小學奈米科技核心概念之研究

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國立台中教育大學科學應用與推廣系碩士論文

指導教授：許良榮博士

小學奈米科技核心概念之研究

研究生：黃佳媛撰

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小學奈米科技核心概念之研究

摘要

本研究目的在建立小學奈米科技的核心概念及概念圖。由文獻探討歸納出有關奈米科技的概念項目，發展「奈米科技核心概念」之問卷，並採用大慧（Delphi）調查法諮詢國內的專家學者共 28 位，其中包含大專院校之理工科系教授（11 位）、科學教育學者（6 位）及小學教師（11 位），透過三次來回的問卷諮詢後，建立出國小學生在不同年級應具有的「奈米科技」之核心概念，低年級有一項、中年級十五項、高年級三十三項，並依照應有的核心概念建立奈米科技概念圖，以作為未來的國小課程指標之參考。 關鍵詞：奈米科技、大慧調查法、概念圖

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A Study on the Core Concepts of Nanotechnology

for the Elementary School

Abstract

This purpose of this study was to establish the core concepts of

nanotechnology and the concept map for the elementary school. Based on the literature review, this study summarized the concepts related to the

nanotechnology and developed the questionnaire of “The Core Concepts of Nanotechnology". Further, this study conducted a Delphi survey to ask experts from twenty eight experts in Taiwan. These experts include 11 professors from college of science and engineering, 6 professors from science education, and 11 elementary school teachers. Through three rounds of the survey-questionnaire, this study conclude the core concepts of the nanotechnology according to the different grades of the elementary school, and concluded one concept of the nanotechnology should be taught in the elementary schools for lower-grade students, fifteen concepts for mid-grade students, and thirty-three concepts for higher-grade students. According to the results, this study established the concept map of nanotechnology as the reference for future curriculum design of the elementary school.

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目錄

第一章緒論第一節研究背景與動機……… 1 第二節研究目的與問題……… 4 第三節名詞解釋……… 4 第四節研究範圍與限制……… 5 第二章文獻探討第一節奈米科技相關概念與發展……… 7 第二節奈米科技教育現況與相關研究……… 13 第三節大慧調查之特色與實施……… 18 第四節大慧調查應用在課程之相關研究……… 23 第三章研究方法與設計第一節研究方法……… 27 第二節研究樣本……… 27 第三節研究工具……… 29 第四節研究流程……… 32 第五節資料處理與分析……… 35 第四章研究結果與討論第一節第一次問卷調查結果分析……… 39 第二節第二次問卷調查結果分析……… 55 第三節第三次問卷調查結果分析……… 69 第四節綜合分析與討論……… 76

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第五章結論與建議第一節結論……… 91 第二節建議……… 92 參考文獻中文部分……… 95 英文部分……… 99 網路資料……… 100 附錄附錄一第一次大慧調查問卷內容……… 101 附錄二第二次大慧調查問卷內容……… 107 附錄三第三次大慧調查問卷內容……… 113 附錄四小學奈米科技概念代碼……… 119

表次

表 2-1 奈米相關書籍……… 8 表 2-2 奈米科技概念相關研究文獻……… 16 表 2-3 大慧調查法、會議及問卷的特點比較表……… 24 表 2-4 進十年國內使用大慧調查法進行課程發展研究文獻………… 25 表 3-1 專家背景……… 28 表 3-2 初次擬定奈米科技核心概念……… 30 表 4-1 第一次大慧調查專家對「奈米的定義」之意見統計表……… 40 表 4-2 第一次大慧調查專家對「奈米的定義」之意見彙整……… 41 表 4-3 第一次大慧調查修正後之「奈米的定義」教學目標……… 42 表 4-4 第一次大慧調查專家對「奈米的特性」之意見統計表……… 43

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表 4-5 第一次大慧調查專家對「奈米的特性」之意見彙整………… 44 表 4-6 第一次大慧調查修正後之「奈米的特性」教育目標………… 45 表 4-7 第一次大慧調查專家對「自然界的奈米現象」之意見統計表… 46 表 4-8 第一次大慧調查專家對「自然界的奈米現象」之意見彙整… 47 表 4-9 第一次大慧調查修正後之「自然界的奈米現象」教學目標… 49 表 4-10 第一次大慧調查專家對「奈米材料」之意見統計表………… 49 表 4-11 第一次大慧調查專家對「奈米材料」之意見彙整……… 50 表 4-12 第一次大慧調查修正後之「奈米材料」教學目標……… 51 表 4-13 第一次大慧調查專家對「奈米科技的發展」之意見統計表… 52 表 4-14 第一次大慧調查專家對「奈米科技的發展」之意見彙整…… 53 表 4-15 第一次大慧調查修正後之「奈米科技的發展」教學目標…… 54 表 4-16 第二次大慧調查專家對「奈米的定義」之意見統計表……… 56 表 4-17 第二次大慧調查專家對「奈米的定義」之意見彙整………… 57 表 4-18 第二次大慧調查修正後之「奈米的定義」教學目標………… 58 表 4-19 第二次大慧調查專家對「奈米的特性」之意見統計表……… 59 表 4-20 第二次大慧調查專家對「奈米的特性」之意見彙整………… 59 表 4-21 第二次大慧調查修正後之「奈米的特性」教學目標………… 60 表 4-22 第二次大慧調查專家對「自然界的奈米科技」之意見統計表 61 表 4-23 第二次大慧調查專家對「自然界的奈米科技」之意見彙整… 62 表 4-24 第二次大慧調查修正後之「自然界的奈米現象」教學目標… 63 表 4-25 第二次大慧調查專家對「奈米材料」之意見統計表………… 64 表 4-26 第二次大慧調查修正後之「奈米材料」教學目標……… 65 表 4-27 第二次大慧調查專家對「奈米科技的發展」之意見統計表… 66 表 4-28 第二次大慧調查專家對「奈米科技的發展」之意見彙整…… 67

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表 4-29 第二次大慧調查修正後之「奈米科技的發展」教學目標…… 68 表 4-30 第三次大慧調查專家對「奈米的定義」之意見統計表……… 70 表 4-31 第三次大慧調查專家對「奈米的特性」之意見統計表……… 71 表 4-32 第三次大慧調查專家對「自然界的奈米現象」之意見統計表 72 表 4-33 第三次大慧調查專家對「奈米材料」之意見統計表………… 74 表 4-34 第三次大慧調查專家對「奈米科技的發展」之意見統計表… 75 表 4-35 三次大慧調查專家對「奈米的定義」之意見統計比較表…… 78 表 4-36 三次大慧調查專家對「奈米的特性」之意見統計比較表…… 80 表 4-37 三次大慧調查專家對「自然界的奈米現象」之意見統計比較表 82 表 4-38 三次大慧調查專家對「奈米的材料」之意見統計比較表…… 84 表 4-39 三次大慧調查專家對「奈米科技的發展」之意見統計比較表 86 表 4-40 各向度在三次問卷的平均標準差……… 87 表 4-41 小學各階段應具的奈米科技概念……… 88

圖次

圖 1-1 《奈米國家型科技計畫》主要計畫分項示意圖……… 2 圖 3-1 問卷編製與實施過程……… 29 圖 3-2 研究流程……… 33 圖 4-1 小學奈米科技概念圖……… 89

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第一章緒論

奈米對國小課程而言是一個新的科技議題，在國小教學中的「奈米科技」之核心概念，尚未有一致的觀點。因此，本研究以大慧（Delphi）調查法諮詢專家學者，建立國小學生在不同年級應具有的「奈米科技」之核心概念，以做為課程指標的基礎。以下就研究背景與動機、研究目的與問題、名詞解釋及研究範圍與限制個別描述。

第一節研究背景與動機

二十世紀末期奈米技術誕生並迅速崛起，到了二十一世紀奈米科技已經被廣泛的應用在日常生活中，從民生消費品到尖端的高科技領域，都能找到與奈米科技相關的應用產品，故此科技已經被公認為是二十一世紀最重要的技術之一（蔡元福、吳佳瑾、胡焯淳，2004）。Roco（2006）提到奈米科技在目前雖然處於成長期，但在 2015 年奈米科技在全球經濟中，會有價值近一兆美元利益的市場；並有 200 萬名工作者從事奈米科技事業，而相關工作的人數更將會達到這個數字的三倍之多。美國科學科術委員會也在 2000 年 3 月提出，奈米科技是下一次工業革命的核心，也將成為二十一世紀前二十年的主流科技（牟中原，2004）。工業經濟進步依賴科學的發現與新技術的開發，產業革命後工業產品的尺寸和重量愈來愈小，因為商品小的好處是節省製造和運作所需能量及材料，為了因應此局勢，奈米科技在二十一世紀快速發展（鄭天佐，2005）。奈米科技商品除了代表尺度小、成本低外，在奈米尺度下的商品還可具有不同的新特性，例如：光學、磁學、電性、熱傳導等特殊功能，因此各先進國家無不競爭互相投入了大量的資源及人力進行相關研究（阮國棟、吳婉怡、黃冠穎，2008）。

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經濟學諾貝爾獎得主索羅（Robert Merton Solow）教授也提過：「現代經濟成長之大部份，源於科學、工程及技術之提昇」，科技可以說是促成社會進步的重要原動力（陳麗文，2005）。本世紀經濟發展驅動力為奈米科技，因此要如何將奈米科技的特性轉化至商品中，進而帶動具體的經濟成效，是今日先進國家重視奈米科技的主要因素。台灣在 2001 年 1 月第六屆全國科技會議決議，奈米科技是未來生醫技術、前膽材料、能源技術、資訊技術及微機電技術進一步發展的共同基礎（劉祥麟， 2001）。因此在 2002 年，由國科會主導，行政院科技顧問組、中研院、教育部、經濟部、原子能委員會及環保署等單位，一共二十五位代表，組成《奈米國家型科技計畫工作小組》，在 2002 年 6 月行政院國家科學委員會中通過《奈米國家型科技計畫》，於 2003 年 1 月開始正式推動，並於 2003 年 9 月成立《奈米國家型科技計畫》辦公室，期望能藉由結合產業、學術、研究的力量，建立一個適合我國發展學術卓越和相關應用產業所需要的奈米平台，因此本計畫案運作主要包括學術卓越分項計畫、產業化技術、核心設施建置與分享運用及人才培育等四個分項（圖 1-1）。圖 1-1 《奈米國家型科技計畫》主要計畫分項示意圖從圖一中看出《奈米國家型科技計畫》除了發展奈米科技外，也重視人才的奈米國家型科技計畫學術卓越分項計畫產業化技術 人才培育 核心設施建置與分享運用

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培育。潘文福（2004）認為知識經濟對國家的發展是重要的，而奈米科技既然是未來的尖端科技，在培養此方面的人才或推廣全民對奈米科技的基本教育是值得被重視的。在台灣自 2003 年起由教育部規劃與推動「第一期奈米國家型科技計畫之人才培育分項計畫」，至今已執行六年（2003~2008），希望能迅速提供我國發展奈米國家科技計畫所需之各種跨領域人才，串聯自小學、中學（K-12）、大學、研究所、在職訓練甚至是終身學習。李世光（2003）認為素養教育是推廣知識的基礎，國民教育（K-12）是培養國家奈米科技人才的根基，讓國民從小就了解奈米的概念，能使台灣在未來奈米技術上有更進一步的發展。因此，教育部推動《奈米科技 K-12 人才培育計畫》，以整合中小學(K-12) 教育資源，開設許多適合各級學生之奈米科技相關課程，並開發各項奈米科技教育通用教材為目標。同時藉由舉辦教師教學研討會及專題競賽等全國性活動，培訓奈米科技教育所需師資，並積極促進奈米科技教育普及化，對我國奈米科技人才教育具有關鍵性之影響。因此，在 2008 年第一期計畫結束後，行政院國家科學委員會科學教育處以科學教育研究與推廣的機關角色與責任為出發點，認為此計畫有持續推動之必要性，於 2008 年底第二期奈米國家型科技計畫「國家型奈米科技教育整合型計畫」緊接展開，以統整、延續第一期計畫所開創之成果，並擴大計畫實施範圍及內容創新，目的為承接第一期成果，轉化為第二期計畫執行之基礎。由上述可以看出奈米科技教育在中小學課程是必要的，廖居治（1997）認為在實施科技教育時，各科教育應融入當代新興科技。但是從目前最新的 97 年度國民中小學九年一貫課程綱要中發現，奈米科技尚未列入正式課程，雖然在 2004 年奈米科技概念出現在我國國小教科書中，但卻只做概略性的介紹。在國內相關文獻顯示，國小學童對於奈米科技有不少的迷思概念。例如從蔡元福等（2004）的研究中發現國小中高年級的學童僅有 23％認為奈米是一種單位，卻有 12％的學童認為奈米是一種食物。陳鳳妤(2006)的研究中發現國小六年級學童在奈米教

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學前有 39.9％的比例認為奈米是體積的單位。由上述研究中顯示奈米科技未能在國小的教育中普及，導致國小學童對於奈米科技的基本認知不足，因此本研究的目的在建立小學教育之奈米科技的核心概念，以做為日後課程指標之參考。

第二節研究目的與問題

為了推廣奈米科技教育，普及國小學童對奈米科技的認識，本研究企圖以大慧（Delphi）調查法建立低、中、高年級國小學童應具備的「奈米科技」核心概念，以做為國小課程指標的參考。本研究的研究問題如下：ㄧ、國小低、中、高各年級的學童應具備的奈米科技核心概念為何？二、國小學童應具備的奈米科技核心概念之概念圖為何？

第三節名詞解釋

奈米科技「奈米」是一種長度單位，意指十億分之一公尺；「奈米尺度」為介於 1 至 100 奈米之間的長度；而奈米科技係指在奈米尺度下進行操作、控制原子或分子組合成新的結構，呈現出有別於巨觀尺度下的物理、化學或生物之特性與現象，利用這些特性與現象把奈米科技產業推廣至電機、生化、醫藥及環境資源各產業科技。本研究所指的奈米科技是在奈米尺度下操作技術而衍生出來的各項科學技術及知識，依文獻整理出相關的概念共分成五大項：「奈米的定義」、「奈米的特性」、「自然界的奈米現象」、「奈米材料」與「奈米科技的發展」。

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第四節研究範圍與限制

一、本研究採用大慧調查法，在經過三次反覆作業、回饋的過程中，取得諮詢小組的共識。每位諮詢委員藉由多次問卷的往返，可以反覆的思考並充分表達意見，但在調查的過程中，易遭遇諮詢委員意見不同，卻無法當面討論的情況，在此限制下，研究者依照研究目的，自行刪除或採用，並藉由下一次問卷取得全體諮詢委員的意見。二、本研究探討的「奈米科技」的核心教學目標項目，是將重點放在小學所需教導的教學目標內容，並不涉及教導及評量。三、對於「奈米科技」需要教導哪些核心內容，本研究所針對的範圍為小學階段，因此對於其他學習階段本研究結果無法推論。

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第二章文獻探討

本研究採用大慧調查法以建立國小奈米科技之核心概念，因此本章主要探討的文獻資料為，奈米概念和大慧調查相關的議題與研究。全章分為四節論述，第一節奈米科技相關概念與發展；第二節奈米科技教育現況與相關研究；第三節大慧調查之特色與實施；第四節大慧調查應用在課程之相關研究。

第一節奈米科技相關概念與發展

本研究目的是建立國小學生應具備的奈米科技核心概念，因此本節探討奈米科技所包含的相關概念。奈米科技是由三大基礎科學－生物、化學及生命科技－作為基礎的科技（馬遠榮，2002），所以奈米科技可應用的範圍廣泛，加上奈米相關產品的市場廣大，而且政府已經公開把奈米科技列為重要發展的項目（陳浩銘、辛嘉芬、劉如熹，2008），使得奈米科技在近年內快速發展，因應此局勢，坊間出版了許多有關奈米科技的書籍，在科學學術界也出現了許多文章是在敘述奈米科技的應用與發展；科學教育領域也發表了跟奈米科技結合教育的相關研究，根據上述範圍的文獻將在此初次整理、歸納出奈米科技的概念。ㄧ、參考資料來源首先說明本研究所參考的文獻，以下述之：（一）坊間的書籍雖然坊間的書籍不盡其數，但為配合本研究的目的，選擇內容應以簡單介紹奈米科技的相關應用為宜，因為本研究所探討的對象是國小學童，不適合艱深的奈米科技概念。以下表2-1為本研究中所參考的書籍文獻，其中部分參照謝瑞祥（2008）推薦的奈米書籍，其書籍以淺顯易懂的方式介紹奈米科技。

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表2-1 奈米相關書籍作者書名 出版社 尹邦耀（2002）奈米時代五南出版社馬遠榮（2002）奈米科技商周出版社龔建華（2002）你不可不知的奈米科技世茂出版社呂宗昕（2003）圖解奈米科技與光觸媒商週出版社黃光照、李重賢、李美英、劉怡君（2004）奈米科技交響樂－物理篇台大出版社何鎮揚、陳雅玲、廖家榮（2004）奈米科技交響樂－化學篇台大出版社廖達珊、胡苓芝、潘彥宏、孫蘭芳（2004）奈米科技交響樂－生物篇台大出版社鄭天喆、姚福燕（2004）深入淺出談奈米科技可道書房郭東瀛、葉吉田、廖俊偉（2005）奈米，不是啥稀米天下遠見出版社阿推（2005）奈米超人（漫畫）台灣大學出版廖婉茹（2006）奈米科技與生活五南出版社（二）學術期刊在2001年第六屆全國科技會議決議，奈米科技是未來技術進一步發展的共同基礎後（劉祥麟，2001），國內奈米科技的相關研究和計畫，有增加的趨勢。在中華民國期刊論文資料庫收尋「奈米」關鍵字可以發現文獻的數量，從2000年的 30多篇到2001年的90多篇，而之後的歷年到2008文章統計量都大餘260篇，二十一世紀初期台灣地區就出版了總計2200多篇跟奈米相關的文章。在各大科技類期刊出現「奈米」一詞的如：臺灣奈米會刊、化工資訊與商情、工業材料、科儀新知、科學人、科學發展、物理雙月刊……等等，提供了最新的

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奈米科技的應用；從大量的文獻筆數也說明了奈米科技是二十ㄧ世紀發展的趨勢。由於科學期刊的文獻筆數太多，其大部分的內容在說明最新的奈米科技應用與產品的研發，其學術知識過於艱深，並不適合國小學童的需求，在經過研究者本身參閱幾篇文獻後，以本研究的目的篩選了幾項奈米科技概念，做為大慧問卷的初次內容。（三）科學教育期刊論文吳瓊瑜（2008）提到，雖然奈米相關的期刊有很多，但是以國小教師及學童為研究對象的文章就相對的比較少，從網路資料及全國碩博士論文網系統中搜尋，只找到十篇以國小為研究對象相關的奈米文獻，再加上研究者搜尋到的六篇，共計十六篇文獻。在本章第二節奈米科技教育現況中詳細說明。二、奈米科技相關概念經過上述的文獻中，整理、歸納出以下奈米科技的相關概念，分為五個面向，以下就五個面向的相關概念逐一說明：（一）奈米的意義幾乎在每篇有關奈米的文獻中，都會先簡單介紹奈米的定義，以下整理自「奈米，不是啥稀米」和「不可不知的奈米科技」兩本書及相關期刊的奈米介紹。 1. 物理學家費曼是最早提出「小尺度大空間」的觀念（王崇人，2002），因此有人稱他為「奈米科技之父」（陳東煌，2006）。 2. 奈米是英文nanometer的譯名，其中奈米的「奈」是nano的音譯簡稱，而奈米的「米」是meter的音譯簡稱；奈米是一種長度單位，一奈米為十億分之ㄧ米（公尺），相當於人類頭髮直徑的十萬分之ㄧ。 3. 奈米的尺度很小，所以我們常用奈米單位形容細菌或原子等尺度小的物質；因為奈米的尺度太小了，所以使用光學顯微鏡無法看到小於300奈米的東西，而奈米結構通常是指100奈米以下的結構，因此應使用各式的電子顯微

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鏡才看的到（鄭天佐，2005）。（二）奈米的特性當顆粒的尺寸變成奈米尺寸時稱為「超微粒」，會引起一些物理或化學性質的變化，以下分別述之： 1. 表面效應：當材料奈米化使粒子尺寸縮小時，表面的總原子數急速增加，讓奈米粒子表面能具有很高的活性（呂宗昕，2003）。譬如金在一般狀態下是惰性的，當尺寸縮小至奈米時，金會被活化，可以當作催化劑使用（高逢時， 2005）。 2. 光學性質：黃金的尺寸奈米化後表面顏色會變黑，事實上，當金屬物質在超微顆粒狀態時都會呈現黑色，尺寸越小顏色越黑，因為金屬超微顆粒對光的反射率很低（牟中原，2004）。 3. 熱學性質：固體在大尺寸時熔點是固定的，超微顆化後熔點明顯降低，當顆粒小於10奈米時最明顯，例如：普通的金塊熔點為1060度，而2奈米的熔點為960度（尹邦耀，2002）。 4. 力學性質：在超微顆粒狀態時因為具有較大的界面，而界面上的原子排列相當混亂，原子在外力下容易變形，因此呈現出較佳的韌性，例如奈米陶瓷就有較好的韌性，較不易脆（龔建華，2002）。（三）自然界的奈米現象奈米現象是指在奈米尺度（1到100奈米）範圍內所產生的一些特殊現象，其中包括蓮花效應、蝴蝶表面色澤效應、奈米磁體等等。 1. 蓮花效應(Lotus effect)：蓮葉表面具有一層凹凸不平的表面蠟，屬於奈米的結構，並受到氣流和光反射的影響，而有超疏水（superhydrophobicity）以及自潔（self-cleaning）的特性。因為水與葉面的接觸角約為170度，使水珠不易附著葉面，此現象為超疏水特性；超疏水特性，除了讓水珠不易吸附外，灰塵於葉面也不易附著，因此當水沖洗時，易隨水珠滾落而達到淨潔作用，

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此現象為自潔功能（郭東瀛等，2005）。類似的現象也出現在鵝與鴨的羽毛之間，由於毛與毛之間的縫隙為奈米尺寸，所以水分子無法穿透且非常通氣，因此鵝與鴨能在水中保持身體乾燥（何鎮揚等，2004）。 2. 彩蝶效應：因翻譯不同又稱彩虹效應，為閱讀方便以彩蝶效應說明。蝴蝶翅膀的表面擁有俗稱蝴蝶鱗片（每片大小約75奈米寬、200奈米長）的多層鱗次櫛比構造，每個鱗片是由大小、厚薄及層間不等的數百個奈米級長寬的幾丁質與蛋白質組成，從側面看來像看到一片聖誕樹林。鱗片可反射部分顏色的光，讓其餘顏色的光穿透，因此當光的夾角改變時，會反射不同頻率的光，所以翅膀顏色會隨觀看角度而改變，而產生彩虹的色澤（呂宗昕，2003）。 3. 奈米磁體：奈米大小的磁性粒子可當作生物的磁羅盤，其功用是感應地球磁場的細微差異，作為導航的依據。很多動物的方向感極佳，會自己找到回家的路，距離較短的有螞蟻及蜜蜂，千里跋涉則有鴿子和鮭魚等，在這些生物體內，都找到了奈米級磁性粒子的存在。此外，在生物界所發現到一種磁性奈米細菌，一般稱為感磁細菌（magnetotatic bacteria），可合成粒徑約50-100nm 的磁性晶體，形成一種微型羅盤，可引導磁感細菌游向營養豐富的水域（廖達珊等，2004）。 4. 貝殼的硬度：鮑魚殼是由一片片5到10奈米的碳酸鈣堆疊，並用有機的絲狀蛋白質作黏著劑組成，此構造稱為「層合結構」，其主要成分為碳酸鈣，但硬度異常堅硬並能耐磨損與侵蝕，是一般碳酸鈣的3000倍。（郭東瀛等，2005） 5. 壁虎的爬牆機制：郭東瀛等（2005）指出壁虎腳趾有三個層次的結構，第一層為肉眼可看到的皮瓣，鑲在皮瓣裡的為第二層剛毛，在剛毛的尖端為第三層的匙突，每一隻腳上有2到5億根的細微匙突，當匙突與物體表面接觸時，產生微弱的異電荷互相吸引，一旦聯合起來便產生很強的附著力。（四）奈米材料材料在三個維度間，至少有一個維度的長度介於1到100奈米間，就可以稱之

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為奈米材料，下面介紹兩個常見的碳奈米材料。 1. 奈米碳球：主要代表為碳60，由60個碳原子組成20個六角形和12個五角形，構成32面中空的封閉球體。因為是由美國建築師巴克（Bucky）所建構的三角形屋頂所想到的結構，所以又稱為巴克球。碳60是除了石墨及金剛石以外被發現的碳同素異形體，其物理及化學性質非常特殊。（馬遠榮，2002）。 2. 奈米碳管：奈米碳管被稱為是二十ㄧ世紀的「超級纖維」，一根碳管直徑約 1.4奈米，由碳元素組成，外圍為石墨層的六邊形網格構成，具有高強度、高彈性、熱傳導性、導電性等，應用範圍相當寬廣（馬遠榮，2002）。（五）奈米科技的發展（整理自尹邦耀，2002；馬遠榮，2002等） 1959年由著名的物理學家費曼（Feynman）首次提出奈米尺度上的科學及應用問題，在一次的演講中提到：「如果人類能夠在原子/分子尺度上來加工材料和製造原件，我們將有許多激動人心的新發現。」，這句話是奈米科技的起點。但當時的主流學家對奈米科技抱持懷疑的態度，直到1981年發現了掃描穿隧顯微鏡（STM）；1984年首次使用STM操作原子的排列後，奈米科技才成功地被證實，但是到1990年才逐漸被人所知，並在往後的十年時間內，「奈米熱」迅速遍及全球，儼然成為世界各國競相投資，加緊研究的一項熱門技術。奈米科技成為21世紀的重要發展方向，是科技與產業發展最大的驅動力，奈米科技的新材料、新特性被廣泛地應用在不同的領域上，例如：光觸媒二氧化鈦，是一個半導體材料，在光照下可分解有機物質，使得塗料中的有機成分被分解掉。奈米光觸媒可分解並殺死細菌，它具有抗菌、清淨空氣、淨水、防污、防霧及醫療等功能（牟中原，2004）。在1到100奈米尺度下作業的奈米科技產品，橫跨多個學科，涉及面向多元，包含物理、化學和生物學在內的所有相關的工程領域，以下分別述之： 1. 電腦和電子產品：未來所有的電子元件都將具有更小、更快、更冷（溫度上升低）的特質。例如：一個手錶大的儲存器，可以儲存1000張的光碟中的資

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訊；計算機的傳送速度大幅提昇。 2. 生物醫學：奈米科技可以使費時又費力的基因測試和基因表達檢測效率提高，因為奈米科技可以在很小的尺寸中作業；而奈米級微型探測器，可以快速、準確的進入活細胞內進行探測；奈米科技還可以製成人類的血液代替品……等。總之，奈米科技帶給醫學界一場大改革。 3. 民生工業：奈米食品、奈米傢俱、奈米鞋、奈米衣……等，奈米科技已經廣泛的應用於日常生活中，例如：奈米冰箱有抗菌、除味及防腐的功能。 4. 其它：奈米科技也可以運用在環境保護，獨特的奈米膜可以偵測到化學或生物製劑造成的汙染，並進行除污的功能。在航空方面，可以制造出重量更輕、更節省能源的飛機等。從上述可知奈米科技之內容相當廣泛，究竟在國小教科書中應該包含哪些奈米科技的概念？哪個概念在哪個階段中適合學習？這些都是本研究所要探討的事項。因此，本研究以上述提到的奈米相關概念作為初次大慧問卷的依據，透過歸納、整理後編制而成。

第二節奈米科技教育現況與相關研究

本節在於探討奈米科技與科學教育之間的關係，分兩節敘述奈米科技教育現況及奈米科技概念相關研究。一、奈米科技教育現況奈米科技於1990年崛起，目前已被視為21 世紀的主流明星產業，藉由奈米科技的研發，發展出新的特性與商品，其影響包括了許多產業和領域，例如：航太、環境保護、醫學、電子…等。根據教育部顧問室（教育部，2002）的資料提到，奈米產業估計在未來十五至二十年間將有爆發性的成長。

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奈米科技儼然成為現今社會中最熱門的新興科技，因此政府積極推動奈米科技，以提升國家競爭力。潘文福（2004）認為要提升台灣奈米的競爭力，需要全民一起投入，而經由國民教育的推廣，即是激發全民參與的良方。因為當奈米產業快速成長的十年後，現在的中小學生正是十年後我國尖端科技研究工作的主力，因此奈米科技教育的紮根工作，是提升我國未來全球競爭力不可或缺的，可使我國研究人才不虞匱乏（李世光、吳政忠、蔡雅雯、林宜靜、黃圓婷，2003）。鑑於此，2003年由國科會主導並結合相關單位，推動的「奈米國家型科技計畫」中，人才培育為主要四大目標之一，為培養從中小學（K－12）、大學、研究所、在職訓練以致終身學習的跨領域人才。溫明正（2005）認為科技與學術研究的根本在於教育，提早讓學生接觸奈米科技教育、往下紮根，使國家的未來能孕育出更多人才。「奈米科技K-12人才計畫」是奈米科技人才培育計畫中的子計畫之ㄧ，以追求「學術卓越」與「奈米科技產業化」為目標，期盼能引導我國知識發展，建立我國產業之競爭優勢。奈米科技人才培育網（2009）提到，人才培育向下延伸至國中小學之機制勢在必行，特別是九年一貫課程當中「自然與生活科技」之學習領域課程教學模組的設計，教案規劃及教育活動的實施方式，研擬如何引導學生從生活經驗當中習得知能並且從中獲得生活技能及科學素養，已經成為急迫需要解決的教育問題。 K-12人才培育計畫第一期的推動歷經六年，因成效不錯，所以第二期國家型奈米科技教育計畫緊接展開，而第二期計畫對於如何由科學教育基礎研究深入探究學生應該學什麼相關概念（核心概念）？給予高度關注與支持的研究方向之一。而世界各國也逐漸重視奈米教育，Fonash（2009）認為提高國家的經濟能力要素之ㄧ為國民的教育背景。因此讓學生在學位課程中培養奈米的技術及概念，可從小就奠定奈米科技之基礎，此為是人才培育的前線作業。以下就世界各國對於奈米教育的投入做個簡述：

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（一）美國的奈米教育（科技年鑑奈米網，2009）

美國因國土廣大各州教育的獨立，因此在落實奈米科技K-12 教育的推動方面，善用網路資源。於西元2003 年底美國國家科學委員會（National Science Board）批准「國家奈米科技基礎結構網路計畫」（National Nanotechnology Infrastructure Network；NNIN），由全國 13 所大學共同建構支持全國奈米科技與教育的網路體系，提供整體性的全國性使用技能以支持奈米技術的研究與教育工作，計畫目的不僅在於提供全國研究人員頂尖的實驗儀器與設備，並能訓練出一批專精於最先進奈米科技的研究人員。（二）歐盟的奈米教育（科技年鑑奈米網，2009）在2004年歐盟議會（ European Commission；EC）對歐洲地區與國際社會發表一系列有關於奈米科技的專案計畫，以宣示歐洲對於提高奈米科技競爭力的決心。歐盟將其計畫分為五個主要區域：研究與發展、基礎建設、教育與訓練、創新以及社會層面；歐盟議會也強調提高社會大眾對於奈米科技的認知，屬於整體奈米發展計畫的一部分。（三）泰國的奈米教育（奈米科技人才培育網，2009）泰國於2004年提出「2004 - 2013年國家奈米科技發展十年總綱」(National Nanotechnology Master Plan)，奈米技術計畫發展分四項：1.人才培育、2.注重研發、3.加強基礎建設、4.加強宣導。其中計畫認為應從培養人力資源開始，著重奈米人才之訓練，奠定奈米科技之基礎。（四）其他各國的奈米教育從科技年鑑奈米網（2009）也發現日本、韓國、中國等國，都認為奈米科技為本世紀科技發展的重點，而奈米科學與技術的進展可提高國家生產力、經濟成長並讓生活品質帶來巨幅的改善。因此各國都投資的大量的經費於奈米科技的研發，整合奈米技術與資訊、生物、材料、能源、環境、軍事、航太領域之高新科技，並將創造出跨學門研究的新境界。

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綜合觀之，各國都很重視的奈米科技的發展，並建立網站及數位平台推動奈米教育，例如美國的NNIN和Scalable and Integrated Nanomanufacturing (SINAM)、泰國的奈米科技教育網頁：http://www.thai-nano.com、英國的奈米科技機構Institute of NANOTECHNOLOGY（IoN），其數位資訊皆有提到K-12的教育內容。而在亞洲地區的13國，包括台灣、澳洲、中國、香港、印度、印尼、韓國、日本、馬來西亞、紐西蘭、新加坡、泰國和越南，共同建立亞洲奈米論壇（Asia Nano Forum； ANF），其主要的目標之一是：提升奈米科技的大眾認知及教育訓練，並且聯繫社會、環境、健康和經濟的問題，曾在2007年舉辦ANF種子教師研討會，研討會內容即重視K-12教育的經驗分享與發展。可見各國對於奈米教育在K-12階段的發展保持關注。這點與我國的第二期奈米國家型科技計畫目標一致，我國計畫的目標之ㄧ為培育及連結各階層學習主體之奈米科技人才，並厚植奈米科技教育向下扎根，以學校教育之小學、國中、高中、高職及大學階段為主。希望經由中小學創新課程及大學通識課程的研發與實踐，培養學生的奈米科技核心素養為目標。因此本研究企圖建立奈米科技的核心概念作為創新課程的參考依據。二、奈米科技概念相關研究在上節提到，雖然國內與奈米相關的期刊有很多，但是以國小教師及學童為研究對象的文章相對的比較少，研究者找到了十六篇相關的文獻中，其內針對國小學生之奈米科技概念進行評量與探究的並不多，本研究整理後排除了以教學策略為主題的文獻後，只剩下八篇文章如表2-2說明：表2-2 奈米科技概念相關研究文獻 研究主題 研究者 研究對象 研究發現 奈米科技融入自然與生活科技領域教學之初探蔡元福、吳佳瑾、胡焯淳（2004）國小中高年級國小學童對奈米科技認識中約有65%未聽過奈米的名詞，而認為奈米是一種單位的國小學童僅佔23%，卻有12%的國小學童認為奈米為一種食物。

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奈米科技融入九年一貫課程之領域主題規劃潘文福（2004）國小學童以奈米科技主題融入九年一貫課程領域的規劃活動作為設計範例，就「單元活動名稱」、「活動主要內容」、「可融入的學習領域」、「教材媒體與教學法」、「適用年級學生」、「時間規劃」、「評量重點」七個設計項目為規劃主軸，介紹該主題融入九年一貫課程學習領域之活動。國小師生對奈米科技之熟悉度、學習需求及其融入課程研究曾國鴻、陳沅（2005）國小師生探討國小師生對奈米科技之熟悉度、學習需求及融入課程的研究，發現國小六年級學生對奈米科技有42％是屬於聽過但不熟悉。而能清楚界定奈米科技的六年級學生只有15％。資訊科技融入國小奈米科技教學之研究蔡鳳娥（2005）國小六年級本研究以資訊科技融入國小奈米科技教學，研究結果中學生印象最深刻的教學內容，有44％的學生認為是奈米科技產品及功能，而且多數學生在未學習奈米科技課程之前，有聽過奈米科技但是並不熟悉，有聽過的多數是奈米科技產品。國小奈米科技教學的設計與成效－以台中市某國小為例陳鳳妤 (2006) 國小六年級發現學生具有不少迷思概念，例如：「奈米的單位」--前、後、延宕測驗分別有39.9％、7.1％、13.7%認為是體積。「細菌是奈米尺寸？」--有 62％到 67％學生誤認細菌大小是奈米單位。此外「認為奈米級微粒非常細小，所以可能像灰塵一樣被人吸入危害健康」答對率只有35.0%、49.5%（後測、延宕）。國民小學教師奈米科技概念之現況研究陳淑思（2006）國小教師就自編問卷探討中部地區國民小學在職教師對奈米科技概念之認知，研究結果發現，整體而言國小教師對於奈米科技概念的認知有待更進一步的提升。國小五年級教師以實驗操作實施奈米科技教學之研究林武賢（2008）國小五年級本研究目的在引導小朋友利用校園植物來做植物葉面疏水性的實驗，進而實施奈米科技教育。並建議教學者可以依教學主題及目標，選擇生活中適切的實例及簡單的實驗操作，將奈米科技教育融入教學課程中，必能提升小朋友學習興趣，獲得更高的學習成效。奈米科技融入國小自然與生活科技課程之教學研究張政義（2008）國小中高年級本研究以國小中、高年級學生為對象，有系統的規劃「奈米科技」融入國小自然與生活科技課程之教學，使學生經由「認識奈米科技」→「體驗奈米科技」→「應用奈米科技」之學習階層，銜接與發展「奈米科技K-12 教育」之學習內涵。

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由以上研究顯示（曾國鴻、陳沅，2005；陳淑思，2006；陳鳳妤，2006；蔡元福等，2004；蔡鳳娥，2005），國小學童之奈米概念有待提升，而教師的奈米科技概念也值得注意。由林武賢（2008）、張政義（2008）及潘文福（2004）的研究發現，藉著適當的教學設計，能有效的提升學生在奈米科技概念的學習。但是無論何種教學，必須先確認的是「教學目標」，像潘文福（2004）規劃奈米課程時的主軸之ㄧ，就是確定活動主要內容，意即我們期望學生學習的概念是什麼？而Healy(2009)提到美國的「國家奈米科技基礎結構網路計畫」（National Nanotechnology Infrastructure Network；NNIN）調查 K-12 的教師發現，許多教師在教學課程中不知道應該教導學生什麼樣的奈米概念，因此我們需要提供適合的 K-12 奈米教育資源，讓教師作為奈米教育課程的標準。但是綜觀文獻發現，尚未有相關研究以「科學方法」取得奈米科技的教學目標，因此本研究的研究目的在建立國小「奈米科技核心概念」，其研究工具為大慧調查，是一種讓相同領域的專家一同做決定的技術，在下節介紹。

第三節大慧調查之特色與實施

本研究採用大慧調查法（Delphi survey），建立國小低、中、高年級學童應具有的「奈米科技核心概念」，因此在本節先對大慧調查法的起源、發展、原則、運用與實施程序及大慧調查的優點及限制，作進一步的了解與探討。ㄧ、大慧調查（Delphi survey）的起源 Delphi為古希臘城名，在此城中有一座太陽神阿波羅神殿，被認為是最為靈驗的神諭，能準確的預卜未來，因此Delphi一詞被譬喻為信望及預測未來的功能；在西元1950年Rand公司接受美國國防部委託，預測當蘇聯以原子彈攻擊美國時，可能產生的結果，在過程中建立了一種研究法，藉由群體專家在溝通的過程中，

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取得一致的共識，對不可知的未來作預測，此研究法取Delphi之寓意命名為大慧調查法（吳雅玲，2001）。二、大慧調查的發展大慧調查法採用問卷方式溝通，能減少當面的爭執、包容多元觀點，並解決傳統會議的缺失。因此，大慧調查法從最早的軍事預測用途，到目前運用在科技工業、社會科學及教育等領域（謝文全，1989）。由於應用的層面趨於廣泛，大慧調查法已被視為一種在團體內的溝通技巧；或為一種專家間彼此能溫和地轉達意見的方式，而不只是侷限於未來事件的預測（陳麗珠，1998）。三、大慧調查的原則國內外有許多學者從事大慧調查的研究，而本研究主要是依據謝金青（1997）、蕭培玉（2004）、Murry＆Hammons（1995）的相關研究，整理其原則如下：（一）專家樣本多元：應選擇不同領域的專家，代表不同專業領域的觀點。（二）匿名性：以不具名的問卷方式參加預測，使個人可以自由的表達意見，而不會受到團體壓力、主流意見或權威所支配。（三）書面文字表達：以紙筆的方式進行溝通，讓專家有充足的時間認真思考問題，並提出明確及高品質的意見。（四）回饋諮詢：問卷設計注重於回饋專家的意見，回收問卷後將團體意見的統計資料呈現在下一回合的問卷中，並持續數個回合，讓專家參考這些回饋資料，重新思考他人的意見與自己想法，最後取得一致的意見。（五）團體意見統計：問卷回收後均作團體意見的統計，可做為專家們意見集中程度的指標。（六）適用情境：大慧調查法適用在以下情況。（1）缺乏足夠的資料與數據時。（2）理論和模式有所欠缺，難以分析或解釋現象時。（3）當意見紛歧，權威人士造成影響或爭執不休時。（4）有疑難問題需訴諸專家

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團體的專業意見。（5）群體會議因為時間、距離等因素而無法落實的時候。四、大慧調查的運用與實施程序根據郭生玉（1986）的見解，大慧調查法大都進行三次左右的問卷填答，主要步驟如下：（一）確認研究問題在進行預測或是意見溝通之前，必須先確定所要探討的主題，然後再根據主題編製問卷。因此研究者必須將研究問題清楚地描述，讓填答者了解研究問題與目標。（二）確定問卷填答者研究者必須確認問卷填答者的資格、經歷、動機、及意願，而應考量的項目有（游家政，1996；Delbecq, Van de Ven ＆ Gustagson, 1975）：

1. 填答者是否了解此研究的目的？ 2. 填答者是否與此研究目的有密切關係？ 3. 填答者是否對此研究目的有興趣？ 4. 填答者是否有能力透過文字表達出個人的意見，並全程參與大慧調查的問卷工作？ 5. 填答者是否信任研究者判斷的結果，並將它視為重要的資訊？在衡量過上述的項目後，才決定問卷的發放對象。而問卷填答者，應當是對此研究題目有豐富知識與經驗的專家，或對研究問題的解決能有所助益者。（三）選擇樣本大小參與問卷填答者人數的多寡，可依研究問題的性質而有所調整，而人數差距頗大。 1. 同性質的團體成員只需要十至十五位。 2. 多元對象的團體參與，需要上百位問卷填答者。

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小組成員至少在10人以上時，群體的誤差最低，可信度最高（游家政， 1996；Dalkey,1969；Murry＆Hammons, 1995）。在確定問卷填答者的名單以後，研究者可透過電話或電子書信邀請被推薦的填答者參加研究計劃，並說明研究的目的、填答者意見的重要性、大慧調查實施的歷程以及需佔用的時間。在聯絡中，強調填答者的專家性與代表性，以及被遴選的過程，這樣可以加強問卷填答者對此研究的重視及參與的意願。（四）進行反覆性的問卷調查 Wicklein（1993）認為一般大慧調查的問卷大致實施三～四回合，以求達到團體間的共識為主，最後的結果通常呈現一致性或極端的兩極化。整體調查狀況視研究問題的本質與研究設計而調整。若第一次即採用結構化的問卷，大多只做三次（黃政傑，1987）。因為在第三次填答時，跟前兩次的資料比較，改變的可能性較低。（五）資料統整與分析大慧調查在最後的資料分析部分，視研究的需要程度來決定統計處理方式，問卷上通常採用Likert五點量表，由專家勾選每個細項的需要性，從「非常需要」到「非常不需要」分別給予「5」到「1」分，而以眾數作為最後討論的代表，即採取多數制作決定原則，當其項目的平均數愈大，代表相對的重要性愈大；標準差愈小，代表專家群的意見離散程度愈小。大慧調查資料統計與分析的方法，依性質分為質的分析與量的分析。 1. 質的分析：對於大慧調查來回問卷的內容，在每一個細項下方都有一個「修正意見欄」，在數次的來返問卷後，整理出專家改變評定結果的理由與反應、修正各細項的意見，而研究者將以內容分析的方式，整理、分析並歸納所得資料。將相同或類似的意見，加以整合，並統計其次數；對於不同的意見，則予以分類歸納並分析其意涵。

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2. 量的分析：至於問卷中各細項的「需求性之勾選排序」，以集中量數與變異量數進行分析，研究共識性的達成及各細項重要性的判斷與排序則採量的分析。對於大慧三次來回各細項評定的結果，研究者應以符合研究目的與研究設計，採取適當的統計方法加以分析。五、大慧調查的優點及限制（一）大慧調查的優點整理大慧調查法的優點如下（吳雅玲，2001；徐美惠，1996；Osborne, Colins, Ratcliffe, Millar & Duschl, 2003）：

1. 讓相同領域的專家團體一同做決定的技術，將會比專家個人做的決定更有價值及客觀。 2. 問卷採用匿名的調查，可避免當會議討論產生的問題，如，表面的順從、屈服權威、受口才好的專家影響、不願修正已公開的意見……等。 3. 大慧調查的技術可促迫使專家去思考問題並提出意見，因此群體所達到的共識是經過考慮的。 4. 利用大慧調查的方法來獲取專家的意見可以解決地理上的問題，並節省經費。 5. 採用的調查方式簡單，不需要艱深的統計分析技術。 6. 能將焦點著重在焦點上，維持問題的中心。（二）大慧調查的限制整理大慧調查法的限制如下：（王雅玄，1998；游家政，1996；Murray & Hammons, 1995） 1. 採取問卷的形式為多次寄發、回收、及整理分析問卷，需要花費許多時間；因此較難控制研究進度，一般而言，每回合問卷所需時間約為30 天，故整個大慧調查可能需要2 至 3 個月以上，導致問卷回收效率不易，有可

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能面臨樣本流失的問題。 2. 研究者在編製分析及整理問卷時，因為個人的觀念與刻板行為，有可能造成對研究問題的誤差，或扭曲回覆的意見，另外也可能誤導研究的結果。 3. 問卷填答者彼此間缺乏面對面溝通，容易導致名詞定義與重要性認知的差異；亦不能有當場的立即反應，如會議方式通常可以聽取他人意見後，立即有創新的意見，這是大慧調查不可取代的優點。 4. 真正的專家不易求得，專家的判斷是大慧調查的核心，然而選取具代表性、多元背景的專家有一定的標準，稍有不慎可能造成研究結果的誤差。

第四節大慧調查應用在課程之相關研究

「敎什麼」的問題，是人類自有教育活動以來就存在的課程議題，尤其是在教育改革的過程中，教育人員組成專業團體，經過多次溝通後達到某種程度的共識，因此，課程的發展與研究不時遭遇到「決定」的問題，然而，在團體決議的歷程中，難免又一些人獲得較多的決定權，扮演著較重要的角色，導致最後的課程品質不當，進而引起課程實施上的困難（游家政，1996）。王雅玄（1998）提到課程的研究常藉由會議的方式進行，而大慧調查可以避免會議式討論的缺點，省去會議中面對面所遇到的七個問題：1.重要成員對全體決議的影響力、2.浪費時間或精力於討論不重要或分支的議題上、3.個人的判斷受群體壓力改變、4.避免長篇大論、5.對先前論點的辯護（Uhl, 1990）、6.愛面子的心理因素影響、7.從眾效應（bandwangon effect）（謝臥龍，1997）。因此，大慧調查將確保個人的意見，能有效的包容多元觀點，避免預測的偏頗，減少面對面的對質；大慧調查使用問卷方式蒐集群體的意見，和傳統問卷調查法有所不同，它需要多次的問卷回饋，具有會議溝通的作用，但不必像會議般聚在一堂。黃政傑（1987）、游家政

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（1996）就認為，大慧調查是擷取問卷調查及會議兩者的優點，而由表 2-3 可驗證他們的觀點。所以近年來，大慧調查在建構教育指標上的應用日益普及（吳瓊洳，2008）。表2-3 大慧調查法、會議及問卷法的特點比較表會議 大慧調查法 問卷法 不具名性無有有尚權屈從有無無參與人員少多多主要花費旅費出席費郵費(花費較低) 郵費(花費較低) 意見回饋有有無腦力激盪有有無意見表達多次多次一次參與者的權威性高高低從眾效應高低無耗費時間長長短

資料來源： Harold A. Linstone and Murrary Turoff, The Delphi Method: Techniques and Applications (Landon: Addison Wesley, 1975)

首先將大慧調查應用在教育方面的是 Helmer（1966），他匯集各相關領域的意見，來規劃政府籌募教育基金的目的及外來的使用方針。此後，大慧調查就被應用在教育與課程的相關研究。在課程發展方面，尤其是未來的課程規劃，期望學童的學習內容增加，但學習時間與課程容量有限，因此，在眾多課程內容中選擇主要的學習指標就顯得特別重要（吳雅玲，2001）。而透過大慧調查邀請相關領域的專家，經過數次問卷往返所產生的決策，對於課程的發展與規劃產生一定的共識，較能符合大眾的需求。下表為近十年，國內使用大慧調查進行課程發展研究的文獻，並符合本研究目標：以確定教學課程內容的研究。如下表2-4 所示：

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表2-4 近十年國內使用大慧調查進行課程發展研究文獻 研究者 研究主題 研究目標 姚文隆、谷家恆、楊俊彬、黃明賢、傅兆章、林栢村、郭文豐（2008）科技大學精密模具設計分析專業學程課程發展之研究因為資訊電子業蓬勃興起，為迎合產業的需求，培育精密模具設計分析人才實有賴於精密模具培育課程的配合。因此本研究運用大慧(Delphi)問卷調查法對業界與學界的專家進行諮詢與調查，蒐集專家學者對於課程內容和所需培養之專業能力為何。許良榮、蕭培玉（2007）中小學之科學本質與科學史的教學需求之研究採用大慧調查法諮詢國內20 位專家學者，包括純科學、科學教育、科學史哲、環境教育與教育專家學者，經過三次問卷調查歸納出中小學不同年級階段需要教導之科學本質教學目標與科學史的教學內容，期望能提供未來編製教材之參考。吳美瑄、黃松元（2007）大學通識生死學課程規劃、目標與內容之研究透過三次大慧問卷調查出大學通識生死學課程所需要的基本內涵與項目，作為大學通識課「生死教育」的參考，並作為和高中生命教育銜接的依據。辛懷梓、張自立（2002）國民中小學自然資源教育架構圖本研究致主要是以大慧調查法（Delphi technique）擬定國民中小學自然資源教育概念綱領為基礎，力於規劃簡明清晰的架構圖，以呈現自然資源教育的教學內容、方法與目標。張美蘭（2002）國民中學生命教育課程目標之發展本研究主要在發展「國民中學生命教育課程目標」，研究對象為36 位專家學者以及任教於國中的教師，透過大慧調查法（Delphi technique），經過三次問卷的調查，最後獲得專家群一致性的意見。謝臥龍、駱慧文（2001）高中職性別平等教育與性侵害防治教育課程核心概念之德懷研究本研究採用三回合大慧問卷收集參與研究專家(高中職基層教師、師資培育者、以及婦女與性別研究者和實務工作者)的意見，並整合其共識，進而建構高中職性別平等教育與性侵害防治教育之課程核心概念，其結果作為教學策略參考之用。吳雅玲、謝臥龍、方德隆（2001）中等教育學程中兩性平等教育課程內涵之德懷術研究本研究以大慧調查法，邀請55 位兩性平等教育專家參與三回合之德懷問卷調查。依據其結論，建構中等教育學程中兩性平等教育課程之內涵並評定其重要性，及探討專家對中等教育學程中兩性平等教育課程內涵之重要性所持的理由意見。由表 2-4 發現，採用大慧調查法的時機為；當一個新的學習課程產生，或為了確定其課程的重要核心內涵與目標時使用。而本研究主要的目標是確定新的奈米科技議題在國小階段應具有的課程核心概念，因此，本研究採用大慧調查作為本研究的工具。

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第三章研究方法與設計

本章共分成五節說明此研究的進行方法，依序為研究方法與架構、研究樣本與研究工具、研究流程、資料處理與分析，分述如下。

第一節研究方法

本計畫目標在建立國小學生之奈米科技的核心概念，藉著文獻探討歸納出有關奈米科技的概念項目，進而發展「奈米科技核心概念」之問卷，採用大慧調查法，諮詢專家學者的意見，建立國小各年級層學童應具有的「奈米科技核心概念」，並依照應有的核心概念建立奈米科技概念圖，以做為國小課程指標之參考。大慧調查法以匿名問卷的方式進行，讓同領域專家的不同意見，在實施數次問卷後逐次達到共識，固大慧調查可避免服從專家權威、團體壓力等影響，也可克服地理和時間上的問題，因此本研究以大慧調查法做為研究工具。

第二節研究樣本

本研究採取大慧調查來獲得專家學者對於國小學童應具有的奈米科技核心概念的意見，並取得專家團體的共識。經過事先徵詢意見後，共有 28 位學者參與本次大慧調查法意見諮詢，其專家樣本來源及遴選原則如下：一、任教於各大專院校之理工科系教授（11 位），遴選原則如下：（一）具有博士學位。（二）執行「奈米科技 k-12 人才培育計劃」之研究人員。（三）曾參加過在奈米科技計劃之相關的研討會，當任其研討會的講師或講者。二、任教於各大專院校之科學教育學者（6 位），遴選原則如下：（一）具有博士學位。

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（二）執行奈米科技教育之 k-12 研究計劃人員。（三）科學教育者主要研究之方向是以小學科學教育及教育大學為主，對國小科學教育的特質較為熟悉。三、教授科學相關科目的小學教師（11 位），遴選原則如下：（一）10 年以上的教學年資。（二）執行奈米科技教育之 k-12 研究計劃人員。（三）其碩士畢業論文的主題為奈米科技教育計畫者。本研究的專家來自不同的三大領域，但是大部分的專家有共同的背景，即是「奈米科技 k-12 人才培育計劃」的執行人員。「奈米科技 k-12 人才培育計劃」主要是整合中小學的教育資源，開設許多適合各年級的奈米科技相關課程，因此計畫中的小組人員對於奈米應用在國小教育中有較詳盡的認識，所以本研究的專家大都是從此計畫案的人員中遴選而來，詳細的專家背景如表 3－1。表 3－1 專家背景背景服務單位 1.台灣大學工程科學及海洋工程學系 6.台北市立教育大學自然科學系 2.成功大學化工系 7.成功大學物理系 3.清雲科技大學電子工程學系 8.台南大學材料科學系 4.台中教育大學科學應用與推廣碩士班 9.高雄第一科技大學機械與自動化工程系大學純科學教授 5.國立東華大學物理系 10.中興大學材料科學與工程系(2 位) 1.台北市立教育大學自然科學系 5.國立東華大學科學教育研究所 2.台中教育大學科學應用與推廣碩士班 6.屏東教育大學應用化學暨生命科學系科學教育教授 3、4.國立台北教育大學自然科學教育系(2 位)

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1.高雄市新上國民小學 7.台南縣那拔國小 2.南投市漳興國小 8.桃園縣菓林國小 3.台中縣潭子國民小學 9.台北市永樂國小 4.花蓮縣國立東華大學附設實驗小學 10.台中市新興國小 5.國立台北教育大學附設實驗小學 11.苗栗縣錦水國小國小教師 6.彰化啟智學校

第三節研究工具

本研究之調查工具為自行發展的「國小奈米科技核心概念」問卷，其編制與實施的歷程如圖 3-1：圖 3－1 問卷編製與實施過程文獻探討歸納、分析文獻中奈米科技核心概念國小「奈米科技核心概念」大慧調查問卷決定問卷填答者統計分析與修訂共三次歸納分析發出邀請函確認專家名單

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一、問卷的編製「國小奈米科技核心概念」第一次問卷（附錄一）是依據文獻資料加以歸納、分析出奈米科技的核心概念，過程中參考陳淑思（2006）、及謝瑞祥 (2008)的文章自行整理出五個主要面向，35 個細項，以下就此五個向度的細項目作說明（表 3－2）。表 3－2 初次擬定奈米科技核心概念向度一、奈米的定義 1.知道物理學家費曼最早提出「小尺度大空間」的觀念，為「奈米科技之父」。 2.知道「奈米」是英文 nanometer 的譯名。 3.知道「奈米」是長度的單位。 4.知道「一奈米」是十億分之一米，等於 10-9 m。 5.瞭解「一奈米」相當於一根頭髮直徑的十萬分之一。 6.知道「奈米」可用來表示細菌或病毒的物體尺寸。 7.知道奈米尺寸必需用電子顯微鏡觀察。向度二、奈米的特性 1.知道材料奈米化之後，不只是所佔空間變小，也產生新的功能和性質。 2.知道奈米化後，光學性質會改變，例如黃金變成奈米尺寸時，會失去原有光澤，變成黑色。 3.知道奈米化，熱學性質會改變，例如金屬超細微化後，熔點降低。 4. 知道蝴蝶、鴿子體內有磁性顆粒，具有導航回歸本領。 5.知道奈米化後，力學性質會改變，例如奈米陶瓷粉末製成的陶瓷具有較佳的韌性。向度三、自然界的奈米現象 1.瞭解蓮花效應是因為蓮葉表面的奈米尺寸結構所造成。 2.知道蓮花效應是指蓮葉表面具有「疏水性質」與「自潔功能」。 3.知道蓮花、芋頭、水芙蓉等植物葉面能產生蓮花效應。 4.知道蝴蝶的翅膀鱗片的奈米尺寸結構，會產生彩蝶效應，表面散發出彩虹般的光澤。 5.知道有些生物體內存有奈米磁體，提供導航功能。例如：候鳥、海龜、蜜蜂、鴿子、鮭魚等。 6.知道牙齒及貝殼具有奈米尺寸的層狀排列結構，產生堅硬的質地。 7.知道家禽(雞、鴨、鵝)羽毛排列非常整齊，且間隙為奈米尺寸，產生疏水性質。 8.知道壁虎腳底細毛為奈米結構，有很強的附著力，行走在天花板上不會掉下來。

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9.知道海豚、鯨魚皮膚極為光滑，表面佈滿了奈米尺寸的微小突物，具有減少摩擦力、自潔之功能。 10.知道昆蟲的翅膀表面有奈米結構，具有自潔功能。向度四、奈米材料 1.知道「奈米碳球」又稱為「碳 60 巴克球」。 2.知道「奈米碳球」的大小約一奈米。 3.知道「奈米碳球」的形狀為 4.知道「奈米碳球」是由五邊形和六邊形的結構組合而成。 5.知道奈米碳管的形狀為 6.知道奈米碳管製作做的顯示器，具有「輕、薄、短、小」的特性。向度五、奈米科技的發展 1.知道讓物品的尺寸在 100 奈米以下，呈現出奈米的功能，才能稱為奈米科技產品。 2.知道科學家已經成功的利用掃瞄穿隧式顯微鏡，安排改變原子排列。 3.知道利用奈米級塗料，應用於玻璃、衛浴設備、布料上，能具有防水、防塵、防污的功能。 4. 知道利用奈米級塗料，應用於光碟片的製作，能增加光碟片的容量。 5. 知道奈米光觸媒，具有消毒、殺菌、除臭的功用。 6. 知道奈米微型感測器，運用於醫學上，能偵測人體內的病毒。 7. 知道運用奈米科技，可做出更輕、更省能源的飛機。二、問卷的填寫與回饋本研究的問卷設計採用 Likert 五點量表，由專家學者勾選每一個奈米概念細項在國小不同學年層的重要程度為何，從「非常重要」到「非常不重要」，分別得「5」到「1」分。問卷的每一個細項下方都列有「修正建議欄」，讓徵詢專家書寫對每一細項的敘述之適切性意見。並在最後附有「增列項目區」，讓專家將認為必須增加的項目列入。第二、三次的問卷是根據上一次問卷中各專家學者的作答結果而形成，其內容是綜合全體專家的意見進行修正，並於問卷中呈現全體專家在上一次所填答的各項目重要程度之平均數、眾數、標準差以供參考。第二、三次的問卷主要在詢問專家學者對於上一次填答與全體意見有差距的部分之修正意願，因此會附上，外形像足球。。

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專家在上一次填答的答案以供參考，期望求得各專家學者之間的共識。本研究前後往返實施三次大慧專家問卷。首先將三次大慧問卷調查結果經統計分析後，再對每一細項分別進行討論，最後使用第三次問卷調查資料的結果，整理各專家對於國小學習奈米教學時，低、中、高年級所應教導「奈米科技核心概念」所得到的共識。

第四節研究流程

本研究根據相關文獻探討，初次擬定「奈米科技核心概念」五個面向。研究者將實施來返三次之大慧問卷調查，藉以諮詢專家學者的意見，以探究各奈米概念對不同學年層的重要程度。以下就本研究進行大慧調查之實施流程（圖3-2）進行說明：一、文獻探究本研究首先搜尋跟研究相關的文獻資料，分為兩大部分「奈米科技」及「大慧調查」，其中奈米科技之相關文獻搜尋範圍來自坊間書籍、科學性期刊及科學教育期刊論文等，而大慧調查法的文獻著重在說明大慧的實施程序及在課程研究上的應用。二、問卷編製本研究依據相關文獻資料，擬定「奈米科技核心概念」五個面向，再藉此以編製大慧專家意見調查問卷，並參考呂錘卿（2000）、張豔華（2002）與Osborne 等人（2003）的問卷修訂與篩選原則。

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圖3-2 研究流程 （一）第一次問卷第一次問卷採用半開放式問卷，並將內容分為五個向度，共有 34 個細項。並設計每細項依五點量尺將其重要程度，從非常重要到非常不重要，分別得 5 到 1 分。在問卷中，每細項下列有「修改意見欄」讓專家可對每一細項提出修正或增刪意見，並在最後設有「增列項目區」，讓專家將認為必須增加的項目列入。文獻蒐集與分析設計「國小奈米科技核心概念」之問卷專家問卷填答(第一次) 決定問卷填答者問卷統計分析與修訂專家問卷填答(第二次) 問卷統計分析與修訂專家問卷填答(第三次) 統計分析最後結果完成研究報告

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（見附錄一）第一次問卷的整理與修訂原則為： 1. 專家所補充的新項目，其內容涵義跟原項目類似，將刪除之。 2. 專家補充的新項目，其內涵相似或部分相同的項目，將統整為同一個項目，並適度增加其內涵。 3. 專家補充的新項目，內涵相同但文字敘述不同者，將合併成一個項目並修飾敘述之文字。整理後將成為第二次的問卷。（二）第二次問卷第二次問卷將依據專家在第一次問卷中填答之情形，做出適當的修正，成為第二次的問卷。其中統計及分析各專家所填答的項目重要程度之平均數、標準差、眾數及次數分配。第二次問卷填答的重點為： 1. 問卷附有全體專家樣本意見的統計結果，請專家參考大家回答情形，依據自己的觀點，再評估一次每一項目的重要程度。 2. 第二次問卷的內容，並需呈現各專家學者於第一次問卷填答情形，讓專家可參考自己第一次的填答情形，思考是否修正自己的意見。 3. 專家可對每一細項提出修正或增刪意見，並在最後設有「增列項目區」，讓專家將認為必須增加的項目列入。第二次問卷的整理與修正，修訂原則為： 1、2、3的修正原則與第一次相同。 4. 只選取平均數≧3.5或眾數為5的項目留在第三次問卷。（三）第三次問卷第三次問卷的編製過程跟第二次相似，但不同於第二次問卷是，第三次問卷沒有開放性意見的填答部份。

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三、確定專家名單根據游家政（1996）、Dalkey（1969）及Murry＆Hammons（1995）的意見，小組成員至少在10人以上時，群體的誤差最低，可信度最高。而本研究考慮到此次調查研究需要較多的心力與時間，為避免問卷流失，因此研究者共邀請28位專家參加本次的大慧調查。四、意見調查與溝通在確定專家名單後，研究者將事先以書信方式與各專家學者進行聯繫，取得專家參與的意願，再以書信的方式詳細介紹本研究之「研究目的」、「大慧調查的進行程序」及「問卷的作答方式」，為使專家們便以匿名的方式對各項問題作出判斷，因此採取郵寄或親自遞送的方式將設計好的問卷分送給每位專家學者，在整個進行過程中，每位專家並不知道有哪些專家參與。問卷回收後，研究者根據專家們的意見整合歸納，對原先的問卷進行適當修改與統計分析。當進行第二回合的問卷諮詢時，將這些整理出來的結果分送給每位專家，請他們參考其他專家們的意見，針對自己的觀點填寫第二次的問卷。這樣的過程將反覆進行至第三次止。

第五節資料處理與分析

當問卷回收時，應需要進行以下步驟的處理後再進行分析： 1.在問卷寄發時，應在問卷填寫說明中提到問卷繳回的時間，當時間超過一星期而問卷未寄到時，未避免樣品的流失，就需要與專家聯繫，詢問專家是否已把問卷寄出，如果問卷在寄信的途中遺失就要再寄一份給專家填寫。 2.回收問卷時需檢視每題是否填答，如有遺漏應與專家聯繫，請專家重新

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填答。 3.依照專家的意見將資料輸入到電腦。當樣本經過以上的處理步驟後，在進行統計分析。大慧調查視研究所需來決定應用的統計處理方式，通常計算下列統計數（簡茂發、劉湘川，1993）： 1.所有專家對各細項評價值的平均數：主要是看專家意見之集中程度，平均數愈大，代表相對重要性愈大。 2. 計算各細項之評價滿分頻率：滿分頻率愈高，相對重要性愈大。 3. 計算專家意見的離散程度：平均標準差，愈小愈好，代表專家意見的協調程度愈高，即一致性愈好。但本研究根據研究目標，針對專家對於各細項目重要性的意見，並參考上述的統計方式。統計處理方式採用「平均數」、「標準差」、「眾數」，採取平均數是為了瞭解各細項之重要性，採用標準差以瞭解各專家意見的離散程度，並採取眾數以瞭解各細項的滿分頻率。以下就三次大慧問卷的資料統計與分析方法，分別敘述問卷的資料處理方式如下：一、第一次與第二次問卷之資料分析第一次與第二次問卷的資料分析，主要有兩部分：（一）統計所有大慧專家學者對每細項之重要性得分的「平均數」、「標準差」與「眾數」，據以了解整體意見的離散與集中程度。（二）另一方面將各專家學者對各細項的意見歸類整理，並彙整出整體意見整合表以進行修訂，在處理程序上主要有下列四個步驟： 1. 計分與統計數據依專家填答之重要性程度計分，每細項如填答為非常重要得5 分，重要得4 分，無意見得3 分，不重要得到2 分，非常不重要得1 分，統計其分數並求出每細項的平均數、眾數、標準差。

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2. 專家學者意見的彙整將回收的大慧專家問卷之意見，逐項歸類整理，並製成意見整合。 3. 各項目的修正與增訂依據專家意見彙整成表，並與原細項逐一對照，研究者利用內容分析再次參閱相關文獻後，依據修訂原則進行修正或增訂細項。 4. 形成下次問卷經修正或增訂的細項，每一細項同樣以5至1的五點量尺來諮詢專家學者對項目重要性之意見，並再次徵詢專家對修訂後問卷細項的意見，形成下次問卷。各問卷中均呈現每位專家學者於前次問卷的作答情形，因此每一份大慧專家問卷都不相同。每細項均呈現平均數、眾數與標準差，並列有「意見修改欄」提供專家個人意見與整體意見相差較大時填寫。二、第三次問卷之資料分析第三次問卷的資料分析主要為統計所有專家學者對每細項指標重要性得分的平均數、標準差與眾數，據以了解整體意見的一致程度後，便終止大慧的專家問卷，並形成奈米科技教育在國小不同階級所需教學之項目。其處理程序大致有下列二個步驟：（一）計分與統計數據原則跟第一次與第二次問卷相同。（二）教學項目之確定參考張豔華(2002)與Osborne等人 (2003)做大慧調查研究時所提出的選取標準：當研究最後選取平均數達到4以上，表示該細項目重要性夠高;標準差小於1 代表專家對該細項目具有高度共識。因此本研究刪除了平均數小於4或標準差大於1的細項，但是當刪除的項目在單因子變異數分析時，達到下述三項條件者就可保留：1.在F檢定時有達顯著差異；2.在事後多重比較時達顯著差異；3.兩類專家之標準差和平均值達保留標準。藉由以上的原理形成本研究之「國小奈米科技核心概念」。

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