以科學史歷程短文教材設計之家庭聯絡本對八年級學生科學本質的影響

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(1)國立台灣師範大學科學教育研究所碩士班碩士論文. 指導教授：劉湘瑤博士. 以科學史歷程短文教材設計之家庭聯絡本對八年級學生科學本質的影響 The effect of the history of science essays blending into the family contact book for the 8th grade students. 研究生：陳琼輝. 中華民國 102 年 7 月 1.

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(3) 謝誌總算到了這一天了。回憶的味道是什麼？苦澀的、酸甜的還是甘美的？青春就如同詩句中最明亮耀眼的那一句，活脫在吟遊詩人的思緒口說裡。走過論文的腳步，如同笑語回首，那漫舞在雲端飄然心癢，腦中的旋律嘎然而止，徒留下青春的驚嘆號。這段神奇旅程的結束，我由衷的感謝劉湘瑤教授，願意接納我這不成材的學生，包容我用個人的想法與做法來處理事情，總是用笑容與最大的空間，來面對我諸多的問題也給我最大的鼓勵，讓我能放肆地去做自己想要的研究，並持續精進自己面對教改未來的能力。最大的功勞與感謝，謝謝您湘瑤老師。這一段人生的驚鴻，我深深的感謝系上教授對我的指導，感謝邱美虹教授給予嚴謹而端正的做研究態度與素養；感謝許瑛玿教授給予多元的研究方法指導與論文創意，甚至願意成為我的口試指導委員，給予我多方的改進與加強，讓我更充實了我論文的內容；感謝楊文金教授教導大量的論文閱讀與研究方向，以及無數師大科教老師給予的教育未來與標的，都使我這兩年獲益良多。最後感謝我的母親，一個人拉拔著四個姊弟長大，一路無條件的付出，並從不給我任何意見與方向，只讓我順著自己的夢想與興趣前進。感謝宜蘭的嘉鴻，在這幾年無論任何失意之際，義氣相挺。感謝景興國中卓意翔主任對我的指導與協助。感謝景興國中的林素右組長給我的關懷與照顧。感謝景興國中的簡炳輝組長給我的方向與建議。感謝這三年來一同打拼奮鬥的好夥伴永昌，你的陪伴與鼓勵，是我在撰寫論文過程中，督促我不斷前進的動力。感謝我最重要的伴侶秋嬋，在最後衝刺的階段認識你，總是不斷地幫我檢查與修飾我論文的不足，也不斷給我鼓勵與支持，並陪我走完最難熬的這個階段。最後感謝北宋詞人蘇軾，詞牌定風波一句：「莫聽穿林打葉聲，何妨吟嘯且徐行。竹杖芒鞋輕勝馬，誰怕？一簑煙雨任平生。料峭春風吹酒醒，微冷，山頭斜照卻相迎。回首向來蕭瑟處，歸去，也無風雨也無晴。」這一天，也就只是回憶中的一天，回憶中那苦澀、酸甜又甘美的一天。 3.

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(5) 以科學史歷程短文教材設計之家庭聯絡本對八年級學生科學本質的影響摘要本研究的目的，在將科學史歷程短文融入學生家庭聯絡簿，藉由學生每日閱讀科學聯絡簿內的文章，與針對科學歷程短文提出的科學本質反思問題提問，進行科學寫作的回答，期盼能提升學生的科學本質觀。並提出研究者自行編寫之科學歷程短文教材及其寫作設計背景與寫作手法，盼能對後續科學史教材設計提出新的看法。本研究選取台北市某兩國中各一班共 61 名學生參與本研究的聯絡本閱讀介入的研究。採用質量並重的方式收集資料，利用林陳涌（1996）「了解科學本質量表」(UNOS），在一百零一學年度下學期的學期前後進行測驗，並依據學生在科學聯絡簿上進行科學寫作的回答情形，輔助前後測 t 考驗的差異結果分析。研究結果顯示，學生在接受科學聯絡簿融入每日科學閱讀與寫作之後，科學本質的提升效果非常顯著（t=-6.75）。而女生在 UNOS 的分數提升程度大於男生，但是未達顯著水準(P=0.126 > 0.05）。高成就組學生的科學本質觀點的提升程度，是明顯大於低成就組學生（P=0.041< 0.05）。本研究最後提出有別於科學本質明示教學的方法，利用聯絡本這一種類似課外讀物的閱讀材料，建立學生每日的閱讀與寫作的習慣，透過科學歷程短文與科學本質反思問題寫作，能夠有效提升學生的科學本質觀。並列出本科學聯絡簿的各種使用方法與建議，期許能對學生科學本質的提升有所貢獻。關鍵詞：科學史、科學本質、科學閱讀、科學寫作. I.

(6) The effect of the history of science essays blending into the family contact book for grade-8 students. Abstract The purpose of this study is to integrate the history of science (HOS) essays into the family contact book in order to enhance students` understandings of nature of science in the way of having them read HOS articles and making written responses to the open-ended questions as daily homework. In this thesis, the author introduces the developmental process of the essay materials, including writing framework and skills, in composing this family contact book with a hope to offer an insight for the design of science history teaching materials in school. The research participants included 61 students from two junior high schools in Taipei City. The data was collected using both qualitative and quantitative methods. The “Understanding of Nature of Science (UNOS)” scale, developed by Lin (1996), was used to examine students’ NOS conceptions before and after the intervention of HOS essays. The study was carried out for an entire semester in 2013. The t test was used to analyze any differences between pre- and post- tests and the students` answers to the open-ended questions in the family contact book served to explain and compare the results. It is showed that the daily HOS essay reading and writing enhances a notable improvement in students’ understandings of nature of science (t=-6.75). The female students have a better increasing level in UNOS than male students but not reach a statistical significance if taken pre-test scores as covariance (F=5.27, p=0.126 > 0.05). High-achieving students have a significantly higher increasing on the understanding of nature of science than low-achieving students do (P=0.041<0.05). Finally, this study proposes the way distinct from explicit teaching approach in the nature of science that is to utilize reading materials in the family contact book to form a habit of daily reading and writing. The author also lists a variety of ways and suggestions regarding how to use such kind of materials to improve students’ understandings of nature of science. Keywords: history of science, nature of science, science reading, science writing II.

(7) 目錄中文摘要................................................................................................. I 英文摘要................................................................................................. II 目錄......................................................................................................... III 表目錄..................................................................................................... IV 圖目錄..................................................................................................... IX. 第壹章緒論......................................................................................... 1 第一節研究背景與動機................................................................1 第二節研究目的與問題................................................................4 第三節研究範圍與限制................................................................6 第四節名詞釋義........................................................................... 7 第貳章文獻探討.................................................................................. 10 第一節科學史與科學教育........................................................... 10 第二節科學本質........................................................................... 16 第三節科學閱讀與科學寫作....................................................... 18 第參章研究設計................................................................................. 22 第一節研究架構........................................................................... 23 第二節研究對象........................................................................... 25 III 第三節研究工具........................................................................... 25.

(8) 第肆章科學歷程短文撰寫方式.......................................................... 31 第一節寫作理念與寫作編排方式.................................................. 31 第二節相關背景書籍蒐集及文章寫作手法與故事流程設計….. 56 第三節科學本質反思問題設計方式............................................... 67 第伍章結論與建議.............................................................................. 80 第一節科學聯絡簿對學生科學本質觀念的影響分析............... 80. 第二節學生在科學聯絡簿的寫作反應....................................... 89. 第六章結論與建議............................................................................... 113 第一節結論..................... ................................................................. 113 第二節建議..................... ................................................................. 118. 參考文獻. ............................................................................................... 122. 中文部分.................................................................................................. 122 外文部分................................................................................................. 126. IV.

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(10) 表目錄. 表 4-1 科普閱讀專書收集書目............................................................. 57 表 4-2 科學聯絡簿文章問題設計與科學本質的關係......................... 68 表 5-1 學生在接受科學聯絡簿閱讀及寫作後，其前、後測相依樣本 t 檢定結果.............................................................................. 82. 表 5-2 學生在接受科學聯絡簿閱讀及寫作後，在男生、女生的向度上，其前後測的差異.............................................................. 84. 表 5-3 不同性別學生組內迴歸係數同質性檢定(依變數: 後測總分）............................................................................................... 84. 表 5-4 實驗組學生的性別對於調整後 UNOS 總分差異顯著性考驗................................................................................................. 85. 表 5-5 不同性別的實驗組學生經調整後在 UNOS 的總分平均分數................................................................................................. 85. 表 5-6 學生在接受科學聯絡簿閱讀及寫作後，在高成就、低成就的向度上，其前後測的差異...................................................... 86. 表 5-7 不同成就學生組內迴歸係數同質性檢定(依變數: 後測總分）................................................................................................ 86. 表 5-8 不同成就組學生對於調整後 UNOS 總分差異顯著性考驗... 87. IV.

(11) 表 5-9 不同成就學生經調整後在 UNOS 的總分平均分數................ 87 表 5-10 高低成就學生寫作回應差異................................................... 88 表 5-11 科學本質陳述─「科學家必須理智且誠實」，學生的科學寫作回應........................................... .............. .............. ............... 91. 表 5-12 科學本質陳述─「科學家是富有創造力」，學生的科學寫作回應........................................... .............. .............. ............... 91. 表 5-13 科學本質陳述─「科學知識是基於觀察」，學生的科學寫作回應........................................... .............. .............. ............... 92. 表 5-14 科學本質陳述─「科學知識在認真分析的基礎上」，學生的科學寫作回應........................................... .................................. 93. 表 5-15 科學本質陳述─「科學是試圖解釋現象」，學生的科學寫作回應........................................... ..................... ............................ 93. 表 5-16 科學本質陳述─「要了解科學如何運作，詞彙是至關重要的」，學生的科學寫作回應........................................................ 94. 表 5-17 科學本質陳述─「科學的變化來自更好的資訊」，學生的科學寫作回應................................................................................ 95. 表 5-18 科學本質陳述─「科學依賴於經驗證據」，學生的科學寫作回應......................................................................................... 表 5-19 科學本質陳述─「科學知識是暫定」，學生的科學寫作回. V. 95. 96.

(12) 應................................................................................................. 表 5-20 科學本質陳述─「有很多方法可以做到科學的調查」，學生科學寫作回應......................................................................... 97. 表 5-21 科學本質陳述─「科學目標是精確」，學生的科學寫作回應.................................................................................................. 97. 表 5-22 科學本質陳述─「科學依賴懷疑」，學生的科學寫作回應................................................................................................. 98. 表 5-23 科學本質陳述─「科學知識是基於實驗證據」，學生的科學寫作回應.................................................................................. 99. 表 5-24 科學本質陳述─「科學是測試導向」，學生的科學寫作回應.................................................................................................. 100. 表 5-25 科學本質陳述─「科學建立在發生了什麼事情之前」，學生科學寫作回應......................................................................... 101. 表 5-26 科學本質陳述─「科學建立在發生了什麼事情之前」，學生科學寫作回應.......................................................................... 101. 表 5-27 科學本質陳述─「科學是社會傳統的一部分」，學生的科學寫作回應................................................................................. 102. 表 5-28 科學本質陳述─「科學是社會傳統的一部分」，學生的科學寫作回應.............................................................................. 表 5-29 科學本質陳述─「過去照亮當前的科學實踐」學生的科學 VI. 103. 103.

(13) 寫作回應................................................................................... 表 5-30 科學本質陳述─「技術已經影響科學」，學生的科學寫作回應.............................................................................................. 104. 表 5-31 科學本質陳述─「科學在技學中發揮了重要作用」，學生的科學寫作回應.......................................................................... 105. 表 5-32 科學本質陳述─「科學是逐漸發生變化」，學生的科學寫作回應......................................................................................... 105. 表 5-33 科學本質陳述─「通過科學革命發生變化」，學生的科學寫作回應..................................................................................... 106. 表 5-34 科學本質陳述─「科學思想都受到他們的社會和歷史環境影響」，學生的科學寫作回應................................................. 107. 表 5-35 科學本質陳述─「科學已經成為許多爭議的中心」，學生的科學寫作回應........................................................................ 108. 表 5-36 科學本質陳述─「具有全球影響的科學」，學生的科學寫作回應.......................................................................................... 108. 表 5-37 科學本質陳述─「科學研究是出於當時的派典」，學生的科學寫作回應.............................................................................. 109. 表 5-38 科學本質陳述─「新的科學思想經常被拒絕」，學生的科學寫作回應.................................................................................. VII. 110.

(14) 表 5-39 科學本質陳述─「科學是人類的努力」，學生的科學寫作回應.............................................................................................. 111. 表 5-40 科學本質陳述─「所有文化（皆可）有助於科學」，學生的科學寫作回應.......................................................................... 111. 表 5-41 科學本質陳述─「新的知識必須是明確和公開的報告」，學生的科學寫作回應.................................................................. 112. 表 5-42 科學本質陳述─「科學家要求準確的記錄保存、同儕審查、可複製性誠實的報告」，學生的科學寫作回應...................... 113. 表 5-43 科學本質陳述─「科學家做出道德決定」，學生的科學寫作回應.............................................................................................. VIII. 114.

(15) 圖目錄. 圖 3-1 研究流程..................................................................................... 24 圖 3-2 科學聯絡簿版面設計左頁........................................................... 29 圖 3-3 科學聯絡簿版面設計右頁.......................................................... 30 圖 4-1 科學年代的先後順序.................................................................. 33 圖 4-2 科學學科概念的譜系圖.............................................................. 38 圖 4-3 哲學的族譜圖.............................................................................. 42 圖 4-4 天文學的族譜圖.......................................................................... 44 圖 4-5 數學的族譜圖.............................................................................. 46 圖 4-6 化學的譜系的族譜圖................................................................... 48 圖 4-7 物理學的族譜圖.......................................................................... 50 圖 4-8 博物學的族譜圖.......................................................................... 53 圖 4-9 科技技術的譜系的族譜圖.......................................................... 55 圖 4-10 科學文章的設計流程圖............................................................ 66 圖 5-1 科學本質的三個向度：科學方法、科學知識、科學事業前後測分數趨勢圖............................................................................. 83. 圖 5-2 科學反思問題寫作關係圖........................................................... 89. IX.

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(17) 第壹章緒論第一節研究背景與動機科學本質的教學在執行的過程中，時常會引用科學史來進行教學。教師在使用科學史進行教學時，會發現科學史教材時常有無法搭配科學本質的內涵，甚至與科學課程本身都無法銜接的問題（胡瑞萍＆林陳涌，2006）。細看科學的發展歷史，是在 16~18 世紀這一段俗稱為「科學革命的年代」始具爆發性的發展，由文藝復興後人類對理性的重新思考，到宗教改革之後，引發經院學派結合亞里斯多德的本性思考與哥白尼對整體亞里斯多德式思考的革命，歷經第谷、克卜勒、伽利略、培根、牛頓等人戲劇般相繼出現於科學歷史的大舞台，產生對整個時代重鑄的全新思想體系（Shapin，1996）。這一段有關於社會科內的西方歷史學習，是在國民教育九年級階段才開始進行。這段時期的學生在猛力的求知各種公式定理概念的使用，與各種各樣的小考大考模擬考的同時，很少會去注意也不想去了解科學知識發展及演變的歷程背後，到底科學概念的改變是怎麼來的。學生或許知道科學革命的年代、代表人物、引發後續的啟蒙運動等，卻難以理解一個新科學的發想，到底經過怎樣的思考或經歷。國中九年級的歷史課本上學期第四單元的文本中，論述了文藝復興後，科學重新以人為本的思考出發，提出科技的發展與科學的發生是相輔相成，也在思想史上提出了新的科學方法，如培根歸納法、笛卡兒的演繹法，並論述了科學機構的成立─皇家科學院─對科學家的幫助，及天文物理學在本時期的發展。但站在科學史的角度，卻沒有提到科學知識的建立上，其實是一步一步，環環相扣。例如：時間的測量，對現在的學生而言，是存在於手錶或手機的事實，但是在十六世紀，時間測量的本身，就是一個重大的問題。伽利略利用鐘擺的等時性，拋去了利用日晷或蠟燭計時，時間開始被精確的 1.

(18) 測量到秒的程度；往後延伸到對速度的概念，在速度的定義都無人知曉的情況下，伽利略就利用著名的比薩斜塔假想實驗與斜面實驗，提出了落體定律（速度與時間的平方成正比關係），也定義了斜面運動（等加速度運動）。而後來的牛頓更利用速度與力的結合，擴大解釋了整個宇宙的體系，當大家都以為這樣完美的體系永遠都不會再被改變的時候，愛因斯坦就又出現在科學發展的舞台，建立起近代物理的典範。從測量方法的發現，到運動定律的求知，至科學體系的全新典範中，我們可以得知科學史的前進，就是連續性不間斷的演變的。從中我們可以瞭解到，科學每一個小進步，都是需要無數次的失敗與嘗試。但傳統自然課本中的科學史小故事，經常過於富有傳奇的色彩，或者過於以訛傳訛，總是強調科學的發現具有偶然性（例如：看見蘋果落下的牛頓發現了萬有引力），機遇性（英國小獵犬號的南美考察，這麼巧的給了達爾文一個機會，來紀錄沿途看到的景象）。我們再細看大部分科學教科書中的科學史教學，是將科學史料一點一點的散佈在各個小片段章節，Kuhn（1970）說過：「為了一些明顯而功能性的理由，科學教科書只會提到過去科學家研究的一部分，也就是那些很容易看成對書中典範問題陳述以及解答有貢獻的部分(P63）」。但科學教師不一定教，學生學概念也不一定想記這樣的故事。因此，我們希望創造一種將片段零星的科學史料，重新整理成具有歷史的廣度與深度的科學史教材，讓學生每日接受具有發散性思考的閱讀，來協助學生在科學課程中大量聚斂性思考，。例如：法國之所以能夠孕育出如此眾多的思想家－盧梭、科學家－居禮、伊倫、巴瑞–西諾希，甚至有些優秀的女性科學家，以及藝術家－梵谷等人，這絕非只是智慧火花的剎那閃現，觀察這些科學大師和藝術巨匠的治學經歷和學術成就不難發現，他們的共同點就是非常喜歡幻想、善於思考，擅長運用發散性思維，擺脫習慣性思維的束縛，從而可以取得突破性的成果。崇尚和鼓勵發散性思維的文化生態為創 2.

(19) 造力的充分發揮提供了無限空間。學者 Howe 曾分析各種 CPS （Creative Problem Solving）模式的四種創造性思考教學，就包含有聚斂性思考與發散性. 思考。主要讓學生能夠透過這些思考模式的訓練，啟發創造性的問題解決（引自湯偉君和邱美虹，1999）。而科學史的學習活動設計及教學方法的施行，應該能促使學生思考並提出自己的論點。整理的近年來科學教育科學期刊，我們可以發現，以科學史為材料進行教學，探討對學生學習的影響的研究，大多數皆研究科學史教學對學生的科學本質觀、對科學的態度以及對概念的學習此三方面的影響(李明昆、劉靜怡、洪振方，2011；邱明富，2003；陳淑媛、洪振方 1998；翁秀玉＆段曉林，1996），也有研究觸及可提升批判思考能力或科學探究能力（陳怡君，2005；黃素慧， 2007；洪敏怡、黃萬居、彭彥璟，2008）。而科學史教材卻較少有統整性的教材設計，也就是傳統科學史教學，常常僅以點狀地擷取片段的科學史料，呈現被世人所接受的科學概念，但未敘述當時社會氛圍、科學家心境、國家或科學家之間的競爭等社會性因素，如此易使學生只習得片段的科學事例，缺乏歷史脈絡的瞭解。所以有研究提出針對一個統整性的單元，如：演化論，發展涵蓋面向較廣且較能引起學生的想像力的的歷史系列事件，作為科學史的教學材料。這樣對科學領域內重要概念的發展比較完全及涵蓋領域較廣的介紹，更能呈現科學知識的動態發展與互相依賴的特性（胡瑞萍＆林陳涌， 2006）。歷史的發展有其發展順序時序、變遷、因果關係、資料和證據以及歷史解釋、實質概念。其實就跟科學概念的學習是一樣的，我們不可能先學共價電子對，才去學原子與分子的關係；我們解題需要找出片段敘述的證據與資料，考慮因果關係，才能針對題目去發想計算。每個題目都有其原始的中心概念，科學與歷史的學習，不只是傳遞既有知識，更是在教學過程中帶領學生去進行思考與批判，因為知識的內容會不斷演進，所以我們需要讓學生去 3.

(20) 了解科學探究的過程、思考的方式，以促進學生學習。因此本研究希望建立一系列科學歷程短文教材，讓學生了解科學的發生，絕對不是一蹴可及，也絕非突然性的頓悟，而是經過長久的觀察、假設、推論、演繹等各種進程而建立出來。並讓學生逐漸去了解科學家也是活生生的人，不僅關心自然，更關心整個社會與人類的發展，進而推廣科學的人性面與宣揚科學家與國家社會之間不可分的關係。而科學歷程短文教材，就是希望在非文即理且嚴重分科化的台灣教育科層中，學生除了教科書傳授的公式、教條、觀念一一死記與熟背以外，亦能領會科學的精神，掌握科學的方法，了解科學知識的建立與科學的探索，即人類社會的產物，領略科學的社會角色與人文義意。. 第二節研究目的與問題一、. 研究目的. 基於研究背景與動機，本研究希望能了解國中學生，如果能經由大量具有深度以及廣度的科學歷程短文閱讀，以及科學本質反思問題寫作後，能否提升學生在科學本質觀的進步。但怎樣的場合，可以盡量不增加學生學習負擔，又可將科學閱讀與寫作的場域與時間確立，所使用的研究媒介工具就成了最重要的關鍵。因此我們選擇了國中學生每日應謄寫的家庭聯絡簿，建立自製的科學文章聯絡簿。研究者藉由科學聯絡簿的使用，將科學史歷程短文融入學生的聯絡簿中，藉由學生每日閱讀科學歷程短文，並針對科學文章反思問題，進行具有科學本質思考的科學寫作回應，來促進學生思考科學，提升學生的科學本質觀念，進而提升學生對科學之興趣與研究。再來我們探討性別方面所造成的科學本質差異，研究者回顧科學革命的年代迄今，所提及的諸多科學家無論是波以耳、虎克、牛頓到達文西、愛因斯坦，絕大部分都是男性科學家把持了科學發展的歷程。而講的出名號的女 4.

(21) 性科學家，以居禮夫人與華裔科學家吳健雄為首，兩人也探究發展了許多全新的有助於世界進步的科學發現，但何以女性科學家在科學這個領域上總是難以出線。蔡麗玲（2007）談論到，兩性應有平等進入科學的權力，強調女性及其他弱勢族群中的「少數」的傑出智力，是科學可用而為用的資產，應該加以開發，為科學界貢獻。但目前的教育環境與社會環境，大部分還是訴求著科學工作是以男性為主，而科學本質的認識，其實是不分男女皆有對科學本質認識的需求，所以探究與瞭解學生在對科學本質的認識上是否會有所差異，也藉此勉勵更多女性深化對科學本質的認識，並且勇於探索科學研究的道路。柳信榮（2002）提到，高學業成就之高中學生對科學本質之了解，有助於個案學校對課程之安排、教材之選擇、教學評量、學生輔導、學生生涯規劃等。若我們不僅能了解高成就學生，在科學本質的認識上程度；也去了解低成就學生對科學本質認識的差異，深刻了解高低成就學生在接受科學閱讀與寫作後的科學本質成果，更能夠成功的幫助任何程度的學生建立起其在科學上的興趣與喜好，甚至提前幫助無論高低成就學生瞭解其在未來選組上的趨向。因此本研究設立的目標如下：（一）針對科學史的發展，將整個科學史歷程，從舊石器時代對技術使用的進步，到近代科學的產生，囊括數學、物理、化學、生物、地球科學等撰寫約 100 篇的文章融入學生家庭聯絡簿。（二）實施科學史歷程短文融入學生聯絡簿教學後，探討學生之科學本質觀之改變。二、研究問題根據研究目的，我們希望透過科學聯絡簿教材的使用，經由科學聯絡簿上的有系統的科學歷程短文，以及設計過的科學本質反思問題，在學生每日應謄寫的家庭聯絡簿上，讓學生接受科學閱讀與科學寫作的訓 5.

(22) 練之後，衍生出下列研究問題：（一）科學聯絡簿融入學生每日閱讀與寫作後，對學生科學本質觀的改變為何？（二）科學聯絡簿融入學生每日閱讀與寫作後，學生在科學方法的向度、科學知識的向度以及科學事業等各向度認識上是否有所改變？（三）學生歷經科學聯絡簿的閱讀與寫作後，在科學本質的認識觀表現上，在兩性之間是否有差異？（四）學生歷經科學聯絡簿的閱讀與寫作後，在科學本質的認識觀表現上，在高低成就學生之間是否有差異？（五）學生閱讀完科學史歷程短文後，能否針對科學問題的提問，寫出具有科學本質觀的寫作？. 第三節研究範圍與限制一、研究範圍（一）研究對象本研究以兩間台北市的國中二年級共 60 名學生為實施對象。（二）研究時間在一百零一學年度上半年實施。（三）研究教材依據科學史融入教學之設計理念，研究者參考為數將近四十本的科普閱讀書籍，和順應國中自然與生活科技的課程編制，以及按照科學發現的年代順序，以編年紀傳的方式寫出了將近一百篇具有連貫性的科學史歷程短文故事，並配合家庭聯絡簿的格式，參入大量科學名人的名言，與搭配百篇科學故事設計出符合科學本質的科學問題，來測試學生施行 6.

(23) 科學閱讀與科學寫作，對科學本質的認識的提升情形。。二、研究限制（一）本研究對象僅限於台北市某兩所國中二年級學生。研究結果之推估可能需要考慮學生的認知成熟度以及城鄉差異等。（二）本研究採用聯絡簿作為呈現科學知識發展歷程的閱讀材料，並未進行相關內容的課堂教學，若授課教師使用此材料搭配教學可能產生的結果，不在目前研究的範圍內，但可作為後續研究的方向。. 第四節名詞釋義一、科學本質科學本質的概念型定義，在此援用 McComas、Clough 與 Almazroa （1998）摘自八個國際科學標準文件中有關科學本質目標（整理 p 511-532）：（一）儘管科學的知識是經久的，但它有暫時性的特性。（二）科學的知識強烈但不完全的依賴觀察、實驗的證據、合理的爭論及懷疑的態度。（三）從事科學沒有固定一個方法存在。（四）科學是企圖解釋自然現象。（五）定律及學說供應科學中不同的角色，因此，學生應該注意到，即使有另外的證據存在，學說是不會變成定律的。（六）來自所有文化的人們促成了科學。（七）新的知識必須被清楚及不隱瞞地報告出來。（八）科學家需要精確的持續記錄，同儕檢查及可複製性。（九）觀察是理論蘊涵的（theory-laden）。（十）科學家是有創造力的。（十一）科學史同時展現出進化的及革命性的特性。 7.

(24) （十二）科學是社會及文化傳統的部分。（十三）科學及技學互相影響。（十四）科學的想法被社會和歷史環境所影響。在操作型定義上是根據林陳涌（1996）發展的工具「了解科學本質量表」所下的定義，包括「科學方法的本質」、「科學知識的本質」、「科學事業的本質」三個向度。科學方法的本質量測目標，在於評測學生對科學方法本質的了解，並注意學生在科學方法的獨特性與適用性、科學方法的客觀性以及科學方法的理性層面，能有多少的了解；科學知識的本質量測目標，在於測量學生對科學知識本質的了解，聚焦在科學知識的種類與角色、科學知識的本體地位、及科學知識的知識地位層面的測量；科學事業的本質量測目標上，著重於科學的基本假設、定義及目的、科學家、科學社群、及科學與社會關係層面的評測。本研究利用「了解科學本質量表」量表，在實驗前做前測，經過聯絡簿讀本閱讀後再進行後測，觀察前後測變化情形。二、科學史科學史其實就是自然與人文這兩種學科之間的橋樑，它能夠幫助學生獲得自然科學的整體形象，也能了解人性的形象，從而全面的理解科學，理解科學與人文的關係不可分的關係。就如 Shortland & Warwick（1989）也表示類似的看法，生活於現今社會,，要靠科學與科技之產物的運作，科學與科技已成為文化的一部分,，科學史可以提供科學在社會的角色很多新的透視，並能促使人們注意到科學--科技--社會的關係。藉由科學史描繪科學發展歷程中，包含的人文的因素,，讓學生了解科學也是一種文化的產物, 不能脫離社會、人群、宗教、政治...等等而獨立發展（Jones,1989）。本研究中即將科學史定義為將科學發展歷程中，不僅是科學發展的歷程，也包含科學發展過程中時代背景對科學家的影響，科學家與社會的互動，科學家與科學社群的互動等 8.

(25) 各種哲學的、歷史的、社會學等面向，都是本研究中科學史所要描述的對象。三、科學歷程依照九年一貫國三社會課本中，西洋歷史歷史的分段，將自然科學的誕生與發展放在人類歷史長河中描述，以西方文明和科學的發展為主線，同時講述了東方文明和科學技術對人類進步的重大貢獻。將科學概念從上上古新石器時代人類的對工具使用的開始，到希臘時期亞里斯多德的思維，到哥白尼的天文革命，突破亞式思維的枷鎖，到後起之秀伽利略、牛頓等人建構出近代運動學的雛形，然後在啟蒙運動後，吸收工業革命成果的科學，更如日中天發展出生物、物理、化學、地質學等科學發展的這一段歷史，導入各年代的國家背景、思維模式，社會經濟模式，以及科學衝突理論等。將科學的發展，盡量揉入各時代的社會史、思想史、科技史，並有著歷史性質的前因後果，可推論有影響的歷史性質於科學歷程發展短文中。編成有系統的短文，注入在學生每日的聯絡本中，並設計簡單的題目，協助學生每日對科學作出發想與思維，建構出學生適應未來社會該有的科學本質。四、家庭聯絡簿家庭聯絡簿的主要功用，主要是讓學生記錄隔日的考試和每日的作業等，內容還含有最重要的親師溝通、每日心得札記、每日佳句等。也就是重點在溝通教師與家長之間的意見，建立良好的親師關係，是學校與家庭之間的橋梁。近年來隨著聯絡簿印刷出版的多元化，增加了文章閱讀與短文寫作等功能。而本研究就是以此為出發點，探討將科學史歷程短文放在聯絡簿中，變成學生每日必讀的功課之一，經由學生每日的科學閱讀，與針對科學本質反思問題的提問，進行具有科學本質的思考及統整歸納後書寫的科學寫作，然後研究以上行為對科學本質觀所產生的影響。期盼能透過科學聯絡簿的科學歷程短文閱讀與科學本質反思問題寫作，來促進學生對科學本質觀的提升。本研究將科學歷程短文融入家庭聯絡簿的設計後，簡稱為「科學聯絡簿」。 9.

(26) 第貳章文獻探討閱讀文獻，是一種探索自身研究與其他人的研究是否有雷同相似之處，或者有互補可以截長補短之處的一種功夫。而本文獻探討的重點，就在於本研究的進行是立基於前人多少的研究，才有了這樣的研究想法。本章第一節主要探討的是科學史與科學教育的文獻，已經進行了怎樣的研究工作，可以帶給我們怎樣的啟發，可以提升多少學生對科學史素養與內涵的提升。也探討了科學史融入教學已經有了怎樣的手段來進行，而本研究又從前人的研究中獲得了多少的靈感與協助。第一節探討了科學史上的許多爭議之處供寫做研究時需要注意的方向。在第二節整理出許多先進研究出的科學本質的意義，本研究中希望學生可以認識的科學本質其理論依據為何。第三節則討論了科學閱讀與寫作對學生在各方面的提升與影響。. 第一節科學史與科學教學科學史所代表的是科學與人文之間巨大鴻溝的橋樑，引領學生能輕鬆的進入科學的殿堂，讓學生知道科學知識的探究，不只是在課本之上，更由科學史的探索中，建構起本身對知識的追求（許良榮、李田英，1995）。而科學史的教學在目前大部分呈現於教科書當中，Kuhn（1970）對於科學史在教科書的角色曾提出他的看法：「科學教育要教給學生的是當今的優先典範，不鼓勵學生以典範之外的方式解決問題，這種教學扭曲了科學史的本質，不過在典範的指導下學習科學，可以讓學生由範例學得解決問題的方法, 否則將會傷害學生的科學發展。從科學史與科學教育之間諸多的橫向聯繫，我們可以理解科學史與科學教育之間那密不可分的關係。. 一、科學史與科學教育 1960 年代初期，在美國國家科學基金會（National Science Foundation）的贊助下，邀請了眾多科學家、史學家、哲學家和科教學者組成跨領域計畫，開始設計人文導向的物理課程，來吸引更多的學生學習普通物理。並發展了適合高中生學習的哈佛物理課程計畫（Harvard Project Physics Course，簡稱 10.

(27) HPP）（許良榮、李田英，1995）。HPP 課程注重科學理論是被發現的過程，其中所編纂的教科書包含了大量的科學史內容，更包含了大量的實驗。例如歷史上著名實驗的模擬重現，當中不僅簡單呈現研究結果，亦包含此結果是如何被獲得的。科學史的科學研究融入科學教育至此成為學生科學認知與發展的一個重要的向度。因此「美國國家課程標準」（ National Science Education Standards,NRC1996）正式將科學史與科學本質列入國家基本教育當中，成為幼稚園到高中生在學習自然科學時，必須學習的內涵。而在台灣方面，也順應了這樣科學史融入教學的潮流，教育部在 2003 年明訂的國民中小學九年一貫課程綱要中「自然與生活科技」領域內，『科學與人文』的主題之下，『科學的發展』這個次主題中編列了科學史的項目，要求在國中的自然與生活科技領域的教材中將科學家以及科學知識發展的歷程編列進去；例如在自然與生活科技領域分段能力指標 7-3-0-4 當中寫到：「期望教師利用適當的教學活動，來敘述科學家所擁有的批判性思考與如何探究科學的過程，進而吸引學生了解科學家所具的創造性思考的特質。」讓學生從這樣的教學中學習其中最重要的科學本質的概念。有鑑於許多前輩的努力與各國教育方針相繼納入科學史進入科學教學的教學模式，因此開始有諸多學者投入對科學史融入教學的研究，並提出諸多看法。Wang 和 Marsh（2002）認為科學史融入教學可以提升學生對科學概念、科學探究過程的了解，以及教師所創造出科學情境對學生的學習成效。呂紹海（2007）分析科學史學融入課程設計的教學相關文獻之後，指出科學史學融入教學幫助學生了解科學、社會和文化之間的交互作用，呈現科學家在面對問題時的思考或實驗探究歷程，使學生更了解相關科學概念的關聯性，以及科學史有助於教師預測學生的迷思概念，並協助教師進行相關的實驗設計。至此我們可以了解到科學史與科學教學之間密不可分的關係，科學史不 11.

(28) 僅可以協助科學教育，溝通起人文與科學這兩個被誤解成極端的橋樑，將科學概念潛移默化的融入學生生活之中，也可以讓學生了解科學家的探究模式與思考的模式，讓學生了解到科學探究的方法與思維的方式，提升學生對科學本質的認識。. 二、科學史融入教學的相關研究研究者整理科學史在教學上的功能，Irwin（2000）研究是發展希臘時代到原子理論的一系列歷史資料介入教學，結果發現學生對於概念理解差異不大，但對科學本質的理解有顯著差異。該研究所發展的教材涵蓋一段很長的歷史過程，利用此類的科學史教材能夠有效提升學生科學本質的認識。Lin 與 Chen（2002）針對職前教師進行科學史融入教學，包含科學家的實驗、爭論與想法的討論，結果發現至少需施行兩個以上歷史個案，而不是只用一個歷史個案來搭配科學概念，並且利用討論、示範和動手實驗等方式，方能有效幫助教師和學生。Abd-El-Khalick 與 Lederman（2000）以開放式問卷和半結構式問卷晤談大學生和職前教師，並結論出若要顯著提升學生科學本質觀，在科學史課程中以明確（explicit）的方式說明科學本質，是比較有效的方式。同時也建議未來研究方向可建立在具有科學和科學教育課程的情境下，直接教授學生學習科學本質的基本觀念，同時探索科學史課程情境的配合對提升學生學習科學本質觀念的影響。我們可以發現，科學史的教學，如果能夠盡量的做到，以跨越年代的科學歷史故事，呈現科學探索的過程，會比一個觀念搭配一段科學史的科學教學而言，更能達到提升科學本質認識的效果。如果能夠有更多的科學史個案來輔助對一個概念的理解，也將更能使學生了解與釐清科學概念與建立應有的科學本質觀。最好還要能夠很明白的表示出我們所想要表達給學生理解的科學本質，而不是用隱晦的暗示口吻來讓學生理解。而本研究以科學史歷程短文搭配科學本質反思問題的提問，作為一種引導科學本質思考的自主學習策略，來達成提升學生科學本質觀的效果。 12.

(29) 研究者也整理了近年來國內學者對科學史融入教學的研究，大部分是將科學史融入單一章節課程單元來實施。如李明昆、劉靜怡、洪振方（2011）以科學史融入物理教學對高一女生的科學本質觀與電磁學概念改變之研究，發現學生對於科學史融入物理教學活動的實施，持正面肯定態度，認為該教學活動有助於增加思考機會和提供條理程序性概念等優點；而邱明富（2003）則依據「九年一貫科學本質能力指標」與相關文獻建立「學童科學本質的模式」選取適合科學史料，編寫合宜教材，並設計一些相關問題討論，結果發現學生的科學本質與認識均有提升，並且能增進科學的態度；廖麗貞、林寶英、洪振方（2000）將達爾文演化論發展史融入大學生命科學通識課程研究，結果發現此種融合科學與人文的課程頗受學生喜愛，且這種以科學史取向的通識教育課程，能使多數學生的科學態度有正向的改變，並能提升學生在「科學的人文關懷及人文的科學素養」的思辨及價值反思能力我們可以發現到近幾年國內學者的研究中，不外乎是將科學史融入單篇章的科學單元教材設計之中，將科學史教材融入在課堂之中，並利用實驗組與對照組之間的分別，來判斷學生在融入科學史的教學之後，能否有科學本質上的變化。如李明昆、劉靜怡、洪振方（2011）以科學史融入物理教學對高一女生的科學本質觀與電磁學概念改變之研究中表示，在科學本質觀部份，實驗組和控制組學生在教學活動後，科學本質觀並無顯著性差異情形。相關電磁學概念澄清部分均明顯提升，但無顯著性差異；鄭子善（2000）利用說話課方式進行六到八週的科學故事課程進行科學本質的相關研究發現，學生在科學本質與科學態度上的影響有限，但卻影響任課教師的科學本質觀，並可融入課程教學之中。如巫俊明（1997）就曾提出了，歷史導向物理課程可增進學生對科學本質的了解，但不一定能顯著提升學生的科學態度之正向程度，教師若沒有明白地指出事例內容與科學本質的關聯，則可能會傳統科學課程程一樣，對學生的科學本質觀產生負面影響。所以在編寫科學史教材的課程當中，如果能夠適當地融入符合課程的科學史教材，且這樣的教材如果 13.

(30) 能夠以具有一連串科學家相關背景知識融入的方式來編篡，並將之統整成具有連貫性的課程，最後最好還要編寫相關問題的討論，則更能刺激學生在科學本質面向上的提升。林樹聲（2001）建議將科學史融入中學科學教科書，優點除了可以增加學生對科學本質的認知與瞭解，進而提昇科學素養，改進學生對科學的學習與態度之外，還可以增加研究者和教師瞭解學生對科學概念的發展、建立與改變，幫助診斷且找出因應對策，並擴大學生的視野，促進科學與人文的交流。也就是科學史的教材與編寫，是否可以完整地建立出具有統整性概念的科學史段落，以及展現科學史歷史綿長的篇章，整理出具有前後邏輯與相關科學本質觀點聯繫的科學史教科書，並且在各個科學概念或者科學史篇章之後，能夠融入更多相關的科學本質問題討論，或許可以更有效率的提升學生對科學本質相關概念的提升。. 三、科學史融入歷史社會情境的多角度呈現 Kuhn（1962）在《科學革命的結構》一書中提過，科學史研究顯示出了科學家也是人，「仙人打鼓有時差」人總是會有犯錯、不盡然理性與客觀的時候，並且常常會受當時的外在時空環境影響，包含了社會文化、個人因素、政治環境等。若沒有十九世紀當時的工業經濟，有許多技術性的機具開始發展，例如：可以任意取得的電力、真空排氣機、精確的度量衡儀器等的發現，能夠成就十九世紀那爆炸性的知識與科學家嗎？大多數的時間裡其實科學家就跟大家認知的一樣，但真實的科學家與課本中所呈現的科學家面貌完全不同？那教師的教學到底要教給學生什麼樣的科學與科學史？這樣被選擇過的科學史，到底是科學還是歷史？科學史的使用在教學上我們已經在諸多研究當中看出其具有一定的成效，然而科學史的使用本身，仍然有許多的爭議。而這樣的爭議到底該不該放入科學史的教材之中，值得我們討論。例如：十九世紀的帝國主義，中高緯度的英法奧匈等帝國，隨著工業主義與自由主義的經商浪潮，商業夾帶著武力侵略，進逼了這個世界近乎每一個可壓榨的角落，無論是古老的帝國或者未開化的部落、高低緯度無一倖免。隨著橡膠 14.

(31) 與香料的需求，開往熱帶地區展開侵略。而帝國主義這樣的政治主張，在於強者對弱者的剝削。這樣的想法被政治人物借用。演化論的核心思想「優勝劣敗，適者生存」，被用來合理化資本主義體系下的殘酷競爭。在國際關係上，演化論成為帝國主義侵略弱小國家的理論依據。「演化」不只是一個科學概念，甚至達爾文這個名字也不再只是個名字，他變成了一個越來越政治化的名詞。就那個白人至上主義的年代，簡單來說就是種族歧視最深刻的時代，人類可見的不平等隨著帝國主義與資本主義的浪潮而加速了貧富之間的差距。這個時候的生物學，就成了社會的菁英份子懷疑科學與科學的理性者的護身符，更成為了右派政治的科學。「物競天擇」的演化概念下，似乎已經預告了一個「超人」的新物種，來支配下等的人群，就像是自然界的弱肉強食一樣，也因此「優生學」這樣政治化的科學出現了。許多精英開始要求政府採取正面或者負面的行動，去改良人類的遺傳基因，或者保留自己高貴的血統。最後在希特勒的手上，成為了法西斯政治手段的一種，也將達爾文的觀點變成了「達爾文主義」，物競天擇的科學理論成為了社會學與政治語言的理論依據。以上的論述中我們可以發現，十八世紀以來的歷史與科學之間的緊密相依。但歷史討論的是整個社會，包含了整體社會結構下的民族、國家、環境、人群、技術等，整個文明如何對社會的危機提出回應，是整體社會模式去面對的問題，而非只是討論科學一環。但科學歷史的討論，相對於歷史的面向之廣泛而言是非常貧乏的。美國著名科學哲學家與科學史家 Kuhn（1970）曾指出，科學史與其他歷史研究，處于長期的分離狀態，在他之前也沒有人曾公開討論和研究這個問題（Matthews，1994）。歷史學家認為科學教學包含科學史將會是一種很貧乏的歷史，或者是為了支持現行科學形態的偽歷史（pseudo-history）---也就是一種 Whig 型態的歷史。對科學家而言，引用科學史於教學將會浪費時間，也可能傷害學生追求自然真理的信念（許良榮， 1999）。所以如果可以將科學史的教學，並不只是科學概念的產生或者科學 15.

(32) 事實的發現依樣畫葫蘆地呈現，而是將科學史的背後所包含的更多國家民族、社會家庭、人脈技術等相關背景都呈現在科學史的教材與教學當中，相信更能支持歷史真相的多角度討論，並提升學生更多科學本質的提升。如 Stuewer （1998）在〈歷史與物理〉(History and Physics）一文中認為在科學教學上的科學史需要更縝密描述地各種面向的歷史，而這種歷史需要歷史學家的協助。透過互相的補齊，物理學家可以提供各種定律、法則、概念之邏輯結構的意見，而歷史學家可以提供精確的歷史資源，修飾線性歷史的缺點。因此雖然歷史與物理在研究的本質上有很大的差異，但是在教學上具有互補的作用，歷史學家與物理學家應該多進行溝通，而不是彼此互相排斥（許良榮， 1999）。. 第二節科學本質自文藝復興以來，科學開始逐漸脫離哲學成為獨立的研究學門。從主觀的神性認定，到客觀的自然觀察與實證的方法來求得自然界的現象，形成了那個科學快速發展的年代，所產生的科學研究觀念，科學研究觀念的演進也隨著時代的思維而不斷律動。我們談科學談的不外是物理、化學、地球科學、生物學等科目，但是在討論科學本質的時候，我們討論的是有關於科學與其周邊的一切，包括心理學、社會學、歷史學和哲學等的探討，也就是強調「科學家到底是怎樣獲得知識的」，是基於怎樣的機緣、怎樣的環境、怎樣的社會氛圍下，所產生的研究成果。就此許多的專家展開了各種各樣的研究活動，取得了許多的研究成果，但可以確定的一點是，許多專家對所謂的「科學本質」仍然有許多不一致的看法。如美國教育促進會（American Association for the Advancement of Science. （1989）. Project 2061: Science for All Americans. Washington, DC: author.）就將科學本質分類為科學的世界觀（scientific world view）、科學的探究活動（scientific inquiry）、科學事業三個項目。可以得知科學本質並不只是單純的科學概念，開始帶入了更多對科學探究的過程技能與對科學事業活動的價值 16.

(33) 觀，不僅說明了證據對科學的重要，並明白指出了既定的科學理論並不具有永久的權威地位，必要時仍會產生科學革命來創造全新的科學體系，更讓我們明白了科學是許多不同領域的結合，科學家在許多不同的領域努力，並受該社會價值觀的影響而產生不同的科學。美國國家教育發展評鑑小組（National Assessment of Education Progress，簡稱 NAEP, 1989 ）對科學本質的看法可整理為科學知識是暫時性的（tentative）、科學知識是公開性的（public）、科學知識是實徵性的（empirical）、科學知識是可複製性的（replicable）與科學知識是有歷史性的（Historic），與AAAS有所不同的點在於科學知識是公開的，也就是科學家必須正確的發表他們所觀察到的科學現象，並且發表報告支持他們理論學說的資料以及獲得這些資料的方法。並銜接科學知識的可複製性，也就是科學家們必須能夠重複做出其他科學家所做出的實驗，無論在哪裡皆可由其他科學家們重覆來驗證；並且提出了科學的歷史性，現代的科學理論是由社會、政治、方法、技術等方面日新月異的進步而取代過去的理論。 McComas ＆ Olson（1998）以科學哲學、科學史、科學社會學以及科學心理學四個範疇為基礎，對八個國際性的課程標準中有關科學本質的陳述做出分析，並將其分成五大類，包含了：觀察與偏見、科學是人類的活動、科學中的倫理道德、清楚的發表結果、科學知識的暫時性，並整合出總共三十八項的陳述，來定義科學本質的四大範疇。McComas, Clough & Almazroa（1998）更重新整理了科學本質內涵，提出了看法，也提出了有別於他人所歸納整理出的科學本質內涵，如：不同文化的人們對於科學都有所貢獻，不是在獨尊西方白人科學文明的地位；科學史顯示了科學具有演化與革命的特徵，也就是科學是動態的，卻也非只有一直線的前進，會持續進步或者隨著社會的需求而調整，也會隨著理論到了窒礙難行的時候，整體推翻了原先的科學，產生科學的革命；並提出了科學與科技的互為表裡脣齒相依，兩者都是不可或缺的概念。 17.

(34) 第三節科學閱讀與科學寫作閱讀力，攸關個人和國家競爭力，已經是全球先進國家的共識，台灣孩子參加國際學生能力評量計畫在閱讀素養評量這一條項目方面卻是大幅度的退步。由經濟合作暨發展組織（OECD）所主導的 PISA，每三年評量一次主要國家 15 歲學生參與社會所需的關鍵知能，包含擷取、解讀資訊以及思考、判斷力。這裡所指的閱讀內容不只是文章，連海報、圖表、廣告、電影都是。學生必須從各種資料中，找到所需資訊，解讀資訊的意義，再將所閱讀的內容與原有的知識、想法與經驗相連結，綜合判斷後，提出觀點。評量內涵主要側重在學生運用知識技能以面對真實挑戰的能力，不僅是學校課程的精熟程度而已。所以閱讀能力已經一躍為現代學子最重要的能力之一。寫作是學生必學的重要技能，是讓學生將所學知識串連起來、融會貫通的重要方法之一。而如何強化寫作能力，更是目前最重要的教育議題。大家愈來愈擔心，下一代的寫作品質太差，受害的將是他們未來的升學與職場競爭力，而企業界也會因為年輕人的寫作危機，必須付出沈重代價，更擔憂國家的競爭力會因此而下降。其實寫作就是一種學生自行學習的能力，一種將學生經過大量閱讀後，所擁有的知識經過腦中的整理與編排後，以具有邏輯與規畫的方式表現出來的能力，不僅統整了閱讀內化到心中的知識，也能從中發現自己論點的不足而自行去閱讀與尋找更多論點來輔助的能力。因此閱讀與寫作是唇齒相依且不可分離的存在。. 一、科學寫作（一）科學寫作（science writing）的涵義寫作是一個人語文能力的最高表現，也是現代社會所強調的溝通表達管道之一。在練習寫作的過程，學生也學習到組織訊息、邏輯陳述與思考整合的能力。近年來，科學寫作議題的出現，可從 101 年的國中基本學力測驗─作文題目「影響生活的一件發明」中見到科學寫作的重視， 18.

(35) 已經在現代社會對科學知識的傳播不斷普及下開始產生。人們就是利用這些符號（各種說話的形式、社會語言、數學系統、圖表等）重新建構意識，然後再去影響他人的意識（陳淑敏，1996）。Vygotsky（1962）就曾指出寫作能幫助思維的結合與新舊概念的連接。Howard（1988）提出「思想為寫作之父」（act of writing is father to thought itself）之概念，也指出了如果能在科學教學活動中，融入科學寫作的話，能夠增進學生在科學知識的理解，更能引發學生對科學相關事物的反應。也就說寫作的本身，就是一種學習的方法。透過科學寫作，將艱澀難懂的抽象科學語言，轉化為婦孺皆知的科普文章。不僅使得科學知識可以更貼近一般人的需求，亦使得這些貼近人心的文字，能引發一般大眾對科學的關心與認識。（二）科學寫作相關策略與理論既然科學寫作成為近代的顯學，相關的研究也就由韌而生，Wallace 和 Hand（2004）就以認知相關理論為基礎，提出「啟發式科學寫作策略」（science writing heuristic）。包括兩大部分：教師教學模式與學生思考模式。藉由教師科學寫作的實施，讓學生在學習活動中寫出科學寫作的相關文章。並依此歸納出五種現代科學的寫作類型，包括：實驗寫作（experiment）、解釋性寫作（explanation）、報告寫作（report）、傳記寫作（biography）與說明性寫作（exposition）。至於 Prain 和 Hand（2002）則發展出改進科學寫作的架構，以做為實施科學寫作的策略：每個寫作任務可從寫作型態、寫作出發點、讀者群主要分布、概念和文章如何產生的方法，來檢測師生間的寫作協定。也就是說其實科學寫作的方向非常的廣泛，除了一般艱澀難懂的論文、報告、學術文章之外，更可出現在詩詞創作，例如：《詩經》中最為人所熟知的《周南・關雎》：「關關雎鳩﹐在河之洲。窈窕淑女﹐君子 19.

(36) 好逑。」就描述了魚鷹在河州地區的生活，來寓意男女之間的情愛。《邶風・谷風》描述的「習習谷風﹐以陰以雨。黽勉同心﹐不宜有怒」更敘述了一種自然的氣候，一種溫潤的東風，帶來雨水滋潤穀物生長；有了韻文創作，散文也無可少的出現在科學寫作的舞台，科普文學書籍的出現，少了艱澀的科學用語，化學方程式等，轉而出現一篇篇精彩的文章與故事，來吸引讀者閱讀。以上寫作形式也都屬於科學寫作的範疇，也就是除了科學知識的傳播說明外，尚包含有故事性質的寫作、議論場面的辯證、文學小說式的角色安排與表達與口語化的文字呈現等方式，科學寫作也蘊含著人文情感於其中。事實上，科學寫作已經和一般寫作一樣，同樣注重文章起承轉合的基本結構、文句是否通俗通暢、字音字形的正確性等面向，且更強調清楚而明白的觀念、科學知識的使用是否正確，以上全成為了科學寫作的重心。總而言之，科學寫作強調科學知識的傳達，因此比一般寫作更重視資料的搜尋與求證，無法如金庸筆下的人物一般，可以憑空虛擬或者捏造。科學寫作也強調團體的討論互動，因為科學從來就不是出自一個人的手就可以完成的。當然在寫作後的省思上，更是要強調正向的關聯科學與寫作內容，讓學生在參與科學時能夠以正向的、具有關懷的面向來看待科學。. 二、科學閱讀（一）科學閱讀（science reading）的涵義「科學閱讀」是將文字語言閱讀與科學知識學習兩者相互連結的一種方式，透過科學閱讀的相關素材，如科普讀物、科學文章、科學家的故事等，來增進科學相關學習與知識。也就是說科學閱讀就是一種進行科學探究的必要過程，他可以依據文本中的科學片段安排，來了解科學知識的演進與脈絡，形成由淺至深的科學概念認知，不只是在知識理解 20.

(37) 層面，尤其是科學文本故事的內容，常建構在各種各樣的生活情境之中，所以在科學閱讀這樣的科學情境，更能加深了對科學應用、科學分析進而內化的綜合性知識。在自然科教學活動當中，有些教材無法透過課堂上的教學或者實驗室實驗操作來進行學習，學生這時候就必須透過其他的方式─也就是「閱讀」來學習科學，藉此獲得生活中必要的科學概念。因此，提升學生的閱讀理解能力，就是我們需要努力的方向。而科學閱讀在認知方面主要包括詞彙能力、理解能力與探討能力三個項目的技能，在表現方面包含閱讀態度、閱讀行為與閱讀價值（王美芬、熊召弟，2005）。也就是經過科學閱讀的培養，不但能增加學生的邏輯思考能力，也成為學生學習科學的最佳途徑。（二）科學閱讀相關策略與理論國內外相關科學閱讀的研究，許多指向在教學活動中，如想獲得相當的教學成效與學習品質，便是在教學中融入科普讀物的閱讀活動。因為科普書籍能對單一個科學概念以更深入的角度去詮釋，就如同一部影片可以用 30 分鐘以各種角度，來描述一個科學事實，而教學上我們可能只能使用 5 分鐘。科普書籍能提供不同閱讀能力的學生去選擇適合自己的讀物，從漫畫類到小說甚至專業的報章雜誌，只要能貼近學生需求的科普文章都是一種科學閱讀。且科普書籍比教科書更有趣易讀。 Butzow 與 Butzow（2000）進一步指出，童書中故事層次的敘述比教科書中列表記憶科學事實來的有效；科普書的彩色圖片與圖表優於課本上的抽象概念解釋。綜合如上所述，如果能在科學史教材當中，大量運用科普短文閱讀融入科學教學，並考量學生的年齡設計符合學生程度閱讀且具有故事層次敘述的科學短文設計，或許能收到科學史融入教學的事半功倍之效。 21.

(38) 第參章研究設計科學史融入科學教學，能夠有效的提升學生的學習動機與學習成效（劉仲康，1999），提升學生的科學態度（楊燕玉，2001），並可增進教師對學生概念發展的診斷，來找出協助學生發展的對策，增進學生對科學與人文的交流與科學視野（林樹聲，2001）。多數融入科學史的教學，皆能夠有效的提升學生在科學本質認識上的發展，促進學生對科學多種角度的理解與應用（邱明富，2003），顯見科學史融入科學學習對學生的重要性。. 2006 年促進國際閱讀素養研究（PIRLS），台灣排名 22，原本落後的香港急起直追，已經超越台灣，為教育界投下一顆震撼彈。教育部積極投入閱讀扎根的工作，目前初步規畫中，把減少國際指標進入低分組人數比率列為目標之一，希望在民國 100 年，能把低分人數比率從 3%減少至 1%... （聯合報，2009/1/25，C3 版/教育）. 以上報導是政府在了解到新時代的學習趨勢之後，傾全力推動全民閱讀計畫，所作的努力與紀實。政府花費大量的經費挹注在閱讀，就是因為閱讀理解能力就扎根在建立學生的閱讀習慣之上，尤其是推動以科學理解能力為基礎的科學學習模式（黃俊儒，2010）。當學生能夠閱讀科學文章，也能夠理解科學文章的意涵。我們就可以利用科學寫作的方式，協助學生整理對科學知識的理解，反思對科學素養的概念，協助學生於日常生活運用科學知識，並可有效的提升學生對科學本質觀的提升。總和了以上因素，本研究的發想是研究者思考著如何提升學生的科學本質觀，並有效建立起科學閱讀習慣與科學寫作的能力時，卻又必須受限於學校有限的自然與生活科技課程的時間規劃，可利用教師每日批改聯絡簿，讓 22.

(39) 學生每日閱讀聯絡本中的文章，並寫出文章內容的心得與賞析，經老師批閱與修改。既然如此何不結合教師在批改聯絡簿上所花的時間，以及學生每日閱讀聯絡簿與書寫聯絡簿上文章所交代的問題所花的時間，來進行提升學生科學本質觀與深化學生科學閱讀習慣與練習科學寫作的研究。因此本研究就順勢設計而生，研究者設計出一種新的科學史教材與運用模式，希冀學生只要能使用科學聯絡簿教材進行科學閱讀與科學寫作，就能有效提升學生科學本質觀。而學生在科學聯絡簿上進行的科學寫作，輔助證明學生在前後測分數差異的原因與佐證學生科學本質觀的改變，也間接佐證了本教材在提升學生科學本質觀的可行性。. 第一節研究架構研究動機、研究目的與待答問題的綜合結論，我們採取了「實驗研究法」單組前測－後測設計，探討科學歷程短文融入家庭聯絡簿，並經過每日的科學閱讀與科學寫作的研究設計，對學生科學本質觀的影響，整體設計架構如圖 3-1 所示。研究者於 100 學年度下學期編寫 100 篇科學歷程短文教材，並配合關係圖建立起科學聯絡簿後。自 101 學年度第 1 學期開學後，學生每日書寫家庭聯絡簿，除了抄寫每日的作業考試等既定聯絡簿事項與師生、親師對話之外，每日學生也必須閱讀科學聯絡簿中的科學歷程短文，來了解與吸收科學本質的內涵。研究者希望引導學生更有效地抓住科學歷程短文的重點，所以依據每篇科學歷程短文的內容特性，設計具有科學本質反思意涵的問題，讓學生針科學本質反思問題的提問，進行科學本質思考，並在內化科學本質觀後，利用科學寫作呈現學生當下的科學本質概念，同時提升學生的科學本質觀。 23.

(40) 發展科學歷程短文. 建立科學聯絡簿. 建立 100 篇科學歷程短文教材融合科學歷程短文與重點關係圖建立科學聯絡簿. 前測科學歷程短文融入家庭聯絡簿，學生每日書寫. 學生每日閱讀科學歷程短文與寫作科學本質反思問題. 於 101 學年度開學當天實施「了解科學本質量表」前測. 後測. 資料分析量化：分析「了解科學本質量表」前後測的分數-利用 t 考驗，檢定學生科學本質觀的成長質化：利用家庭聯絡簿上學生每日回應科學本質反思問題的科學寫作，輔助證明學生科學本質觀的提升。. 研究結果與討論. 撰寫研究報告. 圖 3-1 研究流程圖 24. 於 101 學年度結業式當天實施「了解科學本質量表」後測.

(41) 第二節研究對象本研究選擇台北市某兩間國中，取八年級各一個班共61位學生，做為受試者的來源。其中男女生的比例在S校女生14人，男生15人，C校女生16人，男生16人，合計共女生30人，男生31人，男女生比例近乎相同。C國中坐落於文山區某國中，S校則坐落於中正區某國中，C校坐落於台北市文教區內，區內學子多為軍公教、台電子弟、眷舍子弟與中低收入戶集中戶，素質上高低不齊；S校坐落於市中心處，周邊大樓、各種展覽館林立，卻也相鄰著知名菜市場等環境，學生素質落差極大。兩校的學區廣納了台北市最常見的文教區、商業區、眷戶、市場子弟，可以盡量囊括台北市不同風格的學子。兩校學風皆屬自由開放，皆會在校內舉辦各式活動如音樂會、慈善晚會、各式球會等等，課堂教學也多以資訊融入教學與講授教學共存的方式進行。兩校學生入學皆無進行能力分班，都依照入學時智力測驗成績，採取S形分班方式進行編班，因此各班皆屬常態分班，班級之間程度上並無太大區別。. 第三節研究工具本研究想要了解經由科學聯絡本的閱讀與寫作後，學生在科學本質概念上的發展與變化，選取了研究工具包含「了解科學本質量表」（林陳涌，1996）、「家庭科學聯絡簿」兩種，來進行實驗過程中資料的蒐集。一、了解科學本質量表（UNOS 量表）：本研究採用了林陳涌（民 85）教授所發展的了解科學本質量表。利用本量表探測與了解學生的科學本質觀，在運用了科學聯絡簿的科學閱讀與科學寫作實施後，在學期開始之前與學期結束之後，在科學本質觀方面的改變與成長。本實驗於一百零一學年度上學期開學日實施，並於該年度結業式當日進行後測。了解科學本質量表依照林陳涌教授的規劃，又分為三大向度，包含了測驗科學方法的本質、科學知識的本質、以及科學事業的本質。整份 UNOS 量表及其三個分量表的信度，是以「內部均質性信度」考驗得知其 Cronbach α 系數值達到 0.90，另外三個分量表在科學方法的本質分量 25.

(42) 表為 0.74、科學知識的本質分量表為 0.79、以及科學事業的本質分量表為 0.77。而本研究以 Cronbach α 做本次施測工具的信度檢驗，得前測 α 信度係數為 0.87，得後測 α 信度係數為 0.90。與林陳涌所收集的信度水準相近。二、學生家庭聯絡簿：家庭聯絡簿一直以來就是扮演著親師之間的溝通管道，教師不僅全天皆要努力於教學本務與班級經營，更大多數的時刻，都要建立起與家長之間無障礙的溝通管道，讓教師從家長的口中了解到孩子在家中的生活狀況，更能讓教師知道家長的教育觀念與管教方式，建立相同的規範與記錄讓學生適從。也可讓家長了解學生在學校的各項表現情形，從簡單的大小考分數，各科作業的繳交情形，在校優良表現事蹟等。吳慧珠、方上榮（1997）指出聯絡簿主要為班級學生與教師之間的對話。而使用聯絡簿的概念上，皆強調了聯絡簿的輔導功能，藉由和學生進行筆談，來了解學生青春期的各種想法與概念，並給予學生適時的建議與鼓勵。而汪靖容（2011）也認為使用聯絡簿，學生除了可以紀錄生活、自我省思及親師合作拉近彼此距離外，更可以融入學期活動以達到教訓輔三合一的效果，啟發學生在多元智能上的創造力，並且讓學生記錄起自己的成長歷程檔案。（一）科學聯絡簿的使用方式本研究中所謂的科學聯絡簿設計，即是將科學發展的歷程短文文章置入每日學生必要閱讀與書寫的聯絡本之中，讓學生每日閱讀時針對科學文章之後所提出的科學本質提問設計，進行科學寫作的回答。藉由將科學發展歷程置入聯絡簿讓學生閱讀，配合科學本質意涵的科學問題提問，讓學生進行科學寫作，書寫出學生的想法或省思，進而記錄學生在各種科學本質觀向度的變化。為完整呈現科學聯絡簿的成書方式，研究者將獨立一個章節說明本研究中最重要的研究媒介，也就是科學聯絡簿內的科學歷程短文是如何建立的。是依照怎樣的寫作理念，來貫徹全文的精神；是採用怎樣的格式，來書寫科學發現的過程；是建立起怎樣的時間線脈絡，來讓學生知 26.