國小自然科教師對科學史教學的態度之初探研究

一、研究動機與目的

科 學 史 在 科 學 教 學 中 具 有 多 元 性 的 功 能，頗為受到學者肯定(許良榮、李田英，民 84；Kauffman；Jenkin ， 1989；Klopfer & Wastson ， 1957；Schecker ， 1992)。但是如 何將科學史融入於教學或應如何教科學史， 不論國內外並沒有很一致的看法(許良榮，民 88)。另一方面；科學教師通常趨向於實用主 義，如果學術研究上有任何的結果，必需以 有意義及有用的形式，呈現給科學教師(Stin-ner & Williams ， 1993)。美國哈佛大學曾於 一九七０年發展科學史取向課程 Physics Proj-ect ，但是在科學教育的地位仍然落於數學導 向的解題課程(如 PSSC)之後，其中的原因之 一是教師對於如何應用科學史於教學的認識

國小自然科教師對科學史教學的態度

之初探研究

侯志洋　許良榮

國立臺中師範學院　自然科學教育研究所

摘　要

本研究為一初探性的調查研究，目的在瞭解國小自然科教師對於自然課中使用科學史教 學之相關議題的看法及態度為何？研究工具為自行發展的調查問卷，樣本為台中師範學院進 修部暑期教學碩士班之國小在職進修教師，包括科學教育研究所及環境教育研究所各一班， 回收之有效樣本共計 43 人。研究結果發現在科學史教學之相關議題的其中四個向度：「科 學與歷史兩者是否相容」、「科學史之教學功能」、「學生之科學概念與科學史中科學理論 的發展平行」、「科學史與學生的科學信念」具有正向的態度，顯示受測教師傾向於能夠接 受科學史教學的理念，此為落實科學史之教學的有利因素。但是由第五個向度「教師對現有 的科學史教學資源之觀點」的調查結果顯示；教師們認為科學史教學的相關資源並不充足， 尚有賴研究者與教師共同投入發展與研究。最後本研究依據研究發現提出數項建議。 關鍵字：教學態度、科學史、國小教師 不足所致(Duschl ， 1994)，因此教師對於教 學內容或教學目標的認知與態度是影響教學 成敗的關鍵因素之一。雖然目前文獻中對於 科學史與科學教學之探討主要集中於中學或 大學，但是科學史之教學已有往下紮根之趨 勢與需求，例如美國的 National Science Edu-cation Standards(NRC, 1996)將「科學史與科 學本質」明訂為 K-12 的科學教育內容標準的 八項類別(categories)之一。 對於科學史教學之相關問題，曾有來自 科學家與歷史學家的反對聲浪（Matthews ， 1994）。而且；教學或課程的相關研究經常 是學院內教授、學者及課程專家所決策，主 要的現場授課教師被邊緣化，少有參與對話 的機會。 Brush（1989）指出在使用歷史取向

的教學中，教師的角色至為重要，是實施科 學史教學的重要因素之一。而國內九年一貫 課程綱要已將「科學與人文」相關議題（包括 科學的發展、科學本質、科學倫理）納入「自 然與生活科技學習領域」，將安排於國小中 年級以上的自然與生活科技課程中。教材內 容的擴大不僅對中小學老師是一個挑戰，對 教 材 編 輯 者 及 師 資 培 育 單 位 也 是 一 個 挑 戰 （林陳涌，民 89）。教師是課程改革是否成功 的關鍵，而大多數教師接觸科學史教學之相 關議題的機會並不多，對於將來課程的發展 及實施將具有某些程度的不確定性。針對此 一問題，本研究進行試探性的調查研究，企 圖瞭解國小自然科教師對自然課中使用科學 史教學的看法及態度之傾向為何？以做為課 程發展與師資培育的參考。

二、文獻探討

約十九世紀後期，一些歐美國家的大學 課程已有科學史科目(劉廣定，民 86)。 1895 年德國科學家 E. Mach 宣稱：沒有任何科學 教育可以不重視科學的歷史與哲學（引自楊 淑 芬 ， 民 8 1 ）。 1 9 5 0 年代哈佛大學校長 Conant 致力於以科學史為主導的大學通識教 育課程改革（許良榮，民 88），此後開啟了 學界將科學史教學納入不同學科的各階段教 育之研究與計畫。 1989 年首次「科學教學中 的科學史與科學哲學」國際研討會在美國舉 辦，之後類似研討會每三年舉辦一次( 劉廣 定，民 86)。國內早期以科學月刊為主體，引 介科學史、哲的著作及論述，但於民國 83 年 以後，國內也相繼舉辦科學史、哲與教學之 研討會，逐漸吸引學者投入研究工作，相關 論文陸續發表。目前高中、國中的部定課程 已有部分科學史內容，一般中學教師多少已 有接觸，但是對小學自然科教師而言則仍為 全新的領域。 由文獻研究顯示科學史之教學的相關問 題並不單純( B r u s h ， 1 9 7 4 ；M a t t h e w s ， 1994； 許良榮，民88)，例如科學史是否會混 淆「科學」與「歷史」的不同心智模式？學生 之科學概念與科學史( 科學家) 的發展是否平 行？偽科學史與真科學史之差異？…等等。 本研究整理相關文獻之論述，探討科學史融 入自然科教學時，在學理與實務之可能爭議 的問題，歸納區分為五個向度。各向度依次 為：

(一)、科學與歷史兩者是否相容？

Brush(1974)引用 Klein(1972)的觀點指 出；科學家為了探討自然現象的本質，必須 避免時空、個人和觀察者一些複雜的特性； 而歷史學家是要探討歷史真相的本質，不能 忽略掉過去的環境時空、個人因素等等的複 雜特性，因此歷史和科學在本質上是不同的 學科。 Kauffman(1991)也指出科學家是要找 出自然現象的規律性，並「簡化」現象以建立 通則性原理，而歷史學家是要查驗一個事件 的脈絡(context)，研究過程會將現象「複雜 化」以求了解事件的真象與意義，此兩者不 同的目標難以取得一致性。因此由歷史學與 科學的本質而言，似乎是互不相容的，但是 從不同的角度而言，在科學教學中是否可以 成為互補性的功能？雖然 Matthew(1994)為此 問題已提出辯護，但是教師是否認同尚不得

而知。

(二)、科學史之教學功能為何？

科學史在科學教學中具有多元性的功能 (許良榮、李田英，民 84)，例如科學史能提 供人文層面的認知(Jenkin ， 1989)，能增加 學 生 對 於 科 學 家 及 其 工 作 的 興 趣 和 鑑 賞 (Klopfer & Wastson ， 1957)，可以讓學生了 解科學理論的暫時性與不確定性(Garrison & L a w w i l l ， 1 9 9 3 ) 。 K a u f f m a n ( 1 9 9 1 ) 和 Matthews(1994)也分別列舉了科學史在科學 教學上的數項功能，但是教師是否認同這些 教學功能，尚有待進一步的探究。

(三)、學生之科學概念與科學史科學理

論的發展是否平行？過時科學理

論的教學價值為何？

文獻中有些學者指出學生有很多概念與 科學史是相平行的( M c C l o s k e y ， 1 9 8 3 ； Clement ， 1983)，例如 McDonald(l989)認為 兒童對於「看見」與「顏色」的概念與科學史 有平行的現象。而相關實徵研究也支持此項 觀點， Mas & Perez(1987)以西班牙 12 至 18 歲，合計 1198 個樣本的研究指出，青少年的 氣體概念和化學史有平行的現象。 S o n g ， Cho & Chung（1997）探究 11 、 13 、 15 和 17 歲總計 736 位學生的慣性概念的改變，研 究顯示對於慣性慣念，學生和過去科學家的 觀點有些不相似，但也有相似的概念。 Van Drie ， De Vos & Verloop(1998)研究十年級 合計 120 位學生對於化學平衡的推理過程， 發現與十九世紀的化學家相似。這些研究似 乎支持了學生的科學概念與科學史之發展有 某種程度的平行關係。但是，也有不少學者 認為此種假定值得斟酌。例如 Thagard(1992) 認為從內容(content)、結構(structure)、機制 (mechanism)三個向度比較兒童與科學家知識 的成長，皆可發現其彼此的差異性(引自邱美 虹，民 89)。 Levine(2000)論述兒童與科學家 的概念發展或概念改變之類比的相關研究， 指出除了使用 Kuhn 的「不可共量(incommen-surability)」；「典範(paradigm)」的語詞指稱 兒童之概念改變的問題以外，也提醒對於歷 史的(科學史)與心理學的(兒童的)之平行關係 的假定應該要非常小心謹慎。而此議題所衍 生的另一問題是；過時科學理論的教學價值 為何？科學教學有否需要說明或教導已被淘 汰的科學理論？因為如果我們認為學生的概 念改變與科學史發展相似，則過時的科學理 論有其某種程度的教學價值。例如 Schecker (1992)認為引介科學史可以幫助學生知覺到自 己的概念，以提供相矛盾之新概念學習的借 鏡。 Sanchez(l989)指出科學史不僅幫助我們 瞭解科學概念產生的情境，也可提供我們對 於科學概念的學習順序的判準。 M c D o n a l d (I989)則認為科學史有助於預測學生的迷思概 念，以協助教學的設計。無論此議題是否成 立，教師們的觀點為何？應是科學教育研究 者應予關切的。

(四)、教科學史是否影響學生的科學信

念？

由科學史可以顯示科學家與一般人並沒 有很大的差異，一樣會犯錯，在進行研究時 未必是完全客觀或是理性的，外在的社會文 化、心理因素、政治會影響科學的發展或是 科學家對於理論之取捨的決定。這些特性與

科學教學中所強調的「正確的科學態度」；例 如客觀、合作、破除迷信、尊重數據…. 等 等，背道而馳。換言之，引入科學史可以讓 學生瞭解「科學發展的真正面貌(或所謂的科 學本質)」，但是此種功能和科學素養中強調 「正確的科學態度」有所衝突。也因此致力於 科學史哲之教學與研究的 Matthews(1994)為 此問題提出討論與辯護。另一方面，傅麗玉 （民 88）指出在 1970 年代，科學家「不當行 為 」 的 故 事 是 否 該 放 入 科 學 教 學 也 引 起 爭 議，但是科學家的不當行為在中等學校科學 教育，應具有某些教學價值與意義。而教師 們的看法為何？是一個頗令人好奇而有待探 討的問題。

(五)、教師對現有的科學史教學資源之

觀點為何？

美國的 Project 2061 專案資源書 Bench-marks for Science Literacy （AAAS ， 1993） 建 議 將 科 學 史 教 材 納 入 科 學 課 程 改 革 的 重 點，但是強調教師可自行斟酌科學史材料， 並非將所有課程均以科學史為導向。可見在 科學課程裡運用科學史材料，教師所扮演的 角色十分重要（傅麗玉，民 85）。而一般教 科書的格式或科學教師本身的教育經驗，都 可能限制了教師整合科學史於科學教學的能 力（洪振方，民 86）。將科學史用於科學課 程教學，教師的知識背景及對教材教法的認 識是關鍵性的問題。 Matthews（1994）指出 教師若沒有科學史與科學哲學的知識，在教 授這些課程時，若不是眼光短淺，就是對課 程中所提到的主題重複一些不具批判性的閒 談，這些對學生而言將是一種損害。因此教 師是否認為本身已經具備科學史修養以及運 用 科 學 史 教 導 學 生 科 學 思 考 的 教 學 專 業 知 識，也是研究者所關切的問題之一。

三、研究方法

本研究調查工具為自編之「國小自然科 教師引用科學史教學態度量表」，採用 4 點計 分之 Likert 量表，發展問卷前廣泛收集相關 文獻並與任教科學史教授討論，再經已修習 過「科學史與科學教育」課程之自科所研究生 六位修改潤飾（均為國小在職教師，其中三 位曾參與科學史教學之研究計畫），因此應 具有某種程度之專家效度。由於本研究為初 探性研究，因此採取方便抽樣（convenience sampling），樣本為台中師範學院進修部暑 期教學碩士班之國小在職進修教師，包括科 學教育研究所及環境教育研究所各一班共 48 人(均具備一年以上之自然科教學經驗)。本研 究的限制為取樣教師已經過碩士班招生考試 的初步篩選，平均年齡較輕，而且受試的自 科所在職教師在填答問卷時已接受了四週之 科 學 哲 學 課 程 ， 因 此 在 推 論 上 應 予 嚴 格 界 定。 調 查 問 卷 回 收 之 後 ， 剔 除 無 效 問 卷 3 份，有效樣本合計 43 人。調查資料輸入電腦 後以SPSS統計軟體進行分析，信度採用 係數 估計其內在一致性，分析結果 為 .814 ，顯示 研究工具頗為穩定。

四、結果與討論

本研究主要為審視現職國小自然科教師 對科學史運用於教學的看法，因此採用描述

性統計。問卷題數 36 題區分為五個向度。以 下各表中，包括實際填答人次及百分比，反 向題以倒三角符號表示（▼）。填答選項為 「非常不同意」至「非常同意」之 Likert 4 點 量表，並分別計分為 1 至 4 分(反向題重新調 整為 4 至 1 分)，表中「得分」為各題之平均 分數。

(一)、教師對「科學與歷史兩者是否相

容」之觀點

本向度中共有 5 題（表一），除 21 、 12 兩題為反向題，餘為正向題。各題之得分均 在 2.61 以上，大於中間分數(2.50)，顯示教師 對於科學與歷史兩者間的相容性，傾向於正 面的態度。例如第6、18、27三題中填答「同 意」及「非常同意」的百分比均為 90％以上， 得分平均在 3 分以上。而第 12 題的填答較為 分歧（SD ＝.70），傾向於同意或不同意的人 次各約 50％。本題源於 Brush(1974)提出在科 學 教 學 使 用 歷 史 教 材 時 ， 必 須 是 有 選 擇 性 的，因此延伸出 -- 選擇的科學史是否為假歷 史的爭議（許良榮，民 88），由填答結果顯 示，教師對此爭議在的意見頗不一致，值得 更深入的探討。

(二)、教師對「科學史教學功能」之觀

點

本向度中共有 6 題（表二），均為正向 題。由各題「得分」均大於「中間分數」顯示 教師趨向於同意科學史所具有之教學功能， 且贊同比例相當高，分配比例也相當一致。 除第 7 題外，填答「同意」及「非常同意」的 百分比均為 93％以上，「得分」都在 2.95 分 以上，其中尤以第 4 題的 3.33 為最高，顯示 教師對於「引用科學史的教學可以幫助學生 學習科學家如何解決問題」頗具共識。第 7 題 教師的填答較為分歧（SD ＝.69），正向態度 佔 74.4％、負向態度佔 25.6％。 表一「科學與歷史兩者是否相容」選答項目分配表

表二「科學史教學功能」選答項目分配表

(三)、教師對「學生科學概念與科學史

發展是否平行及過時科學理論教

學價值」之觀點

本向度中共有 7 題（表三），除第 17 、 1兩題為反向題，餘為正向題。各題平均得分 除了第 17 題以外，均大於中間分數 2.50 ，顯 表三「學生科學概念與科學史發展是否平行及過時科學理論教學價值」選答項目分配表

示受試教師傾向於同意學生的科學概念發展 過程與科學史發展類似或是科學史有助於學 生的概念澄清與學習。值得注意的是第 17 題 平均得分 1.81 低於中間分數，此現象至少顯 示了二個問題；其一是受試教師對於科學史 或過時理論的價值判斷不是很穩定或已經持 有特定的主張；其二是題幹的敘述可能具有 引導受試教師之填答的效應；第 1 7 題中： 「…無實用價值，不需要在科學教學中出現」 的描述可能不恰當地提供了價值判斷，這是 未來研究亟需檢討改進的。此外，第 1 題有 關小學科學課程是否只應呈現目前被科學界 認同的科學理論，有 11 人(28.0%) 持贊同態 度，顯示雖然大多數受試教師傾向同意科學 史有助於學生的概念澄清或學習（例如第 3 、 24 、 14 、 34 題），但是對於過時科學理論是 否應該呈現於小學的教學，有不少受試教師 抱持保留態度。

(四)、教師對「科學史教學是否影響學

生科學信念」之觀點

本向度共有 9 題（表四），除 25 、 30 、 35 、 15 四題為正向題，餘為反向題。除第 2 題以外，其餘各題之平均得分均大於中間分 數，顯示教師趨向於同意在自然課中教導科 學史不會影響學生科學信念。第 25 、 30 、 35 三題及 9 、 22 、 10 、 32 四題反向題得分（調 整後）分配相當接近，各題正向得分的比例 均大於 74％以上。第 15 題填答「同意」及「非 常同意」的百分比為 95.3％，標準差在 .37 以 下，是本問卷所有問題中教師態度最為一致 的向度，顯示教師認為教導學生瞭解科學家 的不當行為可供學生反省思考，幫助學生澄 清價值均持相當正面的看法。而第 2 題教師 的填答較為分歧（SD ＝ .69），正、負向態 度分配平均，各約 50％，此現象是否為題幹 敘 述 已 經 隱 含 價 值 判 斷 ( 應 以 " 積 極 正 面 表四「科學史教學影響學生科學信念」選答項目分配表

"...)？或是教師持有特定的觀點？是值得更 深入探討問題之一。

( 五) 、教師對「現有的科學史教學資

源」之觀點

本向度共有 9 題，除 26 題為正向題，餘 為反向題。其中正、反向題的決定方式是； 得分越低，表示教師對於該項問題傾向於越 多困擾或越需要該項資源。亦即分數越低表 示該項資源越為缺乏或不充足。由表五的統 計顯示除了第 26 、 11 、 8 等三題得分高於中 間 分 數 以 外 ， 其 餘 各 題 得 分 均 低 於 中 間 分 數，顯示教師趨向於認為自然課中的科學史 教學資源不足。此項度的題目可再細分為四 個部分：第一為「時間」（20 、 26 題），得 分平均值接近中間分數，顯示教師認為使用 科學史的教學會佔用較多教學時間，但應該 能在正常授課時間內完成。第二為「師生負 荷」（11 、 8 題），此部分填答的分配比例也 大致相同，平均得分略高於中間分數，為本 向度得分較高的部分，顯示受試教師傾向認 為引用科學史的自然課程應不會增加師生太 多負荷。第三為「教師專業」（31 、 16 題）2 題皆有 37 人(86.0%) 以上的教師認為自己缺 乏科學史知識以及將科學史運用於自然科教 學的知能。第四為「教學資源」（5 、 33 、 13 題），此部分填答的分配比例較為歧異，平 均分數均低於中間分數，同意科學史的教學 資源與教學範例不易取得的教師都在 2 3 人

(58.2%) 以上，且第 13 題全部填答的教師均 同意目前自然科的教學指引應該增加科學史 的資料。

五、結論與建議

上 述 的 分 析 結 果 呈 現 的 是 一 種 描 述 性 的、初步的教師之態度傾向，尚不具有代表 性，不宜做為一種推論結果。但是從本研究 也發現不少未來研究或課程發展值得參考的 現象，在本研究所區分的五個向度中，其中 四個向度：「科學與歷史兩者是否相容」、 「科學史之教學功能」、「學生科學概念與科 學史發展是否平行以及過時科學理論的教學 價值」、「教科學史是否影響學生的科學信 念」傾向於正向態度，顯示受測教師同意科 學史所扮演的角色。雖然這對爾後九年一貫 課程 --「自然與生活科技學習領域」中「科學 與人文」的實施應有某種程度的助益。但是 第五個向度「教師對現有的科學史教學資源 之觀點」，顯示受測教師認為科學史教學的 相關配套資源較為不足。另一方面；參照九 年一貫課程暫行綱要（民國 90 年 1 月版）「自 然與生活科技學習領域」附錄一「自然與生活 科技」學習領域之教材內容要項中「科學與人 表五「科學史教學資源」選答項目分配表

文」主題分為：520 科學的發展、 521 科學美 學、 522 科學倫理三個次主題。這是本次課 程改革值得肯定的部分，也可視為新課程綱 要的特色。但由此也延伸出幾點問題，第一 由誰來編寫科學史課程？第二教師是否具備 科學史教學的知能？教學的相關資源是否足 夠？在綱要中「自然與生活科技學習領域」附 錄一後附記：「永續發展」課題中「科學與人 文 」 主 題 所 提 示 之 教 材 內 容 應 以 融 入 的 方 式，納入其他個主題中。歷次科學教育的課 程修訂，著重的是科學產物、科學過程，而 科學情境是比較忽略的主題。林陳涌（民 89） 回顧我國的課程發展指出：科學本質、科學 態度、思考智能、科學應用這些東西在每次 教育改革時都會被提出，但最後落實到教科 書課程中就全部不見了。因此；如何透過各 學域的學者專家及現場教師間的對話凝聚共 識，將「科學與人文」主題的精神確實融入其 他主題中，而非在「融入」後被稀釋甚至消 失，是課程改革中需格外注意的。 一個新課程改革的成功除了課程實體的 改革外，教師及社會大環境的配合是不可或 缺的因素。傅麗玉（民 85）指出英國的國家 科學課程（National Science Curriculum）公 佈實施後，首先遇到的就是教師缺乏科學史 背景，以致課程無法落實。對照本研究中的 第五個向度，其中與「教師專業」（表五， 31 、 16 題）有關的填答，顯示多數教師認為 自己缺乏科學史知識也缺少將科學史運用於 自然科教學的認識。 N i e l s e n & T h o m s e n （1990）的研究以丹麥為例指出，丹麥國會提 出 國 家 物 理 課 程 法 案 ， 包 括 五 個 要 點 其 中 「物理學家的世界觀」及「物理學的歷史和哲 學」是與科學史直接有關的。這樣的課程取 向對教師、物理學家、歷史學家和哲學家來 說是艱鉅的任務，他們組成一個團體。採取 了一些措施：第一點必須使一般的物理教師 相信，物理學史是有趣的而且學生能得到益 處，第二點讓教師知道在教室使用科學史的 實例，第三點必須說服教師，使教師相信他 們有能力使用歷史-哲學取向的教學而不會有 問題。本研究顯示對科學史在自然科教學的 前四個向度多數教師持正向的態度，符合上 述第一點的敘述；第二、三兩點則是值得我 國做為借鏡的。此外他們製作了一本教師指 引，第一章介紹歷史-哲學取向的物理學，第 二章詳細介紹主要的流源，其餘五章詳細介 紹不同個案（引自 Matthews ， 1994）。這部 分是國內目前最為缺乏的，對照本研究的第 五個向度，其中與「教學資源」（表五， 5 、 33 、 13 題）有關的填答，顯示多數教師認為 科學史的教學資源取得、教學範例及教學指 引均缺乏，且第 13 題呈現全部填答的教師均 認為目前自然科的教學指引應該增加科學史 的資料，這是新課程所面臨最迫切亟待解決 的問題之一。 我國將科學史用於自然科教學尚屬於學 院內的研究，大多仍在起步階段。依據本研 究結果顯示教師大多能接受科學史教學的理 念，使科學史落實在教學層面提供了良好的 有利因素。但是在其他外在環境的配合上仍 須更加努力，例如（1）在依據綱要編輯課文 時應掌握科學史融入的內涵；（2 ）學科專 家、科學史學者、教育學者及現職教師的共

同投入；（3）於師資培育過程及在職教育中 培養教師科學史相關知能；（4）建立相關教 學 資 源 等 ， 以 期 教 師 能 勝 任 此 新 領 域 的 教 學，這些都是值得科學教育界投入長期的關 切與努力。

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