國中學生對於奈米科技知識之初探-以台中市三所國中為例

國中學生對於奈米科技知識認知之初探

－以台中市三所國中為例

摘要

本研究主要是想了解國中學生對於奈米科技認知的現況，故以自編之「國中 學生之奈米科技知識認知問卷」，利用調查研究法蒐集資料，探討九年級學生的 認知情形。另外也針對學生的新興科技知識來源、同性別與校別等變項，研究是 否對於學生在奈米科技知識的認知上有影響。研究樣本為台中市九年級學生，採 立意取樣 14 班共計 531 名，問卷內部一致性信度 Cronbachα值為 .886。結果 發現，國中學生的奈米科技認知是不足的，僅有 47 % 答對；而答錯的佔 14.2％、 選不知道的佔 38.2％。在奈米科技認知三個向度中，以「奈米基本定義」平均得 分最高，「自然界的奈米現象」次之，「奈米科技的應用」方面平均得分最低。 以答題情形來看，學生對於新興科技知識的來源前三項為「電視或報紙」、「網 路」、「老師」。性別對學生在奈米科技知識認知得分上沒有顯著的差異，有「奈 米科技 K-12 人才培育計畫」種子教師的學校學生，對於奈米科技知識的認知最 佳且顯著高於無種子老師的學校。本研究提出二項建議：提供相關網站與媒體作 為國中學生獲取新興科技知識的來源；培育奈米種子教師對奈米科技的推廣是必 要的。 關鍵字 關鍵字關鍵字 關鍵字：：：：奈米科技奈米科技奈米科技，奈米科技，，，奈米科技奈米科技奈米科技奈米科技 KK-KK---12121212 人才培育計畫人才培育計畫，人才培育計畫人才培育計畫，，，國中學生國中學生國中學生國中學生

An investigation of junior high school students’ nanotechnology cognition in Taichung City

This study was wanted to understand the ninth grade students’ nanotechnology cognition. The “Knowledge of Nanotechnology questionnaire for junior high school students” was used for this study, designed by investigator oneself. The Cronbach α if item delete was .886. It was also studied the effected factors in the students’

cognition of nanotechnology knowledge, such as the sources of emerging technical knowledge, the gender, and the interscholastic difference. There were 531 ninth grade students were choice for this study in Taichung City. It was showed that only 47 % of students replied correctly, 14.2 % was wrong, and 38.2 % students’ answer was no idea. In the three dimensions of nanotechnology knowledge, the scars of cognition were “Nanotechnology basic definition” >” Nature phenomenon” >” Nanotechnology application”. Orderly, The major sources of emerging technical knowledge were “television or newspaper”, “ internet” and “teachers”. However, there was no effect of the gender in the cognition of nanotechnology knowledge. It was found that if there were seed-teachers in a school, the students had higher

responses in the’ nanotechnology cognition. It is suggests that providing students with the related website and media will increase their emerging technical cognition . Moreover, It is necessary that training seed-teacher of nanotechnology in the junior high schools to increase students’ nanotechnology knowledge.

目錄

中文摘要

……… Ⅰ

英文摘要

……… Ⅱ

目 錄

……… Ⅲ

表目次

……… Ⅵ

圖目次

……… Ⅷ

第壹章

緒論

第一節

研究背景與動機 ………

1

第二節

研究目的與問題 ………

4

第三節

名詞解釋 ………

4

第四節

研究範圍與限制 ………

5

第貳章

文獻探討

第一節

新興科技與教育的關係 ………

7

第二節

奈米科技的投入與 K-12 之現況………

9

第三節

奈米科技知識在國中階段之分佈 ………

21

第四節

知識認知 ………

28

第參章

研究方法

第一節

研究架構 ………

32

第二節

研究對象 ………

33

第三節

研究工具 ………

35

第四節

研究步驟與流程 ………

43

第五節

資料分析 ………

46

第肆章

研究結果與討論

第一節

國中學生的奈米科技認知情形 ………

48

第二節

新興科技知識來源與學生之表現 ………

51

第三節

不同背景變項之分析 ………

53

第伍章

結論與建議

第一節

結論 ………

68

第二節

建議 ………

71

參考文獻

中文 ………

73

英文 ………

76

附錄

附錄一 奈米科技概念分類初………

78

附錄二 預試樣本各試題 Alpha if Item Deleted 係數值分析表…

79

附錄三 問卷施測指導語………

81

附錄四 「國中學生之奈米科技知識認知問卷」………

82

附錄五 各題之答對、答錯、不知道人數與百分比摘要表 …………

89

附錄六 有否上過奈米相關課程之各試題答對人數與百分比摘要表

91

表 目 次

表 2-2-1 奈米科技 K-12 教育發展子項成果摘要表 ………

19

表 2-2-1 奈米相關書籍………

20

表 2-3-1 奈米科技概念融入課程之分段能力指標………

24

表 2-3-2 奈米科技概念融入課程之學習領域教材內容………

25

表 2-3-3 國中「材料」單元中之「奈米材料」內容摘要…………

26

表 2-4-1 布魯姆 2001 年版認知領域教育目標之認知歷程向度……

29

表 3-2-1 總樣本人數………

34

表 3-3-1 命題陳述………

38

表 3-3-2 問卷內容之知識向度與認知歷程向度雙相細目表………

40

表 3-3-3 預試樣本男、女生人數表………

41

表 3-3-4 預試樣本有否上過奈米課程人數表………

41

表 3-3-5 預試問卷信度………

41

表 3-3-6 正式施測問卷信度………

42

表 3-3-7 專家學者一欄表………

43

表 4-1-1 奈米科技知識認知三向度的得分情形………

48

表 4-1-2 問卷試題得分之高低排序摘要表………

45

表 4-2-1 全體樣本對新興科技知識來源摘要表………

51

表 4-3-1 研究對象的人數分佈表………

53

表 4-3-2 性別對奈米科技知識認知 t 考驗………

54

表 4-3-3 有否上過奈米課程之平均答對率摘要表………

54

表 4-3-4 奈米科技知識認知問卷三向度之奈米課程 t 考驗………

55

表 4-3-5 學習奈米課程經驗對第 26 題的答題影響………

55

表 4-3-6 有否上過奈米課程中答對率相差 5%以上摘要表 ………

56

表 4-3-7 A、B、C 三校之奈米課程 t 考驗 ………

57

表 4-3-8

A、B、C 三校於奈米課程中之得分與答對率摘要表 ……

58

表 4-3-9 奈米科技知識認知問卷之公、私立學校 t 考驗 …………

59

表 4-3-10 奈米科技知識認知問卷之 A、B、C 三校平均得分比較…

60

表 4-3-11 奈米科技知識認知問卷之 A、B、C 三校單因子變異數分

析表 ………

61

表 4-3-12 A、B、C 三校在整體問卷中三個不同領域之得分與答對

率摘要表 ………

62

表 4-3-13 奈米科技知識認知問卷中三個領域之 A、B、C 三校單因

子變異數分析摘要 ………

63

表 4-3-14 三校學生答題情形 ………

64

表 4-3-15 A、B、C 三校在三個向度中的認知情形摘要表…………

66

表 4-3-16 學習奈米課程經驗的人數統計表 ………

67

圖 目 次

圖 2-2-1 奈米國家型科技計畫 ………

12

圖 2-2-2 奈米科技人才培育分項計畫圖 ………

15

圖 2-2-3 奈米人才計畫組織架構圖 ………

17

圖 2-4-1 Bloom 教育目標分類系統新舊版本對照圖………

30

圖 3-1-1 研究架構圖 ………

33

圖 3-3-1 奈米科技的內涵 ………

37

圖 3-3-2 奈米科技概念圖 ………

37

圖 3-4-1 研究流程 ………

45

第壹章

緒論

第一節

研究背景與動機

一九九○年七月，第一屆國際奈米科學與技術會議在巴爾的摩舉行，奈 米科技正式成為一項新的研究學門，其中奈米材料的製作，是奈米研究中最 重要的一環（高逢時，2005）。人類文化生活上，經歷了三次的革命，農業 革命、工業革命、資訊革命，而奈米科技被視為全球第四波的工業革命，它 是一個跨領域的科技，其影響與應用即遍佈電子、資訊、材料、物理、化學、 醫藥、生物技術、紡織、塑膠等高科技或傳統之產業（呂宗昕，2003）。因 為奈米科技幾乎帶動了所有產業的升級與創新，因此許多專家學者都認為奈 米科技所帶來的影響將遠遠超過前三波的工業革命。 物理學諾貝爾獎得主理查·費曼（Richard P. Feynman）1959年在美國 加州舉行的美國物理學會（American Physical Society）年會的演講上曾 預言說「如果有一天，我們能把百科全書全儲存在一根針大小的空間內並移 動原子，那麼這將會給科學帶來什麼？」此為奈米科技的開端。近年來奈米 科技已成為全世界各先進國家相當重要的科學技術，將帶動材料、資訊、光 電、生醫、機械、化工、鋼鐵等產業進入嶄新的未來，大大提升產業的附加 價值和競爭力（馬遠榮，2002a）。過去幾年來，半導體產業的發展帶給台灣 另一次的經濟奇蹟，而下一個重要的科技產業非奈米科技和生物科技莫屬 （高逢時，2005）。鑑於奈米科技深深影響著新世紀科技發展和人類的生活， 「奈米國家型科技計畫」辦公室整合產學研力量，建立我國發展學術卓越和 相關應用產業之奈米平台技術，同時也加速培育奈米科技人才，以奠定厚實

發展最大的驅動力。 科技的發展往往決定於人才的培育，奈米科技可以說是改變產業結構及 生活方式的第四次工業革命。在全球知識經濟發展的脈絡中，奈米技術的推 動對於國家的產業及競爭力之影響相當深且廣，因此我們需要及早培育奈米 技術人才並往下紮根。科技教育為人類在科技發展的變化中，能清楚知道過 去發展的情形和和展望未來的趨勢方向（Bybee,2003）。鑒於國民教育及科 普教育為銜接高等教育及學術研究重要之基礎，奈米國家型科技教育人才培 育先導型計畫以「 K-12 」及「大學研究所」兩大主軸平行推動。在 「K-12」 的規劃上，首先於民國九十一年北區試先施行「奈米科技K-12人才培育計 畫」，而大學研究所的部份則利用各區多所大學聯盟合作之方式，於北區、 中北區、中南區、南區、東區形成區域性奈米科技人才培育五項子計畫，同 時推動人才資源庫計畫及奈米科技數位學習平台進行奈米科技人才之搜集 及資源庫之建立(奈米科技人才培育網，2008)。教育部顧問室於九十二年六 月召集清華大學、中興大學、成功大學、東華大學四位奈米相關專長領域並 對科學教育深具經驗之教授擔任各區 K-12 （中北區、中南區、南區、東區） 之計畫主持人，包含原奈米人才培育計畫轉型的北區奈米科技 K-12 人才培 育計畫，於全國亦成立五個奈米科技 K-12 教育發展中心，利用此棋盤式之 組織運作方式，企圖逐步向下延伸並向外擴展推行K-12（幼稚園到高中階段） 及一般民眾對奈米科技之認識，成為加速推動奈米產業教育不可忽視之一 環。 「奈米」這個詞彙已充斥在我們的生活周遭，尤其在電視、廣播和雜誌 等媒體上所說的「奈米產品」。有些產品的確對我的生活有很大的助益，而 有些產品卻跨大其辭渲染了功效。奈米科技產業的發展與我們的生活息息相 關，如何從教育下手，讓學生們對於奈米科技產業有基本的認識和理解，此

之人才培育分項計畫，希望能迅速提供我國發展奈米國家科技計畫所需之各 種跨領域人才，並往下扎根至中、小學，希望可以培育和迎接未來奈米科時 代的尖兵（教育部，2002）。全國K-12人才培育計畫將人才培育中心分為北 區、中北區、中南區、南區和東區等五個區域，同時也將要求各區域中心結 合大專院校、及教育部相關社教資源，達成教育部「終身學習」的施政目標。 全國K-12人才培育計畫中，每年都會舉行「全國奈米科技K-12教師教學 研討會」，目前僅在各區的種子教師於奈米教育推廣教學經驗之交流，展示 其推廣的成果。學者專家們進行演講希望將奈米科技融入各領域的教學，種 子教師編寫研發相關教材，於研討會上討論教案的設計與教學心得，目前 K-12教案教材有353項、出版品有32項、種子教師705名以及培育活動374次 (奈米科技人才培育網，2008)。奈米科技與我們的生活息息相關，然而K-12 推廣多年，多數的學生對於奈米科技的認識不熟悉(潘文福，2004)，然而隨 著奈米科技的發展，我們日常生活中接觸「奈米科技產品」的機會越來越頻 繁，是否能真正判斷真偽或辨識，對於一般學生和民眾是相當困難的（陳貴 賢，2006；陳麗文，2005）。在 K-12的階段中，國中開始接觸到自然科學 上粒子微觀的世界，國中二年級的自然與生活科技理化課程中即開始學習到 原子與分子的概念，倘若能探討國中學生對於奈米科技知識認知的情形，對 於全國K-12人才培育計畫應該有所助益。研究者參加奈米科技研討會發現與 會的學校代表多數都有種子教師在校內推行奈米科技的教學，但是有種子教 師在校內推動奈米科技課程其學生對於奈米科技知識的認知效果如何呢？ 性別不同對其認知有何差異呢？不同學校背景對於奈米科技知識認知是否 有影響？ 由上述的內容，本研究期望能透過國中學生在「國中學生之奈米科技知 識認知問卷」的卷填答，以台中市三所國中為對象，針對九年級的學生進行

並蒐集和探討學生對於奈米科技知識的認知情形。在奈米課程的推動上，希 望能將研究的結果提供作為參考，並能針對現在國中學生對奈米科技知識的 認知，提供作為學校設計適合他們的教學內容。

第二節 研究目的與問題

一、 研究目的 本研究想要知道國中學生對於奈米科技知識認知的現況，希望藉由 「國中學生之奈米科技識認知問卷」，調查現今九年級學生關於新興科 技知識來源，並探討有否種子教師推動奈米課程的學生對於奈米科技知 識認知情形以及不同性別、不同學校背景，對於九年級學生之奈米科技 知識認知上的正確性和之間的差異性。期望以利日後推動奈米科技研習 或進行奈米科技概念教學時作為參考。 二、 待答問題 （一）九年級學生對於奈米科技知識認知情形為何？ （二）九年級學生對於新興科技知識或相關資訊之來源為何？ （三）學生的背景因素是否會影響奈米科技知識認知？

第三節

名詞解釋

一、 奈米科技 奈米科技（nanotechnology），主要是探討在一奈米到一百奈米（1 ～100 nm）尺度下所出現嶄新物理、化學等特性的科學技術（工研院奈 米辭典）。 二、 奈米課程 在教育部顧問室推動「奈米國家型科技計畫」之人才培育分項計畫 中，推動和參與「奈米科技K-12人才計畫」的種子教師群，所規劃與發 展出和奈米科技相關的出版品、教案之教學內容；或非種子教師自行在 課堂上補充奈米科技相關領域的課程內容。本研究所指的上過奈米相關 課程為學生在課堂中，曾學習上述之內容。 三、 國中學生 本研究所指的國中學生，為民國九十五年度，公立國民中學與私立 中學的國中部之九年級學生。

第四節 研究限制

限於人力和物力，本研究的研究對象僅限於台中市三所九年級的學生， 因此未能達到普查之規模。因受試的九年級學生要參加國中基本能力測驗的

因素，本研究無法取得大量的樣本，使得樣本數不如預期。本研究的限制， 其說明如下： 一、 本研究之研究樣本採立意取樣，並未作全國性或跨區域抽樣，因而 在代表上及推論上有一定的限制，無法作大區域範圍的推論。 二、 本研究關於國中學生之奈米科技知識的認知，為初次的探討，因為 相關的文獻及研究較少，故參考資料不足，對研究結果後的推論有一定 的限制。

第貳章

文獻探討

本章第一節先就以新興科技與教育的關係進行探討，第二節目前關於奈米科 技的投入與 K-12 推行之現況，第三節討論自然與生活科技領域中奈米科技知識 在國中階段之分布，第四節針對知識認知進行探討。

第一節

新興科技與教育的關係

新興科技是一種以發展中科技為基礎的重大創新，由於相關科技領域的知識 仍在繼續發展中，所以在技術創新、產品開發、顧客需求、市場規模、創新利益 等，都還存在很高的不確定，但新興科技的背後通常蘊藏重大市場商機，因此廣 泛受到政府、研究機構、企業、投資者的高度重視。例如：基因治療法、高溫超 導材料、微型機械人、有激發光體材料、奈米材料….等等，都是可能對於未來 人類社會帶來重大影響的一些新興科技（劉常勇，2004）。由於世界經濟的蓬勃 發展、社會環境急遽變遷、多元化的重視、政治民主的開放、科技的日新月異、 校園生態改變、家長意識抬頭、全球化的來臨，使的我國的基礎教育面臨極大的 挑戰（李瑛，2000）。科技與生活、社會和環境有著密切的關係，不再是空虛的 或僅僅是器物之類的定義，而是與我們周遭的人、事、物緊緊相扣在一起（曾國 鴻、魏炎順 ，2003）。科技對於學生的學習有顯著的影響性，而技術能讓學生所 學習到的知識真正的被利用（Garthwait & Verrill,2003）。

科技的進步帶動社會的進步，往往也會帶來一些社會文化的衝突，但我們無 法拒絕科技發展的便利而回到原始的社會形態（李明杉，2005）。1957 年蘇俄領

先美國發射人造衛星，造成美國強大的震驚並開始著手培養科技人才與科學課程 的改革。科技教育由最初手工訓練的教育目的到職業試探的功能，一直到現今強 調學生對於科技知識瞭解與科技能力之培養，其科技教育的目標也隨著社會轉型 而不斷的演變（Jenkins,1997）。所謂的科技教育主要在於了解和善用科技，以 透過教育的過程來建立學習者科技的素養。因此將科技領域透過教育的歷程讓人 們了解並進一步的能運用科技所帶來的實用性和方便性，最終目的乃培養國民應 具備的科技素養（朱耀明，2004）。 許多美國的經濟學者與教育家都認為人民必須具備科技素養，才能夠維持美 國的經濟成長(Bybee,2003; Weber & Custer,2005)。我們都知道台灣的自然資 源匱乏，很多原物料都需要依賴進口，因此知識經濟的人才培育就顯的相當重 要。科技是一種人類運用知識、創意和資源，以解決實務問題和改善生活環境的 實踐和行動（Maley,1986）。二十一世紀是一個高度科技化與資訊化的的多元社 會，在快速的變遷中，教育必須提供學生學習生活的基本知能，具有應變挑戰的 能力（王鼎銘，1999）。隨著科技的進步，奈米現象已經不再是實驗室中複雜的 理論發現，現在正開始逐步商品化應用，出現在您我生活之間。奈米科技的影響， 正逐漸為現在的科技社會注入一股新的變化，而我們生活型態與社會之間的互動 模式也會因為奈米科技應用而產生不同的型態（陳志嘉、鄧佳茜，2007）。行政 院在民國九十年推動知識經濟，而其國科會規劃科技發展目標與策略中，奈米科 技是其中之一。國家型奈米科技計畫又可分為奈米電子、奈米材料、奈米生物和 奈米檢測與設備開發四大主題，而透過「奈米國家型科技計畫」將可奠定未來奈 米科技產業人才需求的基礎。 近年來由於台灣島內產業結構大幅改變與政治因素的影響，造成產業外移與 失業率高居不下，如今唯有發展高科技產業才會有轉機。2002 年元月，中國大陸 與台灣加入世界貿易組織（World Trade Organization ,WTO），國家經濟面臨國

際化的競爭，在這種新的情勢之下，唯有快速的吸取新知識、新觀念和隨時創新 知，才能適應和因應國際環境的的變遷（馬遠榮，2002b）。綜觀全世界各個國家 莫不以發展奈米科技產業為當務之要，高科技產業未來是台灣的命脈，也是國家 競爭力提升的重要一環（蔡慶隆，2003）。 現在與未來都是知識取向的社會，教育必須培養出隨時隨地能因應新科技對 於社會的衝擊，提升對科技的選擇能力，也能隨著外在環境的變化，自我調適解 決所面臨的問題。在科技日新月異的社會中，新興科技在生活上帶來的便利與人 們依賴的程度越來越密切，推廣奈米科技全民教育可使國人支持國家的重大政 策，也使人們能普遍的重視奈米科技的重要性。學生對於新興科技知識獲取的來 源是研究者關心的方向，若能了解學生獲取科技知識來源，輔以學生的對於新興 科技知識來源的喜好並切入教學中，對於推動科技發展與培育科技人才也有所助 益。

第二節 奈米科技的投入與 K-12 之現況

奈米科技已成為全世界各先進國家相當重要的科學技術，本節內容以奈米科 技的重要性、國內外在奈米科技計畫的投入、目前國內奈米科技 K-12 人才計畫 的推動與奈米科技 K-12 教育發展四個部份進行探討。 一、 奈米科技的重要性 奈米(nanometer)，是一種長度的單位，符號為nm，字首nano在希臘文原 文是「侏儒」的意思。奈米代表的是十億分之一米，或者也可以說是三、四

個原子所串起來的長度（馬遠榮，2002a）。奈米科技（nanotechnology）就 是把奈米尺度的材料應用到各種科技產業的技術。我們不可能再用巨觀的理 論來推測奈米材料的特性，微觀的量子物理理論亦無法概括所有奈米材料的 行為，於是符合奈米材料的新理論是介於巨觀與微觀之間，稱做介觀理論（何 鎮揚、陳雅玲、廖家榮，2004）。物體在奈米尺度下的物理性質和一般物體的 物理性質截然不同，當物體小到1~100奈米的範圍便會有許多新的特性和現 象，奈米科技涵蓋的領域甚廣，從基礎科學橫跨至應用科學，包括物理、化 學、材料、光電、生物及醫藥等（龔建華，2002）。在二十一世紀裡，知識經 濟的全球化是大勢所趨，經濟學之父亞當•斯密在《富國論》中提到國家經 濟致富之道，在知識經濟時代，一國是以知識、科技與企業精神作為創造財 富最主要工具，而非自然資源、資本和勞力（馬遠榮，2002b）。在知識經濟 發展的時代，奈米技術的推動對於各國的產業及競爭力之影響既深且廣，在 相關奈米產業逐漸成形之時，需要及早培育奈米技術人才並往下紮根（李世 光等，2003）。依據美國國家科學基金會估計，西元2010至2015年間，全世界 與奈米技術相關的產業商機，每年約有1兆美元，可以說是未來科技發展的主 要領域之一（劉真妮等，2002）。其中包含奈米材料、奈米半導體、奈米醫療、 奈米化工和奈米測量工具等，因而世界各國都積極投入大量的人力與財力進 行奈米相關產業的研發和產品製造。 科學家們發現，物質一旦介於1奈米到100奈米的長度時，就會產生新的 特性，其中主要有三種，分別為小尺寸效應、量子效應和表面效應。在奈米 級的刻度之下，許多元件的化學與物理性質在巨觀時的現象會有明顯的相 異，而透過這些改變，在電子與資訊工業可發展出更省電、體積更小、更節 約能源的材料與元件，這對資源有限的地球來說，將是永續發展的革命性科 技。由於奈米技術廣泛的涵蓋了大部分的科學領域，而奈米科技的發展，也

會扮演科學研究及產業升級之火車。 台灣憑藉過去教育水準普及和人力素質提升的雄厚基礎，並在產官學界 互相支持共同努力之下，奈米技術已在電子業、能源、機械、生物醫學、化 工及環保等領域萌芽，所以發展奈米科技成為台灣未來最具有發展潛力的新 興產業。人才為產業及科技發展之本，國內各級教育的課程中融入奈米知識 乃為當務之急。故以長期而言，K-12學生會是未來十至二十年內，最具競爭 主力的一群（黃光照等，2004）。現在全球將奈米科技視為史上第四波的工業 革命，為製造工業的核心領域，故此，奈米科技必會重新劃分未來全球高科 技競爭的版圖（馬遠榮，2002a）。 二、 國內、外奈米科技計畫的投入 奈米科技即將掀起一波波產業革命，可說是二十一世紀最為關鍵的技術 之一，美、日、歐等技術先進國家均已大舉投入，中國大陸亦積極參與，且 已積累不錯的研究成果。在此情況下，國家將大舉投入奈米研發，更應有策 略性之思維。我國奈米科技的產值，預估在 2012 年達兆元目標，而 2014 年， 全球奈米產業的年產值更將突破新台幣 80 兆。預計 10 年到 15 年後，全球產 業將出現奈米科技帶動的新一波激烈競爭。 （一）國內部分 國家於民國九十一年，由國科會、行政院科技顧問組、中研院、教育部、 工研院、經濟部、原子能委員會及環保署等單位，組成「奈米國家型科技計 畫工作小組」，同年 6 月行政院國家科學委員會第 157 次委員會議中通過「奈 米國家型科技計畫」，且於 9 月成立「奈米國家型科技計畫辦公室」（教育部， 2002）。政府為了整合產業界、學術單位和研究機構共同的努力，以建立國

家發展學術單位和產業界所需要的奈米平台技術，同時亦將加速培養奈米科 技所需要的人才，奠定我國奈米科技之基礎（陳銘宏，2004）。 圖 2-2-1 奈米國家型科技計畫 奈米國家型科技計畫以人才培育和核心設施建置為基礎，以追求『學術 卓越研究』與『奈米科技產業化』為目標，以期引領我國知識經濟發展，建 立我國產業之競爭優勢，如圖 2-2-1 規劃原則為： 1. 學術研究設定高目標，達到卓越化和國際化。 2. 結合國內外學術界卓越研究成果和研發單位之「快速產業化」能力，將 「介觀世界」的特殊現象與「市場機會」結合，建立我國以技術創新、

智權創造為核心的高附加價值知識型產業。 3. 以我國「強勢產業」的比較優勢為切入點，逐步擴充至新興領域，開創 新機會。 強化創新研發人才培育養成，建置核心設施，提供分享運用機制，奠定 長期競賽之基礎。藉由奈米科技來引領我國知識經濟之發展，從而建立我國 下一波產業之國家競爭優勢。 在人才培育的預期效果上，希望培育具跨領域、創造力、專業、創新科 技、國際觀、智財權觀之優秀人才；建立自 K-12、大學、研究所、到終身學 習之人才培育機制，擴大人力資源供給；鏈結產學橋樑，提供產業技術，人 才資料庫，供產業所用；並改進我國跨領域教育之典範，提供終身學習之工 具。 （二）國外部分 奈米科技是未來科技和產業發展最主要的驅動力，隨著新特性的發現， 新應用的產生，世界各國皆不敢掉以輕心，均將其列為最優先研發領域，不 僅規劃國家資源投入，同時將全國或領域內相關研究單位和民間企業組織起 來，成立各式研發網，或研發社群，例如歐盟成立 54 個合作研究網(29 個國 家網，25 個國際網)，促進單位間之交流（教育部，2002）。 美國國家科學 基金會奈米科技小組推估在 2010 年到 2015 年之間，全球與奈米科技相關的 商品其年產值將高達一兆美元，由此可見奈米科技具有龐大的市場潛力和商 機。因此，世界上各先進國家如美國、日本、歐盟等，無不積極投入奈米科 技的相關研究當中，並且逐年增加預算，希望藉此獲得突破性的發展，掌握 技術領先，搶得市場上的先機（陳銘宏，2004）。各國的研究成果也勢必將會 影響到該國未來奈米科技相關產業的發展和國際間的競爭力。以下就以美 國、歐盟和日本對於奈米科技計畫的投入簡述入下（教育部，2002）：

2002年美國 NNI(National Nanotechnology Initiative)，國家奈米科 學、工程與技術(簡稱奈米技術)之研究發展，是由十個聯邦部會編列 6.044 億美元經費來支持推動。其中國家科學基金會預算需求為 1.99 億美元，比 2001年經費增加 4,900 萬美元，2003 年將持續增加奈米科技的投資，預計投 入 6.79 億美元。 歐盟已決定在 2002-2006 年五年內投入 13 億歐元，以歐洲研究區方式， 支持歐盟各國在奈米技術，智慧型材料和新製程方面的研究，期望在十年內， 以奈米科技帶動歐洲科技的起飛。其研究重點包括長期跨學科綜合研究、奈 米生物技術、合成奈米結構材料和組件之工程技術，開發研究設備和控制儀 器，以及衛生健康、化學、能源、光學和環境等領域之應用技術。 日本之奈米科技研發主要由經濟產業省、科技廳、文部省 和各大公司主 導。在 2000年成立「奈米技術研發戰略推進會議」，制訂國家奈米技術研發 策略，並將奈米技術與資訊科技、生物技術和環保科技並列為科學技術重點 領域。在經費投入方面，2001 年國立研究試驗機關之奈米研發經費為 117 億 日圓，獨立行政法人為 295 億日圓。2002 年日本政府之奈米科技經費預估可 達 746 億日元，而在其第二個五年之基礎科學與技術計畫(Basic Science and Technology Plan)的四個最高優先領域中，其一與美國相同列為較高優先者 便是奈米科技與材料(Nanotechnology and Materials)。由於奈米技術為下 世代產業革命的基礎技術，日本奈米技術發展戰略以三類研發項目為重點， 包括(a)5~10 年後實用化和產業化之研發(b)展望 10~20 年後技術挑戰之研究 項目，以及(c)個人獨創型的萌芽研究項目。 綜合觀之，美國在奈米科技研發上的整體實力居於領先，但並非掌握絕 對優勢，日本和歐洲對奈米技術研究的投入和研究水平相較美國亦不遑多 讓，在不同的研究領域建立了相對優勢，中國大陸因其人才優勢，具有頗佳

的發展潛力。我國須持續掌握各國的發展概況，方能擬定最適切的發展策略， 並尋求國際間技術合作的可能，如此才得以去威脅為轉機。 三、 國內奈米科技 K-12 人才計畫的推動 奈米國家型科技計畫項下之「人才培育分項計畫」則將由教育部推動執 行。人才培育分項計畫希望能迅速提供我國發展奈米國家科技計畫所需之各 種跨領域人才，而首要任務為建立奈米科技人才之培育機制，建構具跨領域、 創造力、國際觀、智財權觀等之學習主體，串聯自小學、中學（K12）、大學、 研究所、在職訓練甚至是終身學習，同時希望結合學界與產業界來形成一知 識供應鏈。知識經濟是全球化大勢所趨，而奈米科技產業是一種高度技術密 集的產業，並且需要大量的奈米知識工作者的投入，故此，奈米科技產業是 知識經濟的最佳典範（馬遠榮，2002b）。奈米科技也是一項跨越領域的應用 科技，為了培育新興產業的優秀人才及學術界的菁英，奈米科技教育有往下 扎根的必要（呂宗昕，2003）。奈米科技已成為各國爭相較勁的科技領域，而 圖 2-2-2 奈米科技人才培育分項計畫（引自李世光，2003）。

科技與學術研究之根本在教育，讓學生提早接觸奈米科技，往下紮根的目的 就是希望能孕育出美好的未來（溫明正，2005）。奈米國家型科技計畫下之「人 才培育分項計畫」由教育部推動執行如圖 2-2-2。 人才培育分項計畫希望能迅速提供我國發展奈米國家科技計畫所需之各 種跨領域人才，而首要任務為建立奈米科技人才之培育機制，建構具跨領域、 創造力、國際觀、智財權觀等之學習主體，串聯自小學、中學（ K-12）、大 學、研究所、在職訓練甚至是終身學習（ Life Long Learning），同時希望 結合學界與產業界來形成一知識供應鏈（教育部，2002）。此項計畫主要的範 圍含括大學以上之學校教育、在職訓練和終生學習之人才培育機制及與工業 局和經濟部相關之人才培訓計畫互相接軌，整個計畫預估國家每年各大學以 及技職學校需培養出 1700-3300 名奈米科技相關專長之學生，在職教育每年 需訓練出 2000-4000 名專才，如此方足夠數量的人才來達成我國奈米科技國 家型計畫所規劃之產業目標（李世光，2003）。 奈米科技人才培育計畫除了發展大學、研究所(奈米科技前瞻性人才培育) 之奈米科技相關學術研究外，更向下延伸至高中、國中、國小 K-12 教育領域， 並藉由網際網路無遠弗屆的特質及力量，成立「奈米科技數位學習」整合全 國相關奈米教育網站，以連結相關奈米教材及奈米科技人才培育電子報，如 圖 2-2-3 所示。目前標竿學校有標竿學校 64 所，種子教師 2944 人，夥伴學 校58 所。奈米科技人才培育網中的奈米科技 K-12 教育發展子項有下列五點： 1. 辦理奈米相關專題演講、研習營等活動及原子力顯鏡(AFM)種子 教師實作訓練及教案開發課程。 2. 編修全國中小學生使用之通用教材。 3. 推動國際 K-12 學術交流合作。 4. 與科教館、科博館及工博館合作，推廣奈米科普教育。

5. 進行多元化 E-Learning 數位學習教案製作與開發。 圖 2-2-3 奈米人才計畫組織架構圖（引自奈米科技人才培育網，2008） 奈米人才培育乃奈米國家型科技教育計畫的主要分項之一，由教育部顧 問室委託國立台灣大學應用力學研究所吳政忠教授召集『奈米 K-12 人才培 育計畫』聯合籌備會，會中成立教師研習籌備會指導顧問團。有鑒於奈米技 術的影響是長遠的，對知識經濟的未來發展將有很大的衝擊，因此培育奈米 技術人才必須向下紮好基礎（奈米科技人才培育網，2008）。此計劃編撰 K-12

奈米通識教材之後於標竿學校試教，將針對教材適用性進行評估，再徵求業 界專家給予諮詢，進而將原有的教材再修訂為可供業界訓練使用之奈米科技 教材，最後擬推動業界及巡迴講師合作，共同提供業界訓練與試教，藉由在 職訓練的方式將有助於循序漸進地達到教育施政方針之終身學習社會的理 念。 四、 奈米科技 K-12 教育發展 K-12 種子教師編寫相關教材、教案、實驗手冊和教學經驗，跟各區種子 教師進行奈米教育研討與交流。配合區域性學校群組及伙伴關係的推動，應 用奈米科技融入教學中，透過奈米科技研討會活動，增進教師對奈米科技的 認識與研究。經由各級種子教師的指導，將奈米科技相關知識變的淺顯易懂， 希望能激發 K-12 的學生們學習的興趣（奈米科技人才培育網，2008）。 林桂櫻（2005）認為有 88%的小學教師認為施行奈米議題的教學是符合 時代潮流與趨勢的作法，有 76%的國小老師認為國小高年級學生已經具備學 習奈米相關議題知識的能力。陳淑思（2005）的研究指出國小老師認為將奈 米科技概念融入課程中進行教學，可以提早培育科技人才，增加我國的科技 產業競爭力。潘文福（2004）認為多數學生對於奈米科技只是聽過而不熟悉。 關於國中學生的學習成效，目前僅在於種子教師研討會或相關會議上做心得 分享和經驗的交流，正式研究報告甚少。未來針對國中學生，如何將教學後 的成效正式發表出來，是我們應努力的方向。奈米國家型科技教育計畫從 2003至 2008 已有六年的時間，其中的 K-12 教育發展已有不錯的成果，開發 教案與科普出版品、舉辦相關研討會、演講及種子教師之培訓活動、K-12 奈 米科普演講及宣傳奈米科技系列活動、標竿學校協助推廣奈米科技教育等， 在參考奈米科技人才培育網後，將上述內容整理如表 2-2-1 所示。

表 2-2-1 奈米科技 K-12 教育發展子項成果摘要表 K-12 教 案教材 出版品 種子教 師 夥伴合 作學校 培育活 動 會議期 刊論文 北區 K-12 _{103 7 135 34 24 0} 中北區 K-12 _{61 5 169 9 64 0} 中南區 K-12 _{47 4 63 24 102 0} 南區 K-12 _{91 10 197 30 149 0} 東區 K-12 _{51 6 141 28 35 0} 小記 _{353 32 705 125 374 0} 註：整理自奈米科技人才培育網 奈米科技是由基礎科學的三大支柱－物理、化學及生命科學所促成（吳 茂昆，引自馬遠榮，2002）。教育為百年大計，奈米人才培育計畫整個推動過 程希望能藉由「終身學習」來了解長程推動跨領域之科技教育之困難與潛在 之優勢。整體而論，奈米科技教育同時是菁英教育及科普教育。隨著整個計 畫的推動，國人對科技基礎知識的認知將日漸加深與寬廣，一旦奈米相關科 技成為多數人的科普知識，國家未來能掌握奈米相關科技應用能力的人也相 對會大幅增加（李世光，2003）。奈米科技的應用為社會帶來新的發展與影響， 這個影響將是一直持續下去的，所以我們將陸續發現奈米科技的應用會為我 們所認知的科技社會帶來一些改變。為因應奈米科技快速的發展與推廣科普 教育，國中階段除了教科書上少部分介紹外，其坊間尚許多書籍可供中學學 生參考，研究者整理如表 2-2-2。目前適合學生觀賞的奈米影片有台北市敦 化國小所製作的「小奈小米驚奇之旅」、公視出品的「科技萬花筒」的 DVD 影 片，對奈米科技內容與生活上應用有精采與生動的介紹。目前最新的作品是

由教育部顧問室所規畫的「E 化教材－奈米科技多媒體互動光碟」（NM 魔力 屋），此光碟乃結合動畫、影片、遊戲，將奈米科技以淺顯易懂的方式推廣 給學生。 表 2-2-2 奈米相關書籍 作者 書名 出版社 尹邦耀（2002） 奈米時代 五南出版社 馬遠榮（2002） 奈米科技 商週出版社 龔建華（2002） 你不可不知的奈米科技 世茂出版社 呂宗昕（2003） 奈米科技與光觸媒 商週出版社 黃光照、李重賢、李美 英、劉怡君（2004） 奈米科技交響樂－物理 篇 台大出版中心 何鎮揚、陳雅玲、廖家榮 （2004） 奈米科技交響樂－化學 篇 台大出版中心 廖達珊、胡苓芝、潘彥 宏、孫蘭芳（2004） 奈米科技交響樂－生物 篇 台大出版中心 鄭天喆、姚福燕（2004） 深入淺出談奈米科技 可道書房 阿推（2005） 奈米超人（漫畫） 台灣大學出版 廖婉茹（2006） 奈米科技與生活 五南出版社 關於教師在奈米科技主題的教學，潘文福（2004）建議教師在奈米科技 主題的教學實施上，可以透過幾項重點來規劃，以奈米科技為主題，以主題 式融入七大學習領域方式做統整規劃；教師可適性的調整教材內容與教學法 的應用，依照學童心智發展來依序設計，以提升學習者學習興趣；教學資源

的運用可以採用多元性，例如社區資源、網路資訊和校園植物環境等，而不 僅限教科書及實驗教室。 奈米科技應用的層面相當廣，在日常生活中常會有一些奈米科技產品不斷推 陳出新，我們可以知道奈米世代已經悄悄地來臨，因此各國都紛紛摩拳擦掌準備 在這場科技競賽中取得先機。許多學者都常提及知識經濟的重要，由國內、外大 量投資奈米產業的角度分析來看，奈米科技產業是知識經濟的最佳代表，因為奈 米科技產業是一種高度技術密集的產業，需要大量的奈米科技專業人才方能達到 所需的目的。專業的科技人才的需求必須從小開始培養，讓學生從小時候即了解 奈米科技基礎的概念，並在生活中應用和辨別奈米產品，甚至於未來能為奈米產 業而努力，現今國中教材在奈米科技方面介紹不多，因此科普的奈米概念之融入 也是一項重要的工作。在國內奈米國家型科技教育計畫的六年時間中，K-12教育 發展已經有種子教師705人、夥伴合作學校有125所。因此種子教師在校園內推動 奈米知識是否會影響學生對於奈米知識的認知為研究者所關心的議題。

第三節 奈米科技知識在國中階段之分佈

本節以奈米科技與生活上的關係、九年一貫能力指標與奈米科技知識的相關 性、國中自然與生活科技教材單元分佈情形與相關的研究四段來討論。 一、 奈米科技與生活 「奈米」在台灣是個新興的名詞，對中小學生而言，更是一個陌生的概 念。平時看電視或平面媒體廣告時，「利用最新奈米科技研發出……」，這種

敘述對大多數人是一知半解，其背後所蘊含的意義所知甚少，而大部份的中 小學生對「奈米科技」的意義更是一無所知。市面上愈來愈多的商品，打著 奈米科技的旗號，欲使能提升產品的效用，也希望能博取消費者的青睞，但 是否能真的判別奈米科技產品，對於一般民眾卻相當困難（陳麗文，2005）。 SARS疫情爆發後，奈米級的二氧化鈦光觸媒非常暢銷，這是一個將研發 轉成商品相當成功的案例。隨著奈米科技的發展，我們的日常生活中越來越 多的機會接觸到「奈米」（陳貴賢，2006），諸多如「奈米水」、「奈米啤酒」、 「奈米馬桶」等，似乎與「奈米」沾上邊的就是高科技。然而要將奈米科技 從基礎研究到產品問世，中間必須經過應用研究、製程開發、技術轉移等過 程，依美國半導體協會工業協會的評估，要把奈米科技推展成商業上的可行 技術，估計要2010年至2015年才會成熟（牟中原、張志玲，2004）。現在產業 界在奈米科技技術的發展上突飛猛進、日新月異，目前坊間已經出現許多和 奈米相關的產品大多與我們讓常生活相關。目前為止我們所認知的奈米科 技，都是研製供人類使用，讓我們能夠更容易的生活在現實環境之中。然而 這些產品對於人類、科技社會與自然的環境都是正面的嗎？人類有必要評價 這些奈米科技產品，這些奈米科技產品會對社會產生哪些影響？（陳志嘉、 鄧佳茜，2007） 二、 九年一貫能力指標與奈米科技 國民教育階段是推廣國民對於奈米科技認識的最佳時機，學校可以透過 相關的計畫來推動奈米相關教材與教學活動（潘文福，2004）。九年一貫課程 綱要強調以學生為主體，課程理念應以生活經驗為重心，培養國民基本能力 為目標的課程。其中第八項運用科技資訊的基本能力，希望能正確、安全和 有效的利用科技，蒐集、分析、研判、整合與運用資訊，提升學習效率與生

活品質（教育部，2003）。自然領域課程涵蓋了物質與能、生命世界、地球環 境、生態保育、資訊科技等的學習、注重科學及科學研究知能，培養尊重生 命、愛護環境的情操及善用科技與運用資訊等能力，並能實踐於日常生活中。 人類觀察自然現象，並且研究各種現象變化的道理，於是產生科學，認知這 些自然現象和自然的演變規則，使我們能應用自然運作的原理，於是就有了 各種創造發明（曾東模，2004）。例如人們利用大自然中蝴蝶的翅膀所發現光 子晶體、蜜蜂的磁導效應、磁場的改變產生電流、利用電流通過導線產生熱 和光和利用育種技術產生新的生物品種等。 我國在九年一貫新課程實施時將科技教育帶入我國的小學教育，與自然 科合為自然與生活科技領域，學生在科技方面學習除了認識農業、工業與資 訊時代的科技也要認識國內外新科技的發明與創新 (教育部，2003) 。然而 其他國家不僅重視與落實科技政策，也經由教育課程的改革來強化國民科技 能力與科技素養。英國於 1989 年就將科技教育列為國定課程之ㄧ（李隆盛， 2000）；澳大利亞也將科技教育列為八大學科之ㄧ，並將運用科技列為七大 關鍵能力之ㄧ；在美國則推動全民科技教育專案計畫來強化國民的科技認知 與素養（賴志堅，2000）。 九年一貫課程基本理念提到，學習科學，讓我們學會如何去進行探究活 動：學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批判、創造等各 種能力。特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習，使我們獲得處理事務、 解決問題的能力。也了解到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。為培 養學生對奈米科技的觀察、邏輯思考、想像、創造的能力，教師在教學規劃 方面，可依據分段能力指標之循序漸進原則，來選擇與安排教學活動。研究 者將九年一貫國中階段的自然與生活科技領域和奈米科技相關部份，分別比 較「科學與科技素養」分段能力指標，與「自然與生活科技」學習領域教材

內容細目，並歸納分類如2-3-1與表2-3-2所示。 表 2-3-1 奈米科技概念融入課程之分段能力指標─國中階段 能力指標 內容敘述 奈米科技 過 程 技 能 1-4-1-1 能由不同的角度或方法做觀察 自然界的奈米現象 1-4-3-2 依資料推測其屬性及因果關係 奈米技術基礎 1-4-5-4 正確運用科學名詞、符號及常用的表達 方式 長度單位、奈米技術定 義 科 學 與 技 術 認 知 2-4-2-2 由植物生理、動物生理以及生殖、遺傳 與基因，了解生命體的共同性及生物的 多樣性 人體、生物磁 2-4-4-2 探討物質的物理性質與化學性質 表面效應、小尺效應、 自潔效應 2-4-8-3 認識各種天然與人造材料及其在生活 中的應用，並嘗試對各種材料進行加工 與運用 奈米科技基礎、光觸 媒、民生化工、奈米碳 管 科 技 的 發 展 4-4-1-1 了解科學、技術與數學的關係 奈米技術定義 4-4-1-2 了解技術與科學的關係 奈米科技基礎 4-4-1-3 了解科學、技術與工程的關係 奈米科技基礎 4-4-2-1 從日常產品中，了解台灣的科技發展 奈米科技基礎 4-4-2-2 認識科技發展的趨勢 工業革命發展、奈米科 技基礎 4-4-3-4 認識各種科技產業 奈米科技基礎 4-4-3-5 認識產業發展與科技的互動關係 工業革命發展、奈米科 技基礎 思 考 智 能 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 自潔效應、光線折射與 反射、生物磁、表面效 應、小尺寸效應 科 學 應 用 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 光觸媒、醫藥醫學、化 妝品、民生化工 7-4-0-3 運用科學方法去解決日常生活的問題 表面效應、小尺寸效應 7-4-0-4 接受一個理論或說法時，用科學知識和 方法去分析判斷 長度單位、奈米技術定 義、奈米科技基礎

表 2-3-2 奈米科技概念融入課程之學習領域教材內容─國中階段 課題 主題 次主題 奈米科技 自然 界的 組成 與特 性 物質的組成與 特性 130 物質的構造與功用 奈米技術 131 物質的形態與性質 表面效應、小尺寸 效應 自然 界的 作用 改變與平衡 216 聲音、光與波動 光線反射折射 交互作用 221 生物對環境刺激的反應與動 物行為 生物磁 構造與功能 230 植物的構造與功能 自潔效應 231 動物的構造與功能 生物磁、人體 演化 與延 續 生命的延續 310 生殖、遺傳與演化 人體 生活 與環 境 環境保護 411 材料 民生化工、光觸媒 科學與人文 521 科學之美 長度單位、奈米技 術 522 科學倫理 工業革命發展、 創造與文明 531 科技文明 奈米基礎 三、 國中自然科現行教材單元之分佈 在九十四學年度以前，國中自然與生活科技之教科書與奈米科技相關的 內容非常少，最多只能從教師的課外補充得知相關訊息，現今在國中自然科 教材裡與奈米科技相關之內容如表 2-3-3。研究者參加奈米科技研討會發 現：多數有奈米種子教師的學校已開始進行奈米科技的教學，因無法排除授 課時間不足的問題，通常都以寒、暑假營隊或一個小單元活動進行。類似情 形亦見於小學，國小多數老師覺得對新科技專業知能不足，導致欲進行相關 議題的教學信心不夠，授課時間不足等因素，所以教師對額外進行新課程意

願不高（陳淑思，2005；謝明學，2003）這些成為推動新科技教育的大問題。 表 2-3-3 國中「材料」單元中之「奈米材料」內容摘要 項目 內容 長度定義 長度定義 長度定義 長度定義 「奈米」是 10-9 公尺，即十億分一公尺為長度單位。 奈米材料 奈米材料 奈米材料 奈米材料 定義 定義 定義 定義 奈米材料就是尺度小於 100 奈米（1公尺的千萬分之一） 的材料。 自然界現 自然界現 自然界現 自然界現 象 象 象 象 奈米材料原本就存在於自然界，許多生物的組織與結構 在奈米尺度（約 1~100 奈米大小）之內。例如荷花出淤 泥而不染，是因為荷葉上佈滿突起狀的表皮細胞（5~15 μm 之間），上面覆蓋著長度約 100 奈米的疏水姓含蠟 絨毛，使得液體易凝聚成球狀，帶走荷葉表面灰塵。 奈米科技 奈米科技 奈米科技 奈米科技 定義 定義 定義 定義 奈米科技勢將材料的尺寸做到 1~100 奈米範圍。 奈米科技 奈米科技 奈米科技 奈米科技 應用 應用 應用 應用 1.奈米塗料、奈米布料、奈米馬桶、奈米磁磚等，都具 有自潔功能。 2.噴墨印表機的墨水顏料粒子研磨成奈米級，可克服印 表頭之阻塞，更可提高透明度、鮮豔性，並增加防水性。 展望 展望 展望 展望 奈米科技的研發、製造、生產與運用將是二十一世紀最 關鍵的技術之一。 註：整理自國中自然與生活科技教科書，康軒版第六冊、南一版第五冊 潘文福（2004）從各種九年一貫課程之審定本教科書當中，發現各版本 鮮少將奈米科技的議題在自然與科技領域中作有系統的介紹，更無關於融入 各學習領域的活動規劃，因而呼籲審定本出版商能將奈米科技的主題，參照

九年一貫分段能力指標，作一系列的編排設計。在知識經濟及全球化的趨勢 下，科技人才的培育是刻不容緩的工作，奈米科技國家型計畫人才培育中， 可將九年一貫課程的自然與生活科技結合奈米科技融入教學規劃設計（溫明 正，2005）。 四、 相關研究 針對國中學生的奈米教育相關研究文獻甚少，其分析相關研究也有其困 難之處。以曾國鴻和陳沅（2005）之國小師生對奈米科技之熟悉度、學習需 求及其融入課程之研究中，國小六年級學生對於奈米科技的學習需求平均高 於受試的教師群。而受調查的學生低於 50％的比例能清楚界定奈米科技，顯 示出學生對於新科技知識的教學明顯不足。在有否接受「科技新知課程」的 學生中，發現有接受「科技新知課程」的學生比較未接受「科技新知課程」 的學生對科技新知的需求呈現積極性的顯著差異。其結果也引發研究者在探 求國中學生在有否學習過「奈米課程」對於奈米科技知識認知有否差異，引 起研究之興趣。在此研究中也描述了學生對提升奈米科技認知學習方式，其 最優先管道為「學校課程」，其他依序為「報紙電視媒體」、「科技報導」、「書 籍」、「父母」和「研習營」。 在陳淑思（2005）針對國小教師奈米科技概念之現況研究中，不同性別 之國小在職教師，在「國小在職教師奈米科技概念問卷」問卷中的得分上， 男女有顯著差異。其男性的理工背景多於女性，且男性經常接觸自然科的資 訊新知，因此在量表上之平均數，男性教師優於女性教師。在蔡鳳娥（2006） 資訊科技融入國小奈米科技教學之研究中，國小六年級學生在學習的知覺 上，透過奈米科技教學過後，對奈米科技的重要性、與生活的關係及未來的 發展都抱著肯定與支持的態度，且肯定教學的助益。但在不同性別的學生在

奈米科技概念學習成效檢測題得分沒有顯著差異。在性別上也許因為年齡差 異或知識背景不同，故本研究也將探討性別對奈米科技知識認知的影響性。 奈米科技已經是舉世矚目的先進科技並與我們的生活息息相關，因此在培養 奈米科技人才或推動全民對奈米科技基本認識方面，有必要在九年一貫課程當中 融入。對於奈米科技的介紹，可就其概念難易程度，分佈融入在各個學習階段中， 再依學生的認知發展做有層次的安排，以設計適性、適地的活動進行教學。學校 教材在奈米知識方面的編排有限，如果能從科普的角度切入而提供學生一些坊間 適合閱讀的書籍、多媒體將有助於學生對於奈米科技的認知。

第四節 知識認知

Bloom等人(1956) 提出教學目標可分為認知、情意和動作技能等三類領 域，其中將認知領域教育目標分為知識（Knowledge）、理解（Comprehension）、 應用（Application）、分析（Analysis）、綜合（Synthesis）和評鑑（Evaluation） 六個主要類別，具有階層性和累積性，在此六個類別中由簡單到複雜(階層性)以 及每個層次包含有較低層次的行為(累積性) (Harrison,1984)。認知(cognition) 一詞的涵義，係指吾人對事物知曉的歷程。在此歷程中，包括對事物的注意、辦 別、理解、思考等複雜的心理歷程(張春興，1990)。狹義的認知可解釋為認識或 知道，屬於智慧活動的最基層，是一種醒覺狀態，僅需知道有該訊息存在即可。 而廣義的認知為所有形式的認識作用，包含了感覺、記憶、推論、知覺、計畫、 決定、注意、問題解決及思想的溝通(鍾聖校，1998)。透過對於周遭環境、自我 或行為的知識、意見或信仰的這種心理歷程，個體可獲得知識、解決問題，並計

畫未來，舉凡知覺、想像、推理、辦認、判斷等抽象複雜的心理與活動均屬「認 知」(王建畯，2003)。

Anderson和Krathwohl將Bloom認知領域教育目標其修正為知識(Knowledge dimension)與認知歷程(cognitive process dimension)二個向度的分類架構， 強調學習的內容和如何思考(Anderson & Krathwohl,2001)。Bloom在「知識」這 個類別中隱含著知識內容的記憶與不同的知識類型，而知識的學習必須現具備某 種心知智能，例如理解、應用等(Harrison,1984)。Ormell(1974)認為「知識」 和「應用」是有交互錯雜的結合一起彼此有關連性。 表 2-4-1 布魯姆 2001 年版認知領域教育目標之認知歷程向度 類別 定義 1 記憶(Remember) 是從長期記憶中提取相關知識。 2 了解 (Understand) 從教學訊息(在課堂中、在書本中或電腦螢幕上的口 語、書面與圖形訊息) 3 應用(Apply) 牽涉使用程序(步驟)來執行作業或解決問題。與程序知 識緊密連結。一項作業是指學生已經知道採用哪些程序 的任務，所以是一種偏例行作業取向的任務。一項問題 是事先不知道採用哪些程序的任務，所以是一種偏解決 問題取向 4 分析(Analyze) 牽涉分解材料成局部，指出局部之間與對整體結構的關 聯。與評鑑、創造緊密連結。 5 評鑑(Evaluate) 根據規準(criteria)與標準(standards)作判斷。 6 創造(Create) 涉及將各個元素組裝在一起，形成一個完整且具功能的 整體。創作的目標是要學生能透過在心智上重組元素或 重組局部，使成一個過去鮮少出現的組型或結構。

Anderson和Krathwohl修正後將知識向度分成事實知識(factual knowledge)、概念知識(concept knowledge)、程序性知識(procedure knowledge)、及後設認知知識(metacognition knowledge)。事實知識指學生應 該了解的基本術語或是可以進行問題解決的基本要素。概念知識指的是不同事物 的類別、等級、區分和排列的分類以及原理和通則。程序知識為知道如何去處理 某一件事，通常有步驟流程，並知道何時運用不同的規準。後設認知指一般認知 與及自我認知的察覺，包含認知知識、監控、控制與調整 (Anderson & Krathwohl,2001; Krathwohl,2002)。 在認知歷程向度部分，修訂後分為較低層次的記憶(remember)、了解 (understand)、應用(apply)和分析(analyze)，以及較高層次的評鑑(evaluate) 與創造(create)，如表 2-4-1 所示。其中記憶和學習保留具密切關聯，而另五種 則與學習遷移有關。過去前一類是下一類的基礎，而新版是類別層次中又顯出複 雜性漸增(Krathwhol,2002) 。 事實知識 概念知識 程序知識 後設認知 圖 2-4-1 Bloom教育目標分類新舊版本對照圖（引自鄭蕙如、林世華，2004） 記憶 了解 應用 分析 評鑑 創造 知識 理解 應用 分析 綜合 評鑑 舊版(Bloom,1956)

新版(Anderson & Krathwohl,2001)

知 識 向 度 認 知 歷 程 向 度

由上述得知，認知是一種內在心裡的知覺歷程，透過與環境、教育學習和自 我行為及經驗的互動關係，習得並轉化成對某一概念清楚的認識。對於事物的了 解歷程中，能明確描述出內涵所產生的心裡活動進行某種特殊的意義。如圖2-4-1 所示，本研究參考Anderson和Krathwohl修正後的知識向度中的事實知識與概念 知識二項與認知歷程中的記憶、了解、應用三項來發展問卷題目。

第參章 研究方法與設計

本章之內容分為第一節研究架構、第二節研究對象、第三節研究工具、第 四節研究步驟與流程和第五節資料蒐集與分析。

第一節

研究架構

本研究的自變項是以國中學生的性別為個人變項，新興科技知識來源、學 習奈米課程與否和學校因素等為環境變項，依變項則為國中學生的奈米科技知 識認知，研究架構如圖 3-1-1。 一、 自變項：包括個人變項與環境變項，內容如下所述。 （一） 個人變項: 學生的性別 （二）環境變項 1.新興科技知識的來源： 對於新興科技知識或相關資訊的來源是老師、父母、同學和朋友、 圖書、網路、電視或報紙、參訪科學博物館、參加科學營或其他共計九 項。 2.學習奈米課程與否： 在「奈米科技 K-12 人才計畫」中，種子教師在學校有否推動奈米科 技相關的課程；或非種子教師自行在課堂上補充奈米科技相關課程內容。

3.學校因素： A 校，一般公立國民中學。B 校，一般公立學校，且校內有二位奈米 科技 K-12 人才培育計畫中的種子教師；C 校，為私立中學之國中部。 二、依變項 包含「奈米科技與發展」、「自然界奈米現象」與「生活上奈米科技應 用」等 三大類。 圖 3-1-1 研究架構圖 國中學生之奈米科技 知識認知 1. 奈米科技與發展 2. 自然界奈米現象 3. 生活上奈米科技應 用 自變項 自變項 自變項 自變項 依變項依變項依變項依變項 1. 個人變項：性別 2. 環境變項： (1)新興科技知識的 來源 (2)學習奈米課程與 否 (3)學校因素 影響 影響影響 影響

第二節 研究對象

本研究的受試學生以九十五學年度九年級學生為對象，乃因學生在八年級 時已上過理化課程，並且已經學過原子與分子的概念和物性與化性的判別，因 此研究者與指導教授討論後認為選取九年級為樣本較為適宜。但因學生將參加 國中基本學力測驗，故本研究採立意取樣，選擇可配合研究之學校來取樣。預 試於民國九十五年九月施行，正式施測於民國九十五年十月份施行。問卷發放 方式以整班為單位，事先與學校教師接洽商談施測時間與地點，施測前由施測 老師依指導語內容，統一跟學生說明施測的目的和測驗時的注意事項 表 3-2-1 總樣本人數 學校 男生 女生 各校人數 A 校 67(49.3%) 69(50.7%) 136 B 校 77(50.3%) 76(49.7%) 153 C 校 150(62.0%) 92(38.0%) 242 全體 294(55.4%) 237(45.6%) 531 本研究的九年級學生樣本來源為台中市三所國中，A 校為公立國中沒有奈 米種子教師、B 校為有二位奈米種子教師的公立國中學校、C 校為私立中學國中 部，沒有奈米種子教師。問卷回收 558 份，有效問卷 531 份，回收率為 95.2%， 其有效之總樣本人數為 531 人。其中 A 校 4 個班計 136 人，男生 67 人，女生 69 人；B 校 4 個班計 153 人，男生 77 人，女生 76 人；C 校 6 個班計 242 人， 男生 150 人，女生 92 人。如表 3-2-1 所示。

一、 A、B、C 三所學校背景概述 A 校是一所十年以內的公立學校，位於台中市重劃區的精華地段，學生 人數 1500 名以上。A 校特別強調語文與資訊教育的實用性，學校希望學生 能在快樂中學習與成長，菁英與大眾兼顧，多方面的發展，多元的學習朝 著百分之百的升學率邁進。A 校為一所常態編班的學校，強調多方面、多元 的發展，以學生的興趣為未來發展導向，並不刻意強調學生應該往傳統升 學考試方向走，而是希望在快樂的學習中，發現自己興趣，了解學生自我 發展。 B 校是一所三十年以上歷史的公立學校，附近政府機關林立，所以學生 多為公務人員子弟，也因學區廣大，學生人數約二千多名，每個年級皆二 十班以上。由於 B 校著重於教師教學的創新，所以學生學習上也重視思考 和活用，不僅如此，學校也施行資優教育，啟發學生資優面，配合數理資 優班和語文資優班的成立，有效提升學生的自我效能。B 校為一所有傳統歷 史的國中，在學校地理環境背景、家長對學校的期盼和學校教學規劃下， 在當地擁有自己的校風傳統和口碑，尤其在升學考試方面。教學方面也重 視教學創新、學習思考創新，配合教育部政策將新的學習領域導入校內， 而奈米科技 K-12 人才培育計畫種子教師培訓和計畫的推動就是其中一項。 C 校是一所私立高級中學，國中部約 700 人左右。C 校的辦學方向是以 基礎教育的推展，以引領學子邁向國際觀，強調外國語文的重要，建置國 際化的雙語教學，強調雙 E 能力也就是英文和資訊的能力。C 校以國內升學 和國外留學為二大主軸，國內部分為協助學生考上一流高中，發揮創造力 和自我解決問題的能力。外語部分希望培養學生帶著走的語言能力，並培 養國際觀，學習國外文化的優點。簡單來說，A、B 兩校為公立學校，C 校 為私立學校；另外僅有 B 校有奈米種子教師。

第三節 研究工具

本研究以自編之「國中學生之奈米科技知識認知問卷」為資料蒐集工具，其 問卷的發展過程包含奈米科技概念圖之發展、問卷試題內容陳述與編製過程以及 問卷的信度和效度共計三項，說明如下： 一、 奈米科技內涵與概念圖之發展 概念圖的發展可以表達特定的知識領域的主要和相關概念 （Mintzes,Wandersee,＆Novak,2001），也可以清楚界定編製問卷所欲探討 的概念範圍。奈米科技應用在生活上相關的製造科技、營建科技、運輸科技、 能源科技、動力科技、傳播科技、資訊科技與生物科技等系統，帶來新的發 展與影響。依研究者所分析之「奈米科技概念融入課程之分段能力指標─國 中階段」（表2-3-1）以及參考「小奈小米」教學光碟（教育部，2004）、奈米 交響樂套書（台大出版社，2004）、奈米科技（馬遠榮，2002）、你不可不 知的奈米科技（龔建華，2002）、奈米科技與光觸媒（呂宗昕，2003）、深 入淺出談奈米科技（鄭天喆和姚福燕，2004）和奈米超人（阿推，2005）等 書籍以及第三屆全國奈米科技K-12 教師教學研討會的內容，分析出奈米科技 的內涵與奈米科技概念圖，如圖3-3-1和圖3-3-2。 奈米科技的基礎理論來自於物理、化學、生物、數學及醫學，結合發展 後，除了有新的奈米現象被發現，可促進相關的材料製造科技、並可應用到 營建科技、運輸科技、能源科技、動力科技、傳播科技、資訊科技與生物科 技等系統，對於人類的食、衣、住、行、育、樂均帶來新的發展與影響（圖 3-3-1）。 為了符合國中學生的程度，最初將奈米科技概念簡單分為奈米世界、奈

米材料與應科學三大類，如附錄一奈米科技概念分類初稿。不過，與三位專 家學者和國中教師討論後，為求試題能更貼切國中學生的認知情形及符合學

圖 3-3-1 奈米科技的內涵

校自然與生活科技的相關教學課程，再將附錄一的內容修改為為奈米科技意 義、自然界奈米的現象和奈米科技應用三大分向度。並依表2-3-1奈米科技概 念融入課程之分段能力指標發展出奈米科技概念圖（圖3-3-2）。 二、 問卷試題內容陳述與編製 根據圖3-3-2再寫出本研究的命題陳述表（表3-3-1），以此發展本研 究所用的問卷。 問卷內容之知識向度與認知歷程向度雙項細目表如表 3-3-2所示。 表 3-3-1 命題陳述 向 度 類別 內容 奈 奈奈 奈 米 米米 米 科 科科 科 技 技技 技 意 意意 意 義 義義 義 長度 單位 「奈米（nanaometer）」，是一個長度的單位名詞，1 奈米=10-9米。 （十億分之一）。若將我們居住的地球縮小十億分之一，縮小後 約一顆彈珠的大小而已。 奈米 技術 「奈米技術」是指發展關於尺規在 1 和 100 奈米之間的結構、系 統的發展和實際的應用。其發展和實際的應用，能帶給我們生活 上的便利。 工業 革命 發展 人類近代發展史上，經歷了三次工業革命，都帶來產業結構劇變 與人類文明的大幅提昇。第四次工業革命將是以「奈米」為主軸， 故稱為「奈米化」的革命。 奈米 基礎 奈米科技是整合物理、化學、生物、數學和醫學等五大基礎領域 的新科技。 自 自自 自 然 然然 然 界 界界 界 的 的的 的 奈 奈奈 奈 米 米米 米 現 現現 現 象 象象 象 自潔 效應 荷葉與昆蟲翅膀的表面有著奈米結構的物質，此物質具有疏水效 果，使其表面不僅可減少與污垢的接觸，水珠也不易停留而達到 自我清潔的效果。 光線 反射 折射 蝴蝶翅膀的鱗片具有奈米尺寸結構，可反射部分顏色的光，而且 顏色會隨著觀看角度的不同而改變。飛蛾的眼睛角膜表面具有奈 米級的小突起構造，反光性極低，而且可以吸收四面八方的光 線。可應用在玻璃的反光和外觀的烤漆上。