國小科學本質能力指標的詮釋研究

國小科學本質能力指標的詮釋研究

蘇明洲

大 仁 科 技 大 學 環 境 資 源 管 理 學 系 副 教 授

呂仲誠

建 國 科 技 大 學 土 木 工 程 系 講 師

高慧蓮

國 立 屏 東 教 育 大 學 數 理 教 育 研 究 所 教 授

壹、科學本質能力指標詮釋的重要性

科 學 素 養 包 含 很 多 的 內 涵 ， 而 「 科 學 本 質 」 的 領 域 是 科 學 素 養 一 個 很 重 要 的 內 涵 。 近 年 來 國 內 外 科 學 教 育 家 和 主 要 的 科 學 教 育 組 織 ， 在 科 學 素 養 中 明 列

出 「 增 進 學 生 對 科 學 本 質 的 瞭 解 」 這 一 項(American Association for the

Advancement of Science [AAAS], 1993; Lederman, 2007; National Research Council [NRC], 1996; 教育部，2003)。楊桂 瓊(2009)以美國為例指 出，美 國 科 學 促 進 學 會(AAAS)在 1989 年所研發 project 2061 課程計畫中， 以培養具 有 「

科 學 素 養 」 公 民 為 目 標 ， 並 於 1993 年 出 版 的 《 科 學 素 養 的 里 程 碑 》

(Benchmarks for Science Literacy)，界定 K-12 學生應 該學習 的科 學內容 。我

國 教 育 部 2000 年有鑑 於美 國 國家 科學 教 師協 會(NSTA, 1982)已將科學 本 質界

定 為 科 學 素 養 中 的 重 要 內 涵 ， 因 此 在 2008 年制定的最 新 課程綱目 中 ，已將「

科 學 與 技 術 本 質 」 編 入 「 自 然 與 生 活 科 技 」 學 習 領 域 中 分 段 能 力 的 第 三 項 指 標 (教育部，2008)。由此 可見，科學 本質是達成 學生科學素 養的要件。

雖 然 科 學 本 質 是 達 成 學 生 科 學 素 養 的 要 件 ， 但 在 實 際 教 學 上 卻 很 少 提 及 。

教 科 書 的 內 容 亦 是 很 少 涉 及 有 關 科 學 本 質 的 內 涵(McComas, Clough &

Almazroa, 1998)。 郭 月 婷 、 高 慧 蓮 、 王 靜 如 、 林 曉 雯 、 蘇 明 洲 (2009)以 內 容 分

析 法 分 析 國 內 國 小 自 然 與 生 活 科 技 領 域 習 作 與 教 師 編 寫 的 試 題(九 十 七 學 年 度 )

， 也 有 同 樣 的 發 現 。 林 陳 涌(2000， p.38)在 「 新 世 紀 中 、 小 學 自 然 科 學 課 程 與

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 」 。 所 以 ， 科 學 教 育 學 者 呼 籲 科 學 教 師 有 必 要 在 教 室 中 主 動 培 養 學 生 對 科

學 本 質 的 瞭 解 ， 以 達 成 科 學 教 育 的 總 目 標(Collette & Chiapetta, 1994；高慧蓮

，2006)。 在 一 般 的 自 然 科 教 學 裡 ， 學 生 並 不 容 易 從 科 學 的 學 習 活 動 中 去 主 動 思 考 科 學 本 質 的 內 涵 ， 需 要 老 師 營 造 具 有 科 學 本 質 教 學 內 涵 的 環 境 ， 以 及 老 師 增 進 本 身 對 科 學 本 質 的 了 解 ， 再 加 以 配 合 適 當 的 科 學 教 材 與 引 導 方 式 ， 將 科 學 本 質 融 入 教 學 理 念 中 ， 才 能 在 教 學 時 讓 學 生 真 正 認 識 科 學 的 本 質 ， 瞭 解 科 學 本 質 的 意 涵(黃俊偉 ，2004）。 由 上 可 知 ， 科 學 本 質 是 科 學 教 師 必 備 的 專 業 知 識 之 一 。 然 而 ， 自 從 教 育 部 於 民 國 八 十 九 年 九 月 七 日 公 佈 中 小 學 「 自 然 與 生 活 科 技 課 程 綱 要 」 ， 揭 櫫 科 學 教 育 的 目 標 在 提 昇 國 民 的 科 學 素 養 ， 科 學 素 養 涵 蓋 過 程 技 能 、 科 學 與 技 術 認 知 、 科 學 本 質(九 十 七 年 改 為 科 學 與 技 術 本 質 )、 科 技 發 明 (九 十 七 年 改 為 科 技 的 發 展)、 科 學 態 度 、 思 考 智 能 、 科 學 應 用 、 設 計 與 製 作 等 八 大 項 目 。 其 中 最 令

現 職 科 學 教 師 困 惑 的 莫 過 於 「 科 學 本 質 （the nature of science）」 。科學教 師

缺 乏 對 科 學 本 質 理 念 與 教 學 實 務 的 理 解 ， 以 致 在 傳 達 科 學 本 質 理 念 上 產 生 困 難 (王靜如，2006)。 現 階 段 的 師 資 培 育 養 成 過 程 中 ， 有 的 已 把 科 學 史 哲 和 科 學 本 質 的 相 關 議 題 ， 納 入 在 有 關 的 課 程 中 。 有 些 教 師 已 對 科 學 的 本 質 有 正 確 的 瞭 解 ， 然 而 ， 傳 達 科 學 本 質 的 教 學 行 為 仍 是 欠 缺 的 ， 教 師 往 往 難 以 具 體 描 述 如 何 在 教 學 中 培 養 學 生 正 確 的 科 學 本 質 觀(Wang, 2001)。 因 而 導 致 大 多 數 的 學 生 對 科 學 的 本 質 並 不

瞭 解(Lederman & O’Malley, 1990; Ryan & Aikenhead, 1992)。從傳統的科學 教 學 中 ， 他 們 很 少 對 科 學 獲 得 真 實 的 映 像 。

影 響 教 師 科 學 本 質 的 教 學 的 因 素 很 多 ， 如 教 師 的 教 學 風 格 、 學 生 的 個 別 差

異 、 教 材 單 元 、 教 室 氣 氛 、 教 學 策 略 … 等(Schwartz & Lederman, 2002)。許 多

的 教 師 可 能 沒 有 經 歷 過 第 一 手 的 科 學 研 究 ， 以 至 於 無 法 理 解 科 學 探 究 的 本 質 (Bransford & Donovan, 2005; Morrison, Raab, Ingram, 2009)。教師也往往缺 乏

將 教 學 策 略 與 科 學 本 質 觀 相 連 的 能 力(陳 筱 雯 ， 2003)， 尤 其 是 初 任 教 師 在 教 學

時 ， 會 有 無 法 將 科 學 本 質 轉 換 成 教 學 設 計 或 活 動 的 困 難( 翁 秀 玉 、 段 曉 林 ，

以 及 科 學 探 究 等 成 分 ， 在 教 學 的 實 施 中 ， 這 些 成 分 易 使 教 師 產 生 迷 思 ， 以 致 於 在 教 學 時 缺 乏 有 效 的 教 學 策 略 與 評 量 ， 導 致 科 學 本 質 的 培 養 無 法 全 面 落 實 (Abd-El-Khalick, Bell & Lederman, 1998)。這些困難與 科學本質學 科教學知 識 息 息 相 關 ， 亦 即 教 師 除 具 備 「 現 代 科 學 本 質 觀 」 外 ， 還 需 懂 如 何 將 他 們 的 知 識

轉 換 至 教 學 策 略(陳 筱 雯 ， 2003； Kao, Su, Lin, Chen & Lu, 2008, Schwartz,

Lederman, Lederman, Khishfe, Matthews, & Liu, 2002)。

鄭 淑 妃 、 劉 聖 忠 和 段 曉 林(2005)指 出 ， 科 學 本 質 議 題 的 研 究 應 多 與 教 師 們 合 作 ， 朝 結 合 理 論 與 實 務 的 方 向 進 行 。 尤 其 九 年 一 貫 課 程 實 施 後 ， 在 職 教 師 們 對 科 學 本 質 的 能 力 指 標 可 能 尚 不 熟 悉 ， 建 議 未 來 研 究 的 方 向 可 著 重 於 如 何 透 過 各 種 管 道 引 導 在 職 教 師 提 昇 對 能 力 指 標 的 了 解 ， 甚 至 轉 換 符 合 當 代 的 科 學 本 質 觀 於 教 學 行 為 中 。 近 年 來 我 國 為 因 應 時 代 的 潮 流 以 及 教 育 改 革 的 需 要 ， 教 育 部 於 民 國 八 十 七 年 九 月 公 布 了 國 民 教 育 階 段 九 年 一 貫 課 程 總 綱 綱 要 ， 正 式 宣 告 國 民 教 育 新 課 程 時 代 的 來 臨 ， 並 已 自 九 十 學 年 度 起 逐 步 實 施 。 此 一 跨 世 紀 的 教 育 改 革 工 程 ， 可 說 是 台 灣 教 育 史 上 最 重 大 的 改 變 ， 對 於 未 來 的 國 民 教 育 ， 乃 至 國 家 發 展 將 會 產 生 巨 大 的 影 響 。 然 而 ， 如 此 大 幅 度 的 改 變 ， 使 擔 任 各 學 習 領 域 教 學 的 教 師 專 業 能 力 面 臨 相 當 嚴 峻 的 考 驗 。 新 課 程 綱 要 中 各 階 段 能 力 指 標 是 達 成 十 大 基 本 能 力 的 重 要 指 標 。 因 此 ， 教 師 對 各 階 段 能 力 指 標 內 涵 的 瞭 解 轉 化 與 實 踐 ， 是 當 前 重 要 的 課 題(蔡 葉 榮 ， 2001)。 尤 其 是 科 學 本 質 能 力 指 標 的 解 讀 有 其 爭 議 性 ， 所 以 高 慧 蓮(2006)建 議 學 者 與 教 學 實 務 者 應 針 對 科 學 本 質 能 力 指 標 提 出 一 致 性 的 解 讀 ， 以 落 實 提 昇 學 童 對 科 學 本 質 能 力 指 標 表 現 的 教 學 。 有 鑑 於 此 ， 本 文 其 宗 旨 即 針 對 「 九 年 一 貫 自 然 與 生 活 科 技 領 域 科 學 本 質 能 力 指 標 」 進 行 解 讀 與 詮 釋 ， 並 據 此 研 發 有 關 「 熱 與 物 質 」 教 學 單 元 之 國 小 高 年 級 教 師 教 學 時 所 需 的 教 學 素 材 。 而 且 ， 研 究 者 在 真 實 的 教 學 情 境 中 ， 詮 釋 出 學 生 學 習 的 表 現 ， 以 修 正 能 力 指 標 條 文 的 解 讀 與 詮 釋 。

貳、國小學童科學本質的範疇與內涵

高 慧 蓮(2004)分 析 現 有 文 獻 對 「 科 學 的 本 質 」 的 界 定 ， 根 據 文 獻 分 析 的 資 料 及 九 年 一 貫 課 程 科 學 本 質 分 段 能 力 指 標 ， 擬 定 「 科 學 的 本 質 」 所 應 涵 蓋 的 項 目(Categories)， 以 界 定 其 內 容 範 圍 ： (1)科 學 知 識 的 本 質 ； (2)科 學 探 究 的 本 質 ；(3)科 學 事 業 的 本 質 。 根 據 擬 定 之 項 目 進 行 「 內 容 分 析 」(Content analysis)， 確 定 各 項 目 所 包 含 的 內 容 ， 並 分 別 賦 予 適 當 、 具 體 的 指 標(Indicators)。 這 些 項

目 和 其 指 標 稱 為 Domain of the Nature of Science(DNS)，將擬定 之 DNS 送 請

數 位 對 科 學 本 質 素 有 研 究 的 科 學 教 育 學 者 審 閱 、 修 訂 ， 以 建 立 「 內 容 效 度 」 。 國 小 學 童 科 學 本 質 的 範 疇 與 內 涵(見 表 一 )建 立 後 ， 經 過 教 師 用 於 國 小 的 自 然 科 教 學 ， 發 現 可 以 適 用 於 國 小 的 科 學 本 質 教 學 。 表 一 、 國 小 學 童 科 學 本 質 的 範 疇 與 內 涵 層 面 項 目 細 目 敘 述 累 積 性 科 學 的 知 識 經 由 時 間 累 積 而 來 的 。 暫 時 性 科 學 知 識 是 可 能 改 變 的 。 可 重 複 性 在 相 同 的 條 件 下 ， 科 學 知 識 可 以 被 重 複 的 驗 證 。 創 造 性 科 學 的 知 識 是 人 類 智 力 的 創 造 ， 它 運 用 很 多 創 造 性 的 想 像 力 ， 如 同 一 位 藝 術 家 、 一 位 詩 人 或 是 一 位 作 曲 家 的 工 作 。 公 開 性 科 學 家 必 須 正 確 地 發 表 他 們 所 觀 察 到 的 科 學 現 象 ， 科 學 知 識 必 須 公 開 的 發 表 。 科 學 知 識 的 本 質 可 預 測 性 科 學 知 識 運 用 來 作 推 論 時 ， 可 推 測 一 些 事 並 獲 得 證 實 。 質 疑 性 科 學 探 究 的 起 始 動 機 及 延 續 的 動 力 就 是 為 了 解 決 某 些 可 能 被 質 疑 的 部 份 ， 如 此 科 學 探 究 活 動 才 能 持 續 進 行 。 經 驗 性 科 學 探 究 的 過 程 是 基 於 觀 察 的 經 驗 基 礎 。 實 徵 性 形 成 科 學 理 論 的 過 程 需 要 經 過 試 驗 驗 證 的 階 段 。 科 學 探 究 的 本 質 觀 察 是 理 論 蘊 涵 的 不 同 的 觀 察 者 即 使 在 相 同 地 點 、 觀 察 相 同 的 現 象 ， 所 得 結 果 可 能 會 不 同 ， 因 為 觀 察 者 已 有 的 智 識 、 信 念 和 理 論 會 影 響 觀 察 的 結 果 。

科 學 方 法 的 多 元 化 科 學 的 方 法 與 過 程 不 具 有 獨 特 性 ， 只 要 是 可 以 解 決 研 究 問 題 的 科 學 方 法 就 是 好 的 科 學 方 法 ， 並 沒 有 所 謂 一 成 不 變 的 科 學 方 法 。 邏 輯 推 論 性 相 信 自 然 現 象 的 變 化 ， 都 是 由 某 些 變 因 的 改 變 所 促 成 的 。 科 學 的 限 制 有 些 事 件(如 飛 碟 )因 採 證 困 難 ， 無 法 做 科 學 性 實 驗 ； 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 。 倫 理 與 道 德 原 則 從 事 科 學 研 究 必 須 考 慮 到 倫 理 與 道 德 原 則 。 科 學 家 的 身 份 科 學 家 兼 具 有 科 學 專 業 及 公 民 的 身 份 ， 科 學 家 又 利 用 科 學 思 考 的 特 性 來 解 決 公 眾 事 務 ， 無 論 如 何 ， 科 學 家 在 其 專 業 領 域 之 外 ， 並 不 具 有 專 業 上 的 可 靠 性 。 科 學 社 群 的 重 要 性 科 學 研 究 受 到 科 學 社 群 的 影 響 。 科 學 事 業 的 本 質 STS 科 學 、 技 學 與 社 會 具 有 交 互 影 響 的 關 係 。 以 上 高 慧 蓮(2004) 所 制 定 的 國 小 學 童 科 學 本 質 的 範 疇 與 內 涵 ， 楊 桂 瓊 (2009)認 為 包 含 了 台 灣 教 育 部 所 制 定 的 科 學 本 質 能 力 指 標 ， 也 涵 蓋 了 各 個 學 者 與 國 際 教 育 標 準 文 件 所 指 定 的 科 學 本 質 觀 。 因 此 本 研 究 採 用 高 慧 蓮(2004)所 擬 定 的 科 學 本 質 範 疇 與 內 涵 ， 作 為 本 研 究 進 行 「 科 學 本 質 能 力 指 標 」 解 讀 與 詮 釋 的 參 考 。

參、「科學本質能力指標」的解讀與詮釋

研 究 者 以 「 詮 釋 性 研 究 法 」(Interpretive Research)的 研 究 理 念 及 做 法 ， 邀 請 六 位 國 小 「 自 然 與 生 活 科 技 」 領 域 教 師 參 與 研 究 ， 並 實 施 研 究 群 研 習 、 教 師 成 長 活 動 。 爾 後 進 行 「 九 年 一 貫 科 學 本 質 能 力 指 標 」 的 解 讀 與 詮 釋 ， 並 列 出 能 力 指 標 的 「 行 為 表 徵 」 。 研 究 者 與 研 究 群 針 對 九 年 一 貫 課 程 「 自 然 與 生 活 科 技 領 域 」 中 的 「 科 學 本 質 」 能 力 指 標 ， 做 條 文 的 解 讀 ， 並 藉 由 能 力 指 標 以 「 行 為 表 徵 」 的 方 式 ， 來 重 新 詮 釋 能 力 指 標 ， 賦 與 能 力 指 標 更 精 細 的 意 涵 ， 以 下 為 十 項 科 學 本 質 能 力 指 標 的 詮 釋 說 明 。

一、3-1-0-1 能依照自己所觀察到的現象說出來 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 經 驗 性 」 ： 科 學 知 識 是 基 於 觀 察 的 經 驗 基 礎 ， 學 生 能 根 據 事 實 將 自 己 觀 察 的 現 象 說 出 來 。 (二)行為表 徵 1. 能利用五官 來知覺所看 到的現象。 2. 能將五官知 覺到的現象 ，表達分享 給其他的同 學。 3. 知道所獲得 的現象是利 用觀察得到 的。 二、3-1-0-2 相信每個人只要能仔細觀察，常可有新奇的發現 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 經 驗 性 」 ： 科 學 知 識 是 基 於 觀 察 的 經 驗 基 礎 ， 仔 細 觀 察 是 科 學 活 動 中 很 重 要 的 活 動 之 一 ， 相 信 每 個 人 只 要 能 仔 細 觀 察 ， 常 可 有 新 奇 的 發 現 。 (二)行為表 徵 1. 能正確的操 作簡單的科 學儀器來進 行相關的科 學活動。 2. 能將觀察到 的現象紀錄 下來。 3. 能和舊經驗 比較是否有 差異。 三、3-2-0-1 知道可用驗證或試驗的方法來查核想法 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 實 徵 性 」 ： 科 學 知 識 的 產 生 需 要 經 過 試 驗 的 階 段 ， 所 以 學 生 對 自 然 現 象 能 提 出 個 人 的 看 法 或 想 法 ， 並 能 利 用 科 學 方 法 來 查 核 。 (二)行為表 徵： 1. 能動手做實 驗。 2. 能將自己的 想法寫下或 說明出來。 3. 能將自己的 想法設計實 驗來證明。 4. 能檢核自己 的想法與實 驗結果的關 係。

四、3-2-0-2 察覺只要實驗的情況相同，產生的結果會很相近 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 知 識 本 質 中 的 「 可 重 複 性 」 ： 科 學 知 識 可 以 一 再 重 複 的 被 驗 證 ， 能 在 相 同 的 實 驗 條 件 下 ， 比 較 各 組 的 實 驗 結 果 ， 從 各 組 的 實 驗 結 果 發 表 中 發 現 其 結 果 是 相 近 的 。 (二)行為表 徵 1. 能控制變因 ，在相同的 條件下能做 出相近的結 果。 2. 能了解在相 同的實驗條 件，結果會 差不多。 五、3-2-0-3 相信現象的變化，都是由某些變因的改變所促成的 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 邏 輯 推 論 性 」 ： 相 信 自 然 現 象 的 變 化 ， 都 是 有 某 些 變 因 改 變 所 促 成 的 ， 所 以 學 童 能 操 作 變 因 來 觀 察 實 驗 ， 實 驗 結 果 因 變 因 不 同 而 有 所 改 變 。 (二)行為表 徵 1. 相信現象的 變化，都是 由某些變因 的改變促成 的。 2. 能操作變因 來觀察實驗 結果變化。 六、3-3-0-1 能由科學性的探究活動中，瞭解科學知識是經過考驗的 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 實 徵 性 」 ： 科 學 知 識 的 產 生 需 要 經 過 試 驗 的 階 段 ， 學 生 能 透 過 科 學 性 的 探 究 活 動 ， 了 解 科 學 知 識 是 必 須 經 過 驗 證 的 。 (二)行為表 徵 1. 能就單元活 動設計的內 容作科學探 究活動。 2. 能就探究活 動中獲得相 關的科學知 識。 3. 能瞭解科學 知識是經過 重複驗證的 考驗才能產 生。 七、3-3-0-2 知道有些事件(如飛碟)因採證困難，無法做科學性實驗 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 科 學 的 限 制 」 ： 科 學 也 是 有 所 限 制 的 ，

不 是 所 有 的 事 件 或 現 象 ， 都 可 以 做 科 學 性 實 驗 ， 所 以 對 於 無 法 驗 證 的 大 自 然 現 象 要 抱 持 尊 重 與 關 懷 態 度 。 (二)行為表 徵 1. 能了解科學 並不能解釋 驗證自然界 所有的事物 。 2. 學生能列舉 哪些現象或 事件是採證 困難的，或 根本無法證 明。 3. 能積極主動 尊重生命、 關懷自然環 境。 八、3-3-0-3 發現運用科學知識來作推論，可推測一些事並獲得證實 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 知 識 本 質 中 的 「 可 預 測 性 」 ： 科 學 知 識 運 用 來 推 論 或 預 測 一 些 事 並 且 根 據 所 推 測 的 事 加 以 證 實 是 否 屬 實 ， 以 印 證 科 學 知 識 所 推 測 事 件 的 正 確 性 。 (二)行為表 徵 1. 會運用科學 知識來解釋 或預測一些 事。 2. 能說出所推 論或預測現 象的依據是 什麼。 3. 能證實所推 測的事件或 現象是否正 確。 4. 能主動探索 與發現問題 。 九 、3-3-0-4 察覺在「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 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 知 識 本 質 中 的 「 暫 時 性 」 ： 科 學 知 識 是 可 以 改 變 的 。 所 以 舊 資 料 和 舊 理 論 並 非 是 完 全 正 確 或 一 成 不 變 的 ， 在 新 資 料 或 新 觀 點 的 仔 細 檢 視 和 驗 證 下 ， 常 可 發 現 出 新 的 問 題 。 (二)行為表 徵 1. 能察覺科學 知識是可以 改變的。 十 、3-3-0-5 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 (一)條文解 讀 此 項 條 文 符 合 科 學 探 究 本 質 中 的 「 科 學 的 限 制 」 ： 在 科 學 實 驗 中 ， 雖 然 實 驗 的 情 況 相 同 ， 但 並 非 所 有 的 因 素 都 能 掌 控 ， 有 時 雖 然 在 相 同 的 實 驗 情 況

下 操 作 ， 這 些 無 法 控 制 的 因 素 會 影 響 實 驗 ， 有 時 會 導 致 實 驗 結 果 產 生 差 異 。 (二)行為表 徵 1. 能依實驗的 條件完成實 驗，並有具 體的成果。 2. 能 在 相 同 的 實 驗 情 況 下 ， 由 其 他 同 學 的 實 驗 結 果 中 ， 發 現 各 結 果 的 差 異 性 。 3. 能 察 覺 即 使 實 驗 情 況 雖 然 相 同 ， 但 可 能 有 一 些 無 法 控 制 的 因 素 ， 使 得 產 生 的 結 果 可 能 有 差 異 。 4. 能發覺並提 出影響實驗 結果差異的 可能因素。 在 九 年 一 貫 課 程 中 ， 國 小 學 童 的 科 學 本 質 能 力 指 標 合 計 共 有 十 條 ， 由 以 上 的 解 讀 與 詮 釋 ， 可 知 內 容 是 以 科 學 探 究 本 質 中 的 「 經 驗 性 」 （0-1 及 3-1-0-2） 、 「 實 徵 性 」 （ 3-2-0-1 及 3-3-0-1） 、 「 可 重 複 性 」 （3-2-0-2） 、 「 邏 輯 推 論 性 」 （3-2-0-3） 、 「 科 學 的 限 制 」 （3-3-0-2、 3-3-0-5） 和 科 學 知 識 本 質 中 的 「 可 預 測 性 」 （3-3-0-3） 及 「 暫 時 性 」 （3-3-0-4） 為 主 ， 並 未 涉 及 科 學 事 業 的 本 質 。

肆、單元教學有關提昇科學本質的教學活動

依 據 能 力 指 標 的 概 念 分 析 、 解 讀 與 詮 釋 的 結 果 ， 研 究 群 著 手 編 寫 「 熱 與 物 質 」 教 學 單 元 ， 經 過 試 敎 後 ， 研 究 群 再 修 正 其 教 學 活 動 、 評 量 方 式 、 與 教 學 策 略 。 以 下 介 紹 「 熱 與 物 質 」 教 學 單 元 、 和提 昇科 學 本 質的 教 學 活動 。 一、 「 熱 與物 質 」 教學 單 元 (一)「點頭 雞」活動 以 「 點 頭 雞 」 玩 具 讓 兒 童 瞭 解 氣 體 熱 漲 冷 縮 的 現 象 ， 並 重 複 實 驗 以 瞭 解 科 學 本 質 的 可 重 複 製 性 ， 及 「 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 」 。 並 以 生 活 中 「 過 橋 發 出 碰 碰 聲 響 」 的 實 例 ， 瞭 解 熱 漲 冷 縮 應 用 於 造 橋 的 工 程 技 術 上 ， 將 科 學 、 技 學 與 社 會 相 結 合 ， 作 為 課 程 結 束 。

(二)「拉瓦 節與燃素說 」活動 以 角 色 扮 演 的 方 式 探 討 拉 瓦 節 當 初 破 除 「 燃 素 說 」 的 整 個 流 程 。 讓 兒 童 在 角 色 扮 演 的 過 程 中 ， 透 過 分 組 競 賽 的 方 式 ， 深 刻 瞭 解 科 學 理 論 被 推 翻 的 理 由 在 於 「 以 新 觀 點 看 舊 資 料 」 或 「 新 資 料 檢 視 舊 理 論 」 的 科 學 本 質 觀 。 二、 提 昇 科學 本 質 的教 學 活 動 以 下 略 舉 數 例 來 說 明 單 元 教 學 有 關 提 昇 科 學 本 質 的 教 學 活 動 ： (一)科學本 質能力指 標 3-3-0-1：能由科學 性的探究活 動中，瞭解 科學知識 是 經 過 考 驗 的 情 境 ： 學 生 在 進 行 「 點 頭 雞 」 玩 具 的 探 究 活 動 時 ， 發 現 放 在 奧 力 多 瓶 子 上 黏 在 硬 幣 上 的 紙 雞 會 點 頭 ， 師 生 隨 後 共 同 探 究 其 原 理 。 Ｔ ： 這 個 瓶 子 上 的 雞 為 什 麼 會 跳 ？ 就 是 剛 剛 講 的 我 們 手 的 溫 度 ， 搓 一 搓 手 的 溫 度 變 熱 ， 他 說 熱 啊 ～ 傳 到 哪 裡 去 ？ ＳS： 瓶 子 。 Ｔ ： 然 後 瓶 子 再 傳 到 那 裡 去 ？ ＳS： 瓶 子 裡 面 的 空 氣 。 Ｔ ： 我 們 的 熱 ， 使 得 裡 面 的 氣 體 怎 麼 樣 ？ ＳS： 膨 脹 。 ＳS： 爆 滿 衝 出 去 。 (接 下 來 ， 學 生 再 觀 察 放 入 冰 庫 中 的 寶 特 瓶 ， 其 瓶 身 的 變 化 情 形 ) ＳS： 啊 ！ 縮 起 來 了 ！ ＳS： 縮 小 了 ！ Ｔ ： 縮 小 了 ， 什 麼 東 西 縮 小 ？ 瓶 子 縮 小 ， 那 瓶 子 裡 面 有 什 麼 東 西 ？ ＳS： 空 氣 。 Ｔ ：…這 是 物 質 的 一 個 什 麼 特 性 ？ ＳS： 熱 漲 冷 縮 。(教 室 觀 察 ) 由 以 上 的 教 學 活 動 可 知 學 生 能 就 單 元 活 動 設 計 的 內 容 作 科 學 探 究 活 動(符 合 行 為 表 徵 1)、以 及能就探究 活動中獲得 相關的科學 知識(符合行為表徵 2)。 情 境 ： 教 學 活 動 後 ， 讓 學 生 寫 完 科 學 本 質 實 作 問 卷 後 ， 研 究 者 針 對 科 學 探 究 本 質 的 「 實 徵 性 」 面 向 之 題 目 「 這 次 活 動 後 ， 你 認 為 科 學 知 識 需 不 需 要 經 過 實 驗 ？ 為 什 麼 ？ 」 ， 進 一 步 與 學 生 晤 談 ， 學 生 的 反 應 如 下 ：

Ｔ ： 你 認 為~我 們 科 學 知 識 是 怎 麼 產 生 的 ？ Ｓ7： 一 些 人 的 實 驗 研 究 。 Ｓ1： 經 過 親 自 實 驗 ， 還 有 集 合 很 多 人 的 想 法 。 Ｓ12： 還 有 驗 證 。 Ｓ5： 就 是 每 個 人 都 有 很 多 不 同 的 疑 問 … 他 們 就 想 找 出 問 題 的 答 案 。 Ｓ20： 綜 合 起 來 最 最 最 明 顯 的 答 案 。 Ｓ18： 科 學 知 識 要 經 過 考 驗 。 Ｓ17： 就 是~有 一 些 自 然 現 象 啊 ， 以 前 的 人 都 會 有 他 自 己 的 觀 點 ， 可 是 其 實 不 是 正 確 的 ， 然 後 過 來 因 為 科 學 家 有 實 證 的 態 度 ， 所 以 去 查 明 正 確 的 答 案 ， 了 解 真 相 ， 才 會 有 明 確 的 答 案 ， 就 是 我 們 的 科 學 知 識 。 Ｔ ： 喔~這 明 確 的 答 案 ， 你 說 怎 麼 查 啊 ？ Ｓ17： 就 是 科 學 家 他 們 實 驗 ， 驗 證 出 來 的 。 Ｓ22： 科 學 知 識 是 要 經 過 考 驗 的 ， 因 為 如 果 沒 有 經 過 大 家 用 不 同 的 方 式 實 驗 的 話 ， 就 是 說 只 有 一 個 人 實 驗 嘛 ！ 然 後 也 許 他 的 實 驗 中 可 能 粗 心 或 是 做 錯 哪 些 步 驟 ， 然 後 答 案 就 變 的 不 一 定 一 樣 。 … 就 不 一 定 正 確 啊~所 以 就 這 樣 。 (晤 談) 綜 觀 學 童 的 問 卷 與 晤 談 資 料 ， 大 部 份 的 同 學 都 認 為 科 學 知 識 是 而 需 要 經 過 考 驗 才 能 來 證 實 ， 也 才 會 有 更 正 確 的 科 學 知 識 。 因 為 如 果 沒 經 過 考 驗 ， 就 不 知 這 些 知 識 是 真 的 還 是 假 的 ， 那 些 沒 經 過 考 驗 的 科 學 知 識 ， 不 能 夠 成 為 科 學 知 識 。 由 以 上 的 資 料 可 知 學 生 能 瞭 解 科 學 知 識 是 經 過 重 複 驗 證 的 考 驗 才 能 產 生 (符 合 行 為 表 徵 3)。 (二)科學本 質能力指 標 3-3-0-5：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 情 境 ： 學 生 作 完 「 點 頭 雞 」 實 驗 後 ， 老 師 與 學 生 討 論 影 響 實 驗 的 因 素 有 瓶 溫 、 硬 幣 蓋 在 瓶 子 上 時 蓋 得 緊 不 緊 、 時 間 、 水 沾 得 夠 不 夠 、 手 握 得 緊 不 緊 等 。 學 生 了 解 這 些 他 們 可 以 控 制 的 因 素 後 ， 他 們 再 重 新 做 一 次 「 點 頭 雞 」 實 驗 ， 並 記 錄 雞 點 頭 的 次 數 ， 比 較 各 組 間 的 差 異 。 Ｔ ： 各 位 再 想 一 想 喔 ～ 你 可 以 控 制 的 因 素 都 要 控 制 好 喔 ， 等 一 下 要 做 的 比 剛 剛 進 歩 喔 ！ 瓶 子 來 了 就 開 始 做 啊 ～ （ 冰 凍 的 瓶 子 陸 續 來 到 ） ～ 數 次 數 啊 ！ ＳS： （ 學 生 做 實 驗 並 數 雞 點 頭 的 次 數 ） Ｔ ： 最 後 一 分 鐘 ， 還 有 30 秒 ， 好 ～ 停 ～ 時 間 到 ！ （ 接 下 來 老 師 請 各 組 把 雞 點 頭

的 次 數 報 出 來 ， 並 把 次 數 寫 於 黑 板 上 ） Ｔ ： 比 之 前 的 是 不 是 好 多 了 ， 好 ～OK 請 問 各 位 啊 ～ 為 什 麼 ～ 我 們 剛 剛 講 啊 ～ 自 然 科 學 的 實 驗 有 一 個 好 處 ， 有 一 個 優 點 是 什 麼 ？ 條 件 都 一 樣 ， 我 做 的 出 來 你 也 做 的 出 來 對 不 對 ？ 還 記 得 嗎 ？ ＳS： 記 得 。 Ｔ ： 條 件 都 一 樣 ， 我 做 的 出 來 你 也 做 的 出 來 ， 那 我 現 在 是 不 是 都 把 實 驗 條 件 控 制 的 一 樣 了 ？ ＳS： 對 。 Ｔ ： 可 是 做 出 來 有 沒 有 一 樣 ？ ＳS： 沒 有 。(教 室 觀 察 ) 由 以 上 的 教 學 活 動 可 知 學 生 能 依 實 驗 的 條 件 完 成 實 驗 ， 並 有 具 體 的 成 果( 符 合 行 為 表 徵 1)。 並 且 學 生 能 在 相 同 的 實 驗 情 況 下 ， 由 其 他 同 學 的 實 驗 結 果 中 ， 發 現 各 結 果 的 差 異 性(符合行 為表徵 2)。 Ｔ ： 為 什 麼 ？ ＳS： 因 為 還 有 一 些 變 化 。 Ｔ ： 還 有 一 些 變 化 ？ ＳS： 因 為 還 有 一 些 地 方 沒 有 控 制 好 。 Ｔ ： 怎 麼 說 ？ ＳS： 手 的 熱 度 沒 有 辦 法 控 制 ， 所 以 實 驗 都 一 樣 ， 還 是 有 一 些 會 誤 差 。 Ｔ ： 所 以 我 們 實 驗 的 時 候 ， 就 是 存 在 著 某 些 東 西 ， 沒 有 辦 法 控 制 的 ， 影 響 我 們 實 驗 的 結 果 ， 對 不 對 ？ 影 響 我 們 的 實 驗 結 果 ， 說 的 很 好 喔 ～ 那 當 然 啊 ～ 這 些 可 以 控 制 的 控 制 不 好 的 話 ， 可 不 可 以 稱 為 一 個 好 的 科 學 家 啊 ？ Ｓ ： 不 可 以 。 Ｔ ： 好 ， 所 以 我 們 得 到 一 個 結 果 對 不 對 ？ 手 的 熱 度 這 個 不 能 控 制 的 因 素 會 影 響 我 們 的 實 驗 結 果 。 （ 教 室 觀 察 ） 由 以 上 的 教 學 活 動 可 知 學 生 能 察 覺 即 使 實 驗 情 況 雖 然 相 同 ， 但 可 能 有 一 些 無 法 控 制 的 因 素 ， 使 得 產 生 的 結 果 可 能 有 差 異(符 合 行 為 表 徵 3)。 並 且 學 生 能 發 覺 並 提 出 影 響 實 驗 結 果 差 異 的 可 能 因 素(符合行為表 徵 4)。 (三)科學本 質能力指 標 3-3-0-4：察覺在「 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 情 境 ： 在 「 拉 瓦 節 與 燃 素 說 」 活 動 中 ， 學 生 以 角 色 扮 演 的 方 式 演 出 拉 瓦 節 當 初 破 除 「 燃 素 說 」 的 整 個 流 程 。 研 究 者 再 以 兩 個 議 題 與 學 生 共 同 討 論 ： 「 拉 瓦 節 以 什 麼 觀 點 來 看 待 普 利 斯 特 列 發 現 氧 氣 的 過 程 ？ 」 「 拉 瓦 節 是 如 何 破 除 燃 素 說 的 理 論 ？ 」 。 研 究 者 發 現 兒 童 可 以 瞭 解 此 兩 項 議 題 ， 之 後 研 究 者 再 拋 出 以 下 的 議 題 要 學 生 討 論 後 記 在 討 論 單 上 「 你 覺 得 一 個 理 論 可 不 可 能 永 遠 正 確 ， 為 什 麼 ？ 」 。 以 下 是 學 生 的 反 應 情 形 ： 第 一 組 ： 不 可 能 ， 因 為 別 人 可 能 會 發 現 別 的 答 案 ， 科 學 知 識 經 過 不 同 的 證 據 觀 點 會 隨 著 時 代 而 改 變 ， 現 代 的 儀 器 比 以 前 精 準 ， 可 能 會 做 出 不 同 的 答 案 。 第 二 組 ： 不 可 能 ， 因 為 經 過 一 段 時 間 之 後 可 能 會 有 新 理 論 ， 然 後 那 個 舊 的 理 論 可 能 就 變 成 錯 的 。 第 三 組 ： 不 可 能 ， 因 為 可 能 以 後 的 人 會 再 改 變 ， 除 非 大 家 都 認 同 。 第 四 組 ： 不 可 能 ， 每 年 代 或 每 個 世 紀 可 能 會 有 新 觀 念 、 新 理 論 和 新 思 想 出 現 ， 再 以 這 些 去 看 以 前 的 舊 資 料 ， 可 能 會 發 現 一 些 問 題 。 第 五 組 ： 不 可 能 ， 因 為 還 有 可 能 發 明 更 先 進 的 儀 器 來 研 究 ， 推 翻 原 先 的 理 論 。 第 六 組 ： 不 會 ， 因 為 可 能 會 有 新 觀 念 產 生 ， 然 後 再 用 實 驗 去 驗 證 。(教 室 觀 察 ) 由 以 上 各 組 學 生 的 反 應 情 形 可 知 學 生 能 察 覺 科 學 知 識 是 可 以 改 變 的(符 合 行 為 表 徵 1)。

伍、結語

有 鑑 於 科 學 本 質 能 力 指 標 的 解 讀 有 其 爭 議 性 ， 所 以 高 慧 蓮 (2006)建 議 應 針 對 科 學 本 質 能 力 指 標 提 出 一 致 性 的 解 讀 ， 以 落 實 提 昇 學 童 對 科 學 本 質 能 力 指 標 表 現 的 教 學 。 所 以 ， 本 文 旨 在 進 行 「 九 年 一 貫 科 學 本 質 能 力 指 標 」 解 讀 與 詮 釋 ， 並 列 出 能 力 指 標 的 「 行 為 表 徵 」 ， 並 且 在 實 際 的 教 學 情 境 下 來 檢 核 、 測 試 研 究 群 所 列 出 的 能 力 指 標 行 為 表 徵 ， 是 否 真 的 可 以 在 課 堂 上 由 學 生 之 行 為 表 現 出 來 ， 據 以 修 正 能 力 指 標 的 解 讀 與 詮 釋 。 根 據 實 驗 教 學 的 結 果 發 現 ， 本 研 究 所 列 出 之 行 為 表 徵 可 以 在 課 堂 上 由 學 生 之 行 為 表 現 出 來 ， 並 且 有 助 於 國 小 科 學 教 師 在 「 自 然 與 生 活 科 技 」 領 域 教 學 過 程 中 評 量 學 生 達 成 科 學 本 質 能 力 指 標 的 程 度 。

致謝

本 研 究 承 蒙 行 政 院 國 家 科 學 委 員 會 補 助 經 費 ， 黃 志 賢 老 師 、 邱 明 富 老 師 、 吳 仲 謀 老 師 、 楊 明 達 老 師 、 陳 俊 強 老 師 、 林 裕 仁 研 究 生 等 的 參 與 研 究 與 實 驗 教 學 ； 加 上 論 文 評 審 委 員 提 供 許 多 卓 見 與 指 正 ， 均 此 致 謝 。

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