探討線上知識翻新之探究活動與科學家意象之關係：以個案研究為例 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學教育學系碩士論文. 指導教授：洪煌堯博士. ‧ 國. 學. 政治大立探討線上知識翻新之探究活動與科學家意象之關係：以個案研究為例 ‧. Exploring the Relationships between Online Knowledge. Nat. n. al. er. io. sit. y. Building Inquiry Activities and Image of Scientists: A case study. Ch. engchi. i n U. v. 研究生：楊家睿中華民國一Ｏ六年七月.

(2) 謝誌終於也到了寫謝誌的時候，回首在政大教育系的日子從大學到研究所，中間因工作而離開，再度回來母系仍感親切。兩年的碩班日子，不論是學業、行政或生活，都受到許多人的關照，沒有你們，我是不可能完成這個任務的。本人沒有華麗的詞藻，就讓我以簡單的語言道出深深的感謝。首先，要感謝我的指導老師洪煌堯教授，洪老師曾是我大學的班導，碩班又二度結緣。在寫論文的過程中，不管遇到甚麼困難，洪老師隨時都在，是我們最強而有力的後盾。不僅如此，老師也很關心我們的生活，從許多小細節都讓我感到非常溫暖。還要感謝研究團隊的夥伴們，我們互相學習，在生活中也互相照顧：倍伊、惠萍、巧鳳、靜華、怡婷，特別感謝佩蓉的協助，以及一起度過大大小小事情的天使英孚。. 立. 政治大. 謝謝口試委員林子斌老師與蔡佩珊老師，在論文口試時給予我許多寶貴的意. ‧ 國. 學. 見。從論文本上的詳細註記，從標點符號到論文架構都細心說明，有您們的指導，讓我的論文更趨完整。. ‧. 所有的安排都是最好的安排，碩班期間修習的課程、參與過的計畫案、義務服務與擔任總幹事等，回首來看，都是美好的經驗。碩一參與鄭同僚老師主持的. Nat. sit. y. 研究案，有幸與陳爸、張喬來場非學校型態的實驗教育之旅，一同完成了 TMS. er. io. 的前期籌備工作，學習如何將理想化為實際。. 謝謝政大教育系的師長，在學術上的指導，教室內與教室外的學習都令我獲. n. al. Ch. i n U. v. 益良多，是未來前行最好的儲備力量；謝謝系辦的闕助教與王先生在行政事務上. engchi. 的提點與協助；謝謝 104 級碩班的同學，愛無需贅言；感謝教心期刊的戰友，很榮幸和你們一同努力；特別感謝烏來國中、深坑國中的前輩們，接受我前往學校進行義務服務，提供我很多學習的機會，並且熱情的分享教學經驗。另外，還有許多親友的支持與鼓勵，你們就是我的大幸運。像是在論文後期，電腦突然宣告罷工，感謝老哥的朋友老田與叔叔在第一時間借我筆電，讓我得以在論文戰場中存活；一直以來支持著我的姊姊們，以及老是被我叨擾的楊衡與孟庭；在歷史與學術專業上，總是不吝分享的若芸老師；當然，還有總是陪伴著我的彥蓁與親愛的家人，謝謝你們。碩班受到的幫忙真的太多，深怕有所遺漏，在此由衷的感謝每一個人！家睿 2017 年 7 月謹誌於政大.

(3) 摘要許多研究指出學生對於科學家持有刻板意象，學生對科學家的科學工作亦持有僵化的看法，因而可能影響其科學學習的動機與未來從事科學工作之意願。本研究因此希望透過探討基於知識翻新（knowledge building）的線上自主學習與科學探究活動對學生的科學家意象（image of scientists）之影響。本研究以個案研究的方式，深入探討此教學設計能否幫助學生培養多元的科學家意象。研究對象為台北市某國立大學 37 位修習自然科學概論課程的大學生。教學設計以知識翻新原則為基礎，建立以想法為中心的友善學習與交流空間。活動分為兩部分，一是讓學生以觀察者的角度，撰寫科學家故事；二為科學探究活動，. 政治大. 學生作為參與者，在知識論台上進行科學探究。本研究採混合研究法，研究資料. 立. 包含：（1）科學家意象之開放式問題前後測；（2）學生每周敘寫科學家故事心得；. ‧ 國. 學. （3）半結構式學生訪談資料；（4）科學家意象之期初與期末問卷；（5）學生於知識論壇上之學習活動。. ‧. 研究結果顯示：（1）線上知識翻新探究活動有助於學生理解科學家具有多元. Nat. sit. y. 特質的意象；（2）線上知識翻新探究活動有助於學生理解科學探究的過程；（3）. er. io. 線上知識翻新探究活動有助於學生產出想法，並透過團隊合作，理解科學家科學. al. v i n Ch 者與未來研究者作為參考：（1）建議教師安排不同觀點的探究活動，提供學生從 engchi U n. 探究的方式。針對以上結果，本研究提供以下建議，希望能提供給科學教育工作. 動態過程中，重新建構多元科學家意象；（2）建議教師安排探究活動時，可以營. 造學習者中心的知識翻新環境，並鼓勵學生自主產出想法；（3）建議關注科學家意象之研究者，可以多方地收集過程資料，有助於深入了解學生想法轉變的歷程。. I.

(4) ABSTRACT Many studies suggested that students hold stereotypical images of scientists. These stereotypes may affect students' learning motivation and their willingness to engage in scientific work or career. The purpose of this study was to investigate the relationships between students’ online Knowledge Building inquiry activities and their image of scientists. The study was a case study looking into whether the designed Knowledge Building inquiry activities help students develop multiple images of scientists. The participants in this study were 37 undergraduate students who engaged in an. 治政 building theory and pedagogy. Teacher and students大 worked together to foster an 立 idea-centered knowledge building environment. The knowledge building oriented. natural sciences course. The course was pedagogically designed based on knowledge. ‧ 國. 學. inquiry activities contained two main parts of activities, one was to ask students to write a story about a scientist of their choice, and another one was to ask students do. ‧. online inquiry activity in Knowledge Forum. Data collection and analysis were based. y. Nat. on mixed-methods design. The data sources included: (1) an open-ended. sit. questionnaire concerning image of scientists, (2) students’ weekly journal reflection. n. al. er. io. on writing a story about a scientist, (3) semi-structured student interview, (4). v. qualitative image of scientists questionnaire, (5) students’ interaction logs recorded in a Knowledge Forum database.. Ch. engchi. i n U. The findings were as follows: (1) online Knowledge Building inquiry activities were able to improve students understanding of scientists who possess diverse personalities, (2) online Knowledge Building inquiry activities were able to improve students’ understanding of the process of scientific inquiry, (3) online Knowledge Building inquiry activities were able to improve students’ ability to work creatively with ideas, and their understanding of scientific inquiry being highly collaborative through teamwork.. Keyword: Knowledge Building, image of scientists, science inquiry II.

(5) 目第一章. 次. 緒論...................................................... 1. 第一節研究動機.................................................................................................. 1 第二節研究目的與待答問題.............................................................................. 4 第三節名詞釋義.................................................................................................. 5 第四節研究範圍與限制...................................................................................... 6 第二章文獻探討.................................................... 7 第一節. 科學家意象.......................................................................................... 16. 第二節. 知識翻新................................................................................................ 7. 第三節. 科學探究.............................................................................................. 12. 第四節. 數位學習.............................................................................................. 16. 立. 政治大. 第三章研究方法................................................... 24 研究設計.............................................................................................. 24. 第二節. 教學設計.............................................................................................. 26. ‧ 國. 學. 第一節. ‧. 第三節研究流程................................................................................................ 35 第四節資料搜集與分析.................................................................................... 36. y. Nat. sit. 第四章研究結果................................................... 48. 第二節. 科學家具備的特質.............................................................................. 51. 第四節. al. v i n Ch 科學探究中重視的能力...................................................................... 56 engchi U 科學家科學探究的方式...................................................................... 63 n. 第三節. er. 一般科學家意象.................................................................................. 48. io. 第一節. 第五章討論與建議.................................................. 71 第一節. 結論...................................................................................................... 71. 第二節. 建議...................................................................................................... 74. 參考文獻 ......................................................... 76 附錄. ......................................................... 81. III.

(6) 表. 次. 表 2-1 科學探究形式相關研究之整理 .................................................................... 14 表 2-2 數位學習型態比較表 .................................................................................... 22 表 3-1 研究對象之系級分佈表 ................................................................................ 25 表 3-2 教學活動與時間 ............................................................................................ 27 表 3-3 科學家故事－作業繳交頁面之指導語 ........................................................ 28 表 3-4 研究問題、資料來源與分析 ........................................................................ 36 表 3-5 量化問卷信度分析 ........................................................................................ 38. 治政表 3-7 科學家意象開放式問題－編碼類別表 ........................................................ 40 大立表 3-8 評分標準-以科學家特質「先天」為例 ....................................................... 41 表 3-6 半結構性訪談主旨及問題 ............................................................................ 39. ‧ 國. 學. 表 3-9 學生敘寫故事心得編碼表 ............................................................................ 42 表 3-10 想法編碼類別表 .......................................................................................... 44. ‧. 表 3-11 無關想法之貼文類別表 .............................................................................. 46. sit. y. Nat. 表 4-1 學生問卷編碼結果 t 考驗分數 .................................................................... 49. io. er. 表 4-2 學生問卷編碼結果 t 考驗分數 .................................................................... 50 表 4-3 故事心得編碼分析結果 ................................................................................ 51. al. n. v i n 表 4-4 先天-後天因素之成對樣本 52 C h t 考驗 ................................................................ engchi U 表 4-5 學生期初期末成就類別之成對樣本 t 考驗 ................................................. 54 表 4-6 事實（F）與概念（T）想法週次分佈表.................................................... 56 表 4-7 成對樣本 t 考驗 ............................................................................................. 58 表 4-8 不同層次想法之期初、期末分佈表 ............................................................ 59 表 4-9 不同層次想法之交互成對樣本 t 考驗 ......................................................... 60 表 4-10 知識論壇學期前後學習活動量-成對樣本 t 考驗 ...................................... 64 表 4-11 小組貼文串數表 .......................................................................................... 65. IV.

(7) 圖. 次. 圖 2-1 知識翻新學習活動進行模式 .......................................................................... 10 圖 3-1 研究架構 .......................................................................................................... 25 圖 3-2 課程活動架構 .................................................................................................. 27 圖 3-3 知識論壇小組討論 .......................................................................................... 29 圖 3-4 本研究之科學探究活動 .................................................................................. 30 圖 3-5 知識論壇之基本功能-貼文、回文 ................................................................. 31 圖 3-6 知識論壇之內文介面 ...................................................................................... 32. 治政圖 3-8 學生運用「我的理論」闡述想法 .................................................................. 33 大立圖 3-9 研究流程圖 ...................................................................................................... 35 圖 3-7 知識論壇之貼文介面-鷹架輔助想法 ............................................................. 33. ‧ 國. 學. 圖 4-1 想法次數分配表 .............................................................................................. 57 圖 4-2 不同層次想法數量比較圖 .............................................................................. 58. ‧. 圖 4-3 科學探究之徒手扳蘋果討論串 ...................................................................... 66. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. V. i n U. v.

(8) 第一章緒論本研究旨在探討線上知識翻新探究活動與學生的科學家意象之關係本章共分為四節：第一節為研究動機；第二節為研究目的與待答問題；第三節為重要之名詞釋義；第四節為研究範圍與限制。. 第一節研究動機. 政治大. 本研究旨在關注基於知識翻新理論（Scardamalia & Bereiter, 2006），所安排之線上探究活動，是否能使學生對科學家能產生建構、多元的想法。本研究之研. 立. 究動機主要有以下三點。. ‧ 國. 學. 第一點，傳統的教學模式中，教師在教學仍然較注重科學理論概念的傳授，. ‧. 忽略了學生科學探究、創造與思考的能力（林倍伊，2015）。教科書中科學史比例較低，通常只呈現單一歷史事件、知識概念，教師多半也不會主動運用科學史. y. Nat. sit. 作為教學素材（林陳涌、鄭榮輝、張永達，2009）。而且許多研究指出，學生對. er. io. 於科學家之意象多數為刻板意象，這反映了學生對於科學家以及其從事之科學探. al. n. v i n Ch 業所產生的優劣，亦會影響學生未來從事職業之選擇 e n g c h i U（胡志海、梁甯建、徐維東，究工作之看法較僵化（呂紹海、巫俊明，2008；鄭豔齡，2014）。刻板意象對職. 2004；胡志海，2006），若學生認為科學工作是古板、無趣的，甚至是非平凡人可做的，可能會使學生對科學工作產生距離感。英國將科學教育正式加入到國家課程的五年後，發現學童對科學家之刻板意象無改善，並指出這是因為在科學教育中，關於科學家和科學探究之相關教學比例較低所導致（Newton 與 Newton, 2012）。學生之科學家意象會影響他們對於科學家及科學工作之想法，如何消除對科學家之刻板意象，對於科學教育是需要被重視的。第二點，除了針對科學家特質的刻板意象外，學生對於科學家如何進行科學探究的理解也非常值得關注。在科學教學中，教師傳授片段的知識內容，使得學 1.

(9) 生只專注於理論概念，忽略了科學理論背後的演變過程（盧秀琴，2004）。國內外科學教育也都明示科學探究之於科學教育的重要性，了解科學探究的過程，可以理解科學本質：科學理論背後的暫時性、動態過程。提升「科學探究的能力」為十二年國教「自然與生活科技」領域中的能力指標（教育部，2015）。十二年國教課程綱要草案建議教師規劃探究型之學習內容，發展學生整合所學運用於真實情境之素養。特別是自然科學領域，更點名其研擬探究型課程作為必修（教育部，2014）。同樣的，美國也建議於科學教育中規劃科學探究相關課程。美國科學促進協會（American Association for the Advancement of Science, AAAS）（1989）在其 Project 2061: Science for all American 中提出，. 政治大教育標準（National Science 立Education Standards）與科學素養基準（Benchmarks for. 培養具有科學素養的公民是科學教育的目標之一。協會更於其出版物之國家科學. ‧ 國. 學. Scientific Literacy）兩篇刊物中，建議科學教育應增加探究導向教學。因此，國內外皆表明科學探究的重要性，不僅反映在學生對於科學家意象上，也與提升「科. ‧. 學素養」之教育目標息息相關。本研究希望能夠透過科學探究活動，讓學生理解科學探究的動態過程，進而對科學家進行科學工作有更深入的理解。. sit. y. Nat. io. er. 第三點，傳統教學較重視學科知識的傳授，以教師講述為主，忽略學習者中心的學習，這樣的學習方式，縱然能習得知識，卻也降低學習動機（吳靜吉，2002）。. n. al. Ch. i n U. v. 值得慶幸的是，有越來越多老師嘗試改變以教師為中心的傳統講述教學，開始以. engchi. 學生為本位進行教學設計，重視學生科學探究及創造思考的能力。許多關注科學意象的研究指出，除了學科中心的知識外，教師若能善用科學家故事、科學史於學習活動的安排，可以增進學生對於科學本質的了解。例如：使學生體認到科學是動態演變的過程（Garrison & Lawwill, 1993；巫俊明，2002）、提升學生內在動機與學習成效，以及增強學生的科學學習興趣（Hong & Lin, 2011；Hong, Chai & Tsai, 2015）。知識翻新學習不同於傳統教學以老師為中心的講述教學，強調學習社群（community）共構與想法翻新的重要性。知識翻新學習以學生為主體，創建友善的對話空間、鼓勵想法的產生，認為想法可透過社群成員的合作、對話，來不斷地改進、提高層次。 2.

(10) 基於上述三項研究動機，本研究希望透過以學生為中心的線上知識翻新探究活動，輔以知識論壇線上合作學習平台，進一步探討是否能幫助學生對科學家與科學工作產生更多元與活化的意象。期待研究能促進學生未來從事科學工作的意願，並提供研究成果給有意從事科學教育工作者參考。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 3. i n U. v.

(11) 第二節研究目的與待答問題. 基於以上研究動機，本研究之目的即了解學生參與知識翻新探究活動後，其對於科學家能具有更多元的想法。關於科學家意象之研究範圍很廣，本研究以個案研究的方式，希望能回答知識翻新探究活動與科學家意象之關係。首先，研究者對學生整體的科學家意象進行回應，再深入科學家意象的不同層面進行討論。待答問題如下所列：壹、學生進行知識翻新活動後，對科學家的整體意象為何？有何改變？. 政治大. 貳、學生進行知識翻新活動後，認為科學家特質認為是具備比較多的先天因素還. 立. 是後天因素？. ‧ 國. 學. 參、學生進行知識翻新活動後，認為科學家於科學探究的過程是比較重視想法還是重視知識？. ‧. 肆、學生進行知識翻新後，認為科學家工作時是傾向個人型態還是團隊合作？. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 4. i n U. v.

(12) 第三節名詞釋義茲將本研究使用之重要名詞釋義說明如下：壹、知識翻新（knowledge building）基於知識翻新理念之教學設計，強調個人在學習社群提出想法，與社群中的學習者共同討論，建構出學習社群集體的新知識。教師營造友善的討論空間，引導學生進行想法的創造與更新，並在過程中發展自我導向學習。貳、知識論壇（Knowledge Forum）. 政治大平台，提供社群討論、改進想法的環境。知識論壇有利於學習者不受時間、空間立知識論壇為 Scardamalia 和 Bereiter 基於知識翻新理論設計的線上合作學習. ‧ 國. 參、科學探究（scientific inquiry）. 學. 之限制，進行非同步的討論，並完整保留討論的內容。. ‧. 科學探究是創造科學知識的複雜過程，其探究的步驟包含發現問題、假設、. Nat. sit. y. 實驗、資料分析與結論、推廣等，步驟並非單一線性，而且不具方向性，探究過. n. al. er. io. 程中可以隨時進行方法之調整。肆、科學家意象（image of scientists）. Ch. engchi. i n U. v. 本研究之科學家意象指得是學生對於科學家之想法，除了科學家本身的特質，還包含科學探究重視的能力、科學家進行科學探究的型態，從這三面向著手，為從不同面向來了解學生對於科學家之意象。伍、刻板意象（stereotype）刻板意象指的是人們對於某特定類型的人、事、物的一種概括性、既定的想法。科學家刻板意象，例如：科學家都是穿白袍、戴眼鏡（近視）以及喜歡獨自工作等。. 5.

(13) 第四節研究範圍與限制. 本研究旨在於瞭解線上知識翻新探究活動與大學生科學家意象之關係，但受限於時間、人力、物力等主客觀因素，仍有其研究之限制，分述如下：壹、研究範圍本研究以台北市某國立大學生為研究對象，學生於課堂的學習受到許多不同因素的影響，像是求學經歷、修課動機、人格特質等，限於人力與時間的不足，僅針對學生在知識翻新探究活動對科學家之意象進行研究。. 政治大. 貳、研究對象的限制. 立. 本研究對象為台北市某國立大學之大學生，因本門課為教育學系之選修課程，. ‧ 國. 學. 故學生構成以教育學系為主，在年級的分佈上則為大一、大二居多。因受到時間、人力的限制，本研究主要針對班級全體的平均表現進行分析，沒有針對學生個人. ‧. 的學習歷程進行深入的探究。. Nat. sit. y. 參、研究方法的限制. n. al. er. io. 本研究為個案研究（case study），以特定班級為對象，以線上知識翻新之. i n U. v. 探究活動做為主要學習活動。本研究為了能更多面向的了解研究主題，在資料的. Ch. engchi. 收集與分析，採取混合方法研究，期望能透過資料與分析的交叉檢證，期望提供較為全面的研究結果。研究者在進行質性資料時，採用開放式編碼的內容分析，未免免研究者主觀，會進行評分者信度的檢測。而研究結果雖有訪談資料作為輔助，但不宜過度推論。. 6.

(14) 第二章. 文獻探討. 本研究旨在探討線上知識翻新學習之探究活動與大學生科學家意象之關係。本章針對本研究目的，分別探討與本研究相關的文獻，共分四節。第一節為科學家意象之探究，先從興趣與刻板意象述科學家意象於科學教育中對學生學習動機與工作選擇之影響。再從「科學史與科學家意象」了解關注科學家意象之相關研究，教學與實驗中是如何應用科學史；第二節為知識翻新之探究，先介紹知識翻新理論，第二部分則是闡述與本研究教學設計相關的知識翻新原則第三節科學探究之探究，先闡述「科學探究的重要性」，接著嘗試彙整不同的科學探究的形式」，. 政治大定義與演變與本研究相呼應，進而探討數位學習與知識翻新之關係。立第一節知識翻新. 學 ‧. 壹、. ‧ 國. 與本研究科學探究活動相比較；第四節為數位學習之探究，首先探討數位學習的. 知識翻新理論. y. Nat. sit. 知識翻新理論為加拿大學者 Scardamalia 和 Bereiter（2010）所提出，相較個. er. io. 人知識的獲得，更重視學習之社群（community）共同提出想法。知識翻新理論. al. n. v i n C、h修正的歷程，再U共構學習社群的集體知識法透過討論、反思不斷改進 engchi 是建構取向的教學理論，以想法（idea）為單位，強調社群成員提出想法，將想. （Scardamalia, 2002, 2004；Scardamalia & Bereiter, 2003）。知識翻新學. 習支持想法的產生，強調社群共構與想法翻新的重要性。以想法為中心，認為知識可透過社群成員的合作、對話，來不斷地改進，進而成為新的知識（Hong & Sullivan, 2009）。此外，知識翻新學習以學生為主體，創建友善的對話空間、鼓勵想法的產生。知識翻新於在教育應用上，與之相似的內涵包括：發現學習（learning-by-discovery）、專題式學習（project-based learning）、錨式教學（anchored instruction）、協作學習（collaborative learning）（Wilson, 1996；轉引自 Scardamalia & Bereiter, 2003）。 7.

(15) 貳、. 知識翻新原則. 知識翻新的教學設計，不像其他教學法有步驟可循，為此 Scardamalia（ 2002）提出十二項原則進行教學，提供給教師教學設計的參考。知識翻新以原則導向的教學設計，使師生有較多的教學和學習的彈性空間。此外，知識翻新重視教師創造出一個可以支持想法持續發展的「環境」（Scardamalia & Bereiter, 2003）。關於 Scardamalia （2002）提出知識翻新十二項原則，教學設計者可以依照課程的需求彈性運用某些原則。因此，研究者僅提與本研究教師應用較為相關之原則，而知識翻新探究活動的具體內容，則會於教學設計時深入的說明。相關之六點原則如下所列：. 政治大一、真實想法與問題（Real ideas, Authentic problems）立. ‧ 國. 學. 關心生活中的真實問題：對於知識的問題（problems），來自於想理解這世界，對真實生活有感受的而產生的想法，指的是學習者真正關心的事情，與教科. ‧. 書裡作為學習的問題（problems & puzzles）不同。例如，學生在日常生活中，看到人為破壞環境之現象，會打從心裡好奇、關心，並提出一個問題（problem），. y. Nat. n. al. 二、可改善之想法（improvable ideas）. Ch. engchi. er. io. 真實感受，為了理解它，並讓它變得更好。. sit. 例如：「我們如何阻止人類繼續破壞環境？」對知識的問題，是來自於對世界的. i n U. v. 想法可以不斷進行翻新：知識翻新重視想法的改進，鼓勵學習社群之參與者在知識論壇持續的進行想法質量的修改。但是傳統教學中，學生經常視教師的授課內容為絕對正確的，課堂間多半呈現老師單方面的給予學科知識的傳遞，而學生習慣接受而不思考。知識翻新學習特別的在於認為想法是可以不斷的討論、修正，教師嘗試提出不同的問題刺激學生思考，也鼓勵學生提出問題、善用知識論壇進行討論等，藉此讓學生了解，想法可以不斷被翻新與改進。. 8.

(16) 三、提升概念層次（rise-above）透過討論，逐步改進想法與提出更高層次的概念：創造知識翻新必須要有具包容性的原則、高層次的問題機制。在知識翻新學習練習處理複雜、混亂、綜合的概念。在傳統教室的討論中，經常由教師主導（提出）問題，然後交由學生進行一個短暫的討論，再由教師或學生進行總結，然後討論就結束了。但在知識翻新學習中，以本研究為例，問題討論常常不只有一個階段。教師會先請同學以組別為單位，進行討論及提問。再將小組討論及提問的內容交予班級進行討論/辯論/回覆，透過這樣的方式，討論便能夠延伸下去。新的想法之討論以前次討論為基礎，過程可能促使新的想法誕生，為的就是逐步提升想法到更高的層次。. 政治大. 四、知識動力（epistemic agency）. 立. 主動參與知識創造的過程：知識翻新學習由學習者個人提出想法，與他人想. ‧ 國. 學. 法進行討論。自己主動參與知識創造，而非由他人安排方向或步驟。傳統教室中，. ‧. 教師安排了學習活動，主導學習的方法與步調，學生所需要做的就是全盤接受；然而知識翻新以學生為中心，在討論過程中，老師不主動介入。以本課堂為例，. Nat. sit. y. 學生於知識論壇中自由的提問、討論，討論的主題各式各樣，共同點都是學生真. n. al. er. io. 正感興趣、關心的問題，在知識翻新學習中，學生是學習的主導者。. i n U. v. 五、社群知識共構與協同責任（community knowledge, collective responsibility）. Ch. engchi. 學習社群之成員都需要提供自己的想法，並且承擔協同產出知識之責任，並一起享有個人與集體的成就。換句話說，就是社群成員中不能只有部分成員貢獻自己的想法，必須要使所有成員都意會到貢獻知識的責任。在本課堂中，教師請學生於知識論壇以小組的形式，進行科學探究之學習活動，每個人都於知識論壇進行想法的分享，作為共構知識的基礎，再進行更進一步的知識翻新，進而產出屬於該學習社群之新想法。. 9.

(17) 六、民主知識（democratizing knowledge）知識的平等參與、貢獻無法切割：所有參與者都是社群的貢獻者，強調每個社群成員都有資格從事知識創新，對社群中的知識進步感到自豪，並且對於知識發展做為共同的目標。本研究設計之科學探究活動，要求學生於期末時進行發表。從其製作投影片中，可以看見社群成員參與想法討論之歷程，並表達其對社群想法共構之參與、貢獻。足見知識翻新之學習社群中，知識的平等參與、貢獻無法切割的兩項特色。圖 2-1 表示與本研究相關的知識翻新原則如何運用於教師中營造知識翻新的環境。知識翻新學習首先為個人學習，提出自己的想法，以及與來自真實情境之. 政治大修正想法，朝向可發展的方向前進，提出更高層次的概念，進而共構新知識。要立. 問題。討論過程中，結構性的使用可信賴知識，並與同儕進行討論、反思，用以. ‧ 國. 學. 注意的是，在討論的過程可能得出一個可行的方向，也可以會隨時回頭進行反思、再討論，最後提出學習社群共構的知識。在學習過程中，知識翻新的教學重視學. ‧. 習社群間的合作學習以及精進想法，在民主開放的知識翻新環境中進行討論。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 2-1 知識翻新學習活動進行模式 10.

(18) 參、. 綜合討論. 知識翻新是以學生為中心的教學方法，對比傳統教師中心的講述教學，教師營造民主且開放的環境，讓社群成員可以在友善的互動氛圍中，促進集體的知識創造。Scardamalia（2002）也認為問題解決的責任並非只落在教師身上，而是教師與學生一起承擔的。再者，本研究之研究對象為師資生，未來將投入教育工作，師資生可以透過知識翻新學習，進行教學反思以增進對教學實務知識的理解（花儷月，2014）。過往知識翻新學習的研究焦點關注學生表現以及想法的質量，比較少探討學生之科學家意象、教師教學設計。因此，本研究希望能了解知識翻新探究活動對學生科學家意象的影響。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 11. i n U. v.

(19) 第二節科學探究. 壹、. 科學探究的重要性. 科學教科書中對科學家的描述偏重科學知識，較少描述科學活動。本研究關注之科學家意象，不只是對科學家本人的看法，也包含了科學家如何進行科學探究。然而，這與近代科學史哲研究強調呈現科學的面貌的想法較相近，比起談論科學「應該是」什麼，更重要的應該是進入科學工作的情境去了解科學「是」什麼（Latour, 1987；轉引自林陳涌等，2009）。也就是說，科學探究除了培養學生. 政治大. 探究的能力，另外一層面也是讓學生從參與科學探究的過程中，進而了解科學工作的樣貌。. 立. ‧ 國. 學. 培養學生對科學本質的理解及科學探究的能力，是國內外共同認定之科學教育重要目標（AAAS, 1993；教育部，2015）。基於探究的科學教育引導學生發展，. ‧. 有多項指標，與本研究較為相關的有兩點：欣賞科學家們進行各種不同的方式工作與理解科學理論的暫時性。科學探究比起科學理論的演練與複製，更加重視學. y. Nat. sit. 生透過尋求答案的過程，就像科學家進行科學探究產出想法、修正與新增知識的. n. al. er. io. 歷程（Fang, Lamme, Pringle＆ Abell, 2010）。Piaget （1976）曾使用「小孩為科. i n U. v. 學家」的比喻，認為能夠有意識地發明，測試和修改理論以及與他人談論認知，. Ch. engchi. 是最先進階段的認知特徵，稱之為「形式運思」。其正是 Piaget 於認知發展論（cognitive-developmental theory）將認知發展分為四階段的最高階，意味著孩童於此階段具備有邏輯與抽象的思維，能運用假設驗證的科學方法思考解決問題。 Fang 等人（2010）認為科學探究是學生用來發展學科知識，獲得科學概念，體悟科學家們研究自然界的方法所經歷的歷程活動，然而研究卻發現在傳統教室中，教師安排科學探究之活動，方法與步驟較為依賴教科書。若只於台上由教師操作示範，輔以教科書內容的話，會對學生進行科學探究沒有正面的成效。傳統教師在教學上仍然較注重科學知識，忽略了學生之科學探究及創造、思考的 12.

(20) 能力。片段的知識教學，使得學生只專注於理論的內容，而忽略了科學是動態演變的過程（盧秀琴，2004）。貳、. 科學探究的形式. 根據國語辭典，探究的意思為：「探索追究或研究」。科學探究就是探索追究或研究科學相關問題。對於科學探究的形式有許多說法，根據美國國家研究委員會（National Research Council, NRC），科學探究是一個多元面向的活動，包含了：自然觀察、發現問題、查看書本或其他已知訊息、規劃一個調查、文獻回顧、利用工具進行分析及解釋數據、提出答案、預測與解釋，最後是推廣結果。Schwab （1962）提出科學探究是一個探求新知識的過程，這過程包括產生意念、認清問. 政治大. 題、擬定假設、設計實驗以測試假設、進行實驗及收集數據、分析數據、推理及. 立. 得出結論、最後公佈結果。高慧蓮（2005）將科學探究能力定義為界定問題的能. ‧. ‧ 國. 個面向。. 學. 力、設計規劃的能力、實作驗證的能力、分析解釋的能力、溝通辯證的能力等 5. 除此之外，王靜如、周金燕和蔡瑞芬（2006）則提出較為不同的看法，其主. Nat. sit. y. 張科學探究是產生科學知識的複雜過程，一般人普遍對於科學探究存有迷思。玆. n. al. er. io. 將王靜如等人的說明段落摘錄如下：. i n U. v. 科學探究並非如一般教科書所呈現的「一套有系統的步驟」，教科書. Ch. engchi. 上所陳述的科學方法包括：問題、假設、實驗、資料分析與結論，只是科學家用來蒐集實證資料，解答科學問題的簡化過程。事實上，科學家的問題源自於異常的資料或與原先想法不一致的發現，經過深思熟慮後，科學家才提出假設，經由推論提出預測，再設計實驗，檢驗假設的合理性，一旦假設被確認，科學家才公開發表結果。如果假設不被支持，再提出新的假設或改變實驗方法。研究者認為，王靜如等人提出關於科學探究的過程，仍包含了發現問題、假設、實驗、資料分析與結論。最大的不同點在於其強調科學步驟並非是系統的步驟，即科學探究不具方向性的特色。舉例來說，科學家在進行研究假設的階段，若發 13.

(21) 現假設有問題，則會再回頭重提新的假設，或者在實驗過程中發現問題，很可能會改變實驗的方法。分析參考上述科學探究能力相關文獻，科學探究之歷程主要歸納為四個部分：形成問題、研究設計、實驗與分析、結果與推廣，茲將本節提及之科學探究形式依此架構，整理、比較如表 2-1。本研究之教學探究將與王靜如等人所述較為相似，理由有二，第一、研究者考量科學家實際進行科學探究之複雜性，認同科學探究在步驟化之外需保有彈性。第二、本研究是基於知識翻新學習之原則導向（principle-based）教學設計，教師不會指示學生科學探究之步驟與方法，教師在學習過程中，不會主動介入討論，擔任從旁協助的角色。. 立. 政治大. ‧ 國. 學. 表 2-1 科學探究形式相關研究之整理. 高慧蓮. Schwab. ‧. NRC. 自然觀察、發現產生意念、認清問題的能力問題問題. 研究設計. 文獻回顧、規劃調查. n. al. 實驗與分析. 利用工具進行分析及解釋數據. 結果與推廣. 提出答案與解釋、推廣結果. 探究活動提出與真實生活有關的問題. er. io. sit. y. Nat. 形成問題. 本研究之科學. 擬定假設、設計設計規劃的能實驗力. 透過社群討論，提出各種想法（如實驗或假進行實驗及收實作驗證的能設），接著不斷集數據、分析數力、分析解釋的修改、提升想法據能力、溝通辯證的層次的能力. Ch. n U engchi. 得出結論、公佈結果. 14. iv. 期末小組報告.

(22) 參、. 綜合討論. 相關文獻都指出科學探究對於在科學教育的重要性，能夠有助於學生理解科學工作的內涵。科學工作的型態有很多種，綜合比較本研究之知識翻新科學探究活動，相較於傳統教室的實驗課程，是以知識翻新原則為基礎，鼓勵學生組成社群自主參與，相較之下是更為彈性的科學探究活動。總而言之，本研究之知識翻新探究活動是使學生模擬科學家社群之工作型態，鼓勵學生於線上平台提出與真實生活相關之問題，於學習社群進行討論，探究過程可以使用各式方法，包含假設、實驗、創造等，並提出共同建構之想法。期望學生透過知識翻新，能從不同角度理解科學探究。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 15. i n U. v.

(23) 第三節科學家意象. 壹、興趣與刻板意象杜威（1895）在其文章〈教育上的興趣與努力〉（interest and effort in education），闡述興趣表示個人的選擇態度，個人的態度並非孤立存在，而是基於某種情境中對於某件事情的反應，若對某個因素有興趣，便能夠專心、投入、忘情的專注在其中。興趣是有目的的行動力，而且它與努力是有關聯的。杜威認為有一種重要的學習興趣型態，是學生對於人的興趣。若學生對於人沒有興趣，那麼相對的，. 治政大之一便是刻板意象（stereotype），其指的是人們對於某特定類型的人、事、物的立一種概括性、既定的想法。例如職業刻板意象，若學生存在顯著的內隱職業性別. 他也不願意付出努力在與其相關的事物（Dewey, 2012）。對人的興趣影響的元素. ‧ 國. 學. 刻板意象，覺得職業有優劣，例如學生認為技術作業員只是運用勞力、劣等的工作，顯示了刻板意象會影響學生未來從事職業之選擇（胡志海等，2004）。. ‧. 探討科學教育之刻板意象相關研究中，Newton 與 Newton （2012）的研究. y. Nat. sit. 顯示學生對於科學家及科學工作具有刻板意象，例如科學家是男性、禿頭、戴眼. er. io. 鏡以及穿著實驗袍，獨自在實驗室裡工作，該研究也提及兒童的科學觀念和對科. al. n. v i n Ch 和科學工作的比例較低。我國之科學教科書所呈現的科學家意象：包含科學方法、 engchi U 學家的刻板意象，有著顯著的負相關。這反映了在教學中，科學的本質、科學家. 科學家幼年、人格特質及工作態度，也大多屬於刻板意象，例如：科學家從小就對科學有濃厚的興趣、擅長發明東西等。. 另一項刻板意象是認為科學理論是短時間內產生，這可能顯示了科學背後的動態發展的過程很少被描述（呂紹海、巫俊明，2008）。另外，針對台灣地區學生之科學家意象的研究發現，雖然學生對於科學家存有多種意象類型，但也以刻板意象最多（鄭豔齡，2014），如：科學家都是聰明人、從小就異於常人等（傅麗玉，2000）。黃孝宗、蔡俊彥和黃台珠（2013）針對公民科學家意象進行研究，研究結果發現對於科學家越沒有刻版意象之公民，其科學素養指標之科學知覺越高，且兩者間具有預測力。 16.

(24) 綜上所述，對科學家之刻板意象會影響學生對於未來從事科學工作之意願，並且對於理解科學本質與科學理論背後的動態過程沒有太大幫助。無論國內外都反思了科學教育中存在刻板意象的問題，可見給予學生接觸科學家與科學工作的機會，讓他們能對科學家意象有更豐富與建構導向之觀點的重要性。貳、科學史與科學家意象美國、英國與台灣關於科學教育之目標，皆重視對科學探究之理解（教育部 2015；AAAS, 1989；Newton & Newton, 2012），美國與英國之國家課程還強調經驗學習，注重課程結合科學人物、歷史與科學本質的學習（Newton & Newton, 2012），相較之下，我國之自然科學領域課綱則沒有建議從科學史切入。不僅如. 政治大. 此，研究指出教師在選用科學史作為素材時，通常倚賴教科書為他們選擇的科學. 立. 史，不過科學史於教科書的呈現上，讓教師感覺並非是那麼必要的（巫俊明，2002；. ‧ 國. 學. 林陳涌等，2009），教科書中的科學史幾乎都無法為學生提供充分的科學家與科學工作之形象（Leite, 2002）。若教師沒有安排科學史融入教學之活動，讓學生自. ‧. 由閱讀，可能導致學生對科學史內容不感興趣，只重視科學理論的內容。. y. Nat. 關於科學家故事融入教學之研究，巫俊明（1997）提出若只讓學生單純的閱. io. sit. 讀或者聆聽教師提供之科學家故事的文本，卻沒有進行相關的學習活動，學生很. n. al. er. 難理解故事背後的歷史脈絡。善用科學史於學習活動，可以增進學生對於科學本. i n U. v. 質的了解，像是了解科學想法是如何發展，有助於學生理解科學知識的暫時性與. Ch. engchi. 不確定性（巫俊明，2002）。若在科學家介紹課程中，相比於成就導向與過程導向，後者之授課方式可促使學生轉換意象，消弭負面意象（鄭豔齡，2014）。在教學活動中，以科學家故事作為教學媒材，提供學生機會認識科學家，有助於提升學生的內在動機與學習成效，並且幫助學生瞭解科學家的多元面向與科學理論動態演變的歷程，並且可以增強學生的科學學習興趣（Garrison & Lawwill, 1993； Hong & Lin, 2012；Hong, Chai & Tsai, 2015）。因此，針對學生對於科學家及科學工作之刻板意象，期望能透過更為建構的科學教學，解決學生對於科學家以及科學工作的刻板意象（Newton & Newton, 2012）。研究者參考 Leite （2002）發展「科學教科書科學史內容分析檢核表」，取其與科學家意象較為相關的部分：（1）科學家：科學家的一生、科學家特質、 17.

(25) （2）科學演進：演進的類型、貢獻者，再考量本研究知識翻新探究活動之內容進行修改，將科學家意象專注在科學家特質、科學貢獻者兩方面。參、綜合討論關於科學家的意象關研究指出，教科書的呈現和學生對於科學家多存有刻板意象。然而，刻板意象可能會影響學生對科學探究的理解以及未來從事科學工作之意願。科學家故事的相關研究也提醒在教材的安排上，除了讓學生自己閱讀可以安排不同的學習活動。本研究科學家故事為主題，安排科學探究活動，讓學生以觀察者的角度創作科學家故事，期望能減少刻板意象，幫助學生產生多元的科學家意象。因此，本研究選擇以建構導向之知識翻新學習，引導學生模擬科學家. 政治大. 社群，並透過使學生撰寫科學家故事之歷程，來關注學生對於科學家想法之轉. 立. 變。. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 18. i n U. v.

(26) 第四節數位學習壹、數位學習（e-Learning）的定義與演變現今學生屬於數位原民（digital natives），這名稱是由 Marc Prensk 於 2001 年提出，指的是約 1980 年代後一出生就活在電腦、網際網路世界的族群。相較學生，年齡層較大的老師則多為數位移民，指的是出生於電腦世代前的族群，移居進入數位世界的居民。科技爆炸的時代，改變的不只是人類的生活，當然也影響了教育。因此，了解用科技輔具來協助教學，對於多屬數位移民的教育工作者是非常重要的。我國行政院國家科學委員會於 2002 年通過數位學習國家型科技. 政治大. 計畫，期望能夠以政府的力量，推動數位學習。計畫內涵中提及希望透過數位學. 立. 習提升教育品質、建構數位學習環境等，進而縮短中小學城鄉差距，加強師生資. ‧ 國. 學. 訊應用能力與網路學習素養之目標（行政院國家科學委員會數位學習國家型科技計畫辦公室，2008）。. ‧. Jay Cross（2004）在〈數位學習的非正式歷史〉一文中曾說，他於 1998 年. sit. y. Nat. 時寫下：「數位學習是屬於網路時代的學習，也就是學習與網路的結合。」同時，. io. er. 他也被認為是最早提出數位學習（e-Learning）一詞的人。數位學習泛指透過數. al. 位工具，如網際網路、錄音帶或錄影帶、衛星廣播、互動電視、光碟等媒體科技. n. v i n Ch 以傳遞內容的教學應用與學習歷程（林維真，2012）。我國數位學習國家型科技 engchi U 計畫對於數位學習的定義則是：「以數位工具，透過有線或無線網路，取得數位教材，進行線上或離線之學習活動」（行政院國家科學委員會數位學習國家型科. 技計畫辦公室，2008）。林維真與數位學習國家型科技計畫將數位學習工具的功能，比較侷限在訊息內容的傳播，兩者也有提及數位學習配合教學應用，基本上能涵蓋大部分數位學習的類型。數位學習的特色是時間、地點彈性，是屬於學習者主導、自主學習的教學設計。對於學習者而言，不受時空限制的方便性、學習者自主學習的主動性、線上與其他學習者的互動性以及依照自己進度調整的個別性，是數位學習的優勢（吳美美，2004；徐加玲，2007；葉玉珠，2007）。而數位學習的缺點在於數位學習 19.

(27) 需要透過科技輔具，例如電腦，在學習環境的建置會受到硬體的影響，諸如網路速度、設備價格等，都可能是影響數位學習是否能順利進行的關鍵因素。此外，數位學習也被認為是較需要主動性的，教育者可能需要面對學習者自我約束力不足的情形（吳美美，2004）。數位學習演變至今，數位學習轉化到重視網路社群的建構式、互動、合作學習（徐加玲，2007）。數位移民將網際網路的應用帶出了新的模式，他們在訊息量爆炸的網路時代，得到訊息的方式已經不再侷限於老師提供的數位平台。學生會藉由個人社群平台來發表自己有興趣的文章，並且與他人產生連結。針對這樣的現象，Downes（2005）提出數位學習 2.0（e-Learning 2.0）的概念，他指出數. 政治大漸被淘汰。學習者傾向不再只倚賴一個資訊來源，而透過各種方式快速的獲取更立位學習從原本以網際網路為基礎，作為訊息傳播、存放教學媒材的中介角色已漸. ‧ 國. 學. 大量訊息。而所謂的數位學習 2.0 變得更加強調社會網路、雙向互動的建構式學習，學習環境可能是部落格、社群媒體等。學生不再是被動的接受知識，而是透. ‧. 過討論、交流彼此想法的方式，以社群的方式來共構知識。. sit. y. Nat. 有鑑於數位學習型態的轉變，我國教育部於民國 103 年新一代數位學習計畫. io. er. 中，主要目標之一即是導入數位學習新模式，促進學習與教學創新之課程教學，建立「以學習者為中心」之教育方式，以閱讀為主軸，培養學生具備二十一世紀. n. al. Ch. i n U. v. 關鍵核心能力（5C）。核心能力分別是（1）溝通協調能力（communication）；（2）. engchi. 團隊合作能力（collaboration）；（3）複雜問題解決能力（complex problem solving）；（4）獨立思辨能力（critical thinking）；（5）創造力（creativity）。期能透過建立數位學習創新課程，讓學校教學由被動學習轉變為主動學習（教育部，2014）。可見隨著科技在學習者族群的使用方式，演變出數位學習 2.0 概念，科技在數位學習中扮演的角色，可以說是變得更加活化與多元；教學設計的目標也不局限在概念知識的傳遞，而是期望能夠促進溝通、合作等。現今的數位教學，對科技輔具的應用，不僅作為一個單向傳遞資訊的工具，亦擔任社群學習互動的平台。數位學習的新型態，正與知識翻新學習之原則的概念相近，即認為知識是透過社群建構而來，注重社群成員的合作與交流。 20.

(28) 貳、數位學習與知識翻新接下來，本段進一步探討與本研究有關的數位學習，一為電腦支援協作、二為線上學習，最後是本課程使用的知識論壇。一、線上學習（online learning）數位學習又依照學習的型態，可以分為同步學習、非同步學習以及混合學習三種不同模式（參考表 2-1）（高瑜璟，2006；徐加玲，2007），分述如下：（一）同步（synchronous）學習模式. 政治大. 同步學習模式是透過數位工具，讓老師與學習者同時進行學習活動，例如遠距同步教學，師生透過視訊的方式達到時間上同步的學習。同步教學的優勢在於學生. 立. 只需在同一時間，但不限地點即可進行學習，且可以與教師、同學進行即時的交流。. ‧ 國. 學. 然而缺點也正因為是同步課程，學生可能無法適性化的調整自己的學習步調。. ‧. （二）非同步（asynchronous）學習模式. y. Nat. 非同步學習模式指得是師生沒有在同一個時間進行學習活動。通常教師會預先. io. sit. 準備好教材，像是指定閱讀文本、預錄影片，放在數位平台上，提供學生自主學習。. n. al. er. 例如翻轉課堂（flipped classroom）的影片預習、大規模開放線上課堂（Massive Open. Ch. i n U. v. Online Course, MOOC）等，讓學生自行觀看教師預錄影片學習的型態，師生不需在. engchi. 同一個時間、場域進行教學，交流的方式則可透過線上討論區。非同步學習的優勢是學生可以在任何時間、地點進行學習，達到無所不在的學習（ubiquitous learning）。不僅如此，學生還能夠依照自己的學習進度調整，進行適性化學習。但相較之下，缺點便是無法與老師有面對面的溝通，不能進行即時的互動。（三）混合（blended）學習模式混合學習模式顧名思義就是指兼具同步與非同步型態的學習，能夠涵括兩者的優點。在混合學習模式中，教師視教學設計的需求，彈性的運用不同類型的數位學習模式。廣義來說，混合學習模式乃是利用不同的學習方式與技術，讓學習者能夠進行個人化的學習，屬於結合虛擬與實體的混合教學方式（吳清山，2013）。 21.

(29) 本研究之課程除了有實體之面授課程（同步課程），教師亦設計線上知識翻新探究活動，透過知識論壇的輔助，讓學生線上進行科學探究討論與科學家故事撰寫（非同步學習）。因此，本課程屬於混合學習的類型，結合同步與非同步兩者之優點，不但有師生面授學習，也有知識論壇輔助紀錄學生互動、討論內容，讓學生不受地域、時間的限制能自主學習。. 表 2-2 數位學習型態比較表類型. 優點. 缺點. 政治大. 同步學習. 不限地點，但需在同一個時間點；可須同步進行課程，無法依與教師即時交流照自己的進度調整. 非同步學習. 可以在任何時間、地點進行學習；可缺乏面對面互動以依照自己學習頻率進行。. ‧ 國. 學. 混和學習. 立. 兼具兩者優點. ‧. 註：研究者彙整. sit. y. Nat. n. al. er. io. 二、電腦支援協作學習（Computer Supported Collaborative Learning, CSCL）. Ch. i n U. v. 電腦支援協作學習也屬於數位學習的一種，其主張發展新的軟體和應用以便. engchi. 促成共同學習，並能提供心智探索的創意活動，以及社會互動。CSCL 並非只是單純的使用電腦作為教學的展示工具，反而是希望利用電腦來促進社群互動（Stahl, Koschmann & Suthers, 2006）。探討教師使用電腦支援協作的現況，台灣約有七成以上的老師在電腦教學上以搜尋網路教學資源為首要方式，而電腦輔助教學仍以教師為主導，無法做到以學生為主導的主動學習模式（溫明正，2002）。深入探討教師與科技的關係，普遍來說，教師的科技知識達中等水準，但是運用科技於教學的知識尚有待加強與可以提升的空間（王巧鳳，2016）。也就是說，很遺憾的我們目前在電腦支援協作的教學型態，多數仍是停留在以教師操作為主，並沒有促進學習者的合作。 22.

(30) 二、知識論壇（Knowledge Forum, KF）然而，知識翻新學習屬於電腦支援協作的一種，搭配知識論壇進行學習活動。知識論壇的前身為 Scardamalia 和 Bereiter 和其團隊共同研發，以網路作為學習環境，以社群為學習單位的「電腦輔助意向學習」（Computer-Supported intentional learning environment, CSILE）（Scardamalia, 2004）。知識論壇在知識翻新原則的支持下，以電腦為輔助工具，運用網路社群學習的便利性，讓學生可以不受地域、時間的限制，配合教學設計進行線上同步、非同步的討論，並完整將討論內容保留在平台上。學習者可以運用平台中的基本功能與鷹架功能，促使學生在網路社群討論、改進想法。相關實證研究認為知識論壇協助知識翻新教學，可以促進學. 政治大. 習活動，達到有效的學習（Hong、Scardamalia & Messina, 2008）。. 立. 吳美美（2004）在「數位學習現在與未來發展」一文闡述，從近年來數位學. ‧ 國. 學. 習相關文獻發表數，認為數位學習可能還在早期的發展狀態。數位學習為具發展潛力的教育類型，我國教育部自 2003 年起將數位學習列為國家型計畫，高等教. ‧. 育方面自 2006 年開始於在職專班試辦（葉玉珠，2007）。而本研究教學設計之知. sit. y. Nat. 識翻新學習是以學習者為中心，屬於電腦輔助合作學習，且為混和學習，透過資. io. er. 訊科技強化學習社群的合作互動。除了相較於傳統教學對於互動與討論的時空限制，以及早期數位教學將科技視為傳遞媒材的平台，知識翻新是屬於較為建構導. al. n. 向的數位學習型態。參、綜合討論. Ch. engchi. i n U. v. 研究指出數位學習是科技時代不可忽略的學習型態，但是目前有關數位學習的研究量相較其學習型態較少，研究仍然處於發展階段。研究者亦反思學校現場的教育工作者面對數位原民的學生，要如何利用科技輔助教學，來達到學生本位的教學設計。而本研究的知識翻新活動屬於數位學習的一種，研究者希望能深入探討線上知識翻新探究活動，了解學生線上進行探究活動後，對科學家想法之改變，並期望研究結果能夠對教育有所貢獻。. 23.

(31) 第三章. 研究方法. 本研究採個案研究，針對 37 名接受知識翻新學習的學生進行深入的分析。資料的收集與分析為質量混合方法研究，期望質量的研究資料與分析方法，達到交叉檢證的目的，藉以從不同面向來了解學生想法轉變的情形。以下將說明本研究之研究設計、教學設計和資料搜集與分析。. 第一節研究設計. 政治大生能否透過對科學家的深入了解，進而產生更為建構取向的科學家意象。研究對立. 本研究為個案研究（case study）。教師以知識翻新理論設計課程，驗證學. ‧ 國. 學. 象為台北市某國立大學修習「自然科學概論」課程之 37 名師資生；研究資料包含：（1）科學家意象之開放式問題前後測；（2）學生敘寫之科學家故事與心得；（3）科學家意象之期初期末量化問卷（4）學生於知識論壇上之學習活動（5）. ‧. 學生訪談資料。以上資料，研究者以質量混合方法模式進行資料的分析與處理，. sit. y. Nat. 用以了解學生在接受知識翻新學習前後之科學家意象。以下分別說明本次研究之. io. n. al. er. 研究對象與研究架構。. 壹、研究對象. Ch. engchi. i n U. v. 究對象為台北市某國立大學 37 名修習「自然科學概論」課程之大學生。其中，教育學院之學生 31 名、社會科學院 2 名、傳播學院 2 名、文學院 1 名與商學院 1 名，系別以教育學系為主。此外，大一有 23 名、大二 10 名、大三 1 名與大四（含延畢生）3 名，在年級的分佈上則為大一、大二居多（系級分佈詳表 3-1）。授課教師與學生一同進行為期 18 周之知識翻新學習課程。. 24.

(32) 表 3-1 研究對象之系級分佈表教育系. 大ㄧ. 22. 大二. 7. 大三. 1. 大四. 1. 總合. 31. 地政學系新聞學系阿拉伯語政治學系財務管理廣告學系總和文學系學系 1 1. 1. 23. 1. 10 1. 1. 1. 貳、研究架構. 1. 1. 1. 1. 3. 1. 1. 37. 政治大. 立. ‧ 國. 學. 根據研究目的，本研究主要在了解以知識翻新學習，是否能使學生對科學機意象有更多元的認識/想法/想像。基於知識翻新理論之教學設計，以知識論壇為. ‧. 學習活動的場域，使學生以兩種不同的探究方式來認識科學家，分別是（1）作為參與者於知識論壇模擬科學家社群進行科學探究活動；（2）作為觀察者，透過. y. Nat. n. al. er. io. sit. 敘寫科學家故事從旁探究科學家的一生。根據研究目的設計出研究架構圖如下：. C. hengchi 線上知識翻新探究活動 -. 行科學探究. 參與者親自進. -. 探學觀究家察如者何探科究學科. 科學家意象圖 3-1 研究架構 25. i n U. v. 面授虛線表示之. 探究活動較無關，故以. 究欲探討之線上科學. 理論內涵為主，與本研. 面授課程以自然科學.

(33) 第二節教學設計. 本研究針對線上知識翻新探究活動，由授課教師依照知識翻新原則進行教學設計。授課教師時任國立大學教育學系教授，研究專長為學習科技、教學設計、知識創新、科學與科技教育。教師本身實踐知識翻新教學多年，發表諸多相關著作，深耕研究領域，多次獲得校內學術研究優良獎的肯定。研究者曾修習授課教師於碩班開設之知識創新教育與科技研究、教學設計與科技研究兩門課，有進行知識翻新的經驗，也曾任該教師之教學助理，從旁協助課程進行。以下本節將就教學、教學環境兩部份分別說明。壹、教學方式. 立. 政治大. 研究設計與實施為期十八週，全班共 37 名學生。教學設計基於知識翻新理論，. ‧ 國. 學. 共同建構課程，學習活動之設計，主要有三部分，分別是面授課程、兩種類型的知識翻新探究活動。本課程的教學目的，在於進一步提昇學生對科學之素養探究，與. ‧. 培養未來從事自然科學相關工作的基礎態度與知識。. y. Nat. sit. 由於本研究重點關注的是科學探究、科學家故事兩類型之線上知識翻新學習活. n. al. er. io. 動。面授課程不在本研究範圍中，故僅簡述之。面授課程主要內涵為自然科學理論. i n U. v. 概念的學習，課程內容以自然科學為主題（如探討物質與能、生命世界、地球環境、. Ch. engchi. 生態保育、資訊科技等），並輔以投影片、影音教材等。課堂活動以問題為主軸，透過小組討論、生生、師生答辯等方式進行，引導學生深入思考。後續的教學設計會詳細說明教師如何以線上知識翻新探究活動，讓學生以觀察者、參與者的角度，來了解體驗科學工作與認識科學家。本研究總計 18 週的課程，扣除期初課程說明以及期末報告的時間，兩種探究活動分別於線上進行 14 週（表 3-2）。教師設計之線上知識翻新探究活動，相較實體之面授課程，線上學習平台（知識論壇）能夠紀錄討論內容，讓學生不受地域、時間的限制都可以進行針對問題產出想法，達到無所不在的學習。. 26.

(34) 表 3-2 教學活動與時間科學探究-參與者. 週次. 課程說明. 第一週. 熟悉知識論壇操作. 第二週. 科學家故事-旁觀者課程說明. 第三週. 寫科學家故事. 科學探究活動. 至. 共 14 週（w2-w15）. 共 14 週（w3-w16）. 第十五週第十六週. 小組期末報告 1. 立. 小組期末報告 2. 第十七週治政大第十八週. ‧ 國. 學. 知識翻新探究活動設計之目的是為了讓學生透過自主學習，藉由不同面向來了. ‧. 解科學家與科學工作，進而產生更多元的科學家意象。兩種類型之線上探究活動，. Nat. sit. y. 基於教學設計所安排的鷹架，分別是讓學生從不同角度理解科學家與科學探究，第. n. al. er. io. 一種是作為參與者，第二種是作為旁觀者（圖 3-2）。. 線上知識翻新探究活動 ni C. hengchi U. 參與者. v. 旁觀者. 模擬科學家社. 線. 敘寫科學家故. 群，實際參與. 上. 事，探究他們的. 科學探究活動. 生平，包含如何科學探究. 圖 3-2 課程活動架構 27.

(35) 一、. 科學家故事敘寫（以旁觀者的角度，探究科學家的生平）教師要求學生於 WM3 線上平台撰寫科學家故事，目的是藉由扮演旁觀者的角色，. 透過描繪科學家的一生，藉以瞭解科學家如何進行科學探究。Bandura 於 1968 年提出社會學習論（social-learning theory），剛開始提出觀察學習（observational learning），後來又將觀察學習的意義擴大，稱之為替代學習（vicarious learning）。Bandura 認為透過觀察他人行為與結果，會影響自身對科學家之認知、態度等，替代學習當下雖然未必有行為表現，但是可能會在適當的時機展現出來（Bandura & Walters ,1977；周麗玉、丁振豐，2000）。因此，本研究要求學習者撰寫科學家故事的，學生雖然未能親身經歷科學家的一生，但期望能透過觀察，探究科學家如何進行科學探究，達到替代學習的目的。. 立. 政治大. 學生敘寫的科學家故事，閱讀的受眾設定為中、小學學生，故同學們必須要將. ‧ 國. 學. 收集來的資料，重新鋪陳、創作為適合該年段閱讀的故事內容。歷時 14 週的撰寫歷程，學生被要求逐週添加新的故事元素，而非一次性地完成故事，直至最後一週產. ‧. 出完整的故事，同時學生需要於平台分享該週之寫作心得（作業指導語參考表 3-3）。. sit. y. Nat. 逐週撰寫的目的，在於藉由閱讀學生不同時間的想法，瞭解其創作思考的歷程。綜. io. er. 上所述，此科學探究活動旨在讓學生以旁觀者的角度，觀察科學家的一生，期望能藉由蒐集資料、故事創作的過程，讓學生能對科學家有更多面向的看法。. n. al. Ch. engchi. i n U. v. 表 3-3 科學家故事－作業繳交頁面之指導語類別第一週. 指導語請你選定一位科學家，將他的生平與科學理論(或定理、或定律) 互動的過程，寫成一個可以給中或小學生閱讀的科學故事。每週請更新並加入新的故事元素！. 後續週次. 本週請就上週書寫之故事，繼續加入新的故事元素修改、更新之。. 故事心得. 請用簡單一、二句話，描述你最近閱讀科學家故事後、或編寫你自己的科學家故事時，你的心得或想法？. 28.

(36) 二、. 模擬科學家社群之科學探究活動（以參與者的角度，實際執行科學探究）為使學生能夠理解科學工作的型態、科學理論形成之動態過程。線上科學探究. 活動安排學生模擬科學家社群，體現做中學（learning by doing）的精神，讓學生在實踐中學習。教師採用知識論壇（Knowledge Forum, KF）—知識翻新線上合作學習平台，讓學生在論壇上扮演科學家角色，以參與者的身份，與同學共組科學家社群，進行科學探究活動。全班自由分組，共分為七小組，每組 4 至 5 人數不等。科學探究活動並非在課堂上進行，而是讓學生自由參與、自主學習。各組成員可於知識論壇中小組群組裡（亦可以跨組），提出感興趣的問題，討論的主題沒有規定，以自然科學為範圍。知識論壇的討論，可從貼文之呈現展示了時間順序、主題類別（詳見. 政治大. 圖 3-2），讓學習者對於各個討論一目了然。. 立. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. 圖 3-3 知識論壇小組討論. 29. v.

(37) 線上平台的好處在於小組成員可以同時針對多個主題進行討論，且想法的歷程可以被其他人看見。探究問題的方式沒有限制，學習者可以現有的知識為基礎、查詢資料等方式，對問題提出各式各樣的想法，也可以跨組進行交流。老師在學習活動的角色，不會主動介入，亦不給予學生關於探究步驟的任何提示，為得是讓學生感受科學家於實驗室進行探究時，科學方法並非是單一方向，如圖 3-4 所示，各步驟間不具方向性。因為當假設或實驗隨著新的結果、發現，科學家會回頭不斷進行調整與修正。最後，各小組須於期末擇一主題進行口頭發表，發表內容為科學探究歷程與結果。此課程的目的旨在透過網路社群互助合作的方式，使學生模擬科學家社群創造科學理論的過程，藉以瞭解科學理論的不確定性及動態演變的過程。. ‧ 國. 科學探究. 透過討論，提升想法的層次. n. Ch. engchi. sit. i n U. 分享結果：期末小組報告. 圖 3-4 本研究之科學探究活動. 30. er. io. al. y. ‧. Nat. 個人提出關心的問題. 學習社群提出對問題之想法. 學. 立. 政治大. v.

(38) 貳、教學環境線上知識翻新探究活動之學習場域為知識論壇，其為 Scardamalia 和 Bereiter 基於知識翻新理論設計的線上合作學習平台，提供社群討論、改進想法的環境。知識論壇有利於學習者不受時間、空間之限制，進行非同步的討論，並完整保留討論的內容。知識論壇之功能，包含基本功能與鷹架，以下分述之。一、基本功能基本功能包含貼文、回文、註解、參照、附檔以及關鍵字等功能，學生可以透過基本功能，與社群成員交流想法。. 政治大基於回應他人貼文而回文所構成的討論串，比方說第一個討論串是關於「回鍋油立. 圖 3-5 展示學生於知識論壇上進行科學探究活動的貼文討論，可以看見學生. 的基本定義」，後續同學針對這個問題，接連回應的情形，例如「纖細是到底!!!!!」、. ‧ 國. 學. 「肥胖不是會遺傳嗎？」等回文。. ‧. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 貼文與回文構成之階層討論串. 功能列圖 3-5 知識論壇之基本功能-貼文、回文. 31.

(39) 則是閱讀貼文時的頁面（圖 3-6），可以看見許多訊息。首先是最上方為貼文的標題，接著可以看見「keywords:空手/剝蘋果/蘋果/空手剝蘋果」是貼文者藉由關鍵字來重點摘要想法，可以使閱讀者很快地掌握這篇貼文的主軸。關鍵字的下方欄位即是顯示貼文內容，學生可以在裡面用文字陳述，或者添加連結、檔案等。最後，貼文內容的下方則顯示了基於此貼文的後續回文，讓閱讀者可以直接一目了然的前往感興趣的回文。. 立. 政治關鍵字大貼文內容. Nat. n. al. er. io. sit. y. ‧. ‧ 國. 學建立在這篇貼文的回文. Ch. engchi. i n U. v. 圖 3-6 知識論壇之內文介面. 二、鷹架功能知識論壇除了基本功能外，還可以使用六種鷹架將想法分類，促進小組的討論，如下所列：（1）我的理論（my theory）：闡述自己的想法（2）我想要了解（I need to understand）：提出問題，或者基於討論之延伸提問（3）新的資訊（new information）：對於討論的主題，補充新的資訊；（4）這理論無法解釋（this theory cannot explain）：針對某一論點進行發表反對 32.

(40) 的看法（5）更好的理論（a better theory）：經過討論後，綜合出更好的想法（6）我們的想法（putting ourknowledge together）：總結社群討論，提出小組共構之集體知識。圖 3-7 為知識論壇的貼文介面，介面包含貼文標題、內文區，以及左側的鷹架區。鷹架區有上述六種鷹架可以自由選擇。當學生使用鷹架於貼文中，他人閱讀貼文時，鷹架會有黃色底色的註記（圖 3-8），讓人一目了然。. 立. 鷹架. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. 學生於此撰寫想法. er. io. sit. y. Nat. al. n. 圖 3-7 知識論壇之貼文介面-鷹架輔助想法. Ch. engchi. i n U. v. 圖 3-8 學生運用「我的理論」闡述想法 33.

(41) 關於知識論壇如何幫助知識翻新學習，我們可以從 Scardamalia（2004）提出幾點說明，更清楚的理解。 1.. 知識論壇作為促進想法產出的友善空間，讓學習者在此提供多元的想法與小組合作；. 2.. 知識論壇的功能可以連結想法，創造知識的連結；. 3.. 知識論壇中的鷹架功能，可以協助想法的釐清，促進知識歷程層次的提升透過回文排列而成的階層討論串，可以整合想法與幫助想法的進步；. 4.. 知識論壇可以具體化個人與小組的想法歷程，亦即學習者在論壇中可以快速搜尋想找的貼文，並集結成「我的筆記本」；. 政治大. 教師或研究者可以使用知識論壇資料庫分析工具（Analytic Toolkit）分析學. 立. 習活動。. 學 ‧. ‧ 國 io. sit. y. Nat. n. al. er. 5.. Ch. engchi. 34. i n U. v.

(42) 第三節研究流程. 研究流程分為三大階段，首先為前期研究階段，蒐集文獻資料，擬定研究目的與教學設計，並施測科學家意象開放性問題前測，接著實施階段則進行知識翻新課程，同時於知識論壇上討論、敘寫科學家故事。最後於實驗的後期進行科學家意象開放性問題後測，並進行訪談；最後，在課程結束後的後期研究階段，以質性及量化資料分析，並著手撰寫論文。本研究之研究流程如圖 3-9 所示。. •訂定研究目的與教學設計. 政治大. •閱讀相關文獻與蒐集資料. 立. •實施科學家意象開放性問題前測(課程第一週). 學 ‧. ‧ 國. 前期階段. •18周的實驗實施階段，實行知識翻新教學習. y. sit. •觀察學生於知識論壇上的討論. io. n. al. er. 實施階段. Nat. •閱讀每週科學家故事. Ch. engchi. i n U. v. •對學生進行半結構式訪談(課程第17週) •實施科學家意象開放性問題後測(課程第18週). •實施期初期末量化問卷(課程第18週). 後期階段. •資料整理和進行編碼的分析 •書寫研究計畫. 圖 3-9 研究流程圖. 35.