探討在網路科學探究平台社會性科學議題決策活動中國中生決策能力的表現

全文

(1)國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士班碩士論文指導教授：許瑛玿博士. 探討在網路科學探究平台社會性科學議題決策活動中國中生決策能力的表現. 研究生：吳佳蓉. 中華民國 104 年 7 月.

(2) 摘要本研究旨在探討我國國中學生，在「合作式網路科學探究學習平台」（Collaborative Web-based Inquiry Science Environment，簡稱 CWISE）進行社會性科學議題「水庫預定地選擇」的決策課程後，學生決策能力的表現與變化，以及學生的知識背景對其決策能力表現的影響。研究對象為我國國中學生，以便利取樣的方式，選取北部、中部、南部共五所合作國中參加暑期科學營之學生為研究樣本，有效樣本數 131 人。研究採實驗研究法單組前後測設計，檢視施以社會性科學議題「水庫預定地選擇」的決策課程前後，學生的水資源相關知識、決策能力的表現情形，以及水資源相關知識對決策能力的影響。經「魏克遜符號等級考驗」(Wilcoxon signed ranks test)統計分析，發現課程前後學生整體的水資源相關知識及決策能力皆有顯著差異，表示本研究設計之課程能有效提升學生的水資源相關知識及決策能力。進一步以「魏氏－曼－惠特尼考驗 (Wilcoxon-Mann-Whitney test)」檢定水資源相關知識背景對學生決策能力各項子能力(解讀資料、分析資料、運用證據、形成決定、提出缺點)表現的影響，結果發現，在水資源知識測驗前測表現較好的高分群(n=25)，在課程中各項決策子能力的平均表現皆顯著優於低分群 (n=32)，顯示水資源相關知識背景會影響學生在此情境下的決策能力表現，但是在前後測進步情形方面，低分群在「解讀資料」與「運用證據」兩項子能力的進步幅度顯著優於高分群。此外，本研究發現在進行與環境議題有關的決策活動時，學生傾向選擇「生態」作為最重要的考慮因素，而本課程也有助於學生多考慮判準對興建目的、水庫本體、周圍環境有什麼影響或危害(理性思考)，以及在作決策時考慮不同面向的影響因素。本研究也提出對未來教師進行相關探究課程設計及未來在 CWISE 進行決策活動相關研究的建議。. 關鍵詞：網路輔助學習、科學探究學習、決策能力、社會性科學議題. I.

(3) Abstract This study is to explore the changes of students’ decision-making abilities and conceptual understanding of water resources from a socio-scientific issues course “location selection for a water reservoir” in Collaborative Web-based Inquiry Science Environment (CWISE). The valid sample of this study was 131 students from five junior high schools in Taiwan. Related measurements included a water-resource conceptual test, a decision-making ability test, and worksheets. Students' pre- and posttest scores were analyzed for their learning effects of the course. Results showed that student’s decision-making abilities (data interpretation, data analysis, evidence uses, decision making, and defect identification) and conceptual understanding of water resources improved significantly from the course. Moreover, high-score students in water-resource conceptual test had better decision-making abilities than low-score students. Students also trended to consider ecological-based criteria in environmental-related socio-scientific issues and use rationalistic reason to consider more criteria when making decisions. Based on these findings, suggestions are offered for designing courses of socio-scientific issues and decision-making in CWISE.. Key words: Science inquiry learning, Web-assisted learning, Decision-making, Socio-scientific issue.. II.

(4) 目錄第一章. 緒論 ...................................................................................................................1. 第一節研究動機與背景............................................................................................1 第二節研究目的........................................................................................................4 第三節研究問題........................................................................................................5 第四節研究重要性....................................................................................................6 第五節名詞釋義........................................................................................................7 第二章. 文獻探討 ...........................................................................................................9. 第一節科技導入科學學習環境................................................................................9 一、科技應用於教學的歷程 ....................................................................................9 二、科技應用於科學學習的重要性 ......................................................................13 三、網路科學探究平台（WISE）的優勢與相關研究 ........................................19 第二節社會性科學議題的決策活動與決策能力發展..........................................26 一、社會性科學議題 ..............................................................................................26 二、決策活動 ..........................................................................................................27 三、決策能力 ..........................................................................................................32 第三章. 研究方法 .........................................................................................................37. 第一節研究對象......................................................................................................37 第二節研究設計與流程..........................................................................................40 一、研究流程 ..........................................................................................................40 二、課程設計 ..........................................................................................................42 三、教師研習 ..........................................................................................................55 第三節研究工具......................................................................................................57 一、學習單（立即性評量） ..................................................................................57 二、水資源知識測驗 ..............................................................................................57 三、情境式決策能力測驗 ......................................................................................60 III.

(5) 第四節資料分析......................................................................................................63 一、水資源知識測驗 ..............................................................................................63 二、學習單作答紀錄（立即性評量） ..................................................................64 三、情境式推理能力測驗 ......................................................................................83 四、資料分析方法 ..................................................................................................91 第五節研究範圍與限制..........................................................................................94 第四章. 研究結果與討論 .............................................................................................95. 第一節「情境式決策能力測驗」中決策能力的表現..........................................95 一、學生在「情境式決策能力測驗」中五個決策能力的表現情形 ..................96 二、學生在「情境式決策能力測驗」中訂出判準的表現情形 ........................100 三、小結 ................................................................................................................103 第二節「水庫預定地選擇」課程中決策能力的表現........................................104 一、學生在「水庫預定地選擇」課程中五個決策能力的表現情形 ................104 二、學生在「水庫預定地選擇」課程中訂出判準的表現情形 ........................108 三、小結 ................................................................................................................112 第三節學生在課程前、後，水資源相關知識的表現........................................113 第四節水資源相關知識背景對學生決策能力的影響........................................116 第五章. 結論與建議 ...................................................................................................119. 第一節研究發現....................................................................................................119 一、學生在「水庫預定地選擇」課程前、後，決策能力的表現 ....................119 二、學生在「水庫預定地選擇」課程中，決策能力表現 ................................120 三、學生在「水資源知識測驗」前、後測的表現 ............................................121 四、學生的水資源相關知識對決策能力的影響 ................................................121 第二節綜合討論....................................................................................................123 一、透過「水庫預定地選擇」課程培養學生決策能力的效果 ........................123 二、學生「訂出判準」的整體表現 ....................................................................124 三、水資源相關知識背景與水資源議題決策能力的關聯 ................................125 IV.

(6) 第三節檢討與建議................................................................................................127 一、對研究設計與研究工具的檢討 ....................................................................127 二、教師進行相關探究課程設計時可參考的原則 ............................................128 三、未來研究方向 ................................................................................................128. 參考文獻 .......................................................................................................................130 附錄 ...............................................................................................................................139 附錄一「水庫預定地選擇」課程內容................................................................141 附錄二「水庫預定地選擇」課程中學生常見的判準類型與水庫資料對應表 148 附錄三「水資源知識測驗」內容........................................................................149 附錄四「情境式推理能力測驗」內容................................................................152. V.

(7) 表目錄表 2-1-1、使用 WISE 的課程促進學習效果之相關研究 ............................................23 表 2-2-1、比較文獻中不同決策能力的構念及本研究的分類 ...................................36 表 3-1-1、研究對象及授課教師 ...................................................................................38 表 3-1-2、研究對象的年級及性別分布 .......................................................................38 表 3-2-1、九年一貫課程綱要中的水資源相關概念（認知層面） ...........................46 表 3-2-2、本研究決策能力各項子能力的定義及對應的課程題目 ...........................48 表 3-2-4、前導活動 CWISE 架構（基本知識及決策能力子能力 a） ......................52 表 3-2-5、決策活動 CWISE 架構（決策能力子能力 b） ..........................................53 表 3-3-1、水資源知識測驗 CWISE 架構 .....................................................................58 表 3-3-2、水資源概念測驗（陳柏宇等，2011）選題過程 .......................................59 表 3-3-3、情境式決策能力測驗 CWISE 架構 .............................................................61 表 3-4-1、「水資源知識測驗」問答題評分標準（題號 1.4-2） ..............................63 表 3-4-2、前導活動各題評分標準 ...............................................................................69 表 3-4-3、決策能力評分標準（b-1~b-4） ...................................................................75 表 3-4-4、課程中各判準挑選的理由學生作答範例 ...................................................79 表 3-4-5、課程中描述判準完整性評分標準 ...............................................................81 表 3-4-6、課程中提出缺點評分標準 ...........................................................................81 表 3-4-7、情境式決策能力測驗評分標準 ...................................................................86 表 3-4-8、情境式決策能力測驗之各判準挑選的理由學生作答範例 .......................89 表 3-4-9、情境式決策能力測驗之判準多元性評分標準 ...........................................90 表 3-4-10 資料分析架構方法表 ....................................................................................93 表 4-1-1、決策能力測驗前測五個子能力相關係數摘要表 .......................................97 表 4-1-2、決策能力測驗後測五個子能力相關係數摘要表 .......................................97 表 4-1-3、決策能力測驗五個子能力前後測魏克遜符號等級檢定摘要表 ...............98 表 4-1-4、決策能力前測五個子能力間得分權重差異魏克遜符號等級考驗摘要表98 VI.

(8) 表 4-1-5、決策能力前測五個子能力間得分權重差異魏克遜符號等級考驗摘要表98 表 4-1-6、決策能力測驗前後測中「形成決定（提出優點）」的次數表 ...............99 表 4-1-7、決策能力測驗前後測中「提出缺點」的次數表 .....................................100 表 4-1-8、決策能力測驗前測中學生挑選判準類型次數表 .....................................100 表 4-1-9、決策能力測驗前後測中學生挑選多元判準次數表 .................................101 表 4-1-10、決策能力測驗前後測中學生挑選判準的理由類型次數表 ...................102 表 4-1-11、決策能力測驗前後測中學生挑選判準的理由類型變化次數表 ...........103 表 4-2-1、課程中五個決策能力子能力的表現描述表 .............................................104 表 4-2-2、課程中五個子能力間得分權重差異魏克遜符號等級考驗摘要表 .........105 表 4-2-3、課程中學生「運用證據」的表現類型百分比統計表 .............................107 表 4-2-4、課程中學生「分析資料」的表現佔全體百分比統計表 .........................107 表 4-2-5、課程中五個決策子能力相關係數摘要表 .................................................108 表 4-2-6、課程中學生兩次挑選判準類型次數表 .....................................................109 表 4-2-7、課程中學生兩次描述判準完整性的表現類型百分比統計表 .................110 表 4-2-8、課程中學生兩次挑選判準的理由類型次數表 .........................................111 表 4-2-9、課程中學生兩次挑選判準的理由類型變化次數表 .................................111 表 4-3-1、「水資源知識測驗」前後測魏克遜符號等級考驗摘要表 .....................113 表 4-3-2、「水資源知識測驗」前後測各題魏克遜符號等級考驗摘要表 .............114 表 4-3-3、「水資源知識測驗」顯著進步之題目與課程內容對應表 .....................114 表 4-4-1、高低分群在課程中決策能力表現 Mann-Whitney 檢定摘要表 ...............117 表 4-4-2、高低分群在決策能力測驗前後測進步分數 Mann-Whitney 檢定摘要表 .........117. VII.

(9) 圖目錄圖 2-2-1、本研設計符合研究對象程度的決策步驟 ................................................31 圖 3-2-1、研究流程圖 ................................................................................................41 圖 3-2-2、「勁思水庫軟體」操作介面 ....................................................................44 圖 3-2-3、「勁思水庫軟體」模擬介面 ....................................................................44 圖 3-2-4、教學活動設計面向 ....................................................................................47 圖 3-2-5、「教師手冊電子書」介面 ........................................................................56 圖 3-2-6、「教師手冊電子書」附錄 ........................................................................56 圖 4-1-1、決策能力前測及後測五個子能力平均比例權重圖 ................................26 圖 4-1-2、決策能力測驗前後測中學生挑選判準類型的累積百分比圖 ..............103 圖 4-2-1、課程中五個子能力平均比例權重圖 ......................................................105 圖 4-2-2、課程中學生兩次挑選判準類型的累積百分比圖 ..................................109. VIII.

(10) 第一章緒論本研究旨在探討我國國中學生，在「合作式網路科學探究學習平台」（Collaborative Web-based Inquiry Science Environment，簡稱 CWISE）進行社會性科學議題「水庫預定地選擇」的決策課程後，學生決策能力的表現與變化，以及學生的知識背景對於其決策能力表現的影響。在緒論中，首先說明本研究的動機與背景，然後敘述本研究的目的與問題，最後釐清本研究中重要名詞的定義。. 第一節. 研究動機與背景. 隨著時代進步，傳統的直接教學法或講述法已經不再適用，取而代之的是利用科技融入教學，培養學生的獨立思考能力。在教育部最新公布的「國民中小學九年一貫課程綱要總綱」中，明確指出學生應具備的基本能力包含「運用科技與資訊」以及「獨立思考與解決問題」（教育部，2008），其中，運用科技與資訊的能力，期待學生能正確、安全和有效地利用科技，並能利用網路科技，進行蒐集、分析、研判、整合與運用資訊，進而提升學習效率與生活品質。科技在教學上的應用從最單純的內容呈現、電腦互動軟體，逐漸進展到電腦模擬、網路多媒體教學及遠距教學系統等（陳玉潔，2013），最近幾年更利用 3D 動畫技術開發虛擬實境學習環境（林銘照，2011），或是結合智慧型手機及平板電腦等行動載具的微型應用程式（APP）進行科學教學（王彥勝，2014），甚至應用體感多媒體協助學生用肢體語言理解課程內容（蔣承佑，2013）。另一方面，利用電腦網路連線的功能，可以進行線上科學探究課程與合作學習，打破時間與空間的限制，協助學生透過網路平台進行資料的收集、分析與研判，以促進學生的知識整合。例如 Linn 等人自 1980 年代起逐步開發「知識整合平台」（Knowledge Integration Environment，簡稱 KIE），至 2000 年左右開發完成「網路科學探究學習平台」（The Web-based Inquiry Science Environment，簡稱 WISE）（Linn,. 1.

(11) Davis, & Bell, 2004），提供教師改編或創建符合自己需求的線上科學探究課程（周源本，2007）。由於 WISE 軟體為免費使用且開放原始碼，近年有許多研究者將 WISE 內的課程中文化，應用於科學教育上（周源本，2007；黃文政，2010；蔡錕承、張欣怡，2011；張翔棋，2011）。而在「九年一貫課程綱要總綱」中，獨立思考與解決問題能力，是期望學生能養成獨立思考及反省的能力與習慣，能有系統地研判問題，且能有效解決問題和衝突（教育部，2008）。要能有系統地研判問題，便需要具備批判性思考的能力，且能建立合理的判準（Jimenez-Aleixandre, & Erduran, 2008）去判斷。在應用批判性思考去解決多面向的議題時，學生要能蒐集與問題相關的資料，並針對資料進行組織、整合與分析，釐清並連結問題各層面之間的相互關係，才能提出合理的結論（李亭誼，2011）。近年來，社會性科學議題（Socio-Scientific Issues，簡稱 SSI）越來越受到科學教育者的重視（Sadler, 2004），主要是因為這類問題的解決途徑通常不是唯一，當社會大眾面對這些問題時，會因個人經驗、背景、文化、所處環境或所持立場不同而有不同的觀點或解決方式（李亭誼，2011），而社會性科學議題所具有的爭議性，常包括多方的論述觀點，當人們對於議題做出決定或陳述立場時，必須對各項選擇進行評估（劉湘瑤等，2007）。這樣的評估過程往往需要收集並解讀大量的資料，根據資料做出結論，也強調學生須將資料適當地與自己的主張連結以說服他人，正好符合前述培養學生獨立思考及問題解決能力的方式。此外，問題解決與作決策是相輔相成的，當人們去解決一個需要作決策的問題時，需要問題解決的能力；而在問題解決的過程中，人們也需要決策能力。陳柏宇等人（2011）認為，面對複雜情境的問題時（如 SSI），很難直接找到最好的方法，只能先收集資料，列出所有可能的解決方式和答案，再依據一些判準（criteria）進行評估，最後選擇較適合的解決方式和答案。因此，可以藉由培養學生的決策能力，來增進學生的問題解決能力。綜上所述，透過網路科學探究平台結合社會性科學議題的決策活動，能幫助學 2.

(12) 生從複雜情境中，利用科技與資訊進行蒐集、分析、運用資料，且將相關資料組織、整合，最後做出以證據為基礎的決定以解決問題。因此，本研究期望透過建置於 CWISE 平台的社會性科學議題決策課程，培養學生正確收集及解讀資料，並將資料適當地與自己的主張連結，以作出有證據支持的決定。. 3.

(13) 第二節. 研究目的. 基於上述研究動機與背景，本研究希望培養學生的決策能力，由於網路平台能提供學生適當的鷹架（廖婭妏，2005），協助學生進行資料收集與整合，而 WISE 平台可提供教師創建符合自己需求的線上科學探究課程，因此本研究採用將 WISE 中文化的「合作式網路科學探究學習平台」（Collaborative Web-based Inquiry Science Environment，簡稱 CWISE）進行課程設計，先培養學生詮釋與分析資料，以及將資料與主張連結的能力，再利用決策步驟引導學生從社會性科學議題「水庫預定地選擇」的問題解決情境中，收集並分析可做為證據的資料，進而產生以證據為基礎的決定。總結本研究目的，即欲探討我國國中學生，在 CWISE 平台進行社會性科學議題「水庫預定地選擇」的決策課程後，學生決策能力各項子能力的表現與變化，以及學生的知識背景對於其決策能力表現的影響。. 4.

(14) 第三節. 研究問題. 依據本研究之目的，詳細具體的研究問題如下：一、學生在「水庫預定地選擇」課程前、後，決策能力的變化情形為何？二、學生在「水庫預定地選擇」課程中，決策能力表現為何？三、學生在「水庫預定地選擇」課程前、後，水資源知識的變化情形為何？四、不同水資源知識背景的學生，其決策能力表現有何不同？. 5.

(15) 第四節. 研究重要性. 本研究的重要性可以分為下列幾點：一、符合九年一貫的教育政策 1.提供 CWISE（合作式網路科學探究學習平台）的設計範例，幫助教師培養學生運用科技與資訊的能力蒐集、分析資料，且將相關資料組織、整合與分析，進而提出合理的結論，以培養國中學生「運用科技與資訊」的能力。 2.提供社會性科學議題的決策課程模組，幫助教師利用決策步驟的架構設計課程，來培養學生解決複雜情境的問題，以養成國中學生「獨立思考與解決問題」的能力。. 二、由於過去有關決策能力的相關研究，研究對象多為高中學生或大學生，本研究針對國中生設計符合程度的決策步驟與分析方式，能幫助國中教師設計相關課程，且提供未來決策能力相關實徵研究的參考。. 6.

(16) 第五節. 名詞釋義. 本研究中相關重要名詞的定義，分述如下：一、CWISE（合作式網路科學探究學習平台）本研究所使用之網路科學探究平台為 Linn 等人於 2000 年左右開發完成的 WISE 平台（Linn, Davis, & Bell, 2004），中文化之 CWISE 平台，網址： http://cwise.nccu.edu.tw/webapp/index.html。CWISE 保留了 WISE 的特色，提供簡單的介面；閱讀及寫作的認知提示；組織辯論及產生解釋的工具；協助進行互動活動的模板；以及支援豐富的媒體及互動式模擬和模型，也提供各式工具幫助學生運用不同表徵表達自己的想法（如：文字輸入框架、畫板、概念地圖、表格等）。此外，CWISE 專題透過合作反思活動與教師的回饋促進學生自我檢視，並提供教師使用編輯工具客製化課程。. 二、社會性科學議題（Socio-Scientific Issues，簡稱 SSI）本研究採用 Sadler（2004）對社會性科學議的定義：具有對立性論點或社會性兩難問題，且這些兩難問題和科學之間有概念層面或科技層面上的連結或相關性。本研究選取「水庫預定地選擇」作為議題，此議題能符合 SSI 的定義，理由是因為興建水庫需考量不同興建預定地的氣候、地質、生態保育、土地利用、居民及後續影響等的因素，不只有科學知識的考量，也牽涉到社會觀感或文化價值等因素的影響，所以是一個具兩難情境，且沒有唯一正確解決方式的問題。. 三、決策活動（Decision-making）決策可指在複雜的情境下找出應該採用的方法（陳柏宇等，2008）。本研究結合 Grunig, & Kuhn, (2005)及 Hsu, & Wu, (in press)之決策過程與策略，設計符合國中生程度的決策步驟：(1)訂出判準；(2)分析問題；(3)依據判準檢視資料，並選出. 7.

(17) 符合判準的方案（運用證據）；(4)重複步驟 1~3；(5)比較兩個方案；(6)形成決定； (7)提出缺點。. 四、決策能力（Decision-making ability）依照研究目的，參考文獻中決策能力的分類（吳慧珍等，2010；陳柏宇等，2011），再融入學生進行社會性科學議題的決策活動時可能面臨的困難（Nussbaum, 2002; Yang, 2004; Sandoval, & Reiser, 2004; Sandoval, & Millwood, 2005），本研究配合決策步驟將決策能力分成六個子能力，以下分述之：. 1.訂出決策判準：學生從教師提供的判準中，挑選出自己認為最重要的判準，並解釋原因，再將判準描述的更完整。 2.解讀資料：正確解讀圖、表、文字以及整理、歸納資料。 3.分析資料：正確解讀已提供的資料作為證據來連結或產生主張。 4.運用證據：依據判準收集資料、分析資料，並根據資料選出符合判準的方案。 5.形成決定：選出決定，並將收集到的資料作為證據以支持自己的決定。 6.提出缺點：寫出自己的決定有什麼缺點（風險），並提出配套措施。. 8.

(18) 第二章. 文獻探討. 本研究目的是探討我國國中學生，在「合作式網路科學探究學習平台」（Collaborative Web-based Inquiry Science Environment，簡稱 CWISE）進行社會性科學議題「水庫預定地選擇」的決策課程後，學生決策能力的表現與變化，以及學生的知識背景對於其決策能力表現的影響。故在本章中，從科技導入科學的重要性談起，並針對社會性科學議題及決策活動相關文獻作探討。本章分為「科技導入科學學習環境」、「社會性科學議題的決策活動與決策能力發展」兩節作文獻的回顧。. 第一節. 科技導入科學學習環境. 一、科技應用於教學的歷程關於我國科技融入教學的演進，張國恩（2002）提到，從 1990 年代開始蓬勃發展的「電腦輔助教學」（Computer-Assisted Instruction，簡稱 CAI）起，經過電腦課程的實施，到九年一貫課程中的「資訊科技融入教學」（Information Technology Integrated into Instruction），其中包含學習資訊科技的三階段：「從電腦學（Learning from Computer）」、「學電腦（Learning about Computer）」與「用電腦學（Learning with Computer）」。這樣的歷程符合建構主義的主張，老師所扮演的角色由知識的傳授者蛻變到知識建立的協助者，學生與老師的關係由「從老師身上學（Learning from Teacher）」轉變成「和老師一起學（Learning with Teacher）」，科技的應用則由「從科技學（Learning from Technology）」轉變成「用科技學（Learning with Technology）」。. 9.

(19) （一）電腦輔助教學（Computer-Assisted Instruction，簡稱 CAI）電腦輔助教學是幫助老師教學和學生學習的工具，教師將課程教材及學習理論，藉由教材講授、學習引導、作業練習、學習評量等方式編製成電腦教學軟體，由電腦作為媒介提供多種媒體型式的資訊呈現，（張俊彥、董家莒，2000；張國恩，2002）由於電腦輔助教學強調的是「輔助」而非「取代」，因此教師在教學上依然扮演十分重要的角色（Good, & Berger, 1998；陳玉潔，2013）。電腦輔助教學按照教師所採用的教學策略可分類為輔導家教式（Tutorial）、練習式（Drill & practice）、模擬式（Simulation）、教學遊戲式（Instructional games）、問題解決式（Problem solving）、測驗式（Test）、與建構式（Construction）、對談式（Dialog）及多媒體電腦輔助教學（Multimedia CAI）等（張俊彥、董家莒，2000；張國恩， 2002；陳玉潔，2013）。上述這些不同的教學策略可組合到同一軟體中，例如張俊彥和董家莒（2000）開發「土石流單元教學軟體」，便涵蓋上述教學策略。軟體首先以簡短的賀伯颱風土石流災情影片來呈現問題，給予學生充分的感官刺激與震撼。而後進入資料室，資料室內包含各式各樣有關土石流及颱風的災害影片、基本性質介紹、氣象資料、圖庫、書籍及報紙、雜誌的報導等，學生可在其中自由地點選、學習、收集資料。課程亦安排擬真情境的考察，讓學生實際瞭解陳有蘭溪流域遭受賀伯颱風侵襲後的情況。最後再進行階段性的測驗，若學生通過階段性驗證，便可以玩有趣遊戲做為獎勵，以提高學生的學習動機。隨著科技進步，電腦在教學上的應用從最單純的內容呈現、電腦互動軟體，逐漸進展到電腦模擬、網路多媒體教學等（陳玉潔，2013），電腦輔助教學策略亦從教導式、練習式到模擬式、遊戲式與建構式，也將教學軟體當做教學伙伴（張國恩，2002）。但由於大部分 CAI 軟體在實際教學中常缺乏彈性，也無法積極地協助學生建構知識，學生無法將學習的內容內化，也無法應用在問題解決上（張國恩，2002；陳玉潔，2013）。因此，近年來 CAI 朝向以學習者為中心的電腦輔助學習（Computer-Assisted Learning，簡稱 CAL)，較 CAI 能增進學習成效，同. 10.

(20) 時促進學生的內在動機（廖婭妏，2005）。. （二）資訊科技融入教學（Information Technology Integrated into Instruction）資訊科技融入教學是指教師運用資訊技於教學前、教學中及課後活動上，以培養學生運用資訊科技的能力，同時培養學習者擁有獨立思考及解決問題的能力（陳玉潔，2013）。「國民中小學九年一貫課程綱要總綱」中指出，「運用科技與資訊」乃期待學生能正確、安全和有效地利用科技，同時蒐集、分析、研判、整合與運用資訊，進而提升學習效率與生活品質（教育部，2008）。因此，資訊科技融入教學與電腦輔助教學最大的差異在於，前者更強調運用科技的能力，也就是「用科技學」，而非單純的「從電腦學」。張國恩（2002）整理了教師常使用的資訊科技融入教學方式： 1.電腦簡報的展示：類似傳統的投影片教學，但更有變化性，可以融入多媒體、影音、動畫等，由教師配合適當的課程設計而製作。 2.電腦輔助軟體：選擇適當的 CAI 軟體來協助教師教學，或幫助學生課後學習，例如：視覺化或情境化的教學工具可協助學生理解複雜或抽象的概念；而模擬軟體則提供擬真情境以增加學生經驗。 3.網際網路資源的使用：網際網路上有相當多的資源，可視為大型教材庫，內容多樣化且以多媒體的網頁呈現，教師可將其擷取並整合到課程中。從上面幾點可以發現，大多數的教師仍是以講授為主，將知識藉由不同於傳統版書的方式呈現給學生，依然沒有完全跳脫「從電腦學」的方式。然而，藉著全球資訊網（World Wide Web，簡稱 WWW）無遠弗屆的超連結功能，學習者能整合文字、圖形、聲音、影像、動畫等資訊，打破時空的限制持續學習，其豐富的資源使得網路學習的環境更多元化，並能夠營造互動式的學習情境，「互動式網路學習」逐漸產生，因此網路學習逐漸成為資訊融入教學的主要模式（廖婭妏，2005）。. 11.

(21) （三）網路學習網路學習主要強調自主學習，利用網路上龐大的資源，學習者可以針對遇到的問題，蒐集需要的資料，進行資料的歸納與整合以解決問題。而教師透過網際網路的功能傳達課程內容，學生不只可單方面接收與搜尋知識，也可與教師及其他同儕進行互動討論，使學習行為變得更為主動（周源本，2007；賴俊甫 2007）。許瑛玿、廖桂菁（2003）提到，在網路教學活動中，學習者能透過網際網路的連線，藉由電子郵件、網路討論區等工具的使用，達到同步或非同步的訊息交換，經由網路互動式的合作學習模式，在網路學習環境中建立學習社群，以進行知識的探索與建構。此外，網路亦提供多元且即時的評量，教師利用網路連線提供學生立即性回饋，提升學習成效，亦可進行同儕互評，學生回顧同儕作業同時修正自己的作業，達到網路互動學習優於傳統單向學習的成效（廖婭妏，2005）。與網路學習有關的學習理論分別為建構主義與情境學習理論，分述如下： 1.建構主義（constructivism）：建構主義學者認為，知識起於人們主動的建構而非被動的接受，因此強調學習者在學習過程中的自主性，正好符合網路學習的架構。廖婭妏（2005）將建構主義觀點與電腦網路輔助合作學習之關聯分成三方面： (1)資料庫（data base）：電腦的資料庫支援強大記憶功能，將所有互動的內容紀錄下來，讓學習者可以回顧先前討論的結果，有助於知識建構。 (2)傳輸範圍：透過網際網路打破空間的限制，讓同儕或專家等不同社群的人可以一起討論，使議題呈現多元觀點，不僅豐富領域知識，也促進互動討論及知識建構的品質。 (3)視覺化（visualization）：利用電腦媒體產生多樣的視覺圖像，營造合作視覺學習的環境，透過視覺資訊的輔助，提高討論及共同建構知識的深度。. 12.

(22) 2.情境學習理論：情境學習理論認為，學習的發生是因為學習者與情境之間不斷互動而成，學習者在真實的環境或情境化的環境下，主動進行互動學習，從中獲取知識。藉由「擬真」的方式，學習者能了解知識或技能在真實環境中的意義和價值，才能真的把所學的知識與技能用到真實的環境中（周源本，2007；賴俊甫，2007）。而網路則提供一個合適的管道，幫助老師設計可結合問題解決以及網路合作學習的學習情境，例如許瑛玿、廖桂菁（2003）設計的情境式網路互動學習環境，引導學生從情境中發現問題，並自由選擇想參與討論的主題，因此所有的討論內容皆是自發性的，成功地營造一個引發學生主動學習及探索知識的合作學習環境。. 綜上所述，網路多樣化的功能為科技融入教學開創新視野（周源本，2007），但是科技不能取代教師，教師仍須依照課程目標，運用科技於教學上，如運用多媒體效果呈現多樣化的知識內容；設計教學活動讓學生上網收集資料並整合以完成作業；或利用模擬軟體將抽象化的學科知識以視覺化的方式表達出來等，幫助學生學習應用科技進行知識建構，以達到九年一貫「獨立學習」的基本能力。. 二、科技應用於科學學習的重要性吳權威、張奕華、王緒溢、吳宗哲和韓長澤（2011）提到，教育科技（educational technology）可區分為教學科技（instructional technology）及學習科技（learning technology）兩部分，教學科技偏重於教室裡的互動科技應用，利用科技產品來輔助課堂教學或學習活動的進行；學習科技的發展則偏重於學生自主學習，例如研發透過網路自主學習的各種方案。因此隨著科技的進步，在科學課程中，學生不只要使用科技學習，也要學習使用科技（Linn, 2003）。. 13.

(23) （一）科技應用於科學學習的方式 Linn（2003）認為科技應用於科學學習包含「科學文本與講述；科學討論與合作；資料收集與呈現；科學視覺化；科學模擬與模型」等五種方式，教師可運用這五種方式設計科技導入科學學習的課程，使學生能透過科技自主地進行科學探究活動與合作學習。. 1.科學文本與講述（science texts and lectures）將科學文本或課程講述內容運用不同呈現方式建置於網路平台（如百科全書或影音媒體），提供學生或需要的使用者閱聽，也可使用互動式文本、論點建構工具或網路資源等方式協助學生整合相關知識。 2.科學討論與合作（science discussions and collaboration）利用科技提供適當的討論環境及資源，讓學生表達自己的想法，並且對他人的想法進行回饋，藉由討論的過程增進自己的科學知識在。課堂中，教師也可以透過科技進行即時的監控，參與或協助學生的討論。 3.資料收集與呈現（data collection and representation）科技可以透過不同的呈現方式提供大量的資料，幫助學生進行資料轉化及組織，且可以透過鷹架的輔助，協助學生整合相關知識。 4.科學視覺化（science visualization）將複雜的科學概念以圖片、動畫或多媒體等方式呈現，協助學生理解相關知識，例如：天氣圖、分子結構、熱的流動、地質構造等。 5.科學模擬與模型（science simulation and modeling）利用科技提供學生科學現象的模型，提供模擬情境以呈現複雜的科學關係，協助學生理解相關知識，例如：水質模型、岩石循環模型。. （二）科技應用於科學學習的特色除了上述方式外，科技可以協助學生進行知識對話（De Vries, Lund, & Baker,. 14.

(24) 2002）與整合，或提供學生後設認知鷹架以促進學習（Quintana, Zhang, & Krajcik, 2005; Azevedo, 2005），科技的使用也能有效提升學生的科學學習動機及態度（Chang, & Tsai, 2005 ; Wang, & Reeves, 2007）。以下分述之：. 1.科技協助知識的整合 Linn（2003）認為透過科技進行科學探究活動，能有效幫助學生進行知識的整合，他們的團隊開發網路科學探究學習平台（The Web-based Inquiry Science Environment，簡稱 WISE），透過不同類型的步驟（如：簡答申論題、想法籃及建立解釋、系統圖），將學生的想法視覺化（Making thinking visible，Chiu, & Linn, 2011），學生在表達自己的想法時，須建立以證據為基礎的科學論點，並描述證據如何貢獻於他們的論點，這個建立論點的過程即能促進科學知識的整合（Bell, & Linn, 2000），增加學生對科學概念的理解。. 2.科技協助合作學習（Donnelly, Linn, & Ludvigsen, 2014）許瑛玿、廖桂菁（2003）指出，合作學習是以社會互動為基礎，讓學習者在社會情境中互相幫助、互相討論的學習方式，而電腦輔助合作學習（Computer Support Collaborative Learning，簡稱 CSCL）便是藉著電腦與網路科技的輔助，使合作學習的成員、時間、空間皆富彈性，產生網路學習社群。 De Vries、Lund 及 Baker（2002）提出電腦輔助合作學習的幾個重要特色： (1)電腦可以擔任將需要被建構的知識聚集記憶的功能，例如「電腦輔助有意義學習平台」（Computer-Supported Intentional Learning Environments，簡稱 CSILE）讓學生模擬科學家的知識建構社群，利用筆記本（notes）呈現自己並閱讀同儕的資料，透過互評建構自己的資料庫。 (2)電腦可以成為對話和行動的焦點，例如學生使用「Envisioning Machine（簡稱 EM ）」進行合作，將學習視為一個概念改變的過程，或是合作建構並維護一個問題的共同概念。. 15.

(25) (3)電腦可以呈現討論中的知識要素以及要素之間的關係，例如在辯論（如支持、解釋及衝突等）時，利用圖形呈現原則、理論、假說及主張等組成要素。 (4)電腦是溝通的媒介。因此，透過電腦及網路的輔助，在合作學習的環境下，同儕之間可以利用解釋（explanation）或論證（argumentation）進行知識對話（epistemic dialogue），進而產生解決問題須具備的知識及概念（De Vries, Lund, & Baker, 2002）。. 3.科技協助反思學習張國恩（2002）認為，電腦被當作學習上的智力伙伴，能幫助學生清晰地表達已學的知識，且反思所學與所知。但是學生在進行探究活動時，常不了解反思的重要，甚至逃避反思（Quintana, Zhang, & Krajcik, 2005）。Quintana 等人（2005）認為，反思是後設認知中重要的一環，但學生在進行線上探究課程時會面對許多後設認知相關的困難，而透過科技可以提供幫助學生進行後設認知的鷹架（如： Artemis、Symphony、Digital IdeaKeeper 等軟體）。這些軟體針對後設認知三個過程分別有不同的做法：(1)理解任務及提出計畫：利用視覺表徵描述線上探究的結構，幫助學習者理解任務，或藉由無形的計畫工具幫助學習者思考任務以及提出計畫；(2)監控及管理整個探究過程：用科技呈現探究過程、工作歷程等，幫助學生監控和管理；(3)反思：用科技提示學生進行反思。當學生在科學探究的活動中的後設認知技能提高，將能提升學生的學習成效，或是進行高層次思考（Azevedo, 2005）。. 4.科技提升科學學習動機 Wang 和 Reeves（2007）利用 Web-Based Learning Environment（Web-LE）設計課程，融入提高內在動機的策略（挑戰、好奇、控制、幻想），利用電腦科技安排符合學習者能力的挑戰性任務（形成化石）；提升感官好奇心（吸引注意力）以及認知好奇心（追求或學習新知識）；允許學生控制與任務有關或無關的東西，. 16.

(26) 使學習的成果取決於學習者的行為和反應；提供真實世界不能經歷的幻想環境，。結果發現學生的學習動機確實被課程中的這些策略所提起，而有別於傳統課室的教學法，也大幅提升學生的學習興趣，使學生專注與課堂內的活動。. （三）本研究課程設計特色基於上述討論，本研究在 CWISE 上建構「水庫預定地選擇」課程時，依據 Linn（2003）提出的科技應用於科學學習的五種方式設計，並將科技導入科學學習的幾個優點融入在課程中。 1.科學文本與講述：課程中利用不同方式（文字、圖片、表格、影片）呈現水資源相關知識，而這些知識內容符合我國「九年一貫課程綱要」，且包含自然與生活科技及社會學習領域的知識，有助於學生進行知識的整合。 2.科學討論與合作：課程中教師鼓勵學生進行全班性或小組性討論，在討論的過程中，學生不只能透過合作學習而產生解決問題須具備的知識及概念（De Vries, et al., 2002），也能讓學生反思自己的理解與答案（Quintana, et al.,2005）。 3.資料收集與呈現：課程中提供能組織化管理和呈現資料的「水庫軟體」（Hsu, & Wu, in press），讓學生自行操作軟體以應用多種資料在空間的分布進行決策，不只協助學生進行資料的整合與分析，形成以證據為基礎的主張，也滿足提升學生內在動機的策略：「挑戰、好奇、控制、幻想」（Wang, & Reeves, 2007）。 4.科學視覺化：除了在課程中用圖片、影片、動畫呈現科學知識外，也利用「水庫軟體」呈現複雜的科學訊息，幫助學生進行知識建構（張國恩，2002），也降低學生在理解各種知識的認知負荷（Cook, 2006）。 5.科學模擬與模型：「水庫軟體」不只提供一個擬真的情境讓學生進行問題解決，其中也設有一個「模擬」按鈕，學生可以使用查看所選地點附近被水覆蓋區域的 3D 鳥瞰圖，以幫助學生評估做此決定的影響（Hsu, & Wu, in press）。. 17.

(27) （四）科技應用於科學學習環境的佈置科技日新月異，除了前述教學科技（電腦輔助教學、資訊融入教學）技術的提升外，促進學生自主學習的學習科技技術也不斷地發展，將新的科技技術與課程內容結合，創造提供學生自主學習的環境，是未來的趨勢。 1.科技導入科學學習的方式我國科技輔助教學與評量行之有年，大多數教師皆會使用電腦簡報及動畫、影音等多媒體輔助教學及評量，例如吳瀞佩（2004）在四年級「善變的月姑娘」單元中，利用月相改變的互動式動畫及線上闖關活動，成功可提高學生的學習興趣及注意力；而曾冠雲（2011）針對九年級學生開發「月相盈虧成因的多媒體動畫教材」，藉由降低學生的認知負荷來提升學習成效。然而兩人的研究皆顯示，雖然動畫能提高學習動機，但在學習成效方面與講述教學法或圖片組沒有差異，可能是動畫與紙筆測驗形式不同，反而增加學生的認知負荷（Lowe, 2003）。因此，羅文鑫（2011）設計「動畫輔助評量」，成功降低認知負荷，進而提升學生在學習評量的表現。除了動畫輔助外，林銘照（2011）利用 3D 動畫技術開發虛擬實境學習環境，並探討學生在虛擬實境的學習狀況；蔣承佑（2013）開發「體感多媒體」雲族學習套件，協助學生記憶雲屬的分類法則與內容；王彥勝（2014）利用智慧型手機及平板電腦等行動載具的微型應用程式（APP），使學生在擴增實境中 3D 的視角中學習，提升學生的學習動機。. 2.科技協助促進特定能力的提升 (1)問題解決能力（Problem Solving）問題解決是一複雜的心智歷程，Gagné 等人（1993）認為問題解決需要先對問題形成表徵，接著搜尋問題空間，進而評估解決方法。張俊彥和董家莒（2000）的研究以「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」四個問題解決步驟發展教學軟體，結果發現以「問題解決」為基礎的電腦輔助. 18.

(28) 教學軟體，有助於學生在學習成就的表現與認知層次的提升。此外，在問題解決的評量方面，Chang、Barufaldi、Lin 和 Chen（2007）發展線上問題解決測驗系統，透過領域特定知識測驗（Domain-Specific Knowledge Test, DSKT）、推理能力測驗（Reasoning Skills Test, RST）及態度測驗（Attitudes Test, AT）來推測學生的問題解決能力（Problem-Solving Ability, PSA）。. (2)複雜情境的科學探究活動由於在複雜情境中的學習需要更多的資源和支持，教師透過科技協助學生在複雜情境中進行資料整合，有助於提升學生的學習成效。例如：陳柏宇、許瑛玿、吳慧珍、許瑋琇（2011）利用地理資訊系統軟體（My World GIS）導入環境議題決策活動，協助學生有效管理和呈現數據資料，讓學生依據自定的判凖進行評估時，能迅速取得適當的資料來作決策。研究結果顯示，學生的決策能力和水資源相關概念皆有顯著進步。Hsu 和 Wu（in press）則設計能組織化管理和呈現資料的「水庫軟體」，將複雜訊息限制在可控制的範圍內，以訓練學生正確收集及運用資料。. 綜上所述，在課程中結合科技進行教學，均能促進學習成效，雖然有部分研究顯示，當學生回到一般紙筆測量測驗時，是否結合科技並沒有明顯差別，但若能設計適當的評量來評估學習成效，將能測量到學生真正的進步情形。因此，本研究為了減少學生在不同形式的課程與測驗中產生的認知負荷，將兩份測驗工具（情境式決策能力測驗、水資源知識測驗）皆建置於 CWISE 上，經由與課程相同介面的評量試題呈現，期望能減少認知負荷而測量到學生真正的表現。. 三、網路科學探究平台（WISE）的優勢與相關研究即使科技應用於科學學習有諸多好處及幫助，但並非每個教師皆具備應用科. 19.

(29) 技的能力，因此 Linn（2003）認為，隨著時代轉變，科技應用於科學學習的方式有朝向客製化的趨勢，例如：針對特定使用者進行軟體製作；或讓使用者可以自己修改細節。基於此，Linn 等人在 2000 年左右開發完成「網路科學探究學習平台」（The Web-based Inquiry Science Environment，以下簡稱 WISE）（Linn, Davis, & Bell, 2004），結合科技應用與科學學習的模式（科學文本與講述、科學討論與合作、資料收集與呈現、科學視覺化、科學模擬與模型），提供教師改編或創建符合自己需求的線上科學探究課程（周源本，2007）。 Linn 等人自 1980 年代起逐步開發電腦輔助的工具（Linn, Davis, & Bell, 2004），在 1980 年代先開發 Computer as Laboratory Partner 作為實驗研究的工具，之後將實驗記錄與課程作結合，產生 Computer as Learning Partner（以下簡稱 CLP）計畫，讓學生學習較複雜的科學概念。CLP 包含四個協助學生進行科學探究的大原則：(1)使知識變得易理解；(2)使思考過程視覺化；(3)協助學生互相學習；(4)促進學生自主及終生學習。之後，Linn 等人依照這些原則開發知識整合平台（Knowledge Integration Environment，以下簡稱 KIE），透過各種輔助工具（如 SenseMaker、Mildred guidance）來協助學習者建立論點以促進科學知識的整合（Bell, & Linn, 2000）。伴隨網際網路的出現，Linn 等人將 KIE 與網路結合，形成 Web-based Integrated Science Environment，最後結合科學探究的精神，開發完成現在的網路科學探究平台（WISE）。由於 WISE 為免費使用且開放原始碼，近年有許多研究者將利用 WISE 進行探究課程研究（如：Williams, 2008; Zhang,2010; Ryoo, & Linn, 2012; Varma, & Linn, 2012; Chiu, & Linn, 2014），或是將 WISE 內的課程中文化，應用於科學教育上（周源本，2007；黃文政，2010；蔡錕承、張欣怡，2011；張翔棋， 2011）。. （一）WISE 的優點大多數的 WISE 課程是在網路上完成，藉由不同的模式引導學生學習，例如. 20.

(30) 用多媒體網頁呈現課程內容，或用題目引導探索及提供回饋引導學生進行反思。而網頁內容結合各種網路工具，如 Flash 動畫、Java 應用程式、多媒體影片等工具也可有效地協助學生學習。此外，透過呈現同儕想法的工具（如：腦力激盪、想法籃等），可促進學生與學生及教師與學生之間的互動，能使學生學習互動與合作技能。最重要的是，教師可以自行編修課程，使教師能用自己習慣的順序進行教學（周源本，2007）。. （二）WISE 應用於科學探究學習的例子 1.使用 WISE 的課程促進學習效果許多研究表明，使用 WISE 的課程有助於增加學生對概念的理解（Zhang,2010; Ryoo, & Linn, 2012; Varma, & Linn, 2012; Chiu, & Linn, 2014；周源本，2007；蔡錕承、張欣怡，2011；張翔棋，2011），表 2-1-1 呈現最近幾年，透過 WISE 課程促進學習效果的相關研究成果。 Zhang（2010）使用「Hydrogen Fuel Cell Cars」課程，學生藉著視覺化表示的氫氧燃燒分子交互作用模型學習相關的化學反應，之後繪圖組（drawing condition）的學生在觀察動畫後須畫出一套四格圖片來解釋化學反應的過程；評論組（critique condition）的學生在觀察動畫後則需對兩套預設的四格圖片進行評論。研究結果發現，透過 WISE 課程，兩組學生對化學反應的理解均獲得顯著的進步，且皆能整合「鍵結破壞與形成」、「質量守恆」等概念來解釋化學反應的現象。Ryoo 和 Linn（2012）使用「Photosynthesis」課程，兩組學生分別接受以「動態（Dynamic visualizations）」與「靜態（Static illustrations）」呈現的光合作用中能量轉移的課程，結果發現，透過 WISE 課程，兩組學生對能量在光合作用中轉移的概念皆有提升，而動態組又比靜態組進步更多。Varma 和 Linn（2012）使用「Global Warming: Virtual Earth」課程，讓學生藉由虛擬的溫室效應實驗，了解溫室效應與全球暖化的關係，結果發現，這個課程能增加學生的科學理解。而 Chiu 和 Linn（2014）使用 WISE 內的課程「Chemistry Scene Investigators」，用動. 21.

(31) 畫呈現化學反應中分子的移動，使學生能將觀察到的現象與原子級的現象連結，有助於學生進行化學反應相關的課程。在 WISE 中文化的部分，周源本（2006）利用 WISE 中「岩石循環」與「全球氣候變遷」兩個課程來比較三種不同「教學法」（合作學習、個人單機與教師主導）對學生的影響。研究結果發現，學生在經過 WISE 中的兩個課程後，在理解層次上皆有顯著進步，且不同教學法對學生的各項成就評量沒有顯著差異，表示不論用什麼教學法，WISE 的課程皆可以增強學生的理解力。蔡錕承、張欣怡（2011）使用「溫度與熱」課程（修改自 Thermodynamics: Probing Your Surroundings），分析課程中實物實驗（Hands-on experiment）與虛擬實驗（Virtual experiment）對於促進學生溫度與熱知識整合的成效，並討論學生進行實物與虛擬實驗所展現的學習策略與實驗能力。研究結果顯示，在 WISE 中進行的實物與虛擬實驗活動均可促進學生知識整合，且兩種實驗活動均可促進學生高層次學習策略的使用。張翔棋（2011）使用「氫燃料車內的化學」課程（修改自 Will Gasoline Powered Vehicles Become a Thing of the Past?），在課程中發展要求學生針對三種角色（科學家、同儕與虛擬同儕）提出的分子模型進行評論活動。研究結果發現，雖然當學生在評論科學家、同儕及虛擬同儕建構的分子模型時，學生的評論表現皆有不同，但在課程結束後，學生對於科學模型及化學反應有更深的理解。. 22.

(32) 表 2-1-1、使用 WISE 的課程促進學習效果之相關研究作者. 研究對象. Zhang（2010）高中化學學生. Ryoo, & Linn, （2012）. 7 年級學. WISE 課程名稱. 課程內容. 研究設計. Hydrogen Fuel Cell 藉著視覺化表示的氫氧燃燒在觀察動畫後，繪圖組分子交互作用模型（動畫）（drawing condition）的學生 Cars 學習相關的化學反應須畫出一套四格圖片來解釋化學反應的過程；評論組（critique condition）的學生則需對兩套預設的四格圖片進行評論。 Photosynthesis. 光合作用中的能量轉移. 生. 研究結果兩組學生對化學反應的理解均獲得顯著的進步，且皆能整合「鍵結破壞與形成」、「質量守恆」等概念來解釋化學反應的現象。. 動態（dynamic visualizations）兩組學生對能量在光合呈現與作用中轉移的概念皆有靜態（static illustrations）呈現提升，而動態組又比靜態組進步更多。. 6 年級學 Varma, & Linn,（2012）生. Global Warming: Virtual Earth. 藉由虛擬的溫室效應實驗，單組前測、後測 t 考驗了解溫室效應與全球暖化的關係. 課程能增加學生的科學理解. 高中化學學生. Chemistry Scene Investigators. 用動畫呈現化學反應中分子單組前測、後測 t 考驗的移動，使學生能將觀察到的現象與原子級的現象連結. 有助於學生進行化學反應相關的課程. Chiu, & Linn, （2014）. 23.

(33) 周源本（2006）國三升高一的學生. 岩石循環（修改. 模擬岩漿形成火成岩的過程比較三種不同「教學法」（合及火成岩的構造；作學習、個人單機與教師主 Rock Cycle: Igneous Rocks）；利用所得的資料與證據，討導）對學生的影響全球氣候變遷（修論全球氣候變遷的原因改 Global Climate. 不論用什麼教學法， WISE 的課程皆可以增強學生的理解力。. Chang: Who’s to Blame）蔡錕承、張欣 8 年級學怡（2011）生. 溫度與熱（修改 Thermodynamics: Probing Your Surroundings）. 從實驗情境中擷取研究問實物實驗（hands-on 題、預測結果與進行實驗包 experiment）與虛擬實驗括：選擇實驗物件、操作實（virtual experiment）驗、最後則解釋實驗結果. 張翔棋（2011） 8 年級學. 氫燃料車內的化. 介紹科學模型的種類及用. 生. 學（修改 Will. 針對三種角色（科學家、同儕學生在評論不同腳色的. 途，安排學生觀察及使用多與虛擬同儕）提出的分子模型種類型的模型進行學習（如進行評論活動 Gasoline Powered Vehicles Become a 靜態的圖像、文字表徵及動 Thing of the Past?）態的動畫表徵等）. 24. 兩種實驗活動均可促進學生知識整合，及高層次學習策略的使用。. 分子模型時表現皆有不同，但在課程結束後，學生對於科學模型及化學反應有更深的理解。.

(34) 2.教師使用 WISE 課程的教學實務在使用 WISE 內的課程前，教師需要接受探究引導及軟體操作的訓練（Slotta, 2004），而教師引導探究的能力及教師信念，在 WISE 課程中佔有一定的影響力。因此，有些研究特別討論教師在 WISE 課程中的教學實務。 Williams（2008）探討一位資深教師於三年教學的時間內，如何把 WISE 網路科學探究課程融合於課堂中，將在教師教學過程中所提問題分為事務性問題（課程操作和程序）、事實性問題（瞭解學生已知的知識）和概念性問題（要求學生去預測或提供實驗數據去解釋他的回答和證明他的結論），並將教師與學生的對話則分為事務性對話（課程操作或學生進度）和科學性對話（如：鼓勵學生解釋自己的回答；要求學生進行預測和解釋自己的推論；鼓勵學生利用證據支持自己的論點；鼓勵學生挑戰他人的觀點等）。研究結果發現，隨著重複進行 WISE 探究課程的次數增加，提出事實性問題的次數逐漸減少，與學生進行科學性對話的次數則逐漸增加，證明 WISE 可將教師由過去知識的傳遞者，漸漸轉變為幫助學生進行科學探究的引導者。黃文政（2011）使用「溫度與熱」課程（修改自 Thermodynamics: Probing Your Surroundings）來了解中學教師對網路科學探究課程的信念與教學實務。課程架構是先提供學生研究情境及研究問題，讓學生進行預測，再透過觀察實驗結果或是動畫模擬後，於嵌入式評量中進行解釋，引導學生學習熱平衡和熱傳導等科學概念，並培養學生進行實驗的能力，進行相關科學探究活動。研究結果發現教師的教學信念與其教學實務的關係具有一致性。. 綜上所述，善用 WISE 平台的優勢，並且在課程設計時依循特定的教學模式和策略，學生的科學概念與學習效果皆會提升，WISE 也能幫助教師引導學生自主學習。本研究即透過以 WISE 中文化的 CWISE 平台，參考科技融入科學教學的方式，設計「水庫預定地選擇」的決策課程，期望能有效提升學生的水資源知識，培養學生的決策能力，以及建立以證據為基礎的主張。. 25.

(35) 第二節社會性科學議題的決策活動與決策能力發展一、社會性科學議題近年來，社會性科學議題（Socio-Scientific Issues，以下簡稱 SSI）越來越受到科學教育者的重視（Sadler, 2004），主要是因為這類問題的解決途徑通常不是唯一，當社會大眾面對這些問題時，會因個人經驗、背景、文化、所處環境或所持立場不同而有不同的觀點或解決方式（李亭誼，2011），而社會性科學議題所具有的爭議性，常包括多方的論述觀點，當人們對於議題做出決定或陳述立場時，必須對各項選擇進行評估（劉湘瑤、李麗菁、蔡今中，2007）。這樣的評估過程往往需要收集並解讀大量的資料，根據資料做出結論，也強調學生須將資料適當地與自己的主張連結以說服他人，能夠培養學生獨立思考及問題解決能力，符合九年一貫課程綱要的精神（教育部，2008）。林樹聲（2008）整理出社會性科學議題的四大特色： 1.屬於開放式且結構不佳（ill-structured）的問題，沒有提供給學生非常嚴謹的條件，也沒有唯一的標準答案。 2.這類問題的解決方法，因涉及之社會團體的不同而有不同的提案，但這些提案的內容常常呈現對立的局面，在社會中引起不同團體之間的爭議和衝突。 3.此類問題的解決通常會涉及個人的價值判斷，決定的過程與結果會反映個人的道德推理或倫理上的考量。 4.問題本身跨越許多相關的領域，例如科學、社會、政治、經濟、法律、生態保育、倫理與道德等，人們必須同時思考眾多的面向，做跨領域的思維，才足以反映問題的全面性。在議題的選擇上，劉湘瑤等人（2007）整理近十年以社會性科學議題為主題的實徵研究，發現運用環境議題的研究佔多數，例如科技發展對環境生態保育的影響或在資源使用方式的選擇等議題。本研究所設計的「水庫預定地選擇」課程亦屬於環境議題，且能符合 SSI 的. 26.

(36) 定義，因為興建水庫需考量不同興建預定地的氣候、地質、生態保育、土地利用、居民及後續影響等的因素，不只有科學知識的考量，也牽涉到社會觀感或文化價值等因素的影響，所以是一個具兩難情境，且沒有唯一正確解決方式的問題。. 二、決策活動（一）問題解決（problem solving）與作決策（decision making） Gagné 等人（1993）提出問題解決的歷程為：（1）對問題形成表徵；（2）搜尋問題空間；（3）評估解決方法。其中評估解決方法就需要決策能力。陳柏宇等人（2011）提到，決策（Decision）在字意上有兩個意思，第一個意思是在複雜的情境下找出應該採用的方法；另一個意思是當一位執行者發現問題時，試著去找出問題的所在並加以改善，這個字也有「選擇」的意思，當一個決策者在做決定時，要分析現況和查詢相關資訊，並選出一個適當的執行方法。但是當需作決策的問題非常廣泛，決策者很難馬上找出問題的核心，而先要運用一些策略縮小問題核心（Gagné, Yekovich, & Yekovich, 1993）。因此，去解決一個需要作決策的問題時，人們需要問題解決的能力；而在問題解決的過程中，人們需要決策能力。因此，問題解決與作決策是相輔相成的。陳柏宇等人（2011）認為，面對複雜情境的問題時（如 SSI），很難直接找到最好的方法，只能先收集資料，列出所有可能的解決方式和答案，再依據一些判準（criteria）進行評估，最後選擇較適合的解決方式和答案。若是可以進一步對所做的選擇進行優點和缺點評估，以及嘗試提出補救措施，則能夠經歷完整的決策過程和發展出面對問題所需的決策能力。. （二）環境議題的決策策略（decision making strategies）環境議題除了是最常被使用的社會性科學議題外，通常不只涵蓋單科目的知識（陳柏宇等，2011），且環境議題所涉及的問題往往都很複雜（Pata, & Sarapuu, 2001），在進行環境議題決策時，要考慮社會政治、環境、生態和經濟等許多面. 27.

(37) 向（Kiker, Varghese, Seager, & Linkov, 2005），Kiker（2005）等人提到，環境決策（environmental decisions）通常需借結合自然、物理、社會科學、醫學、政治和倫理等各類學科的知識基礎，因此透過環境議題的決策活動，學生能學到整合相關知識的能力，符合九年一貫環境教育融入各領域之精神（陳柏宇，2008）。在決策策略上，Kiker 等人（2005）提到，大多數決策者會使用考慮「模擬和監測結果（results of modeling and monitoring studies）」、「風險評估（risk assessment）」、「成本或成本效益分析（cost or cost-benefit analysis）」、「利益相關者的偏好（stakeholder preferences）」等四個層面，但在決策過程中，利益相關者的偏好常會主觀地介入並影響其他層面的評估。因此 Kiker 等人（2005）認為多目標決策理論（Multicriteria decision analysis，以下簡稱 MCDA）能解決這個問題。在 MCDA 的過程中，決策者先訂出幾個必要的決策判準（decision criteria），接著分析及比較幾個預定選擇在這幾個判準下的表現，最後做出決定。在不同的情境下，不同的決策者會採用不同比較方式（Kiker, at el, 2005）， Hsu 和 Wu（in press）在訓練高中生的決策策略時，提供刪去法（cutoffs）、比較得分法（scoring）及權重給分法（weighting）等三種策略，引導學生討論三種決策策略的利弊。. （三）作決策的過程 Kolkman、Kok、Veen（2005）認為，學生學習做決策時應該讓學生依據決策理論一步一步往前，經由循序漸進的方式教學，學生才能做出較適當的選擇。 Ratcliffe（1997）提出小組學生做決策的架構為： 1.選項（options）：列出可能方案； 2.判準（criteria）：發展判準； 3.訊息（information）：收集資訊； 4.調查（survey）：評估優缺點； 5.選擇（choice）：選擇方案；. 28.

(38) 6.回顧（review）：評估決策過程是否可改進。. 而 Grunig 與 Kuhn（2005）則提出決策過程的七個步驟： 1.發現問題（Discovery the decision problem）：遇到問題時，要先仔細的分析當前的所遇到的狀況，並且根據已知的背景知識發現問題，以幫助未來更明確界定問題。 2.分析問題（An alysing the decision problem）：分析重要、且迫切的問題以協助規劃面對問題時的應對方式，若能明確地釐清問題，可以協助我們更有效的處理問題。 3.發展至少兩個可行意見（Developing at last two options）：最好發展出兩個可行方案來做比較，了解方案間的優劣，比較時須先訂出比較的標準。 4.訂出判準（Define the decision criteria）：標準是作為判斷時的依據。為了使判準能很快速的做判斷，所訂的判準最好只能評估單一的可能變項，且這個變項與要問題有緊密的結合，而這個標準最好能夠有一個範圍。 5.檢定各選擇的結果，描繪可行方案（Examining how to determine the consequences and if necessary drawing up possible scenarios）：將每個選擇的分類列出來，例如：找出幾種可能的解決方法；或是有些層面看來是可以執行的，但是伴隨某些風險；也可能就是找出某些完全無法進行的方案，因此可以排出某些方案。 6.確定意見的結果（Determining the consequences of the options）：最後決定的選擇必須是經過各種標準判斷，選出來最適合的方案。 7.再次檢視所有意見的結果並做最後決定（Establishing the overall consequences of the options and making the final decision）：綜合評估入選的方案，如果發現有的方案具不確定因素，就回到階段三重新評估一次。. 另外，Hsu 和 Wu（in press）採用以證據為基礎的三階段過程，做為決策架. 29.

(39) 構的學習模組：辨識決策問題（recognizing the decision problem）、差異化（differentiation）以及決策後的整合（post-decision consolidation）。先提供情境讓學生辨識問題，在差異化階段則經過下列階段：產生判準；精煉判準；分析資料（依判準檢測資料）；選擇兩個有潛力的地點（應用決策策略）；比較利與弊；產生決定。最後進行決策後的整合，除了發表自己的決定並與同學討論外，也要求學生提出關於決定的缺點及配套措施（compensatory solutions），從另一個角度檢視自己的決定。. （四）本研究採用的決策步驟考量到研究對象的能力，本研究結合 Grunig, & Kuhn, (2005)及 Hsu, & Wu, (in press)之決策過程與策略，設計符合國中生程度的決策步驟（如圖 2-2-1），以下詳述之：. 1.訂出判準：在進行社會性科學議題的決策前，除了要正確理解問題情境外，最重要的是先訂出決策判準（Ratcliffe, 1997; Grunig & Kuhn, 2005），故決策活動從引導學生「訂出判準」的步驟開始。 2.分析問題：理解「水庫預定地選擇」情境，並學習使用「水庫軟體」。 3.依據判準檢視資料，並選出符合判準的水庫候選地。 4.重複步驟 1、3：由於學生在訂定判準時考慮的影響因素面向通常不足（陳柏宇等，2011），因此安排兩次訂定判準與資料收集，以培養學生在決策時考慮不同面向的影響因素。 5.利用水庫軟體，比較兩個水庫候選地。 6.利用所收集的資料來支持自己所形成的決定。 7.提出所決定水庫的缺點及可改善之配套措施，增加學生批判思考的能力。. 30.

(40) 訂出判準 1. 分析問題（水庫軟體）. 依據判準檢視資料 1. 選出符合判準的水庫候選地 1 比較兩個水庫候選地. 訂出判準 2. 依據判準檢視資料 2. 選出符合判準的水庫候選地 2 形成決定. 提出缺點圖 2-2-1、本研設計符合研究對象程度的決策步驟. 31.

(41) 三、決策能力在社會性科學議題的決策活動中，學生需要先理解問題情境，之後正確解讀情境中提供的資料，產生符合問題情境的主張，並將資料轉化為可以連結主張的證據以說服他人。在過程中，有許多因素會影響學生的決策過程與結果，學生也可能會面臨許多困難。. （一）影響學生決策的因素陳柏宇等人（2011）參考過去文獻的說法，認為從外界刺激（如：社會團體、社會階級、人際互動等）轉化後的思考與推理模式，以及反映思考模式與方向的個人特質（如：動機、人格、生活模式、情感等），都是影響個人做決策的因素。 Sadler 和 Zeidler（2005）將受試者在社會性科學議題決策活動中的推理過程分為三種模式：理性（rationalistic）、感性（emotive）及直覺（intuitive），理性的推理是指學生在推理時舉出因素理性地推論出主張；感性的推理是以社會關懷及同情的角度推論出主張；直覺的推理是很簡短的，可能只是一種感覺，或是使用信仰及道德層面進行推理。在決策過程中，受試者可能使用兩種以上的推理模式，兩種模式可能可以互相協調或衝突。結果顯示，大多數受試者知道自己會使用道德層面的推理方式進行決策，這是社會性科學議題的特色之一。 Wu 和 Tsai（2007）則將作決策的模式（decision-making modes）分為直覺與證據導向兩種推理型態；將推理的模式（reasoning modes）分為以科學為導向和以社會為導向等兩種推理模式以及社會、經濟、科學（科技）、生態等四種論點模式。研究結果發現，學生傾向用多元的方式進行推理，並產生以證據為基礎的決定。在本研究所使用的決策步驟中，學生須依照所訂出的決策判準進行資料收集與分析，進而做出決定，因此挑選判準的類型與理由，是影響學生最後決定的重要關鍵因素。故本研究參考本研究參考 Sadler 和 Zeidler（2005）提出的三種推理模式，將學生選擇判準的理由分成三類：在挑選判準的過程中，能考慮. 32.