融入科學史與實驗教學對國二學生理化學習成效影響之研究--以「空氣的成分與性質」單元為例
152
0
0
全文
(2) 謝. 誌. 在這裡我要感謝很多人的協助，讓我能順利完成這本論文。 我最感謝的是我的指導教授方泰山教授，方教授不但在論文撰寫過程中給我相 當多的指導與建議，更是推動我不斷前進的一股強大力量；在論文修訂過程中，方 教授仔細閱讀及詳細的批註，在與方教授的互動過程中，深深感受到方教授的積極 熱心與關懷學生的情誼。 感謝洪志明教授與蘇昭瑾教授對本論文的指正與建議，您們專業的寶貴意見， 使我受益良多，也讓此本論文更加充實完善。 感謝實驗室的崇文學長與嘉祺學妹的大力支持與協助，以及慧玲與秀芬的加油 打氣，謝謝你們一路相伴給我關懷與鼓勵。 感謝與我同校的好同事慧雯，在我遇到挫折時給我力量，還有同事苾盈在施測 上的協助。 最後感謝我的公婆與先生的支持與體諒，讓我能無後顧之憂的讀書進修與完成 論文；當然也要謝謝我的三個寶貝讓出媽媽，讓媽媽能再次進入校園讀書，親愛的 昀蓉、昀衡與昀澄，現在媽媽可以有更多時間陪伴你們了。 衷心感謝所有曾經協助與指導我的人，在此一併致謝；僅將此論文獻給所有協 助過我的人。. 惠如 2009.01. II.
(3) 中文摘要 . 本研究主要目的在探討融入科學史與實驗教學對國中學生理化學習成效之影 響。本研究採用實驗研究法，樣本來自桃園縣某國中二年級學生，選取實驗組與對 照組各一班 35 人，共 70 名學生。實驗組學生接受為期兩週共十堂課的融入科學史 與實驗教學，對照組則接受傳統講述式教學，所有樣本先以「理化學習態度量表」 進行前測，並蒐集所有樣本研究前之起點行為資料；待教學實驗完成後，進行「空 氣的成分與性質」單元成就測驗及「理化學習態度量表」的後測。根據學生前測與 後測的資料，分析比較實驗組與對照組學生在理化學習成就、理化學習態度上是否 達顯著差異，以及實驗組學生在理化學習成就及理化學習態度上是否有顯著提升。 此外，對實驗組學生進行半開放式的學習回饋問卷調查，進一步了解學生對融入科 學史與實驗教學之心得感受。 就「空氣的成分與性質」單元而言，本研究的結果發現： 一、融入科學史與實驗的教學方式能提升學生的理化學習成就達顯著差異；且高分 群學生的提升效果較為顯著。 二、融入科學史與實驗的教學方式能提升學生對理化科的學習態度達顯著差異；且 低分群學生的提升效果較為顯著。 三、學生喜歡融入科學史與實驗的教學方式，有近九成的學生認為此教學方式有助 於理化科學習；顯示融入科學史與實驗的教學方式對於學生的理化學習成效有 正面影響。. 關鍵詞：行動教學、融入科學史與實驗教學、學習成就、學習態度、抽象模組. III.
(4) Abstract The purpose of this research is to study the influence of integrating scientific history and laboratory teaching in physical science of junior high school.. The sample. of 70 students that were selected from the 8th grade students in Taoyuan County is employed for this study.. The half of sample students was grouped into control and. experimental ten teaching classes in the module of “Air composition and its characteristics” .The instruments of the achievement test, learning attitude measurement and questionnaire survey were used for the evaluation of the results. The findings of the teaching module “Air composition and its characteristics” from this action research are as follows: (1) The score of the achievement test for the experimental group is much better than that of the control group.. Especially, the upper-half of experimental students is more. remarkable in learning the more abstractable module. (2) The score of the learning attitude survey of the experimental group is much better than that of the control group.. Interestingly, the lower-half of experimental students is. much improved in learning attitude. (3) Nearly over 90% students of the questionnaire survey recognize this strategy to be helpful their learning in physical science.. Key words: action teaching, integration teaching of scientific history and laboratory, learning achievement, learning attitude, abstraction module. IV.
(5) 目. 錄. 中文摘要 ............................................................ III ABSTRACT ............................................................. IV 第壹章. 緒論 .......................................................... 1. 第一節 研究背景與動機 .............................................. 1 第二節 研究目的與待答問題 .......................................... 4 第三節 名詞釋義 .................................................... 5 第四節 研究限制 .................................................... 6 第貳章. 文獻探討 ...................................................... 7. 第一節 科學史融入教學的理論基礎與功能 .............................. 8 第二節 科學史融入教學的相關研究 ................................... 14 第三節 動手做實驗在科學教育中的重要性 ............................. 25 第參章. 研究方法 ..................................................... 29. 第一節 研究設計 ................................................... 29 第二節 研究對象 ................................................... 31 第三節 研究工具 ................................................... 33 第四節 研究流程 ................................................... 39 第五節 資料處理與分析 ............................................. 41 第肆章. 研究結果與討論 ............................................... 43. 第一節 融入科學史教學對學生理化學習成就的影響 ..................... 43 第二節 融入科學史教學對學生理化學習態度的影響 ..................... 47 第三節 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷探討 ................... 62 第伍章 結論與建議 .................................................... 83 第一節 結論........................................................ 83 V.
(6) 第二節 建議........................................................ 85 參考文獻 ............................................................. 86 一、中文部分 ....................................................... 86 二、外文部分 ....................................................... 90 附錄一. 「科學史教材融入動手做實驗教學模式」 實作綱要 ................ 93. 一、惰性氣體的發現 ................................................. 93 二、燃燒的氧化學說 ................................................. 97 三、收集氣體的裝置 ................................................ 101 附錄二. 「空氣的成分與性質」單元融入科學史教材 ...................... 103. 一、【科學故事一】惰性氣體的發現 ................................... 103 二、【科學故事二】燃燒的氧化學說 ................................... 112 三、【科學故事三】收集氣體的裝置 ................................... 116 科學家小傳（一）拉姆賽 ............................................ 118 科學家小傳（二）拉瓦節 ............................................ 120 動手做實驗（一）水氣的凝結 ........................................ 121 動手做實驗（二）蠟燭的燃燒 ........................................ 122 動手做實驗（三）鋼絲絨的氧化 ...................................... 123 動手做實驗（四）氧氣的性質與製造 .................................. 124 動手做實驗（五）二氧化碳的性質與製造 .............................. 126 學習單(一)惰性氣體的發現 .......................................... 128 學習單(二) 消失的鑽石 ............................................. 129 學習單(三)燃燒的氧化學說 .......................................... 131 學習單(四)收集氣體的裝置 .......................................... 132 附錄三. 「空氣的成分與性質」單元學習成就測驗卷 ...................... 134. 「空氣的成分與性質」單元學習成就測驗卷 ............................ 134 附錄四. 理化學習態度量表 ............................................ 137. VI.
(7) 理化學習態度量表 .................................................. 137 附錄五. 學生對理化課融入科學史教學的回饋問卷 ........................ 139. 學生對理化課融入科學史教學的回饋問卷 .............................. 139. VII.
(8) 表. 目. 錄. 表 2-1. 科學史融入教學的理論基礎 ...................................... 8. 表 2-2. 科學史融入教學的功能與優點 ................................... 10. 表 2-3. 科學史融入教學對學生「科學成就」影響之相關研究 ............... 22. 表 2-4. 科學史融入教學對學生「對科學的態度」影響之相關研究 ........... 24. 表 2-5. 動手做實驗教學的主要功能與優點 ............................... 28. 表 3-1. 實驗研究變項表 ............................................... 30. 表 3-2. 實驗組與對照組學生起點行為第一次複習考自然科成績獨立樣本 T 考驗 32. 表 3-3. 實驗組與對照組學生起點行為「理化學習態度量表」前測分數獨立樣本. T. 考驗 ......................................................... 32 表 3-4. 實驗組與對照組高、低分群學生起點行為第一次複習考自然科成績獨立樣 本 T 考驗 ..................................................... 33. 表 3-5. 融入理化科學史教材及課程內容的雙向細目表 ..................... 35. 表 3-6. 理化學習態度量表之信度分析 ................................... 37. 表 4-1. 實驗組與對照組全部學生成就測驗成績獨立樣本 T 考驗 ............. 44. 表 4-2. 實驗組與對照組高分群學生成就測驗成績獨立樣本 T 考驗 ........... 45. 表 4-3. 實驗組與對照組低分群學生成就測驗成績獨立樣本 T 考驗 ........... 46. 表 4-4. 實驗組與對照組全部學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測平均 數、標準差摘要 ............................................... 49. 表 4-5. 實驗組與對照組全部學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測得分 之同質性考驗摘要 ............................................. 50. 表 4-6. 實驗組與對照組全部學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測得分 單因子共變數分析摘要 ......................................... 51. 表 4-7. 實驗組與對照組高分群學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測平 均數、標準差摘要 ............................................. 52. 表 4-8. 實驗組與對照組高分群學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測得 分之同質性考驗摘要 ........................................... 53. 表 4-9. 實驗組與對照組高分群學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測得 VIII.
(9) 分單因子共變數分析摘要 ....................................... 54 表 4-10 實驗組與對照組低分群學生「理化學習態度量表」 總表與分量表前後測平 均數、標準差摘要 ............................................. 55 表 4-11 實驗組與對照組低分群學生「理化學習態度量表」 總表與分量表前後測得 分之同質性考驗摘要 ........................................... 56 表 4-12 實驗組與對照組低分群學生「理化學習態度量表」 總表與分量表前後測得 分單因子共變數分析摘要 ....................................... 57 表 4-13 實驗組全部學生「理化學習態度量表」 總表與分量表前後測得分的平均數 比較 ......................................................... 58 表 4-14 實驗組高分群學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測得分的平均 數比較 ....................................................... 59 表 4-15 實驗組低分群學生「理化學習態度量表」總表與分量表前後測得分的平均 數比較 ....................................................... 60 表 4-16 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第一部份第一題統計 ...... 62 表 4-17 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第一部份第二題統計 ...... 63 表 4-18 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第一部份第三題統計 ...... 64 表 4-19 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第一部份第四題統計 ...... 65 表 4-20 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第一部份第五題統計 ...... 66 表 4-21 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第二部份第一題統計 ...... 67 表 4-22 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第二部份第二題統計 ...... 68 表 4-23 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第二部份第三題統計 ...... 69 表 4-24 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第二部份第四題統計 ...... 70 表 4-25 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第二部份第五題統計 ...... 72 表 4-26 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第一題統計 ...... 73 表 4-27 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第二題統計 ...... 74 表 4-28 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第三題統計 ...... 75 表 4-29 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第四題統計 ...... 76 表 4-30 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第五題統計 ...... 77 表 4-31 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第六題統計 ...... 78 IX.
(10) 表 4-32 實驗組學生對融入科學史教學的回饋問卷第三部份第七題統計 ...... 79. X.
(11) 圖 圖 3-1. 目. 錄. 研究流程圖 ................................................... 40. XI.
(12) 第壹章 緒論 本章主要目的在闡述本研究之背景及研究目的，並確定待答問題，解釋重要名 詞，說明研究的重要性及其相關限制。全章分成四節：第一節為研究背景與動機， 第二節為研究目的與待答問題，第三節為名詞釋義和第四節為研究限制。 研究者在理化科課程中，融入與課程單元相關的科學史教材，並設計與該科學 史教材相關的動手做實驗活動；由協同教師於任教班級中選定兩個班為實驗組及對 照組。實驗組在實際教學課程中以自編融入式的理化科學史教材進行教學，而對照 組則使用傳統講述式教學，直接以學校所選用的九年一貫翰林版自然科教科書進行 教學。經由融入理化科學史教材的教學實施，比較實驗組與對照組的學生在「單元 學習成就測驗」、「理化學習態度量表」中所呈現的差異。並透過「學生學習回饋 問卷」，來了解實驗組學生在融入理化科學史教材教學運用後的實際心得感受。希 望透過本研究能讓教學者在進行理化科教學時做為實際應用之參考。. 第一節 研究背景與動機 一般科學教師在進行科學教學時，常忽略了科學與社會間的關係(Mitman, 1987)；缺少了科學與生活、人文背景之間的關係，而只是以講述式的大量科學知識 傳授；採背誦、測驗等傳統方式進行教學，忽略了科學態度的培養，故學生們以為 科學學習只是大量科學知識的記憶，只要會背公式、會做答、考高分就好了。 自然教科書以現代的科學理論作為編撰的依據，多採用抽象而化約的方式設 計，此種精簡過的課程，易讓學生產生科學與現實脫節之感（吳美瑩，2004），這 讓學生覺得科學是不變的真理、科學家異於常人等對於科學本質上的誤解。為解決 此一困境，多位專家學者建議在科學課程中加入科學史料，不但可以幫助科學概念 的學習，更能提高科學的學習態度，並增進對科學本質的了解（Brush,1969; Bybee et al,1991; Duschl,1985; Matthews,1989,1994; Schecker,1992；許良榮、李田 1.
(13) 英，1995；洪振方，1997；傅麗玉，1999）。 我國中小學科學教育，以培養並提高科學素養的國民為目標，即透過學校科學 教育，使學生能夠運用科學概念、科學方法和科學態度來解決日常生活所遭遇的問 題，期能適應現代生活 (魏明通，1997)。而教育部（2003）九年一貫課程綱要中將 「科學發展的過程」與「科學家及發明家的故事」納入教材內容的要項中，並期望 教師在「教材選編時可融入科學發現過程的史實資料，使學生得以藉助科學發現過 程之了解，體會科學本質及科學探究的方法和精神」。但研究者於實際教學現場， 發現大部分的科學教師本身就缺乏對科學史料的認識，而教科書上的資料不多且簡 短，更是缺少科學發展的過程，使得學生少有機會接觸歷史上科學的發展過程，但 事實上學生對於科學概念的發展及科學家故事是很好奇的。 教師可藉由科學史中所呈現的知識發展過程，了解學生可能會發生的學習困難 及迷思概念，以便能進行更有效的教學，提高學生的學習成果（賴羿蓉，1996）。 雖然學生的認知結構和先前概念並不直接等於科學家以前的想法，但是透過科學的 進展，教師可以預期學生可能存在的先前概念，以及在學習上可能遭遇的困難，因 此教師將科學史融入教學中可以引導學生進行有意義的批判與思考，以建構更成熟 的科學概念。 如何運用科學史於教學中？Brush（1992）指出，科學史融入教學是需要規劃 的。也就是說，融入科學史的教材並不只是把繁雜的科學史料加入課程中，而是得 經過規劃，考慮教學目標、上課時數及學生程度等，在國內還得兼顧升學考試壓力； 本研究中所設計的「說科學故事」，並不是朗讀故事內容即可，得先經由任課老師 整理故事內容，將所要呈現的科學概念以生動活潑、吸引同學注意力的方式，有系 統的傳授給學生。對中小學學生程度是透過科學史學習科學，而不是學習科學史， 所以科學史的課程安排方式，並不需要依照年代順序等來進行，當學生遇到一些較 抽象難以理解的科學知識時，也可藉由科學史來瞭解這些概念的來源，並透過融入 故事情節的動手做實驗活動，來深入理解概念的意義，以減少記憶科學知識；而且 做實驗通常是啟發學生學習科學的原動力。 基於上述文獻探討，以及研究者個人過去的教學經驗累積，本研究擬以融入科 2.
(14) 學史故事，並透過故事情境融入動手做實驗進行教學實驗，希望能提升學生的學習 成就和培養學習態度；更期盼能經由前人經驗，從實際教學過程中及科學史教材的 編撰方式，找出融入科學史教學對學生理化學習成效提升的具體做法。並希望藉由 本研究的探討，提供國中教師未來在理化教學上之參考。. 3.
(15) 第二節 研究目的與待答問題 一、研究目的 本研究旨在就「空氣的成分與性質」單元，探討融入科學史與實驗教學對國二 學生理化學習態度及理化學習成就之影響。根據上述動機，茲將本研究擬達成的目 的列述如下： （一）探討融入科學史教學與傳統講述式教學，對於國二學生在「空氣的成分 與性質」單元的學習成就之影響。 （二）探討融入科學史教學與傳統講述式教學，對於國二學生在「空氣的成分 與性質」單元的學習態度之影響。 （三）探討學生接受融入科學史教學後之感受與回饋。. 二、待答問題 為達到上述之目的，本研究之待答問題如下： （一）融入科學史教學與傳統講述式教學，對於國二學生學習「空氣的成分與 性質」單元的學習成就是否有差異？ （二）融入科學史教學與傳統講述式教學，對於國二學生學習「空氣的成分與 性質」單元的學習態度是否有差異？ （三）學生能否接受融入科學史的教學？其感受與回饋內容為何？. 4.
(16) 第三節 名詞釋義 一、科學史教材： 科學史教材之編寫方式多元，基本上可分成插入式（add-on）與融入式 （integrate）兩種設計方式（Matthews, 1994）： (一). 插入式（add-on ）：將科學歷程以穿插的方式和教材內容結合，但科學 史的內容並沒有配合教材的進度內容，也就是科學史內容與教科書內容獨 立分開。使用這種教材時，必須另外再進行教科書內容之教學。. (二). 融入式（integrate）：將科學之歷程與教材內容進行整合，融為一體。 當教師進行科學史教學時，也同時進行教科書內容之教學，因此教師只需 針對科學史教材進行教學即可（鄭秀如，1997）。本研究所編寫的科學史 教材採融入式之理念設計教材。. 二、融入科學史教學(integration teaching of scientific history)： 融入科學史教學的方式十分多元，不能期望用單一的教學模式或教學步驟來教 科學史（許良榮，2000）。但不論採用何種模式，只要妥善規劃，便可避免掉一些 教學上的困擾（洪振方，1999）。要妥善規劃課程，尚須配合課程設計理念以及考 慮學生程度及上課時數等。文獻中，科學史融入教學有相當多樣化的方式，包括歷 史個案研究、科學家傳記、科學故事、角色扮演、重複科學史上的重要實驗等……。 本研究採用融入科學故事、科學家傳記以及動手做實驗之方式。. 三、傳統講述式教學（traditional teaching）： 係指在班級教學中，教師將教材內容經由講述解說式的教學法傳授給學生，以 教師講、學生聽的方式進行（陳英娥，1992）。本研究所界定之傳統講述式教學， 指的是將課本內容，以講述的方式進行教學。在教學過程中，沒有融入任何科學史 資料，亦即對照組學生在教學實驗期間並未接受實驗操弄之實際教學情形。. 5.
(17) 四、理化學習成效： 本研究的學習成效係指學生在經過融入科學史教學後，學生在研究工具測驗 上，(前)後測的得分差距或進步分數的幅度。本研究學習成效分為兩部分：一為理 化單元學習成就，另一為理化學習態度。. 五、理化單元學習成就： 係指受試者在研究者所自編之理化科「空氣的成分與性質」單元成就測驗上的 得分。測驗分數愈高，表示學習成就愈高。. 六、理化學習態度： 係指個人對於理化學習所具有的一種持久、一致性的行為取向。本研究以研究 者改編之「理化學習態度量表」（林格朱，2004）中的得分作為個人在理化學習態 度上的指標。得分愈高，表示受試者的理化學習態度愈積極、正向。. 第四節 研究限制 本研究有以下限制：. 一、研究樣本的限制 受限於時間及人力，本研究以研究者協同教師任教的國二班級為研究對象，並 非隨機取樣。研究結果僅描述研究樣本，無法做過度的推論。. 二、學習內容及時間的限制 本研究僅以理化科「空氣的成分與性質」單元進行教學實驗，無法涵蓋所有理 化科課程的學習，故在學生學習內容上有其限制。而教學時數僅進行十堂課，每堂 課四十五分鐘，實驗時間短暫，若欲推廣為長時間使用，仍有待進一步研究。. 三、研究者將研究過程及結果呈現並檢討改進，不能做為通則推論，希 望能成為教學實務研究之用。 6.
(18) 第貳章. 文獻探討 . 近年來科學史融入科學學科的教學方式，逐漸受到國內外科學教育界的重視。 賴淑婷(2007)在「科學史融入教學對學生科學學習成效影響之統合分析」研究論文 中，使用電腦資料庫檢索及溯洄法檢索後，將蒐集到的三十四篇科學史融入教學的 研究報告，把資料依 Hedges 和 Olkin（1985）統合分析技術來計算加權平均效果量， 並以類別模式尋找影響科學史融入教學成效之中介變項。研究結果顯示： 一、科學史融入教學對學生科學成就有低程度的提昇效果。 二、科學史融入教學對學生科學態度有中等程度的提昇效果，影響成效的中介 變項有科學史教材類型及實驗融入教學。 三、科學史融入教學對學生對科學的態度有中低程度的提昇效果，影響成效的 中介變項有實驗地區、說故事融入教學及問題討論融入教學。 四、科學史融入教學對學生科學本質觀有中低程度的提昇效果，影響成效的中 介變項是科學史教材類型。 五、科學史融入教學對學生科學學習成效有中低程度的提昇效果，影響成效的 中介變項有科學史教學節數及科學史教材類型。 融入科學史的教學方式在科學學習的表現上確實有其成效，本章將對融入科學 史教學的相關理論做文獻探討，本章分成三節：第一節為科學史融入教學的理論基 礎與功能，第二節為科學史融入教學的相關研究，第三節為動手做實驗在科學教育 中的重要性。. 7.
(19) 第一節. 科學史融入教學的理論基礎與功能 . 研究者將本節分為三個部份，第一部分為科學史融入教學的理論基礎，第二部 份為科學史融入教學的功能與優點，第三部份為科學史融入教學對學生迷思概念學 習的相關探討，分述如下：. 一、科學史融入教學的理論基礎 Poincare 早在 1908 年出版的《科學與方法》（Science and Method）中，就 透露了此一想法(Poincare，1946 )：動物學家認為動物胚胎的發育，在短暫的期間 用經過其祖先演化過程的一切地質時代，而重演其歷史。看來思維的發展亦復如此。 教育工作者的任務，就是要使兒童思想的發展，踏過前人的足跡，迅速地走過某些 階段，但毫不遺漏。由於這個緣故，科學史理應成為我們的第一嚮導。(引自林格朱， 2004) 對於科學史融入教學的理論基礎，研究者參考文獻後將相關理論基礎整理如表 2-1 所示： 表 2-1 科學史融入教學的理論基礎 作者(年代). 理論基礎 科學史可以提昇學生對科學概念的了解。 科學史連貫了學生自我思考的過程與科學原理發展過程的相 似性。. Matthews(1994). 學生了解科學理論的演化性及革命式的開創性後，對往後科學 學習有很大的幫助。 藉由科學史可以提昇學生對科學本質的了解。 大部分教科書中只描述了科學原理的發展結論，省略了其發展 過程，因此學生認為科學是具權威性而不可挑戰，科學知識是 累積性而不容懷疑。而科學史闡述了科學原理發展的過程，讓. 8.
(20) 學生了解真正的科學本質。 科學史描述科學家的生活以及當時的社會背景，人性化的學習 內容可以讓學生比較願意學習科學家的思考過程。另一方面， 也使抽象單調的科學概念，成為較具社會化、生活化的課程內 容。 透過科學史的教學，學生較易了解不同科學概念之間以及不同 學科之間的相關性。換句話說，科學史可以襯托出不同領域成 就之間高度的相依性。. Mach（1960）. 科學史的教學不只可幫助學生對現在的了解，而且也可幫助學 生對未來的理解。亦即透過科學史的教學，可以幫助學生思考 自己的概念及心智結構。這可以幫助學生在未來學習過程中， 思考自己的科學概念以達真正的理解。. Wandersee （1985）. 科學史可以幫助老師了解以前的科學家在發展一個科學概念 時也曾經產生過的錯誤觀念，而且這些錯誤的觀念可能與現在 學生在學習過程中所產生的錯誤概念類型相似。因此教師們在 教學時較能理解學生在學習時所遇到的困難所在。. Brown et al. (1989) 朱則剛(1994). 情境學習論(situated learning)觀點：情境學習論，強調知 識是學習者與情境互動的生成物，本質上受到活動、文化與社 會脈絡的影響，知識在實際情境中建構起來，不能與情境脈絡 分開。. 傅麗玉（1996）. 敘事性思考專司以人的意志與行動，以及歷史與個人事件的全 程變遷所建構。一般學校的科學教學中，經常過於強調典範式 思考，而科學史材料的敘事特質，應有助於提供學童進行敘事 性思考所需的材料。. 洪振方（1998）. 在科學史的情境中，學生們可藉由見習科學家解決問題的歷 程，來理解科學本質，學習科學概念，培養科學態度，激發科 學思考，並進而內化成自我學習的能力之真實情境。. 9.
(21) 二、科學史融入教學的功能與優點 科學史融入課程的教學方式，對學生有多方面的影響。探討其相關文獻，研究 對象多針對「高中生」與「小學生」，而研究目的則可分為「科學本質」、「科學 成就」、「科學態度」與「對科學的態度」的研究，表 2-2 為各研究者所述科學史 融入教學的功能與優點： 表 2-2 科學史融入教學的功能與優點 作者(年代). 功能與優點 使整個教學過程更為生動活潑，而能引起學生的學習興趣與動 機。. 賴羿蓉（1996）. 使學生了解到整個科學探究的過程，科學家是如何經過一番爭 辯才建構出現在被廣為接受的理論，並進而學習相關的科學知 識。 可學習到合宜的科學本質及培養學生的科學素養。 教師可藉由科學史中所呈現之知識的發展過程，了解學生可能 會發生的學習困難及迷思概念，以便能進行更有效的教學效 果，提高學生的學習成果。. 幫助學生學習科學概念或精緻化。 培養學生自我學習科學的能力。 洪振方（1998） 讓學生見習科學家的探究歷程，激發思考內涵，建構更合宜的 科學本質觀。 藉此了解科學社群的互動，以啟發人文的思考，了解不同文化 的特質。 引發興趣。 劉廣定（1997） 了解科學，讓學生獲得更完整的認知。 理解科學方法。. 10.
(22) 瞭解科學本質。 增加學習科學的興趣。 讓學生瞭解科學與人文的關係。 王唯齡（2004） 學習科學家的思考方式及如何解決問題。 幫助學生理解自己錯誤的科學概念。 促進科學概念的理解。 學習正確的科學方法與科學態度。. 由科學史了解科學家面對問題時的思考或實驗探究的歷程，有 助於學生領悟解決問題的方法。 適當的科學史例子，可幫助學生領悟科學家創作的過程。 Oldroyd（1977） 讓學生了解科學理論持續改變，因而使學生能開闊心胸，接受 錯誤。 讓學生了解科學與社會間的關係，縮小科學與人文的鴻溝。. 展現科學的人性面，縮小科學與人文的鴻溝。 呈現科學是活動的、進展的、連續性的改變之面貌。 學生可以學習到科學家是如何真實地工作。 Kauffman(1987) 建立學生正確的科學態度。 培養學生的創造力。 體驗科學理論間的互動關係。. 11.
(23) 歷史可以對科學概念和方法有較佳的理解。 歷史的方法連結個人思想的發展和科學概念的發展。 有助於學生熟習科學史和文化史中的重要事件。 Matthews（ 1994） 歷史能讓科學課程的內容人性化，減低抽象化的程度。 讓學生較易瞭解不同科學概念與不同學科的關連性。 可以提升學生對科學本質的瞭解。 可以對抗在科學課程出現的科學主義和教條主義。. 呈現科學知識的發生是動態的過程，科學是一個動態改變的事 業，改變是一原則而不是例外。 科學動態的觀點可以幫助個人訓練條理思考能力及邏輯推理能 力。 理解科學是人類努力的成果，科學家也是人。 Wang & Marsh. 描繪出科學的發展過程是如何影響著大眾。. (2002). 可以告訴學生：科學研究需要內在與外在動機並存。 可以幫助學生瞭解社會因子或政治力量是如何緊密關聯到科學 努力的成果。 可以幫助學生瞭解科學家們也是在一個群體中工作，新知識是 建立在很多人的努力上的。 可以幫助學生認識不同的人文傳承及角色楷模。. 綜合以上所述，我們了解個體透過與歷史的交互作用可產生知識，而教學者藉 由科學歷史中所呈現之知識的發展過程，了解學生可能會發生的學習困難及可能產 生的迷思概念，更能進行有效的教學成果，使學生在文化脈絡中進行有意義的學習； 也為科學史融入教學提供了有利的理論依據。. 12.
(24) 三、科學史融入教學對學生迷思概念學習的相關探討 有許多研究指出學生有很多的迷思概念與科學史發展平行，所以教師可以藉由 科學史幫助學生認知到自己的概念，以提供互相矛盾的新概念學習。 科學史可以讓教師了解以前的科學家在發展一個新的科學概念時，也曾經產生 過許多錯誤的觀念，而且這些錯誤的觀念很可能與現在學生在學習過程中所產生的 錯誤概念類型相似，因此運用科學史教學不但可使教師們更理解學生在學習時所遇 到的困難，並可協助教師進行教學的設計（林煥祥，2000）。洪振方（1997）也說 科學教師透過瞭解科學發展史，可以藉此瞭解到學生在科學學習中可能會遇到的疑 惑與困難，因此可先一步調整自己的教學，而且根據科學史資料重新走過一遍來解 釋一個概念，可引導學生做正確的思考與學習。 但是若科學教師本身不具相關科學史背景，則這些教師在教授這些課程時，就 不容易對課程中的主題做具有批判性的探討，只流於閒談，對學生反而造成傷害， 而提供科學教師足夠的科學史教材與資源，才能提高教師教學意願，並提升科學史 的教學品質與成效。雖然學生的認知結構和先前概念並不直接等於科學史的發展或 科學家的想法，但是透過科學的發展，教師可以預期學生可能存在的先前概念；因 此建立一套科學史融入科學教學的師資培育模式，應是當前的重要課題（洪振方， 1997）。 邱美虹（2000）進行「科學概念學習研究」成果指出：國中生對於氣體的迷思 概念有氣體是不具任何重量，水蒸發時變輕、凝結時變重故而質量守恆，水蒸發時 消失或變輕，水蒸氣凝結時變重，煮沸的開水產生沸騰的氣泡主要成分是二氧化碳 或空氣或水分解成氧氣及氫氣等。 因此，研究者針對國中生在氣體課程的迷思概念，設計本研究使用的科學史教 材，並融入動手做實驗的教學模式，以增加學生的互動與參與感，進而引起對該課 程的學習動機以幫助學生釐清迷思概念。 研究者認為在理化教學中融入科學史教材，透過對科學史的認知，使學生了解 到科學家在發展新的科學概念時，所面臨的思考及相互矛盾的概念過程，對學生科 13.
(25) 學概念的學習應有正面的幫助，所以研究者於本研究中設計融入科學史與動手做實 驗教材，期盼能對國中學生在氣體迷思概念的學習有所幫助。. 第二節 科學史融入教學的相關研究 在科學教育蓬勃發展的今日，融入科學史教學的方法已被廣泛研究，本節將分 三個部分進行介紹：第一部份為科學史融入教學課程的可行模式，第二部分為科學 史融入教學的具體成效，第三部分為科學史融入教學對學生「科學成就」及「對科 學的態度」影響之相關研究，分述如下：. 一、科學史融入教學課程的可行模式 科學史融入教學的方式十分多元，不能期望用單一的教學模式或教學步驟來教 科學史（許良榮，2000）。但不論採用何種模式，只要妥善規劃，便可避免一些教 學上的困擾（洪振方，1999）。對於數量多而繁雜的科學史料，科學史教材並不是 照單全收，也並非所有科學史料皆適合讓學生學習。根據 Brush（1989）的主張， 如果要增進學生對科學的了解，必須先處理這些科學史料，使之顯出科學的特質。 所以融入科學史於教材時，不是把繁雜的史料加入課本中，而是得經過規劃的，考 慮教學目標、學生程度、上課時數，在國內還得特別兼顧考試壓力（洪振方，1998）。 要妥善規劃課程，必先了解目前有何可行的教學模式，才能靈活運用於實際教學上。 科學史融入教學的方式相當多樣化，在此列舉出其中幾樣普遍科學史融入教學 之可行方式，分述如下： （一）以著名的科學歷史事件作為研究對象： 1．歷史個案研究 歷史個案研究的教學方式是針對某位科學家的成就或某一歷史事件的發生、某 一科學成果的發明進行完善的揭示，經由學習心理學的過濾，編寫內在、外在一致 性的課文，以期使學生能充分理解科學的發展過程，幫助學生學習與了解。(賴淑婷， 2007) 14.
(26) 根據 Conant（1951）首先提出的「歷史個案研究」中強調：透過科學史中個 案研究，針對某位科學家的成就或每一歷史事件的發生、某一科學成果的發明進行 完善的揭示，特別需要重視科學發展的歷程；以期讓學生了解科學的進展過程、科 學的內涵、以及科學如何融入社會。 當教師進行個案研究時，要對某一科學家成就、某一事件、某一項發明進行充 分的揭示，說明前因後果、來龍去脈，並說明為什麼，以幫助學生的學習與了解。 2．互動式歷史小品（interactive historical vignettes，簡稱 IHVs） 此為科學教師安排短篇故事的討論，以幫助學生連結現在和過去，透過互動的 方式讓學生進行討論，使他們對所學的這些概念更感興趣，促進學生對概念的理解、 對科學本質有更深刻的領悟。換句話說，就是透過互動的方式，以歷史的想法，提 供學生對主題的解釋與討論（洪振方，1998）。 互動式歷史小品是 Wandersee 在 1989 年時提出；其主要的教學步驟為： (1)選擇重要的、有趣的、或特有的歷史單元。 (2)為了引發衝突，設計對立的雙方（binary opposites）。 (3)組織成扣人心弦的故事。 (4)確定化解由故事而引起的衝突。 (5)評量學生對該單元的相關主題及科學本質。 歷史小品的應用方式很多，教師也可充分發揮自己的想像力。 3．科學史寫作 科 學 史 寫 作 提 供 機 會 給 學 生 去 表 達 對 各 種 爭 論 議 題 的 看 法 （ Dybowski, 2001）。學生可以針對某位具有影響力的科學家進行寫作，使其更了解該科學家的 探究歷程及解決問題的方法；亦可根據某一科學史事件來寫作，從中表達出對該事 件的看法。 15.
(27) (二)探訪科學史上具有紀念意義的遺跡 1．探訪科學古蹟 讓學生實際拜訪當時科學家進行研究之場所(例如比薩斜塔)。 2．參觀博物館 參觀與科學相關之博物館(例如國立科學教育館、台中自然科學博物館)，藉由 親自目睹與科學史有關之物品或遺跡，讓學生有更貼近科學的感覺。在實際運用時， 可藉由校外參觀教學活動進行時舉行(例如畢業旅行時)。 3．閱讀科學家傳記，觀看其私人照片或遺物等。 實施方式可由教師提供科學家的生平故事給學生，或由學生閱讀傳記後進行科 學家生平介紹。內容可以是科學家的生活背景、成長過程、所做過的實驗或是奇聞 軼事，藉此增進學生學習動機及對科學家的了解（Solomon et al., 1992）。 (三)重演科學史上所發生的大事 1．角色扮演（Role‐Playing） 角色扮演乃運用戲劇的方式呈現，讓學生由不同的角度深入研究他們所扮演或 討論的科學家之背景與成就（傅麗玉，1996）。此種方式多針對困難的科學觀念， 可以幫助學生從不同角度來思考同一觀念，有助於適應學生的個別差異，但戲劇的 編演與排練會花費較多的教學時間。 2．歷史對話（historical dialogs） 歷史對話強調的是不同概念架構對自然現象的不同觀點與解釋，故可呈現不同 時代科學家對自然現象的不同觀點（Lochhead ＆ Dufresne, 1989），例如亞里 斯多德與牛頓的對話。. 16.
(28) 3．重複科學史上的重要實驗 在課程中安排過去科學家們曾做過的實驗，特別是一些較有爭議性或較不易了 解之概念的科學實驗。Hottecke（2000）認為，複製盡可能接近原本的歷史實驗 提供學生智能及感官的學習經驗，可以學習人類不同層面的活動，且要重複科學史 上之重要實驗時，必須配合相關的閱讀資料。 林煥祥（2000）曾建議科學教師向科學史哲借創意。例如，在教授大氣壓力時， 教師可以示範當年 Torricelli 的水銀柱實驗。 除了上述普遍可行的教學方式外，根據 Solomon 和 Duveen（1994）的主張， 將各種可行模式分為四類，分述如下： (1)運用戲劇方式呈現：利用角色扮演的方式，讓學生經由不同的角度深入的了 解科學家之社會背景與其科學成就（鄭秀如，1997）。 (2)小組討論的工作：主要為提出一些過去科學家可質疑的問題，以小組討論的 方式讓學生思考，透過小組成員間彼此的腦力激盪更能澄清學生的種種概 念。 (3)富有想像力的科學史寫作與藝術工作：此方式適合大約十一至十四歲的學 生，以作文或漫畫等方式來敘述歷史事件的始末，或讓學生自製海報陳述自 我的想法。 (4)運用當代資源：包括探訪科學古蹟，讓學生實際拜訪當時科學家進行研究之 場所，或是閱讀科學家的傳記，觀看其私人照片或遺物等，實施方式可以是 由教師提供科學家的生平故事，亦可讓學生介紹科學家的生平；以及在課程 中安排重覆科學史上重要的科學實驗，特別是一些較具爭議性或不易了解之 概念的科學實驗。 至於科學史的教材編寫方式，根據 Matthews（1994）中的論點所述，其基本 呈現方式有二：一為插入式，一為融入式。插入式的教材編寫方式乃是將科學史發 展內容以穿插的方式和教材內容結合，但科學史的內容並沒有配合教材的內容，此 17.
(29) 二種內容是獨立分開的，必須以補充教學的方式進行，會花費額外的教學時間；而 融入式的教材編寫方式是將科學史的歷史發展內容與教材內容進行整合，當科學教 師進行此科學史教學時，也同時進行教科書內容的教學，因此科學教師只需針對科 學史教材進行教學教學即可。 綜合以上所述，融入科學史的教學方式，科學教師本身必須先了解與經歷科學 史思考的過程，才能了解學生可能出現的疑惑或困難；教師需有足夠的教學知能， 來指導學生做正確的思考與概念的學習，並依據教學目的以及學生的學習情況來進 行科學史融入教學的上課方式。. 18.
(30) 二、科學史融入教學的具體成效 科學史在科學教學中具有重要的角色與功能，已廣為國內外學者所肯定。許多 學者的研究結果都顯示科學史融入教學是具有正面功效的。茲將近年來科學史融入 教學的相關研究整理如下： (一)國外關於科學史教學的研究 早在 1963 年，Klopfer and Cooley 就利用 Klopfer 所編製的『Histories of Science Cases for schools』教材（簡稱 HOSC）對不同地區的高中生共 2,808 人，分別針對物理、化學、生物三種學科，進行為期五個月的教育實驗來探討此教 材的成效。在實驗的過程中對實驗組的教師提供 HOSC 教材，而控制組教師則不 予提供。在教學實驗之後，發現實驗組的學生對科學本質的了解顯著的優於控制組 的學生。另外很重要的一點是實施 HOSC 的教學，並不會造成學生因為將學習科 學概念的時間用來學習科學史，以致於學科的學習成就低落。這個結果可說是為擔 心科學史教學可能會影響學生學習科學概念的人士提供一個最有說服力的證明。(徐 錦美，2005) Solomon 等人（1992），有感於探討科學史教學之效益研究太少，於是設計 了一個實證性的研究用以評估學生受過科學史的教學後，具有哪些總結性的效益。 他們分別從三所學校中選出五個國中一年級的班級，提供這些班級的任課老師科學 史的補充教材，利用現有的課程標準內容，改編成含有科學史的教材。提供教材後， 研究群要求該任課教師配合其教學進度，自由排定各單元的教學順序。在每一單元 中，科學史的教材呈現方式各不同，包括書面文字敘述、卡通圖畫、示範實驗、角 色扮演、或讓學生動手做實驗等方式，為期十八個月。 由面談的結果發現，學生普遍認為科學家在進行實驗時並不知結果如何，且對 於科學家的印象還止於卡通影片中的形象，甚且覺得有些科學家的臉還有實驗時的 傷痕，另外對於科學理論則毫無所悉。經過科學史教學後，雖然其對科學家的形象 尚未改變，但卻能列舉一些科學家的背景資料，及其科學理論或實驗。在前後測的 問卷比較中發現學生由原來認為科學家做實驗的目的是要找尋新的發現，進而認為 19.
(31) 實驗的目的是為了證明科學家的解釋是否正確。且學生對於科學理論也有較正確的 認知。由上述結果證明學生們對科學本質已有了更深一層的了解。 Matthews 在 1999 年對 700 多位瑞士高中學生進行一項研究，這些學生年 齡約在 16 至 20 歲之間，皆就讀於德語系學校，物理科是這些學生的必修科目。 Matthews 在實驗過程中以四種不同的方式進行科學史教學，目的是想了解這些學 生對於這四種上課方式的感受。研究結果顯示： 1.. 愈高年級的男生對科學史融入教學的興趣愈高，而愈高年級的女生對科學 史融入教學的興趣愈低。因此 Matthews 建議：若科學教師期望女生對物 理有興趣，則必須投其所好。 . 2.. 對物理有興趣的學生比對數學有興趣的學生更贊同將科學史融入教學中。 . 3.. 學生最喜歡的科學史融入教學的方式為教師說科學小故事。 . Lin & Chen（2002）在探討融入科學史對學生科學成就的影響，發現科學史教 學的實驗組概念解題能力明顯優於一般傳統教學的班級，且實驗組藉由學習融入科 學史的教學而提升對科學本質的了解。 (二) 國內關於科學史教學的研究 巫俊明（1997）針對五專二年級學生進行一年的科學史教學研究發現歷史導向 的物理課程： 1.可 以 顯 著 增 進 學 生 對 於 科 學 本 質 的 了 解 ， 同 時 不 會 影 響 學 生 物 理 學 科 成 績。不過學生的科學本質測驗分數之增加量，與加入科學史的量及教師是 否明白指出事例內容與科學本質間的關聯，兩者有關。 2.不 一 定 能 明 顯 增 加 學 生 的 科 學 態 度 之 正 向 程 度 。 若 教 師 沒 有 明 白 指 出 事 例內容與科學本質間之關聯，則可能出現負面影響，不過在進行科學史教學 半年後，科學本質觀雖有退步的現象，但在統計上則未達顯著差異。 鄭子善（2000）設計了一個六至八週的科學故事課程，並在說話課時實施，藉 此觀察此課程對學生的「科學本質觀」及「對科學的態度」的影響。研究結果顯示， 20.
(32) 該課程對國小學生的「科學本質觀」及「對科學的態度」的影響與改善是有限的。 但楊燕玉（2001）同樣利用這個科學故事課程進行教學，並觀察此課程對國小 五年級學生的「科學本質觀」與「對科學的態度」所帶來的影響。研究結果卻顯示， 學生不但喜歡這樣的科學故事課程，而且在「對科學的態度」方面有顯著的提昇。 對於有升學考試壓力的高中生而言，融入科學史的教學方法是否對學生的學業 成績造成影響，鄭秀如（1997）對高中化學二年級「大氣壓力」及「氧」單元進行 之實驗研究結果，甚至有部分進行科學史課程的班級學業成績優於控制組的班級。 陳淑媛（1997）以問答法對高中一年級學生進行基礎理化之「熱」單元及「光」單 元科學史教學的行動研究結果顯示，加入科學史不會對學生學業成績有負面影響。 王郁昭（2003）則以自編的科學故事融入教學，探討學生的「科學本質觀」與 「對科學的態度」的改變情形。研究結果顯示學生非常喜歡科學故事課程，認為科 學故事可以幫助他們學習，而且學生在「對科學的態度」方面呈現正向的態度。這 個研究結果應可鼓勵有興趣的老師們，在教學中多多蒐集與編寫科學故事課程，以 提升學生的科學素養。 綜合以上的文獻分析，可以發現大多數的研究結果支持科學史融入教學對學生 的學習興趣或對科學的態度會有正面的影響，另外文獻探討中也顯示以說科學故事 的方式來進行科學史教學應為一個值得嘗試的途徑。. 三、科學史融入教學對學生「科學成就」及「對科學的態度」影響之相 關研究 本研究中分別探討學生的「理化學習成就」與「對理化的學習態度」，故將科 學史融入教學對學生「科學成就」及「對科學的態度」影響之相關研究，分述如下： (一)科學史融入教學對學生「科學成就」影響之相關研究 研究者將科學史融入教學對學生「科學成就」影響之相關研究，整理如表 2-3 所示：. 21.
(33) 表 2-3 科學史融入教學對學生「科學成就」影響之相關研究 作者(年代). 研究結果 在物理課程中加入適量的科學史事例，不會影響學生物理學科. 巫俊明（1997） 成績。 鄭秀如（1997）. 經由科學史教學之學生，他們的學習成就確實有進步。. 鄭 秀 如 、 林 煥 祥 在段考成績方面，呈現閱讀科學史或進行科學史教學之班級顯 （1998）. 著高於未閱讀科學史教材的學生。. 李玉貞（2000）. 光學史融入教學對實驗組的學業成績無顯著的成效。 在原子結構學習成就紙筆測驗中，發現科學史課文組的後測及. 丁美枝（2001） 進步表現皆顯著優於理化課文組。 Lin & Chen. 發現科學史教學的實驗組，其概念解題能力顯著優於一般傳統. （2002）. 教學的班級。 能促進學生之學習成就，而對高分組及中分組的影響顯著高於. 吳美瑩（2004） 低分組。 對學生生物學習成就有正面影響，且達顯著差異。 林格朱（2004）. 對中分群學生生物學習成就有正面影響；對高、低分群學生之 生物學習成就則無負面影響。 實驗組學生在「科學成就測驗」上得分高於控制組，但未達顯. 董秋紅（2005） 著差異。. (二)科學史融入教學對學生「對科學的態度」影響之相關研究 「對科學的態度」是指對科學正向或負向的感覺，即一個人喜不喜歡科學(林志 彥，1998)，如對科學的興趣、對科學學科的態度、對科學家的態度等。本研究是 在理化課程中進行，故對科學學科的態度中的科學學科是以「理化科」來代表，即 22.
(34) 「對科學的態度」等於「對理化科的態度」 ，包括學生對理化科的態度、對科學家的 態度及對科學的興趣。. 23.
(35) 研究者將科學史融入教學對學生「對科學的態度」影響之相關研究，整理如表 2-4 所示： 表 2-4 科學史融入教學對學生「對科學的態度」影響之相關研究 作者(年代) 鄭子善 （2000）. 研究結果 加入科學史教學後，使學生對科學的態度開始產生正面的轉變。. 莊蕙元 （2002）. 融入科學史的教學有助於提昇學生對科學的態度。 對科學認同程度不同的學生，對科學的態度不同。 學生對科學的態度之心智結構會受到融入科學史的教學影響。 融入科學史的教學鼓勵女生選擇與科學有關之生涯目標的正向意 義。. 呂治平 （2003）. 實驗組學生對科學史教材的喜歡程度、提昇理化的學習興趣、幫助 理化的學習及科學史融入教科書的看法均呈正面的學習感受。. 吳美瑩 （2004）. 63%的學生宣稱粒子發展史融入教學能引起他們的學習興趣。. 林格朱 （2004）. 融入科學史教學的教材中，關於科學家的歷史故事讓實驗組學生引 起相當高的學習興趣。 高分群與中分群學生皆有高比例人數認為接受融入科學史教學後， 對生物學習有幫助。. 喬莉莉 （2004）. 接受科學史融入科學教學的實驗組學生，在對科學的態度量表上的 得分，顯著高於一般教學的學生。. 黃惠娥 （2004）. 科學史融入教學在科學興趣方面無顯著影響。但八成以上的學生對 科學史教學感到有興趣，尤其是在科學家的機智、科學家對探求真 相的行為方面。. 董秋紅 （2005）. 實驗組在對科學的態度上顯著優於控制組。 多數學生表示喜歡科學故事，並認為有助於學習自然科學。 具有概念衝突的歷史事件，較能引起學生的興趣，並使其參與討論。. 由以上文獻資料可發現，除了巫俊明（1997）認為在物理課程中加入適量的科 學史事例，不會影響學生物理學科成績，以及李玉貞（2000）認為光學史融入教學 對實驗組的學業成績無顯著的成效；大部分研究結果顯示：科學史融入教學對學生 「科學成就」及「對科學的態度」有正面影響，將科學史融入教學可提升學生的學 習興趣，而且學生很喜歡這樣的教學方式。. 24.
(36) 第三節 動手做實驗在科學教育中的重要性 目前國內推動九年一貫課程，強調讓學生從實作中習得經驗，進而養成解決問 題的能力，因此造成動手做實驗的盛行，顯示動手做實驗在科學教學中的重要性。 故研究者在本研究科學史教材中融入動手做實驗課程，本節將分兩個部分進行介 紹：第一部份為實驗活動在科學教育中的角色，第二部分為動手做實驗的重要性。 分述如下：. 一、實驗活動在科學教育中的角色 在 1910 年，杜威倡導「做中學」，使得實驗室的發展在科學教育的改革中前 進了一大步。各國均以提倡實驗教學或探究教學這種以學生的活動為中心的科學教 學為目標，期望使學生在科學概念、科學方法及科學態度都能平衡發展(魏明通， 1997)。由此可知實驗活動在科學教育中的重要性。 Tamir（1976）認為有四個理由支持實驗室教學： (一)科學包含高度抽象及複雜的主題，因此初級或一些未達形式操作的高中學 生，在沒有具體事物操作機會時，會無法了解其含義。 (二)實驗室的工作可以給予學生鑑賞科學的方法及精神。 (三)實際的經驗可增進技能的發展，連帶可有廣泛的類化效應。 (四)學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於科學的研習。(引自徐錦美，2005) 實驗活動在科學教學中最基本的目的與功能就是要引起學生學習科學的興 趣。因此在教學現場中，實施實驗活動是相當重要的。 實驗教學是科學教育中很重要的一個部分，然而在實際的教學現場，要落實實 驗教學面臨著許多問題。因本研究在理化課程中進行，故以下段落所指的實驗教學 即以理化實驗教學為主。. 25.
(37) 江新合（1994）針對國中理化教師進行訪問調查，從訪問資料中顯示，理化實 驗教學有以下的共同特徵： (一)做實驗的主要目的是驗證所學的理論，因此都是上課後再做實驗或示範實 驗。 (二)通常直接在教室內講解實驗結果。 (三)為了節省更多的時間讓學生學習更多的其他科學知識，因此常以食譜式的 教學法進行實驗（即實驗步驟、裝置、目的及紀錄表格等均設計完備）。 由以上國中理化教師進行理化實驗教學的共同特徵中，其實可反應出國中理化 課程中實驗教學的困難。由許多研究及實際教學中，我們可以發現許多教師其實視 實驗教學為畏途（蘇懿生，1994），例如認為實驗教學太浪費時間，會影響教學進 度（江武雄， 1986；江新合，1994）、在實驗室裡學生秩序不易掌控可能有安全問 題（江新合，1994；金佳龍，1997）等因素；造成一般學校裡雖然真的安排了科學 實驗課程，讓學生有動手做實驗的機會，但不做實驗或以「乾實驗」在紙上或黑板 上教授實驗的現象是屢見不鮮（楊文金、許榮富，1987）。顯示現行的實驗教學內 容在實行上有其困難。 雖然經學者的調查結果顯示，多數教師認為實驗教學是很重要的，因為實驗可 驗證所學理論，培養學生的科學過程能力，增加理解所學內容和實際生活上的問題， 並提高學習興趣，而且學生也很喜歡實驗活動（江新合，1994）。但是到了教學現 場時，實驗活動就變成是可有可無的安排而已；甚至有資深教師認為理化課是否進 行實驗課程，並不影響學生的考試成績(指學生參加校內段考或大型考試，例如基測 考試)；難怪我國中學生科學成就表現優異，但學生們學習科學的興趣卻十分低落， 探究及高層次思考的能力也普遍不佳。 傳統的灌輸式教學方法，已不能滿足學生的求知慾望，新的科學課程的特點之 一，就是要以學生為中心（黃寶鈿，1981）。學生喜歡做實驗，認為理化課因此不 枯燥，尤其是那些低學業成就的學生，在參加了與實驗活動有關的課程後，都能得 到明顯的幫助；而教師在實驗教學中扮演著重要的角色，教師應提供學生親手操作、 26.
(38) 參與學習與互動的機會，以培養學生主動探索、研究的精神。. 二、動手做實驗的重要性 杜威（Dewey）是二十世紀的教育發言人，他所主張的教育方法強調「做中學」 的教育理念。「做中學」的「做」指的是讓學生親自並且主動去做，所以老師必須 先瞭解學生的心理，運用適當的教學方法，並且妥善運用教具，以引起學生興趣（徐 毅穎，2002）。 中小學九年一貫課程中，自然與生活科技領域包含了科學活動的範圍，其部分 基本理念與實施要點如下：（教育部，2000） （一）深層瞭解事物的變化因果法則，應用於日常生活上。 （二）教學著重以探究及實作的方式進行，提供豐富、開放、統整的學習經驗。 （三）教材的編選有彈性的空間，注重連貫性，掌握統整的原則，內容力求生 活化、趣味化與現代化。 由以上可知現行的九年一貫課程目標，強調要以生活化的實作活動內容來幫助 學生學習科學，培養學生科學興趣。. 27.
(39) 在實際教學中運用動手做實驗，其成效是受肯定的，其在教學中所呈現的主要 功能，如表 2-5 所示： 表 2-5 動手做實驗教學的主要功能與優點 作者(年代). 功能與優點. 范麗玉(1999) 透過動手做能使學生經由思考而學習，而非機械式記憶或背誦。. 范麗玉(1999) 動手做活動能引起學生更強的學習動機和興趣。 陳瑞津(2004) 動手做活動的情境，讓學生能主動參與，且更能吸收課本知識。. 李彥斌(2002) 動手做活動能夠激發學生的創造力。 陳瑞津(2004). 由以上的討論，我們相信讓學生從事動手做實驗的活動可增加科學實驗技巧和 創造力；同時對科學學習成效及對科學態度上也會有正面的改變。. 28.
(40) 第參章 研究方法 本章主要說明研究設計的方法，研究的對象，所採用的工具，研究實施流程， 研究所蒐集的資料和處理方法。 全章分為五節：第一節為研究設計，第二節為研究對象，第三節為研究工具， 第四節為研究流程和第五節為資料處理與分析。依序將上述內容分述如下：. 第一節 研究設計 本研究的主要目的，在比較使用「融入科學史教學」和「傳統講述式教學」對 國二學生學習「空氣的成分與性質」單元之學習成效，探討實驗組學生在融入理化 科學史教學後與對照組學生在理化學習成效上的差異情形，希望提供國中教師未來 在理化教學上之參考。 為達上述目的，並考量研究限制，本研究採實驗研究法，將實驗對象非隨機抽 取區分為實驗組和對照組，透過相關的文獻探討來自編融入理化科學史教材，以對 實驗組學生進行教學實驗。 本實驗之自變項、控制變項與依變項如表 3-1 所示，茲對各變項詳細說明如下：. 一、自變項： （一）實驗組：採用融入科學史教學，在十堂理化課程中，教師使用自編融入 理化科學史教材進行教學。 （二）對照組：採用傳統講述式教學，在十堂理化課程中，教師使用翰林版主 編的教材進行教學，未接受實驗處理。. 29.
(41) 二、控制變項： （一）起點行為：兩組學生的全校性第一次複習考之平均成績、理化學習態度 量表前測成績的獨立樣本 t 考驗均未達顯著水準，可推論兩組學生的起點 行為相同。 （二）授課時數：兩組皆為十堂課，每節四十五分鐘。 （三）教學單元：國民中學翰林版自然與生活科技第三冊第二章「水和空氣— 空氣的成分與性質」單元，兩組教學進度相同。 （四）授課教師：兩組授課教師均為與研究者同校之理化科老師，是彰化師範 大學物理系畢業生且登記合格之中學教師，為本年度初任教師。. 三、依變項： （一）學習成就：係指受試者在『「空氣的成分與性質」單元成就測驗』中之 後測得分。 （二）學習態度：係指受試者在「理化學習態度量表」之後測得分。. 表 3-1 實驗研究變項表 自變項. 依變項 控制變項. (教學法). (學習成效). 實驗組. 起點行為. (融入科學史教學). 授課時數. 學習成就. 對照組. 教學單元. 學習態度. (傳統講述式教學). 授課教師. 30.
(42) 第二節 研究對象 本研究採實驗研究法，研究目的在於探討融入理化科學史教學對國中二年級學 生學習「空氣的成分與性質」單元之成效，故本研究對象的選取方式如下：. 一、『「空氣的成分與性質」單元成就測驗』預試樣本 由於預試實施時，國二學生尚未習得「空氣的成分與性質」單元內容，故選取 實驗學校三年級三個班級，共 108 位學生，接受「空氣的成分與性質」單元成就測 驗的預試，並根據預試結果修正題目，以修正後題目為正式施測工具。. 二、「理化學習態度量表」預試樣本 本研究所使用的理化學習態度量表乃是改編自林格朱（2004）編製之「生物學 習態度量表」。為避免地區性和年級的差異，因此選取實驗學校二年級三個班(非正 式研究樣本)，共 105 位學生，接受「理化學習態度量表」之預試，並根據預試結 果修正題目，以修正後題目為正式施測工具。. 三、正式研究樣本： 正式研究樣本選取自桃園縣某國民中學二年級學生，配合學校行政與實驗及調 查方便，採用方便抽樣（convenience sampling），以同為研究者任教學校之協同 教師，其所授課的二年級兩班學生共 70 人為正式研究樣本，其中有實驗組及對照 組各 35 位學生。 為減少方便抽樣所形成抽樣誤差（sampling error），研究者事先收集研究對 象相關資料，經評估後以非隨機（non-random）方式指派其中一班為實驗組，另一 班則為對照組。以下就各項資料加以解釋分析： （一）母群體（population）： 實驗母群體為桃園縣某國中二年級學生，乃研究者所任教之學校，位於桃園 市，全校班級數為 48 班的中型規模學校，編班方式採入學測驗成績以 S 型常態分 31.
(43) 班。 （二）研究樣本的背景： 本研究之實驗組共 35 名學生：女生 16 人，男生 19 人；對照組共 35 名學生： 女生 15 人，男生 20 人。研究前，先蒐集研究樣本學生全校第一次複習考自然科成 績、「理化學習態度量表」前測分數，再採用獨立樣本 t 考驗，來檢定實驗組和對 照組學生的起點行為之差異性，結果如表 3-2、表 3-3。 表 3-2 實驗組與對照組學生起點行為 第一次複習考自然科成績獨立樣本 T 考驗 組別. 個數. 平均數. 標準差. 標準誤. 實驗組. 35. 45.09. 8.549. 1.445. 對照組. 35. 45.40. 12.084. t 考驗. P值. .126. .900. 2.042. 第一次複習考平均數滿分為 80 分 *p<.05. 表 3-3 實驗組與對照組學生起點行為 「理化學習態度量表」前測分數獨立樣本 T 考驗 組別. 個數. 平均數. 標準差. 標準誤. 實驗組. 35. 92.63. 15.987. 2.702. 對照組. 35. 95.69. 14.210. t 考驗. P值. .846. .401. 2.402. *p<.05 從表 3-2、表 3-3 得知，第一次複習考成績平均數 t 值=0.126、P=.900>.05 未達顯著差異，「理化學習態度量表」前測平均數 t 值=0.846、P=.401>.05 未. 32.
(44) 達顯著差異，因此可將兩組學生視為起點行為無顯著差異的相似團體。 （三）研究樣本的分群 為了進一步觀察融入科學史教學對不同層次學生的影響，利用上述全校第一次 複習考自然科成績將實驗組與對照組學生區分為高、低分兩個群組；試題分析時， 試卷在 50 份以內時，由高分數算一半為高分組，另一半為低分組(魏明通著，科學 教育，1997)。實驗組與對照組的兩個分群各分別為高分群 17 人、低分群 18 人； 將實驗組與對照組學生的高、低分群分數統計，再採用獨立樣本 t 考驗，來檢定實 驗組和對照組高、低分群學生的起點行為之差異性，結果如表 3-4。 表 3-4 實驗組與對照組高、低分群學生起點行為 第一次複習考自然科成績獨立樣本 T 考驗 分群. 組別. 個數. 平均數. 標準差. 標準誤. 實驗組. 17. 52.47. 3.810. 0.924. 高 對照組. 17. 55.82. 7.187. 1.743. 實驗組. 18. 38.11. 5.144. 1.212. 低 對照組. 18. 35.56. 5.670. t 考驗. P值. 1.700. .099. -1.416. .160. 1.336. 第一次複習考平均數滿分為 80 分 *p<.05. 從表 3-4 得知，第一次複習考成績高分群平均數 t 值=1.700、P=.099>.05 未 達顯著差異，第一次複習考成績低分群平均數 t 值=-1.416、P=.160>.05 未達顯著 差異，因此可將兩組高、低分群學生視為起點行為無顯著差異的相似團體。. 第三節 研究工具 由文獻探討得知，科學史融入式教學法之可行模式，其中「運用當代資源」： 包括探訪科學古蹟，讓學生實際參訪當時科學家進行研究之場所，或是閱讀科學家 33.
(45) 的傳記，觀看其私人照片或遺物等，實施方式可以是由教師提供科學家、科學故事 的介紹給學生，或是由學生蒐集資料後進行科學家、科學故事的介紹，以及在課程 中安排科學史上較有爭議性或較不易了解其概念的重要科學實驗。本研究乃採用此 種方法。 為達成研究目的，本研究所採用的工具包括融入理化科學史教材講義、「空氣 的成分與性質」單元學習成就測驗、理化學習態度量表、學生學習回饋問卷。依序 分述如下：. 一、融入理化科學史教材 （一）實驗教材與教案的設計方式 通常科學史教材可分為插入式與融入式兩種設計方式，融入式的教材設計方式 是將課程內容與科學史內容緊密結合，使用融入式教材時，只需要進行科學史教材 的教學，不須要再上正式教科書的內容；而插入式的教材設計方式，科學史教材內 容與正式課程內容並無緊密結合，屬於外加式補充教材，仍需要上教科書的內容。 本研究考量選取的單元內容與授課時數後，決定採用融入式的科學史教材設 計，除了參考翰林版自然與生活科技二上課本及教師手冊外，並參考了相關理化史 料，編寫出科學史教材實作綱要與教學講義內容(參照附錄一、二)。 根據本單元認知領域教學目標，研究者所編選的融入理化科學史教材是配合課 程內容單元，並依據九年一貫課程自然與生活科技分段能力指標編製而成，如表 3-5 所示。. 34.
(46) 表 3-5 融入理化科學史教材及課程內容的雙向細目表 教材名稱. 課程內容. 分段能力指標. 2-4-4-1 知道大氣的主要成分 惰性氣體的 空氣的成分與 發現. 性質. 2-4-5-3 知道氧化作用就是物質與氧化合，而還原 作用就是氧化物失去氧 4-4-2-1 從日常產品中，了解台灣的科技發展 5-4-1-3 了解科學探索，就是一種心智開發的活動. 燃燒的氧化 空氣的成分與 6-4-2-1 依現有的理論，運用類比、轉換等推廣方 式，推測可能發生的事 學說 性質 6-4-2-2 依現有理論，運用演繹推理，推斷應發生 的事. 3-4-0-1 體會「科學」是經由探究、驗證獲得的知 識 3-4-0-7 察覺科學探究的活動並不一定要遵循固定 的程序，但其中通常包括蒐集相關證據、邏 輯推論、及運用想像來構思假說和解釋數據 4-4-1-2 了解技術與科學的關係 排水集氣法. 氧氣和二氧化 碳. 5-4-1-1 知道細心的觀察以及嚴謹的思辨，才能獲 得可信的知識 5-4-1-2 養成求真求實的處事態度，不偏頗採證， 持平審視爭議 5-4-1-3 了解科學探索，就是一種心智開發的活動 7-4-0-1 察覺每日生活活動中運用到許多相關的科 學概念. 35.
(47) （二）學習單的設計 本學習單依據所選用上課之科學史教材內容，將「空氣的成分與性質」單元中 的一些概念與內容設計學習單，供學生學習使用。本研究之學習單用於學習結束後， 以作業的方式讓學生回家演練，以增進學生對理化科學史教材的熟悉度，並做為考 試評分之參考依據(參照附錄二)。. 二、「空氣的成分與性質」單元成就測驗 （一）測驗目的 了解學生在本單元中，在接受實驗處理後，實驗組與對照組學習成就差異情形 之比較。 1．測驗內容 以翰林版自然與生活科技課本二上第二章「空氣與水」內容中之「空氣的成分 與性質」單元為測驗主要編製內容；採電腦閱卷答案卡畫記、電腦閱卷讀卡及計分。 預試題目為四選一單選題五十題，經過預試後，取用題目三十題，每題答對給兩分， 滿分為六十分，答錯則不予計分且不倒扣，測驗時間為四十五分鐘。 2．編製過程 本研究之「空氣的成分與性質」單元成就測驗試題，為研究者參考歷屆基本學 力測驗及各題庫相關單元試題內容，且與實驗學校之理化科教師共同討論後進行初 步編擬，再請指導教授審閱後，完成第一次定稿，接著進行預試；以實驗學校三年 級的三個班級，共 108 位學生進行預試，最後經由試題分析修定完成。 3．試題分析 本自編試題原有單選題共五十題，在經過預試後，將鑑別度 0.3 以下(不好的 題目)、難易度 0.8 以上(容易)或 0.4 以下(難)的題目刪除之後，正式試題包含選擇 題三十題(參照附錄三)。. 36.
(48) 三、理化學習態度量表 本量表是研究者改編自林格朱 (2004) 編製之「生物學習態度量表」(參照附 錄四)。計有試題 30 題，包含正向試題 17 題，負向試題 13 題，量表之設計採李克 式五點量表(Likert five-point scale)的計分方法，若量表試題為正向題，則學生 作答「非常同意」者計 5 分，「同意」者計 4 分，「沒意見」者計 3 分，「不同意」 者計 2 分，「非常不同意」者計 1 分；若量表試題為負向題，則學生作答「非常同 意」者計 1 分，「同意」者計 2 分，「沒意見」者計 3 分，「不同意」者計 4 分， 「非常不同意」者計 5 分。 量表改編之後，於研究者學校另抽取二年級三個班共 105 人進行預試，將收集 到的資料進行量表的信度考驗，本份量表的 α 值為 0.934，符合一般量表 α 值 ＞ 0.70 之間達到內部一致性；在效度方面經由指導教授及校內理化科教師檢視，檢核 適切性以達內容效度。理化學習態度量表之信度分析，如表 3-6。. 表 3-6 理化學習態度量表之信度分析 因素分量表. 學習欲望. 題. 號. 4.5.6.7.10.12.18.19.20.. 學習過程. 22.24.27.29.30 3.11.13.14.23.25.26. 分量表信度. 總量表信度. α值. α值. 0.847. 0.818 0.934. 學習方法. 1.2.9.17. 0.794. 理化信念. 8.15.16.21.28. 0.822. 四、學習回饋問卷 為深入了解實驗組學生對於融入科學史教學的感受，本研究採用自編「學生學 37.
(49) 習回饋問卷」（參閱附錄五），藉此蒐集學生真實感受與相關資料。 本回饋問卷分三大部分，共計有十八個題目，其中有十七題半開放性問答題 型、一題開放性問答題型，在教學實驗結束後進行回饋問卷的填寫，並將所得結果 詳加整理，以作為分析之依據。. 38.
相關文件
Wang, Solving pseudomonotone variational inequalities and pseudocon- vex optimization problems using the projection neural network, IEEE Transactions on Neural Networks 17
volume suppressed mass: (TeV) 2 /M P ∼ 10 −4 eV → mm range can be experimentally tested for any number of extra dimensions - Light U(1) gauge bosons: no derivative couplings. =>
We explicitly saw the dimensional reason for the occurrence of the magnetic catalysis on the basis of the scaling argument. However, the precise form of gap depends
Define instead the imaginary.. potential, magnetic field, lattice…) Dirac-BdG Hamiltonian:. with small, and matrix
incapable to extract any quantities from QCD, nor to tackle the most interesting physics, namely, the spontaneously chiral symmetry breaking and the color confinement..
• Formation of massive primordial stars as origin of objects in the early universe. • Supernova explosions might be visible to the most
二、 學 與教： 第二語言學習理論、學習難點及學與教策略 三、 教材：. 運用第二語言學習架構的教學單元系列
The difference resulted from the co- existence of two kinds of words in Buddhist scriptures a foreign words in which di- syllabic words are dominant, and most of them are the
