國立臺中教育大學科學應用與推廣學系
科學教育碩士論文
指導教授：許良榮 博士
民國 57-89 年國小教科書之
力學主題內容分析
A content Analysis of Mechanics in
Science Textbooks for Elementary Schools
from 1968 to 2000
研究生：黃美惠 撰
謝 辭
感謝指導教授許良榮教授兩年半以來的悉心指導，才能夠完成這一次的論文 研究。從此研究中，讓我深深體會到許老師從事研究時的謹慎與執著，教導學生 時的諄諄教誨與細心指導。除了讓我有知識的獲得與研究方法的精進之外，更瞭 解到如何去做學問、做研究。更能在研究中學習到要用什麼樣的態度面對自己的 身分，不管是研究者，或是小學老師。我想這不是我能在課堂上學習到的。此外 更要感謝論文口詴委員洪振方教授與葉聰文教授，在忙碌的教學與研究中，仍給 予我細心的指導與協助，使我獲益匪淺，讓我的論文能更完整的呈現。 另外感謝院長靳知勤教授、前任系主任黃鴻博教授，以及所上所有老師們給 予我的教導，使我在許多方面獲得學習與成長，教學研究更為精進。感謝陪伴我 兩年半研究所的同學們，廖慎、冠妤與綾娟，有你們的陪伴與鼓勵，讓我在研究 所的求學生涯中，擁有許多美好的回憶。更要感謝學校同事，玉斯、淑菁、松音 以及一直以來協助我的好同事們，因為有你們在一旁的指導與協助，我的研究才 能進行得如此順利。 最後感謝我的老公，一路上無怨無悔的付出，包容我的任性，還給我兩個可 愛的女兒佳筠、佳育，及家人不斷給予我的支持與鼓勵，感謝你們的包容與付出。 千言萬語仍無法完整的表達心中的感謝，只能在此謝謝大家的無私的幫助與 鼓勵，因為有你們，我才能有機會順利完成自己的心願與理想，衷心的感謝。 美惠 2011.01摘 要
本研究以內容分析法探討台灣自民國五十七年至八十九年的三十年間，各年 代部編版與國編版國小教科書中，以瞭解力學主題單元內容的呈現情形。研究結 果歸納如下： 一、民國 64-73 年的力學主題所佔比例較民國 57-63 年間大幅的增加為 14.42％， 到了民國 83-89 年仍維持比例近 14％，顯示力學主題內容在自然教科書中的 重要性。 二、以各個年級所佔頁數比例來看，國小一、二年級的教科書內容涵蓋力學主題 的單元較少，頁數佔全冊的比例普遍低於 20％。 三、以各個年級力學主題頁數所佔百分比來看，力學主題單元的呈現比例大都是 在中、高年級。 四、力學主題中以「運動與力」在各個年代中所佔頁數比例最高，且在四、五、 六年級教材內容中呈現較高比例。 五、「機械應用」與「電磁作用」在國小一至六年級皆有比例呈現，後者在各個 年代中有隨著年級呈現比例增加的情形。 六、在「文字敘述」部份，民國 57-63 年大都以直述方式呈現，到民國 64-73 年 以後，提問方式呈現的比例增加。 七、在「實驗方式」部分，在民國 57-89 年中以驗證式的實驗呈現比例較高。而 在民國 57-63 年以食譜式和驗證式所佔的頁數比例較高，到民國 64 年以後， 則以驗證式與發現式所佔頁數比例較高。 研究者於文後提出數項建議，供學校教師實施教學、教科書編寫與未來相關 研究之參考。 關鍵詞：國小教科書、力學主題、內容分析法。Abstract
The purpose of this study was analyzed the content of Mechanics in the science textbook of elementary school. Content analysis and literature review are adopted to analyze the units from the year 1968 to 2000.The result is as follows:
1. The percentage of Mechanics is 14.42% higher from the year 1975 to 1984 than that from the year 1968 to 1974. Till 2000, the percentage of Mechanics is still up to 14 percent, demonstrating the importance of Mechanics in Science textbooks. 2. There are very few units covering Mechanics for the first and the second graders,
and the pages on Mechanics cover less than 20% of the total pages.
3. The study sums up the fact that the percentage on Mechanics mainly falls on the third to sixth graders.
4. The most discussed theme is on Movement and Strength in textbooks of the forth to sixth graders.
5. The Application of Mechanics and the Effect of Electromagnetic show up in
textbooks of all grades, and the latter increases while the students are getting older. 6. Narration aspect, from the year 1968 to 1974, it is expressed by direct statements;
however, to the year 1975 later, questions are relatively increased.
7. Experiment aspect, From 1968 to 2000, justification is highly used. From the year 1968 to 1974, the recipe and justifying methods hold highly percentage; but the years 1975 later, justfication and discovery was mostly adopted.
Lastly, the study proposes several suggestions for teachers and publishers for future relative reference.
目 錄
第一章 緒論...
1 第一節 研究背景與動機... 1 第二節 研究目的與待答問題... 5 第三節 名詞解釋... 5 第四節 研究範圍與限制... 6第二章 文獻探討...
9 第一節 近代科學課程發展及台灣科學課程的演變... 9 第二節 教科書的角色與分析... 19 第三節 力學概念的相關研究... 27第三章 研究方法與設計 ...
33 第一節 研究架構... 34 第二節 研究對象... 35 第三節 研究流程... 39 第四節 研究工具 ... 40 第五節 資料分析... 48第四章 結果與討論 ...
55 第一節 歷年教科書中力學呈現主題之分析... 55第二節 各年級力學主題頁數分佈之分析... 66 第三節 歷年國小教科書力學主題呈現方式之分析... 90
第五章 結論與建議...
107 第一節 結論... 107 第二節 建議... 109參考文獻
... 111 一、中文部分 ... 111 二、英文部分 ... 118 三、網路文獻 ... 120附錄
... 121 附錄一、台灣國小自然科教科書內容分析之研究... 121 附錄二、民國57至89年國小常識與自然科課本單元一覽表... 128表 次 頁次 表2-1-1 國民小學自然與常識科課程標準修訂年代... 13 表2-1-2 國民小學自然與常識科科目名稱與教科書制度... 17 表2-1-3 科學課程標準中科目名稱的年級區間... 17 表2-1-4 台灣國小科學課程改革的趨勢... 18 表3-2-1 常識與自然科科目冊次... 35 表3-2-2 民國57~89年國小自然科教科書有關力學概念單元一覽表... 36 表3-4-1 力學主題分析類目... 41 表3-4-2a 力學主題呈現內容分析表-文字敘述... 43 表3-4-2b 力學主題呈現內容分析表-實驗方式... 45 表3-4-3 評分者相關資料... 50 表4-1-1 各年代國小力學主題總頁數統計表... 56 表4-1-2 國小教科書力學主題各年級頁數統計表... 56 表4-1-3 國小教科書力學主題主類目分佈統計表... 58 表4-1-4 國小教科書力學主題次類目分佈統計表... 60 表4-2-1 民國57-63年國小各年級主題頁數之變... ... 66 表4-2-2 民國57-63年國小各年級力學主題「地球和太空」 次類目頁數之變化... 67 表4-2-3 民國57-63年國小各年級力學主題「運動與力」 次類目頁數之變化... 68 表4-2-4 民國57-63年國小各年級力學主題「電磁作用」 次類目頁數之變化... 69 表4-2-5 民國57-63年國小各年級力學主題「重力作用」
次類目頁數之變化... 70 表4-2-6 民國57-63年國小各年級力學主題「機械應用」 次類目頁數之變化... 70 表4-2-7 民國64-73年國小各年級主題頁數之變化... 72 表4-2-8 民國64-73年國小各年級力學主題「地球和太空」 次類目頁數之變化... 72 表4-2-9 民國64-73年國小各年級力學主題「運動與力」 次類目頁數之變... 73 表4-2-10 民國64-73年國小各年級力學主題「電磁作用」 次類目頁數之變化... 74 表 4-2-11 民國 64-73 年國小各年級力學主題「重力作用」 次類目頁數之變... 75 表4-2-12 民國64-73年國小各年級力學主題「機械應用」 次類目頁數之變化... 76 表4-2-13 民國74-82年國小各年級主題頁數之變化... 77 表4-2-14 民國74-82年國小各年級力學主題「地球和太空」 次類目頁數之變化... 77 表4-2-15 民國74-82年國小各年級力學主題「運動與力」 次類目頁數之變化... 78 表 4-2-16 民國 74-82 年國小各年級力學主題「電磁作用」 次類目頁數之變化... 79 表 4-2-17 民國 74-82 年國小各年級力學主題「重力作用」 次類目頁數之變化... 79 表 4-2-18 民國 74-82 年國小各年級力學主題「機械應用」
次類目頁數之變化... 80 表 4-2-19 民國 83-89 年國小各年級主題頁數之變化... 81 表4-2-20 民國83-89年國小各年級力學主題「地球和太空」 次類目頁數之變化... 81 表4-2-21 民國83-89年國小各年級力學主題「運動與力」 次類目頁數之變化... 83 表4-2-22 民國83-89年國小各年級力學主題「電磁作用」 次類目頁數之變化... 85 表 4-2-23 民國 83-89 年國小各年級力學主題「重力作用 9 次類目頁數之變化... 85 表4-2-24 民國83-89年國小各年級力學主題「機械應用」 次類目頁數之變化... 86 表4-2-25 各年代國小教科書力學主題單元數統計表... 87 表4-3-1 國小力學主題文字敘述不同呈現方式之 所佔頁數統計表（民國57-89年）... 91 表 4-3-2 國小力學主題單元實驗方式不同呈現方式之 所佔頁數統計表（民國 57-89 年）... 100
圖 次 頁次 圖2-1-1 美國百年科學教育發展期... 10 圖2-1-2 民國58年自然課本目次... 15 圖2-2-1 我國教科書研究年代篇數的分布概況... 21 圖2-2-2 我國教科書研究的研究方法篇數分布概況... 22 圖2-2-3 我國教科書研究的科目篇數分布概況... 22 圖3-1-1 研究架構圖... 34 圖3-2-1 民國57-63年與83-89年自然課本力學主題內容... 36 圖3-3-1 研究流程圖... 39 圖3-4-1 民國56-63年與64-73年自然課本力學主題內容呈現... 44 圖3-4-2 民國64-73年與64-73年自然課本力學主題內容呈現... 46 圖3-4-3 民國83-89年自然課本力學主題內容呈現... 46 圖4-1-1 各年代力學主題總頁數變化... 57 圖4-1-2 民國74-82年自然教科書力學主題內容呈現... 61 圖4-1-3 各年代「太陽系與孙宙」次類目頁數比例變化... 62 圖4-1-4a 各年代「運動與力」次類目頁數比例變化... 62 圖4-1-4b 各年代「運動與力」次類目頁數比例變化... 63 圖4-1-5 各年代「電磁作用」次類目頁數比例變化... 63 圖4-1-6 各年代「重力作用」次類目頁數比例變化... 64 圖4-1-7 各年代「機械應用」次類目頁數比例變化... 65 圖4-2-1 民國57~63年自然五年級下冊水力和風力的利用單元內容呈現………. 69 圖4-2-2 民國64~73年自然六年級上冊四輪車與小山坡單元內容呈現... 75 圖4-2-3 民國83~89年自然課本三年級下冊怎樣用力單元內容呈現... 82
圖4-2-4 民國83~89年自然課本三年級下冊怎樣用力單元內容呈現... 84 圖4-2-5 民國83~89年自然課本六年級上冊巧妙的用力單元內容呈現... 86 圖4-2-6 各年代力學主題單元數變化... 88 圖4-3-1 民國57~63年自然課本五年級（左圖）與四年級（右圖） 力學內容呈現... 93 圖 4-3-2 民國 64~73 年自然課本五年級（左圖） 與民國 74-82 年五年級（右圖）力學內容呈現... 94 圖4-3-3 民國83-89年四年級（右圖）&三下怎麼用力力學內容呈現……….…. 95 圖4-3-4 民國57~63年自然課本四年級（左圖） 與五年級（右圖）力學內容呈現... 96 圖4-3-5 民國64~73年自然課本三年級（左圖） 與83-89年二年級（右圖）力學內容呈現... 97 圖4-3-6 民國74~82年自然課本六年級（左） 與83-89年四年級（右圖）力學內容呈現... 98 圖4-3-7 民國64~73年自然課本五年級（左） 與83-89年六年級（右圖）力學內容呈現... 99 圖4-3-8 民國57-63年自然課本五年級上冊（左圖）（右圖） 力學內容呈現... 102 圖4-3-9 民國64-73年自然課本五年級上冊（左圖）下冊（右圖） 力學內容呈現... 103 圖4-3-10 民國74-82年自然課本四年級下冊（左圖）（右圖） 力學內容呈現... 104 圖4-3-11 民國83-89年自然課本五年級上冊（左圖）（右圖） 力學內容呈現... 105
第一章 緒論
本研究之目的在於了解台灣國民小學的自然科學教科書，自民國 57 年至 89 年的「力學」主題內容呈現的情形。本章共分為五節，依次分別為研究背景與動 機、研究目的與問題、名詞解釋、及研究範圍與限制等。第一節
研究背景與動機
一、 科學課程的發展與演變 近年來課程的發展已經過一段時間的演變，而課程改革對科學教學的影響極 大，回顧我國近三十多年來教育改革的主軸，無疑的是在課程的演變，而在課程 發展的過程中，頗受到先進國家（美國）課程計畫的影響（鄭湧涇，2005）。Black ＆ Atkin（1996）指出科學課程發展必頇「適時適地（fit the times and places）」，不少科學教育文獻也呼應課程的發展與實施需要考慮社會文化機構或 教師的既存理念等因素(Olson, 1981; Tobin ＆ McRobbie, 1996, 1997; Squire, et al., 2003)。概念內容的學習也是科學教育的核心之一，課程發展難以與概念的學 習切割。新期刊《Cultural Studies of Science Education》的發行更突顯科學教育及 科學課程的研究需要重視其社會、文化與歷史因素。課程的發展不能脫離社會情 境，更不能忽略歷史的脈絡。因此，研究者希望從歷史發展的脈絡中，探討在實 施九年一貫課程之前，台灣過去三十多年來國小科學教育課程的發展。國內外的 學者提出科學的教學以教科書為中心，且是學生學習的基本工具，大多數的國小 教師以教科書為科學教學的主要依據(Renneret al.,1990； Barman,1992；劉昭宏、 郭重卲，1995）。因此，課程的發展對科學教學有極大的影響，更應重視社會與
歷史發展，教科書不僅是科學教學的中心，更是學生學習的基本工具，是國中小 的科學課程實施的主要學習材料。 二、教科書的內容及重要性 教科書在科學課程中扮演重要的角色，故應進一步瞭解教科書的內容及其重 要性。從民國57年國民義務教育實施迄今已有40餘年，在這當中曾進行過多次課 程綱要的修訂與頒布，隨著當時的時空背景與政治環境之影響而有課程綱要的變 革。黃榮村（2002）指出教科書是具體實現課程綱要的重要內涵之一，亦是師生 間教與學的重要依據，更是政府達成政策目標的重要途徑之一。可見，在中小學 教育中，教科書是依據課程標準而編制的具體教學內容。教科書對師生而言，不 僅是課程具體的表徵，更是重要的教學資源（張祝芬，1995）。亦有學者提出「課 程的下一步就在教科書的下一頁」（Woodward & Elliot,1990b），乃指出在教室中 實際決定教學目標與教學內容的是教科書，且教科書的內容是具體明確的。 周淑卿（2008）指出教科書在教與學的過程中一直被賦予重要的功能。李宗 薇（1998）也提出教科書是學校課程的主要部份，中小學七成以上的教室活動與 教科書有關。國內外學者的相關研究中，也發現科學教師的教學有九成的時間使 用教科書，且兒童在教室上課的時間與作業時間，與教科書有關各佔了教室活動 的 75％及 90％，國中小的教室活動中，大部分的時間與教科書相關的講述、問 答、作業和考詴有關（Stake & Easley, 1978；黃政傑，1989；柯華葳，1995；周 祝瑛，1995）。可見，教科書是最具體的教育內涵，是師生賴以教與學的重要依 據，更是藉以達成教育目標的主要途徑之一（Yager, 1983；熊召弟，1997）。
周珮儀和鄭明長（2006）在教科書的研究發展中指出進行教科書研究的科目 大多以社會與語文領域為主要研究領域，而自然與生活科技領域的篇數較少。再 加上藍順德（2004）針對進行教科書研究時提出幾項建議：
（一）在研究主題方面，應加強教科書發展過程的相關研究。 （二）在研究方法方面，應加強質性研究方法的運用。 （三）在研究科目方面，除社會及語文學科外，數學、自然與生活科技教科書 之相關研究應予以特別重視。 由此可知，進行自然科學教科書之相關研究的重要性。雖然教科書內容的相 關研究日漸受到重視，然而，對於長期縱向研究自然科學領域教科書內容，相對 來說卻比較少，其中針對力學教材內容的探討更是少見。為進一步了解自然科教 科書相關研究方向，以下針對國內相關的國小自然科教科書研究做說明。國內目 前在國小自然教科書的研究，多為針對單一教學主題進行各版本之內容分析（潘 子欣，2001；韓名璋，2002；鄭文光，2003；呂文靜，2005；楊明璋，2005；楊 思樺，2005；劉俊宏，2006；陳秀玲，2006；呂紹海，2007），以及與鄰近國家 教科書的比較（柯淑瓊，2005；高文芳，2005；鄭一喬，2005；陳心怡，2007） 等兩方面之研究，而針對長時間縱貫性的單一概念分析教科書內容的研究尚屬少 數。 柯淑瓊（2005）曾就國內自然科學課程的演變與教科書內容，依據 Collette ＆ Chiappetta（1994）的科學過程技能加以分析，楊明璋（2005）曾針對九年一貫課 程中的自然與生活科技領域的力學概念教材內容加以探討其物理屬性。是故，從 歷史發展之縱向角度來分析國小力學教材者，在國內至今尚未有研究提出。 故研究者將以歷史發展之縱向角度來分析「力學」相關之國小教科書，期能 對未來自然科教科書相關內容的編輯或設計有所助益，也能做為未來國內科學教 育課程相關研究之參考。 三、力學主題在自然科學教科書之重要性 在日常生活中，「力」是無所不在的，我們無時無刻不受到力的影響，因此，
「力學」可說是與我們的生活息息相關。在國小低年級階段，學童以觀察風、水 及手的推力，與二年級的噴水遊戲和玩磁鐵活動，來了解力學相關概念。到往後 的國小三到六年級才納入了正式力學相關課程，到了國中的理化以及高中的物理 課程，力學皆佔了相當多的比重（楊明璋，2005）。林清涼和戴念祖（2004）也 提到力學與我們生活最密切。由此可見，力學在我們日常生活中的重要性，且是 自然科學課程中不可缺少的一部份。 在相關研究中，顯示力學的學習是學童最容易遇到困難的單元，以及學生對 於力學存有頗多的迷思概念。Treagust, Duit & Fraser（1996）指出力是最難學習 的概念之一。李田英（1995）認為學童最常存有的另有概念是重力、速度、方向、 天體、能量、作用力和槓桿等相關單元。其中力與運動的概念較具體，學生易與 生活中的經驗而獲得的想法作為理解力學概念的基礎，但受限於人類的感官感受 有限，對事物現象的觀察而得到的結果，往往不完全、也不正確（鄭茹芬，2002）。 可見學生在學習力學相關主題時仍存有自己的想法與概念，因此有關力學迷 思概念的研究有，陳淑筠（2002）對國內學生自然科學迷思概念研究的後設研究 發現，以「力與運動」與「電磁作用」的研究篇數及迷思類型最多，占物理研究 主題總比例的 57％，其中以力學概念的研究篇數及迷思類型最多，共 25 篇。 林楷植（2002）在發展二階段紙筆測驗探討國中生的「力與運動」迷思概念 之研究中，亦統整 1976 年到 2002 年間國內外力與運動迷思概念的相關研究，國 外有 33 篇，國內有 16 篇，可見力學受到學術界的重視。 綜合以上力學主題迷思概念的相關研究，學生在學習力學相關主題時存有頗 多的迷思概念，而這些迷思概念大都是受到日常生活、直觀經驗或教科書呈現錯 誤的概念等之影響（王美芬、熊召弟，1995），因此學生在學習科學時需經過一 段很困難的概念改變過程，才能達到有意義的學習。而在教材內容呈現中，當學 生無法洞悉其想法與教科書內容有何相關，教師可利用提問方式來考驗學生的想
法與迷思概念以促使概念改變的學習（邱美虹，1993）。概念改變是學生需修正 他的先備知識以符合新學的科學觀點（Smith, E. L., 1996）。學生從教科書與科學 學習中習得獲取知識的過程，在學習科學的原理時，由教師引導發現問題以進行 有效的學習，由上可知，學生概念的改變需有提問情境的安排與發現式教學的輔 助，亦即教科書的編寫是必頇重視的面向之一。 宋明順（1998）指出自然科學教科書的內容中除了大多數的文字描述內容以 外，其中的提問式主要是在透過問題鼓勵學生提出心中的想法。用問題來做為某 一主題教學的開始，可引發學生的推理，並能促使師生共同討論，以瞭解問題 （Anderson & Roth, 1989）。再者，自然教科書內容與其他科目的不同之處是實驗 活動的呈現，實驗在自然科學教學上有其重要性，而且教師與學生也都認為實驗 課在自然科教學是不可或缺的（林陳涌，1995）。歐陽鍾仁（1988）也提出學生 進行實驗的目的是加強其具體的思考、瞭解科學的方法。但因教科書中的科學知 識大都是強調科學是驗證知識的過程，驗證已經知道的，而忽略科學知識是如何 產生的（許良榮，1997）。但科學教育是以培養學生學習新技能、發現問題，進 而提升創造力為目標，因而本研究想進一步了解教科書內容力學主題的整體呈 現、國小各年級的呈現情形與呈現的方式為何，呈現方式將以文字敘述的直述式 與提問式，以及實驗方式分為食譜式、驗證與發現等三種類別以進行教科書內容 的分析。
第二節
研究目的與待答問題
本研究旨在針對民國57-89年之國小教科書中「力學」主題進行分析，期望 研究結果能做為未來國小科學教材相關研究的參考，本研究目的與待答問題如 下：(一) 分析民國 57-89 年國小教科書科學課程之「力學」主題各年代呈現的情形？ (二) 探討民國 57-89 年國小教科書科學課程之「力學」主題各年級分佈的情形？ (三) 探討民國 57-89 年國小教科書科學課程之「力學」主題文字與實驗的呈現方 式為何？
第三節
名詞解釋
一、 國小 本研究所指「國小」是指民國 57 年之後的國民小學。 二、 力學主題 本研究所指的力學主題，其內容只包括下列五個主題：地球和太空、運動與 力、電磁作用、重力作用、機械應用。 三、 呈現方式 本研究的檢核表中所列出的文字敘述與實驗方式兩種，文字是以直述和提問 的方式兩種，直述是指將核心的概念直接以文字描述，讓學生能直接清楚的 瞭解；提問是指課文內容中依據內容概念的呈現，設計問題類型的呈現，讓 學生能思索與思考出概念的內容；實驗方式則分為食譜式與非食譜式，其中 非食譜式又可驗證式與發現式三種，食譜式是指學生只要跟著教科書中的實 驗步驟逐步依序進行，實驗步驟有清楚的描述（屬於結構式的實驗）。驗證 式是指實驗活動主要用來驗證科學的知識，重視實驗結果，實驗活動安排在 概念或理論之教學的後面，實驗的結果較為封閉式的單一結果或正確答案。 發現式是先引導學生操作實驗，從實驗過程中發現問題與找出現象與科學原 理，而科學的原理與概念是在實驗活動後整理歸納與呈現，因此科學原理的 呈現在實驗活動之後。第四節
研究範圍與限制
一、研究範圍 本研究主要採取內容分析為研究方法，針對國內民國57年至63年的常識科與 自然科，以及民國64年以後六年一貫的國小自然科學之課本與教學指引為研究對 象。為讓研究結果更加明確且在架構上力求完整，茲將研究範圍加以界定，且因 受主客觀因素的影響，在研究方面亦有若干限制，茲分述如下： （一）教科書選擇的範圍 本研究教科書選擇範圍為民國57-89年國立編譯館發行之統編本教科書，而 民國85-89年已有審定本與統編本兩種版本並行，但只選擇統編本的教科書。而所 採用的教科書是依據民國57年國民小學暫行課程標準、民國57年國民小學課程標 準、民國64年國民小學課程標準、民國82年國民小學課程標準之民國57至89年所 編輯發行的國民小學常識科與自然科教科書。 （二）力學內容研究的範圍 由於民國 57 年至 89 年的自然科學課程的內容並未涵蓋所有力學，本研究的 分析範圍僅就：地球和太空、運動與力、電磁作用、重力作用、機械應用等五個 部分。 二、研究限制 因礙於人力、時間等因素的考量，研究者無法兼顧自民國 57 年至 89 年的自 然科學教科書中的所有單元，亦即核心概念（包括氧化還原、光、靜力）相關課 程的發展與內容呈現方式，因此僅針對力學在教科書內容中的呈現方式進行分 析，且針對這三十餘年來的教科書編輯內容所包含的力學進行分類。因此，本研究的教科書內容分析僅就地球和太空、運動與力、電磁作用、重 力作用、機械應用等五個部分，且只針對教科書中有關力學內容敘述的文字資料 與實驗方式的呈現加以分析。
第二章 文獻探討
本研究以內容分析的方式針對教科書進行分析與收集教科書相關內容做文 件的分析，藉以了解台灣在過去三十多年的教科書內容中力學主題呈現的情形。 因此本章以三節分述之：第一節分析近代科學課程發展及國內科學課程的演變； 第二節教科書的角色與分析；第三節力學主題的相關研究。茲分述如下：第一節
近代科學課程發展及國內科學課程的演變
美國科學課程在近六十年來進行許多重大的改革，藉此提升公民的科學素 養，使其能在二十一世紀佔有世界科技第一的地位。而台灣的課程改革內容亦強 調培養國民的科學與科技的素養，透過科學學習進而培養探索科學的能力，最終 習得問題解決的能力。美國的科學教育發展對全世界與我國的科學課程發展影響 甚深，欲了解近代科學課程發展的情形則需加以探討美國的科學教育發展歷程。 尤其台灣的科學課程發展大致參考美國的課程發展歷程，因此，進一步探討美國 影響台灣科學課程發展的情形有其重要性。以下就近代美國與台灣的科學課程發 展情形加以說明。一、
近代科學課程的發展 台灣在不同年代的科學課程發展大都是受到美國科學課程發展的影響，一直 到1960年代，美國科學課程的改革影響我國的科學課程至鉅（熊昭弟，1996）。 此改革緣起於蘇俄發射了人造衛星史潑尼克（Sputnik）時，使得美國朝野，尤其 是科學界，為之震驚，也引起美國政府對科技發展研究的再檢討，同時也掀起中 小學基礎科學教育的全面改革運動（楊榮祥，1994）。因而在六０年代中，全球性科學教育的改革熱潮，科學教育的課程與完整的科學教材陸續的研發與出現 （魏明通，1997）。 欲探討近代的科學課程發展，可從美國近代的科學教育發展開始探討，因此 頇深入了解美國在近一百年科學教育發展的歷程，以作為我國科學教育改革的借 鏡與參考。因此邱美虹和周金城（2005）依據美國於1904年發行的第一本科學教 育年鑑中所涉及的科學教育內涵，再加上相關文獻的分析，針對1904年至2001年 約一百年的科學教育發展做評析。共可分為三階段分別為科學教育形成期、專業 科學教育發展期、全民科學素養拓展期（如圖2-1-1）。 第一階段 科學教育形成期 第二階段 專業科學教育發展期 第三階段 全民科學素養拓展期 1904 1932 1947 1957 1960 1970 1981 1983 1985 1989 1993 1994 1996 2001 自 然 研 究 教 導 科 學 學 校 的 科 學 教 育 科 學 探 索 重 新 思 考 科 學 教 育 回 歸 基 礎 教 育 STS 危 機 中 的 國 家 ２ ０ ６ １ 計 畫 全 美 國 民 的 科 學 科 學 素 養 標 竿 美 國 兩 千 年 法 案 美 國 國 家 科 學 教 育 標 準 不 讓 孩 子 落 後 法 圖2-1-1 美國百年科學教育發展時期（引自邱美虹與周金城，2005） 由二十世紀初的科學教育形成期，發展至1950年代後期至1970年代的專業科 學教育的發展，以至八０年代的科學素養的培養時期，歷經了百年的時間，整個 美國科學教育的發展時期與概況完整呈現。其中在六０年代後期有很大的課程轉 變，因為受到蘇俄發射人造衛星的影響，而開始了美國深思科學教育改革的重要 性。以下整理熊召弟（1997）之論述，說明美國近年在科學課程改革影響台灣科
學課程至鉅的部份： （一）1950年代中期以前的科學課程改革 二十世紀初的美國社會正開始由農業社會進入工業化的社會，且教育的理念 上受到杒威的實用主義影響，重視實用性與問題解決能力，在課程設計與規劃著 重在知識的組織與經驗間的連結，較少關注學生的個別需求。在1917年至1957年 為美國教育的進步時期，在此時期沒有明顯的科學教育目標，主要是要讓學生學 習科學方法，培養問題解決的能力（Bybee ＆ Deboer,1994）。 （二）1960年代的美國科學課程的改革 課程改革重點強調學科的內容，但因蘇俄成功發射人造衛星，震驚美國朝野 各界，開始反省與意識到科學與科技人才的缺乏，數學與科學教育亟需極大的改 革，因而興起大規模而一連串的科學課程革新。因此美國國家科學基金會
（National Science Foundation，簡稱NSF），鼓勵科學家與科學教育者從事新課程 的改革，陸續開始有許多新的科學課程誕生，如ESS、SCIS、S-APA等。此三種 科學課程的主要特色是以活動為基礎（Activity-based）的小學自然科學課程，強 調問題的解決方法有許多種，孩子的直接經驗有其重要性，各種活動皆需孩童的 動手操作（hand-on appoach）實驗或直接參與，也強調孩子的探索精神，並設計 教材教具搭配學習，希望藉由活動式的教學提升學童的探究能力。此階段屬於專 業科學教育發展期。 （三）1970年代的回歸基礎教育運動 因在六０年代強調學生的智力開發與培養學生創造力和探究能力，但成效並 不顯著。且課程內容過於理論化，因此所培養出來的學生缺乏基本的知識與工作 的基本技能，無法適應就業市場的需要。因此1970年美國科學教師學會（National Science Teachers Association）發表科學教育的新主張，課程改革著重發展學生的 科學素養與提升過程技能，而有回歸基礎教育的主張，以加強學生的基礎讀、寫、
算基礎知識和技能的教育為主。 （四）1980年代的強調科學與技學的重要性 在近二十年來，美國的科學教育進行了第二次的課程改革運動，主要原因是 世界經濟的競爭以及科學與科技的不斷創新結果，再加上地球的危機，激起科學 社群的省思，也震撼了其他非科學社群的人之社會理念與省思，其中包含對科學 教育的信念與價值觀。再者受到近年的科學哲學觀點的演變與認知心理學方面的 發展影響，使得學生主動學習與參與及積極建構意義的現象普遍受到重視（郭重 卲，1992），此階段屬於全民科學素養拓展期。 美國在近六十年來的科學課程發展有許多重大的改革，由農業社會漸漸發展 轉變為工業化社會，在課程教學上由早期講授式的教學，重視科學知識的傳授與 實用性。到六０年代科學課程的改革，開始發展許多的新課程，並重視學生的問 題解決能力，強調動手操作與提升探究能力，到近二十年的加強學生主動積極參 與建構學習的態度，強調培養全民的科學素養。 由此可知，美國在科學課程的發展目標，是回應社會不同時期的需求以及欲 培養科技發展所需的人才，更希望提升全民的科學素養與問題解決的能力，以應 用於日常生活中，更期望能藉由科學課程的發展，鞏固美國在全球領先的主導地 位。
二、
台灣的科學課程發展與演變 依據研究者所整理台灣科學課程之相關文件資料，將台灣四十多年來科學課 程演變情形，就課程標準的修訂、科目名稱的演變、課程改革的趨勢三方面來探 討。 （一）課程標準的修訂課程的發展在時代的變遷中逐步演變，其中可從課程的發展政策看出課程的 改革對科學教學的影響，其主要改變為課程設計的依據由「課程標準」改為「課 程綱要」，教科書之編審由統編制改為審定制（鄭湧涇，2005）。本研究針對自 民國57年至89年九年一貫課程實施之前的課程設計與變遷，也就是自政府實施國 民義務教育以來，國小自然科課程設計不斷的推陳出新，其間歷經民國41年至78 年的國立編譯館的「舟山模式」，78年之後的板橋研習會的「板橋模式」以及教 育部教育指導委員會的「南海模式」，反映著自然科課程隨著時代的進步與需求 而變革。我國國民小學的課程標準，自民國十八年教育部頒布「小學課程暫行標 準」以還，到民國八十二年修訂公布的「國民學校課程標準」，共歷經了十餘次 的修訂。研究者依據本研究的需求整理課程標準的修訂年代成表2-1-1。 其間的課程標準修訂隨著教育政策與社會文化的變遷而有所變動，台灣早期 的課程發展是以課程標準為依歸，從民國57年到64年間，課程標準共歷經四次的 修訂（孫華軒，1977）。民國41年修訂的「國民學校課程標準」，對自然科內容未 做大變動的改革，仍然只在高年級實施（教育部，1993）。惟民國45年設立了國 民學校教師研習會，負責小學教師的在職教育工作，以提升與推行科學教育，此 教師研習會對爾後台灣小學科學教育發展有著重要的貢獻。此教育發展時期可稱 表 2-1-1 國民小學自然與常識科課程標準修訂年代 年代（民國） 課程標準修訂 課程名稱 年級 57 年 1 月 國民小學暫行常識課程標準 低年級常識科 一、二 57 年 1 月 國民小學中高年級自然暫行 課程標準 自然科中高級 三、四、五、六 64 年 國民小學自然科學課程標準 自然科 一、二、三、四、五、六 64 年 8 月 國民小學自然科學課程標 準—74 年起逐年修訂 自然科學 一、二、三、四、五、六 82 年 9 月 國民小學自然課程標準 自然 一、二、三、四、五、六
為「遷台基礎階段」（方炎明，1989）。 民國37年與41年的課程修訂，低年級常識沒有課本，而高年級的自然科教材 重視科學知識的教導。台灣早期的政治與思想意識形態全面性的介入教育系統， 科學課程的設計主要是依據「反共抗俄」的基本國策，各科課程內容均以加強民 族精神為重心，因此科學教育旨在提高國民的知能，以厚植民族復興的力量（方 炎明，1989；魏明通，1997）。隨著科學技術的進步，民國51年教育部將「自然」 科改為小學中、高年級的教學科目，目的在使國小學生能提早接受科學教育，在 此階段之前小學科學教育以傳授正確的科學知識為主。 民國64年經實驗研究與參考美國課程的精華而設計的小學科學課程，由過去 的教師講授為中心的教學，轉變為以學生有興趣且做中學的教學，奠定科學教育 向下紮根與發展的基礎（魏明通，2005）。此時期的國民小學課程標準對台灣的 小學教育是一大革新的依據，其最重要的變革為期望學童能習得好奇進取、負責 合作、客觀細心、信心與耐心等科學態度與引進自美國SAPA課程的科學方法以 及其他國外的參考資料，大力推展新科學課程，作為台灣國民小學科學教育的改 革參考（全中帄，2006）。 而關於台灣科學課程發展的歷程，以及各時期的演變，可由課程標準的修 訂看出，因此，有關民國57年至89年國民小學自然科學課程發展的歷程，整理如 表2-1-1以說明課程標準修訂與課程名稱。由表2-1-1可知，大約10年即進行課程標 準的修訂與頒布。自民國18年以來，國民學校的教學科目，分為「初級」（一至 四年級）和「高級」（五、六年級），初級階段分成「國語」及「常識」兩科，而 這兩科採「混和教學原則」，因此教科書合併編寫成「初級小學國語常識課本」。 將常識定為小學初級學科，並把社會與自然合併稱為「常識」。由早期民國30年 低中年級的國語常識教材配合上課，以混和方式教學，歷經民國41年、51年的低 年級常識分科教學，但不用課本，教育部另編低年級常識科單元教學要目，到民
國57年另修訂低年級常識課程標準，至此得採用課本，教育部另編一、二年級常 識兒童讀物，以供兒童研究、參考。以至民國64年頒布的低、中、高年級自然科 學課程標準，從此科目名稱大致皆為自然科學。 圖 2-1-2 民國 58 年自然課本第二冊目次 科學課程的科目名稱從民國 57 至 82 年的變動情形，由原本的低年級常識科 課程與中高年級的自然科課程，漸漸演變為六年一貫精神的自然科課程教材編 輯，不僅強調教材內容的連貫性與完整性，且從一年級開始實施自然科學的教 學，顯見自然科學的教學對國人的科學態度與科學素養有其重要性。 （二）科目名稱的演變 談到台灣的科學課程的發展，應先從小學自然科沿革著手，始於清代的課程 內容制定初、高小學設有「格致」科，是小學設置自然課程的開始，此時無自然 科的名詞。到了民國建立後，高小格致分為「博物」與「理化」兩科，後合為「理
科」。民國12年，初小設自然與社會，高小設自然、衛生、園藝，此乃「自然」 科名稱的由來（教育部，1962；曾坤暘，1988；教育部，1975）。民國18年公布 「小學課程暫行標準」，將初級小學的社會與自然合為「常識科」，高級小學則「自 然」與社會分科。民國21年公布「小學課程標準」，至此初級小學與高級小學均 設「自然」科。 民國25年公布的「修正小學課程標準」中，將初級小學之衛生、社會與自然 合併為「常識」科，高級小學仍設「自然」科，衛生知識分別併於常識與自然科 中。民國31年與37年均沿用民國25年的「修正小學課程標準」，初級小學設立「常 識」科，高級小學則為「自然」科。 民國51年頒布的「國民學校課程標準」，將自然科列為國民學校中、高年級 的教學要目，低年級則設「常識」科，其內容為社會、自然的基本知識，教材內 容彼此密切銜接。民國57年的國民小學暫行課程標準，秉持九年一貫的精神，以 國小六年與國中三年，共九年為課程範圍的規劃與設計，低年級設「常識」，中 高年級仍設「自然」科，常識與自然教材需銜接，以利於教學。民國64年8月公 布的國民小學課程標準，將低年級「常識」中的「自然」部分，與中、高年級的 「自然」合而為一，統稱為「自然科學」，自一年級始開始教學。民國82年公布 的國民小學課程標準，將自然科學改回「自然」，一至六年級皆設「自然」科， 並自一年級起開始教學（柯淑瓊，2004；教育部，1950；教育部，1962；教育部， 1968；教育部，1975；教育部，1993）。因依據課程標準的修訂，故有科學課程 名稱的演變，研究者整理自政府遷台以來的科學課程科目名稱的變動情形如表 2-1-2（自然科與常識科目名稱的演變）。
科目名稱上以常識與自然為主，民國57年以低年級的常識科為主，而自然科 則以中、高年級為主。民國64年之後採自然科命名，年級部分大致採低、中、高 年級，至此一至六年級均實施自然科教學。研究者並依據自民國57年至89年的課 程標準修訂與頒布之科目名稱的年級區間整理如表2-1-3。 由表 2-1-3 中能清楚看出，在各個年代中的科目與年級區間的關係與情形， 且在民國 57 年的科目名稱分為低年級的常識科與中、高年級的自然科，演變為 民國 64 年的一至六年級的自然科學課程的實施，以及到民國 82 年的一至六年級 自然科課程的實施。 以下將針對台灣近三十多年的科學教育發展情形做說明，茲就鄭湧涇（2005） 探討台灣科學教育改革與課程的演變，整理成表2-1-4。 表 2-1-2 國民小學自然與常識科科目名稱與教科書制度 年代 （民國） 科目名稱 年級 教科書制度 備註 57 年 低年級常識科 一、二 統編本 中、高年級採分科編輯與教學 自然科中高級 三、四、五、六 統編本 中、高年級採分科編輯與教學 64 年 自然科學 一、二、三、四、五、六 統編本 六年一貫的編輯與教學 82 年 自然科 一、二、三、四、五、六 統編本、審定本 六年一貫的編輯與教學 表 2-1-3 科學課程標準中科目名稱的年級區間 年代（民國） 一 二 三 四 五 六 57 年 常識科 自然科 64 年 自然科學 82 年 自然科 年級
我國的課程發展由早期實施國民義務教育的 1970 年代注重科學知識的學 習，至 1990 年代的強調過程技能學習，以至 2000 年以後的注重基本生活能力的 培養，不難看出我國的科學課程發展情形與美國的科學課程發展關係密切，受其 影響甚深。 由美國近百年的科學課程演變情形可看出，課程的重視從科學知識的獲得到 培養專業科學人才到全民科學過程技能與科學素養的重視，引起全民深思科學與 科技的發展對地球危機的省思。反觀台灣的科學課程發展，由早期的重視科學知 識的教學到強調科學過程技能的培養，進而重視自然科學的教學對國人的科學態 度與科學素養的重要性。而至2000年的九年一貫課程綱要的公布與實施，強調全 民的基本能力與科技素養，以及2003年公布的「科學教育白皮書」提出未來的科 學教育目的之一為「提升每位學生的探究能力、創造力及批判思考能力，並培養 具好奇心與科學倫理道德之良好科學態度」（教育部，2003）。台灣與美國都是以 強調培養全民科學的素養，以提升國民在因應科學與科技快速發展的變遷與對地 球危機的省思。 綜觀台灣過去三十多年來在教育改革的努力，已有長足的進步，但因時代不 表 2-1-4 台灣國小科學課程改革的趨勢 階段 第一階段 第二階段 第三階段 第四階段 時間 1970 年代以前 1970－1990 年 1990－2000 年 2000 年以後 課程目標 國民教育及培養健 全國民 培養全民的基本 科學素養 培養全民的基本科 學素養探索 培養基本能力及全 民的基本科技素養 課程重點 注重科學知識的學 習 強調過程技能的 學習 科學知識與過程技 能的學習並重與認 知能力的培養 注重基本生活能力 的培養與過程技能 的學習 教科書編 輯方式 教科書的編撰由主 編或編輯小組負責 採團隊、實驗研究 的方式（台灣省國 民學校教師研習 會） 教科書開放民間出 版（審定制）課程 標準改為課程綱要 以學校為主體，提倡 學校本位課程 研究者自行整理
斷的演變與進步，社會的急遽變遷以邁向多元、開放的局面，然而學校的教育與 教材的改革幅度，無法跟上社會變遷的腳步。鑑於學校教育的核心為課程與教 材，是故，本研究希望藉由檢視過去三十多年來課程發展的變遷中教科書力學主 題的內容呈現情形，進而提供未來科學課程規劃與發展的參考。
第二節
教科書的角色與分析
教科書之於教育，有其存在的價值、源起與歷史，它為知識提供了簡潔的說 明，讓學生在學習上能有明確的文字指引（黃譯瑩，2000）。她亦提出從過去到 現在，教科書扮演著三個重要的角色，分別為學科知識資料庫－儲存過去所累積 的知識；教學工具－提供教師在教學上有順序、有規劃的表現方式；學習的進程 －讓教育工作者掌握學生在該學科所應學習的進度與程度。由此可見，教科書在 課程的實施上頗具重要性。本節就教科書在教學上的角色、教科書分析的相關研 究逐一說明。 一、 教科書在教學上的角色 許良榮（1994）指出科學教科書不只是"告知"新的訊息或概念, 同時具有協 助及促進讀者理解的積極功能。例如教科書提供具有關聯性的圖文,以及具評量作 用的問題或練習題，使教師藉以了解學生學習的情況，也能讓學生檢視自己學習 所獲得的知識是否已穩固，更能給予家長獲得協助孩子學習的輔助材料。而在探 討美、日其他國家的研究多認為教科書不是唯一的教材，是以採由其他多種的方 法或有效的管道來提升學習效果。然而在美國實施完全不採用教科書的做法，仍 不為大多數教師所接受，因為教學的單元容易零碎而散亂無章，且缺乏有系統的 規劃。 曾坤暘（1988）提出教科書是課程的反應，也是課程的具體反應，不僅可提供學生學習的材料，也可作為教師擬訂教學計畫的參考，有其存在的價值。教科 書既能提供課程的基本架構，具有不可或缺的功能，與教室中的課程如此密不可 分，對教科書作用、型式與內涵等概念的重新界定，也將引導不同的課堂學習經 驗。再者教科書是中小學階段最主要的學習資源（游家政，1996；鄭世仁，1992； Kon,1995；Yore,1991），教科書內容的編輯與傳遞文化的菁華，對個人知識與社 會文化的發展有著不可或缺的重要性（鄭世仁，1992）。 教科書是學生學習的基本工具，教師透過此編寫的教材將知識傳達給學生， 且在一定的範圍內專門編寫教材給學生上課用。教材也需因應時代的潮流與政策 的施行而有所變革，以下整理藍順德（2004）之論述，說明教科書的內涵與發展 分析： 1.教材主要內涵、特色 從實際生活及學習心理組織單元，以具體活動解決問題，到以學生生活經驗 為中心的學習，教材選擇與組織以學生為主體，考慮個別差異，注意到學生的學 習興趣。 2.教科書發展 自民國 57 年開始實施九年國民義務教育至民國 85 年的教科書採「統編制」， 民國 85 年起教科書開放民間出版到民國 89 年國小教科書實施「部編審定併行 制」，而本研究以統編制的自然科學課本內容為主。 3.教學設計分析 教科書的設計內涵應注重下列幾項：教學以學生為主體、以生活經驗為重 心、系列活動要有結構的規劃安排、活動要以學生為主體的活動方式。 由上可知，教科書在科學教學的角色與功能極其重要，不僅提供學生學習的 輔助與引導，亦是教師在實施教學時的重要參考依據。因教科書在教學中扮演重 要的角色，教科書內容的編輯顯得尤其重要。李宗薇（1998）提出教科書的編輯
機制需依據長期持續的研究結果，且教材的研究發展是教科書編輯機制的基礎。 因此教科書的內容分析研究頗值得深入探究與發展，期望本研究能透過歷史文化 的觀點加以分析自然科教科書內容的演變情形，以提供未來相關課程發展與研究 的參考。 二、 教科書分析的相關研究 教科書在教學中占有相當重要的地位，Weiss（1993）指出教科書是支配教 學內容與方式的最主要因素。科學教師的教學依賴教科書，教科書的內容便決定 了學生學習將獲得怎樣的經驗與內容（Harms & Yager, 1981; Weiss, 1993）。因此 有必要進一步瞭解近年來教科書相關研究的發展情形，由圖 2-2-1 中可知，近年 隨著教科書的開放，以及九年一貫政策的推行，針對教科書發展的研究有蓬勃發 展的趨勢（周珮儀、鄭明長，2006），尤其在民國 90 年之後台灣的教科書研究篇 數有大幅增加之情形。
（一）教科書研究方法 圖 2-2-2 我國教科書研究的研究方法篇數分佈概況（引自周珮儀、鄭明長，2006） 而在圖 2-2-2 中，周珮儀和鄭明長（2006）進行教科書研究資料的分析中亦 指出教科書的研究方法大多以內容分析為主。 （二）科目篇數分布概況 圖 2-2-3 我國教科書研究的科目篇數分佈概況（引自周珮儀、鄭明長，2006） 周珮儀與鄭明長（2006）分析教科書研究資料中，由圖 2-2-3 中可知，研究
的科目主要是社會與語文領域，其中自然與科技領域的研究篇數仍佔少數。 而近年來教科書的研究更有與日俱增的趨勢，不僅拓展了課程研究的領域， 更為中小學教育改革與課程革新提供新的視野。而教科書內容分析一直是我國教 科書研究的主流，約佔全體的 60％，其主要有二：一是意識型態的分析包含性別、 政治等偏見的檢視；一是學科概念分析，旨在檢視教科書中的重要學習概念（周 珮儀和鄭明長，2006）。以下分別就國內外自然科教科書的研究進行探討。 （三）自然科教科書研究 長久以來國內自然科教科書的學術研究為數不少，而近年國內教科書分析的 研究大都是針對單一概念的主題做分析與探討。如陳秀玲（2006）國中小「自然 與生活科技領域」教科書中「生物多樣性」概念之分析研究，研究方法為依據林 佑倍（2005）建構之「國中小階段生物多樣性教育內涵概念架構表」擬定「國中 小階段學童生物多樣性教育概念內容分析類目表」，並針對六十八項關鍵概念詳 細說明，並由另兩位評分員協助分析資料，以求得一致性。各版本四大學習階段 間主類目分佈情形均有顯著差異，第一、二學習階段最重視「生物多樣性的組成 成分」及「生物多樣性的價值」，而三、四學習階段才開始重視「生物多樣性消 失的原因」及「生物多樣性的保育」。楊明璋（2005）國小「自然與生活科技」 教科書力學概念之分析研究：為探討教科書中的力學概念以力學專家概念圖、力 學概念之命題陳述與力學概念相關單元之呈現分析表來分析不同版本的力學概 念呈現情形，也提出各版本對圖形相當重視，其中照片比例高於繪圖。 而以概念發展研究為主的有，潘子欣（2001）國小自然科教科書分析---以概 念改變為架構。研究依據 Posner, Strike, Hewson, and Gertzog (1982)的概念改變模 式發展分析架構以及分析方法、國小自然科教科書概念改變分析表，以此架構來 分析國小自然科教科書，了解各版本之教科書內容符合概念改變的情形。研究的 分析架構分為不滿足、理解、合理以及適用範圍較廣等四個類目，並利用此分析
架構來分析 82 年版四個版本之國小自然科教科書。Lloyd（1990）應用概念圖分 析三本高中生物教科書，針對「光合作用」的概念呈現與精緻化作內容分析，結 果發現有些教科書適合低成就學生，而有些教科書則適合高成就學生。 自然科教科書內容分析的有，黃瓊瑱（1997）針對我國國小自然科學教科書 之分析研究。以 1980 年代以後的科學教育目標來分析我國國小自然科學教科書 之課本、教學指引及習作，探討教科書的內容、實驗活動及作業問題型態 ，並 調查國小自然科教師對教科書的使用意見。採用的工具有科學知識本質年齡層次 分類表、STS 科學教育目標、實驗活動發現開放層次分類法、科學過程探究技能、 教科書作業問題型態評估工具、以及 Bloom 的目標分類法，在問卷調查方面採 用國小自然科學教科書之意見調查表來蒐集和分析資料。陳甲辰（2001）我國國 小中年級自然科教科書內容分析之比較研究，研究係以 STS 科學教育目標、科學 知識本質年齡層次分類表、實驗活動發現開放層次分類法、科學過程技能、Bloom 的目標分類法以及教科書作業問題型態、國小自然科學教科書之意見調查表來收 集和分析資料。廖英雅、連啟瑞（2004）國小高年級自然科教科書之比較研究—STS 之觀點：探討各國小高年級自然科教科書（牛頓版、康軒版及國編版），融入 Science/Technology/Society（STS）教育內涵之狀況，從質性分析的角度，探討比 較各版本中相關單元呈現 STS 教育理念的教學方式，以作為課程編寫與教學改進 參考。研究採內容分析法，由三位現職教師以「S（KPL）S【Society (Knowledge, Psychology, Logic) Society】的 STS 教學模式」發展之「STS 教學評鑑指標」作為 分析工具，經充分溝通討論後，評分者信度達 0.96；單元內容之質性觀察則由研 究者進行。
以內容屬性的研究包括以下的研究，簡意文（2002）國民小學一年級生活教 科書分析研究：探討國小一年級教師對生活教科書在內容組織的意見，發展「國 小一年級生活教科書使用意見調查表」做問卷調查，以量化研究來分析教師對各
版本在「內容特性」、「教學特性」與「實務特性」三方面之滿意程度，而教師 認為教科書內容的比重應採螺旋課程，繁衍深層學習，多元評量應提出各項評量 檢核表。林秀瑾、張英傑（2005）台灣地區三十年來國編版小學幾何教材內容範 圍分析研究，探討台灣近三十年的小學各時期國編版幾何教材內容範圍的差異， 文獻探討整理出「形體外觀之辨識」、「帄面圖形與立體形體之建製與轉換」、「形 體組成要素及其關係之探究」、「形體性質之探究並運用其推理解題」、「空間方位」 等五大項類目，以此分析架構為基準，採內容分析法剖析各個時期的幾何教材。 與鄰近國家自然教科書內容的比較有歐陽小雪（2002）中國大陸小學自然教 科書之內容分析，研究採用內容分析法和文獻分析法的方式，進行相關教科書內 容分析與探究。分析的內容為教科書中呈現的學科類別、主題、表格、圖片、教 學活動，以及字句、圖片中蘊藏的意識型態。以自編的「分析項目表」進行分析。 柯淑瓊（2005）中日國小高年級自然科教科書內容之比較研究，為探討台灣和日 本課程標準演變的情形及對教科書內容做一分析比較，分析我國與日本小學自然 科課程標準的差異，並以自然學科知識的範圍，將其分為生物、物理、化學、地 球科學的知識主題內容，及採用 Collette 和 Chiappetta（1994）所提的科學過程 技能（science process orinquiry skills），建立分析類目表，分析其分配情形。在 質的分析方面，則引用教科書內容作質化的描述和探究。 是故，從上述的相關文獻（參考附錄一）中，研究方向從單一概念主題的教 科書內容分析研究、以概念發展研究為主以及與鄰近國家自然教科書內容分析比 較研究，而從歷史發展的縱向角度，來分析國小力學主題的教材者，在國內至今 尚未有研究報告提出。 時代不斷的演變，為了對學生未來的學習發展更有助益，課程必頇進行改 革。而課程的改革必頇植根於回顧過去、檢討現在，才能展望未來。因此從歷史 與文化發展的角度分析教材內容的發展有其必要性，而在各個時期的課程變革
中，均有其改變的背景因素，藉由分析歷年來教科書中力學主題的呈現方式與內 容，期望透過系統化的整理與歸納來檢視教材內容的變化情形。期盼以過去的發 展軌跡，結合現在的研究發展，對國內自然科學教科書的內容做長時間有系統的 分析與整理，歸納出整個自然科學力學主題單元發展的脈絡與情形，能夠提供台 灣未來課程規劃上的參考。 本研究係以從縱向發展的角度，探討台灣自民國五十七年政府實施九年國民 義務教育以來，各個年代國小自然科學教科書中的力學主題呈現的情形。期盼整 理出國小教科書中完整力學主題的呈現情形。 綜合以上的國小自然科教科書之相關研究，可歸納出下列幾點： （一）研究對象： 在研究對象方面，除了曾坤暘（1988）、歐陽小雪（2002）、高文芳（2005）、 鄭一喬（2005）、柯淑瓊（2005）、陳心怡（2007）對於我國與大陸及日本的教科 書加以比較研究外，其餘皆以我國出版的國小自然科教科書作為分析的對象。 此外，對於我國自然科教科書作歷史縱貫性的研究，為數甚少，而對於以相 關力學主題為單位的分析至今亦甚少提出，僅楊明璋（2005）針對國小自然科教 科書力學概念之分析研究，因此有更深一層進行分析之必要。加上隨著時代的演 進，社會發展的需求不同，教科書也做了頗多的修訂，因此頗值得做更進一步的 分析。 （二）研究方法： 從相關研究可發現，大多數的教科書研究採行內容分析法，本研究主要以內 容分析法進行民國 57 年至 89 年的教科書內容中的力學主題呈現內容與方式的量 化分析，並以相關教科書之文件內容進行質的分析，以了解我國在歷經三十多年 的課程發展與課程標準修訂的過程中，自然科教科書內容中力學主題所呈現的內 容與方式。
目前國內外大多數的學者以內容分析法做為分析教科書內容的主要研究方 法（楊慧文，1999）。而教科書的編輯與審定方式亦有明確的規定，教科書的審 定現況依據「國民小學及國民中學教科圖書審定辦法」之規定，國立編譯館自八 十九年九月一日起即開始受理教科圖書之送審。因此統編本與審定本的教科書開 始同時發行，供教師與學生使用，而本研究則以統編本為主要研究分析對象。 （三）分析類目： 上述的內容分析研究的分析類目，以九年一貫能力指標、專家概念圖、概念 改變模式與科學過程技能等為分析的類目表，用以分析教科書的相關概念呈現情 形。研究者參考相關研究編定研究分析類目時，以「九年一貫自然與生活科技學 習領域課程綱要中的教材內容要項」作為分析自然科教科書中力學主題的參照資 料，並檢視本研究的教科書內容以整理出類目表，進而分析教科書的課文內容與 實驗方式呈現的情形。
第三節
力學主題的相關研究
本研究所指的力學涵蓋了力的基本概念、力的形式、牛頓第一運動定律、牛 頓第二運動定律、摩擦力、萬有引力、浮力、磁力、槓桿等，因涵蓋的範圍非常 廣並且在生活中也常能接觸到許多力的現象。因此，研究者主要是凸顯力學主題 的重要性，也了解到需充實學生對力學主題單元的學習，雖然本研究非針對所有 力學主題的範圍加以探討，統整國小自然教科書中的力學主題主要針對地球與太 空、運動與力、電磁作用、重力作用與機械應用等符合國小學生學習的主題作為 本研究的範圍，因力學主題在國小教科書中亦是相當重要的學習來源，因此需進 一步探討力學的相關研究以了解學生存有迷思概念的情形，據以探討國小教科書 內容中的呈現情形。研究者蒐集國外力學概念的教科書研究中，針對力的特性的相關研究， Osborne, Roger（1981）提出教師若要修正學生的科學觀點，應關注在教學方面， 且瞭解到學生的觀點與科學性觀點之間的差異。而國內相關的教科書分析研究文 獻中，其中楊明璋（2005）針對九年一貫課程各版本「自然與生活科技」教科書 中力學的概念範圍與呈現方式進行研究，結果指出各版本的概念架構與概念節點 個數有所不同，皆有九年一貫課程綱要未編列的力學概念，亦有九年一貫課程綱 要提及而未編列的力學概念。各版本呈現力學概念架構不同，翰林版涵蓋全部或 部分次概念，其他三個版本則涵蓋五大架構中的全部或部分次概念。各版本皆包 含之力學概念有「力有大小和方向」、「力施於物體會改變物體運動狀態，運動狀 態包括轉動和帄行移動」、「力施於物體會造成物體產生形變，例如彈簧受力產生 伸長、壓縮、彎曲或扭轉」、「地心引力會使物體具有重量」、「施力臂長則省力」、 「抗力臂長則費力」、「輪軸是槓桿的一種應用」、「輪軸施力於輪是省力的裝置」 以及「輪軸施力於軸是費力的裝置」。另各版本力學概念教學時間有所差異，其 操作活動本質偏重於歸納法，可見各版本的教科書之編者的重視情形不同。 因力學概念在生活中經常出現，林清涼和戴念祖（2004）指出力學與我們的 生活最密切。並且 Treagust, Duit & Fraser (1996)提出許多學生有「力是最難學習 的概念之一」之情形。李田英（1995）認為學童最常存有的另有概念是重力、速 度、方向、天體、能量、作用力和槓桿。以下茲就國內外學者針對力學主題的相 關研究加以討論。 國內外的力學概念相關研究針對國小學生到大學生、研究生都有，國外研究 的對象多為高中生與大學生，國內的研究對象則以小學生最多（鄭茹芬、2002）。 其中關於萬有引力的概念，國內外學者的相關研究也發現從小學到大學都有學生 認為重量與地心引力不是同一種力，物體僅在向上運動時或向下運動時，物體才 有受到地心引力的作用，或重量與地心引力無關的迷思概念（董正玲，1992 ；
Gunstone & White, 1980）。因學生在力學概念的學習上有頗多的迷思概念，相關 的力學概念研究如下： （一）槓桿原理 相關研究中針對槓桿原理的迷思概念探討，張志銘（2004）研究發現學生在 學習槓桿原理時會有物體懸掛的線愈長，會增加向下拉力，因此物體重量會增加 的概念。也提到國小六年級學童的迷思概念有物體愈靠近地面，重心較低，重量 較重。懸掛物體的線是屬於力臂的一部分，或是力臂的延伸，因此力臂較長的一 邊較重。物體愈靠近地面，受地心引力影響較大，所以較重。 （二）地心引力 Watts（1983a）等人曾研究學生對重力的概念，發現物體在愈高的地方受重 力愈大，因為物體落下的速度愈快；漂浮的物體沒有受到重力。鍾文勳（2002） 針對國小五、六年級以晤談法的方式研究，發現學童會認為往上升的球有地心引 力往上，往前滾動的球有地心引力往前。學童會認為球在最高點會停下來是因為 球的力量沒有了。學童會認為往上的球有往上的手力，往前滾動的球有手推的力 往前，也會認為往上的球或往前滾的球越來越慢是因為球的力量越來越小了。 （三）摩擦力
Stead & Osborne（1980）研究學生的摩擦力概念，發現 35～64％的學生無法 辨別摩擦力與正向力；13～56％的學生認為物體運動的速度愈大，則摩擦力愈 大。林組明（2002）研究國小六年級學生對摩擦力的概念，提出學生的概念有物 體移動的距離長，摩擦力大；物體移動的距離短，摩擦力小。當物體受推拉力時， 摩擦力的方向與物體移動的方向相同。當物體受推拉力時，仍維持靜止的物體沒 有摩擦力存在。重量輕重對摩擦力大小的影響：（一）重量重的物體，摩擦力比 較小；重量輕的物體，摩擦力比較大。（二）重量輕重不會影響摩擦力大小。
（四）力與運動 鄭茹芬（2002）國中學生對力與運動概念認知之研究，提出運動中的物體具 有一沿運動方向的作用力（impetus）。研究中也發現約七成的學生會以「最大靜 摩擦力」的觀念來理解「摩擦力」；約四成的學生認為靜止在地面上的物體受有 摩擦力。陳美月（2002）研究國小中年級兒童對物體運動快慢與力之間的另有概 念，發現大部份的中年級兒童是以路徑的長短來判斷運動快慢。中年級兒童多以 直觀思考的方式來判斷運動快慢而不是同時以距離及時間兩個因素來判斷物體 運動快慢。中年級兒童多數認為物體往上運動，物體上的力會逐漸消耗之「衝量」 想法。中年級兒童也擁有物體上拋是強迫運動，而物體落下是屬於自然運動的想 法。大多數的中年級兒童均認為在物體運動的方向上會有力的作用，擁有所謂「運 動力」的另有概念。 吳百興（2008）整理國內外力學概念的相關研究也提出學生普遍會在靜力帄 衡、摩擦力和衝力存有迷思概念。陳義勳（1994）提出力學單元在學生的概念發 展上佔了相當重要的地位，可見力學單元在科學學習有其重要性。綜上所述，學 童在學習力學概念中的槓桿原理、力與運動以及地心引力時存有頗多的迷思概 念，此是造成學生進行科學學習的一大困擾。 綜合以上的迷思概念之相關研究，可歸納出以下幾點： （一）迷思概念形成原因 教師瞭解學生在進入科學教學前，即已對自然界一些現象存有迷思概念，形 成應先了解學生迷思概念形成的原因，Wandersee 等人（1994）將迷思概念歸因 於個人的生活經驗：包括對自然的觀察、同儕文化、日常生活用語、傳播媒體影 響以及來自老師的教學。黃寶鈿（1999）對學生錯誤概念產生的原因歸納有：1. 生活經驗的概念。2.教材內容。3.教學問題。4.認知發展。如此掌握了學生的迷思 概念，並為了改變學生的迷思概念，需進行有效的教學。而許多研究發現（鄭麗
玉，1998；張川木，1995）傳統講述法的教學，不易改變學生的迷思概念，而需 有引發學生認知衝突的建構取向教學，進而改變學生的迷思概念。 （二）迷思概念與概念改變教學 瞭解到學生在進入科學學習場域時，就對自然界存有許多的迷思概念，為改 變學生這些迷思概念，有必要進行有效的教學（張靜儀，2002）。學生在學習新 的科學概念時，通常包含了概念的改變。教師頇思考如何進行概念改變的教學， 以使學生在進行科學主題的學習時，透過教科書的內容建構自己的科學知識。因 此教科書內容中問題情境的安排以挑戰學生的思考，也可使教師明瞭學生有不同 的想法，進而分析彼此的看法，更可藉由實驗的活動驗證想法。自然科教科書中 除了科學原理與概念以文字敘述呈現之外，通常以實驗活動、科學活動或科學教 學活動來說明科學的原理與概念，以使學生獲取科學知識。教科書中的提問式呈 現與實驗活動的發現式教學，符應了近年的國內外科學課程改革的風潮中，強調 培養學生問題解決的能力，而問題解決的過程即是科學創造的過程（黃萬居， 2002）。如此，進行概念改變的教學，從教師提問式的引導學生發現問題，進而 使學生提升問題解決能力與培養創造力。 因此本研究將針對民國 57 至 89 年間教科書內容中有關力學主題的文字敘述 的直述方式與提問方式以及實驗活動的食譜式、驗證式與發現式加以分析與探討 說明。瞭解國小自然科學教科書中的力學主題如何呈現，以進一步了解教科書的 內容在不同時代的呈現方式，並據以探討。
