運用台灣科學教育館常設展的鷹架式問題導向學習對中學生學習電學之影響

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(1)國立台灣師範大學科學教育研究所碩士論文. 指導教授: 張文華. 博士. 運用台灣科學教育館常設展的鷹架式問題導向學習對中學生學習電學之影響 The influence of applying the scaffolded- PBL in the National Taiwan Science Education Center on Junior high school students’ Eletricity learning. 研究生: 簡均倪. 中華民國 103 年 1 月.

(2) 誌謝如果說沉默是金那對話就是鑽石寫下對現實看見與未來期盼的言語. 從大學推甄到面試結束，就開始帶著期盼的心情來到師大，帶著一股體會科學真實存在意義並渴望使科學發光的熱誠來師大的科學教育所，即使懵懵懂懂，能力不足，對跨領域且對教育領域很陌生的我來說，真的是走向極端的挑戰。在這研究所的學業生涯中，是我成長最多也造就最多的時光，雖然過程中經歷許多如同患難風暴一般的辛苦，卻也栽培、訓練了我很多的能力-口頭報告、修其他科學的課程、寫報告、舉手發言、對話與表達等，這些對我來說都是在過去從未面對和挑戰的事，甚至還要不斷的接觸，但我都不斷地挑戰並提升了。在這研究所中，首先誠摯的感謝指導教授張文華博士，還有科學教育所上的所有老師們和口試委員，使我能對教育更打開內心的眼睛，在上課時給予最扎實的教導與訓練。雖然還有很多需要改進和努力的地方，但仍與我進行溝通與引導，堅持把最好的教導於我，由衷的感謝。真的很感謝各位老師的提拔。還有同期的各位同學，感謝你們同期在一起學習的過程中互相提攜和成長照顧，也給予很多的建議和忠告，讓我更了解教育的一切。也感謝在我總是無助、徬徨的時候，不斷幫助我的助理們，謝謝你們的陪伴及生活中的關心，並給我很多美好的回憶。特別感謝淑苾學姊、祐臣學長、明進學長等，在我論文口試撰寫時的指導與鼓勵，工作繁忙之餘仍仔細地回答各個問題。感謝你們的耐心與用心。感謝台灣科學教育館展示組的楚涵小姐，不斷的幫助我，很有耐心地跟我溝通細節與討論，使我能更細心的了解科教館的運作與搭配，讓我能順利的在科教館當中進行研究與收集資料，也感謝科教館的志工與服務人員，不斷的提醒我該注意的部分和幫助。真心感謝。感謝能夠來科教館，並且來參與研究的 47 國一小朋友、家長和導師，感謝你們的幫助及意願，讓我能夠順利的進行研究，過程中帶給我喜悅與享受研究的樂趣，也給予我鼓勵和安慰，沒有你們的幫助和支持，我甚麼都做不到。.

(3) 感謝我的家人，真的很愛我到底，即使知道我走教育這條學習的路會辛苦，也仍然支持我，不斷的在各方面為我付出關懷與疼愛，與我一起面對辛苦和挑戰，始終陪我一起度過，謝謝他們在生活上的支持讓我感到溫暖。感謝所有成為師大一起奔跑的弟兄姊妹們，因為從過去到現在不斷的累績和努力，到現在可以開花並結出果實，展開師大的大歷史，合一的來奔跑，也讓我參與了教育體系的轉捩點，因為有你們的關懷與支持，在師大的日子變得如太陽般的炙熱而感到內心舒服及溫暖，成為一個大家庭，一起努力並堅持到底。感謝如同家人一般關心照顧我的主希望光、主優先、真光教會的所有弟兄姊妹，謝謝你們成為主的手與腳付出愛、耐心、時間、包容來持續關心我，為我祈求，讓我能夠在科學教育方面不至於放棄，讓我有機會能在研究所這讀書的時期，能夠多的造就與開發，也突破了許多難以面對和發現的問題。最最最重要的就是，感謝鄭明析牧師，是你使我能夠堅持到最後，教導我愛與真理，使我在精神上不致跌倒，即使感到想放棄、灰心、無法成就的時候，都不斷地給予愛的話語，使我能被引導到正確的道路，也讓我更加體會聖子主對我創造目的的愛與空中提升的時機。. 感謝神保守我的內心勝過保守一切，一切唯有感謝神。在此將論文獻上給我所摯愛的你們。. 人生的價值在於腦不斷的變化、挑戰與提升完成論文不是結束而是邁向成功之路的開端！.

(4) 運用台灣科學教育館常設展的鷹架式問題導向學習對中學生學習電學之影響摘要學校的正式學習，一直以來都是研究焦點，然而許多文獻及實際的觀察中卻不斷顯示，若缺乏適當的引導，難以有明顯的成長與突破。近年來國內的非制式教育不斷成長，但對於學校科學學習的效益，仍然有待探討。本研究希望將問題導向學習運用於非制式科學教育機構。了解運用非制式教育機構的學習活動，對學生學習科學的效益。本研究以 47 位七年級學生為對象，探討問題導向學習的模式引入台灣科學教育館常設展資源的教學活動，是否能提升中學生電學單元的學習成效。首先以前測來了解他們對於前一個階段所學習電學的概念，接著分成對照組與實驗組，對照組則為使用科學教育館的面板進行學習，實驗組為運用針對電學的兩個不同展示品而設計的鷹架式學習單，來引導學生們進行個人的探索，過程中研究者的角色是提供引導，讓學生能夠不斷的思考及運用，期待學生能在富含情境的學習活動當中，建立學校科學學習的基礎，而原有的錯誤概念會不斷地因為自我檢視之故，自主地打破過去僵化的概念，讓自己在學習科學概念上能接軌。此外，並於學習活動之後施測鄭湧涇教授於 1994 編譯的科學相關態度量表(TOSRA)，探討學生對於科學學習活動是否具正向的學習態度。 i.

(5) 本研究之結果顯示，運用研究者所設計的鷹架式學習單後，兩組學生的電學概念並無顯著差異；科學學習相關態度的部分，兩組學生也未呈現顯著差異，依據研究結果，研究者建議在設計及運用鷹架式學習上，需要更多改良與調整。. 關鍵字：問題導向學習、台灣科學教育館、電學、鷹架式學習. ii.

(6) The influence of applying the scaffolding PBL in the National Taiwan Science Education Center on Junior high school students’ Eletricity learning. ABSTRACT School’s formal education has always been the focus of researchers. However, literature reviews and field observations regarding formal education constantly showed that it is hard for the students to level up without proper guidence. Recently, Taiwan’s informal education has been growing, but the effectiveness of scientific subject learning stll needs to be discussed. The current research aims to apply problem-based learning (PBL thereafter) to informal scientific educational center, in order to understand the effect the activities has on students’ science learning. The subjects of the research were 47 senventh-grade students. In addition, the researcher would like to investigate whether apply PBL to the teaching activities of National Taiwan Science Education Center (NTSEC thereafter) could increase students’ learning effectiveness of the scientiﬁc topic of Electricity--circuits. At the begnning, the subjects would undergo a pre-test for the researcher to understand their previous concept about Electricity, and then they were ramdomly arrigmed into the experiement group and the control group. The control group used iii.

(7) the panel board in NTSEC to do the learning, while the experiment group used the scaffolding learning sheet regarding two Electricity exhibitions. The learning sheet was acting as a guidence for them to self-explore. The researcher was acting as a leader during the research process, keeping students to think and use what they learned. It is expected that the students could establish the foundation of science learning under the real situational model, and then they can further connect their science learning at school. Moreover, students’ previous false concept regarding electicity can be breaked because of constant self-obervations. After the learning activities, the students were asked to do the Test of Science-Related Attitudes (TOSRA) edited by professor Yeong-Jing Cheng, discussing whether the students possess positive learning attitude toward the scientific learning activities. The results indicate showed that there are no significant differnece between the control and experiment group. There were also no significant difference regarding scientific learning attitude between the two groups. Based on the findings, it is suggested that the design and application of the scaffolding learning needs more improvement and amendment. Keywords：Problem-based learning, National Taiwan Science Education Center, Electricity, Scaffolding learning iv.

(8) 目錄中文摘要…………………………………………………………………………….…i 英文摘要…………………………………………………………………………...…iii 目錄…………………………………………………………………..……………..…v 圖表………………………………………………………………………………......vii 第壹章緒論 ……………………………………………………...………………...1 第一節研究動機……………………………………………………………1 第二節研究目的……………………………………………………..……..3 第三節研究問題…………………………………………………..………..3 第四節名詞解釋…………………………………………………..………..4 第五節研究範圍與限制……………………………………………......…..6 第貳章文獻探討 ……………………………………………………………..……..7 第一節結合非制式科學教育機構與學校科學學習的方式與效益….......7 第二節中學階段電學內容分析 ……………………………….….…......32 第三節以問題導向學習探索學生的學習……………….. ………...........48 第參章研究方法………………………………………………………….......…….61 第一節研究對象 …………………………………………………………61 第二節研究者的設計 ……………………………………………………63 第三節研究流程 …………………………………………………………67 v.

(9) 第四節資料收集與分析…………………………………………………..71 第五節資料有效性………………………………………………………..82 第肆章研究結果與討論……………………………………………………………84 第一節中學生運用科教館之常設展的參與情形………………….…....84 第二節中學生使用問題導向鷹架學習電學概念理解………….……....98 第三節中學生運用科學教育館常設展的學習態度…………….……...102 第伍章結論與建議…………………………………………………………..........106 第一節結論…………………………………………………………..…..107 第二節建議……………………………………….…………………...…110 參考文獻 …………………………………………………………………………..112 附錄……………………………………………………………..…………………..120 附錄一：科教館面板…………………………………………...….…......120 附錄二：鷹架式學習單…………………………………………...…....…121 附錄三：修改過之師對生評量表與個人 PBL 自評表…………....….....124 附錄四：電學前測概念-電路學了沒…………………………..…….......126 附錄五：電學後測概念-電路學了沒…………………..…….…….……..127 附錄六：電學前測概念答案…………………………………...…...........130 附錄七：電學後測概念之答案………………………………………........131 附錄八：研究工具授權使用同意書………………………………..........134 vi.

(10) 圖次圖 2-1-1、David Kolb 體驗學習…………………………………………………...…12 圖 2-1-2、展示的主要方式…………………………………………………………...16 圖 2-1-3、參與式展示的內容………………………………………………………..17 圖 2-3-1、學習者問題解決歷程……………………………………………………..50 圖 2-3-2、PBL 教學流程圖………………………………………...…………….….57 圖 3-2-1、本研究的設計架構…………………………………………………….....64 圖 3-3-1、研究流程圖...…………………………………………………………......68 圖 3-3-2、法拉第簡歷及簡單的電路遊戲……………………………………….…70. vii.

(11) 表次表 2-1-1、科學中心教育種類………………………………………………………….9 表 2-1-2、六種鷹架之呈現…………………………………………………………...24 表 2-1-3、對科學態度之內涵………………………………………………………..28 表 2-1-4、學者發展之科學態度的量表……………………………………………..30 表 2-2-1、國民中小學九年一貫課程綱要--自然與生活科技學習領域……………33 表 2-2-2、基礎物理-電磁學篇…………………………………………………….…38 表 2-2-3、電磁學相關之高三課程…………………………………………………..40 表 2-2-4、科學教育館出版品—<科學探索—物理篇>之內容整理並對應課綱….44 表 2-2-5、科教館常設展品與電學的細目表…………………………………..…...45 表 2-2-6、展示型態與特徵比對科教館常設展品細目表……………………….....45 表 2-3-1、PBL 實施解題歷程表…………………………………………….……….55 表 3-1-1、受試者之分組與人數性別之分析表…………………………….….…..62 表 3-1-2、受試者之分組與人數分析表……………………………………….….....63 表 3-2-1、不同鷹架進行的模式比較………………………………………….….....65 表 3-4-1、法拉第劇場學生標準給分情況…………………………………….…….72 表3-4-2、簡單的電路遊戲學生標準給分情況………………………………...........73 表3-4-3、研究理論與實施研究內容之比較………………..……………….……...76 表3-4-4、自評表(學生分數與開放式問題的回應分類)……………………………77 viii.

(12) 表 3-4-5、教師對學生之評分表(分數與開放式問題的回應分類)…………………77 表3-4-6、前測（單選題）之評分標準……………………………………………..78 表3-4-7、簡單的電路遊戲之後測標準…………………………………………......79 表3-4-8、科學相關態度量表五項不同的信度值………………………………......82 表 4-1-1、學生回答法拉第劇場學習單的分數總覽………………………….…,...86 表 4-1-2、學生回答簡單的電路遊戲學習單的分數總覽………………….………88 表 4-1-3、自評表…………………………………………………………………….91 表 4-1-4、自評表中兩組學生在開放式問題所回答的內容……………………….92 表 4-1-5、教師對學生之評分表……………………………………………………..94 表 4-1-6、教師在開放式問題所回答的內容……………………………………….95 表 4-2-1、簡單的電路遊戲之前測結果……………………………………,…....…99 表4-2-2、兩組前後測概念的描述性統計………………………….…,....................99 表4-2-3、兩種鷹架式學習對於前後測概念之ANCOVA表………………,..……..99 表 4-2-4、簡單的電路遊戲之後測概念……………………………………,…..…..100 表 4-3-1、科學態度量表與後測概念之相關係數矩陣表………………,…..…….103 表 4-3-2、科學相關態度量表之分析………………………………………,…....…104. ix.

(13) 第壹章、緒論. 第一節、研究背景與動機. 非制式教學教育機構的發展，能延伸學校的科學教育，提供學齡學生更多接觸科學的機會，由此，將有助於培養成富有科學素養的終身學習者。為何在科學教育館上多下功夫，舉個比喻來說明，假如學校的正式教育是車子的引擎，那台灣科學教育館的角色就像是車子的其他零件，若是沒有其他的相關輔助及搭配，光是有引擎也是沒有辦法使用。 Bruyas and Riccio（2013）提到，歐洲的科學中心所扮演的角色是提供人們在完成制式教育與進入社會上有很好的學習及尋找，扮演協助探索職業生涯的角色，把學生路徑中存在的障礙物都處理掉，因此不管是實物上或是心理上，都對學生的學習有一定的水準及幫助。此外，也培養學生對於生活中，藉由觀察有了想法後，再去不斷的追求、練習、研究而成為達人一般。然而台灣科學教育館尚未能完全發揮推展大眾科學教育的功能，研究者感到惋惜，因此希望針對台灣科學教育館進行研究，探討如何與學校課程配合，可運用台灣科學教育館的展品，來提供正式教育中的學生一些不同的學習經驗，並進一步探討如何在適合學生學齡的狀況下，基於問題導向式學習（Problem-Based Learning, PBL）的原則，以及鷹架的理念，設計有關的銜接課程。 1.

(14) 現在的正式教育中，對於已學過簡單電學的中學生而言，有很多學生對於近代物理—電學的科學概念處於抽象的概念，在生活中不易接觸到，尤其是電學的部分，在台灣科學教育館中，在實驗上可以給予學生們實體的看見，陳麗鴻（2006）則指出在每個主題中透過科學史融入教學，讓學生了解科學家如何學習，學生在科學態度與科學態度上是趨於正向的，且讓學生在生活中能多方嘗試思考或驗證。目前，台北市的國民小學中高年級學生，多會安排參觀台灣科學教育館。制式的學校科學教育中規劃的科學知識，對應到台灣科學教育館的設備而言，在物理方面約有 10%。其中，包括簡單的有關電路及磁鐵的概念。九年級學生學習第六冊電學之前，先去台灣科學教育館進行實驗，可以在很好的情境學習空間，去了解國中課程要學習的電學部分，也能為了國中課程建立基礎，以利學習更細節的內容，探討原理及理論的部分。經由這樣的學習經驗，將促使學生在觀察實物的過程中，也能成為老師一般的角色來檢視自己，更能剖析自己了解多少而進行自我檢視，並能在生活中不斷的透過觀察自然萬物去激發創意及解釋現象！因此，研究者認為，對於在完成正式國小教育之後的學生而言，在參觀台灣科學教育館常設展時，去參與展示品動手做實驗，及先去嘗試尚未學過的一些器材，可以有利於學校科學教師進行教學，也可讓台灣科學教育館的開發與展示的部分能推陳出新、發揮效益。因為學生透過動手做及思考後，會更加知道自己哪裡是學過的，那部分是沒有學過的，檢視自己並清楚自己未來會學習到的部分。這樣的 2.

(15) 銜接，強調讓科學教學更加多面向且完備，而不是只注重在理論而已，重點是學習者要知道怎麼做出來、怎麼觀察、怎麼判斷，以及體會自己所學的理論是如何發現及被使用的。. 第二節、研究目的. 基於上述研究背景與動機，本研究主要是以台灣科學教育館內的常設展—奇妙的物理世界中的電學單元為研究場域，以新北市七年級學生為研究對象，探討以鷹架式問題導向學習之方式參與台灣科學教育館常設展的差異情況，以便建議該館針對中學生不同需求進行細部規劃。研究目的如下：. 1. 探討運用鷹架式問題導向學習之方式時，學生對於電學之實驗的參與方式。 2. 探討運用鷹架式問題導向學習之方式時，學生對於電學的概念理解。 3. 探討運用鷹架式問題導向學習之方式時，學生對於電學的科學態度。. 第三節、研究問題. 本研究以「科學教育館參與經驗」為研究主軸，試圖了解中學生參觀科學教育館時的實驗方式、概念理解與科學學習相關態度。研究者在參考相關文獻後自 3.

(16) 行設計編製學習單，並邀請中學生參與本研究。研究中將參與的學生分為兩組，進行學習活動、收集資料並分析中學生運用台灣科學教育館的展示時，採用研究者設計的融入了問題導向之鷹架學習活動，對中學生學習電學單元的影響。依據前述，本研究主要探討中學生運用台灣科學教育館的展示，有採用問題導向之鷹架和沒有採用的學習活動，對其學習電學的影響。包括下列問題：. 1. 兩組學生對於電學之實驗的參與方式有何不同? 2. 兩組學生對於電學的概念理解是否有顯著差異? 3. 兩組學生抱持的科學學習相關態度是否有顯著差異?. 第四節、名詞解釋. （一）科學教育館之常設展本研究選擇非制式教育機構之科學教育館(之後簡稱科教館)作為研究場域，其中常設展區包括科教館三至六樓各展示區。由於本研究針對電學為研究之科學概念內容，試圖由此收集資料及分析學生學習的各區塊理解之差異，收集學生對於電學學習的相關資料。因此，常設展的部分採用五樓之奇妙的物理世界。關於展示品的選擇方式，研究者先分析正式教育教材的電學相關單元，找出科教館中對應的各類型常設展示品。最後再依照由國小到國中課程中的電學概念內 4.

(17) 涵，選擇靜態及互動式的展示品各一項（即：法拉第劇場及簡單的電路遊戲），進行學習活動設計，以便後續邀請中學生參與使用。. （二）問題導向學習（Problem-Based Learning, PBL）問題導向學習主要是以著學習者在真實問題所會面臨的各種疑問所實際加以組織的課程內容，來引發學生的學習興趣及主動探索問題的學習動機。更重要的是此方法強調「以學生為中心」（Student-centered），教師則扮演是促進者和引導者的角色，強調在問題中開啟學習的過程，提供豐富、彈性、多元化的資源讓學生去探索，促使學生與該學習的內容產生緊密的關連，使學生發展獨立探究的能力及能擁有解決生活中真實遇到的問題的能力，學生能聚焦於各樣的問題情境當中，與多元化的問題做結合，不只是能讓學生在尋找答案時有連結，更讓學生能有促進統整概念的能力與訓練（Delisle, 1997）。. （三）鷹架式學習 Yoon, Elinich,Wang, Vanschooneveld, and Anderson（2013）對美國東北部中學學生（6-8 年級）進行在科學博物館進行研究，列出如何使用該設備的步驟，提供知識提示，例如包括：一個開放式的問題：“你在使用此設備時，應該學習到什麼？”這個問題的目的是：引起反應、進行推理、與設備互動，以便理解電路和人體如何充當導體。鼓勵學生使用證據，以構建一個通則化的科學說明，例 5.

(18) 如：”我的理論是……。”讓學生能從交流看法而統整出綜合的觀點或理論，促使學生跨越不同觀點、集體學習和學習如何處理一個科學問題。從理論和教學說明此研究，統稱為知識建設不同程度的鷹架。有六種鷹架來做比對，而本研究採用此篇的 C1 及 C3 兩個鷹架做研究比對，包括 Condition 1 (C1: 僅提供原始設備與面板 )，Condition 3 (C3: 獨立完成學習單)。科教館所給予的鷹架式教育方式的不同，可以開發不同年級的學生學習的領域，本研究定義，對照組，為科教館原本就設計好讓參與者參考的實作說明面板；而實驗組，為鷹架學習單題目做引導，使用科教館面板以及使用以 PBL 教學設計的學習單來進行。. 第五節、研究範圍與限制. 本研究之研究範圍與限制有以下兩點：（一）本研究 PBL 模式的學習單是建構在學生過去學習過國小電學的基礎之上所設計的，只針對電學的展示品，若要延伸或引用本研究之 PBL 教案設計及評量發展之步驟及流程，應考量研究對象需具備的先前知識程度與特質。（二）本研究的研究對象為學過國小電學的中學生，PBL 模式及評量發展成的引用，應考量不同學習背景之學生的學習特徵及差異性。. 6.

(19) 第貳章、文獻探討. 本研究旨在結合非制式科學教育機構，提供七年級學生進行鷹架式問題導向學習，並探討七年級學生經由此一方式學習電學的學習表現。因此本章將由相關文獻中，探討與本研究相關的主題。全章共分三節，第一節探討結合非制式科學教育機構與學校科學學習的方式與效益；第二節說明中學階段電學內容分析；第三節探討問題導向學習(PBL)相關文獻。. 第一節、結合非制式科學教育機構與學校科學學習的方式與效益. （一）非制式科學教育機構的定義與功能教育的時代演變中使學習者所接收到的不再只限於學校中的給予，學校以外的科學學習，依照教育的場所其目的，性質，方式而有所不同。V. J. Danilov( 1982) 就曾提到： “Science and technology museums became more than “museum.” As they assumed greater responsibility for public awareness and understanding of science and technology, they also were transformed into informal and supplemental educational institutions. They became. 7.

(20) centers of popular science education and instruments for increased public interest and involvement in science policy issues.” 行政院教育改革審議委員會（1996）在提出教育改革總諮議報告書時，內容即明確建議，應將制式，非制式，非正式教育相互統整並建立不同型態的學習機構，目標在於增進個人參與學習的動機，建立適當的社會價值觀念，甚至帶來終身學習的益處。由此可見過去不被重視的非制式教育體系，如今其在教育貢獻的地位上已經取得大家的認同張譽騰（1988）指出，科學與技術中心（science and technology centers）是繼博物館之後的新秀產物，已逐漸成為全世界經營最有效率、最受觀眾喜愛的非正式教育場所。張譽騰認為科學中心與傳統博物館的對比下，科學中心有三項特色： 1. 宗旨：在於促進社會大眾對於自然科學、工程、技術、工業、醫學等的認知觀學習與欣賞，它們極力使中心內具有循循善誘與娛樂的效果，以吸引各種年齡與背景的大眾。 2. 經營重點：著重「現代」而非「歷史」。 3. 學習取向：強調以「參與式」的展示技巧來引導觀眾，較不是以典藏或收及價值的文物標本為主軸。不管是在已開發或未開發國家，由於科學中心氣象活潑，受民眾喜愛而有蓬勃的發展趨勢，但仍在不停的實驗和變化當中，改進與民眾溝通技巧，使民眾對 8.

(21) 於現代科學和技術能有進一步的了解和認識，無疑的，它們已有公認的成就。每年數百萬民眾走進科學中心吸收現代科技的知識，正是其經營成績的有力佐證。張譽騰（1994）認為，在 1987 年由美國的國際科學中心協會（Association of Science and Technology Centers）所做的會員調查報告中，可明顯看出全球性科學中心熱潮的變動趨勢。如今，在各地都有科學中心的設立，他們的型態各異，分別反應了各城市特有的資源、需要及民眾的期盼，因此科學中心是能提供一些有關環境的展示，卻能引起觀眾在感官、情緒和智能上的共鳴，開創了觀眾自我學習的嶄新領域，是現代社會裡發展快速的學習機構，如表 2-1-1。. 表 2-1-1、科學中心教育種類（引自張譽騰，1994）。種類. 項目. 基本教育活動. 展示導覽. （Basic Educational. 科學演示. Activities）. 科學研習演講與影片播放野外活動星象節目圖書館服務(Library Services). 9.

(22) 表 2-1-1、科學中心教育種類（引自張譽騰，1994）。（續）學校和推廣服務. 教育性出版品. （School and Outreach. 視聽教材. Services）. 外借教材巡迴展示科學演示充實性活動館內教師活動. 其他教育活動. 學前教育活動獨立研究實習科學展覽會及研討會自然步道夏令營或野營分館教材開發特別活動廣播與電視節目. 10.

(23) 蔡秉宸、靳知勤（2004）提到科學博物館的教育，是可以藉由情境學習來提升民眾科學素養的養成，必須要能夠與實際生活結合。學習理論中所著重的三個部分，分別是情境（學習者所在的場域）、問題（與真實世界相似的問題）與行動（學習者習得如何處理），也就是說在情境學習理論下的教學活動，必須首先處理這三者對學習者的影響。教學應致力於提供一個學習者能實際參與的社會活動或真實情境，以利學習者進行知識或技能的學習。教學主軸必須強調學習者「參與實務環境」的過程（如：在真實的社會文化或情境中觀察、模仿、獲取經驗），才能獲得學習的機會。運用標本、模型、立體造景、實景、多媒體幻燈片、縮時攝影、電腦遊戲、互動設施等，科學博物館可以藉此呈現科學學習的情境。因此運用「情境學習」，乃是以生動、親近的生活經歷，營造出人們願意去看、去感覺、去理解、去探索的知性情境，加強學習者主動接觸的動機，提昇他們對學習科學的態度，藉由引發人們的動機，進一步全面性的去培養民眾的科學素養。黃璧祈、張永達、鄭淑文（2005）提到關於現今九年一貫的新學制，希望學校的教師們能有一些彈性課程，依照教師的專長進行教學，以幫助學生的多元化學習。就提昇學生的科學實驗操作能力，我們極期盼教師們能利用立即可取的材料，就其地區的便利性，以教師的知識背景為基礎，自行設計適合自己學生學習的教材，讓學生能從“做中學＂；培養學生具思考、操作、探討、解決問題的能力，而且是“帶得走＂的能力。 David Kolb 倡導「體驗學習」(experience learning)，其「體驗學習」（Experience 11.

(24) learning：experience as the source of learning and development，1984）一書中，提出四個階段時期：1.連結經驗， 2. 觀察及反思，3.形成抽象概念與類化、4.在新情境中檢驗概念內涵，如圖 2-1-1。. 1 連結經驗. 4 新情境中檢驗概念內涵. David Kolb 體驗學習環. 2 觀察及反思. 3 形成抽象概念與類化圖 2-1-1、David Kolb 體驗學習。（整理自 http://www.learning-theories.com/experiential-learning-kolb.html）. 將「體驗」視為學習與發展的泉源，其名言「對我講述，我會忘記；示範呈現給我看，我可能會記得；讓我身歷其境地融入，我將會理解。」（Tell me, and I will forget. Show me, and I may remember. Involve me, and I will understand）。以觀察、示範甚至實驗，可以使學生體驗，對於科學學習也會提升。 Orgorn 提到關於個人社會文化經驗是個人詮釋意義進而建構知識的基礎， 12.

(25) 科學知識的建構也是以個人社會文化經驗為基礎，科學知識的意義是建立在生活經驗的基礎上，科學的學習應是從個體生活世界的經驗開始，從個體所關切的事物開始（引自傅麗玉，2004）。靳知勤（2007）說明科學教育應培養學生解決問題的能力，並強調探索與合作學習以及終身學習的重要性。問題解決能力、合作學習能力以及終身學習能力三者，其目的旨在持續確保一個人做為學習者能與環境做有效互動並適應社會。根據學者們的觀點，中小學中之科學教育目標必須由提供知識以應付升學考試，轉而支持學習個體建立終生學習的觀念與能力，使其終其一生能夠妥適解決個人或是所屬團體所面臨的問題。就此，科學教育應呈現給學生了解科學的本質及與社會間互動的特性，以彌補靜止的知識型態所呈現之科學教學的不足。科學教育內容需協助學習者明瞭基本的科學現象、原理與理論，可藉實驗、動手操作及媒體教學，使得學習內涵具體化。學者們指出動手做的重要性乃在於其能提供第一手的經驗，在親身經歷中體會想法與實際現況之間的落差，於是乃可調整對於現象的解釋，或是設計另一項實驗來檢驗自己的想法。他們認為透過動手做可以讓原本是抽象的觀念具體化，學生更容易理解科學的想法。謝君偉（2010）在非制式教育工作中，觀察到學生到學校等待老師所給予的教材內容，受限於人力與器材，無法擺脫傳統教與學的之式灌輸模式，學習者處於被動的角色去接受，學習者少能實際操作與進行現象觀察，發現問題主動建構知識，而課堂中的實驗教學以驗證課本概念及加深印象為主，忽略實驗結果與課 13.

(26) 本中的科學概念不同時應該如何應對，在非制式教育中，學生為主人的立場決定學習的內容，主動探索與進行問題解決，來到科教館的參觀者，除了主動要求解說外，也都可在展示品中了解內容與解說，所以學習者必須保持主動的求知態度，教育內容提供者的責任，在展示品如何吸引及維持學習者的動機和興趣。 Shortland 研究非制式教育並指出，讓人動手操作的科學中心一類，很多時候參觀者在倉促玩樂間所捕捉到的隻字片語，反而會造成迷思概念，學習不到真正的科學。既然如此，為什麼要鼓勵學生來博物館參觀呢？Hein 說明非正式教育機構提供以「實物」為主的環境，鼓勵學生主動學習，這可以輔助學校以「文本（text）」被動接受資訊的學習方式（引自范賢娟、范賢媛，2002）。 Talboys（1996）列舉出教師安排學生到博物館進行校外教學的理由如下： 1. 有助課程所需：學生到博物館可以增進學科知識，突破正式教育學習的限制，能發展學生更多的興趣和技能。 2. 增加學生主動學習的機會：博物館的展示非常多元，大眾可以根據自己的需要、興趣決定參觀的內容和順序，也可根據自己的了解決定參觀的速度。大眾的主控權增加了，可以培養在一個環境中主動學習。 3. 直接接觸「實物」：讓學生直接面對實物，運用感官去認識，而非僅是抽象的文字；給予學生機會去觀察、思考、產生經驗而不是光背誦別人的描述。 4. 刺激語言發展：在博物館的環境中，可藉由與別人交流時學到新字彙。 5. 跨學科的技能發展：不論參與者為何，在博物館中可以培養觀察、記錄、分 14.

(27) 析、綜合、討論、猜測、解釋、建立理論、測試理論、修正理論等能力。 6. 概念發展：利用博物館中的實物或模型建立較正確的概念連結，而非憑空想像，只能應付紙筆測驗。 7. 訓練學生運用心智能力去檢視：在博物館所製造的情境中，可以促進人思考，和了解當代背景去訓練深思。 8. 擴大視野：所謂鑑往知來，瞭解過去才能掌握未來，做更好的規劃；瞭解各文化的差異並接受它，則可訓練學生擴大的器皿可以接納。 9. 認識社會資源：讓學生瞭解自己可以學習的資源，知道如何利用博物館來自我充實或休閒，這對終身學習是很好的推廣。 10.可增進學生之間、師生之間的情誼：從研究長期回憶的內容來看，博物館在社會與學校連結的影響是非常深遠的。 11.加強學校與其他的聯繫：如果教師、學校與博物館充分準備、規劃得宜時，可以獲得學校、家長、社會等各方面的支持。 12.拉近博物館與社會大眾的距離：保持博物館對大眾開放，讓博物館與大家更接近。所以，如何展現及搭配學習單格外重要，如下圖 2-1-2，張崇山（2009）以展示品與參與者的關係分成四類：靜態展示、活化式展示、操作式展示、互動式展示。他強調說一個成功的互動式展示，必須讓大眾方便使用、容易了解並操作，且可以有效傳達展示理念與訊息，在與展品互動的過程中產生激發與回饋中，引 15.

(28) 發觀眾的思考與學習。. 圖 2-1-2、展示的主要方式（整理自張崇山，2009，p.8）。. 張崇山（2009）根據參與者參與度較高的展示方式有主要三種，關於參與式、動手做（hand-on）、互動式（mind-on），由於在字面上容易混淆，說明如下圖 2-1-3。由圖 2-1-3 的分類，參與式的展示指參觀者式展示中的一部分，展示需要參觀者的加入。動手做則為結合操作式與活化式的展示，需要參觀者對展示品做出某些反應，如按鈕啟動，感應啟動，或需進行操作，產生因個人而有不同的展示結果。互動式的展示強調動腦想，並非單純的提供參與者動手就稱之為互動式展示，而是展示與參與者需要有一定的回饋，藉由不同個體的輸入做出不同反應，交互回饋引發思考的契機，可從中產生認知落差，進而維持改變操作方式的興趣，才可稱為具有互動的性質。 16.

(29) 圖 2-1-3、參與式展示的內容（修改自張崇山，2009，p.15）。. 張美珍（2008）及鄭宇鈞（2010）提到讓學生在學習時有具體的學習活動可以進行探索式的學習，經由動手做的活動讓學生在具體的操作過程當中學習科學的技能依照個人學習的模式，實際操作的過程中可以使學習的活動更活躍化、積極化，操作的過程中讓學生與舊有的經驗做結合，從中各取所需，誘發學生對新知識的興趣。從認知心理學的觀點來看，博物館的環境搭配教育活動的輔助，確實可以給觀眾很好的學習經驗。李舒婷（2006）及鄭宇鈞（2010）說明做中學的定義是動手的探究式學習方法，強調讓孩子動腦動手學科學，強調在學習中的主動性，讓孩子在特定的任務中進行學習而不是盲目的操作，並且能夠讓孩子從中掌握科學的學習方法。科教館應該是一個大的實驗室，學生在學校沒辦法實際操作的遺憾，要在科教館補足。劉曉雯（2009）整理出台北市區內大型的科學博物館—國立台灣科學教育館（以下簡稱科教館），館藏展示豐富，自然科學類的常設展示物件超過 300 17.

(30) 件以上，提供了許多教師及學子寬敞舒適的學習空間以及科學教材。因此為提升科教館促進學生科學學習的功能，有必要探究科教館中的常設展品和自然與活科技學習領域教材內容要向的關聯。科學中心的教育活動常集中於發展與學校教育有關的計畫，例如安排學校團體導覽或各種教育活動（如科學演示、課程、野外活動或與收藏、展示、出版品、影片、教師有關的活動）。目標：以普及科學教育為首要宗旨，用最直接的展覽來對觀眾表明科學的原則和事實，讓觀眾透過親身經驗展覽品的奧妙（張譽騰，1987；國立台灣科學教育館年報，2004）。對象：以全民為對象，年齡不限，背景不限，個人或團體。內容：展示內容以科學原理為主，配合在科學教育中的課程所設計的科學實驗器材，是較靈活且富於變化之三度空間實物教育形式。以個別科學主題，鄉土自然物，或全球性的科學主題為其制高點，配合知識經濟的發展，提高全民的科學知識水準，在台灣與日俱增的各類博物館當中，營運出科教館特色（國立台灣科學教育館年報，2004）。活動：平時會不定期舉辦許多科學探究活動，活動內容多屬於學校較難進行的活動或是各種新奇有趣的科學演示，輔助制式教育較難涵蓋的部分。科教館亦利用四部十六噸及八噸科學教育巡迴車營造行動科學館，以縮短科教資源城鄉差距，同時，辦理中小學科學展覽會，國際科學展覽會，教師教材設計競賽，九年一貫教師研習等，以提高科學水準（國立台灣科學教育館年報，2004）。 18.

(31) 實施方式：自由，無壓力，沒有一定要完成結果，無需事先安排，扮演課堂知識與現實生活中真實遭遇問題的橋梁，可配合學習者背景與產生適當的回饋，以維持學習者的學習動機，持續主動學習累積經驗，由實際的操作過程中探索問題並解決問題，養成良好的科學精神。營運：為提供觀眾舒適與滿意的環境，以提供經營的績效，達到永續經營之目標，科教館與大事科成立七個聯合工作小組，進行展品保固維修，行銷推廣，展示解說及實驗研習活動等改善工作，並協調合作建立保固機制，並完成展品雙語標示牌，導覽解說觀眾滿意度調查，規劃進行聯合行銷並邀請學者專家及有關行政人員組成評估小組進行年度營運績效評估等（楊侃慈，2006）。. 科教館資源以樓層分類有： (1)B1 樓 i. 地底世界展示：分四部分如下：(1)水世界，(2)大地傳奇，(3)地震劇場，(4)虛擬地球村。 ii. 4D 虛擬實境劇場：配合 3D 立體影片，加上震動，墜落，吹風，噴水，甚至煙霧，光電，氣味等特殊效果，所以除了視覺震撼外，還有聽覺，觸覺，嗅覺等其他感官的感受。 iii. 電腦益智教室:科學實驗室，兒童益智探索館，環型會議室 (階梯教室) 19.

(32) iv. 3D 立體動感電影院：不僅有強力六聲道環繞音響的震撼及帶上立體眼鏡的三度空間感受，更搭配與銀幕同步移動的雙人式液壓動感座椅，產生動態觀賞影片效果。 (2)戶外展示區： i. 四座藝術景觀：水之舞、科幻巨石陣、紡紗之風、滾球機器。 ii. 美崙科學公園：包括四大主題：水、波、數理與兒童科學遊戲城，可讓學生從遊戲中體會科學。 (3)3、4 樓生命科學展示區：包括生命的奧妙、人體的奧妙、生物多樣性、人與環境、環境保育五單元。 (4)5、6 樓物質科學、地球科學展示區：包含科學發現步道、科學遊戲的世界、奇妙的物理世界、奇妙的化學世界、奇妙的數學世界、探索我們的地球和科學廣場。 (5)7、8 樓：特展區 (6)9、10 樓：國際會議廳，圖書館，多功能會議室，館史室。. 綜合上述，科教館具有精美的設計展示及說明圖片說明，動態的模擬設備，生活中常看到的有趣互動儀器，不易親眼目睹的精彩影片，所以若能妥善利用此 20.

(33) 非正式教育資源，應可以提升學生的認知觀與科學學習之發展。張自立、陳文華（2006）根據學生可利用科教館之資源來分類，包括： (1)劇場參觀資源：包含：4D 虛擬實境劇場、3D 立體動感電影院、地底世界 (2)動態教學資源：科學演示、科學實驗室、動手做、兒童益智探索館、 (3)靜態教學資源：靜態展示品、科教之友、科學詢問、電腦教學、圖書館、月刊 (4)其他所有「人」：內部行政人員、科學教育人員、解說人員、義工等。「事」：研習、演講、科學巡迴教育活動、科學諮詢等。「地」：教室、展覽場、劇場教室、四周環境。「物」：圖書、蒐藏品、教具教材、學習單、錄影帶、科學儀器、戶外展示等。. 張自立、陳文華（2006）在「台北市國小教師利用國意台灣科學教育館教學資源調查研究」指出，教師利用科教館教育資源的動機是配合學校課程或學校校外教學，且傾向於以解說員解說的方式來安排學生參觀。國民小學教師對科教館教育效能中展示規劃部分，顯示教師對於「科教館所展示的內容是正確的」、「科教館的展示多元且豐富」、「科教館展示內容能兼顧由簡入繁、由易而難、由具體到抽象」、「科教館的展示適合學生學習所需」及「科 21.

(34) 教館展示能吸引學生的興趣」均感到非常滿意。鄭宇鈞（2010）指出，博物館「動手做」活動促進觀眾對節水科技理解之研究活動後，民眾在節水概念理解上的表現顯著增加。男女性民眾對節水科技概念的理解表現皆是正向的。中老年的民眾在經過活動後對於節水概念知識的增長較為顯著。在科技發展向度上對民眾的推論能力有所增長。民眾更能夠根據器具的功能選擇出最適合的節水器具。整體上使民眾對於科技創新層面往日常生活以及運用天然材料為趨向。廖敦如（1994）社區中的博物館可以提供學校一個實踐合作及發展教學模式的場域，此研究所營造的課程特色，學生從實際的環境中，藉由展示參觀、闖關遊戲、問題挖掘，如此孩子的學習不再是抽象性的思考，而是一個親身的體驗。廖敦如認為，在九年一貫課程改革下，學校課程發展委員可以充分考量學校條件、社區特性、家長期望、學生需要等相關因素，結合社區博物館資源，發展學校本位的課程，而教師也應以更自由開放自主的態度來開發社區博物館可資運用的資源，帶領學生認識學校和社區博物館的關係和文化環境特色，培養主動積極參與之推展。蘇明俊、江新合、陳輝樺（2002）認為設置天文教學資源「落日華表」的新觀念，引起民眾的興趣和好奇心，也已獲得科學教育界及休閒產業界高度肯定與重視。此研究闡述行動歷程，觀察設置教學資源之成效，分析其行動模式，期望對於學校科學教師之教學、休閒產業本身的發展、以及二者對於九年一貫教育改 22.

(35) 革政策之貢獻，能在觀念上有相當之啟發。 Talboys（1996）統整博物館的校外教學的結果分成四個層次可供我們思考-第一個層次：配合學校課程的校外輔助教學；第二個層次：讓學生學習「如何學習」；第三個層次：把博物館當成一個學習的資源；第四個層次：告訴學生學習在不同地方自己應有的行為舉止。希望能讓非正式教育機構、教學者和學習者能不斷的提升，而非只鑽牛角尖於科學上，更核心的是陳浙雲（2001）呼籲教育工作者責無旁貸的責任是：引領學生快樂而有效的學習，啟發其熱愛人生、尊重生命、關懷他人、珍惜萬物、敬仰天、和諧自然的天性，以生命智慧創造自我理想，實踐自我需求，型塑一個明智、快樂、自在、成功的適性生活，因此，教育的內涵與精神勢必要有所更新。王雅亮（2002）提出先就左右腦與傳統教育等相關文獻做神經心理學為基礎之教育理論基礎，再就左右腦與科學教育、右腦創造力思維與進階科學教育，左右腦優勢的評量與科學教育，和非制式科學教育之右腦特質與博物館科學教育等相關議題，為非制式右腦科學教學與學習之模式理論做論證。此研究之教學對左腦學習模式的學員有助其學習風格右傾化，其右腦科學教育學習之值有明顯的增加。 Yoon et al.（2013）對美國東北部中學學生（6-8 年級）進行在科學博物館進行研究，列出如何使用該設備的步驟，建設知識提示，一個開放式的問題：“什麼是你在使用此設備中應該學習到的？”這個問題的目的，引起的反應，表現出 23.

(36) 來的能力推理，與設備中的相互作用，這是理解電路和人體如何充當導體的科學設備。鼓勵學生使用證據，以構建一個更一般理解科學的說明，例如：我的理論是……。這是一個從不同看法之間的交流而統整出綜合的觀點或理論，為學生提供想跨越不同觀點、集體學習和如何看待一個科學問題的機會。從理論和教學說明此研究，統稱為知識建設不同程度的鷹架。有六種鷹架來做比對，以下表 2-1-2 為該文章中對於各種鷹架之說明。. 表 2-1-2、六種鷹架之呈現（整理自 Yoon et al., 2013）。組別. 進行方式及人數. 鷹架的內容. Condition 1. 個人進行. . 僅原本設備和面板. Condition 2. 個人進行. . 原本設備和面板. 操作獨立完成. . 增加數位相機、投影. 個人進行. . 原本設備和面板. 操作獨立完成. . 數位相機、投影. 學習單獨立完成. . 增加學習單(三份學習單). Condition 3. 學生的回答學習單的問題，引導學生關注相關信息：. 24.

(37) 表 2-1-2、六種鷹架之呈現（整理自 Yoon et al., 2013）。（續） 1. 觸及 2 個金屬球時，發生了什麼事？ 2.觸及 1 個金屬球，發生了什麼事？ 3.燈泡亮起來會發生什麼事？ 4.投影顯示什麼？ 5.透過使用這種設備，你學習到什麼？ Condition 4. 團體進行. . 原本設備和面板. 操作團體完成. . 數位相機、投影. 學習單獨立完成. . 學習單(三份學習單). . 增加如何團體合作的引導方針. 指示其組內要達成共識，達成共識後寫下答案。過程中請清楚觀察並了解實際上發生了什麼事。重要的是，要聆聽彼此的建議。對於每一個問題：各種可能的答案都有可能。給出理由來支持你的答案。比較組內所有的答案其背後的原因。然後盡可能選出最好的答案。. 25.

(38) 表 2-1-2、六種鷹架之呈現（整理自 Yoon et al., 2013）。（續） Condition 5. 團體進行. . 原本設備和面板. 操作團體完成. . 數位相機、投影. 學習單團體完成. . 學習單(一份學習單). . 增加如何團體合作的引導方針. . 提供知識鷹架. 學習單中加入搭建知識的提示 (knowledge-building prompts)： 1.我們的假設是…。 2.我們的理論…。 3.其他人說…。 4.我們同意/不同意他們，因為…。 Condition 6. 團體進行. . 原本設備和面板. 操作團體完成. . 數位相機、投影. 學習單團體完成(一份) . 學習單(一份學習單). . 增加如何團體合作的引導方針. . 提供知識鷹架. . 請寫下你們對知識討論上的反應。. 26.

(39) 在 C1-C3 的學生中並沒有明確要求與同齡者合作學習，學生單獨完成他們的學習單。學習概念的結果 C4 的學生表現最佳，C3 的學生位居第二。C3-C6 都有使用學習單之效果反應都很好，所以選擇在台灣使用教科書的原理設計出許多設備的科教館來作為施測的地點。從理論和教學說明此研究，統稱為知識建設不同程度的鷹架。有六種鷹架來做比對，而本研究採用此篇的 C1 及 C3 兩個鷹架做研究比對，包括 Condition 1 (C1: 僅提供原始設備與面板 )，Condition 3 (C3: 獨立完成學習單)。科教館所給予的鷹架式教育方式的不同，可以開發不同年級的學生學習的領域，本研究定義之對照組，為科教館原本就設計好讓參與者參考的實作說明面板；而實驗組，為鷹架學習單題目，使用科教館面板 + 使用以 PBL 教學設計的學習單來進行。. （二）國立台灣科學教育館與科學態度因對於去科教館的學生而言，可以全方面的來了解學生關注的不只是科學，還有自己的未來、對科學家的認知、自然課的課程、科學與社會的互助部分，因為科教館是非制式教育機構，政府把錢使用在學生學習科學的這些設備上，希望學生能夠在非制式教育當中可以充分的了解這些部分，如下表 2-1-3 及表 2-1-4。. 27.

(40) 表 2-1-3、對科學態度之內涵學者. 對科學態度的成分. Fraser（1978）. 1.科學的社會意涵；2.科學家的標準；3.科學課的喜愛；4.科學的休閒興趣；5.科學的生涯興趣；6.對科學探究的興趣. Haladyna and. 1.科學的態度；2.對科學家的態度；3.對科學教法的態. Shaughnessy（1982）. 度；4.對科學的興趣；5.對部分課程內容的態度；6. 對科學科目的態度. Munby（1983）. 1.科學態度；2.對於科學生涯的態度；3.對於科學教學的態度；4.對於特定科學議題的態度；5.對於科學本身的態度. White and Tisher（1986） 1.對學習科學課程的滿意程度；2.對科學家的態度； 3.對科學本質的了解 Simpson,Koballa,Oliver. 1.對科學的特殊感覺；2.完成科學實驗活動的動機；. and Crawley（1994）. 3.科學焦慮；4.對科學教師的態度；5.對科學課程的態度. Koballa（1995）. 1.對科學的態度；2.對學習自然科學相關主題的態度；3.對科學家的態度. 28.

(41) 表 2-1-3、對科學態度之內涵(續) 鄭湧涇，楊坤原（1998） 1.對科學這門學科的態度；2.對科學的興趣；3.對科學家的態度許德發（2000）. 1.對科學學科的態度；2.對科學的興趣；3.對科學家的態度. 黃善美（2002）. 1. 對科學的態度；2.對參與科學探討活動的態度 3.對學習科學的態度；4.科學活動進行時的態度. 王琇葉（2007）. 1.對科學的態度；2.對學習生活學科的態度 3.對參與科學探討活動的態度；4.對科學家的態度； 5.科學相關生涯的態度. 註：修改自國小學童「科學態度」及「對科學的態度」之研究-以植物的生長教. 學活動為例（P19），林世娟，2001。台北：國立台北師範學院。. 29.

(42) 表 2-1-4、學者發展之科學態度的量表評量工具. 題數. 信度. 評量. 測驗對象與內容. ATBS（鄭湧涇，. 80. 楊坤原，1998）. 信度 0.97. Likert. 國一生，科目為. 四個分量表. 5 分量表. 生物. 0.87-0.92 TOSRA（Fraser， 70. 再測信度. Likert. 國內由鄭湧涇. 1978）. 0.69-0.84. 5 分量表. 教授 1994 翻譯. 內部一致性. 成中文。. 0.66-0.93. 對象是七到十. 區別效度. 年級學生。. 0.13-0.4 信度 0.95. Likert. 蘇懿生（1994）. （Gremann，. 效度. 5 分量表. 將其翻譯成中. 1988）. 0.61-0.89. ATSSA. 14. 文，對象為高中生，此量表僅限於測學生「對科學的態度」。. 30.

(43) 表 2-1-4、學者發展之科學態度的量表(續) 許德發（2000）. 15. 信度 0.75. Likert. 對象為專科（食. 效度. 4 點量表. 品科技科、化妝品應用與管理. 0.70-0.75. 科）學生黃善美（2002）. 王琇葉（2007）. 40. 34. 信度 0.96. Likert. 北投區國小五. 5 分量表. 年級學生. 信度 0.7 以. Likert. 改編鄭湧涇、龍. 上. 5 分量表. 麟如（1997）所編制的「對科學的態度量表」。對象為國小一年級。. 註：修改自宋秀芬（2008），鐘培齊（2002）。. 31.

(44) 第二節、中學階段電學內容分析. 本研究選擇電學的原因，是考量近代物理對於這時代的影響與發展。十九世紀末的物理學中，電學描述所有靜電、磁場、電波的現象，十九世紀末物理學家對大自然的構成已有清晰的畫面，所以對於電學的新興產業來說，是無可限量，不斷的發展並且能對於學習中的學生來說，是一項值得挑戰又新奇的技術。由教材的使用與教學上學生的需要層面而言（表 2-2-1~表 2-2-3），現在的趨勢則強調實體化，讓學生去動手做。並結合科教館電學內容與課綱年代的比對內容，詳看表 2-2-4~表 2-2-6。. 32.

(45) 表 2-2-1、國民中小學九年一貫課程綱要--自然與生活科技學習領域學生. 課綱. 課綱. 課本. 階段. 主題. 次主題. 主要內容. 國小. 神奇. . 磁鐵. 磁鐵的特性. 三至. 磁力. . 科學家及發明家的故事--科學家的研. 不同因而磁力不同，磁性物質. 四年. 究事蹟、故事，科學發展與科學研究的磁力現象. 南北極. 級. 過程，介紹用科學改善生活的演進史。磁鐵的生活應用. 比較磁鐵的吸力. 磁力大小，磁鐵大小，磁鐵不為. 交互作. . 用的認. 利用電線、電池或金屬物質接成通路，可使電路與開關. 導電性和絕緣體的物質，. 識--奇. 燈泡發光、馬達轉動。. 通電小馬達. 妙的電. . 路. 簡單電路. 燈泡亮了. 電的應用. 電池、電線、燈泡、小馬達，來設計各歷史故事種玩具。 33. 電池正負極，電燈正負極，通路斷路，串並聯. 愛迪生.

(46) 表 2-2-1、國民中小學九年一貫課程綱要--自然與生活科技學習領域(續) 國小交互作. . 磁性. 指北針和地磁. 地球磁場，知道電流可產生磁場，製作電磁鐵，. 五至. 用的認. 磁鐵具有兩極，同性極相斥，異性極相吸。. 瞭解地磁、指北針。發現有些「力」可不接觸仍. 六年. 識. . 能作用，如重力、磁力。. 級. 載流導線產生磁場. 知道指北針的偏轉是磁針與磁場(如地磁或. 電磁鐵. 電產生磁力,如何增加磁力. 導線通以電流)交互作用的結果。. 電磁鐵的用處. 舉例. . 科學家的故事. 奧斯特，安培，威廉斯特金，法拉第. 科學家的故事. 34.

(47) 表 2-2-1、國民中小學九年一貫課程綱要--自然與生活科技學習領域(續) 國三. . . 上， 1-1~2-4. 4-1 靜電. 起電、靜電感應、感應起電)。. (4-1~4-4 為國三. 靜電現象--探討靜電現象(如摩擦. 電路連結--探討電路中，電壓、. 感應起電與接觸起電 4-2 電壓. 電流與電阻的關係。 . 為國三下 . 靜電、摩擦起電、導體與絕緣體、. 電路、通路與斷路、串聯與並聯、電壓（電位差）、伏特計的使用. 電流的效應--探討電流的熱效. 4-3 電流. 電流與電子流、電流大小與單位、安培計的使用. 應。. 4-4 電阻. 電阻、歐姆定律、例外. 電與磁的關係--探討電與磁的關. 科學史. 焦耳. 係(例如電流會產生磁的作用、磁場的改變會感應出電流、載流導線在磁場中會受力)。. 35.

(48) 表 2-2-1、國民中小學九年一貫課程綱要--自然與生活科技學習領域(續) 國三. . 科學家的故--由閱讀與資料蒐. (4-1~4-4. 集，瞭解科學上重要的發現及其. 為國三. 過程。. 上，. . 科學發現的過程--在適當的科學. 1-1~2-4. 活動中，敘述科學發現過程中科. 為國三下. 學家所擁有的批判思考、探究思考及創造思考的特質。. 1-1 電流的熱效應 1-2 電的輸送與消耗. 能量相互轉換-->電池的化學能轉換電能電力公司利用許多種方式發電、火線與地線、家庭電器的電源、電費的計算. 1-3 家庭用電安全. 短路(電線走火)與安全負載電流、保險絲的使用、確保家庭用電安全的基本方法. 科學史 2-1 磁鐵與磁場. 賈法尼與伏打磁鐵的性質:磁化暫時磁鐵與永久磁鐵的意義及區別磁場的意義:磁場範圍，磁力線，地球的磁場磁力線的繪製與性質地球磁場的方向. 36.

(49) 表 2-2-1、國民中小學九年一貫課程綱要--自然與生活科技學習領域(續) 國三. . 2-2 電流的磁效應. 的意義與應用、電動機. (4-1~4-4 為國三上，. 2-3 電流與磁場的交互作用. 電流在磁場中的受力情形 EX:極光，直流電動機右手開掌定則. 1-1~2-4 為國三下. 電流的磁效應、載流直導線建立的磁場、電磁鐵. 2-4 電磁感應科學史. 電磁感應、、發電機的原理丹麥科學家厄斯特法國科學家安培. 37.

(50) 表 2-2-2、基礎物理-電磁學篇(參考 97-99 年度的普通高級中學必修科目「基礎物理」課程綱要) 主要內主題. 說明. 備註. 1-1 簡介物理學探討的方向及其涵蓋的範疇。. ‧避免單純以條列的方式來呈現物理史。. 容. 一、緒 1.物理可以藉由某幾位關鍵人物的貢獻來說明物理是實驗與理論論. 學簡介 1-2 簡要陳述物理學的演進。相輔相成的學問，及其與人類文明發展的關係。. 四、物質間. 2-1 說明帶電荷的物體之間有靜電力。原子內帶負電的電子與帶正電的原子核之間有相吸的庫侖靜電 ‧將國中階段已經學過的基本概念做複習，以便加深印象。. 的基 2.電力力，因此電子及原子核才會組合成原子。電子與電 ‧可寫出靜電力平方反比公式。本交與磁力子之間則有相互排斥的靜電力。互作 2-2 說明磁鐵間有磁力、簡介磁力線與磁場的概念。‧將國中階段已經學過的基本概念做複習，以便加深印象。用 38.

(51) 表 2-2-2、基礎物理-電磁學篇(參考 97-99 年度的普通高級中學必修科目「基礎物理」課程綱要)(續) 1.電流 ‧只做定性的介紹，不推導任何數學公式。的磁效 1-1 說明電流會產生磁場。介紹安培右手定則。 ‧配合示範實驗二：載流導線的磁效應。五、電應學的. 2-1 介紹法拉第感應定律。由電磁感應來說明電學是 ‧只做定性的介紹，不推導任何數學公式。. 統一 2.電磁不可分割的現象，因此我們把電力以及力統稱為電磁 ‧不需要具體說明方程式的形式。簡單指出，馬克士威感應. 力。說明馬克士威把電磁力所遵守的定律全部整理在方程式讓我們能以定量的方式描述電磁現象。一起，因此人們稱這些方程式為馬克士威方程式。. 39. ‧配合示範實驗三：電磁感應。.

(52) 表 2-2-3、電磁學相關之高三課程 (參考 97-99 年度的普通高級中學選修科目「物理」課程綱要) 1-1 說明兩個點電荷間相互作用力之大小及兩 ‧單位限用國際單位系統。. 1.庫侖定律者距離的關係。 2-1 介紹電力線的概念. ‧配合實驗：等電位線與電場。. 2-2 說明電場之定義與磁力線之關係。 2.電力線與電場 2-3 說明帶電質點在均勻電場中所受的力與運六、靜電學動軌跡。 3-1 說明帶電平行板間形成的均勻電場。 3-2 說明電位能、電位及電位差。 3.電位能、電位與電位差 3-3 說明平行板間均勻電場與電位差及電場板距間之關係。. 40.

(53) 表 2-2-3、電磁學相關之高三課程 (參考 97-99 年度的普通高級中學選修科目「物理」課程綱要)(續) 1-1 說明電動勢之意義及電池的端電壓。. ‧電動勢不涉及化學反應。. 1.電動勢與電流 1-2 說明電動勢與電流的關係。 2-1 介紹電阻的定義和單位。. ‧配合實驗：歐姆定律及惠司同電橋。. 2-2 介紹電阻率。 ‧祗提簡單的電路，不提 Δ 型-ㄚ型電阻七、電流. 2-3 說明電阻的串、並聯及迴路。間之轉換。. 2.電阻與歐姆定律 2-4 簡述電路中的能量守恆及電量守恆。 2-5 介紹三用電錶的使用。 2-6 簡介電阻及溫度的關係。 3.電流的熱效應及電功率. 3-1 說明電流的熱效應及電功率。. 41. ‧僅定性討論電阻及溫度的關係。.

(54) 表 2-2-3、電磁學相關之高三課程 (參考 97-99 年度的普通高級中學選修科目「物理」課程綱要)(續) 1.電流的磁效應. 1-1 說明必歐-沙伐定律及安培右手定則。 2-1 說明長直導線及圓線圈電流所產生的磁. 2.載流導線的磁場. 場。 2-2 簡單說明螺線管電流所產生的均勻磁場。. 八、電流磁. 3-1 說明載流導線在均勻磁場中所受的作用力 ‧配合實驗：電流天平。. 效應. 3.載流導線在磁場中所受的及其應用。力及其應用. 3-2 說明載流平行導線間的作用力。 3-3 介紹電動機的原理。. 4.帶電質點在磁場中的運動 4-1 說明帶電質點在磁場中所受的力及運動軌及其應用. 跡，並簡介其應用。. 42. ‧不以積分及環場積推導磁場強度。.

(55) 表 2-2-3、電磁學相關之高三課程 (參考 97-99 年度的普通高級中學選修科目「物理」課程綱要)(續) 1.法拉第電磁感應定律與感 1-1 介紹磁通量的定義並說明法拉第的實驗及應電動勢. 定律。. 2.冷次定律. 2-1 介紹冷次定律以說明感應電動勢之方向。. 3.發電機與交流電. 3-1 簡單介紹發電機的工作原理與交流電。. 4.變壓器. 4-1 簡單介紹變壓器升降電壓之原理。. 九、電磁感應 ‧僅定性說明電場、磁場之交互感應與傳播。 5.電磁波. 5-1 簡單介紹電磁波之產生、傳播及波譜。介紹電磁波譜中不同波段的名稱及在日常生活中的應用。. *以安排一學年，每學期四至五學分，每週授課四至五節為原則。. 43.

(56) 表 2-2-4、科學教育館出版品—<科學探索—物理篇>之內容整理並對應課綱常設館-電學的展示. 細節. 對應課綱. 法拉第劇場. 生平簡述. 國小 5-6 年級. 國三下一-1-1. 國小 3-4 年級. 國三上四-2-1. 1. 電路的基本型態一.科學原理. 2. 電路元件圖像與電路元件符號無簡單的電路遊戲. 二.展品各部說明三.展品操作說明四.展品操作注意事項. 44. 國三上四-2-1.

(57) 表 2-2-5、科教館常設展品與電學的細目表電磁定靜電效應. 電路—. 靜電力—. 電場—. 歐姆定律. 庫倫定律. 高斯定律. 導電性. 律細目法拉第劇場簡單的電路 V. V. 遊戲. 表 2-2-6、展示型態與特徵比對科教館常設展品細目表展示型態與特徵. 靜態型. 法拉第劇場. V. 簡單的電路遊戲. 活動型. 操作型. 互動型. V. 劉靜怡（2003）在進行研究時，採用科學史融入教學的精緻化教學模式，使學生引出問題並進行討論，在探討中以中斷提問方式鼓勵學生討論，產生解釋，直到問題情境解決為止。而學生「電學概念測驗」之前後測概念資料顯示，實驗組與對照組皆明顯進步，而在電學的總分、教學策略知識、教學表徵知識、學科內容知識、評量學生理解知識等分量分數、教學環境師生互動量表均顯著高於對照組。吳穎沺、蔡今中（2005）在建構主義式的科學學習活動，以「電學」單元為 45.