• 沒有找到結果。

資訊科技融入國小奈米科技教學之研究

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "資訊科技融入國小奈米科技教學之研究"

Copied!
145
0
0

加載中.... (立即查看全文)

全文

(1)

國立台中教育大學自然科學教育學系碩士論文

指導教授:程智慧博士

資訊科技融入國小奈米科技教學之研究

研究生:蔡鳳娥 撰

(2)

資訊科技融入國小奈米科技教學之研究

摘要

本研究目的在於利用資訊科技幫助國小學生學習奈米科技,探討資訊科技融入方式 對學生學習奈米科技的影響以及學生對奈米科技學習之知覺。研究者利用「奈米科技 概念學習成效檢測題」、「資訊科技融入奈米科技教學意見調查表」、「奈米科 技學習知覺調查表」、「奈米科技學習知覺問卷」收集資料。研究對象為國小六 年級學生五十八人,教師指導組和學生操控組各二十九人。經資料分析得到研究 結果如下:(一)經由教師指導的資訊科技融入教學學生在奈米科技概念學習成 效檢測題得分比學生自行操控的資訊科技融入教學得分高,且差異達顯著效果。 (二)不同性別的學生在奈米科技概念學習成效檢測題得分沒有顯著差異。(三)資訊 科技融入方式與性別對學生奈米科技概念學習成效之交互作用未達顯著。(四)在對資 訊科技融入奈米科技教學的看法上,學生操控組在學習動機及學習的信心上的感受較教 師指導組佳,且差異達顯著效果。(五)在學習的知覺上,兩組學生在奈米科技教學過 後,對奈米科技的重要性、與生活的關係及未來的發展都抱著肯定與支持的態度,且肯 定此次教學對他們的助益。研究最後建議教師可以依教學主題和目的選擇合適的資訊科 技融入教學方式。

關 鍵 字 : 資 訊 科 技 融 入 教 學 、 奈 米 科 技 、 知 覺

(3)

The Research of Teaching Nanotechnology through Information Technology

Integrated Instruction in the Elementary School

Abstract

The purposes of the study are to help pupils learn nanotechnology, to discuss the impact on pupils’ learning nanotechnology in different ways of information technology integrated instruction and pupils’ consciousness of learning nanotechnology. The researcher collected data by use of “efficiency test of nanotechnology concepts”, “closed questionnaire on teaching nanotechnology through information technology integrated instruction”, “closed questionnaire on the consciousness of learning nanotechnology”, and “open questionnaire on the consciousness of learning nanotechnology.” To collect data, there were 58 sixth grade-students involved as the object in this study. They were divided into two groups, 29 in the “teacher-directed group” and 29 in the “student controlled group”.

The analysis of the data indicated the following results. First, the teacher-directed group got significantly higher scores than the student controlled group in the efficiency test of nanotechnology concepts. Second, different genders showed no significant difference in the efficiency test. Third, there was no significant result in the correlation between pupils’ genders and different ways of information technology integrated instruction. Fourth, the student controlled group showed significantly more confidence and motivation in learning nanotechnology through information technology integrated instruction. Last, after leaning nanotechnology, both groups of pupils understood very well how important the nanotechnology is and how it is connected to their own life and showed positive attitudes toward the future development of nanotechnology. Both groups of pupils learned a lot and felt the teaching helpful. At last, the researcher suggests that teachers should choose the most suitable way of information technology integrated instruction according to the topics and teaching goals.

Key words: Information Technology Integrated Instruction, Nanotechnology, Consciousness

(4)

目 次

第壹章 緒論 ... 1

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 名詞定義...5

第四節 研究範圍與限制 ...6

第貳章 文獻探討 ... 7

第一節 資訊科技融入教學 ...7

第二節 認知學習理論...23

第三節 奈米科技...27

第參章 研究設計與方法 ... 53

第一節 研究設計與架構 ...53

第二節 研究對象...61

第三節 研究工具...62

第四節 實施程序...72

第五節 資料蒐集與分析 ...75

(5)

第肆章 結果與討論 ... 77

第一節 「奈米科技概念學習成效檢測題」得分結果與討論 ...77

第二節 「資訊科技融入奈米科技教學意見調查表」得分結果與討論 87

第三節 「奈米科技學習知覺調查表」得分結果與討論...93

第四節 「奈米科技學習知覺問卷」結果與討論 ...99

第伍章 結論與建議 ... 105

第一節 結論 ...105

第二節 建議 ...109

參考書目 ... 113

一、中文書目 ...113

二、英文書目 ...117

(6)

附 錄

附錄一: 奈米科技概念學習成效檢測題預測題目... 119 附錄二: 奈米科技概念學習成效檢測題預測題目信度分析... 122 附錄三: 奈米科技概念學習成效檢測題正式施測題目... 124 附錄四: 奈米科技概念學習成效檢測題正式施測題目信度分析... 128 附錄五: 資訊科技融入奈米科技教學意見調查表預測題目... 130 附錄六: 資訊科技融入奈米科技教學意見調查表預測題目信度分析... 131 附錄七: 資訊科技融入奈米科技教學意見調查表正式施測題目... 132 附錄八: 資訊科技融入奈米科技教學意見調查表正式施測題目信度分析... 133 附錄九: 奈米科技學習知覺調查表正式施測題目... 134 附錄十: 奈米科技學習知覺調查表正式施測題目信度分析... 135 附錄十一:奈米科技學習知覺問卷正式施測題目... 136

(7)

表 目 次

表 2-1-1 自然與生活科技領域「運用科技與資訊」能力的培養在各學習階段之能力 指標... 13 表 3-1-1 準實驗研究設計(不等的前測──後測控制組設計)... 54 表 3-1-2 「資訊科技融入奈米科技教學」教學活動時間表... 55 表 3-1-3 自變項「教師指導組」與「學生操控組」實施方式說明... 58 表 3-2-1 研究對象人數分配表... 61 表 3-3-1 研究工具與研究待答問題對照表... 62 表 3-3-2 奈米科技概念學習成效檢測題各階段主題名稱... 63 表 3-3-3 奈米科技概念學習成效檢測題命題陳述... 65 表 3-3-4 資訊科技融入奈米科技教學意見調查表分量表名稱... 69 表 3-3-5 奈米科技學習知覺調查表分量表名稱... 70 表 3-3-6 奈米科技學習知覺問卷主題... 71 表 4-1-1 「奈米科技概念學習成效檢測題」前、後測平均數與標準差摘要表... 78 表 4-1-2 「第一階段:奈米定義與特性」組內迴歸係數同質性檢定... 80 表 4-1-3 「第一階段:奈米定義與特性」二因子共變數分析摘要表... 80 表 4-1-4 「第二階段:自然界的奈米現象」組內迴歸係數同質性檢定... 81 表 4-1-5 「第二階段:自然界的奈米現象」二因子共變數分析摘要表... 81 表 4-1-6 「第三階段:奈米結構與材料」組內迴歸係數同質性檢定... 82 表 4-1-7 「第三階段:奈米結構與材料」二因子共變數分析摘要表... 82 表 4-1-8 「第三階段:奈米結構與材料」調整後平均數摘要表... 83 表 4-1-9 「第四階段:奈米技術發展與應用」組內迴歸係數同質性檢定... 83

(8)

表 4-1-10 「第四階段:奈米技術發展與應用」二因子共變數分析摘要表... 84 表 4-1-11 「總積分」組內迴歸係數同質性檢定... 85 表 4-1-12 「總積分」二因子共變數分析摘要表... 85 表 4-1-13 「總積分」調整後平均數摘要表... 85 表 4-1-14 各階段二因子共變數分析綜合摘要表... 86 表 4-2-1 「學習動機」分量表意見調查結果... 88 表 4-2-2 「學習者的信心」分量表意見調查結果... 89 表 4-2-3 「學習的互動」分量表意見調查結果... 90 表 4-2-4 「資訊科技融入奈米科技教學意見調查表」得分之平均數、標準差摘要表 ... 91 表 4-2-5 「資訊科技融入奈米科技教學意見調查表」分量表變異數分析摘要表... 92 表 4-3-1 「對奈米科技課程的知覺」分量表意見調查結果... 94 表 4-3-2 「對學習奈米科技相關知識的知覺」分量表意見調查結果... 95 表 4-3-3 「對奈米科技發展與生活之間關係的知覺」分量表意見調查結果... 96 表 4-3-4 「奈米科技學習知覺調查表」得分之平均數、標準差摘要表... 97 表 4-3-5 「奈米科技學習知覺調查表」分量表變異數分析摘要表... 98

(9)

圖 目 次

圖 2-1-1 電腦、資訊科技、與科技的範圍... 8 圖 2-2-1 戴爾的經驗塔... 26 圖 2-3-1 表面張力作用下,水與超疏水表面之接觸角... 31 圖 2-3-2 微米級表皮細胞與奈米級蠟質結晶的蓮葉表面... 31 圖 2-3-3 電子顯微鏡下觀察水銀與葉面接觸的狀況... 32 圖 2-3-4 細微結構與自潔作用關聯之示意圖... 32 圖 2-3-5 具有光子晶體結構的蝴蝶翅膀... 36 圖 2-3-6 有奈米通道的人體細胞細胞膜... 39 圖 2-3-7 20個六角形及12個五角形所組成的C60模型... 40 圖 2-3-8 1967年加拿大蒙特婁世界博覽會上的美國館... 41 圖 2-3-9 石墨、鑽石、C60及單層奈米碳管結構上的模擬... 41 圖 2-3-10 奈米碳管做的三元色影像平面顯示器... 42 圖 2-3-11 光觸媒之催化反應機制圖... 47 圖 2-3-12 用AFM針尖刻劃的奈米文字... 50 圖 3-1-1 學習成效檢測研究變項... 54 圖 3-1-2 量表施測研究變項... 55 圖 3-1-3 研究架構圖... 60 圖 3-3-1 國小奈米科技專家概念圖... 64 圖 4-1-1 「奈米科技概念學習成效檢測題」前、後測得分之平均數折線圖... 79 圖 4-2-1 「資訊科技融入奈米教學意見調查表」得分長條圖... 92 圖 4-3-1 「奈米科技學習知覺調查表」得分長條圖... 97

(10)

第壹章 緒論

第一節 研究背景與動機

西元1959年,物理學家費曼,在一場演講之中,預測人類的科技發展,即將 邁向前所未聞的微小尺吋。而廿一世紀的今日,奈米科技產物已成為生活的一部 份,從奶粉、衣服、電燈、冰箱,到機車、化妝品、馬桶、醫療用品……等,奈 米產品已融入我們日常生活的食衣住行育樂之中,而「奈米」二字,也成為了高 品質、高科技的代名詞。 但對一般人而言,奈米是新鮮的名詞,對小學生而言,奈米更是一個陌生的 名詞,除了平時看電視商品廣告時,偶爾會聽到「奈米科技」四個字之外,多數 人對「奈米科技」的意義所知甚少,大部份的小學生對「奈米科技」的意義更是 一無所知。市面上愈來愈多的商品,打著奈米科技,希望能博取消費者的青睞, 但是否真為奈米科技產品,一般消費者卻難辨真偽;所以,增進全民對奈米科技 的瞭解,的確有其必要性。 推動奈米k-12的負責人吳政忠(2004)認為,奈米產業估計在未來15~20年 間會爆發,除了人才培育外,所有人民具備相關的基本概念也很重要,他並不主 張小學生學太深入的奈米知識,只要讓小學生了解奈米的基本概念,在遊戲當中 融入奈米就夠了,「奈米比較抽象,讓小學生們從遊戲中去想像,在那麼小的世 界中還有那麼多的現象。」這樣的投資是必須的,「這批人經過20年後,等他上 了大學後去學奈米,一個人少學10分鐘,2000萬人就節省多少時間了。可是那時 若是奈米產業革命剛好爆發,每個人才來學,成本就會很大。」因此,如果能由 小學就開始紮根,將可得到事半功倍的效果。

(11)

在介觀的奈米尺度下,物質所呈現的性質和我們所熟悉的巨觀世界有著截然 不同的特性;譬如:蓮花花瓣表面的奈米結構使其出於泥而不染,鮭魚身上的奈 米級磁性粒子使牠能在每年繁殖季節時,找到回家的路;雖然奈米科技產品和自 然界的奈米現象就在我們的身邊,但對習慣於巨觀觀察的小學生而言,要理解介 觀尺度下的奈米世界,實為不易。如能找到有效的教學方法及輔助工具,將有助 於國家未來的主人翁瞭解大自然、生活與奈米科技發展的關係。 陳明溥和顏榮泉(2000)指出,電腦在二十紀為世界帶來了知識革命,改變社 會進步的方式和步調,面對急遽變化的科技社會,一個人賴以生存的職業技能很 可能是在他學習的黃金時期中所尚未出現的。在這樣的時代背景中,人與知識的 關係、以及運用知識的方式是否應該有所調整,常是教育研究者深思的議題。未 來世界一日千里,在知識爆炸的時代,想要教導我們現在的學生,適應未來的世 界,光靠過去的知識是不夠的,不只學習內容的改變、學習方式也要跟著改變。 利用科技可增進學習資源的廣度、深度及變化性,且能提供學習者親自參與 之經歷與臨場感,並有助於增進其參與感及學習動機,因此是支援情境學習之有 利因素。根據Santangelo & Guy (2004)的研究發現:「教學科技,例如電腦, 可提供教師及學生令人興奮的工具 ,來幫忙進行科學的探究與瞭解科學的知 識」;而我國在九年一貫的課程目標中也明訂:「運用科技與資訊的能力、激發 主動探索和研究的精神、培養獨立思考問題、解決問題的能力為現階段學校教育 的目標」;在九年一貫重大議題(教育部,2003)的資訊教育課程目標也提到,資 訊教育旨在培養學生創造思考、問題解決、溝通合作的能力,以及終身學習的態 度,培養學生了解資訊與日常生活的關係及以資訊知能作為擴展學習與溝通習慣 之教育目標。 根據洪昭榮(1992)對電腦輔助教學軟體在介面設計上的研究,他認為圖形與 文字運用於認知增強的反應如下:「在視覺的效果上,圖形比文字好,而動態圖 形通常又比靜態圖形好,因此電腦版面的設計,宜盡量採用動態呈現的效果,能 有效提高學生在學習上的刺激源」。而要在小學中教導學生無法利用觀察來理解 的奈米科技介觀世界,如能利用資訊科技作為教學工具 ,將介觀世界的奈米尺 度,轉為可觀察的巨觀尺度,將有助於學生對奈米科技的認知與理解;是以研究 者利用電腦圖片、文字說明,再加上生動的影音、動畫來輔助教學,希望能藉此

(12)

幫助學生理解奈米世界的物質特性與現象。 研究者在探討資訊科技融入教學的研究文獻中,發現之前大部份的研究都聚 焦在比較傳統的教學和資訊科技融入教學之間的差異(李國海,2002;饒世妙, 2002);只有少量研究的例子在探究不同的資訊科技融入教學方式對學生學習成 效的影響(Chang, 2003;張俊彥、董家莒,2000);為使本研究能較具開創性 與研究價值,因此本研究的問題是定位在「教師指導的資訊科技融入教學」和「學 生主控的資訊科技融入教學」結果之比較,以及國小學生對奈米科技學習之知覺。

(13)

第二節 研究目的與問題

本研究目的在於利用資訊科技幫助國小學生學習奈米科技,並探討:「資訊 科技融入方式與性別對學生奈米科技概念學習成效之影響」、「學生對資訊科技 融入奈米科技教學的看法」以及「學生對奈米科技學習之知覺」,基於以上目的, 而擬定本研究之待答問題如下: 一、接受不同資訊科技融入方式的學生在奈米科技概念學習成效檢測題得分是 否有差異? 二、不同性別的學生在奈米科技概念學習成效檢測題得分是否有差異? 三、資訊科技融入方式與性別對學生奈米科技概念學習成效是否有交互影響? 四、學生對資訊科技融入奈米科技教學的看法。 五、學生接受奈米科技教學後,對自然、生活與奈米科技發展關係之知覺為何?

(14)

第三節 名詞定義

壹、資訊科技融入教學

資訊科技融入教學的意義,簡而言之,即是教師教學時配合授課內容,以資 訊科技為工具而進行教學。本研究所指的資訊科技融入教學,是指教師利用資訊 科技,如電腦、投影設備等硬體設施,並配合教學所用之軟體教材、有效地達成 教學目標。

貳、學習成效

本研究指的學習成效是指學生在研究者自編的「奈米科技概念學習成效檢測 題」所得成績,分數越高表示奈米科技概念學習成效越好。

參、奈米科技學習知覺

知覺是指個體認出(recognize)、組織(organize),並理解(make sense) 在環境中所得到的訊息;本研究所指的奈米科技學習知覺,是指學生在學習奈米 科技相關概念後,學生所查覺到「對奈米科技課程」、「對學習奈米科技相關知 識」、「對奈米科技發展與自然界關係」以及「對奈米科技發展與生活之間關係」 的體認與理解。

(15)

第四節 研究範圍與限制

本研究受限於人力、時間等因素,造成本研究之研究限制,本節將就本研究 之範圍與限制做界定與說明:

壹、教學媒體

本研究所用之「奈米科技多媒體教材」,受限於時間和人力的關係,所採用 之內容中,有一部份為網路上合法授權下載作為教學用之影音、圖片、動畫、文 字等檔案,再由作者針對欲教學之內容不足的部份自行製作教學檔案加以補充, 研究所得到的結果可能會因教學媒體內容不同而有所差異。

貳、研究對象

本研究是以苗栗縣某國民小學六年級學生為研究對象,所得結果會因學生年 級不同而有所差異,不宜過度推論到其它對象。

參、教學時間

本研究以資訊科技融入「奈米科技」進行教學,教學時間共四節課(不含施 測時間),其結果可能會因教學時間的長短而有所不同。

(16)

第貳章 文獻探討

本章分為三節:第一節為資訊科技融入教學;第二節為認知學習理論;第三 節為奈米科技。

第一節 資訊科技融入教學

由於資訊科技的快速發展與迅速普及,對於教育產生相當大的衝擊,為了要 培育未來的主人翁能適應資訊時代的生活,必需培養國民的資訊素養與運用資訊 科技的能力。因此,在九年一貫(教育部,2002b)課程,不但將「運用科技與 資訊」的能力列入「自然與科技」學習領域之中,也列為國民教育階段所要培養 的十項基本能力之一,並且將「資訊教育」列為六項重大議題之一。 蕭惠君、邱貴發(1998)認為雖然九年一貫課程中非常重視資訊教育,但並 不將資訊科技獨立成一個學科來教學,而是強調融入於各學習領域中,使得資訊 科技成為一個跨領域、跨學科的重要主題。而世界各先進國家,如美國、加拿大、 日本、新加坡等,均是朝這個方向規劃資訊教育。王全世(2000a)指出,「資 訊科技融入教學」不但是國內未來教學的新型態,亦是全球未來教學的新趨勢。

壹、「資訊科技」的定義

中央研究院謝清俊教授將資訊科技定義為「利用數位電子媒介所發展出的新 系統或新的傳播方式」,所以資訊科技簡單的說就是電腦的使用,包括電腦簡報 的展示、電腦輔助教學軟體的運用、網際網路資源的使用等。

貳、「資訊科技融入教學」的內涵

(17)

徐新逸、吳佩謹(2002)指出,資訊科技融入教學的「資訊科技」是指電腦 多媒體或網路科技,這些媒體科技具有數位化、影音聲光多種刺激、易於存取、 快速處理、便於溝通等功能,而「融入」一詞,就是教學應用等意思,也就是成 為教學工具,資訊融入教學的意義,簡而言之,即是教師教學時配合授課內容與 教學策略所需應用電腦多媒體網路的特性,將資訊科技視為教學工具。因此,資 訊融入教學不只是教師會用電腦,更精準的說法,應該是教師會用電腦來更有效 的達成教學目標。王全世(2000a)認為,資訊科技融入教學就是將資訊科技融 入於課程、教材與教學中,讓資訊科技成為師生一項不可或缺的教學工具與學習 工具,使得資訊科技的使用成為在教室日常教學活動的一部分,並且能延伸地視 資訊科技為一個方法或一種程序,在任何時間任何地點來尋找問題的解答。因 此,教師若能運用資訊科技於課堂教學上或課後活動中,則可培養學生「運用科 技與資訊」的能力和「主動探索與研究」的精神,並進一步養成學生「獨立思考 與解決問題」的能力。 王全世(2000a)分析國內外文獻,發現資訊科技融入教學在國內雖然是近 幾年才興起的名詞,但是在西方先進國家,如美國,科技呈現在幼稚園到高中的 教室中已經超過十年,許多教師已經主動地使用科技與有效教學策略來將科技整 合於他們的課程中。國外的專家學者常用電腦整合教學或科技整合來強調資訊科 技運用在教學的重要性,以及如何使用資訊科技於課程與教室中,並且將科技整 合列為課程統整的一項重要主題。雖然電腦、資訊科技、與科技這三個名詞所包 含的範圍不同(如圖 2-1-1 ),但是它們在融入教學的內涵中,主要都是指電 腦與網路相關科技。 圖 2-1-1 電腦、資訊科技、與科技的範圍(王全世,2000a) 科技 資訊科技 電腦

(18)

王全世(2000a)分析許多研究發現,實施資訊科技融入教學之後,教學的 型態會有所轉變。教師不再是教學活動的主角,教師教什麼,學生就學什麼,而 是扮演著引導者、輔助者、咨詢者的角色;學生轉變為教學活動的中心,可以適 度地決定自己所要學習的內容與進度。除了師生角色的轉變之外,所設計的課 程、教材、教學策略均會有所轉變,從以學科為中心的分科課程到以學生為中心 的統整課程;從以學科為體系的循序式教材到以問題為基礎的生活化教材;從講 授式的教學策略到建構式的教學策略。因此,在以學生為中心的教學活動,採用 建構式的教學策略,最能成功地實施資訊科技融入教學。 資訊融入教學是現今教學科技的發展趨勢,其發展始於資訊素養技能的培 育,電腦輔助教學到資訊融入教學。Jonassen (1996) 曾以mindtools說明教學 科技有三層次的應用,分別是「學電腦知識 (learning about computer) 」、 「從電腦學知識 (learning from computer) 」、「用電腦學知識 (learning with computer) 」。Jonassen 對電腦三層次的應用,對應到我國資訊教育的發展分 別是資訊概論、電腦輔助教學、與資訊融入教學;配合著網際網路與通訊科技科 技的發展、電腦科技、軟體設備、技術的快速進步,可以預見的是,資訊教育將 是現今教育與教學中的必要元素。徐新逸和吳佩謹(2002)認為在教學科技理論 的發展也支持未來學習模式朝向「資訊融入教學」的方向之同時,資訊融入學習 領域應是未來主流的學習方式。 Kochtanek 和 Hein(2000)認為「資訊科技融入教學」是指掌握資訊科技 的特質,創造深度學習以提昇學習者的心智能力。陳德懷(2002)指出近年來, 由於資訊科技不斷的進步,使得各種教育理念受到了極大的衝擊。利用電腦及網 際網路進行電腦輔助教學、電腦輔助學習、線上學習、電子化學習、以及數位學 習的風氣逐漸興盛,且日益受到國內外教育單位的重視及推廣。各國政府無不致 力於電腦科技的提昇,並將此視為是教育改革的關鍵。政府與國立中央大學等學 府,合作創設亞卓市,努力營造虛擬的數位學習社會,並逐步完成補助各國民中 小學電腦教室軟硬體設備,建置全國及縣市資訊化校園環境。而行政院國家科學 委員會更是於九十一年一月十五日,正式以40億元的金額,通過「數位學習國家 型科技計畫」,在在都顯示台灣已邁向新紀元的知識學習方式。不難預料,傳統

(19)

教育將產生巨大的變革,該塑造何種新型態的教育環境,以提供學習者充分適應 並從中學習,以及該如何有效學習,即為二十一世紀資訊社會的重要議題。

參、資訊科技融入教學的目的

從資訊科技融入教學的意義與內涵中可以了解,資訊科技融入教學的目的應 該有下列三個: 一、培養學生的資訊素養 資訊時代中,國民具有足夠的資訊素養是相當重要的。王全世(2000b)提 出,資訊科技融入教學之後,國民教育將不再有電腦課,資訊科技成為非資訊科 技學科內容不可缺少的一部分,電腦相關的知識與技能必需從資訊科技融入教學 中獲得。要讓學生學得基本的電腦知識與技能,並不是刻意地騰出一些時間,專 門來教學生電腦,這樣是不符合資訊科技融入教學的意義與精神的。最好的方式 是,利用當時的課程與教學情境來教學生所需要而且會立即用到的電腦知識與技 能,這樣不但有學習動機,也能學中做、做中學,立即運用電腦這項工具來增進 學習。如此一來,資訊科技才算是真正融入教學。 二、培養學生運用科技與資訊的能力 運用科技與資訊的能力是國民教育所要培養的十項基本能力之一,為了要培 養這項能力,學生要能將電腦視為平常的工具,普遍應用電腦於學習中。為了要 使學生能視電腦為學習工具,則必需實施資訊科技融入教學,讓學生平常上課都 能接觸到資訊科技,使用資訊科技來進行學習活動,這樣,學生才能自然地、自 信地於使用資訊科技來解決問題,進而培養其運用資訊科技的能力 (王全世, 2000a)。 三、提升教學品質與學習成效 未來世界一日千里,在知識爆炸的時代,想要教導我們現在的學生,適應未 來的世界,光靠過去的知識是不夠的,不只學習內容的改變、學習方式也要跟著 改變。王全世(2000a)認為將資訊科技整合於教學時,教師很難再用傳統的講 授式教學來教學生,而是會趨向建構式的教學策略;學生則不再是被動地聽教師

(20)

講解,而必須主動地使用資訊科技來建構自己的知識,完成自己的目標。因此, 由於資訊科技的特性,可以使傳統的教學型態轉變,提升教學的品質,使教學達 到最佳化;也可以使學習活動豐富,刺激學生的創造力,培養學生批判思考的能 力,進而提升學生的學習成效。 韓善民(1998)認為學校師生能普遍應用電腦於教學或學習,以提昇教學品 質及學習成果,才是資訊教育基礎建設之終極目標,也就是說,將電腦融入各學 科教學是教育部推動資訊教學的最終目標。王全世(2000a)也認為,推動資訊 科技融入教學不但符合資訊教育的最終目標 ,也順應了全球的趨勢與世界的潮 流,更對教學的革新與教育的改革帶來了另一個希望。

肆、為何要使用資訊科技融入教學

一、配合教育部的教育政策 劉兆漢、黃興燦(2002)指出,近年來我國教育部在資訊科技相關之工作推 動上亦不遺餘力,目前已積極進行「網路學習發展計畫」和「資訊教育基礎建設 計畫」均有卓越的成效。另外,民國九十一年一月十五日,行政院國科會通過「數 位學習國家型科技計畫」,將在未來五年內投入四十億元進行此項計畫。「數位 學習」在此計畫中指的是以數位工具,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;希望藉由數位學習工具的研發、數位學習網路環境的 建置、數位教材內容的製作、以及數位學習活動的設計等,推動全民數位學習﹔ 使得我國成為「學習型社會」,進而營造一個「優質數位化社會」的環境,以利 提昇知識經濟時代的國家整體競爭力。 「建構全民網路教育,建立終身學習的社會」是行政院於2002年提出的挑戰 2008國家發展重點計畫的四大主軸之一;因此,建立E世代終身學習的社會環境 將成為十大重點投資計畫的策略,資訊科技融入教學則是「建構全民網路學習系 統」之重點。 二、依據九年一貫課程綱要 我國教育部明訂﹕「資訊教育」旨在培養學生資訊擷取、應用與分析的能力, 更要養成學生創造思考、問題解決、溝通合作,與終身學習的能力,以發展健全

(21)

的國民。教育部在2002年出版的國民中小學九年一貫課程綱要-自然與生活科技 學習領域中提到,「科學課程」是學校科學教育落實到教學的藍圖,應具有前瞻 性、合目的性及可行性,且必須要目標明確、內容合適、實施策略合理可行及配 套措施完善。在檢討目前科學教學的問題之後,建議強化並落實以學生學習為主 體之科學教學的相關應用與研究;加強並落實網路輔助科學教學。 依據九年一貫課程綱要-重大議題(教育部,2002b)的規劃,各學習領域 應使用電腦為輔助學習之工具,以擴展各領域的學習並提升學生研究的能力。為 便於各學習領域的整合應用資訊,宜將各領域所共同需要的基本資訊技能及其學 習時間,做一詳實的規劃,以使所有的學生均有機會習得基本資訊知識與技能, 以為各領域應用資訊的基礎。 九年一貫課程重視「運用科技與資訊」能力的培養:在自然科學的教學中, 儘量以日常生活的事例作為切入的問題,來進行探討的活動,運用各類的媒體獲 得相關的資料,由解決這類問題的過程中獲得相關技能的學習及資訊的運用能 力。「科學課程」是學校科學教育落實到教學的藍圖,應具有前瞻性、合目的性 及可行性,且必須要目標明確、內容合適、實施策略合理可行及配套措施完善。 在檢討目前科學教學的問題之後,建議強化並落實以學生學習為主體之科學教學 的相關應用與研究;加強並落實網路輔助科學教學。 下表為九年一貫自然與生活科技領域中「運用科技與資訊」能力的培養在各 學習階段之能力指標。

(22)

表 2-1-1 自然與生活科技領域「運用科技與資訊」能力的培養在各學習階段之 能力指標 運用科技與資訊能力的培養 各學習階段之能力指標 1a 養成善用五官觀察,獲得資訊的習慣 1b 學習操作各種簡單儀器 【6-1-2-1】【6-1-2-2】 2a 嘗試運用由各類媒體所收集到的資訊 2b 瞭解電腦功能並會基本操作使用 2c 能安全妥善的使用日常生活中的器具 【1-2-2-2】【5-2-2-2】 【6-2-1-1】【6-2-1-2】 【6-2-1-3】 3a 能應用電腦、網路收集及選擇相關資料、撰寫 報告 3b 能由生活中的種種,察覺問題,獲得知識 3c 能應用科學知識與技術解決生活中的問題 3d 瞭解電腦網路概念及應用來搜尋資料 【4-3-1-1】【6-3-1-2】 【6-3-1-4】 4a 能利用電腦、網路收集資料、處理資料、撰寫 報告 4b 能妥善應用科學知識與技術,以解決衣、食、 住、行等日常生活的問題 4c 具備對電腦硬體軟體設施、輸出輸入運作之基 本認識 4d 能整合應用電腦相關設備,做資訊的溝通與傳 輸 【1-4-3-1】【1-4-3-2】 【1-4-4-1】【5-4-2-1】 【6-4-1-1】【6-4-1-2】 【6-4-1-3】【6-4-1-4】 【6-4-1-5】【6-4-1-6】 資料來源:教育部國民中小學九年一貫課程綱要-重大議題、自然與生活科技 (2002)。

(23)

三、因應時代發展、順應世界潮流,使用現代化工具

根據美國國家科學教育標準(Grafik & Alexandria, 1996)技能指標五(三~ 五年級)指出,學生應有使用技術工具(例如:多媒體、圖像、網頁工具、數位 相機、掃描器),獨力及合作撰寫、表達和出版在課堂上及課外創造知識能力的 活動。根據美國國家教育技術標準標準三提到:學生使用科技工具能加強學習, 增加生產力,提升創造力;標準四也提到:學生使用各種不同的工具和格式去表 達 資 訊 和 想 法 讓 多 數 的 讀 者 印 象 深 刻 。 (ISTE 2000;引 自Santangelo & Guy, 2004)。培養每個國民具備數位學習知識與應用能力,已成為各國教育發展的重 點,因此,各國紛紛推行相關的資訊教育計畫,以為其國家邁向二十一世紀的發 展奠基。

伍、資訊科技融入教學的重心

資訊科技融入教學的重心與焦點應在「教學」而非「資訊科技」;也就是說, 資訊科技融入教學並非在其他領域的課程中來上與這個課程無相關的電腦課 程,或無助於教學與學習的電腦內容。資訊科技融入教學所強調的是整體的、整 合性的,與課程、教學密不可分,若能讓資訊科技的使用成為日常教學與學習的 一部分,將資訊科技視為平常教學與學習的工具,這時資訊科技就已經成功地融 入教學。王全世(2000a)將上述的闡釋加以整理,認為「資訊科技融入教學」 應該至少具有下列三點概念: 一、 資訊科技應與其他的領域充分整合,整合於課程、教材與教學活動中。 二、 資訊科技應被視為一項不可或缺的教學工具與學習工具,就像教師手中的 粉筆與黑板;學生手中的紙與筆。 三、 資訊科技融入教學的焦點是在教學,不是資訊科技。 王全世(2000a)認為資訊科技要成功地融入教學,是不可能一蹴可幾的, 這項龐大複雜的工程是需要時間來完成的。教師需要時間來學習,從認知、嘗試、 討論、觀摩、合作,到熟練成功;學校需要時間來發展資訊科技融入教學的課程,

(24)

從齊一課程到學校本位課程;教育相關單位也需要時間來布置具有資訊科技的教 學環境,從電腦教室到教室電腦,從CAI軟體到教學網站。再者,經費、教育訓 練、資源、與支援等也都需要配合,才有可能成功。然而,全體教師與教育相關 人員若能對資訊科技融入教學有正確清晰的概念,不就是向前邁出了成功的第一 步。

陸、資訊融入教學的教材範圍及使用要點

一、資訊融入教學的教材範圍 張國恩(1999)認為適用於資訊融入教學的教材範圍須具有下列特性: (一) 抽象化的教材轉成視覺化的教材,能提昇學童的學習動機和學習效果。 (二) 需要培育從事實物演練的經驗,如模擬飛行軟體。 (三) 學校無法提供解決問題的環境,網際網路所提供的多樣化資料庫將有助於 幫助學生完成學習活動。 (四) 學校所欠缺老師的一些學科,可以利用遠距教學使學生接受較完整的課 程。 (五) 引導學生學習動機,結合文字、圖片、動畫、音效等的教材展現較能引起 學童的學習動機。 (六) 自我診斷及自我評量,利用電腦線上評量或診斷系統可減輕教師負擔,也 可得到學童質的診斷結果。 二、資訊融入教學的使用要點 選擇適合的教材後,在設計資訊科技融入教學時仍應注意下列要點: (一) 需求性:教材內容確實有其需要時。 (二) 可行性:所使用的電腦資源在學校現有的環境下必須能實行。 (三) 符合學習理論:必須能有效提升學習效果。 (四) 原始學科教材的結合程度:與原始學科教材的差異不能太大,否則在實施 教學時會造成認知負載過重。

(25)

柒、影響資訊科技融入教學的因素

以下針對影響資訊科技融入教學的三大主要因素分別說明如下: 一、學生方面

實施網路教學時,學生會被貼在網路上的假資訊引入歧途,會因無法輕鬆地 找出特定資料的無力感累積而受挫 ,會被個別網頁上不同的引導形式困惑。 (Hoffman, Wu, Krajcik & Soloway, 2004)

學童對於電腦使用的相關議題和倫理規範,如電腦病毒、安全性、複製版權 等並不清楚,對於磁碟工具的使用,如軟碟機、鍵盤上特殊鍵的認識與使用及中、 英文的輸入、光碟機資料的取用、電腦檔案的儲存並不熟悉,對於軟體、硬體、 週邊設備的分類與定義亦無法明確的界定;趙貞怡(2003)在研究報告中建議, 教師除了教授學科的內容外,應加強介紹學童該如何學,才能學得更好、更快的 各種學習策略,好使學童在數位學習過程中,能適時的運用這些策略幫助自我的 學習。而且,學童對於電腦使用的相關議題和倫理規範,如電腦病毒、安全性、 複製版權等並不清楚會引起相關的安全問題,也有待教師的指導以解決。 二、師資方面 我們現在生活在一個數位化科技的網路時代,隨著科技的日新月異,網路輔 助學習已是科學教學的新趨勢之一,但國內中小學科學教師使用網路輔助教學的 能力仍有改善的空間。例如有些老師並不知道如何使用這些工具,或者學校的軟 硬體設施不夠充足,所以在這方面的推行有待加強。 教育部出版的科學教育白皮書(2002)提到目前仍有科學教師尚未使用網路 輔助學習,因此需要有進修的管道來宣導網路使用。而已接觸網路輔助科學教學 的老師,仍需進一步了解如何發揮網路的特長以及認識更多的網路資源,以適切 輔助教學,並體認其在學習上之限制。另一方面,應研議強制教師參加網路輔助 教學研習,以充實教師在這方面的知能。教育部及相關師資培育機構,應利用各 種管道加強科學教師適切的使用網路輔助教學的能力。在科學教學實務的未來展 望,近期目標為培養科學教師使用網路輔助教學的能力,近期內應向科學教師推 廣網路教學的應用,利用最現代化的工具,有效輔助科學教學。

(26)

科學教育白皮書(2002)亦建議教育部及相關師資培育機構,應利用各種管 道加強科學教師適切的使用網路輔助教學的能力。在科學教學實務的未來展望, 近期目標為培養科學教師使用網路輔助教學的能力,近期內應向科學教師推廣網 路教學的應用,利用最現代化的工具,有效輔助科學教學。 三、設備方面: 在班級中實施數位學習的規畫時,牽涉到電腦教室的時間表,確定適當的地 點、網頁資源和分配學生的組別,會形成實施資訊科技融入教學的限制或阻力 (Santangelo & Guy, 2004)。

科學教育白皮書(2002)長程展望則提到建構科學教學共享之網路平台:政 府應建立人性化且使用簡易之教學平台,以供科學教師廣泛運用,以網路輔助教 學的願景也才得以實現。

捌、資訊科技融入教學的實徵性研究

一、「教師指導的電腦輔助教學」與「學生自行控制的電腦輔助教學」成效之 比較 在張俊彥(Chang,2003)的「地球科學教學:我們應該在中學實施教師指導 或學生控制的電腦輔助教學呢?」研究中,以232個南投地區的高一學生為參與 對象(六班,每班約40人)。隨機分配為教師指導的電腦輔助教學和學生主控的 電腦輔助教學。接受教師指導的電腦輔助教學組,在課堂上,強調直接的指導和 授課,聚焦在老師和學生,學生和學生之間討論。由教師在教室中以大銀幕播放 資訊多媒體內容,並配合教師授課、解釋重要概念、師生討論,關鍵在於提供學 生清楚和詳細的解釋。學生自行操控的電腦輔助教學組,學生在電腦教室中使用 個人電腦自由的進出各個學習區塊,自行主控電腦,依自己的步調學習,掌控學 習進度,獲得自己關於奈米科技的知識和理解。研究結果發現,教師指導的電腦 輔助教學組學生比學生自行操控的電腦輔助教學組學生在「地球科學成就測驗」 有較高的學習成就 ,效果達顯著,且能幫助學生在知識理解上提高到更高的層 次;研究結論中提到有系統組織的教學更能幫助學生理解和掌握科學的知識和概 念;且接受教師指導的電腦輔助教學,師生有較佳的互動和討論是學生個人學習

(27)

所無法達到的。 二、「問題解決」與「無問題解決」電腦輔助教學成效比較 張俊彥和董家莒(2000)研發以「問題解決」為基礎之電腦輔助教學軟體, 並探究此教學軟體的成效。研究中以「呈現問題、計畫解決途徑、資料與資訊的 蒐集儲存整理、執行計畫」四個問題解決步驟來發展教學軟體,並以中部某國立 高中正接受地球科學課程的高一學生為研究對象,有效樣本共 155 名學生。研 究工具包括土石流單元成就測驗、對地球科學態度問卷、以及電腦教學軟體使用 意見調查表。研究設計採用實驗研究法之等組前後測設計,亦即將學生分為接受 「問題解決」為基礎之電腦輔助教學組與接受「無問題解決」為基礎之電腦輔助 教學組,在施以前測後即進行兩節課的電腦輔助教學,教學軟體中包含有六個主 要的學習區,並以程式記錄學生的學習路徑與時間,教學結束後實施後測與八週 後 實 施 的 延 宕 測 驗 , 資 料 分 析 方 面 則 採 用SPSS 10.0版軟 體 做變異 數 分析法 (ANOVA)及共變數分析法(ANCOVA)。研究結果顯示:(1)「問題解決為基礎之 電腦輔助教學組」在後測知識層次及後測總分上顯著地優於「無問題解決為基礎 之電腦輔助教學組」;(2) 「問題解決為基礎之電腦輔助教學組」在八週後延宕 測驗的表現上,更由後測時的知識層次提升至理解層次達到顯著地優於「無問題 解決為基礎之電腦輔助教學組」;(3)對地球科學態度及電腦教學軟體使用意見 調查的分析上,兩組學生之間並無顯著差異;(4)「問題解決為基礎之電腦輔助 教學組」在模擬真實情境的「野外考察」學習區所花費的時間,以及具有後設認 知意涵的「折返學習」次數上顯著地高於「無問題解決為基礎之電腦輔助教學 組」。因此,此研究所研發之「問題解決」為基礎的電腦輔助教學軟體,除了有 助於學生在學習成就的表現與認知層次的提升之外,「問題解決」的架構設計亦 可作為未來研發類似地球科學電腦輔助教材的參考。 三、多媒體電腦輔助學習歷程對學生地球科學學習成就之影響 「多媒體電腦輔助學習歷程對學生地球科學學習成就之影響」(董家莒、張 俊彥、蕭建華、戴昌國,2001),研究之目的在研發地球科學之多媒體電腦輔助 學習軟體,並探討學生在學習此軟體各學習區的學習成效,以中部某國立高中接 受地球科學課程的四個班級之高一學生164人為研究對象,研究工具為土石流單

(28)

元成就測驗,其中測驗題又分為知識、理解及應用等三層次,該工具分別在電腦 學習實施前、後及八週後施測。研究者依照學生學習此學習軟體中各學區的時 間,或經歷某步驟的次數來分組,來探討學生學習此軟體的歷程及其對學習成就 的影響。在資料分析方面則採用共變數分析法。研究結果顯示:(1)整體而言,學 生在動態影片之學習區所花費的時間較長;(2)學生長時間的學習「學習軟體內 容」或花費較多時間在模擬真實情境的「野外考察-學習區」,均能顯著地幫助 學生在後測學習成就的表現;(3)長時間的學習較多示意圖的「圖庫-學習區」, 或較多災害照片的「野外考察-學習區」,使學生在後測的理解問題層次幾乎達 到顯著差異;(4)前測成績表現較低的學生,若能長時閒的學習「電腦-學習區」 則在後測理解層次與後測總分上顯著地優於短時間學習此學習區的學生;(5)學 生若經歷「折返學習或驗證過程」亦能顯著地提升其於後測學習成就的表現。因 此,學生若能較長的時間使用本研究所研發之地球科學多媒體電腦輔助學習軟 體,應有助於其學習成就的提升。此外,動態影片、真實情境模擬、折返學習與 驗證過程的架構設計及其效益,亦可作為未來研發類似地球科學多媒體電腦輔助 學習軟體的參考。 四、資訊融入國小自然科教學對學習成就與態度影響之研究 饒世妙(2002)以苗栗縣某國民小學六年級二個班級68名學生為研究對象, 實驗組34人,接受資訊科技融入自然科教學;控制組34人接受傳統無資訊科技融 入教學,探討接受不同教學法學生在自然科學習成就測驗表現之結果,在進行教 學實驗前先進行「自然科單元學習成就測驗」、「自然科學態度量表」前測作為 共變項,其後對實驗組進行資訊科技融入教學,控制組採不使用資訊科技融入的 教學方式,每單元教學前實施成就測驗前測,教學結束後實施成就測驗後測,連 續進行四個單元。教學實驗結束後實施「自然科學態度量表」後測,並進行學生 對資訊科技融入教學意見調查。研究結果顯示:(1)接受資訊科技融入自然科 教學的學生在「自然科單元學習成就測驗」平均分數優於未接受資訊科技融入自 然科教學的學生平均分數;(2)接受資訊科技融入自然科教學的學生在「自然 科學態度」總量表上平均分數優於未接受資訊科技融入自然科教學的學生平均分 數,達到顯著水準;(3)從問卷中發現大多數學生對資訊科技融入教學方式多

(29)

持正面肯定態度,認為資訊科技的使用可以增進學習效果,提昇學習自然科的學 習態度。 五、電腦輔助教學對於國小四年級學童科學概念學習和科學態度之影響 李國海(2002)以苗栗縣某國民小學四年級四個班級118名學生為研究對象, 實驗組60人,實施電腦輔助教學,控制組58人,實施不使用電腦輔助的傳統教學, 以比較不同教學法對學生自然科學概念學習及自然科學態度之影響。結果發現: (1)由自然科學概念紙筆測驗及晤談的資料顯示,電腦輔助教學組的學生與傳 統教學組的學生在自然科學概念學習上沒有顯著的差異;(2)電腦輔助教學組 的學生與傳統教學組的學生在自然科學態度無顯著差異;(3)不同性別的學生 在接受電腦輔助教學後,男、女學生在「自然科學態度」上的未達顯著水準;(4) 由受試者在「電腦輔助教學意見調查表」中的填答發現,大部分的電腦輔助教學 組的學生對電腦輔助教學多持正面肯定的態度,認為藉由電腦輔助教學可增進其 對於學習內容的理解,而且有助於提昇學生對於自然科學的學習態度。 六、專題式學習 王千倖(2003)採質性教師行動研究之研究法,以「教學媒體」課程為研究 情境,修習該課程的學生為研究參與者,聚焦於「網路同儕教學」活動,透過分 析師生的會談、線上討論內容、學生的學習成果、檢討、分享與回饋問卷,以及 教學研究者的自我反思與批判,探究以「網路同儕教學」建構「網路學習社群」 之教育價值、實務問題及其可行的策略。研究結果顯示:(1)「專題式學習」 促使學習者依據任務需求,主動學習相關知識技能,強化知識應用,使學習不再 只是背誦教科書的內容,而是將知識應用於學習任務的完成;(2)「同儕教導」 可促進學習者既有知識與經驗的精緻化,讓學習者親身體悟「教學媒體」的真正 意涵:「教學媒體不單是媒體的製作,更應掌握媒體特質,選擇適切的展現方式, 使其得以融入教學,方能發揮預期的效能」;(3)「同儕評量與檢討」幫助學 習者從「反思」與「對話」中,建構「教師是教學媒體有效應用的靈魂人物」之 基本概念;(4)透過「群組討論」所營造的溫馨「合作學習」氣氛,有利於「網 路學習社群」的運作,促進「專題式學習」之任務的達成。 七、多媒體創作

(30)

依據Santangelo & Guy (2004) 發表的研究中指出:多媒體創作具有以下功 能:(1)創造溝通的機會和能力;(2)提供應用所學的機會;(3)增加學習 動機;(4)讓學生能主動學習。數位化的影音可以增加學生學習的動機與成效, 創造和指揮學生自己創造的多媒體圖像的興奮感幫助學生喜歡學習物質科學概 念,藉著各種工具的幫助-數位相機、網路、電腦和多媒體圖像軟體-當學生透過 多媒體幻燈片和同學研究、交流物質科學的知識時,他們是學習者也是教學者。 Garthwait & Verrill (2003)也提到科技對學生的學習成就和溝通的影響是很 明顯的,技術使學生容易隨著他們的學習真正的利用他們的學問。 八、情境式網路學習環境互動行為分析 根據許瑛玿、廖桂菁(2003)以台北市立某二所市立高級中學選修地球科學 的社會組高二學生共132人(男生60人、女生72人)為研究對象,探討學生在情 境式網路輔助學習環境中的互動行為。研究發現約六成的學生曾經參與互動討 論,而這些學生在學習成效上的表現也都顯著優於未參與討論的學生。大部分學 生認為網路非同步合作學習是個很好的學習方式與經驗,透過網際網路學生可以 自由表達自己的意見和參考他人不同角度的觀點。晤談資料顯示當學生針對一個 主題提供答案或提出個人解釋時,除了跟先前的知識建立連結外,面對不同觀點 的刺激,學生也會自我反省及再次檢視自己意見。意見回饋調查發現,52.4%的 學生對「學習工具的設置」感到滿意,學生認為線上討論可以讓大家交流不同的 意見,並刺激他們思考進而幫助學習。然而,晤談學生亦顯示少數學生抱怨線上 討論效率差的原因如下:(1)有些討論主題太久或太少人回應或討論中斷;(2) 純文字的討論容易造成線上討論流於聊天的形式。另外,被晤談學生提到老師若 能同時參與線上討論,可以適時引導學生,使得學習更有效率。未來研究若能讓 老師參與學生討論活動,透過提供鷹架支持的功能,營造更有效能的非同步討論 合作學習環境。

玖、資訊科技融入科學教育的評量的方式

因為資訊學習的環境不同於傳統面對面的上課方式,使得教師的評量方式也 受到限制,為使評量方式能以學習者為中心,教師必須改變評量的方式,以配合

(31)

資訊融入的教學方式。王千倖(2003)的研究指出「網路學習社群」既是「學習 者中心」的線上學習型態,評量方式也應以學習者為中心,因此,教師宜運用自 我評量和同儕評量瞭解學習者的學習,促進「網路學習社群」的知性互動。Huba 和 Freed (2000)提到「學習者中心的評量」促使學習者反思學習歷程、技巧 和策略,提昇學習者的後設認知能力,增強學習者對於學習責任和擁有權的覺 知,改善學習品質,強化同儕間的知性互動。 徐 新 逸 、 吳 佩 謹 ( 2002 ) 提 到 將 資 訊 融 入 實 施 評 量 的 方 式 還 有 : 使 用 PowerPoint製作評量的題目以及解答、讓學生從網際網路搜尋資料來完成自己的 作業並上台使用投影機向大家呈現。Santangelo 和 Guy(2004)也提出資訊科 技的技術工具(數位相機、多媒體軟體、網路資源)支援所有學生不同的學習需 求。學生的數位作品也提供教師評鑑學生學習一個實際的意義。

(32)

第二節 認知學習理論

壹、前導組體 (advance organizer)

在布魯納的發現式教學法提出後,講解式教學法常被批評為傳統的、不良 的、抑制學生思考、導致被動學習的教學法。奧素柏極力闢除這種誤解,強調發 現式學習,可能帶給學生無意義的學習,而講解式學習若善加規劃,可提供「有 意義的學習」。 所謂有意義的學習,是指學習者對所學的內容有清楚的意識,對於代表所學 內容的符號有適當的「認知結構」去理解。 奧素柏認為客觀的認知結構是有層級性的,而人的認知結構,必須具備與之 相當的對應。如果學生的認知結構不能呈現這種對應的組織,外界知識被學習 時,就會因內在沒有適當的認知結構去迎接,而無法定錨。為了避免這種現象發 生,老師在教學前,必須提供具有定錨作用的概念組織說明,說明各知識概念間 的關係。 奧素柏基於上述理念,乃主張教學前應先提供具有定錨作用的概念組織說 明,稱為「前導組體」(advance organizer)。他說:「前導組體是先於學習作 業本身呈現的一種引導性材料,它具有比學習作業本身較高的抽象、概括和涵蓋 程度,它的目的在解釋新教材,使新舊學習材料的關聯統整起來。」 「前導組體」的概念提出後,教育工作者都在惴摩它究竟該如何表現。有人 認為在教學前言簡意賅的、提綱契領的引言或一句話就是前導組體,有人認為在 教學前把重要概念之關係,繪成概念組織圖,這概念組織圖就是前導組體。(鍾 聖校,1999)

(33)

貳、概念圖

概念圖是一群學者受到認知論、建構論以及有意義的概念學習論之影響,提 出的一種概念教學策略。這種策略的產生與前述奧素柏先生有密切的關係。依奧 素柏的解釋為:「一個人若對某特殊學科材料有知識,這知識可以從組織良好的 程度、清晰性和穩定性來看。」因此當一個人對某學科有知識,意即對各概念間 的關係有所了解。若概念是有組織的、清晰明確、不模稜兩可,則表示他有某程 度的認知結構。奧素柏理論的後繼者則進一步將此認知結構轉化為概念結構,並 嘗試用各種方式表徵。 概念圖的特點在於它試圖呈現概念學習的本質。欲將一個人所擁有的概念, 以及概念之間的關係,用一種明確的、外顯的表徵方式表達出來。這種表達方式 可以讓教師或是學生,以一種視覺的型態,表現他所了解的知識。概念圖的定義, 依據挪威克及哥溫(Novak & Gowin,1984)的說法,大致為:把概念及概念之間的 關係以介系詞註明,使之形成有層級意義的語義關係網路。在此關係網路中,至 少有兩個或更多的概念標籤,被一些屬於介系詞的字連接起來,產生一個可以區 辨正確或錯誤、恰當或不當的概念結構。

參、概念圖的教學功能

概念圖的教學意義可以從兩方面來說,一個是把它當作學習的策略,一個是 把它當作教學策略。 一、當作學習策略,其優點包括下述幾項: 1. 能夠使學生的概念逐步的分化並得到增強。 2. 由於藉概念圖能夠得到有意義的學習,因此它給予學生的情緒經驗是正向 的。 3. 概念圖能夠提供內發的學習動機。 4. 概念圖能夠幫助學生統整許多看起來是彼此無關、獨立的概念,能夠促進

(34)

學習者明暸概念之間統整、互補的性質。 5. 概念圖能夠兼顧學生情緒的和認知的需要,無論在短期或長期的學習過程 中,會產生良好的影響。 二、在教學方面,概念圖作為一種教學策略,其功能有下列幾點: 1. 可以幫助教師區別學生已經有的概念。 2. 可以幫助教師向同學預告即將要學習的概念。 3. 可以用來在教學歷程中作為討論的對象,讓師生在檢查概念圖中介系詞的 連結。 4. 能夠幫助教師發現學生的迷失或錯誤概念。許多迷失概念的研究,就是採 用概念圖的方法。 5. 概念圖可以用來作為評量的工具。

肆、戴爾的經驗塔

小學自然科學活動,無論從認知發展的理念或學習理論,都強調兒童學習的 直接經驗,美國教育學者戴爾(Edgar Dale)於1994年出版的視聽教學法,曾以一 個錐形體把教學上的基本概念畫出來,他稱為The Cone of Experience,在我國 的教育學者譯作「經驗金字塔」(如圖 2-1-2 ),在科學教學上闡釋最基本學 習途徑,而且也是科學教師對媒體選擇的一般原則。

(35)

圖 2-2-1 戴爾的經驗塔(引自甘漢銧、熊召弟、鍾聖校,1996) 口述 符號 視覺 符號 廣播、 錄音、靜畫 電影 電視 展覽 參觀 示範 演劇經驗 設計經驗 有目的的直接經驗 抽象 觀察 具體 解釋 親身參與

(36)

第三節 奈米科技

壹、奈米科技的定義

奈米 (nanometer; nm) 是一尺度的單位,1 nm = 10-9 m,相當於4個原子直 徑的大小。在邊長為2.5 nm的正方體中約有1,000個原子。半導體製程中,線徑 為0.25 mm的平面,約可排列1百萬個原子。人體中的蛋白質其尺寸大小約在1~ 20 nm之間。若以頭髮為度量單位,則其直徑的千分之一約為10 nm。簡單的說,一 奈米到底有多小哪?不要說人的眼睛看不見,人的手感覺不出來,就連放大鏡、 光學顯微鏡也無法觀察,必須使用電子顯微鏡,才能發現其芳蹤!如果將地球與 一公分多的玻璃珠來作比較的話,當地球縮小至直徑為一公尺的圓球時,則等比 例縮小後的玻璃珠,即約一奈米。 「奈米科技」指的是奈米的「科學」和「技術」。馬遠榮(2002)定義「奈 米科技」為,只要尺寸在0.1奈米至100奈米之間的材料結構的物理化學性質研 究,和這種材料的製造、操縱和量測等技術和儀器的研發,都可稱為奈米的「科 學」和「技術」。在0.1奈米至100奈米的空間,存在的原子和分子均數不多,卻 存在著不同於原子和分子這樣的微觀起點,又不同於現實宏觀物質領域,它正好 介於微觀和宏觀之間,科學家們把它稱之均「介觀物理」。 根據工業技術研究院化學工業研究所(2004)的資料顯示,目前人類科學發 展的尺度探索極限,在極短時間的探測可達10-24 s,相當於光通過一原子核所需 的時間。極長時間則可達宇宙年齡的1018 s。在尺度大小上,一原子核的半徑10-15 m及宇宙的邊緣1027 m,則是目前已知的空間極限。在這物質所構成的世界裡,微 米以上的巨觀世界,物質所呈現的是物體的連續性質;而在奈米以下的原子、分 子及電子空間中,則呈現不連續特定能階的量子效應;介於其中的奈米介觀世界 (0.1 nm~100 nm) ,物質的性質是一片尚待開拓的蠻荒處女地,充滿著驚奇、特 異的未知。廣義而言,奈米技術是指處理具有下列特徵之材料或系統的技術: (1) 至少有一維物質尺度介於0.1~100 nm; (2) 經由程序的設計能控制分子尺度結

(37)

構的物理與化學屬性; (3) 奈米尺寸的物質可結合形成較大尺度的結構; (4) 物質透過奈米結構可得到優異的電性質、機械性質、化學性質、光學性質及生化 性質等,均為奈米科技發展中重要的一環。

貳、奈米科技的起源

「奈米科技之父」費曼博士,於一九五九年在加州理工學院對美國物理學會 發 表 的 著 名 演 講: 「 底 部 還 有 很 大 空 間 (There’s Plenty of Room at the Bottom) 」(費曼,1959/2001),即已提出先知性的預言,預測人類的科技發 展,即將邁向前所未聞的微小尺寸發展。演講中費曼談到,如何把整部<大英百 科全書>印到一樣普通大頭針的「大頭」上,如何把有生命和無生命物體的尺寸, 以驚人的幅度大大的縮小,以及如何去潤滑一部比這頁書上的句點還小的機器; 費曼想像:人類可以設計出一個普通尺寸的機器手臂,利用機器手臂來製造體積 較小的機器手臂,利用體積較小的機器手臂再製造體積更小的機器手臂,就這樣 一次又一次的縮小機器的尺寸,最後甚至可以發展出小到可以操控及重新安排原 子的機器,以至最後可以造人的意志來排列、重組原子,如此不只可以幫助生物 學家及化學家做更進一步的研究,更將可使人類的生活提升到新的境界。費曼博 士在這場演講之中,詳細的預測到數十年後,科技界才開始發展的微尺化運動。 在距離費曼先生的經典演說後二十多年後,令人振奮的消息從 IBM 位於瑞 士 蘇 黎 世 的 實 驗 室 傳 來 , 那 是 在 1981 年 , 賓 伊 (Gerd Binning) 與 勞 爾 (Heinrich Rohrer) 成功發明出掃描穿隧式顯微鏡 STM (Scanning Tunneling Microscope) ,此儀器利用一根探針的針尖來探測物體表面形貌,可輕易觀測到 表面原子的排列。 1990 年 ,IBM 在位於美國聖荷西 (San Jose) 的研究中心 Almaden Research Center ,由艾格 (Donald M. Eigler) 與其他研究人員,在 超真空與液氮溫度 (4.2K=-268.8℃) 的環境下,利用 STM 成功地將氙原子拖 曳移動,並以 35 個氙原子排列出「IBM」字樣;這次突破性的實驗,得到前所 未有的注目,因為這是人類第一次操控原子,也是科學史上重要的一日,因為這 些充滿熱情的科學家的付出,今日奈米科技的歷史新頁得以開啟。

(38)

參、奈米科技的重要意義

馬遠榮(2002)認為地球資源有限,奈米科技能有效運用和保護環境的種種 優點,在未來將扮演重要的角色。以奈米技術製造的元件會比現今大體積的元件 更具環保、省電和高效率,這些優點和其它產業結合也將會激發廿一世紀新興產 業的興起,如同以往數波工業革命,奈米科技將在世界各地引發另一波的產業再 造。而最重要的影響是奈米科技將不同以往的工業或產業革命,不會因為追求經 濟或產業的成長而犧牲環保,經濟成長和環境保護是可以並行不悖的。若說奈米 科技也是一場綠色工業革命,可說並不為過。 1996年諾貝爾化學獎得主Smalley於1999年美國參議院奈米科技聽證會上強 調:「奈米科技對未來人類健康及生活福祉之貢獻,絕對不亞於本世紀電子產品、 醫學影像、電腦輔助工程、人造高分子材料的總合貢獻」,可見奈米科技對未來 科技發展是多麼重要的。 若真的奈米時代來臨,對人類具有何重要意義?這可由改變世界的幾次工業 革命來看,就可知奈米科技的重要性了。第一次是十八世紀初的「機器化」革命 (蒸汽機的發明),機器取代人力,提高勞動效率,降低生產成本,改變生產結 構。第二次是十九世紀末的「電氣化」革命(電的發明),以內燃機及發電機取 代蒸汽機,電力成為現代文明的主要能源,支配整個社會經濟生活的脈動。第三 次是廿世紀中後期的「資訊化」革命(電腦的發明),改變了資訊傳遞的技術和 效率,文明的演變過程更加快速、猛烈。在人口急劇成長、地球資源日益短少的 情況下,輕、薄、短、小,和多功能的電腦和家電用品,成為大家的最愛;原有 的化工,電子、光電、電機、生物、醫學等領域,將產生全新的面貌;體積小、 傳輸高的新一代產品,正將我們推向另一波工業革命的高潮-奈米科技;它將會 是史上的第四波工業革命(馬遠榮,2002)。 國科會在「奈米科技交流會」上以「尺寸與技術」描繪出人類社會的發展階 段:(1)農業時代-cm(公分),農業工具;(2)工業革命-mm(毫米),機械設 備;(3)微電子時代-μm(微米),IC電子元件;(4)二十一世紀-nm(奈米), 分子技術;由此亦可知奈米科技對人類發展的重要性。

(39)

肆、自然界的奈米現象

奈米現象長久以來即存在於自然界中,這些典範帶給奈米科技及其應用很大 的啟示。最有名的例子就是所謂的「蓮花效應」 (Lotus effect) 。蓮花之所以 出淤泥而不染,水珠在蓮葉上不會散開的奧祕,就在於蓮葉表面上精密的奈米結 構。另外,像蜜蜂、鴿子、鮭魚等與有辨識方向能力的動物,是因其體內存有磁 性的奈米粒子,宛如生物磁羅盤,具有導航作用。鵝和鴨在水中,翅膀不會透水, 亦是因為羽毛上面的奈米結構。蝴蝶的鱗片蝶翼和孔雀的羽毛,是因為特殊的光 子晶體奈米構造,產生所謂「彩虹效應」,蛇類頭部的奈米構造經歷線感應器官, 使之能在漆黑中偵測到獵物。海豚奈米結構的皮膚,有自潔等功能。事實上,人 類的生命肇始第奈米,人體每個細胞宛如奈米元件,製造廠,負責執行體內各種 重要功能,細胞內外有許多奈米元件及結構,如DNA、酵素分子、細胞膜、核糖 體、脂蛋白……等。大自然的神奇之處即在於,自然界的的生物透過由小做大, 以原子或分子為構件,自組裝堆疊成特殊的奈米結構,展現其獨特的特性或功 能,此種方式為奈米科技未來發展的主流。人類自積極師法自然,科技終將回歸 自然法則,似是早已注定;以下就針對幾種常見的自然界奈米現象,加以說明。 一、蓮花效應 世人對蓮葉的特性並不陌生,但真正有系統地研究與分析卻是最近幾年的 事。1997年,德國波昂大學的植物學家Wilhelm Barthlott針對這個特殊現象進 行了一系列的實驗,發現了蓮花的疏水性與自我潔淨的關係,因此創造了「蓮花 效應」 (Lotus effect) 一詞,同時也擁有這個商標的專利權。從此以後,蓮花 效應就成了奈米科技最具代表性的名詞。巴斯洛得 (W.barthlott) 教授利用人 造的灰塵粒子污染赫蕉 、倪藤.玉蘭、 林山毛櫸、蓮花 、芋、甘藍及 Mutisia decurrens等八種植物的葉面,然後用人造雨清洗兩分鐘,最後將葉面傾斜15度, 使雨水滑落,觀察葉子表面灰塵粒重殘留的狀況。實驗發現,前四種植物之葉面, 所殘留的污染物高達40%以上;而蓮花等後四種植物,污染物殘餘的比例皆小於 5%。因此證明,蓮花真的具有出淤泥而不染的能力。而這種不需人工清沈,只需 經天然的雨水沖刷,就可保持表面的清潔,我們稱其具有自潔功能,其中又以蓮 花為代表,稱為「蓮花效應」。

(40)

蓮花效應主要是指蓮葉表面具有超疏水以及自潔的特性。由於蓮葉具有疏 水、不吸水的表面,落在葉面上的雨水會因表面張力的作用形成水珠,換言之, 水與葉面的接觸角會大於140度(圖 2-3-1 ),只要葉面稍微傾斜,水珠就會滾 離葉面。因此,即使經過一場傾盆大雨,蓮葉的表面總是能保持乾燥;此外,滾 動的水珠會順便把一些灰塵污泥的顆粒一起帶走,達到自我潔淨的效果,這就是 蓮花總是能一塵不染的原因。 圖 2-3-1 表面張力作用下,水與超疏水表面之接觸角(蘇俊鐘,2003) 在電子顯微鏡下,蓮葉的表面具有大小約 5~15 微米細微突起的表皮細胞, 表皮細胞上又覆蓋著一層直徑約一奈米的蠟質結晶(圖 2-3-2 )。蠟質結晶本 身的化學結構具有疏水性,所以當水與這類表面接觸時,會因表面張力而形成水 珠,再加上葉表的細微結構之助,使水與葉面的接觸面積更小而接觸角變大,因 此加強了疏水性,同時也降低污染顆粒對葉面的附著力。 圖 2-3-2 微米級表皮細胞與奈米級蠟質結晶的蓮葉表面(蘇俊鐘,2003)

(41)

圖 2-3-3 電子顯微鏡下觀察水銀與葉面接觸的狀況(蘇俊鐘,2003) 事實上,表面細微的奈米結構在自潔功能上扮演著關鍵的角色。以蓮葉為 例,水珠與葉面接觸的面積大約只佔總面積的2~3%,若將葉面傾斜,則滾動的水 珠會吸附起葉面上的污泥顆粒,一同滾出葉面(圖 2-3-4 左圖),達到清潔的 效果;相形之下,在同樣具有疏水性的光滑表面,水珠只會以滑動的方式移動(圖 2-3-4 右圖),並不會夾帶灰塵離開,因此不具有自潔的能力(蘇俊鐘,2003a)。 即使同樣具有疏水性的表面,在細微結構上的水珠會吸附著灰塵顆粒滾動,而在 光滑表面上,水珠能使顆粒移動的程度有限。 圖 2-3-4 細微結構與自潔作用關聯之示意圖(蘇俊鐘,2003) 在自然界中,植物總是暴露在各種污染源當中,例如灰塵、污泥,還有一些 有機的細菌、真菌等。蓮葉上複雜的奈米與微米級結構除了有自潔的功能外,還 可以防止受到細菌、病源體的感染,只要經過一場大雨的洗禮,就能恢復煥然一

(42)

新。目前蓮花效應的概念主要是應用在防污防塵上,透過人工合成的方式,將特 殊的化學成分加入塗料、建材、衣料內等等,使其具有某些程度的自潔功能,以 實現拒水防塵的目的。 二、動物的奈米磁導航 許多昆蟲及動物都具有辨識方向的能力,即使離家千里,終能找到回家的 路,例如螞蟻、蜜蜂、鴿子、鮭魚及海龜等。科學家發現,這些生物體內都存有 奈米級的磁性粒子,這些奈米磁性粒子即是磁場感應器,亦像是個生物磁羅盤, 使這類生物在地磁場導航下能辨認方向,找到回家的路。 生物體內的磁性物質大都以磁鐵礦或是磁琉鐵礦所構成,而且大自然生物體 自然地選擇大小剛好,性質穩定的單一磁區的鐵磁晶體來當作羅盤。這是因為單 一磁區可以擁有非常好的感應效果,這是在奈米尺寸下磁性材料所具備的獨特特 性。這個方式與目前我們在設計電腦硬碟儲存用的介質時採取了一模一樣的策 略:使用大小適中,既穩定又堅固的磁性奈米材料,並朝著單一磁區、更小的記 錄磁區的方向發展,如此會有更靈敏的感應、並擁有更大的記錄容量(廖達珊、 胡苓芝、潘彥宏、孫蘭芳,2004)。以下內容將透過自然界中的三種生物:磁感 細菌、蜜蜂和海龜磁導航能力的介紹,說明奈米鐵磁材料在生物體內所扮演的角 色。 (一) 磁感細菌 磁感細菌的身體裡的鐵磁性材料,主要是因為要偵測出磁感細菌本身目前在 深海裡所處的深度,磁感細菌生活在深海中,如果漂浮的高度太接近海平面或位 置太深時,海水中的浮游生物和氧氣就會不足,因此它必須處在海中固定的深度 以維持生命。而磁感細菌如何在水面下一直保持在固定的高度?經研究發現,磁 感細菌體內存在著一種鏈狀結構,這個結構大約是由20個鐵磁性的晶體組成,且 會受到地球磁場的影響。 地球是一個很大的磁鐵 ,地球的磁場在北半球是向北指,在南半球是向南 指,在海中來說,在北半球就是往下指,在南半球是往上指。磁感細菌在深海裡, 就是靠著感受到體內的鐵磁晶體受地球磁場影響產生的變化,例如當體內的鏈狀 結構被排成某一個結構,身體兩端的接受器就會感受到這個變化,如果這個方式

數據

表 2-1-1 自然與生活科技領域「運用科技與資訊」能力的培養在各學習階段之 能力指標  運用科技與資訊能力的培養  各學習階段之能力指標  1a  養成善用五官觀察,獲得資訊的習慣  1b  學習操作各種簡單儀器  【6-1-2-1】【6-1-2-2】  2a  嘗試運用由各類媒體所收集到的資訊  2b  瞭解電腦功能並會基本操作使用  2c  能安全妥善的使用日常生活中的器具  【1-2-2-2】【5-2-2-2】 【6-2-1-1】【6-2-1-2】 【6-2-1-3】  3a  能應用電腦、網路收集
圖 2-2-1 戴爾的經驗塔(引自甘漢銧、熊召弟、鍾聖校,1996) 口述 符號 視覺 符號 廣播、 錄音、靜畫 電影 電視展覽 參觀 示範 演劇經驗 設計經驗 有目的的直接經驗抽象 觀察 具體 解釋 親身參與
圖 2-3-3 電子顯微鏡下觀察水銀與葉面接觸的狀況(蘇俊鐘,2003)  事實上,表面細微的奈米結構在自潔功能上扮演著關鍵的角色。以蓮葉為 例,水珠與葉面接觸的面積大約只佔總面積的2~3%,若將葉面傾斜,則滾動的水 珠會吸附起葉面上的污泥顆粒,一同滾出葉面(圖 2-3-4 左圖),達到清潔的 效果;相形之下,在同樣具有疏水性的光滑表面,水珠只會以滑動的方式移動(圖  2-3-4 右圖),並不會夾帶灰塵離開,因此不具有自潔的能力(蘇俊鐘,2003a)。 即使同樣具有疏水性的表面,在細微結構上的水珠會吸附著灰
圖 3-1-2 量表施測研究變項  對本研究各變項說明如下:  (一) 控制變項  1.  年級  教師指導組和學生操控組均為苗栗縣某國小六年級常態編班之學生。  2.  教學者  為控制教學實驗的進行,二組均由研究者擔任教學。研究者背景為師範學院 數理教育學系畢業,教學年資8年,目前在學校擔任自然科的教學工作,並在自 然科學教育研究所進修中。  3
+7

參考文獻

相關文件

Based on the suggestions collected from the Principal Questionnaire and this questionnaire, feedback collected from various stakeholders through meetings and

Like the governments of many advanced economies which have formulated strategies to promote the use of information technology (IT) in learning and teaching,

Then they work in groups of four to design a questionnaire on diets and eating habits based on the information they have collected from the internet and in Part A, and with

近年,各地政府都不斷提出相同問題:究竟資訊科技教育的投資能否真正 改善學生的學習成果?這個問題引發很多研究,嘗試評估資訊科技對學習成果 的影響,歐盟執行委員會聘請顧問撰寫的

隨著科技的進步,展覽場的導覽系統已從過去導遊、磁帶機或 CD 播放 器講解的時代轉換成行動導覽的時代。目前行動導覽方式大都以 RFID 或 QR

朝陽科技大學 資訊與通訊系. 107

有關資料可參閱教城

• 與資訊科技科、常識科、視藝科進行跨 科合作,提升學生資訊素養能力。圖書