高中數理實驗班女學生專題研究 課程成效之行動研究

國立臺東大學應用科學系碩士班 碩士論文

指導教授：林自奮 博士 李偉俊 博士

高中數理實驗班女學生專題研究 課程成效之行動研究

研究生：陳淑惠 撰

中華民國 一Ο九 年 七 月

國立臺東大學應用科學系碩士班 碩士論文

高中數理實驗班女學生專題研究 課程成效之行動研究

研 究 生：陳 淑惠 撰 指導 教授： 林自 奮 博士

李偉 俊 博士

中 華 民 國 一 Ο 九 年 七 月

謝 誌

炎炎夏日蟬鳴不已，碩士生涯也接近尾聲，逾半百年紀，帶職帶薪進 入台東大學，一償多年的研究夢! 近兩年半以來，身兼碩班研究生與高中 教務主任的角色，經常一小時車程穿梭職場與大學校園，行事曆中滿滿的 行政會議、教師社群、教學與評量、碩班專題報告，應接不暇地迎接 各種 挑戰，把潛能擴展到極致，留下豐富的人生片段。

在擁有世界8大特色圖書館之首的學術殿堂裏，沈浸在研究方法、物 理工程的典籍中，讀累了一抬頭可以透過山形建築的取景窗，遠眺中央山 脈或太平洋濱，在理工學院的教室裏，從真空技術、平面顯示器、超大型 積體電路到綠色與奈米科學特論，與一群年齡對半的青年學子共學，興奮 地找到物理在科技製程中的應用，發現知識改變世界的意義。

報考台東大學應用科學系碩士班，最初的目的即想結合高中物理教育 與碩士班的研究，入學前即久仰應用科學系林自奮教授，在全國科普教育 的卓著貢獻，感謝自奮教授首肯擔任指導教授，從初發想的科普活動對物 理概念的影響，到後來以高中數理實驗班的課程成效探討為主題， 給予我 全力的支持與鼓勵，不時回應我的提問並協助尋求解答。感謝台東大學教 育學系李偉俊教授，在研究主題、研究方法及論文格式上傾囊相授，對研 究相形陌生的我而言，尤其像是定海神針，在女科學人、美塔魔法學校的 科普活動，也能看到偉俊教授主持的身影。此外，更邀請全國物理教育學 會理事長，陸軍官校洪偉清教授擔任口考主持人，偉清教授發起物理教育 推動聯盟，辦理全國物理教育聯合會議，能邀集三位科學教育界的權威，

就數理實驗班推動、科學專題研究辦理的方式，給予指導意見，實在是個 人莫大的榮幸!

服務學校給予週間公假進修，感謝同仁們的包容體諒，數理實驗班的 夥伴教師、同學們，為研究提供了寶貴的意見，也感恩家慶教授、陳董老 同學、雅華學姐和蘇民、偉銘、裕賢、賴嗓、敏貴同學們，課程上有您們 的指導砥礪，讓碩班學習更加精彩。

最後感謝我的家人，工作學業兩忙讓母親為我操心 不少，專志於學的 老公，是我學習的標竿，兒女不但給予精神上支持，還就研究方法、內容 提供意見，家人的相挺是我最珍視的幸福 !

謝謝成就論文的每個緣分，期望著作分享，讓善緣的漣漪繼續擴大!

陳淑惠 謹誌於 109 年 7 月

高中數理實驗班女學生專題研究 課程成效之行動研究

作者：陳淑惠

國立臺東大學 應用科學系碩士班

摘要

本研究旨在探討高中數理實驗班專題研究課程的實施對女學生數理學 習之影響，研究對象為某高中女校106學年度首屆數理實驗班學生，本研究 採用行動研究法，包含實驗計畫推動階段、首度實施專題研究、與大學合作 指導專題研究三個循環，進行計畫、行動、觀察、反思，兼採質性與量化研 究，以探討高中數理實驗班女學生專題研究課程之成效，並為後續辦理之參 考。

本研究結論如下:

一、 高 中 數 理 實 驗 班 課 程 實 施 內 容 因 行 動 而 滾 動 修 正 ，上 傳 課 程 計 畫 不 具 可 信 度 。

二 、 高 中 數 理 實 驗 班 女 學 生 專 題 研 究 有 豐 富 的 學 習 歷 程 及 成 果

三、高 中 數 理 實 驗 班 女 學 生 與 上 屆 自 然 組 前 段 班 的 科 學 自 我 效 能 的 各 層 面 的 分 數 均 無 顯 著 差 異 。

四、高 中 數 理 實 驗 班 與 鄰 近 大 學 合 作 指 導 專 題 研 究 模 式 過 程 尚 待 雙 方 努 力 協 調 促 成

五、高 中 數 理 實 驗 班 計 畫 申 辦 流 程 繁 瑣 且 無 專 案 經 費 補 助 降 低 學 校 辦 理 意 願

關鍵詞：高中數理實驗班；專題研究課程；科學自我效能

The Action Research on the Efficacy of Seminars Offered to Female Students in a Mathematics Experiment Class

in a High School Setting

Author：SUI-HUI CHEN

Abstract

The purpose of this study was to investigate students’ learning and development after introducing Mathematics Experiment Education, including incorporating pre-college research seminars into regular curriculum, to a local girls’ high school in 2017, with female subjects in the class. The action research adopted in this study consisted of a full cycle of initial planning, implementation, observation, and reflections. Both qualitative and quantitative research methods were applied.

The main conclusions obtained by this study are as follows:

1. The content of Mathematics Experiment Education is subject to continual revision during implementation. It lacks reliability to upload course plans.

2. Introducing Mathematics Experiment Education contributed to abundant learning-portfolio and achievements for students.

3. Comparing the girls’ scores of self-efficacy in Mathematics Experiment Class with those in front-end scientific classes of previous sessions, it can be seen that there are no significant differences.

4. Mathematics Experiment Class and neighboring colleges need to develop a more effective collaboration model.

5. Complicated application processes without project grant will reduce schools’ willingness to conduct Mathematics Experiment Education.

Key Words：

Mathematics Experiment Class；science self-efficacy；pre-college research seminars

目次

摘要 ... i

Abstract ... iii

目次 ... v

表次 ... vii

圖次 ... ix

第一章 緒論 ... 1

第一節 問題背景與研究動機 ... 1

第二節 研究目的與待答問題 ... 5

第三節 名詞釋義 ... 6

第四節 研究範圍與限制 ... 8

第二章 文獻探討 ... 9

第一節 高中數理實驗班及數理資優班相關研究 ... 9

第二節 專題研究相關研究 ... 16

第三節 科學自我效能相關研究 ... 20

第三章 研究設計與實施 ... 25

第一節 研究架構 ... 25

第二節 研究對象 ... 27

第三節 研究方法 ... 29

第四節 研究者角色 ... 31

第五節 研究工具 ... 32

第六節 資料蒐集與分析 ... 36

第七節 研究流程 ... 37

第四章 研究結果與討論 ... 39

第一節 實驗班推動歷程 ... 39

第二節 專題研究實施歷程 ... 51

第三節 與大學合作專題指導 ... 61

第四節 師生晤談 ... 72

第五章 結論與建議 ... 83

第一節 結論 ... 83

第二節 研究建議 ... 86

第三節 研究反思 ... 91

參考文獻 ... 93

附錄 ... 95

表次

表 1 數理資優班與數理實驗班比較表 ... 12

表 2 有關數理資優班的相關研究 ... 13

表 3 專題研究的相關研究 ... 18

表 4 有關科學自我效能的相關研究 ... 20

表 5 劉宇真(2016)科學實務自我效能信度一覽表 ... 23

表 6 研究架構規畫表 ... 25

表 7 研究對象說明表 ... 27

表 8 實驗班成立前後能力編班各段之班級數比較表 ... 27

表 9 科學實務自我效能問卷向度及題目 ... 33

表 10 實驗班的三年課程 ... 43

表 11 106 學年數理實驗班與其他班三年課程的科目學分比較表 ... 45

表 12 首屆數理實驗班推動相關公文及因應會議 ... 46

表 13 數理實驗班計畫審查意見與學校回應 ... 48

表 14 數理實驗班 106 學年上學期的實驗課程課表 ... 53

表 15 數理實驗班 106 學年下學期的實驗課程課表 ... 53

表 16 106 學年度專題研究Ⅰ課程教學實施統計表 ... 54

表 17 106 學年度數學專題課程教學實施統計表 ... 54

表 18 106 學年度專題研究 II 課程教學實施統計表 ... 55

表 19 物理專題討論課程 106 學年度教學實施統計表 ... 55

表 20 化學專題討論課程 106 學年度教學實施統計表 ... 56

表 21 生物專題討論課程 106 學年度教學實施統計表 ... 56

表 22 比較專題研究 I 的計畫與實際教學情形 ... 57

表 23 比較專題研究 II 的計畫與實際教學情形... 57

表 24 專題研究 III 107 學年度分組研究主題及指導教授科系統計表 ... 63

表 25 數理實驗班 108 年參加各項競賽成果 ... 64

表 26 科學實務自我效能問卷填答人數 ... 66

表 27 科學實務自我效能問卷各題目班級平均數 ... 66

表 28 科學實務自我效能問卷各向度班級平均數 ... 67

表 29 兩年級科學實務自我效能比較 t 檢定摘要表 ... 68

表 30 各年度高一申請入學及高一升高二申請轉出/轉入學生數 ... 84

圖次

圖 1 研究架構圖 ... 25

圖 2 行動研究循環歷程 ... 29

圖 3 研究資料來源 ... 36

圖 4 實驗班推動歷程架構圖 ... 39

圖 5 專題研究實施歷程研究架構 ... 51

圖 6 專題研究課程架構 ... 51

圖 7 專題研究再實施歷程架構表 ... 61

圖 8 學實務自我效能問卷兩班級 8 個向度-平均數長條圖 ... 68

第一章 緒論

本章主要說明研究者研究的動機與目的，並提出待答問題，以及對研 究的名詞作定義與解釋，最後說明研究範圍與限制。

第一節 問題背景與研究動機

本節對問題背景與研究動機提出說明。

壹、 問題背景

研究者服務於一所具有80載優良傳統的高中女校，是當地學子升高中之 首選，因為承載社區的期盼，要協助有志升大學的高中學子身心發展、生涯 定向，學校的發展願景為:「關懷、進取、樂群、創意、多元」，俾使每位畢 業生都能成為「人文關懷、視野宏觀、樂觀進取、才德兼備」的優質東女人。

除藝術才能資賦優異班級有少數男生外，全校有近九百名女學生，高一不分 組，高二分為學術自然與社會學程，學程選擇全依學生意願 。

在單純以指考升大學的時代，每年級8個班，自然組只佔2班，社會組有 6班，在高中女校自然組的班級數及人數皆是弱勢，而對外競賽表現，各項 語文競賽成果總是更為輝煌。但自83年學測實施以來，自然學程因為數理課 程加深加廣，升學採計學測5科總級分，自然組學生在升學上更具優勢，自 然學程學生數逐漸增加，是全國所有高中皆有的現象，尤其以女中更為明顯。

服務學校學測實施若干年後，選擇兩種學程班級數大多各佔一半，擅長數理 的學生集中自然組，自然組班級的學業平均優於社會組，而升學時學生跨考 各科系，升學榮譽榜上自然組 學生佔了過半，社區家長指導學子選擇學程時 再以此為參考，如此如滾雪球 式的正循環，造成自然組吸納更多學業成績優 秀的學生。研究者101學年擔任高二自然組前段班導師，分析學生高一成績 表現，發現全校高一學業成績的前40名，有30名全數集中在自然組前段班，

形成一個具有高度競爭力、榮譽感的指標性班級 。

民國88年學校每年級由7班擴增為9班(其中一班為美術班)，自然學程班 級數增加，自然領域授課時數的增加，自然科的教師團隊也由原先物理、化 學各1位，生物2位，陸續在物理、化學各增加2位，增聘地科1位，總計由4 位變為9位，隨著團隊成員倍增，陣容愈來愈堅強，更有機會與能力發展科 學活動。為打破女學生對數理較不拿手的刻板印象，96年自然科教學團隊設 計高雄科工館參訪學習，啟發學生對自然現象的探究，曾榮獲教育部教學卓

越獎。自100學年起迄今，一年一度與社區高中共同辦理FUN科學闖關活動，

培養學生對科學的好奇與興趣，每年皆有數百名社區高中生及教師家長參與，

成為地區科普盛會!

因應新課網即將上路，其中自然科學探究與實作為發展重點，自然科教 學夥伴，106年加入中央大學研發團隊，在朱慶琪教授的指導與陪伴下，結 合物理、化學、生物、地科領域，以「廚房中的科學」、「能源與環境」為主 題，發展共4學分的自然科探究與實作課程，獲教育部遴選認證為全國 14所 之1的自然領域探究與實作基地學校 。加上近年學生參加科展、能力競賽、

旺宏科學獎、日本國際科學展等皆有亮麗的成績，女中的自然 學程已然成為 強勢顯學。

104學年校長到任後有心聚焦打造特色亮點班級， 擴展數理教育長期耕 耘的成果，因此推動申辦數理實驗班。適逢十二年國民基本教育改革，強調 素養導向，要培養學生自主學習的能力，從強調學科知識，轉移至強調獲得 知識的過程及能力。實驗班有更多的分組專題研究，讓孩子學習問題解決、

團隊合作、獨立思考，從各種試探學習的 歷程中，探索自我潛能，提昇科學 素養，實驗課程的經驗或可推廣至其他班級課程之 實施，因此實驗計畫在行 政團隊承接校長的期許中萌芽，自104學年起成立數理實驗教育推動小組，

參考其他學校辦理經驗，透過社群共備發展專題課程， 105學年經校務會議 通過提出申請計畫， 106學年起正式成立數理實驗班。

在一週上課節次35節總數固定情況下，要增加實驗課程，勢必得減少一 些既有課程，考量減少升學考試科目，恐不利於升學測驗表現，引發社區家 長疑慮，因此數理實驗班主要減少或調整藝能領域課程，以及利用班級活動、

社團活動時間，空出授課節數安排專題課程，有高一跨領域專題研究I~II 共計2學期各1學分、高二專題研究III~IV共計2學期各2學分，以及數學、物 理、化學、生物、地科等分科專題課程各一學期 1學分，主要以培養學生真 實情境下解決問題的能力為主 。

106學年數理實驗班開辦，報到入學的270名高一新生中，經統計有44 名符合實驗班的申請資格，其中29名提出申請，全數錄取進入數理實驗班。

首屆數理實驗班高一升高二時，有4名同學發現升學目標屬社會學程，因志 趣不合而申請轉出，有8名其他班級學生申請轉入，最後有5名成功轉入高二 數理實驗班，故首屆數理班共有34名學生參與，其中有4名只參與高一，5

名在高二、三加入，有25名學生全程參加實驗計畫。

本研究始於首屆數理實驗班的草創期，終於首屆數理實驗班學生畢業季，

用兩年半的時間，以一個行政兼教學者的角色，參與 首屆數理實驗課程的行 動歷程，紀綠師生的互動以及反思，透由研究留下學校實驗教育課程推動的 歷史。

貳、研究動機

研究者自105學年起擔任教務主任，為申辦數理實驗計畫承辦單位主 管，106學年起同時擔任首屆數理實驗班高一至高三物理課程教師，兼具 雙重身份參與了數理實驗班從無到有的歷程。

申辦數理實驗班，需於實施前一學年提出三年的實驗計畫，經由校 內實驗教育委員會、校務會議通過，經送審通過後實施，每年 還要接受 實驗教育諮詢訪視，並提出實驗成果報告。續辦時要提出新學年度的三 年實驗計畫，再經初審、修正再複審等往復的程序，可以說每一年的實 驗課程，都是計畫、實施、評估成效與修正再行動的循環過程。

106學年下學期研究者進入臺東大學 應用科學系碩士班進修，在擬定 碩士論文研究計畫時，上述的 數理教學現場實務，激勵研究者想結合教 學、行政與研究，利用難能可貴的多重視角，以教務處行政推動者的角 度，以任課老師與學生第一線互動的角度，以社群教師 參與專題課程設 計的角度，全方位地 觀察首屆數理實驗教育歷程。

首先要釐清學校推動數理實驗計畫的目的， 理解家長對女兒就讀數 理實驗班的期待，學生選擇讀數理實驗班的理由，教師支持 (或反對)辦 理數理實驗班的原因，確認親師生三方對數理實驗班預期效益的異同。

其次就實務面而言，專題研究的課程設計，跨領域協同教學模式，

學生轉出、轉入實驗班之適性輔導及課程銜接，高中大學合作指導專題 的方式，都是前所未有的模式，必經磨合與省思再行動的過程。

就實施成果而言，實施專題研究後，數理實驗班的學生在 科學探究 能力、科學展覽等競賽表現、升學考試成績等，與非數理實驗班學生表 現比較，是否有顯著差異，都值得分析研究。

經過向兩位指導教授請益，決定採用行動研究的方法，紀錄本校數 理實驗教育推動及變革的過程，蒐集專題課程的實施計畫、教學日誌、

訪談學生對於專題課程的期待與收穫，調查數理實驗班學生對 科學實務 自我效能認知，以了解高中數理實驗班女學生專題研究課程成效，作為 後續改進之參考。

第二節 研究目的與待答問題

本研究將採行動研究法，探討高中數理實驗班女學生專題研究課程成 效，依據上述研究背景及待答問題，本研究之研究目的及待答問題如下 ：

壹、研究目的

本研究之研究目的可分為以下四項，分別為:

一、探討高中數理實驗班女學生專題研究課程實施計畫及內容 二、探討高中數理實驗班女學生在專題研究課程的學習歷程

三、探討解高中數理實驗班女學生進行專題研究對科學自我效能之影響 四、探討高中數理實驗班與鄰近大學合作模式及其成效

貳、待答問題

一、高中數理實驗班專題研究課程實施計畫及內容為何?

二、高中數理實驗班女學生在專題研究課程的學習歷程為何?

三、高中數理實驗班專題研究課程對高中女學生科學自我效能認知的影響為何?

四、高中數理實驗班開發與大學合作指導專題研究模式其成效為何?

第三節 名詞釋義

本節分別對本研究中關鍵性的「高中數理實驗班」、「專題研究課程」、「科 學自我效能」等專有名詞加以界定，以利研究進行與討論。本研究重要名詞 說明並界定如下：

壹、高中數理實驗班

高中數理實驗班，係依據民國 103年01月08日教育部發布臺教授國部字 第 1020128580A 號令發布、中華民國108年5月31日教育部臺教授國部字第 1080059219B 號令修正之「高級中等學校辦理實驗教育辦法」 辦理。

實驗班課程得不受高級中等學校課程綱要規定之限制，但需 於前一學年 十月底前由學校提出實驗計畫，載明目的、對象、實驗事項及範圍、預期成 效等，

經主管機關核准後實施。學生入學後，經學生及其監護人同意 可提出申 請加入實驗。學校每學年必須對實驗成效進行自我評估，並報各該主管機關 備查，主管機關的訪視評估小組，也會到校依所核准之學校實驗計畫，評定 學校辦理實驗之成效。

貳、專題研究課程

本研究所稱之專題研究課程，係指在高中數理實驗班所進行的 各項實驗 課程，此課程著重以學生為主體，學習者必須在學習期間，選擇研究主題，

擬定探索的計畫，進行釐清、蒐集資料、實驗研究等多項活動，最後將 問題 解決的過程及結果，彙整成一份成果報告，並分享成果的過程。

106學年入學的數理實驗班，專題研究課程共計10學分。包含跨領域的 專題研究I~II高一兩學期各1學分、專題研究III~IV高二兩學期各2學分，以 及分科專題討論課程，包含數學、物理、化學、生物 四科，在高一開設一學 期1學分。

其中分科專題討論及專題研究I~II以全班共同進行、一位教師提供研究 方法的指導，專題研究III~IV則以學生2~3人為一組，選定研究主題，分數 學、物理、化學、生物、地科 五領域，由5位老師分科指導，專題研究III 並與大學合作，至大學實驗室進行，每組學生另有 1位教授協同指導。

參、科學自我效能

(黃台珠，2007)指出，自我效能意指一個人相信他有能力運籌各項資 源以完成某項特定任務的信念，它也是一種個人對自我表現能力的預期和信 念 (Pervin CervoI，& John, 2005)。個人的效能信念會影響個體的行動選 擇、投入活動的努力程度、在遭遇困難和失敗經驗時的堅持力、以及從失敗 中復原的情形。自我效能被視為是人類行為動機、心理健康和個人成就的基 礎。

在特定領域方面，Godding 和 Glasgow （1985）則針對自我效能認定 是學習者在特定領域對於自己處理周遭特定事物能力的一種目標評估，而此 種目標評估的產生乃是來自於環境知覺、自我管理及個人能力經驗或成就與 表現之間交互作用的結果。在此所指的特定領域，以本研究而言，定義為科 學學習領域，所以科學自我效能是指學習者自己評估在科學環境知覺下，能 完成特定行為的能力表現。

第四節 研究範圍與限制

本節分為研究範圍及研究限制，以下分別說明。

壹、研究範圍

本研究的對象為台東縣台東巿某一所高中數理實驗班女學生，研究實施 數理專題研究課程的成效

，

貳、研究限制

本研究的對象係本校數理實驗班學生，因研究者服務於女中。故研究對 象皆為女學生，因此本研究結果僅適用於高中女學生。實驗班每屆招生至多 30名，學生的樣本數不大，僅使用有限數據作統計分析。

與地區大學合作的專題研究課程，係 106學年度首次實施，首屆親師生 都在摸索評估的階段，對實驗班的看法與期待，可能有別於往後各屆，後續 課程模式逐年滾動修正，也與研究內容有所出入，不宜擴大解釋為其他學年 度一體適用。

學生訪談部分，本研究抽樣訪談兩組同學，一組為高二轉入數理實驗班 的3位同學，另一組為提早透過繁星個申上大學的3位同學，佔首屆數理實驗 班的1/5人數，研究者意在了解全程加入實驗及高二才加入實驗班課程，兩 組學生的經驗及看法，無法完全代表未受訪學生的見解。

因為本校採能力編班，自然學程4個班分3段制編班，而數理實驗班學生 學業成績平均表現為最前段，與同年級他班比較差距明顯，是本實驗無法參 採同年級對照組的原因。本研究使用科學實務自我效能問卷，同時對高三自 然組前段班及高二數理實驗進行施測，高三與高二學生有一年學習歷程的落 差，採樣班級有其特殊性的限制。

由於研究者經107學年碩士班甄試錄取，申請於106學年度下學期提早入 學，研究期間至108學年止，無法完全分析實驗班三年計畫後，學生升學表 現及生涯發展目標等，是否受到實驗的影響，也是本研究的先天限制。

第二章 文獻探討

本章對高中數理實驗班、專題研究、科學自我效能的內涵與相關研究進 行文獻探討以下分節說明。

第一節 高中數理實驗班及數理資優班相關研究

本節就高中數理實驗班與數理資優班的意涵及相關研究，分別比較及說 明如下。

壹 、 高 中 數 理 實 驗 班 及 數 理 資 優 班 意 涵 和 異 同

高中數理實驗班，係依據民國 103年01月08日教育部發布臺教授國部字 第 1020128580A 號令發布、中華民國108年5月31日教育部臺教授國部字第 1080059219B 號令修正之「高級中等學校辦理實驗教育辦法 」辦理。節錄 其中較重要的內容(部分條文省略)如下：

第 3 條

學校辦理實驗，應遵守下列事項：

一、實驗前徵得學生本人及其父母或監護人之同意。但學生已成年者，免經父 母或監護人同意。

二、學生本人及其父母或監護人申請退出實驗時，不得以任何理由拒絕；學生 已成年者，得單獨提出申請。

三、學校應主動提供學生與其父母或監護人充足之學習、實驗狀態與結果及其 他實驗資料。

四、學生經評估不符合實驗所需或有違反實驗規範者，得由學校終止其參與實 驗，並提供必要之輔導及協助。

五、學校於招生及實施實驗之過程中，應平等維護學生學習權，非有正當理由，

不得為差別待遇。

六、學校不得洩漏學生個人資料及其他隱私，亦不得為影響學生身心發展或其 他侵害學生人權之行為。

七、其他各該主管機關規定之事項。

第 4 條

規定學校應於每年十月三十一日前，提出下學年度實驗計畫，報各該主管機關 核准後實施；實驗計畫變更時，亦同。

第 6 條

學校辦理全部或部分班級實驗者，其課程得不受高級中等學校課程綱要規定之 限制。但課程之排定，應符合中央主管機關所定學生畢（修）業之條件。

第 10 條

各該主管機關應組成訪視評估小組，依所核准之學校實驗計畫，評定學校辦理 實驗之成效。

前項評定之方式如下：

一、由辦理學校每學年進行自我評估，並報各該主管機關備查。

二、經訪視評估小組，定期進行成效評估及追蹤輔導。

資料來源：106學年數理實驗班申請計畫 (2017)

綜上條文，數理實驗班課程得不受高級中等學校課程綱要規定之限制，

但需於前一學年十月底前由學校提出實驗計畫，經主管機關核准後實施。學 生入學後，經學生及其監護人同意可提出申請加入實驗，學生欲申請退出實 驗時，校方不得拒絕。學校每學年必須對實驗成效進行自我評估，並報各該 主管機關備查，主管機關的訪視評估小組，也會到校依所核准之學校實驗計 畫，評定學校辦理實驗之成效。

研究學校成立數理實驗班之前，105學年曾組團至中南部某女中參訪取 經，主要因為該女中同時有數理資優班及數理實驗班，據接待的行政主管表 示，通常學生第一志願會是資優班，若成績未達資優班，則會選擇數理實驗 班，主要想進一個同儕優秀、良好讀書風氣的班級，數理實驗班學生升學的 類組也不侷限在自然組，不乏在實驗過程中，已定向要就讀文法商學群的學 生，因為同儕因素選擇留在數理實驗班。該女中除了提供資優班及實驗班的 三年課程規劃表供我們參考，並且表示因為實驗班計畫送初審、複審、核定，

委員至校訪視的接待、安排受訪師生、準備訪視書面資料，每年提供成果報 告等，過程相當繁複，實驗班開辦經驗是批評指教很多但經費挹注掛零，不 像資優班有經費補助，因此該校只申請一屆三年的實驗計畫，第二屆後其實 皆未再申請，只是保留實驗班的名號，校內自行延續性辦理，不強迫學生參 加科展研究發表。

利用臺灣碩博士論文加值系統 查詢文獻時，僅以「數理實驗班」為關鍵

字精準搜尋論文名稱，發現的研究數量為0筆，而用「數理資優班」則有18 筆。研究者108年暑假至物理教育年會進行論文口頭發表，分場主持人也把 實驗班的發表主題誤以資優班來引言，因此有必要對資優班略加說明以茲區 別。

資優班是根據「特殊教育法」辦理，特殊教育法早在 中華民國七十三年 十二月十七日總統 (73)華總(一)義字第6692號令制定公布，依據中華民國 一百零八年四月二十四日總統華總一義字第 10800039361號令修正公布特殊 教育法，提到資賦優異的相關條文有 :

第 1 條

為使身心障礙及資賦優異之國民，均有接受適性教育之權利，充分發展身心潛 能，培養健全人格，增進服務社會能力，特制定本法。

第 4 條

本法所稱資賦優異，指有卓越潛能或傑出表現，經專業評估及鑑定具學習特殊 需求，須特殊教育及相關服務措施之協助者；其分類如下：

一、一般智能資賦優異。

二、學術性向資賦優異。

三、藝術才能資賦優異。

四、創造能力資賦優異。

五、領導能力資賦優異。

六、其他特殊才能資賦優異。

第 11 條

高級中等以下各教育階段學校得設特殊教育班，其辦理方式如下：

一、集中式特殊教育班。

二、分散式資源班。

三、巡迴輔導班。

前項特殊教育班之設置，應由各級主管機關核定；其班級之設施及人員設置標 準，由中央主管機關定之。

高級中等以下各教育階段學生，未依第一項規定安置於特殊教育班者，其所屬 學校得擬具特殊教育方案向各主管機關申請；其申請內容與程序之辦法及自治 法規，由各主管機關定之。

第 16 條

各級主管機關為實施特殊教育，應依鑑定基準辦理身心障礙學生及資賦優異學 生之鑑定。

前項學生之鑑定基準、程序、期程、教育需求評估、重新評估程序及其他應遵 行事項之辦法，由中央主管機關定之。

第 35 條

學前教育階段及高級中等以下各教育階段學校資賦優異教育之實施，依下列方 式辦理：

一、學前教育階段：採特殊教育方案辦理。

二、國民教育階段：採分散式資源班、巡迴輔導班、特殊教育方案辦理。

三、高級中等教育階段：依第十一條第一項及第三項規定方式辦理。

資料來源：全國法規資料庫，取自

https://law.moj.gov.tw/LawClass/LawAll.aspx?PCode=H0080027。

綜上所述，數理資優班屬特殊教育法規範，需先經過主管機關辦理之數 理學術性向資賦優異鑑定通過，而實驗班屬於實驗教育，只要 符合學校實驗 計畫規範條件，有實驗意願即可申請加入，兩者法源及入學條件有所不同。

統整比較如下表：

表 1 數理資優班與數理實驗班比較表

比較項目/班別 數理資優班 數理實驗班

法源依據 特殊教育法 高級中等學校辦理實驗教育辦法 入學條件 資優鑑定 依意願申請

辦理經費助 有 無

訪視 無 訪視評估小組

定期進行成效評估及追蹤輔導 提交申辦計畫 無 前一年十月底前提出

提交成果報告 無 同一年

參考文獻 多 少

研究者所服務之學校，因為所在縣巿人口少，受限每年全縣國中畢業生 僅約二千名，依人口資優的比例且高中男女分校，資優學生數尚未能各成一 班，致全縣各高級中等學校成立約80年來，從未開設數理或語文學術性向資 賦優異班，但也正因為距離相鄰縣巿 行政中心，交通時間皆在兩小時以上，

形成一個相對不易流動的封閉學區，國中畢業生幾乎全數 留在本地高中職就 學，而女中向來是本地學生的第一志願， 錄取學生的PR值往年皆由99%至錄

取額滿為止，招收的最前段學生，可屬學術資賦優異的程度，故開辦數理實 驗班，在學區的認知是幾乎等同於資優班，因此將參考文獻資料較豐富的資 優班相關研究進行探討。

貳 、 數 理 資 優 班 相 關 研 究

研究者整理有關數理資優班的相關研究如下表：

表 2 有關數理資優班的相關研究

研 究 者 (年 代 ) 論文主題與研究主要結果

謝 建 全 (1994) 高中數理資優教育成效評估之研究。研究主要發現：數理資 優班學生較普通班學生對數理資優教育持有肯定的看法。高 中數理資優教育成效評估方面，無論背景評鑑、輸入評鑑、

過程評鑑及成果評鑑，數理資優學生均認為理想與實際的成 效有顯著差距；其中女生更是認為如此。不同類型學校學生 在科學認知、技能與情意學習成效的表現方面，數理資優班 學生在邏輯思考、科學過程技能及科學態度上均優於普通班 學生。

張 仁 澤 (2010)

國中數理資優學生進行獨立研究困難與需求之研究。研究者 發現國中數理資優學生進行獨立研究困難的主要因素來自

「學生個人」因素。國中數理資優學生認為進行獨立研究時，

對於「時間不足」、「課業壓力太大」、「對於公開發表研究結 果、感到羞怯而有壓力」以及「學校沒有與大專院校進行合 作交流」等問題感受到困難。國中數理資優學生進行獨立研 究，學生認為需要外界支持協助。女學生進行獨立研究感受 到困難的程度比男學生高，在「學生個人因素」中呈現顯著 差異。八年級學生進行獨立研究感受到困難的程度比九年級 學生高，在「學生個人因素」中呈現顯著差異。家長最高學 歷為高中以下畢業之學生進行獨立研究在「學生個人因素」、

「環境因素」及整體層面感受到困難的程度比家長最高學歷 為博士、碩士、大學(專)畢業之學生高，且均呈現顯著差異。

女學生進行獨立研究感受到需求支持協助的程度比男學生 高，且呈現顯著差異。

鍾 宜 騫 (2011) 高中資優生的獨立研究現況、問題解決能力與態度之研究。

研究旨在探討高中資優生的獨立研究、問題解決能力與問題 解決態度的現況、差異及相關情形。結論有：就讀不同學校 的高中資優生在整體獨立研究現況、問題解決能力與問題解 決態度方面皆無顯著差異；不同性別的高中資優生在獨立研 究現況達顯著差異，女性學生的感受程度顯著優於男性學 生。而不同性別的高中資優生在問題解決能力與問題解決態 度方面皆無顯著差異。在獨立研究現況感受較好的高中資優 生，在問題解決能力和問題解決態度的表現也較佳；在獨立 研究現況感受較差的高中資優生，在問題解決能力和問題解 決態度的表現也較弱。

由上述研究發現性別會影響數理資優班學生的獨立研究。鍾宜騫(2011) 指出不同性別的高中資優生在獨立研 究現況達顯著差異，女性學生的感受程 度顯著優於男性學生。高中數理資優教育成效評估方面，數理資優學生均認 為理想與實際的成效有顯著差距；其中女生更是認為如此 (謝建全，1994)。

國中數理實驗班女學生進行獨立研究感受到需求支持協助的程度比男學生 高，且呈現顯著差異。女學生進行獨立研究感受到困難的程度比男學生高，

在「學生個人因素」中呈現顯著差異。(張仁澤，2011)。

數理資優班獨立研究的困難及表現，與學生的個人因素有關。 張仁澤 (2011)提到國中數理資優學生認為進行獨立研究時，對於「時間不足」、「課 業壓力太大」、「對於公開發表研究結果、感到羞怯而有壓力」以及「學校沒 有與大專院校進行合作交流」等問題感受到困難。八年級學生進行獨立研究 感受到困難的程度比九年級學生高，在「學生個人因素」中呈現顯著差異。

家長最高學歷為高中以下畢業之學生進行獨立研究在「學生個人因素」、「環 境因素」及整體層面感受到困難的程度比家長最高學歷為博士、碩士、大學 (專)畢業之學生高，且均呈現顯著差異。謝建全(1994)研究發現數理資優班 學生在邏輯思考、科學過程技能及科學態度上均優於普通班學生。高中數理

資優教育成效評估方面，鍾宜騫(2011)指出在獨立研究現況感受較好的高中 資優生，在問題解決能力和問題解決態度的表現也較佳 。

第二節 專題研究相關研究

本節就專題研究的意涵與相關研究，分別說明如下。

壹、專題研究意涵

「專題研究」的課程目標，是藉著進行研究的過程，引導學生增進自己 的閱讀、思考和寫作能力(黃春木，2016)。換言之，高中專題研究目的不是

「為研究而研究」，而是一種 促進閱讀、思考和寫作能力精熟 的歷程。

「專題研究」(project-based research；PBR)，是包含資優教育的獨 立研究（independent research）與專題導向學習（project–based learning；

PBL）。主要是以學生為主動參與主體，可以個人或是小組的方式，針對一主 題進行學習、研究(林良駿，2004)。鼓勵學習者自行選擇研究主題，利用探 索的方式來進行一種有目的之學習活動。學生必須在學習期間，界定問題，

擬定探索的計畫，進行釐清、蒐集資料、實地觀察、訪談或進行調查、實驗 研究等多項活動，最後將問題解決的過程及結果，彙整成一份成果報告，並 分享成果的過程。

貳、專題學習的學習模式

明誠中學專題研究學習網站上，對專題研究的專章介紹如下:

(資料來源：https://sites.google.com/site/zhuantiyanjiuxuexiwangzhan/ch00zhuan-ti-yan-jiu-gai-nian) 專題研究是一連串探索問題、蒐集資料、討論互動、驗證答案 和分享成果的過程，它包含釐清概念、搜尋資訊、詢問與修正問題、

計劃與設計實驗、進行實驗、解析資料、分享成果。

(一)釐清概念：

學生剛開始對於所要進行的專題內容尚未建立起相關的概念，教師必須 幫助學生建立起基礎的概念，使其對所要進行的專題活動有清楚的方向，並且 引起學習的動機。

(二)搜尋資訊：

學生在專題活動中需要大量的資料做為證據或是做為解決問題的參考，

而學生搜尋資訊的來源是多元化的，包括書籍、網路資源、成人的經驗、專家、

或實驗而得。

(三)詢問與修正問題：

在專題學習的過程中，雖然不斷地找尋答案，卻也在過程當中不斷地產 生疑問，學生可以就其疑問繼續研究，並透過詢問專家、教師修正自己的研究 方向。

(四)計劃與設計實驗：

當研究問題確定之後，學生要進行計劃研究的的進度或工作的分配，並 根據研究問題的性質來設計相關的實驗以求得資訊或證驗想法。

(五)進行實驗：

當學生的實驗準備就緒後進行相關的實驗，以瞭解真相、驗證問題解決 策略是否合理。

(六)解析資料：

學生將活動過程當中得到資料或是實驗所得資料轉換成有意義的結果，

其可以利用圖表、模型或是表演方式呈現。

(七)分享成果：

專題活動藉由分享作品來驗證其學習的成果，並能夠透過相互觀摩的機 會，達到知識交流的目的。專題學習的過程是一個反覆的程序，許多的程序會 一直重複地進行直到專題活動結束或是問題得到解決為止。它是一個網狀式的 路徑，而非單一方向循序的路徑。網際網路超連結(hyperlink)的瀏覽方式正 好符合專題學習發展過程的特色，只要有連結點使用者便可以任意地轉移到其 他地方，因此，在網際網路上發展專題學習可以充份發揮網路的特性。

參、專題研究相關研究

研究者整理有關專題研究的相關研究如下表：

表 3 專題研究的相關研究

研究者(年代) 論文主題與研究主要結果

莊玫欣(2002) 臺北市立大直高中學生專題研究之歷程研究。研究結果發 現：高中生選定研究主題的考量因素以興趣為主；高中生進 行研究時常遇到的困難為：沒有時間找資料或閱讀資料，沒 有時間好好進行研究；不知到從何處著手；蒐集所得之資料 太少等。高達七成的高中生表示：能否在課業與活動中勻出 足夠的研究時間，是影響研究進行的主要因素。

黃喬偉(2005) 台北市立關渡國中專題研究課程發展與行動歷程。歸結出 理念意涵：1.關渡國中是因四位行動者的密切配合，專題 研究課程才得以實施；2.專題研究課程得以順利推行，是 由於校長、主任與老師各自發揮其角色功能所致；3.專題 研究要推行，必須先擁有教師的認同因子，再充實教師指 導知能；4.專題研究課程是有益於學生，但實施此課程時，

需要考量學生是否具備持續探索的耐心。實踐意涵：彰顯 教師引導、節數增加、教師協同教學在實施專題研究課程 的重要性。

林良駿(2005) 台南縣國民小學教師指導學生專題研究之現況分析。研究 者自編「國民小學教師推行專題研究現況與意見調查問卷」

為研究工具，重要發現有：一、國民小學教師推行專題研 究實施之現況：有 86％的學校要求有關學生專題研究成果 作品繳交或展示。教師在指導課程規劃情形，是依學生能 力及興趣進行設計教學方案，以全班為實施對象，並以五 人以下為一組為主要分組形式，多數平均以每週約二節課 時間。二、學業進度壓力導致無多餘課程實施，及指導學 生時間不足感到困難。三、需要學校的行政支援與獲得相 關研究素養的教師協助。四、期望教育單位能提供相關進 修課程或研習，並提供專題研究作品交流或觀摩活動的機

會。五、不同背景教師對推行專題研究實施之困難度有顯 著差異。

楊千儀(2017) 專題式學習應用於高中地理實察課程之行動研究。探討「專 題式學習應用於地理實察課程」對高中學生在地理學習成效 之影響，以及教師在課程實施歷程中的省思與成長。研究者 指出學生是否喜歡專題製作與三要素相關：「學生人格特 質」、「組內氛圍」及「教師課程設計」。

綜上文獻指出，高中生選定研究主題的考量因素以興趣為主；高中生進 行研究時常遇到的困難為：沒有時間找資料或閱讀資料，沒有時間好好進行 研究。高達七成的高中生表示：能否在課業與活動中勻出足夠的研究時間，

是影響研究進行的主要因素(莊玫欣，2002)。學生是否喜歡專題製作與三要 素相關：「學生人格特質」、「組內氛圍」及「教師課程設計」(楊千儀，2017)。

國民小學教師推行專題研究，有86％的學校要求有關學生專題研究成果作 品繳交或展示，學業進度壓力導致無多餘課程實施，及指導學生時間不足感 到困難。(林良駿，2005)。專題研究課程是有益於學生，但實施此課程時，

需要考量學生是否具備持續探索的耐心(黃喬偉，2005)。與前段文獻張仁澤 (2011)提到數理資優班獨立研究的困難及表現，與學生的個人因素有關。數 理資優學生認為進行獨立研究時，對於「時間不足」、「課業壓力太大」等問 題感受到困難不謀而合。

第三節 科學自我效能相關研究

本節就科學素養的意涵與相關研究，分別說明如下。

壹、科學自我效能意涵

社會認知論學者Bandura（1982）指出，人類的行為不只受到內在力量 的驅使，也受到外在環境的影響，行為乃是個人和環境交互作用的結果。認 知因素對行為有決定性的影響，自我效能是人們對於自己完成既定行為目標 所需的行動過程的組織和執行能力的判斷，是個人對自己能否獲致成功的信 念。(黃台珠，2007)指出，自我效能意指一個人相信他有能力運籌各項資源 以完成某項特定任務的信念。自我效能是指個體在追求某一個目標時，能夠 察覺並相信自己可以達到某種行為和表現的信念（張淑筵， 2003）。個人的 效能信念會影響個體的行動選擇、投入活動的努力程度、在遭遇困難和失敗 經驗時的堅持力、以及從失敗中復原的情形。自我 效能被視為是人類行為動 機、心理健康和個人成就的基礎(蔡順良，2007)。

Bandura 指出個人自我效能感的來源有四，亦即：過去的成功經驗、楷 模的觀察學習、他人言語的說服和鼓勵以及良好的身心狀態，其中又以個人 過去的成功經驗為最主要的影響來源 (引自蔡順良，2007)。在特定領域方面，

Godding 和 Glasgow （1985）則針對自我效能認定是學習者在特定領域對 於自己處理周遭特定事物能力的一種目標評估，而此種目標評估的產生乃是 來自於環境知覺、自我管理及個人能力經驗或成就與表現之間交互作用的結 果(引自何仕仁、黃台珠、吳裕益，2007)。在此所指的特定領域，以本研究 而言，定義為科學學習領域，所以科學自我效能是指學習者自己評估在科學 環境知覺下，能完成特定行為能力表現的信念。這些學生的自我感知可用於 預測學生未來的科學成就(Multon, Brown, & Lent, 1991，引自劉宇真，2016)。

自我效能為一個評估學生的科學知識和探究能力的方法，從中可瞭解學生如 何看待他們自身所具備的科學能力。

貳、科學自我效能的相關研究

研究者整理有關科學自我效能的相關研究如下表：

表 4 有關科學自我效能的相關研究

研究者(年代) 論文主題與研究主要結果

江 文 瑋 高 中 生 科 學 學 業 情 緒 在 科 學 自 我 效 能 與 科 學 學 業 表 現

(2014) 之 間 的 中 介 效 果 。

研 究 結 果 指 出 ， 在 科 學 教 育 上 ， 科 學 學 業 情 緒 對 學 生 的 科 學 自 我 效 能 影 響 顯 著 ， 而 科 學 自 我 效 能 對 學 生 的 科 學 學 習 表 現 也 有 所 影 響 ； 該 結 果 更 顯 示 了 科 學 學 業 情 緒 藉 由 科 學 自 我 效 能 的 作 用 ， 間 接 影 響 了 科 學 學 習 表 現 ， 三 者 的 關 係 為 非 線 性 關 係 ， 本 研 究 提 供 了 科 教 專 家 和 教 師 在 進 行 科 學 教 學 時 ， 如 何 能 同 時 兼 顧 科 學 學 業 情 緒 和 科 學 自 我 效 能 的 影 響 之 參 考 。

劉 宇 真 (2016)

科 學 實 務 自 我 效 能 問 卷 開 發 與 驗 證 。

本 研 究 發 展 兼 具 信 效 度 的 問 卷 工 具 ， 評 估 中 學 生 的 科 學 實 務 自 我 效 能 ， 這 將 有 助 於 研 究 人 員 與 教 師 們 瞭 解 學 生 在 每 個 科 學 實 務 面 向 的 能 力 。 問 卷 根 據 美 國 新 世 代 科 學 標 準 (Next Generation Science Standards，NGSS) 所 提 出 的 附 件 F 進 行 科 學 實 務 自 我 效 能 問 卷 開 發 ， 共 40 題 (Achieve, Inc., 2013)。 本 研 究 分 為 預 試 、 正 式 實 驗 兩 個 個 階 段 ， 開 發 同 時 驗 證 本 問 卷 之 信 度 與 效 度 。 本 研 究 預 試 針 對 31 位 7、 8 年 級 學 生 進 行 問 卷 測 試 ， Cronbach's α 為 0.97； 正 式 實 驗 預 計 針 對 中 學 生 發 放 730 份 問 卷 並 進 行 驗 證 性 因 素 分 析，確 認 問 卷 具 有 良 好 配 適 度 與 建 構 效 度 ，Cronbach's α 為 0.95。

陳 雅 君、洪 瑞 兒 、 佘 曉 清 、 林 煥 祥 (2016)

臺 灣 學 生 科 學 素 養 與 科 學 教 學 者 研 究 成 果 表 現 之 發 展 趨 勢 探 討 。科 學 教 育 學 刊 ； 24 卷 4 期 (2016 / 12 / 01) ， P333 – 354。本 研 究 的 目 的 在 分 析 我 國 學 生 在 PISA 2006 及 PISA 2015 預 試 (Field Trial Test, FT)科 學 素 養 方 面 的 表 現 ， 並 進 一 步 與 該 期 間 我 國 學 者 在 科 學 教 育 研 究 期 刊 論 文 的 發 展 趨 勢 進 行 比 較 。 本 研 究 的 資 料 來 源 為 臺 灣 PISA 2006 (N = 8,815)及 PISA 2015 FT (N = 2,661)資 料 庫 。 研 究 結 果 發 現 我 國 學 生 在 PISA

2015 FT 科 學 能 力 的 整 體 表 現 以 及 在 解 釋 科 學 現 象、評 估 與 設 計 科 學 探 究 及 詮 釋 科 學 數 據 及 證 據 等 三 項 科 學 能 力 的 表 現，均 顯 著 低 於 PISA 2006。同 時，PISA 2015 FT 的 學 生 對 科 學 的 興 趣、喜 愛 及 自 我 效 能 亦 顯 著 低 於 PISA 2006 的 學 生。此 外，國 內 學 者 於 此 期 間 的 科 學 教 育 研 究 成 果 雖 然 呈 現 持 續 成 長 的 發 展 趨 勢 ， 但 我 國 學 生 在 PISA 科 學 素 養 的 表 現 卻 反 而 呈 現 顯 著 退 步 的 情 形 。

佘 曉 清、林 煥 祥 (2017)

PISA 2015 臺 灣 學 生 的 表 現 。

PISA 2015 進 行 以「 科 學 素 養 」為 主，「 閱 讀 素 養 」、「 數 學 素 養 」 為 輔 的 測 驗 。 我 國 學 生 在 PISA 2015 科 學 能 力 素 養 的 表 現 中 ， 在 「 解 釋 科 學 現 象 」、「 學 科 知 識 」 的 向 度 表 現 較 高 ， 在 「 評 估 與 設 計 科 學 探 究 」、「 程 序 性 及 認 識 論 知 識 」 的 表 現 最 差 ， 顯 示 我 國 的 課 程 與 教 學 始 終 強 調 是 記 憶 知 識 ， 這 是 我 科 學 教 育 課 桯 與 教 學 的 警 訊 。

劉宇真(2016)科學實務自我效能問卷開發與驗證研究 指出，美國國家研 究理事會(National Research Council [NRC], 2012) 的最新科學教育框架，

首次提出「科學實務」這個術語，它試圖說明什麼是「科學探究」的意涵，

及從事探究所需要的認知、社會與實體技能的範圍。針對 K-12 年級的科學 教育框架確定了八個科學實務的向度：提出問題、發展或使用模型、計畫與 展開調查、分析與解釋數據、利用數學和計算思維、建立解釋、由證據從事 論證、資訊的獲得、評估與交流等八個向度，分為預試、正式實驗兩個個階 段，開發同時驗證問卷之信度與效度 ，各向度及整體的自我效能信度如下 表。

表 5 劉宇真(2016)科學實務自我效能信度一覽表

實務面向 信度

實務1：提出問題與定義問題 0.84 實務2：發展與使用模型 0.85 實務3：計畫與執行調查 0.89 實務4：分析與詮釋數據 0.87 實務5：使用數學與計算機思維 0.84

實務6：建構解釋 0.89

實務7：透過證據從事論證 0.86 實務8：獲取、評估、和傳達信息 0.84 科學實務自我效能整體信度 0.95

劉宇真(2016)研究發現，國高中在科學實務自我效能上的差異，經獨立 樣本t 檢定可知，國高中的科學實務自我效能整體達顯著差異 ( t = 5.49, p

< 0.001, d = 0.41)，顯示高中階段學生的科學實務自我效能，在各方面表 現都是優於國中階段學生。顯示科學實務教育發展是學科知識的累積與跨學 科能力的整合，為漸進式發展的動態進程。

因此本研使用其開發的問卷工具，比較數理實驗班與非數理實驗班，學 生自己評估在科學領域能完成特定行為能力所表現的信念。

實施及 反思 計畫

行動

觀察 反思

再行動 再反思

計畫

行動

觀察 課程 反思

設計 計畫

行動

觀察 反思

第三章 研究方法

本研究根據研究動機與目的及文獻探討，針對高中數理班女學生專題課 程成效設計研究方法，本章共七節分別為研究架構、研究對象、研究方法、

研究者角色、研究工具、資料蒐集與分析 、研究流程等章節。

第一節 研究架構

本研究隨著數理實驗班推動的不同階段：籌備階段的課程設計、首年實 施實驗課程、第二年再實施實驗課程，採用計畫、行動、觀察、反思三個層 次的循環，研究架構如下圖，並說明如下表。

圖 1 研究架構圖

表 6 研究架構規畫表

105 學年

105.8.1~106.7.31

106 學年

106.8.1~107.7.31

107 學年迄今 107.8.1~109.6.10

計 畫

 專題研究課程

設計

 延續 104 學年研 議之數理實驗 計畫，滾動修正 後訂定 106 學 年數理實驗班

專題研究 I、II 協同教 學模式安排

大學專題講座安排

專題指導教授安排

物理專題討論授課內 容修正

滾動修正後訂定 107

專題研究 III、IV 教師 協同教學進行模式安 排

專題研究 III、IV 大學 協同指導教授安排

滾動修正後訂定 108 學年數理實驗班計畫 105 學年申辦 106 學年實施、再申辦 107 學年再實施、續申辦

計畫 學年數理實驗班計 畫

行 動

召開實驗教育委

員會，議定實驗 課程及計畫

召開校務會議，

決議申辦 106 學 年數理實驗班

文獻探討

 專題研究 I、II、分科 專題實施

 召開實驗教育委員 會，檢討 106 學年實 驗班實成效，議定 107 學年實驗課程

 召開臨時校務會議，

決議申辦 107 學年數 理實驗班

 文獻探討

 專題研究 III、IV 實施

 召開實驗教育委員 會，檢討 107 學年實 驗班實成效，議定 108 學年實驗課程

 召開臨時校務會議，

決議申辦 108 學年數 理實驗班

 文獻探討

 科學實務問卷調查

 師生晤談 觀 察 實驗班送審委

員意見

 學生分組及研究主題

 教師團隊的回饋

專題研究歷程

專題研究成果

科學實務自我效能問 卷調查結果

反 思 實驗班計畫目 的

實驗課程設計 目標

課程變革

 實驗課程實施與原設 計的差異

 專題課程教學省思

實驗課程實施與原設 計的差異

專題課程教學省思

科學實務自我效能問 卷調查結果分析及省 思

第二節 研究對象

本研究的主要對象是 106學年入學，申請就讀數理實驗班之女學生，高 一時有29名，升高二時轉出4名，轉入5名，高二有30名學生。與之對照的研 究對象為上一屆非數理實驗班，但同為自然學程的 最前段程度班級，共有40 名學生。

表 7 研究對象說明表

研究對象 組別 班級人數 差異

106 學年入學甲班 實驗組 30 數理實驗班 105 學年入學甲班 對照組 40 自然學程最前段班，

非數理實驗班

研究者任教學校，105學年以前，除藝才班1班獨招，其他8班高一新生 依會考成績分3段編班，最前段2班，前段2班，普通班4班，高二分流後，自 然學程與社會學程各 4班，則依最前段、前段、普通各編 1、1、2班。

106學年申請成立數理實驗班後，依入學資料分析，能符合實驗班申請 門檻的學生，高一依原編班方式應該會編在前段班，因此成立實驗班後，除 數理實驗班外，其他7班新生高一依會考成績分3段編班，最前段1班，前段2 班，普通班4班，亦即以數理實驗班取代原來1個前段班位置。高二分流後，

除數理實驗班，自然學程3班依前段1班、普通2班，社會學程4班，則依往例 編班。

108年學測首度實施5選4，也就是大學也至多採計4科做為繁星入學和申 請入學的篩選科目，還記得106年此消息一出，立刻衝擊女中選擇自然組的 人數，當年已完成調查高一升高二學程選擇，不少學生到教務處要求更改學 程，因此105學年入學的學生，升高二時自然學程只編 3個班，社會學程有5 個班。

表 8 實驗班成立前後能力編班各段之班級數比較表

學程 高一 高二三自然學程

105 學年入學 前段 中段 普通 前段 中段 普通

班級數 2 2 4 1 1 1

106 學年入學 實驗班 前段 中段 普通 實驗班 中段 普通 班級數 1 1 2 4 1 1 2

因為從校內的段考平均成績，以及全國性的閱讀素養檢測 的成績表現，

都驗證數理實驗班學生的平均表現，是同年級中最高分。因此若將數理實驗

班與同屆其他班級比較，會有程度上的明顯落差。衡量班級定位上，數理實 驗班等同過去的自然學程最前段的班級，因此 在問卷調查部分，選定上一屆 自然學程最前段班學姐做為對照，目的也在求證實驗班的課程，對學業成就 最前段的學生產生何種影響。

第三節 行動研究法

行動研究強調實際工作者在工作場域中，依據所遇到的問題進行研究，

研擬出適當的解決策略、途徑與方法，透過活動執行，從中反省、回饋與修 正，以解決實務現場所遇到的問題(蔡清田，2000)。

學校本位課程設計模式包括：分析情境目標→形成學程→建立詮釋與實 施監策→反省評估→重建(陳伯璋，2001)。

研究者參與學校數理實驗班實驗課程，藉由研擬實驗計畫，釐清辦理目 的，有那些改變的因子介入，到計畫的審查及修訂複審，正式實施專題研究 課程，評估是否達成預期的成效，遭遇困難或成效不如預期時，又如何滾動 修正的採取可行的行動，符合行動研究之取向，因此決定以行動研究來進 行。

行動研究主要分為四個階段，(一)尋得起始點：教學情境下的真實問題，

(二)釐清情境：澄清研究的起點、蒐集資料，(三)發展行動策略並付諸實踐，

(四)公開知識 (林素卿，2001)。行動研究的歷程應為：計畫、行動、觀察、

反省，而計畫、行動、觀察、反省等四個循環歷程反覆循環實施，因而建構 成一個連續不斷的歷程（歐用生，民 83；夏林清，民86；蔡清田，民89；甄 曉蘭，民92）。

圖 2 行動研究循環歷程

資料來源

http://www.nhu.edu.tw/~society/e-j/88/88-19.htm (鄭詩

本研究方法採行動研究法。研究者採行動研究的主要原因如下:

一 、 行 動 研 究 是 研 究 者 工 作 現 場 一 個 實 際 的 情 境 。

本研究的場域，就是研究者服務的學校；研究對象是研究者任教的 首屆

數理實驗班學生，研究關注的 主題是創校近80載首屆實驗班專題研究課程的 實施模式及成效，研究者巧遇這個特定的時間、地點及情境中的問題，又適 逢研究者兼具行政業務主管及任課教師的角色，對於課程發展、計畫推動，

都能具身歷其境的參與及影響力，把研究的功能與教師的工作結合，將問題 發展成研究主題，進行系統化的研究，透過行動研究解決根本的、關鍵的問 題，客觀嚴謹紀錄所發生的事實及經過，也算是為課程推動歷程寫一頁歷史，

實屬獨特而難得的機會。

二 、 研 究 以 解 決 問 題 為 主 要 導 向 ， 強 調 實 用 性 。

首屆實驗課程的實施模式及成效，不但是 實驗班訪視重點、實驗班成果 報告的必答題，也是校內教師同仁以及社區家長關切的 目標，因此須仰賴具 體的觀察以及回饋的資料，了解實務上所遭遇的問題，以及因應的策略及結 果，直接應用於教學或計畫的改善，更可以提供數理實驗班應否永續發展的 參考。加上文獻探討發現，高中數理實驗班的相關研究相對貧乏，其他人閱 讀研究報告，瞭解專題研究教學介入行動及真實狀況，若能有所啟發、反思 現況，從而觸發他們去正視、了解本身的教學問題，甚至因感動而積極行動，

行動研究便具有實用的效度。

三 、 行 動 研 究 增 進 實 務 工 作 者 的 知 識 與 專 業

數理實驗班計畫、實施、檢討再申請的過程，可以藉由行動研究螺旋循 環歷程，不斷的發現、監督、反思、修正、行動，進而挖掘教學上的潛在問 題，得到行動改善策略，且透過文獻探討及內在對話，還有社群及行政會議 對課程與教學進行反省對話，研究者可瞭解自身及他人的內在信念、知識、

技能與價值等，察覺外在傳統與社會、文化、歷史脈絡對人們的思考和行動 之形塑力量，看見現象底下更深層的結構，加以釐清和試著提出批判，將促 進研究者及教學團隊專業的成長，從而有助於教育品質之精進 。

第四節 研究者角色

研究者是高中物理教師，在高中任教已有 24年的資歷，是本研究中首屆 數理實驗班物理科任課教師，並擔任該班物理 分科專題討論、專題研究I、

II、III、IV物理組的專題指導老師，同時也是105學年至108學年期間承辦 數理實驗計畫的處室主任。

在課務方面，研究者是教師、課程設計師、專題指導老師、至大學實驗 室的帶隊教師。除了在數理實驗班高一至高三尋常的物理課程授課，也是物 理專題的課程設計及實踐者，高二學生依興趣分組後，研究者負責指導選擇 物理的2組共5位學生，高二上學期每週五的上午，學生至大學各實驗室進行 專題研究，各組教師輪流陪伴學生搭乘巴士至大學端，每組學生在大學另安 排一位指導教授，另也有實驗室學長姐協助指導。

在行政方面，實驗班的計劃本身没有任何的經費補助，學生至大學的往 返交通租車費、校內分組協同教學、校外教授鐘點費等，仰賴高中優質化 計 畫挹注，但競爭型計畫無法確定核撥經費金額，每年需要提報 計畫與成果，

研究者是該計畫負責主管。實驗班自104學年規劃、105學年申請、106學年 開辦至今四年多，承辦組長每年接棒已換了五位，校長在 108學年調任交接，

因此需協助團隊新成員理解計畫脈絡，研議協同教學及輪流授課等模式，督 導承辦組完成新學年度實驗計畫申辦、實驗班訪視及成果結報的行政程序。

對外，需建立與大學理學院的聯繫窗口，洽談指導教授的專長，搭配學生的 研究方向；辦理新生家長招生說明會，說明實驗班課程的變革及成效。

在質性研究中，研究者又同時扮演訪談者、觀察者、資料分析者及報告 撰寫者等多重角色。研究者所扮演的角色，會影響到在研究現場中與研究參 與者的互動，從而影響到蒐集研究資料的信效度。研究者的個人因素，包含 教育理念、人格特質、身份、性別等，也可能影響研究蒐集資料的範圍及方 向，研究者會提醒自己觀照在情境中的角色，覺察個人對研究問題的主觀詮 釋，誠實及客觀地蒐集和處理研究資料，使研究結果更貼近事實呈現 。

第五節 研究工具

本研究兼具質性與量化研究，在質性部分，行動研究的研究者本身即是 一種工具，透由數理實驗教育會議的參與討論，專題課程設計與實施，專題 研究過程與高中生及大學教授的互動，對研究問題深度的觀察與剖析；輔以 106學年數理實驗班之實驗計畫、教學日誌、會議的紀錄等，作為文件分析 的來源工具。並利用訪談大綱、手機錄音等工具，進行學生訪談。在量化的 部分，透過文獻探討，決定以「科學實務自我效能問卷」(劉宇真，2016) 做為研究調查工具，將問卷調查結果加以統計分析，茲將 兩類研究工具分述 如下。

壹、 質性研究工具 一、實驗班申請計畫

本研究根據研究者服務學校首屆數理實驗班核定通過之三年實驗 計畫，了解計畫內容及推動目的，實驗對象的申請及選拔方式，實驗 班的課程與其他班級的差異，並分析其中專題研究課程的設計，與實 驗目的之符應情形，釐清實驗班預期強化學生哪些方面的能力。

二、實驗班教學日誌

依據實驗班的教學日誌，了解各種專題研究課程的授課 (或研究) 進度，對照實驗計畫的課程設計，與實際執行時的授課內容，了解教 學的實施與當初規劃間的差異，後續可以針對實際授課內容補正實驗 計畫，對應學生的學習成效。

三、專題研究日誌

高二專題研究進行分組教學，各組有不同的指導老師及 指導教授，

也有各自不同的主題及研究進度，每週至東大上專題研究課皆要填寫 研究日誌，可了解各專題研究進行的內容

。

四、學生晤談紀錄

針對學生參加實驗班的動機、學習歷程遭遇的問題、教學內容以 及問卷結果值得進一步探討的地方，擬定訪問大綱進行半結構式的晤

談，以得到更深入的資料。亦即在資料初步蒐集分析後，針對資料中 的疑點，詢問學生的想法或感受，以便理解原始資料真正的意義。

貳、 量化研究工具

本研究採用科學實務自我效能問卷(劉宇真，2016)，計有8個向度，40 個問題，來量度學生從事科學探究時的自我效能，如 下表。

表 9 科學實務自我效能問卷向度及題目 向度 題號 題目

實務 1：

提問(Asking) 提出問題與定義問 題

1 我能針對所觀察的自然現象提出問題。

2 我能夠分辨一個問題能不能用科學方法來驗證。

3 我會問問題來幫助我了解不同變因間的關係。

4 當別人提出科學解釋時，我能找出其中的問題。

5 我能夠對別人的研究發現提出關鍵問題(例如：點出 對方的致命問題)。

實務 2：

模型(Modeling) 發展與使用模型

6 做實驗前，我能利用科學模型先預測結果。

7 我能用科學模型(例如:公式、圖表、比喻、模擬等等) 去預測或說明自然現象。

8 我可以從數據想出一個科學模型，以說明改變一個變 因會導致甚麼變化。

9 我能夠運用科學模型來幫助我設計實驗。

10 我能判斷科學模型的使用限制(例如:在甚麼情況下可 以用這個科學模式)。

實務 3：

計畫(Planning) 計畫與執行調查

11 我知道如何控制實驗中的各項變因。

12 我知道如何收集實驗所需的資料。

13 我能夠改進實驗。

14 我能判斷用不同研究方法所收集資料的準確度有何差異。

15 我知道要收集甚麼資料才能回答一個研究問題。

實務 4： 16 我能夠把實驗結果畫成圖表，並從圖表中看出變因之 間的關係。