偏遠地區國小、中高年級學生奈米科技學習成效之研究-以台中縣平地及南投縣山區為例

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第一章緒論

本研究是以台中縣平地及南投縣山區偏遠地區國小中、高年級學生為研究對象，進行奈米科技學習成就之研究，其主要背景、動機、目的、名詞解釋及研究限制將詳述如下。第一節研究動機與背景一、研究背景教育部在 1998 年頒布國民教育階段九年一貫課程綱要總綱，將原本國中、小階段的科學課程統整為「自然與生活科技學習領域」，也就是將「自然」與「生活科技」兩學習領域統整，強調國民教育階段的學生不但應學習自然科學課程，同時也需了解科技發展對人類生活的影響，以適應現代化的社會生活。因此，科技教育正逐漸受到教育單位的重視，期望讓學生透過學習而能善用各種科學與技術，以便利現在和未來的生活。科技教育（technology education），是協助學生學習與科技世界互動所需知識、技能，其可分為兩大類，一為培養全民科技素養的中、小學普通教育，另一為職業學校、大專院校，培養從事科技專門工作之專業人才（李隆盛，2005）。因此，在國民教育階段的課程，應著重在將科技當作教學內容，培養他們使用、管理、了解和評鑑科技能力的科學素養，而這也正符合自然與生活科技學習領域中，科學與科技素養之「科技的發展」能力指標。行政院「2008 國家發展重點計畫」中將網路通訊科技、生物科技、奈米科技列為重點產業(行政院，2002)，同年行政院國家科學委員會

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所主導之「奈米國家型科技計畫」，其內容包含：(一)學術卓越分項計畫、(二)產業化技術分項計畫、(三)核心設施建置與分享運用分項計畫以及(四)人才培育分項計畫四大分項（李世光、吳政忠、林宜靜、黃圓婷，2003）；而國民教育亦被包含在人才培育分項計畫中，教育部為此推出全國奈米科技人才培育先導型計畫、設置全國奈米科技人才培育計畫推動辦公室，並由其負責在全台灣北、東、中北、中南、南五區成立奈米科技K–12 教育發展中心，其組織架構如圖 1-1-1 所示。五區奈米科技K–12 教育發展中心與該區域的大專院校以策略推動聯盟一起推展人才培育，其組織架構如圖1-1-2。這般綿密的組織架構，目的便是想將奈米科技相關知識，向下對幼稚園至高中（K-12）學生進行紮根教育。但綜觀教育部設置的五區奈米科技 K–12 教育發展中心與其推動聯盟的大專院校皆設於都會區，所培育之125 所國小、國中及高中標竿、夥伴學校，皆以鄰近學校居多，相對於偏遠地區的奈米科技教育發展，可謂是寥寥無幾。有鑒於此，教育部中南區奈米科技K-12 教育發展中心，於 2007 年舉辦一系列「奈米小兵下鄉推廣活動」，期望藉此奈米科技推廣活動，讓地處偏遠、交通不便、資源貧乏…等文化不利的地區的國小學生，能有機會接受奈米科技教育，能達教育機會均等的理想。

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圖1-1-1 奈米科技人才培育組織架構圖（源自：奈米科技人才培育網，2007）

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圖1-1-2 奈米科技 K–12 教育發展中心策略聯盟細部組織架構圖（源自：奈米科技人才培育網，2007）二、研究動機現今科技日新月異，人類文明不斷向前邁進，新興科技的快速發展，促使人類面臨重大的衝擊與轉折，也逐漸興起一股向下扎根的科技教育風潮。在此潮流下，研究者於2007 年參與中南區奈米科技 K-12 教育發展中心所舉辦之「奈米小兵下鄉推廣活動」，活動期間發現，參與奈米小兵活動之偏遠地區學生，半數以上認為「奈米是一種好吃的米」。以奈米科技查閱相關教育之全國博碩士網論文及中華民國期刊論文索引，合計共13 篇相關文獻，但並未發現有偏遠地區奈米科技教育之相關研究。因此，研究者期望藉此活動，讓偏遠地區國小中、

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高年級學生有機會接觸新興奈米科技課程，也進一步探討偏遠地區學生之奈米科技學習成效及其不同背景因素所造成之影響。第二節研究目的與問題基於前述之研究動機，本研究目的旨在針對台中縣平地及南投縣山區偏遠地區國小中、高年級學生進行奈米科技推廣教學，探討教學後學生學習態度及成就，並進一步分析學生不同背景因素對兩者之影響。以下所列幾點為欲探討之研究問題：一、奈米科技推廣教學後，學生學習成效如何？二、奈米科技推廣教學後，學生學習態度如何？三、奈米科技學習成效與學習態度有何相關性? 四、學生背景因素對奈米科技學習成效有何影響？五、學生背景因素對奈米科技學習態度有何影響？第三節研究限制本研究進行奈米科技推廣教學之母群體限定為台中縣平地及南投縣山區偏遠地區，該地區學生因地理環境、教育資源、社經背景…等特徵與其他地區有所不同，其推論範圍應以母群體為主，而不適合將研究結果擴大解釋。另外，在取樣方面，因推廣教學時間需配合學校，協調各班之彈性教學時間及課程，故樣本之選取為方便取樣而非隨機取樣。第四節名詞解釋本節茲將研究中幾個重要名詞分別詮釋如下：

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一、偏遠地區：乃依據「各機關學校公教員工地域加給」所界定之第一級山僻以上的偏遠地區。 第一級山僻：服務於山地或平地偏遠地區，由服務處所至最近 公共汽車招呼站或火車站須步行路程，山地地區未滿15公里者或平地偏遠地區在5公里以上而未滿15公里以者以上者。二、奈米科技：指控制尺寸在 1~100 nm 之間的物質之組成、構造、特性，並以其為基礎加以設計、製作、組裝成新材料、器物的知識和技術（川合知二，2002）。三、推廣教學：本研究所指之推廣教學，即為 2008 年教育部中南區奈米科技 K-12 教育發展中心所舉辦之奈米小兵下鄉推廣活動。四、學習成就：學習成就是指個人在學業上實際所能為者，亦即個人目前在學習行為上實際所能表現的心理能力(張春興，2002）。本研究所定義的奈米科技學習成就，是指學生在本研究自編的「奈米科技認知測驗」得分，得分越高表示奈米科技學習成就越佳。五、學習態度：學習態度是指學習方法與習慣等準備狀態或行為(唐璽惠，1988)；本研究所定義之奈米科技學習態度，是指學生在本研究所發展的「奈米科技學習態度量表」得分，得分越高表示學生奈米科技學習態度越趨於正向、積極。五、學習成效：學習成效是指學習者經教學後，認知與情意兩方面學的改變狀況(陳郁雯，2003)；本研究所定義之奈米科技學習成效，是指學生在「奈米科技學習成效問卷」

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之得分情形，其中包含「奈米科技認知測驗」及「奈米科技學習態度量表」之得分情形。

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第二章文獻探討

本章分為四節，第一節先就偏遠地區的教育機會均等進行探討，接續探討第二節的奈米科技教育，第三節將分析影響學生學習成效之學生不同背景因素，最後將探討本研究之奈米科技課程設計理念。第一節偏遠地區的教育機會一、教育機會均等的緣起《論語》＜季氏篇＞曾謂：「丘也聞有國有家者，不患寡而患不均，不患貧而患不安；蓋均無貧，和無寡，安無傾。夫如是，故遠人不服，則修文德以來之。」國父也曾說：「圓顱方趾，同為社會之人，生於富貴之家，即能受教育，生於貧賤之家，即不能受教育，此不平之甚也。」此足見不論古今，「均等」一語皆被視為追求社會理想的目標。50 至 60 年代的美國，各州的民權運動紛紛興起，要求廢除種族隔離教育（Siguegated education），改而採取讓人人都同樣享有均等教育機會的融合教育（Integrated education），這些時代的發展潮流，逐漸影響各國重視弱勢族群的教育，也讓教育均等的理念呼之欲出。教育機會均等（Equality of educational opportunity）一詞，大體係指學生具有同等的入學機會，且在接受教育過程中，能夠得到公平的教育，使潛能得以有效發展。中國最早的教育機會均等可回溯至孔子的「有教無類」思想，但他仍強調必須立基於「自行束脩以上，無未嘗無悔焉。」的前提。因此負擔不起「束脩」的人，依然無接受教育的機會，教育均等的意義與實質，能未彰顯。不過，由此可知，「教育機會均等」理念，中國教育早在兩千多年前便有此卓見。西方教育機會均等

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1483~1546)，他倡導教育是人人不可剝奪的權利，政府應有義務建立免費且不受任何限制的入學體制，使兒童不致因性別或社會階級而影響其入學，雖然此一理念包函著濃厚的宗教味道，但此一主張方可謂先進的，也成為近代西方教育機會均等的濫觴。馬丁路德之後，十六世紀的柯美紐斯((Johann Amos Comenius, 1592-1670)所提倡的「全民教育」與十八世紀裴斯塔洛齊(Johann Heinrich Pestalozzi, 1746-1827) 的「貧民教育」也都以教育機會為其教育目標，但在時間上已較孔子的晚了二千餘年。二次大戰後，民主運動興起，各國除紛紛追求政治獨立、經濟復甦外，更是「教育」為富國強兵的重要因素，開始將教育視為人人所具有的普遍人權，而不再是少數貴族的奢侈品，因此，政府應其可能的提供人民普及且免費公共教育，也漸漸讓此成為各國教育發展的重要趨勢。 1980 年世界銀行教育部門政策報告指出，當入學率降低（低於 30%）時，政府便會把關切的重點放在興辦更多學校，接納更多學生入學，以擴大進入教育系統的機會，但當入學率成長到超過70～80% 時，關切重點將轉移到最大限度地提高教育內部效率，並確保資源分配均等。按此觀點，目前世界各國對於教育機會均等之實踐，可謂不遺餘力，例如：增加特殊教育學生的就學機會、縮短城鄉教育差距… 等，俾使文化不力或弱勢族群學生，也能夠得到同樣「質」與「量」的教育機會。我國84 學年度國民小學適齡兒童平均就學率已達 99.94％（教育部，2007），早已超過80%，故政府的教育投資重點應致力於提高學校教育品質，確保資源分配均等，促進城鄉教育均衡發展。而近年來政府為了落實教育機會均等的政策，對於偏遠地區文化不力、弱勢學生，更積極仿效英國推動「教育優先區」工作，期以此政策其縮短國民教

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育的城鄉教育差距，提供多元學習環境，使學生潛能得到適性發展。因此，本節將針對教育機會均等理念的緣起、我國偏遠地區教育的城鄉差異問題及其教育政策進行探討。二、教育的城鄉差距問題教育部國語辭典(2008)定義，「城市」係指「有寬廣繁盛的街道，人口集中，為政治、經濟、文化的中心，相對於鄉村而言」，「鄉村」則指涉「泛稱城市以外，耕地比較多，人煙較疏的鄉下村落」。因此，人口密度較高，機能型態偏向「商業」或「工業」的「城市」地區，往往要比人口密度較低，機能型態偏向「農、林、漁、牧業」的「鄉村」地區，具備更多可支配性之內部自有財源及外部資源挹注，「教育」、「社會福利」、「藝術文化」…等資源供給也有明顯的差異。近年來，政府不斷致力於教育資源量與質擴充、提升，也已有顯著的進展，但台灣地區長期以來，地理環境殊異、社會變遷急劇，許多位處偏遠、地理環境特殊、交通不便、人口大量流失、班級數少、教師流動率過高的文化不利地區學校，其解決特殊問題所需的資源遲遲無法充分獲得，而產生偏遠地區「國民教育暗角」之現象，致使教育產生難以平衡的城鄉差距問題。（教育部，2004）林俊傑（2004）也提出目前偏遠地區中、小學普遍面臨困境，（一）人事方面：偏遠地區學校，大都為編制規模較小之學校，教職員工人力有限、人事變動頻繁、教師進修..等人事變動，都對校務及學生輔導工作造成負面影響。（二）經費方面：偏遠地區人口流失嚴重，學生人數稀少、預算少的窘境，在教學資源、設備維護..等方面，急需政府或名間團體特別補助。（三）社區資源方面：偏遠地區多屬貧困山區或鄉野之地，家長、社區人士參與及贊助學校事務意願不高。（四）課業成

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庭經濟較城市地區不足、家長無法負擔學校教育外的教育支出，學生課業成就感低落、缺乏文化刺激，失去求上進之動機。（五）教養問題方面：偏遠地區缺乏工作機會、家長謀生不易或其它因素，以致隔代教養，親子、親師缺乏溝通、過度溺愛學生、緊急事件無法即時處置… 等問題皆普遍高於一般或城市地區。由此可見，偏遠地區的教育在學生、家庭、社區、學校……等各方面，都存在著許多問題，而這些問題也是造成城鄉差異難以平衡的主因之一。三、偏遠地區的教育政策偏遠地區由於地理環境差異，急劇的社會環境變遷，以致教育資源分配不均，城鄉教育失衡，少數弱勢族群未受到積極照顧。因此，近年來國內對弱勢照顧的相關政策紛紛推動，自民國66 年至 81 年度陸續實施「發展與改進國民教育五年計畫」、「發展與改進國民教育六年計畫」、「發展與改進國民教育第二期計畫」；82 年度起更大幅增加國民教育經費的補助，全力推展台灣各縣市與金門與馬祖…等離島地區「國民中小學校務發展計畫」；84 年至 86 年行政院十二項建設計畫，也推動「整建國中與國小教育設施計畫」。整體而言，上述各項計畫經費補助方式，雖已改善國民中小學各項教育設施，但對於一些地處偏遠、環境惡劣、交通不便..等文化不利地區的城鄉教育差距或某一地區特有的教育問題而言，顯然仍有所不足，問題未能完全解決。（教育部， 2007）。吳清山、林天祐(1995)指出，教育部有鑑於學校中部分學生的學習困境仍然無法有效協助、改善，其問題可能來自於家庭或社區文化刺激不足。因此，乃效法英國1967 年卜勞頓報告書(The Plowden Report) 中，首先提出的以不平等對待不平等的「積極差別待遇」（Positive discrimination）原則，所發展之「教育優先區」（Educational Prior Area,

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簡稱EPA）政策。該報告書引用英國曼徹斯特大學(Manchaster

University) 威斯曼(Stephen Wiseman)教授所提之影響兒童學業成就之研究結果建議，英國政府為避免物質或經濟貧乏、不利地區兒童在起跑線上立於劣勢，危害教育機會均等的理想，應積極介入改善這些地區之教育。此計畫之精神，有別於先前以硬體建設為主的補助計畫，而首先採取針對弱勢地區教育活動之補助，將地層下陷地區、地震震源區，山地離島區學校列為主要補助對象；民國85 年更擴大辦理，逐年評估成效，修正執行指標，近年來，學校資源競爭加劇，教育部於93 年度再度修正，不論是都會或是鄉村地區只要符合(1)原住民及低收入戶學生比例偏高之學校。(2)離島或偏遠交通不便之學校。(3) 隔代教養、單（寄）親家庭學生及外籍配偶子女比例偏高之學校。(4) 中途輟學率偏高之學校。(5) 學齡人口嚴重流失地區。(6) 教師流動率及代理教師比率偏高之學校。其中一項指標學校，皆可提出實施計畫申請；而由上述各項指標可見，補助指標皆為林俊傑（2004）所提出之偏遠地區中、小學普遍面臨困境。因此，偏遠地區的弱勢學生，正是迫切需要教育積極關注的團體。第二節奈米科技教育一、奈米科技的定義

簡單的說，奈米（nanometer）就是 nano 和 meter 的複合詞，nano 有微小之義，也代表10-9，而meter 是公制長度單位「米」或「公尺」。因此，奈米及代表10-9公尺，也就是十億分之一公尺。川合知二（2002）認為奈米科技（Nanotechnology）最好的說明就是：「如果將分子與原

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指出存在於1~100 nm 之間的物質組成構造與特性及其應用即為「奈米科技」，而它不只是關係於尺度而已，更重要的是奈米尺度下產生了許多奇特的性質。綜觀以上幾位學者的定義，其實「奈米科技」是一個令科學家們，充滿想像空間的神奇領域，它的發展使我們得以解開大自然界的奧秘。另一方面，電子元件不斷追求時微小化的今日，材料及技術研發所面臨的瓶頸，正好可藉此技術加以克服、突破。二、奈米科技教育香港特別行政區教育局（2007），提出科技教育是讓學生有目的地學習、應用，如：物料和結構、資訊和通訊科技……等，生活與科技的相關知識技能及經驗，去創製、建構更新的產品和系統，以滿足人類需要。且其科技教育的宗旨，是要在訊息萬變的科技世界中，培育優質的人力資源，讓學生具備（1）能發展科技能力、科技理解和科技覺知。（2）能明辨慎思地評估科技為個人、家庭、社會及環境所帶來的影響。（3）成為科技世界及社會出類拔萃兼且躊躇滿志的成員。這也正符合九年一貫「自然與生活科技學習領域」中（教育部， 1998），運用科技與資訊能力、主動探索和研究、培養獨立思考與解決問題的基本能力，及終身學習中，包括主動探究、解決問題、資訊與語言之運用等的教育基本理念；由此可知，「科技教育」是國民中、小學九年一貫課程中，教育部為因應二十一世紀這個以知識經濟為主體的新時代所規劃推動之教育相關工作。經濟部產業資訊人才網（2007）中也提出，為因應二十一世紀全球化經濟的挑戰，台灣應加強發展「知識密集服務業」、「生物科技產業」、「深化與廣化IT 產業」，及「微機電與奈米技術」等產業或技術。無獨有偶，行政院國家科學委員會也早在2002 年主導的「奈米國家型

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科技計畫」，計畫內容架構分為四大分項計畫，分別為：學術卓越分項計畫、產業化技術分項計畫、核心設施建置與分享運用分項計畫以及人才培育分項計畫。綜觀兩者皆強調奈米科技教育及人才培育的重要性。由教育部顧問室執行的奈米國家型科技人才培育分項計畫，其重點從奈米科技科普教育開始發展，期望永續推演到尖端研究人才之培育，培育之目標幼兒、小學、中學、高中(K-12)、大學、研究所、在職訓練至終身學習的持續縱向發展，及跨領域、國際觀的橫向建構，讓奈米科技教育與產業界連結形成共同的知識網絡，也希望藉由同時兼顧縱向終身學習與橫切深耕佈局的發展，期能提昇國家未來競爭力。奈米科技國家型計畫的人才培育子計畫，已於2003 開始將奈米科技教育向下延伸至國民中、小學。因此，奈米科技融入九年一貫「自然與生活科技」學習領域課程中，是勢在必行的。而如何發展奈米科技之教學模組、教案規劃、教育活動，以及如何引導學生從生活經驗當中習得奈米科技相關知能、獲得生活科技素養，就已經成為迫切需要解決及深入探討的科技教育問題。三、奈米科技教育之相關研究研究者以「奈米科技」為關鍵詞，搜尋ERIC 資料庫、YAHOO 及GOOGLE 學術網，均未發現相關教育文獻。因此，退而求其次，以全國博碩士論文檢索系統及中華民國期刊論文索引系統線上資料庫搜尋，查閱奈米科技教育相關論文、期刊，並排除重複之文章，發現奈米科技在產業、工程、醫學、生物…等科學領域中，已蓬勃發展，各方面的應用、研發也正積極進行中，但反觀奈米科技教育的相關研究卻屈指可數，發展年代亦自2004 年後才開始興起，研究者將相關研究羅列於表2-2-1，並依發表時間排列之。

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較於奈米科技其他產業發展，明顯遜色許多，但2004 迄今已有逐漸成長之趨勢。且綜觀研究對象已涵蓋國小至高中師、生，研究方法也包含質性、量化及行動研究，可謂多元且豐富，但其中並無偏遠地區奈米科技教育之相關研究。在研究陳淑思(2005)、羅棨全(2005)、林惜珍(2006)、曾國弘、陳沅(2006)等結果中發現，學生對於學習奈米科技有正向積極的學習態度，且在陳淑思(2005)中可知師生皆認同奈米科技的奈米科技教育的重要性及發展性。因此，本研究選擇以奈米科技為教學主題，亦將研究對象延伸至偏遠地區國小中、高年級學生，以補足上述研究之缺漏。表2-2-1 國內奈米科技教學之相關實徵研究研究者 (年代) 研究名稱研究方法/ 對象研究結果蔡元福 (2004) 奈米科技融入自然與生活科技領域教學之初探準實驗研究國小中、高年級學生以奈米雲母介紹奈米材料之應用，發展教學模組，試教後提出建議(一)學童有細菌是最小物質的迷思，需特別強調各種物質的相對大小關係; (二)學童不相信紅色的金奈米溶液與日常所見的金子是相同的東西。可由歷史中唐朝煉丹者煉出紅色的金水獻給皇帝飲用之例子說明，百年前即知如何製備金奈米粒子,只是當時並不了解其性質。(三)學童面臨新興科技多以好奇而後直接接受的做法,應在活動時促使學童反思此一新興科技可能造成的影響。曾東模（2004）九年一貫教學實驗設計-奈米科學之課程統整準實驗設計國中學生本實驗設計以整合國中自然及生活科技課程，包括第四冊之材料科技中的奈米科技、常用的清潔劑中界面活性劑與微胞概念、第三冊色光與顏色、第六冊電解與電鍍以及國中理化舊教材第三冊中的電鍍實驗方法等實驗內容，除了親自動手完成奈米材料的合成外，亦可增加學生對於奈米科技的認識，此整合課程有助於學生複習與連結相關知識。教材中加入動畫模擬，以引起學生對奈米科技更廣泛的學習興趣。

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研究者 (年代) 研究名稱研究方法/ 對象研究結果蔡明榮（2004）探討奈米科技融入國小五年級自然與生活科技領域教學之研究所羅門四組準實驗設計五年級學生四班接受「奈米科技教學模組」教學的實驗組學生，在「自然科過程技能測驗」、「自然科學習態度測驗」、「自然科批判思考能力測驗」的得分都顯著高於一般教學模式之控制組學生，且對學生也都有正向的影響。陳淑思（2005）國民小學教師奈米科技概念之現況研究問卷調查研究國小教師 572 人整體而言，國小教師對於「奈米科技概念的認知」仍待更進一步提升，「奈米科技概念相關名詞」偏向只聽過這個名詞、「奈米科技概念」偏向部分同意；「奈米科技概念的態度部分」則正向傾向。且會因教師因背景不同，在奈米科技相關名詞、概念及態度，有顯著差異。羅棨全（2005）中學師生奈米科技準備度之研究分層隨機抽樣問卷調查研究國高中教師 2310 人，學生1370 人奈米科技準備度之驅使力與抑制力，不同性別、地區的師生無顯著差異；不同年齡的高中學生顯著高於國中學生師生、40～49 歲教師顯著高於國中學生；使用過奈米科技產品的師生也顯著高於未使用過奈米科技產品的師生。對在奈米科技應用，師生均對其抱持高度樂觀。最想瞭解的部分則為應用在醫學及生物部分的知識需求最高。林惜珍（2006）國小二年級奈米科技教學活動設計之行動研究行動研究二年級學生 31 人以質性分析研究者札記、教學日誌、觀察記錄、學生作品與學習單、訪談、攝影與錄音等資料，其教學省思為：一、教師奈米相關背景知識對教學活動設計很重要。二、活動學習單能統整學生操作經驗並與奈米概念連結。三、學習單、訪談與總結性評量中，發現學生能將所學的奈米概念應用在日常用品的創意發明與奈米產品功能的評比。曾國鴻、陳沅（2006）探討奈米科技融入國小五年級自然與生活科技領域教學之研究準實驗調查研究法教師1984 人，高年級學生1852 人結果發現清楚界定奈米科技的教師少於20 %；願意透過適當學習方式認識奈米科技，並融入課程的老師，比例相對提高。學生對奈米科技的學習需求比例，平均高於教師群體。資優生也顯著高於普通生。學生接受「奈米科技新知課程」的意願、認同感與學習正向態度，隨著授課時間的增加，呈現積極性的成長。

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研究者 (年代) 研究名稱研究方法/ 對象研究結果蔡鳳娥 (2006) 資訊科技融入國小奈米科技教學之研究準實驗設計六年級學生 58 人研究結果：（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得分顯著高於自行操控的資訊科技融入教學組，且無性別差異。（二）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信心上優於教師指導組。（三）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。陳鳳妤 (2007) 國小奈米科技教學的設計與成效準實驗設計設計課程教師1 名六年級學生 366 人結果顯示設計課程教師以自我進修學習新科技知識，並以學生終身學習為理念設計課程。學生學習成果，59％學生認為奈米科技對世界有乾淨、方便、科技化或美好的好處。不同授課教師及家長社經背景對學生在評量卷得分有顯著差異；不同性別學生的得分則無顯著差異。此外，學生獲得奈米資訊來源以學校（85％）、電視（68％）和網路（61％）最多。張字和 (2007) 運用Moodle 平台進行奈米科技課程之初探—以某國小五年級課程為例準實驗設計五年級學生 132 人 Moodle 網路平台組及閱讀學習組皆有利於奈米科技學習，學習成效有顯著提升，但學習優於閱讀學習且無性別差異。在數位學習中，學童喜歡的模組為「動畫遊戲區」、「教師線上影音引導教學」；喜歡的單元為「蓮花效應」、「凡得瓦力」；收穫最多的單元則是「電子顯微鏡下的世界」、「貝殼的硬度」；最不感興趣單元為「表面效應」、「奈米材料」。邱文正 (2007) 動機模式融入國小奈米科技教學之研究準實驗設計五年級學生 106 人動機模式組及傳統教學組各53 人（一）利用動機模式融入奈米科技教學，學習成效優於傳統教學方式融入奈米科技教學，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上的得分表現沒有顯著差異。（三）不同教學方式與不同性別在奈米科技概念學習成效檢測題上的得分表現之交互作用未達顯著。（四）利用ARCS 動機模式融入奈米科技教學，學習動機優於傳統教學方式融入奈米科技教學，且差異達顯著效果。（五）動機模式組的學生在奈米科技概念學習上比傳統教學組的學生更透徹、更廣泛。

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研究者 (年代) 研究名稱研究方法/ 對象研究結果林美菊 (2007) 5E 學習環模式對「奈米科技」學習成效與科學態度之研究準實驗研究法國中二年級學生104 人學生的奈米科技學習成效、科學態度在5E 學習環教學組顯著高於一般傳統教學組。奈米科技學習成效及科學態度不因性別而有顯著差異。科學態度會因能力水平不同而有不同，而奈米科技學習成效因不同教學法和能力水平而有所不同，5E 學習環教學組能力水平越高者，學習成效越好。傳統教學組，能力水平越高者，奈米科技學習成效越好，但高、中能力未達顯著水準。第三節影響學習的背景因素一、個別差異教育理論在現代主義中，牛頓把宇宙是為簡單、穩定、永恆的，科學家追求建立放諸四海皆準的永恆性科學定律，但自1960 年代起，後現代主義的浪潮強烈衝擊傳統社會，在歷史上掀起一股反傳統、反權威的新潮流，它彰顯出一致性價值體系的瓦解，日新月異的變異價值代之而起，使得文化呈現出多元性、個別性、質疑性、感覺化……等特質。當教育碰上這一波來勢洶洶思潮，自然也遭受到不小的衝擊，學校教育開始重視個體天賦上的個別差異，考量不同的經驗背景、智力發展、性別、種族……等，尊重並盡力協助他人發展其才能。學生經過相同學習後，所顯現的學習成效卻大有不同，教育心理學家為此提學生個別的差異與其學習成效之間存有密切關係。他們所重視的個別差異，包括智力因素與非智力因素的個別差異。智力因素在傳統教育上一直受到普遍重視，但它的基本架構是由遺傳因素決定的，且常被教育學家詬病為教育無用論，Matarazzo (1972)發現採用學生的智力商數預測其學業成就指標，其預測度只能達0.50 左右，預測

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效，就必須考慮學生個別的非智力因素，例如：性別、年齡、性格… 等(張春興。2002)。

二、個別差異的研究探討

Reynolds & Walberg(1991)提出影響自然科學業成就結構模式，其影響因素包含：(1)學童能力或之前的自然科學業成就、(2) 自然科成就動機、(3) 發展階段（年齡）、(4)授課時間、(5)教學品質(教學模式、教學策略)、(6)班級環境氣氛、(7)家庭環境對、(8)同儕、(9)學習媒介(電視、校外學習活動)。陳鳳妤(2007)所列之影響學生學業成就的因素，有性別、年級、學生思考力、學生學習態度、家庭社經地位、學校規模。綜觀以上兩者所提出之各項因素，本研究選定了(1)學生性別、(2) 年級、(3)家庭社經地位、(4)學習媒介(科學讀物閱讀、校外學習活動) 影響學生學習之個別因素來加以討論。 (一)性別：性別是天生存在的差異、與生俱來的，性別的差異使男、女生各有一些特質，例如：神經科學家分析發現男、女生的大腦切片有顯著差異(洪蘭，2005)，而這些特質會影響科學學習嗎？楊龍立(1998)中指出男、女生在科學態度及科學能力自我概念上有顯著差異，且男生較女生積極。江啟昱 (1996)中指出國小四~六年級學生學科學學習態度及科學相關經驗，存在頗為明顯之性別有顯著差異，其中男生比女生更喜歡自然科學，對於自然科學學習態度也較為積極。Miller, Slawinski, & Schwartz (2006)的研究發現，女生對於科學學習及生活中的科學較無興趣。由以上探討得知，性別會影響學生的科學學習態度及學習能力。因此，本研究想進一步探討，性別對學生奈米科技的學習成效及態度是否會有影響。

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(二)年級：

張春興(2002)、林生傳（2003）提出皮亞傑(Jean Paul Piaget, 1896~1980)認為兒童的思維或心智活動異於成人，它會隨年齡的增長而增加，並將兒童依年齡及其認知發展分為四階段：感覺動作期、前運思期、具體運思期、形式運思期。由表2-3-1 中可知， Piaget 認為學生各年齡階段的遞升，不代表其所具知識量的增加，而是所表現的求知方式或思維過程、思考品質隨年齡增長而有所改變與成長；但在新皮亞傑。本研究所選取的樣本為中、高年級學生，其發展階段介於具體運思期及形式運思期階段之兒童，高年級學生已進入形式運思期，可以擺脫具體實務，進行邏輯法的抽象思考，而中年級學生則還處於具體運思期，需要依靠具體實務或經驗事務來進行思考及學習。故研究小組為配合此兩階段學生認知發展的不同，在進行奈米課程教學設計時，便將課程分為具體的影片教學、實驗活動及抽象思考的教師講解。因此，研究結果部分，本研究希望探討不同年級學生的年齡差異，在奈米科技課程的學習成效如何？表2-3-1 Piaget 認知發展四階段表期別大約年齡思維或心智活動發展特徵感覺動作期 0~2 歲 1.物體恆存性概念 2.依賴感覺與動作為吸收知識之基模 3.延後模仿前運思期 2~7 歲 1.知覺集中傾向， 2.自我中心主義 3.不可逆性 4.能夠思維但不合邏輯具體運思期 7~11 歲 1.去集中化 2.序列化、類包含 3.可逆性 4.根據具體經驗思維以解決問題形式運思期 11 歲以上 1.抽象思維 2.按假設驗證的科學法則解決問題

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(三)家庭社經地位：從教育社會學的觀點來看，家庭與學校是影響學生學習與成就最重要的場所。家庭被喻為人生第一所學校，人格發展的搖籃，舉凡家庭氣氛、家長教育方式、家長的教育程度家庭的社會階級… 等，無不與學生學習習習相關（王克先，1995）；陳奎憙（1991）也認為學生家庭的社經背景與學業成就關係密切。魏麗敏(2001) 研究中也指出家長不同學歷，學生的科學學習態度有顯著差異，且家長學歷越高，學生學習態度越積極。在本研究也將以家長教育程度及工作性質來界定其家庭社經地位，來探討其對學生奈米科技學習成效及態度是否有所影響。 (四)學習媒介(科學讀物閱讀、校外學習活動) 1. 科學讀物閱讀：閱讀是人類獲得知識最重要的管道，在此科技一日千里的時代，人們必須透過閱讀來吸取新知，以滿足工作上及生活上得需要。有些自然環境的科學現象，無法直接從練習中學習或由實驗過程獲得，而學習條件又不允許作進一步探究時，閱讀或許是最有效而便捷的方法（王美芬、熊召弟， 1995）。因此，科學讀物閱讀被視為科學學習的重要途徑之一，教育者希望藉此可增進兒童科學知識，啟發對自然環境的興趣與關懷，培養正確科學態度及方法。盧秀琴、黃瑞琪(2006)研究中也提出定期閱讀自然系列圖畫書能幫助學生獲得科學閱讀理解的科學詞彙和重要概念。 Rickelman & William (1990) 強調閱讀奈米科技（nanotechnology ）、超文件（ hypertext ）和電傳視訊（telecommunications）三個領域的科學知識，對於未來教學

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是有影響的。因此，本研究想探討學生科學閱讀習慣的個別差異，對其奈米科技的學習成效及態度是否有顯著差異。 2. 校外科學學習活動：有些學生對學校內的學習課程、教學活動興趣缺缺、畏懼甚至反感的情緒，但對於學校之外的學習活動或知識卻有著濃厚的興趣、樂此不疲。校外教學活動沒有固定場所及教學模式，包含場地範圍廣大且具有彈性，是一種吸引學生得教學過程，將它用於科學教育，可以增添校內教學的不足，增進學生生活常識、擴展生活領域及增廣見聞（王美芬、熊召弟，1995）。Smith, J. (1970)提出校外教學的十項優點：(1)可增強學生觀察能力、（2）喚起學生的好奇心，激發學習興趣，提昇休閒時間的活動、（3）提供學生學習的題材、（4）增加學生學習戶外生活技能的機會、（5）學習環境由教室延伸至教室外、（6）提供探索和研究機會、（7）加強學生表達和溝通的能力、（8）增進學習知識的應用、（9）教師的定義延伸，不再侷限於授課者才是教師、（10）增進社會人際關係的發展。李崑山（1993）認為校外教學活動有擴展知識和學習的領域、激發對環境研究的興趣、提昇兒童學習自然的興趣… 等功能。Braund & Reissl (2006)強調科學中心、植物園、動物園和科學博物館…等校外場所，可以刺激學生學習、促進更有效率的科學教育學習。由上述可知，學校正式課程以外的校外學習活動，對學生科學學習是有諸多優點的，且透過植物園、動物園和科學博物館……等不同於學校的社會教育機構學習，是可以增進學生之學習動機及成效的。

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（2006）中，鼓勵國民中、小學校或教師推動奈米科技教育，並針對融入學校正式課程之外的奈米科學營、奈米e 化教材、奈米網頁、與其他相關活動..等四項，進行補助，由此可見，教育部期望透過學校課程之外的學習活動，來增進中小學生隻奈米科技學習成效及機會。故本研究藉由調查學生是否曾經參加的校外科學教學活動，來探討偏遠地區學生參與校外科學學習活動之因素，對奈米科技學習成效之影響。第四節奈米科技推廣課程設計理論探討本節將針對本研究之奈米科技推廣課程作進一步的探討，將其區分為：一、奈米科技課程的主要概念。二、奈米課程設計的理論依據。三、奈米科技課程的相關知識。一、奈米科技課程的主要概念奈米科技課程的主要概念區分相當廣泛，如台灣大學出版中心所發行之奈米科技交響曲(2004)，便將其區分為物理篇、化學篇、生物篇三大主題，並以專書進行探討，不過這樣奈米科技概念是屬於專業領域的區分形式，對於國小中、高年級學生而言太過艱澀。因此，本研究小組所發展之奈米科技推廣課程設計，乃先以工研院材料所(2005) 的「奈米，不是啥稀米」；阿推(2005)的「奈米超人」；鄭天哲、姚福燕(2004)「深入淺出談奈米科技」；黃重賢、李美英、潘彥宏、劉怡君(2004)的「奈米科技交響曲-物理篇」；廖達珊等(2004)的「奈米科技交響曲-生物篇」；何鎮揚、陳雅玲、廖家榮（2004）的「奈米科技交響曲-化學篇」；呂宗昕(2002)的「圖解奈米科技與光觸媒」；龔健華(2002) 「你不可不知的奈米科技」等書籍來作奈米科技教材分析（表2-4-1）。

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由教材分析表2-4-1中，可發現其主題大致分為奈米尺寸、奈米科技定義、奈米應用、奈米現象、未來展望、相關實驗等，在奈米科技教育實證研究中也發現，張字和(2006)奈米科技課程中，包含奈米介紹、奈米檢測儀器介紹及應用、自然界的奈米現象、已知的奈米特性及奈子材料與生活等五大類知識。陳鳳妤(2007)奈米科技教學設計中，概括了奈米是什麼、自然界的奈米現象、費曼的幻想、蓮花效應、彩虹效應、奇妙的奈米材料、認識光觸媒、奈米材料的應用等八大單元。陳淑思(2005)的奈米科技概念中，分為定義、現象、結構、技術原理、特性、應用、科技倫理等七大概念。由以上教材分析及實證研究，本研究選定了(一)奈米定義、(二)奈米現象及(三)奈米科技應用，為課程教案設計的三大主要概念，並將蓮花效應、光子晶體歸於奈米現象中，繪製成「奈米科技概念圖」（圖2-4-1），更以此為發展本研究「奈米科技推廣課程教案」之依據。

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表2-4-1 奈米科技教材分析表書籍名稱(年代) 內容概念你不可不知的奈米科技 (2002) 1.奈米科技的由來 2.奈米微觀 3.奈米科技應用(日常生活、工業、農業、醫學、電腦、材料、基因、軍事) 深入淺出談奈米科技 (2004) 1.奈米尺寸 2.奈米科技定義 3.奈米應用(材料、電腦、機器、軍事、醫學) 4.未來展望奈米科技交響曲-化學篇 (2004) 1.奈米尺寸 2.奈米科技定義 3.奈米科技應用(材料、催化劑) 4.奈米相關化學實驗奈米科技交響曲-物理篇（2004） 1.奈米尺寸 2.奈米科技定義 3.奈米現象(光子晶體) 4.奈米技術奈米科技交響曲-生物篇（2004） 1.奈米生物科技 2.奈米科技應用(生物醫學、奈米馬達、生物晶片) 奈米科技導論基本原理及應用 (2004) 1.奈米科技概論 2.奈米應用(粉末、碳管、材料) 3.奈米機電 4.奈米生物科技 5.奈米光電 6.奈米化學奈米超人 (2005) 1.奈米尺寸 2.奈米科技應用(奈米塗料) 奈米，不是啥稀米（2005） 1.奈米尺寸 2.奈米科技定義、 3.自然界的奈米現象(彩蝶豔麗、蓮花效應、貝類結構、壁虎啟事、肥皂泡泡、彩繪玻璃) 打開奈米的神奇盒子 (2007) 1.奈米定義 2.自然界的奈米現象 3.奈米科技的應用 4.奈米科技的發展狀況

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圖2-4-1 奈米科技概念圖二、奈米課程設計的理論依據奈米科技推廣課程中，研究者將教學活動分為四部份（一）影片教學：使用由教育部顧問室奈米科技人才培育推動計畫（2004）所發行之「小奈小米驚奇之旅」。(二)有獎徵答：教學影片後，提出與影片教學內容相關之問題，讓學生進行有獎徵答，以增加學生學習興趣及動機。（三）老師講述：研究小組採用教育部中南區奈米科技K-12 奈米中藥、奈米冰箱奈米布、奈米衣、奈米鞋奈米洗衣機、奈米衛浴設備、奈米玻璃奈米車、奈米玻璃奈米書、量子電腦、定義長度單位十億分之一米電子顯微鏡觀察蓮花、芋頭、水芙蓉葉面自潔功能應用食衣住行育奈米科技蓮花效應現象自然界的奈米現象植物動物牙齒、貝殼奈米級結構蝴蝶翅膀的光晶體效應家禽羽毛間隙壁虎腳上的奈米結構海龜、鴿子等的奈米磁體

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之圖片、動畫、文字等檔案作為教學之用，不足之教學概念部份再由研究小組自製教學檔案加以補充、說明。（四）實驗活動：研究小組以本研究之奈米科技概念與專家討論發展出「幫葉子洗澡」、「博士的奈米衣」、二項實驗活動，讓學生透過實驗操作、觀察、認識奈米現象。其教學活動課程設計之理論分述如下： (一) 影片教學：科學學習活動都強調學生的直接經驗，1945 年美國教育學者戴爾(E. Dale)的視聽教育法中提出「經驗金字塔」(The Cone of Experience)，如圖 2-4-2。經驗金字塔說明了視聽媒體對學生學習之影響，在此塔中告訴我們最有效的學習是經由直接的體驗獲得，也就是說，若要增強學習效果，就必須讓學習者多利用自己的感官主動學習 (蘇桂瑩，2006)。甘漢銧、熊召弟、鍾聖挍(1994) 也在經驗塔中發現，一般學生都用「視覺」來學習大部分教材，且教學通常都是「具體學習」開始，在逐漸趨向「抽象學習」。因此，本研究在奈米科技課程中的第一項學習活動，便設計將教育部顧問室奈米科技人才培育計畫推動辦公室與北區奈米科技 K-12 教育發展中心(2004)合作出品的「小奈小米驚奇之旅」，動畫影片融入本課程中，進行視聽教學，期望藉由這一部深入淺出介紹奈米科技原理與實際生活的運用的教學影片，以中主角小奈、小米的兒童視野帶領學生發現未來世界的新奇事物，一窺奈米世界的驚奇，誘發學生學習好奇心，從生活中瞭解奈米科技。

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圖2-4-2 戴爾(E. Dale)的「經驗金字塔」(取自：國立教育資料館視聽教育http://3d.nioerar.edu.tw/2d/av/lesson/lesson_0301.asp)

(二) 有獎徵答：

桑代克(Thorndike, 1898)設計了迷籠（puzzle box）實驗，在此實驗中貓之所以學會打開門鈕，而放棄其他紊亂、無用的動作，是由於打開門鈕出籠後便可得到食物，產生滿足的結果。因此，在試誤學習(trial-and-error-learnig)歷程中，提出了最主要的效果率 (law of effect)原則(張春興，2002)，此一原則在教學上應用的很廣泛，例如：訓導上的獎懲方法，就是以效果律為依據。獎善良好行為獲得滿足的結果，而保留下來；懲惡不好的行為獲得厭惡的結果，而逐漸消失。受到桑代克效果率概念的影響，行為學派的斯肯納(B. Skinner) 採用增強原則，主張獎懲對正確行為之建立，具有增強作用，且獎勵優於懲罰，因此，在教育過程中藉著學生所喜好的某種刺激 (正增強物)，使學生產生精神或物質的愉快、滿足感受，以加強某一種被期望的行為傾向，進一步培養學生自信、主動的學習態度。

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惠齡(2001)、伍華倫(1997)、羅秋昭(1993)的教學活動設計中，亦將此一活動融入課程中，發現其對學生學習有正向影響，因此，本研究選擇一般年幼學生及教學初期學生較喜歡的食物性增強 (陳榮華，2002)，作為有獎徵答活動之正增強物，期望透過該項活動，增強學生奈米科技學習態度。 (三) 老師講述：奧蘇貝爾(D. P. Ausubel) 提出意義學習，也稱為意義接受學習 (meaningful reception learning)，強調發現式學習可能帶來無意義的學習，而講解式學習若加以規劃，是可以提供有意義學習的(鍾聖挍，2000)。在戴爾(E. Dale)的「經驗金字塔」(如圖 4-2-2)中也提出，學生學習的經驗金字塔，越向塔頂上移其觀念愈抽象、愈不易理解，且教師需花費較長的時間來講解，但相對於下層應用具體教學媒體學習，教師講解抽象概念所花費的時間是明顯少上許多的，也越能將更多資訊濃縮在短時間內呈現(蘇桂瑩，2006)。因此，本研究在具體的影片教學後，設計老師講述抽象概念，期望能充分利用奈米科技推廣課程中有限的80 分鐘，讓學生學習較多奈米科技相關知識，但也考量研究對象為尚處於皮亞傑(J. Piaget) 所提之具體運思的中年級學生，及剛進入形式運思期的高年級學生，故本活動輔以奈米科技教學PPT(如附件)進行教學，期望藉由具體教學媒體與抽象解說，來提升學生學習成效。 (四) 實驗活動：隨著時代變遷、教育觀念發展，教育在培養學生帶著走的能力，科學教育活動也由老師示範轉為學生實地操作的親身體驗為主(卓娟秀，2002)，因此，在科學教育活動中實驗活動佔有極重要的角色。Millar(1989)指出實驗教學活動具有三項主要功能，(1)藉

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由實驗教學活動，有助於學生了解科學概念及理論意義。(2) 科學研究的實驗教學活動，可以讓學生學習到實用技術及一般學習策略。(3)實驗活動讓學生有機會嘗試及了解問題解決的方法，不會固守一套刻板的思考模式。洪志明、蔡曉信(2001)研究也發現教師設計由易而難的實驗活動，可引導學生主動建構概念、活用知識，幫助他們發展出有效的問題解決方法，並透過成功的學習經驗培養自信心、建立成就感。故本研究在進行完影片教學、有獎徵答、老師講述三項以教師為主的教學活動後，將轉換以學生為主體的實驗活動，讓學生親自操作、體驗葉面上之「蓮花效應」及科技應用「奈米布」相關實驗。三、奈米科技課程的相關知識本研究之課程設計使用到許多奈米科技的相關知識，為讓讀者對其有更近一步了解，故研究者依「奈米科技概念圖」中奈米定義、結構與應用三大概念分別進行詳細說明。 (一)奈米定義：奈米實際上是一個長度單位，nanometer (縮寫 nm) 的譯名，是指十億分之一公尺(1 nm = 10-9m) ，也就是百萬分之一釐米。這樣大小的單位基本上已經超乎一般人的想像和理解了。因此，要具體形容一個「奈米」大小的物體，可使用以下的範例來加以思考，如：DNA 分子約 2.5 奈米寬，身高兩公尺的男子可換算成是二十億奈米高。奈米科技（nanotechnology）簡單來說，主要是探討在 1-100 nm 尺度下所出現之新物質特性的科學技術，並被視為是二十一世紀的重要科技之ㄧ，且其研究涵蓋的範圍包括：(1)用各種製作方

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式將材料、成份或結構等控制於介觀尺度內。(2)研究介觀尺度的控制，使物體展現獨特的物質現象及特性。(3)將研究發展的介觀技術應用在材料、元件、機械等產品之上(馬遠榮，2002)。 (二)奈米結構之特性： 1.蓮花效應(Lotus Effect)：德國波昂大學植物學家W. Barthlott (1997)在電子顯微鏡下觀察發現，蓮葉表面可以看到其表面有著大小約5~15 nm 的乳突狀結構(如圖 2-4-3)，並覆有奈米級如纖毛的結構，此奈米級表面結構便是為造成蓮葉表面具疏水特性的原因。奈米表面結構造成疏水性質與油或蠟物質等具疏水性的機制不同，它是物理性表面結構效應，具有讓葉面超低表面能的特性，因此水珠不易附著於葉面，而具超疏水特性（接觸角≒160度），也不易附著灰塵，當雨水沖洗時，易隨水珠滾落而達到淨潔作用。蓮葉表面的這種自潔（self-cleaning）現象，由於係從蓮葉所發現，因此又叫做「蓮花效應」(Lotus effect）。不只蓮葉，水滴在芋頭及水芙蓉的葉面上亦有相似的行為。 (a)表面奈米級的乳突狀結構 (b)水滴沾附在表面乳突結構上圖2-4-3 電子顯微鏡下的蓮葉表面(取自：奈米，不是啥稀米，2005）

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2. 光子晶體(Photonic Crystals)：有一些蝴蝶（如大美藍蝶、珠光鳳蝶），牠們的翅膀會呈現五彩繽紛燦爛的顏色，還會隨觀看角度的不同而改變，這都是因為這些蝴蝶翅膀上有光子晶體的奈米結構。光子晶體是指物質呈特殊週期性的排列，不同結構組合會產生成不同的顏色及圖案，且隨著觀看角度的不同，會呈現不同的色澤；構成蝶翼的鱗片表面，有許多形狀如樹枝狀的奈米結構，每條細枝間的距離大約是70-100 nm，且不是完全規則的，當光線照射時，依照反射定律，會造成特定波長的光被反射。這樣光子晶體在孔雀、金龜子及蛋白石上都可看到。其構造分別如圖2-4-4 蝴蝶翅膀上的光子晶體結構及圖2-4-5 蛋白石上的光子晶體結構。圖2-4-4 蝴蝶翅膀上的光子晶體結構 (取自：光子晶體專題報導。http://nano.nchc.org.tw/photonic/ch1.php)

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圖2-4-5 蛋白石上的光子晶體結構 (取自：光子晶體專題報導。http://nano.nchc.org.tw/photonic/ch1.php、 http://minerals.gps.caltech.edu/Mineral_Pictures/Opal_gem.gif) 3.生物羅盤：小蜜蜂飛到遠處採蜜，為何可以順利回家，而不會迷路？綠蠵龜、鮭魚如何回到出生地產卵？鴿子如何從千里外飛回原棲息地？這些不解之謎，都在奈米磁體發現後找到了答案，這些生物體內都擁有奈米級的生物磁體羅盤，它可在地磁的導航下辨識方向，做為導航系統。雖然每種動物的奈米磁體位置不盡相同，如鴿子的奈米磁體位於上喙，海龜的奈米磁體在頭部，但是，它們幫助生物體導航的功能卻是一樣的。 4.壁虎的奈米剛毛壁虎在天花板上行走時，為什麼不會掉下來呢？K. Autumn 認為壁虎的腳底有許多皮瓣，皮瓣外側是無數細小的剛毛，每隻腳上約有50 萬根剛毛，剛毛外側是奈米尺度的匙突(圖 2-4-6)，壁虎的腳壓在物體表面上時，剛毛末端會極度貼近表面，近到凡德瓦爾力（Van der Waals force）起作用的程度，也就是分子間產生的正、負電荷吸引力，這個力量非常小且黏著

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並非永久，因此，壁虎可以操作它的腳，快速地切斷接觸使腳不再黏著，而每只腳的底部都有數百萬根極細的剛毛，而每根直徑約200 至 500 剛毛末端又有約 400 根至 1000 根更細的分支，當數百萬根奈米尺寸的剛毛一起作用時，吸附力就非常驚人了，最大可達120 公斤。圖2-4-6 壁虎腳趾上皮瓣(lamella)、剛毛(seta)、匙突(spatula)三個層次的結構。(取自：奈米，不是啥稀米，2005） 5.羽毛的奈米級間隙鴨和鵝在水中覓食時，它們的羽毛為何不會隨著水花濺起而被打濕，也不像雞掉到水中，就變成「落湯雞」呢？主要是因為鴨和鵝的羽毛排列非常整齊且羽毛間的縫隙小到奈米級尺寸，水分子無法通過這種極密且厚的羽毛，因此具有防水的效果，使鴨和鵝能在水中保持身體的乾燥，同時具極佳的透氣性。 6.堅硬的奈米結構人類牙齒具有高強度、堅硬無比，能承受極大且不斷咀嚼

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然界中不只人類牙齒具有如此堅硬的奈米結構，軟體動物的貝類生物，也有堅硬的外殼保護裡面脆弱的肉體，而它的組成成分及結構，1978 年 I.A. Aksay 經由電子顯微鏡發現鮑魚殼切面，是由一片片5-10 nm 的碳酸鈣堆疊，並以有機的絲狀蛋白質為黏著劑，組成質地異常堅硬，耐磨損、侵蝕能力是一般碳酸鈣的3000 倍的碳酸鈣結構。 (二)奈米應用： 1.「食」- 奈米冰箱、奈米保鮮盒：利用奈米材料製成的多功能塑膠，具有抗菌、除臭、防腐、抗紫外線等作用，可作為冰箱、冷氣機裡的抗菌、除味塑膠(龔健華，2002)。奈米陶瓷複合材料可發射遠紅外線波長，能讓食物具保鮮功能，將它製成盤子或做成編織物覆蓋在食物上，皆可達保鮮的功效；目前市場上所販售的「奈米冰箱」，就是添加此類奈米陶瓷複合材料於冰箱內，以增加保鮮效果、降低冰箱所產生的熱效應，減少電力浪費。另外奈米鈦塗料之奈米結構具有自潔特性，將其塗於飲水或食物的容器表面，可減少汙垢的發生。 2.「衣」- 奈米衣、奈米布、奈米鞋：紡織品的奈米化纖維可使布料光澤亮麗、質感細緻、更輕薄、柔軟、保暖，且奈米結構具自潔效果(Self-cleaning effect)，沾染髒污時只要用一般清水即可洗淨，因此有奈米免洗衣之稱 (林永昇，2005)。在纖維中添加奈米級二氧化鈦(TiO2)或氧化鋅等無機粉體，可吸收陽光中之紫外線，使穿透率降至1%以下，大大減少紫外線對人體的傷害，這樣的奈米技術相較於傳

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統塗層抗紫外線方法更佳且效果持久，而抗菌、除臭也是另一項附加的特殊功能。若再加上適當安排纖維間距，使水蒸氣能自由穿透，就可製得拒雨水又可排汗的舒適材質；在鞋墊應用上，奈米物質遠的紅外線纖維具有吸濕、排汗功能，可防止襪子潮濕、發臭的困擾。 3.「住」-奈米玻璃、奈米洗衣機、奈米衛浴奈米鍍膜處理的玻璃和普通玻璃外觀上並沒有差別，但它具有表面超親水性及光催化反應；經過奈米鍍膜處理的玻璃，與水的接觸角比普通玻璃小，自潔效果(Self-Cleaning Effect) 佳，可以保持玻璃表面的清潔，也能避免灰塵的覆蓋，下雨時，玻璃表面的污漬還會自動脫落。除此之外，它還具有分解有機物的特性，在陽光和紫外線的照射下，其對有機物具有強烈的分解作用、殺菌、防霉、除味、除臭、改善環境空氣的作用。馬桶、洗臉盆、浴盆等衛浴設備之表面鍍有奈米級的塗料顆粒時，可填平傳統釉料的粗糙坑洞，使衛浴設備表面細緻光滑，可防止髒污並抑制細菌繁殖(圖 2-4-7)。滾筒洗衣機長期使用後會藏污納垢，在洗衣機內部的表面的陶瓷材料中，加入奈米級的氧化銀材料，可改善表面張力、去除污垢，且氧化銀離子能夠殺菌，不易滋長黴菌。

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圖2-4-7 奈米化處理的衛浴設備。(取自：電光企業股份有限公司， http://www.tenco.com.tw/content/specialist/specialist01.htm) 4.「行」-奈米車車體使用奈米複合材料，可使重量減輕、強度增加、耐腐蝕。橡膠輪胎摻入奈米碳顆粒，可加強輪胎的耐磨耗性與抗老化性，使用壽命增長。奈米化之化學反應催化劑，具有極高的比表面積及較強的催化活性，可在短時間內將廢氣轉換成不具毒性的氣體，使用在汽、機車排放廢氣上，可有效處理空氣污染問題。

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第三章研究方法與設計

本章共四節，分別為研究架構與流程、研究對象、研究工具及資料處理與分析。本研究考量國小中、高年級正式課程綱要，並未包含奈米科技相關概念及知識。因此，採單組後測設計(one-group pretest-posttest design)，在台中縣平地及南投縣山區偏遠小型國小進行方便取樣，選取彈性課程時間充裕，且有意願進行奈米科學推廣教學之學校中、高年級學生為樣本，進行量化研究，並以謝真華（1999）自然科學學習態度量表及本研究之奈米科技推廣課程教案之教學目標、內容為基本架構，發展研究工具-奈米科技學習成效問卷，以蒐集學生在奈米科技推廣教學之學習成效，並進行描述性統計、分析。第一節研究架構與流程本研究架構與流程如圖3-1-1、圖3-1-2所示，研究時間由民國96年9月開始執行，民國97年2月先行預試，97年3月～4月進行正式研究：自變項依變項圖3-1-1 研究架構圖家庭社經地位性別年級科學讀物閱讀頻校外科學學習活學習態度：學習興趣、信心及價值信念學習成就：奈米定義、現象及科技應用

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圖3-1-2 研究流程圖確認研究主題確立研究問題設計課程架構編制測驗及量表教學活動實施、評鑑資料蒐集、歸納研究結果分析撰寫研究報告修改測驗及量表準備期發展期實施與資料處理期試探性研究專家審查

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本研究分為三期，分別為準備期、發展期及實施與資料處理期，各期之研究流程說明如下：一、準備期（一）確認研究主題：參與中南區奈米 K-12 教育發展中心奈米小兵下鄉推廣活動，針對台中縣平地及南投縣山地偏遠國民小學中、高年級學生進行奈米科技推廣教學。（二）確立研究問題：閱讀國小奈米教學相關文獻資料，並與指導教授商榷擬定可行之研究主題及研究架構。二、發展期（一）設計課程架構：參考教育部中南區奈米科技K-12 教育發展中心 2004 年奈米科技輔助教材-國小組所發展之奈米科學課程，並與專家及研究小組成員討論，發展本研究之奈米科技推廣課程教案。（二）編制測驗及量表：依據自然科學學習態度量表(謝真華，1999) 及本研究之奈米科技推廣服務課程教案之教學目標、內容及奈米科技概念圖為基本架構，發展研究工具「奈米科技學習成效問卷」，並交由專家進行效度審查。（三）試探性研究：選擇台中縣、彰化縣、南投縣及苗栗縣各一所偏遠地區12 班以下之國民小學，進行奈米科技推廣課程之試探性研究，以確認研究計畫之適切性。在此研究中，班級導師建議：「偏遠地區低學習成就學生較一般地區多，其閱讀理解能力不佳，可能無法閱讀奈米科技學習成就問卷，恐對研究結果有所影響」。因此，本研究在正式研究中，學生填寫「奈米科技學習

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之混淆結果。（四）預測：選擇台中市一班曾經教授奈米科技課程之國小六年級學生進行「奈米科技認知測驗」、「奈米科技學習態度量表」預試，並使用SPSS 12.0 統計軟體進行問卷資料的信度統計、分析。（五）編修課程、測驗及量表：依據專家審查、試探性研究、預試結果及指導教授建議，進行「奈米科技推廣課程教案」及「奈米科技學習成效問卷」編修。三、實施及資料處理期（一）推廣活動實施、評鑑：正式對研究對象進行奈米科技推廣教學，並於課程後請學生填寫「奈米科技學習成效問卷」，以瞭解學生奈米科技學習成效。（二）資料蒐集、歸納：將回收有效問卷資料依序輸入電腦，並以 SPSS 12.0 軟體進行統計、分析。（三）研究結果分析：依統計結果解釋本研究目的及問題，並歸納結果與討論。（四）撰寫研究報告：將研究過程中所蒐集之各項資料、文獻加以彙整，進行論文撰寫。第二節研究對象本研究以台中縣平地及南投縣山區偏遠國民小學12班以下之小校的中、高年級學生為研究母群體，再以立意取樣抽取研究樣本，其方法說明如下：一、台中縣平地及南投縣山區偏遠國民小學：由台中、南投縣教育局網站之學校概況表，查閱台中縣平地及南投縣山區偏遠地區國民

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小學。二、方便取樣：電話聯絡所選取之台中縣平地及南投縣山區偏遠地區國民小學，說明推廣教學課程內容、時間及對象，如有意願且彈性教學時間與研究小組配合者，即選取該校中、高年級學生為研究樣本。三、研究樣本：經方便取樣後，確認選取研究樣本如表3-2-1。其中包含台中縣平地及南投縣山區偏遠地區國小五所，合計共357 人，有效樣本318 人，平均有效樣本率 86.8%；其中，南投縣仁愛鄉 B 國小因學生漏答情況較多，有效樣本回收率最低；台中縣清水鎮E 國小三年級彈性課程時間，與本研究教學時間無法配合，故該校研究樣本僅包含四至六年級學生。表3-2-1 研究樣本概況表研究樣本學校名稱年級人數有效樣本有效樣本率(%) 台中縣大甲鎮A 國小 3-6 92 84 91.3 南投縣仁愛鄉B 國小 3-6 61 45 73.8 南投縣仁愛鄉C 國小 3-6 48 48 100 台中縣大安鄉D 國小 3-6 99 90 90.9 台中縣清水鎮E 國小 4-6 57 51 89.5 合計 357 318 86.8 註一：Ｎ＝318 第三節研究工具本研究之工具為「奈米科技學習成效問卷」，如附錄三所示，共分為四部份，依序為第一部分學生基本資料、第二部分喜愛活動排序、第三部

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如下：一、學生基本資料學生基本資料依本研究目的設計，包含年級、性別、父、母親教育程度、父、母親職業類別、科學讀物閱讀頻率(本/學期)及參與校外科學學習活動等八項背景變項，期藉此探討學生不同背景因素對奈米科技學習成效之影響： (一)年級；分為中、高年級兩大類。 (二)性別：分為男、女生兩大類。 (三)父、母親教育程度：依林生傳(1990)分為不識字、國小、國中、高中職、大專、研究所等六類。 (四)父、母親職業類別：因考慮學生對職業分類有認定、歸類之困難因此，將其分為是農、工、商、士、其他等五類，並依學生填寫性質，將其依林生傳(1990)進行家長職業類別分類。 (五)科學讀物閱讀頻率：以每學期科學讀物閱讀數量定義，依陳淑思 (2005)將其分為一學期閱讀3本以下、4～6本、7～9本、及10本以上等四類。 (六)校外科學學習活動：依陳淑思(2005)將其分為參觀博物館、科學營、其他及從未參加等四類。二、活動喜愛排序 (一)學習活動喜愛排序：讓學生將影片教學、老師講述、實驗活動及有獎徵答等四項學習活動，進行喜愛程度的排序。 (二)實驗活動喜愛排序：讓學生將幫葉子洗澡、博士的奈米衣等二項

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實驗活動，進行喜愛程度的排序。三、奈米科技認知測驗本研究小組依所發展之奈米科技概念圖、課程教案、認知概念細目表及概念命題陳述表，進行擬題，編製包含是非7 題、選擇 10 題，合計17 題的「奈米科技認知測驗」；奈米科技認知概念細目表及概念命題陳述表如表3-3-1 及表 3-3-2。表3-3-1 概念命題陳述表題型原題號認知測驗題號命題概念命題陳述 1 1 定義一奈米=十億分之一米，奈米尺寸比細菌還要小。 2 2 應用「蓮花效應」應用於製作奈米布。 3 刪除現象植物界。芋頭葉面上的「蓮花效應」現象。 4 3 應用奈米科技應用在食、衣、住、行等日常生活中。 5 4 現象動物界。壁虎的攀岩走壁。 6 5 應用奈米科技應用在儲存圖書館數位資料。是非題 7 6 現象動物界。蝴蝶鱗片上的光晶體效應。 1 1 定義奈米為一長度單位。 2 2 定義奈米的英文名詞拼法。 3 3 定義須以電子顯微鏡觀察的長度單位。 4 4 應用「蓮花效應」應用於奈米玻璃自潔現象。 5 5 現象植物葉面上的「蓮花效應」現象。 6 6 現象動物界。家禽羽毛上的奈米級間隙，具有防水功能。 7 7 現象動物界。海龜、蜜蜂等生物體內的奈米磁體具引導方向功能。 8 8 現象植物界。芋頭葉面的「蓮花效應」現象。 9 9 現象動物界。牙齒及貝殼上堅硬的奈米級層狀結構。選擇題 10 10 現象動物界。海豚體表上的「蓮花效應」現象。

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表3-3-2 奈米科技概念細目表重要命題概念題型題號是非題 1 奈米定義選擇題 1、2、3 是非題 4 奈米現象選擇題 5、6、7、8、9、10 是非題 5 奈米科技應用選擇題 4 為了建立測驗效度，研究者將奈米科技認知測驗、概念圖、課程教案、認知概念細目表及概念命題陳述表，一併交給七位科學、教育專家及四位國小教師教進行審查，以建立專家效度，並依專家建議刪除是非題3 及修改是非 6、選擇 10。刪除標準以兩位以上專家建議為規準，修改則以專家建議修改語句或題意為準則；專家及同儕資料如附錄五。信度則以SPSS 12.0 統計軟體進行 Cronbach’s α 信度分析，研究結果顯示該測驗預試及正式問卷之Cronbach’s α 內部一致性信度為.694 及.70 及，且各題刪除後之 Cronbach’s α 值也皆高於.65 以上；選取分數較高的27%為高分組、分數較低的 27%為低分組，以獨立樣本T 檢定，結果發現各題高、低分組之 T 值皆達顯著差異，故可知本測驗所保留各題皆為具信、效度之試題，分析結果如表3-3-3。 .

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表3-3-3 奈米科技認知試題分析預試問卷正試問卷題號項目刪除的尺度平均數項目刪除的 Cronbach's α t 項目刪除的尺度平均數項目刪除的 Cronbach's α t 是非1 12.58 .725 -4.776* 12.16 .709 -4.357* 是非2 12.23 .697 -2.324* 11.98 .676 -5.008* 是非3 12.31 .704 -4.088* 12.09 .694 -6.596* 是非4 12.55 .676 -10.043* 12.41 .697 -11.331* 是非5 12.25 .681 -3.250* 11.95 .693 -3.285* 是非6 12.46 .666 -8.219* 12.25 .699 -8.203* 選擇1 12.25 .682 -3.250* 11.95 .690 -3.630* 選擇2 12.53 .699 -7.298* 12.26 .659 -18.417* 選擇3 12.23 .691 -2.571* 11.97 .679 -4.718* 選擇4 12.47 .697 -6.361* 12.26 .659 -18.417* 選擇5 12.24 .681 -2.571* 11.94 .691 -3.285* 選擇6 12.28 .686 -3.464* 11.98 .677 -5.008* 選擇7 12.26 .686 -3.250* 11.95 .693 -2.616* 選擇8 12.27 .687 -3.464* 12.00 .681 -5.433* 選擇9 12.60 .710 -4.241* 12.17 .684 -7.153* 選擇10 12.46 .683 -8.171* 12.33 .694 -10.398* 註一：預試問卷N=31 正式問卷N=318 註二：信度分析之項目：認知測驗各題註三：獨立樣本T檢定自變項：認知測驗高、低分組依變項：認知測驗各題 (四)奈米科技學習態度量表研究小組改編謝真華（1999）自然科學習態度量表，發展出本研究之奈米科技學習態度量表，原量表之自然科學相關語句修改為符合奈米科技課程之題意，且維持原量表所包含之學習興趣、信心及價值信念三向度，各向度有7、8、10 題。奈米科技學習態度量表效度，乃經七位科學、教育專家及四位國小教師進行題意及適切度審查，以建立專家效度，並依專家建議刪

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標準以兩位以上專家或同儕建議為規準，修改則以專家或同儕建議修改語句或題意為準則；專家及同儕資料如附錄五所示。量表信度，則以SPSS 12.0 統計軟體進行 Cronbach’s α 內部一致性信度分析，結果顯示奈米科技態度量表暨學習興趣、信心、價值信念，在預試之Cronbach’s α 值分別為.666、.760、.859 及.873，正試問卷之Cronbach’s α 值為.703、.574、.831 及.906，各題刪除後之總量表、各向度及各題之Cronbach’s α 值皆高於.55，故可知本量表所保留之各題皆為具信、效度之試題，分析結果如表3-3-4。

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表3-3-4 奈米科技態度量表分析摘要表預試問卷正式問卷向度原題號正式問卷題號項目刪除的尺度平均數項目刪除的 Cronbach's α Cronbach's α 項目刪除的尺度平均數項目刪除的 Cronbach's α Cronbach's α 1 1 55.06 .906 61.33 .865 2 5 54.97 .906 61.36 .865 3 8 55.45 .905 62.11 .871 4 12 55.87 .907 61.94 .866 學習興趣 5 15 55.19 .901 .666 61.50 .862 .703 6 2 55.32 .902 61.87 .865 7 6 55.58 .904 61.92 .871 8 9 55.48 .898 61.71 .870 9 13 55.23 .908 61.83 .877 10 16 55.06 .902 61.63 .864 學習信心 11 18 55.81 .907 .760 62.03 .879 .574 12 3 56.35 .910 62.30 .870 13 4 54.87 .903 61.33 .865 14 7 55.06 .898 61.42 .865 15 10 54.71 .901 61.44 .870 16 11 54.90 .903 61.43 .863 17 14 55.00 .900 61.42 .863 18 17 54.45 .909 61.43 .867 19 ₁₉ ₅₅₁₆ _.899 _61.58 _.863 價值信念 20 ₂₀ _54.90 _.903 .859 61.43 .865 .831 註一：預試問卷：N=31 正式問卷：N=318 註二：信度分析之項目：態度量表各題第四節資料處理與分析奈米科技學習成效問卷施測回收後，先進行逐份檢查，剔除有未漏答、未作答及各向度反向題無明顯反向之無效問卷，並將有效問卷各項資料編

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碼、輸入，並以SPSS 12.0統計套裝軟體進行資料處理、分析，其方法如下列說明之。一、學生基本資料 (一)基本資料輸入：將學生年級、性別、父、母親教育程度、父、母親職業類別、科學讀物閱讀頻率(本/學期)及參與校外科學學習活動等八項學生不同背景變項，依表3-4-1 進行編碼、輸入，以利進行後續各項學生不同背景變項之考驗、分析。 4-7 項的父、母親教育程度、職業類別，將依林生傳(1990)的家長教育程度及家長職業類別等級分類表，進行分類，再依社經地位加權指數計算，取家長中較高等級的一方，將學生家庭社經地位由高至低分為五等級，其分類及計算方式如表3-4-2、3-4-3、 3-4-5。