成了整個研究。首先 要感謝佘曉清老師願意擔任我的指導教授，長久以來用心而嚴謹指導我這個外行人，一 步步從基礎開始引導我進行各項研究，讓我一探科學研究之堂奧。也十分感謝國立彰化 師範大學段曉林教授、國立臺灣師範大學張文華教授擔任口試委員，對於論文的內容提 供諸多寶貴的意見，使我的論文更臻完善。 感謝張秀澂、楊文宗兩位資深教師在教材、測驗工具編纂時所提供的建議，讓我能 夠順利完成研究實驗的前置準備。再來要感謝在研究期間新竹縣二重國中劉春蘭主任及 葉舜媚老師所提供的協助，以及交通大學劉思瑋小姐在統計方法的指導。感謝同學文 己、莉郁、珮菁、孟玲、淑娟和學弟明樺、錫裕，在艱困的過程中有了你們的鼓勵與陪 伴，讓能夠堅持到最後。 最後要感謝我的父母，在撰寫論文期間的關懷與包容，隨時關心我的論文進度，激 勵我完成研究。願所有幫助過我的人，平安喜樂，事事如意。 王千祈 謹誌 民國一百零一年七月目 錄
頁次 中文摘要 ... i Abstract ... ii 目 錄 ... iv 表 目 錄 ... v 圖 目 錄 ... vi 第一章 緒論 ... 1 第一節 研究背景與動機 ...1 第二節 研究目的 ...1 第三節 研究問題 ...1 第四節 名詞譯義 ...2 第五節 研究範圍與限制 ...3 第二章 文獻探討 ... 5 第一節 科學史 ...5 第二節 科學本質 ...6 第三節 社會建構 ...9 第三章 研究方法 ... 11 第一節 研究對象 ... 11 第二節 研究設計 ... 11 第三節 研究流程 ...12 第四節 研究工具設計 ...13 第五節 教學設計 ...15 第六節 資料蒐集與分析 ...16 第四章 研究結果與討論 ... 18 第一節 社會建構之科學本質融入科學史課程教學之量化成效分析 ...18 第二節 迴歸分析 ...26 第三節 社會建構之科學本質融入科學史課程教學之質性成效分析 ...27 第五章 結論與建議 ... 33 第一節 結論與討論 ...33 第二節 建議 ...36 參考文獻 ... 38 附 錄 ... 42 附錄一：單元成就測驗內容細目表 ...42 附錄二：單元成就測驗 ...43 附錄三：科學本質觀量表 ...44 附錄四：科學本質觀因子成份分析 ...45 附錄六：科學故事文本 ...46 附錄七：單元主題相依科學本質學習單 ...48 附錄八：單元主題相依科學本質學習單編碼對照表 ...52表 目 錄
頁次 表 1 教學模式與人數整理表 ... 11 表 2 單元主題相依科學本質觀測驗信度分析 ...15 表 3 不同教學模式與不同學業成就分組在單元成就測驗之敘述性統計分析表 ...18 表 4 不同教學模式與不同學業成就分組在單元成就測驗後測驗與追蹤測總分 二因子多變量共變數分析 ...19 表 5 不同教學模式與不同學業成就分組在單元成就測驗之主要效果摘要表 ...19 表 6 不同教學模式與不同學業成就分組對科學本質觀之敘述性統計分析表 ...21 表 7 不同教學模式與不同學業分組在科學本質觀量表後測驗與追蹤測總分二 因子多變量共變數分析 ...21 表 8 不同教學模式與不同學業分組在科學本質觀量表之主要效果摘要表 ...22 表 9 單元主題相依科學本質觀測驗之敘述性統計分析表 ...23 表 10 不同教學模式與學業分組在單元主題相依科學本質觀測驗後測驗與追蹤 測總分二因子多變量共變數分析 ...24 表 11 不同教學模式與學業分組在單元主題相依科學本質觀測驗之主要效果摘 要表 ...24 表 12 單元主題相依科學本觀逐步迴歸分析摘要表 ...26 表 13 不同教學模式與不同學業分組在科學本質二因子多變量分析 ...27 表 14 不同教學模式與學業分組在科學本質觀之主要效果摘要表 ...28 表 15 不同教學模式與不同學業分組在科學本質觀之主要效果摘要表 ...29 表 16 對照組學生在學業分組下持久性、暫時性和驗證性科學本質觀之單因子 重複量數變異數分析 ...30 表 17 實驗組學生在學業分組下持久性、暫時性和驗證性科學本質觀之單因子 重複量數變異數分析 ...31 表 18 研究結果彙整表 ...33圖 目 錄
頁次 圖 1 研究架構圖 ...12 圖 2 研究流程圖 ...13
第一章 緒論
第一節 研究背景與動機
美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science，簡稱 AAAS, 1989）在 Project 2061: Science for all American 一書中指出，科學教育以培養具有科學素
養的公民為目標。教育部依據行政院核定之「教育改革行動方案」，於民國八十二年頒
布修正國民中小學課程標準提出科學學習，在於提昇國民的「科學素養」。研究指出「對
科學本質有充分理解」為科學素養的重要表徵（丁嘉琦，1999；Collette & Chiappeta, 1989；National Science Teachers Association, 1982），因此，提昇學生對科學本質的認識 為增進科學素養重要的一環。
運用科學史於科學學習課程，有助於學生科學知識的建構與科學本質內涵的理解 （巫俊明，2002；Irwin, 2000；Schecker, 1992；Souque, 1987；Wandersee & Roach, 1998）。 雖然科學史課程有諸多的好處，但當前國內中學自然科教材之中，科學史的比例偏低， 並沒有良好的、現成的科學史教材可以提供給教師使用（Hodson, 1986），所以研究者 設計科學本質融入科學史課程，期望能提昇學生的科學知識與科學本質觀。 小組討論工作為科學史有效教學策略之一（鄭子善，2000），巫俊明（1997）的研 究指出，學生僅單純地閱讀或聆聽教師提供科學故事文本的內容，卻沒有「問題討論」 進行引導，學生將很難「看見」故事背後豐富的科學本質內涵。因此，本研究希望探討 社會建構取向之科學本質融入科學史的課程教學，對於中學生在物質組成、原子結構、 色光、燃燒四個主題之科學知識、科學本質觀和主題相依科學本質觀的影響。
第二節 研究目的
本研究以發展科學本質融入科學史學習內容為主要目的，期望探討『社會建構取向』 與『非社會建構取向（傳統講述取向）』對學生物質組成、原子結構、色光、燃燒概念 建構與科學本質觀之演進的成效。第三節 研究問題
基於前述研究動機與目的，本研究探討的問題有： 一、不同的教學模式（社會建構取向之科學本質融入科學史教學、非社會建構取向之科 學本質融入科學史教學）、學業成就（高分組、低分組），對學習者在物質組成、原子結構、色光、燃燒概念學習成就有何差異？ 1-1 不同教學模式學生，在科學概念學習成就（後測、追蹤測）達顯著差異。 1-2 不同自然學業成就分組學生，在科學概念學習成就（後測、追蹤測）達顯著差異。 二、不同的教學模式（社會建構取向之科學本質融入科學史教學、非社會建構取向之科 學本質融入科學史教學）、學業成就（高分組、低分組），對學習者在科學本質觀（驗 證性、持久性、暫時性）有何差異？ 2-1 不同教學模式學生，在科學本質觀變化（後測、追蹤測）達顯著差異。 2-2 不同自然學業成就分組學生，在科學本質觀變化（後測、追蹤測）達顯著差異。 三、不同的教學模式（社會建構取向之科學本質融入科學史教學、非社會建構取向之科 學本質融入科學史教學）、學業成就（高分組、低分組），對學習者在單元主題相依 科學本質觀（驗證性、持久性、暫時性）有何差異？ 3-1 不同教學模式學生，在單元主題相依科學本質觀變化（後測、追蹤測）達顯著差異。 3-2 不同自然學業成就分組學生，在單元主題相依科學本質觀變化（後測、追蹤測）達 顯著差異。 四、不同的教學模式（社會建構取向之科學本質融入科學史教學、非社會建構取向之科 學本質融入科學史教學）、學業成就（高分組、低分組），對學習者在單元學習單上 的主題相依科學本質觀有何差異？ 4-1 不同教學模式學生，在單元學習單上的主題相依科學本質觀（驗證性、持久性、暫 時性）演進有何差異？ 4-2 不同自然學業成就分組學生，在單元學習單上的主題相依科學本質觀（驗證性、持 久性、暫時性）演進有何差異？
第四節 名詞譯義
一、社會建構： 教室中的學生透過言語與同儕、教師的討論、磋商、和解互動的歷程來建構概念， 獲得知識（Slolmon, 1987），一切知識係透過語言使用與意義生成兩種社會性的 共識歷程所構成(Gergen, 1995; Geelan, 1997)，因此，學習者所處之「外在社會情 境脈」（社會互動、文化、語言）都會影響學習的成效（Cobern, 1993）。 二、科學史(history of science)：對科學與科技領域的了解，明白專有名詞的由來，以及了解科學本質的複雜性 (Wandersee & Roach, 1998)。使用歷史個案研究(historical case study)融入科學教學 的策略，呈現科學家如何取得證據與解釋的過程，讓學生瞭解科學知識形成的歷 程，傳達科學本質的內涵(Irwin, 2000)。本研究兼採歷史小故事與歷史個案研究 並陳來融入設計教材，協助學生認識科學本質。
三、科學本質(Nature of Science，簡稱 NOS)：
AAAS（1989）將科學本質細分成十五個概念，其中包括「科學知識是可改變的」、 「科學知識並不容易被推翻」、「科學家們嘗試著驗證理論並盡量避免錯誤」。 NAEP（1989）將科學本質細分為十五個概念，其中包括「科學知識具有暫時性」、 「科學知識具有實驗性」。郭博嵐（2005）將九年一貫課程綱要內科學本質的部 分歸納為十一項科學本質關鍵概念，包括「科學知識具有可驗證性」、「科學知識 具有持久性」、「科學知識具有暫時性」。由於科學本質的概念眾多，本研究針對 科學本質的暫時性、持久性、驗證性三個關鍵概念進行深入研究。 四、驗證性： 由於大自然現象具有重複出現的規則，因此科學家們能夠透相同的實驗設計得到 同樣的結果，所以科學理論是否成立可以依靠觀察或實驗的方法來驗證確認，科 學知識需經過科學社群的驗證挑戰，否則並不會被過於重視（教育部，2008；郭 博嵐，2005；AAAS,1989；NAEP,1989）。 五、持久性： 理論上科學構想都是暫時且可預期會改變的，但是大部分重要的科學構想是經過 許多實驗被科學社群所確認，這些構想在未來不太會產生很大的改變，也不容易 被推翻（教育部，2008；郭博嵐，2005；AAAS,1989）。 六、暫時性： 科學知識是可改變的，科學知識並非恒久不變的真理，既有的科學知識不具有永 久的權威地位，現在被科學社群所認同的理論未來可能會改變，更好的理論可能 會出現。這是一個動態的持續過程，並非靜態的累積。（教育部，2008；郭博嵐， 2005；AAAS,1989；NAEP,1989）
第五節 研究範圍與限制
本研究的對象為新竹縣某國中八年級學生，教學模式分社會建構取向之科學本質融入科學史組、非社會建構取向之科學本質融入科學史組各二個班，所以不具有全國國中 生的代表性，且教材以九十九學年度康軒版的國中自然與生活科技內容為主。研究結果 若要推論到其他群體或教材領域時，需審慎衡其適合度。
第二章 文獻探討
第一節 科學史
科學史融入自然科學課程的優點獲得國內外學者的肯定，McDonald（l989）的研究 發現學生對於「看見」與「顏色」的概念發展與光學發展科學史相似。洪振方（1998） 發現科學史融入科學課程，可使教材活潑化，學生樂於學習，以及讓學生瞭解現有的科 學知識理論是如何產生的、各個科學概念之間的關連性等優點。巫俊明（2002）提出以 歷史取向的形式來呈現科學，可以幫助學生瞭解科學理論是如何誕生、發展與改變，有 助於學生瞭解科學知識的暫時性。Schecker（1992）認為科學史可以幫助學生反思自己 的觀念，並進一步提供建構新概念的學習方法。Souque（1987）認為科學史個案研究 （historical case study）幫助學生瞭解科學家在建構科學理論時，在特定的時空背景、概 念架構中所選擇的研究方法與辯證的歷程，避免學生只是一昧地接受科學理論。同樣 地，Irwin(2000)發現使用歷史個案研究融入科學教學，呈現科學家如何取得證據與解釋 的過程，有助於學生科學知識的建構與科學本質內涵的理解。Wandersee 與 Roach(1998) 發現運用互動式歷史小故事（interactive historical vignettes）融入科學教學，可促進學生 對科學與科技領域的了解，明白專有名詞的由來，並了解科學本質的複雜性。基於上述 眾多優點，我國九年一貫自然與生活科技領域課程綱要也將「科學發展的過程」納入教 材內容要項，期望教師透過「介紹中國及西方科學家（例如李時珍、孟德爾等）的研究 活動」、「在適當的教材上，介紹科學發現的過程以了解科學中實驗與理論間的關係」 （教育部，2008：66），促進學生之科學學習。 雖然科學史融入科學課程的好處眾多，但仍有理論與實務上的問題，科學教師的科 學史素養均不足，常導致零散與片斷或「邏輯式」科學發展過程的科學史，並不一定對 學生有益處（Brush, 1989; Klein, 1972; Steiner, 1976）。目前的自然科學教材之中，並沒 有良好的、現成的科學史教材可以提供給教師使用（Hodson, 1986），導致科學教師使 用科學史融入教學的比例偏低。讓學生自由選讀科學故事文本，又沒有安排相關引導活 動，可能會導致學生對科學史內容興趣缺缺，僅注重科學理論而忽視教科書中的科學史 內容（Leite, 2002），甚至在完全沒有教師引導的狀況下，學生有可能建構出與教學預 期不同的另有概念（Tao, 2002）。鄭子善（2000）五種科學史的教學策略包括「小組討論工作（small group discussion work）」，利用問題以啟發學生思考，經由小組彼此的腦力激盪更能澄清學童的種種觀
念。巫俊明（1997）的研究結果發現，學生僅單純地閱讀或聆聽教師提供科學故事文本 的內容，卻沒有透過學習活動（如問題討論）進行引導，學生將很難「看見」故事背後 豐富的科學本質內涵。為克服課本中科學史內容的不足與加入引導活動，所以，本研究 針對八年級學生發展「色光」、「物質組成」、「原子結構」、「燃燒」四個科學故事 文本做為學習教材，並且在設計學習單增強學生對文本之中的科學本質的印象，實驗組 再加上小組討論與發表，以社會建構的方式來幫助學生思考教材中之科學概念與科學本 質內涵。
第二節 科學本質
一、科學本質的內涵 國內學者翁秀玉與段曉林（1997）綜合整理了文獻，對科學本質提出了看法包括「科 學知識的形成需有證據支持，且具有可複製性」、「科學知識並非真理、可以修改甚至被 推翻」。王美芬與熊召弟（1995）認為科學是產生知識的一個過程，而且必需始於觀察， 再予以合理的解釋，並且加以驗證，使之趨近於完美，而科學的工作包括形成假說及驗 證。郭博嵐和劉聖忠（2005）分析國內外文獻中科學本質的內涵，歸納出「科學知識不 是真理」、「科學知識具有可驗證性」、「科學知識具有持久性」、「科學知識具有累積性」 等 16 項關鍵概念。 國外學者 Kimball（1967）在其發展的科學本質觀量表中提到「科學是動態的持續 過程，以過程導向為中心，而不是靜態的累積資訊」、「科學具有暫時性和不確定性，沒 有科學知識能完全證實，這一事實是科學的指導原則」。Showalter(1974)認為科學知識的 特徵具有：暫時性、公開性、重複性、可能性、人類的、歷史的、經驗的。Rubba 與 Anderson （1978）發展科學知識本質量表，其中包括了「科學知識不斷進展，具有暫時性」、「科 學知識禁得起經驗考驗，具可測試性」。Lederman(1987)提出「科學知識不是真理，能夠 修改，甚至被推翻」、「科學知識由各種領域的科學共同構成」、「科學是可被測試驗證的」。AAAS（1989）在「Project 2061:Science for all Americans」一書中，提到科學知識 是可改變的，現有的科學知識不具有永久的權威地位，但科學知識並不容易被推翻，從 事科學探究活動時講究證據，科學家們會嘗試著驗證理論以避免錯誤，而且科學事業是 由許多不同科學領域的集合。1989 年美國國家教育發展評鑑小組（National Assessment of Education Progress，簡稱 NAEP）指出科學知識具有暫時性、公開性、實驗性、可複製
活科技學習領域裡，共分為八大項分段能力指標，其中第三大項為科學與技術本質，其 中提到「能由科學性的探究活動中，了解科學知識是經過考驗的」、「察覺以新觀點看舊 資料或以新資料檢視舊理論時，常可發現出新問題」、「知道可用驗證或試驗的方法來查 核想法」、「知道有些事件（如飛碟）因採證困難，無法做科學性實驗」、「察覺只要實驗 的情況相同，產生的結果會很相近」、「察覺有時實驗情況雖然相同，也可能因存在著未 能控制的因素之影響，使得產生的結果有差異」、「體會科學是經由探究、驗證獲得的知 識」、「認識作精確信實的紀錄、開放的心胸、與可重做實驗來證實等，是維持科學知識 可信賴性的基礎」。 雖然學者們對於科學本質的看法不完全相同，但上述文獻均一致指出許多科學現象 會重複出現，因此可以透過相同的觀察或實驗得到同樣的結果，由於可見「科學知識具 有可驗證的特性」（AAAS, 1989；Lederman, 1987；NAEP, 1989；Rubba & Anderson, 1978；
Showalter, 1974）。新的科學觀點提出必需經過公開發表，面對科學社群的質疑與挑戰，
其觀點才能被接受，而形成普世接受科學知識理論，是以普世接受的「科學知識不容易
被推翻，具有持久特性」（郭博嵐與劉聖忠，2005；AAAS, 1989）。但新觀點與現有科學
知識理論相比，當新觀點能解釋科學現象比較圓滿時，現有的科學知識理論可能被修改
或捨棄，由此可見「科學知識並不是真理，具有暫時特性」（AAAS, 1989；Kimball, 1967；
Lederman, 1987；NAEP, 1989；Rubba & Anderson, 1978；Showalter, 1974）。科學知識並 非科學家所專屬，它是由不同領域的人所共同創造，歷經世世代代人類的修正，是人類
持續努力累積的結果，由此可見「科學知識具有歷史累積的特性」（郭博嵐與劉聖忠，
2005；AAAS, 1989；Lederman, 1987；NAEP, 1989；Showalter, 1974）。根據筆教在國民 中學十二年的教學經驗，發現國中學生普遍存在「課本上的科學知識就是真理，不會改 變，也不需要證明」的不合宜科學本質觀念，因此，本研究設計的教學內容，特別針對 科學知識具有暫時性、科學知識具有持久性、科學知識具有驗證性三個關鍵概念進行追 蹤深入研究。 二、科學本質與教學 科學史在科學教育中具有多重的角色與功能，廣為學者所肯定(Kauffman,1991)。到 目前為止，研究科學本質的教學策略可概分為內隱和外顯兩種途徑（Abd-El-Khalick, Bell & Lederman, 1998），內隱途徑一般採用科學過程技能的教學、科學探究的活動、科學 內容課程工作、從做中學科學、或其它的教學策略來促進對科學本質的瞭解，所要學習 的科學本質概念的意涵隱喻（implicit）在課程活動之中，教師並沒有特別介紹或討論，
學生由課程教學氛圍中自行感受發覺出科學本質的意涵；外顯途徑則是以科學史、哲或 者與科學本質的各種方面一致的教學活動來增進對科學本質的認識（Akerson, et al., 2000），課程中教師需明示（explicit）特定科學本質概念的意涵，即在教學設計著重於 特定的科學本質概念，將其當作教學目標（劉聖忠，2007；Clough, 2006），以求學生 都能充分瞭解所學科學本質的意涵。所以內隱與外顯途徑最大的差異就在教師是否「明 示」學生所要學習的科學本質概念。 不論採用內隱或外顯途徑做為科學本質的教學策略，對於提升學生科學本質皆有幫 助。內隱途徑教學策如Lederman(1986)觀察發現，當教師採探究式教學時，師生互動頻 繁，班級氣氛愉悅，也較能改變學生對科學本質的概念。而Forawi(1996)也發現探究式 教學法是比傳統式教學法更容易提升學生學習科學本質之成效。外顯途徑教學策略如 Solomon、Duveen、Scott與McCarthy（1992）發現將科學史融入教學中，能夠有效增進 學生對科學本質的瞭解，而且科學史教學讓學生把焦點放在採納某一理論的理由，不再 只是單純地接受理論，因此，使用科學史的教學策略讓學生產生較為持久的學習。 Garrison 與 Lawwill(1993)認為利用科學史，可以讓學生了解科學理論的暫時性與不確 定性。Dawkins與Vitale（1999）發現利用歷史個案融入教學的模式來教導中學生的科學 本質概念，對學生認識科學本質有幫助，同時也提升了老師對科學本質主要概念的認 識。Lederman（1992）認為科學史教學是增進學生對科學本質認識的有效策略。林兆聖 （2003）發展「原子發現科學史」教材，發現融入科學史的教學更能降低不同先備知識 學生在科學本質觀之間的差異，而且有助於學生了解科學本質中部分特定的向度。 Lederman和Lederman（2004）也主張有效的科學本質教學方法是在進行科學教學中，以 明示的教學方法介紹科學本質的意涵，並將科學本質當作教學目標，加上反思來協助學 生將學習活動與科學本質學教目標進行適切地連結。 但部分學者卻發現內隱途徑的教學策略，對學生瞭解科學本質並沒有很顯著的成 效，如Lieu(1997)發現運用科學-科技-社會（STS）建構式情境的教學策略，對學生瞭解 科學本質提昇並沒有很顯著的成效。Khishfe與Abd-El-Khalick（2002）實驗研究發現採 用外顯途徑（學生參與探究式活動後反思討論科學本質的成分），對科學本質卻有了更 清楚的認識，而採用內隱途徑（僅進行探究式活動），對科學本質的觀點並沒有改變； 這樣的結果與Abd-El-Khalick和Lederman（2000）改變教師科學本質的研究結果相符。 綜合上述國內外的研究發現，增進學生對科學本質的認識還是以外顯的途徑較有 效，而且，外顯途徑的教學策略，以融入科學史的教學方式為主。周建和（2003）認為
科學故事融入教學時，在課堂上講述一段精彩的科學家生平或科技發展的小故事，讓學 生在不知不覺中學到了重要科學概念，並看到這個科學概念完整的發展歷程。邱明富與 高慧蓮（2004, 2006）研究科學史融入科學教學，結果顯示科學史融入教學能夠提升學 生對科學本質的理解並增進科學學習的興趣。因此，本研究採用外顯途徑教學策略，不 論實驗組或對照組，均介紹「何謂科學本質？」與科學知識具有「驗證性」、「持久性」 及「驗證性」的特質，教學中則將科學本質融入科學故事之中，介紹科學理論發展的歷 程，並以學習單要求學生找出科學故事文本中符合科學本質的述敘來加深印象。
第三節 社會建構
蘇俄的學者 Vygotsky(1962)認為社會互動、語言和文化對個體學習具有的影響，認 為學習者在社會互動、詮釋和理解之下建構知識，知識的產生不能脫離社會環境，包含 學習者主動知識建構過程與社會互動形式、過程。其後，有許多建構主義者認同 Vygotsky 的觀點，特別強調個體外在的情境脈絡對於學習的影響（Cobern, 1993; Solmon, 1987）， 演化為社會建構主義（social constructivism)的派別。 強調學習個體的發展受到社會情境與文化脈絡影響，且將人類語言視為社會互動的 工具之一，認為知識應透過個體與環境互動，進而建構出知識整體。社會建構主義認為 個人建構知識是建立於與社會文化環境互動建構的。知識的建構是建立在團體之中，透 過經驗的分享、討論、信念與價值的溝通、磋商，而產生衝突的解決或建立一致性而形 成。個體建構的知識，雖然相當主觀，但也不是任意建構的，它需要與別人不停的溝通 和修正。因此，知識的獲得是代表個體與當時社會環境互動與溝通後的一種共識作用（von Glasersfeld, 1995），知識的建構是一種社會產品，而非個體對實體的瞭解。Vygotsky
（1986）也提出智力的發展最主要的動力是文化，而其機制在於社會互動，而語言發展 是文化傳承的一種方式，必須與文化同步成長，其理論是社會與歷史取向，因此，高階 心智成長是屬於社會文化與歷史的，更可看出學習過程中，彼此互動的重要性。 社會建構主義的學習觀點認為，學習者應實地參與實作社群，從而學習該社群的想 法與行為，當學習者由社群的邊緣逐漸進入核心，他就會變得更主動，而且更投入社群 的文化中，進而承擔起社群中的專家角色，其中來自教師群、同儕教師持續的長期支持， 更是鼓舞教師願意投入行動研究發展課程的重要因素（王夕堯、江武雄和郭重吉，1995）。 社會的建構主義認為在個人的知識建構時，不應忽略了社會因素的重要性。共識的 社會效果與他人的贊同都修正個人持有的科學概念（Geelan, 1997; Solomon, 1987）。以
葛耿（K. Gergen）為代表的社會的構成論者（social constructionist），認為知識既不起於 或留存於個人，也不存在於自然世界，而在於社會之內。一切知識係透過語言使用與意 義生成兩種社會性的共識歷程而構成的（Gergen, 1995; Geelan, 1997）。 因此，本研究試圖在實驗組中加入社會建構的元素，即讓學生進行小組討論科學本 質，進而探討是否採用社會建構學習，對於學生科學概念建構、科學本質觀的認識有何 影響。
第三章 研究方法
本研究探討是否採用社會建構取向教學之科學本質融入科學史課程對於八年級國 中生物質組成、原子結構、色光、燃燒單元的概念建構與科學本質觀的影響。資料蒐集 包括單元成就測驗、科學本質觀量表、單元相依本質測驗和單元學習單。第一節 研究對象
以新竹縣某國中八年級為研究對象，研究採準實驗設計，以便利抽樣方式，將四個 班級學生分成兩組，其中實驗組兩班（1 個管樂班＋1 個普通班）進行社會建構之科學 本質融入科學史課程學習，共 67 人；另兩個班（1 個管樂班＋1 個普通班）為對照組， 採非社會建構之科學本質融入科學史課程學習，共 67 人。 進行實驗處理，實驗組，以 2 個班，共分成 12 組，每組約 5~6 人進行課間討論、 發表，67 人來進行；控制組，以 2 個班，67 人來進行。如表 1。 表 1 教學模式與人數整理表 教學模式 實驗組 對照組 學業成就 社會建構之科學本質融入科學史 非社會建構科學本質融入科學史 總人數 高分組 34 34 68 低分組 33 33 66 總人數 67 67 教學之前，概略依據學生八年級上學期第一次段考理化科成績進行分組，其中教學 模式之對照組平均分數 76.40 分，標準差 16.53，實驗組平均分數 75.43 分，標準差 19.41， 並針對段考之學業成績進行 t 考驗，t=3.12，p=.756，未達顯著水準。另外，學業成就高 分組（2 個管樂班）平均分數為 88.26 分，標準差 9.42，而低分組（2 個普通班）平均分 數 63.20，標準差 15.64。第二節 研究設計
本研究採用準實驗設計法（Quasi-experimental design），以國中八年級四個班級的學 生為樣本，分別為兩個班社會建構之科學本質融入科學史課程學習的實驗組（N=67）、 另兩個班為非社會建構之科學本質融入科學史課程學習的對照組（N=67）。本研究的自 變項為教學模式（社會建構之科學本質融入科學史課程、非社會建構之科學本質融入科學史課程）。依變項為單元成就測驗、科學本質觀量表、單元主題相依科學本質觀測驗、 學習單。研究架構如圖 1。 圖 1 研究架構圖 一、 自變項：本研究的自變項為「自然與生活科技學業成就分組」與「教學模式」，自 然與生活科技學習成就分組依據學生八年級上學期第一次段考理化科成 績分成「高分組」、「低分組」，教學模式分成「實驗組」採用社會建構取 向科學本質融入科學史課程，而「對照組」採用非社會建構取向（傳統講 述式）之科學本質融入科學史課程。 二、 依變項：本研究的依變項為學生的「單元成就測驗」、「科學本質觀量表」、「單元主 題相依科學本質觀測驗」、「學習單」。
第三節 研究流程
研究分為三個階段，依序為研究準備、概念建構教學及資料分析。分述如下： 第一階段：首先確立研究目的與問題，蒐集相關文獻及測驗工具的內容設計，並請專家 審核與進行施測，以分析信度與修正測驗內容，來確定相關測驗的信效度。 本階段首要重點在科學本質融入科學史學習教材內容設計，並與專家討論社 會建構如何實踐於課程教材中，以進行教材內容修正，包括簡報、科學故事、 討論學習單。 第二階段：概念建構教學階段，針對不同教學模式進行教學前、後、追蹤測驗。教學過 程中，實驗組學生經由社會建構之科學本質融入科學史課程進行物質組成、 原子結構、色光、燃燒的概念建構；對照組則是進行相同單元內容的非社會 透過學習活動 社會建構取向 之科學本質融入科學史課程 非社會建構取向 之科學本質融入科學史課程 （對照組） 單元成就測驗 科學本質觀量表 單元主題相依科學本質觀測驗 學習單：單元主題相依科學本質 科學概念 科學本質觀 自然學業成就建構之科學本質融入科學史課程教學。 第三階段：對研究期間所蒐集到的所有資料進行彙整分析與結論報告。 研究流程如圖 2。 階段流程 工作細項 研究準備 1、確立研究問題及蒐集相關文獻。 2、研究工具設計。 3、教學內容設計。 概念建構教學 1、教學前測（包括科學本質觀量表、科學概念測驗、單元主題相 依科學本質觀測驗）。 2、實際教學與科學概念建構歷程（實驗組分別採用社會建構之科 學本質融入科學史學習 5 週，每一單元教學完後填寫學習單， 共 10 節課；對照組則進行非社會建構之科學本質融入科學史學 習 5 週，每一單元教學完後填寫學習單）。 3、教學後測（實際教學後一週進行，包括科學本質觀量表、科學 概念測驗、單元主題相依科學本質觀測驗）。 4、追蹤測驗（實際教學後六週進行，包括科學本質觀量表、科學 概念測驗、單元主題相依科學本質觀測驗）。 資料分析 1、資料彙整、分析。 2、結果討論、撰寫研究報告。 圖 2 研究流程圖
第四節 研究工具設計
本研究運用的研究工具有科學本質觀量表、單元成就測驗、單元主題相依科學本 質、學習單。 一、單元成就測驗 單元成就測驗題目共四十題（詳見附錄二），包含物質組成、原子結構、色光、燃燒有四個主題，每一主題各有 10 個題目，且內容採選擇題型式，計分方式以答對 1 題 給 1 分，總分共 40 分。測驗編製時經由三位國中自然與生活科技領域教師、三位科學 教育博班生和一位科學教育專家共同發展，以求其內容效度。測驗內容之科學概念細目 如附錄一，測驗編製完成後，經由施測學校四個班級於教學前、後施測、追蹤施測，加 以檢驗其題目信度。 在整份測驗的信度分析上，施測人數為 134 人，採用 SPSS 12.0 版，進行信度的計 算，信度 Cronbach’s α值為 0.82。 二、科學本質觀量表 研究問題二為探討經由不同的教學模式，學習者在科學本質觀是否達顯著差異。量 表由三位國中自然與生活科技領域教師、三位科學教育博班生和一位科學教育專家共同 發展，以求其專家效度，題目包括第 1~6 題為科學知識具有驗證性、第 7~12 題為科學 知識具有持久性、第 13~19 題為科學知識具有暫時性，總共 19 題的五點量表（詳見附 錄三），根據題目敘述擇一圈選回答“非常不同意＂、“不同意＂、“沒意見＂、“同 意＂、“非常同意＂者，分別得 1、2、3、4、5 分。量表編製完成後，經由施測學校四 個班級於教學前、後、追蹤施測，加以檢驗其題目信度。 量表施測人數為 134 人，在整份量表採用 SPSS 12.0 版分析，針對量表的各個題目， 利用因子分析確認科學本質觀概念成份，萃取成份在 0.3 以上的因子三個（驗證性、持 久性、暫時性），科學本質觀因子分析如附錄四。在量表的信度分析上，驗證性的信度
Cronbach’s α值為 0.76、持久性的信度 Cronbach’s α值為 0.63、暫時性的信度 Cronbach’s α值為 0.81，整份量表的信度 Cronbach’s α值為 0.84。 三、單元主題相依科學本質觀測驗 研究問題三為探討經由不同的教學方法，對國二學生單元主題相依科學本質是否有 顯著差異存在。依據課程內容，與三位國中自然與生活科技領域教師、三位科學教育博 班生和一位科學教育專家共同發展，以求其專家效度，依色光、物質組成、原子結構、 燃燒四個主題，各編製相關測驗題目 6 題，6 題之中包括科知識具有暫時性 2 題、具有 持久性 2 題、具有驗證性 2 題，總共 24 題題目（詳見附錄五），且內容採兩階段選擇題 型式，受測者在作答每一題時必需先選擇第一階段的答案選項，然後於第二階段選擇理 由。計分方式必需兩階段都答對才給予 1 分，每一單元配分為 3 分，四個單元總分共 12
分。測驗編製完成後，經由施測學校四個班級於教學前、後施、追蹤施測，加以檢驗其 題目信度。 在整份測驗的信度分析上，施測人數為 134 人，採用 SPSS 12.0 版，進行信度的計 算。前測信度 Cronbach’s α值為 0.78，後測信度 Cronbach’s α值為 0.83，追蹤測信度 Cronbach’s α值為 0.89，各向度信度如下表 2。 表 2 單元主題相依科學本質觀測驗信度分析 前測 後測 追蹤測 驗證性(3,6,9,12) .66 .62 .84 持久性(2,5,8,11) .74 .77 .86 暫時性(1,4,7,10) .62 .74 .80 全部概念(1~12) .78 .83 .89 四、科學本質融入科學史文本 為促使學生能夠深入思考科學故事中，有那些情節符合科學本質特性，每一單元主 題教學時，提供科學故事文本（詳如附錄六），教學完後要求每位學生填寫學習單（詳 如附錄七），摘要出故事中符合科學知識具有「暫時性」、「持久性」、「驗證性」的敘述， 以刺激學生對科學故事的批判思考。
第五節 教學設計
本研究在國中八年級上學期進行教學研究，搭配九十九學年度康軒版自然與生活科 技 3-5 色光與顏色、1-1 認識物質、5-3 原子的世界、1-3 空氣、6-1 質量守恒單元，針對 色光、物質組成、原子結構、燃燒四個主題設計科學本質融入科學史的教學活動設計， 並區分有、無實施社會建構兩種教學模式，進行一節科學本質介紹教學，四個主題各進 行兩節課課程教學，教學時，前測、後測、追蹤測各一節課，總共 12 節課。 實驗組在每個科學主題故事教學之後，加入社會建構元素，保留約 20 分鐘進行小 組討論科學故事文本內容之科學本質，並發表各組的結論與全班同學分享，再填寫測驗 量表及學習單；而對照組在教學完後則自行參閱科學故事文本，直接填寫測驗量表及學 習單，以上實驗處理即為實驗組（社會建構教學）和對照組（非社會建構教學）之差異。第六節 資料蒐集與分析
本研究在研究期間蒐集的資料，包括「單元成就測驗」、「科學本質觀量表」、「單元 主題相依科學本質觀測驗」、「學習單」。當測驗結束後，隨即進行資料的整理與分析， 有關多種測驗的數據資料分析主要以 SPSS 12.0 套裝軟體進行統計分析。 一、單元成就測驗： 以單元成就測驗前測成績為共變項，進行二因子多變項共變數分析（two-factor MANCOVA），以比較不同教學模式（社會建構之科學本質融入科學史課程、非社會建 構之科學本質融入科學史課程）與不同自然與生活科技學業成就分組（高分組、低分組） 在後測與追蹤測有何差異。 二、科學本質觀量表： 以科學本質觀量表前測成績為共變項，進行二因子多變項共變數分析（two-factor MANCOVA），以比較不同教學模式、不同自然與生活科技學業成就在後測與追蹤測有 何差異。 三、單元主題相依科學本質觀測驗： 以單元主題相依科學本質觀測驗前測成績為共變項，進行二因子多變項共變數分析 （two-factor MANCOVA），以比較不同教學模式、不同自然與生活科技學業成就在後測 與追蹤測有何差異。四、逐步迴歸分析（Stepwise Multiple Regression）
以單元成就測驗前測、科學本質觀量表前測為自變項，單元主題相依科學本質觀測 驗之後測與追蹤測為依變項，進行逐步迴歸分析，以了解單元成就測驗、科學本質觀量 表之前測成績，是否具有預測單元主題相依科學本質觀測驗後測與追蹤測表現之能力。 五、學習單： 學習單是開放式問卷，為回答研究問題四，針對學生在學習活動之後，學習單之答 案與科學本質中持久性、暫時性、驗證性內涵相符狀況，轉化成量化分數（如附錄八）， 得 2 分代表回答與科學本質內涵高度相符，0 分代表回答與科學本質無關或錯誤之概
念，每題給予 2 分、1.5 分、1 分、0 分，以代表學生對科學本質的理解程度。 為提高學習單轉化為量化分數之信度，邀請具有 20 年國中理化科教學資歷之現職 教師進行交叉複評，選取各班座號 2 號、3 號兩位同學之學習單複評，共計複評 32 張學 習單（4 班×4 單元主題×2 人），而且每一個題目均有兩個答案，其中持久性 64 個回答中 僅有 8 個給分不同，相似度達 87.50%；暫時性 64 個回答中僅有 3 個給分不同，相似度 達 95.31%；驗證性 64 個回答中僅有 8 個給分不同，相似度達 87.50%，整體評分相似度 達 90.10%。 將學習單編碼轉化為量化分數，再進行二因子多變項分析（two-factor MANOVA）， 以比較不同教學模式、不同自然與生活科技學業成就學生科學本質觀的變化；依前面結 果，量化之分數再進行單因子重複量數變異數分析（one-factor repeated measures
ANOVA），以比較持久性、暫時性、驗證性三個向度的科學本質觀受不同教學模式、不
第四章 研究結果與討論
本章分為兩個部份，第一部份是社會建構之科學本質融入科學史與非社會建構之科 學本質融入科學史之兩種不同教學模式的學習成效分析，第二部分是分析學生學習單， 以探討學生對科學本質的理解。第一節 社會建構之科學本質融入科學史課程教學之量化成效分析
一、教學前後單元成就測驗之成效分析： 此部分乃為回答研究問題一：「不同的教學模式、學業成就，對學習者在物質組成、 原子結構、色光、燃燒概念學習成就有何差異？」進而以敘述性統計與推論性統計呈現 其結果。 （一）單元成就測驗之敘述性統計分析 將實驗組與對照組的單元成就測驗成績（前測、後測、追蹤測），依照自然學業成 就分組（高分組、低分組），將敘述性統計整理如表3。 表 3 不同教學模式與不同學業成就分組在單元成就測驗之敘述性統計分析表 人數 前測 後測 追蹤測 後測-前測 追蹤測-前測 N mean SD mean SD mean SD 平均差 t值 平均差 t值低分組 33 13.85 2.75 17.30 6.82 12.45 3.85 3.45 3.16**(.003) -1.40 -2.05*(.049) 高分組 34 17.41 3.39 22.29 6.17 25.88 5.12 4.88 6.41***(.000) 8.47 11.76***(.000) 對照組 全 體 67 15.66 3.55 19.84 6.92 19.27 8.13 4.18 6.30***(.000) 3.61 4.62***(.000) 低分組 33 15.12 4.39 17.70 7.01 16.48 6.84 2.58 2.63*(.013) 1.36 1.33 (.192) 高分組 34 18.12 5.32 20.97 5.86 26.29 5.63 2.85 4.10***(.000) 8.17 11.86***(.000) 實驗組 全 體 67 16.64 5.08 19.36 6.61 21.46 7.93 2.72 4.57***(.000) 4.82 6.53***(.000) 註1： * p<0.1, **p<0.01, ***p<0.001 從學業成就分組的角度來看，對照組（非社會建構組）低學業成就和高學業成就學 生，在前測到後測、前測到追蹤測成績的 T 值均達顯著水準；實驗組（社會建構組）低 學業成就學生，在前測到後測成績的 T 值達顯著水準，而高學業成就學生，在前測到後 測、前測到追蹤測成績的 T 值均達顯著水準。 由此結果可以得知，對照組以非社會建構之科學本質融入科學史課程後，低學業成 就和高學業成就的學生均能對科學的概念獲得立即有效的學習，但科學概念的建構與改
降；實驗組在社會建構之科學本質融入科學史課程後，低學業成就和高學業成就的學生 均能對科學的概念獲得立即有效的學習，但高學業成就的學生學習效果能夠持續維持， 低學業成就的學生學習效果無法持續。 （二）單元成就測驗之推論統計分析 將教學模式、學業成就分組二變項與單元成就測驗進行二因子多變量共變數分析 （two-factor MANCOVA），以「教學模式、學業成就分組」為自變項，控制變項為「單 元成就測驗前測成績」，結果呈現於表 4。 表 4 不同教學模式與不同學業成就分組在單元成就測驗後測驗與追蹤測總分二因子多 變量共變數分析 變異來源 Wilks’Λ df1 df2 F Sig 淨相關η2 前測 0.58 2 128 46.42*** .000 .420 教學模式 0.92 2 128 5.61** .005 .081 學業成就分組 0.48 2 128 69.76*** .000 .522 教學模式*學業成就分組 0.97 2 128 2.16 .120 .033 註 1：df1 為假設自由度，df2 為誤差自由度 註 2： ** p<0.01, ***p<0.001 由表 4 中顯示科學概念單元成就後測和追蹤測，在不同教學模式達顯著水準（Wilks’ Λ=0.92，p=0.005），在不同學業成就分組上也達顯著水準（Wilks’Λ=0.48，p=0.000）。 由於自變項各因子（教學模式、學業成就分組）之間交互作用未達顯著（Wilks’Λ =0.97，p=0.120），因此針對不同教學模式、不同學業成就分組進行主要效果分析，再依 其顯著性與否分別進行單因子多變量共變數分析（one-factor MANCOVA），結果呈現於 表 5。 表 5 不同教學模式與不同學業成就分組在單元成就測驗之主要效果摘要表 單變量 變異來源 多變量 Wilks’Λ 後測 F 值 追蹤測 F 值 事後比較 後測：無顯著差異 教學模式 0.92**(.005) 2.44(.121) 3.50*(.064) 追蹤：實驗組＞對照組 後測：無顯著差異 學業成就分組 0.48***(.000) 1.07(.303) 118.22***(.000) 追蹤：高分組＞低分組 註 1： * p<0.1, **p<0.01, ***p<0.001 由表 5 中進行事後比較結果顯示，不同教學模式後測未達顯著水準（F=2.44,
p=0.121），追蹤測達顯著水準（F=3.50, p=0.064），事後檢定顯示實驗組（社會建構組） 高於對照組（非社會建構組），由此可見，經過課堂上的討論、發表（社會建構取向之 科學本質融入科學史教學），有助於科學概念之保留。不同學業成就分組後測未達顯著 水準（F=1.07, p=0.303），追蹤測達顯著水準（F=118.22, p=0.00），事後檢定顯示高分組 高於低分組，由此可知，高學業成就學生學習保留成效，比低學業成就學生來得佳。 （三）小結 從敘述性統計分析中可以發現，不論實驗組或對照組，在學業成就高分組的物質組 成、原子結構、色光、燃燒單元成就後測和追蹤測成績上，均能達到顯著的進步。而學 業成就低分組在後測成績上，也達到顯著的進步，但在追蹤測成績上卻未見學習成效。 在推論性統計分析中顯示，自變項「教學模式因子」對依變項「單元成就測驗」的 影響達顯著性，在事後檢定部分，後測成績未達顯著水準，到追蹤測成績則實驗組高於 對照組，這表示社會建構教學對單元主題成就學習的影響，在於已經學到的概念能有較 好的學習保留效果。另外，自變項「自然學業成就分組」對依變項「單元成就測驗」的 影響達顯著性，在事後檢定部分，後測成績未達顯著水準，到追蹤測成績則高分組高於 低分組，這表示高學業成就的學生在單元成就學習成效，往往較低學業成就的學生有較 好的學習保留效果。 問題一的假設 1-1「不同教學模式學生，在科學概念學習成就（後測、追蹤測）成 績達顯著差異」，統計分析結果顯示並未完全與假設相符，學生在科學概念學習成就追 蹤測成績達顯著差異，但後測成績未達顯著差異；假設 1-2「不同自然學業成就分組學 生，在科學概念學習成就（後測、追蹤測）成績達顯著差異」，統計分析結果顯示也並 未完全與假設相符，學生在科學概念學習成就追蹤測成績達顯著差異，但後測成績未達 顯著差異。 二、科學本質觀量表之成效分析 此部分乃為回答研究問題二：「不同的教學模式與不同學業成就的對學習者在科學 本質觀有何差異？」進而以敘述性統計與推論性統計呈現其結果。 （一）科學本質觀量表之敘述性統計分析 將實驗組與對照組的單元成就測驗成績（前測、後測、追蹤測），依照自然學業成
就分組（高分組、低分組），將敘述性統計整理如表6：
表 6 不同教學模式與不同學業成就分組對科學本質觀之敘述性統計分析表
人數 前測 後測 追蹤測 後測-前測 追蹤測-前測 N mean SD mean SD mean SD 平均差 t值 平均差 t值
低分組 33 65.67 7.59 69.52 12.46 65.21 8.58 3.85 1.71* (.097) -0.46 -0.24 (.812) 高分組 34 65.44 8.26 70.88 7.56 69.35 6.41 5.54 3.20** (.003) 3.91 2.75* (.010) 對照組 全 體 67 65.55 7.88 70.21 10.21 67.31 7.78 4.66 3.33** (.001) 1.76 1.47 (.147) 低分組 33 67.18 5.66 71.39 7.95 67.09 11.48 4.21 3.00**(.005) -0.09 -0.04 (.966) 高分組 34 69.29 6.76 71.32 10.30 71.94 7.09 2.03 1.29 (.206) 2.65 2.08* (.045) 實驗組 全 體 67 68.25 6.29 71.36 9.15 69.55 9.75 3.11 2.94** (.005) 1.30 1.05 (.296) 註1： * p<0.1, **p<0.01 從自然學業成就分組的角度來看，對照組（非社會建構組）低學業成就和高學業成 就學生，在前測到後測成績的 T 值達顯著水準，前測到追蹤測成績的 T 值僅高學業成就 學生達顯著水準；實驗組（社會建構組）在前測到後測成績的 T 值僅低學業成就學生， 達顯著水準，而前測到追蹤測成績的 T 值僅高學業成就學生達顯著水準。由此結果可以 得知，對照組在非社會建構之科學本質融入科學史課程後，低學業成就和高學業成就的 學生在科學本質觀有所提升，但科學本質觀改變效果在高學業成就的學生能夠持續維 持。實驗組在社會建構之科學本質融入科學史課程後，低學業成就的學生，在科學本質 觀有所提升，但高學業成就的學生則沒有明顯的變化。 （二）科學本質觀量表之推論統計分析 將教學模式、學業成就分組二變項與科學本質觀量表測驗進行二因子多變量共變數 分析（two-factor MANCOVA），以「教學模式、學業成就分組」為自變項，控制變項為 「科學本質觀量表測驗前測成績」，結果呈現於表 7。 表 7 不同教學模式與不同學業分組在科學本質觀量表後測驗與追蹤測總分二因子多變 量共變數分析 變異來源 Wilks’Λ df1 df2 F Sig 淨相關η2 前測 0.89 2 128 7.63** .001 .017 教學模式 0.99 2 128 0.58 .561 .009 學業分組 0.93 2 128 4.62* .012 .067 教學模式*學業分組 1.00 2 128 0.32 .725 .005 註 1：df1 為假設自由度，df2 為誤差自由度 註 2： * p<0.1, **p<0.01
由表 7 顯中示科學本質觀量表後測和追蹤測，在不同教學模式未達顯著水準（Wilks’ Λ=0.99，p=0.561），在不同學業成就分組上則達顯著水準（Wilks’Λ=0.93，p=0.012）。 由於自變項各因子（教學模式、學業成就分組）之間交互作用未達顯著（Wilks’Λ =1.00，p=0.725），因此針對不同學業成就分組進行主要效果分析，再依其顯著性與否分 別進行單因子多變量共變數分析（one-factor MANCOVA），結果呈現於表 8。 表 8 不同教學模式與不同學業分組在科學本質觀量表之主要效果摘要表 單變量 變異來源 多變量 Wilks’Λ 後測 F 值 追蹤測 F 值 事後比較 後測：無顯著差異 學業分組 0.93*(.012) 0.03(.875) 8.50**(.004) 追蹤：高分組＞低分組 註 1： * p<0.1, **p<0.01 由表 8 中進行事後比較結果顯示，不同學業成就分組後測未達顯著水準（F=0.03, p=0.875），不同學業成就分組追蹤測達顯著水準（F=8.50, p=0.004），事後檢定顯示高分 組高於低分組。 （三）小結 從敘述性統計分析中可以發現，對照組在非社會建構之科學本質融入科學史課程 後，學生的科學本質觀均有所提升，但高學業成就的學生科學本質觀改變效果能夠持續 維持；實驗組在社會建構之科學本質融入科學史課程後，低學業成就的學生，科學本質 觀有所提升，但高學業成就的學生則沒有明顯的變化。 經 MANCOVA 分析顯示，教學前後「教學模式」對科學本質觀的影響並未達顯著； 「學業分組」對科學本質觀的影響，在後測結果沒有顯著差異，但六週後的追蹤測則顯 示高分組優於低分組。 問題二的假設 2-1「不同教學模式學生，在科學本質觀變化（後測、追蹤測）達顯 著差異」，統計分析結果顯示與假設不相符，學生的科學本質觀在後測、追蹤測成績未 達顯著差異；假設 2-2「不同自然學業成就分組學生，在科學本質觀變化（後測、追蹤 測）達顯著差異」，統計分析結果顯示並未完全與假設相符，學生的科學科學本質觀後 測成績未達顯著差異，但追蹤測成績達顯著，高分組優於低分組。
三、單元主題相依科學本質觀測驗之成效分析 此部分乃為回答研究問題三：「不同的教學模式、學業成就，對學習者在單元主題 相依科學本質觀有何差異？」進而以敘述性統計與推論性統計呈現其結果。 （一）單元主題相依科學本質觀測驗之敘述性統計分析 將實驗組與對照組的單元成就測驗成績（前測、後測、追蹤測），依照自然學業成 就分組（高分組、低分組），將敘述性統計整理如表9。 表 9 單元主題相依科學本質觀測驗之敘述性統計分析表 人數 前測 後測 追蹤測 後測-前測 追蹤測-前測 N mean SD mean SD mean SD 平均差 t值 平均差 t值
低分組 33 2.27 1.97 3.58 3.29 0.48 0.71 1.31 2.81**(.008) -1.79 -5.11*** (.000) 高分組 34 5.26 2.87 5.65 3.39 6.88 3.06 0.39 0.98 (.333) 1.62 3.12** (.004) 對照組 全 體 67 3.79 2.88 4.63 3.48 3.73 3.91 0.84 2.74**(.008) -0.06 -1.59(.874) 低分組 33 2.97 2.31 4.27 3.46 4.06 3.45 1.30 2.85**(.008) 1.14 1.90* (.067) 高分組 34 6.12 3.01 6.94 2.77 6.97 3.03 0.82 2.11*(.043) 0.85 1.82* (.078) 實驗組 全 體 67 4.57 3.10 5.63 3.38 5.54 3.53 1.07 3.54** (.001) 0.05 2.64* (.010) 註1： * p<0.1, **p<0.01, ***p<0.001 從學業成就分組的角度來看，對照組（非社會建構組）低學業成就學生，在前測到 後測、前測到追蹤測成績的 T 值均達顯著水準，而高學業成就學生僅在前測到追蹤測成 績的 T 值均達顯著水準；實驗組（社會建構組）不論高、低學業成就學生，在前測到後 測、前測到追蹤測成績的 T 值均達顯著水準。 由此結果可以得知對照組在非社會建構之科學本質融入科學史課程後，低學業成就 學生的物質組成、原子結構、色光、燃燒四個單元主題相依科學本質觀獲得提升，但六 週之後單元主題相依科學本質觀反而退步了；高學業成就的學生，剛教完學時單元主題 相依科學本質並無顯著的改變，經過一段時間後，才見成效；實驗組在社會建構之科學 本質融入科學史課程後，不論低學業成就或高學業成就的學生，單元主題相依科學本質 觀均有所提升，而且六週之後改變仍然存在。 （二）單元主題相依科學本測驗之推論統計分析 將教學模式、學業成就分組二變項與單元主題相依科學本測驗進行二因子多變量共 變數分析（two-factor MANCOVA），以「教學模式、學業成就分組」為自變項，控制變 項為「單元主題相依科學本質觀測驗前測成績」，依變項分別為「單元主題相依科學本
測驗後測成績」和「單元主題相依科學本測驗追蹤測成績」，結果呈現於表 10。 表 10 不同教學模式與學業分組在單元主題相依科學本質觀測驗後測驗與追蹤測總分二 因子多變量共變數分析 變異來源 Wilks’Λ df1 df2 F Sig 淨相關η2 前測 .55 2 128 51.55*** .000 .446 教學模式 .92 2 128 5.73** .004 .082 學業分組 .72 2 128 24.99*** .000 .281 教學模式*學業分組 .85 2 128 11.72*** .000 .155 註 1：df1 為假設自由度，df2 為誤差自由度 註 2： ** p<0.01, ***p<0.001 由表 10 中顯示單元主題相依科學本質後測和追蹤測成績，在不同教學模式達顯著 （Wilks’Λ=0.92，p=0.004），在不同學業成就分組也達顯著（Wilks’Λ=0.72，p=0.000）。 在交互作用分析部分，教學模式與學業成就分組之間交互作用達顯著水準（Wilks’Λ =0.85，p=0.000），所以針對「不同教學模式與不同學業成就分組」對單元主題相依科學 本質的影響，進行單純主要效果分析。分析資料時先依學業成就分組（低成就、高成就） 分組，分別進行「教學模式因子」的單因子多變量共變數分析（one-factor MANCOVA）。 接著資料再依教學模式（非社會建構、社會建構）分組，分別進行「學業成就分組因子」 的單因子多變量共變數分析（one-factor MANCOVA），所得結果如表 11。 表 11 不同教學模式與學業分組在單元主題相依科學本質觀測驗之主要效果摘要表 多變量 單變量
變異來源 N Wilks’Λ Mean SD F Sig η2 事後比較 不同學業成就分組 後測 4.63 3.48 0.87 .355 .013 無明顯差異 對照組 67 .42***(.000) 追蹤測 3.73 3.91 80.26*** .000 .556 高分組＞低分組 後測 5.63 3.38 0.17 .685 .003 實驗組 67 .97(.400) 追蹤測 5.54 3.54 1.66 .202 .025 無顯著差異 不同教學模式分組 後測 3.92 3.37 .00 .979 .000 無明顯差異 低分組 66 .60***(.000) 追蹤測 2.27 3.06 31.27*** .000 .332 實驗組＞對照組 後測 6.29 3.14 1.49 .227 .022 高分組 68 .96(.264) 追蹤測 6.93 3.02 0.37 .545 .006 無明顯差異 註 1： *** p<0.001 表 11 顯示非社會建構組在「不同學業成就分組」（高分組、低分組）對單元主題相
依科學本質觀測驗成績的單純主要效果達顯著水準（Wilks’Λ=0.42, p=0.000）；社會建 構組則未達顯著水準（Wilks’Λ=0.97, p=0.400），再對非社會建構組進行單因子單變量 共變數分析（one-factor ANCOVA），並進行事後檢定，結果為非社會建構組後測的成績 在不同學業成就分組間差異未達顯著水準（F=0.87, p=0.355），追蹤測的成績在不同學業 成就分組間差異達顯著水準（F=80.26, p=0.26），事後檢定的結果為高學業成就組高於低 學業成就組。社會建構組後測和追蹤測的成績均未達顯著水準。 另外，低學業成就組在「不同教學模式分組」（非社會建構、社會建構）對單元主 題相依科學本質觀測驗成績的單純主要效果達顯著水準（Wilks’Λ=0.60, p=0.000）；高 學業成就組則未達顯著水準（Wilks’Λ=0.96, p=0.264），再對低學業成就組進行單因子 共變數分析（one-factor ANCOVA），並進行事後檢定，結果為低學業成就組後測的成績 在不同教學模式分組間差異未達顯著水準（F=0.00, p=0.979），追蹤測的成績在不同教學 模式分組間差異達顯著水準（F=31.27, p=0.000），事後檢定的結果為社會建構組高於非 社會建構組。高學業成就組後測和追蹤測的成績均未達顯著水準。 （三）小結 從敘述性統計分析中可以發現，對照組於實施課程教學後，低學業成就的學生的單 元主題相依科學本質觀獲得提升，但六週之後單元主題相依科學本質觀反而退步了；高 學業成就的學生，剛教完學時單元主題相依科學本質並無顯著的改變，經過一段時間 後，才見成效；實驗組在課程教學後，所有學生的單元主題相依科學本質觀均有所提升， 而且教學成效在六週之後依然存在。 經 MANCOVA 分析顯示，非社會建構組在「不同學業成就分組」對單元主題相依 科學本質觀測驗成績的單純主要效果達顯著水準，進行事後比較結果追蹤測高學業成就 組高於低學業成就組；社會建構組則未達顯著水準。低學業成就組在「不同教學模式分 組」對單元主題相依科學本質觀測驗成績的單純主要效果達顯著水準，進行事後比較結 果追蹤測社會建構組高於非社會建構組；高學業成就組則未達顯著水準。 問題三的假設 3-1「不同教學模式學生，在單元主題相依科學本質觀變化（後測、 追蹤測）達顯著差異」，統計分析結果顯示並未完全與假設相符，對高學業成就同學單 元主題相依科學本質觀影響未達顯著水準，對低學業成就同學後測結果無顯著差異，但 六週之後追蹤測結果則社會建構組高於非社會建構組。假設 3-2「不同自然學業成就分 組學生，在單元主題相依科學本質觀變化（後測、追蹤測）達顯著差異」，統計分析結
果顯示並未完全與假設相符，對採用社會建構教學組學生單元主題相依科學本質觀影響 未達顯著差異，但六週之後追蹤測結果則高分組優於低分組。
