國民小學各版本自然與生活科技領域教科書水的概念之內容分析

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(1)國立臺中教育大學科學應用與推廣學系科學教育碩士學位暑期在職進修專班碩士論文. 指導教授：王盈丰博士. 國民小學各版本自然與生活科技領域教科書水的概念之內容分析 A Content Analysis on Water Concepts in the Elementary Science and Technology Textbooks. 研究生：呂漢澤撰. 中華民國一百零一年五月. i.

(2) 國民小學各版本自然與生活科技領域教科書水的概念之內容分析摘要本研究的目的是針對我國國民小學各版本自然與生活科技領域教科書中水的概念進行內容分析，探討各版本水的概念架構圖、各版本水的概念涵蓋範圍彼此之差異性和各版本水的概念單元之過程技能的類型及出現次數。本研究是採用內容分析法來分析依據教育部九十二年所頒布的國民中小學課程綱要所編輯，並且通過教育部審定過之九十八學年度出版的國民小學自然與生活科技學習領域課本及教師手冊其中水的概念之單元。並且發展「水的專家概念圖」、「水的概念之命題陳述」和「各版本水的概念相關單元之呈現分析表」做為本研究之研究工具。研究發現各版本之水的概念架構圖皆不相同，而各版本水的概念涵蓋範圍差異性頗大，概念最多的版本和概念最少的版本相差的概念個數達到 8 個，佔總概念數的 22.2％，而過程技能以「觀察」、「傳達」和「推理」所出現的次數最多，「控制變因」所出現的次數最少。期望研究結果能夠做為現職國民小學教師選用自然與生活科技領域教科書與出版社編撰自然與生活科技領域教科書的參考，此外，本研究結果也將有助於教師在課堂上做為選擇補充教材的依據。. 關鍵詞：概念、內容分析、自然與生活科技、教科書、水。. ii.

(3) A Content Analysis on Water Concepts in the Elementary Science and Technology Textbooks Abstract The purposes of this study were to analyze the concepts of water within various editions of Elementary Science and Technology textbooks in Taiwan. Also, it compared the framework of water concept, and also the coverage of each concept and how they differed, the types of process skills and its occurrence number among the four editions of Elementary Science and Technology textbooks. The study adopted content analysis method to analyze current published editions of Elementary Science and Technology textbooks and Teacher’s Manuals based on the Nine-Year Integrated Curriculum. “Concept Map of Water Experts, ” and “Presentation Analysis Table of Units Related to Concepts of Water” were developed along with the analysis tools of the study. The results indicated the water concept framework of the four editions differed from each other, and also the differences between the four editions’ water concepts were enormous. Comparing the version including the most concepts and the one includes the least; the difference of the amount was up to eight concepts. It covered 22.2 percent in the overall amount of the concepts. In addition, the four editions of textbooks all included process skills, in which ‘observing’, ‘communication’ and ‘reasoning’ for the most, and ‘controlling variables’ for the least. Based on the research, some suggestions were made as a reference for teachers’ selection of Science and Technology textbooks and for publishers’ compiling of Science and Technology textbooks. These suggestions may also be useful for teachers to replenish their instruction content. Keyword：concept, content analysis, science and technology, textbook, water. iii.

(4) 目次第一章. 第二章. 第三章. 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...................................... 4. 第三節. 名詞釋義................................................ 4. 第四節. 研究的範圍與限制........................................ 5. 文獻探討 ........................................................ 7. 第一節. 水的重要性.............................................. 7. 第二節. 九年一貫課程中水的概念相關之內容........................ 9. 第三節. 自然與生活科技教科書內容分析之相關研究................. 12. 第四節. 水的概念之相關研究..................................... 13. 第五節. 內容分析法............................................. 15. 第六節. 科學過程技能........................................... 18. 第七節. 科學過程技能與學生認知發展............................. 23. 研究方法與設計 ................................................. 27. 第一節. 研究方法............................................... 27. 第二節. 研究設計............................................... 29. 第三節. 研究分析對象........................................... 29. 第四節. 研究工具............................................... 30. 第五節. 研究流程............................................... 37. iv.

(5) 第六節. 第四章. 第五章. 資料分析............................................... 38. 研究結果與討論 ................................................. 47. 第一節. 各版本教科書水的概念架構圖之分析....................... 47. 第二節. 各版本教科書水的概念涵蓋範圍差異性之分析............... 60. 第三節. 各版本教科書水的概念單元中過程技能類型及出現次數之分析. 82. 結論與建議 .................................................... 107. 第一節. 結論.................................................. 107. 第二節. 建議.................................................. 109. 參考文獻 .............................................................. 111. 一、中文部份 .................................................. 111 二、英文部分 .................................................. 114. 附錄. .............................................................. 117. 附錄一：自然與生活科技領域水的概念之教材內容細目............... 117 附錄二：各版本國民小學自然與生活科技學習領域教科書單元一覽表... 121 附錄三：研究分析對象基本資料表................................. 123 附錄四：各版本自然與生活科技教科書水的概念單元名稱之設計內容及單元目標.................................................. 126. v.

(6) 表目次表 2-1. 自然與生活科技領域水的概念之分段能力指標 ......................... 10. 表 2-2. 教材內容細目水的概念之課題、主題和次主題 ......................... 11. 表 3-1. 各版本自然與生活科技領域教科書水的概念單元名稱一覽表 ............. 30. 表 3-2. 水的概念之命題陳述 ............................................... 34. 表 3-3. 各版本水的概念相關單元之呈現分析表 ............................... 36. 表 3-4. 各版本教科書水的概念單元之分析類目表 ............................. 39. 表 3-5. 測驗信度判斷依據表 ............................................... 41. 表 3-6. 過程技能類型判準表 ............................................... 42. 表 4-1. 各版本水的概念節點個數分析表 ..................................... 58. 表 4-2. 水的概念涵蓋範圍總表 ............................................. 61. 表 4-3. H版過程技能種類及出現次數統計表 .................................. 83. 表 4-4. U版過程技能種類及出現次數統計表 .................................. 89. 表 4-5. K版過程技能種類及出現次數統計表 .................................. 93. 表 4-6. N版過程技能種類及出現次數統計表 .................................. 98. 表 4-7. 各版本教科書水的概念單元之過程技能類型與出現次數總表 ............ 103. vi.

(7) 圖目次圖 2-1. 科學過程技能學習順序圖 ........................................... 26. 圖 3-1. 內容分析步驟圖 ................................................... 28. 圖 3-2. 研究架構圖 ....................................................... 29. 圖 3-3. 水的專家概念圖 ................................................... 33. 圖 3-4. 研究流程圖 ....................................................... 37. 圖 4-1. H版水的概念圖 .................................................... 49. 圖 4-2. U版水的概念圖 .................................................... 51. 圖 4-3. K版水的概念圖 .................................................... 55. 圖 4-4. N版水的概念圖 .................................................... 59. 圖 4-5. H版過程技能圓形圖 ................................................ 84. 圖 4-6. U版過程技能圓形圖 ................................................ 90. 圖 4-7. K版過程技能圓形圖 ................................................ 94. 圖 4-8. N版過程技能圓形圖 ................................................ 99. vii.

(8) 第一章. 緒論. 本章一共分為四節：第一節將針對本研究的研究背景和研究動機加以描述，第二節則依據研究目的提出待答問題，第三節為本研究所用的名詞之釋義，第四節說明本研究的範圍和限制。. 第一節研究背景與動機為了提升國民素質及國家競爭力，政府近年來致力於教育改革的推動，其中九年一貫課程的規劃和實施，更是政府教育改革的主軸。九年一貫課程的基本理念在培養具備人本情懷、統整能力、民主素養、本土及國際意識，以及能夠進行終身學習的健全國民。其課程設計以學生為主體，以生活經驗為重心，培養以下十大基本能力：「瞭解自我與發展潛能」、「欣賞、表現與創新」、「生涯規劃與終身學習」、「表達、溝通與分享」、「尊重、關懷與團隊合作」、「文化學習與國際瞭解」、「規劃、組織與實踐」、「運用科技與資訊」、「主動探索與研究」和「獨立思考與解決問題」（教育部，2008）。九年一貫課程當中，自然與生活科技領域是相當重要的一部分。自然與生活科技領域的課程目標是希望培養學生具有探索科學的興趣與熱忱，養成主動學習的習慣，並且學習科學與技術的探究方法並運用於未來的生活，進而培養學生具備愛護環境、珍惜資源、尊重生命的態度，並培養溝通表達、團隊合作、和諧相處、獨立思考和解決問題的能力（教育部，2008），而這些目標的達成則必須透過教科書。課程是學校教學的主體，而教科書構成學校課程的主要內涵。對教師而言，教科書是教師教學的主要指引；對學生而言，教科書是主要的學習材料。教科書是教學過程中師生互動的重要媒介，其內容也決定了教學活動的方向。因此，教科書的內容和品質影響教師的教學活動，更影響著學生的學習內容與學習成果（李文政，1999；葉家恩，. 1.

(9) 2008）。教科書決定了學生大部分的學習內容，也決定了教師教學活動的主要方向，更是家長心中知識的權威，因此教科書的重要性無庸置疑。教科書在教學活動中的重要性可以從以下幾點看得出來：（一）教科書決定教師教學的內容；（二）教科書不但決定教學的內容，甚至透過教學指引，對於教學過程的順序、活動設計、舉例、應用和作業也都決定；（三）教師依賴課本和教學指引，課本和教學指引是教師尋找教學構想的地方；（四）教科書往往成為知識的權威，遇到爭議問題，師生通常都是以教科書的說法為準，而且專有名詞的定義也都是以課本做為標準（鍾聖校，2005）。因此，我們對於教科書相關的研究不可以輕忽，應該積極的投入教科書相關的研究，畢竟孩子的成長只有一次，教科書對學生的影響如此重大，在職進修的教師們應該要去研究自己每天手上拿著並且和學生息息相關的教科書。在自然科學領域的範疇中，水是宇宙中一切生命所不可或缺的物質，太陽系八大行星當中，地球之所以有如此豐富的動植物生態，都是因為地球上擁有大量的水。古代人類就已經非常瞭解水的重要性，不論是東方文化或西方文化，都將水視為是宇宙組成的基本元素。古希臘的四元素說認為世界是由土、氣、水、火這四大元素所組成；佛教中認為構成世界的四大基本元素分別是地、水、火、風；我國古代的物質觀則認為大自然是由金、木、水、火、土這五種要素所構成，稱之為五行，五行不但使大自然萬物產生變化，並且讓宇宙萬物循環不已。地球表面上大約有百分之七十的面積是海洋，而水也佔成年人體重的六至七成，水和我們的生活息息相關，水對於人類可以說是最平凡卻又最重要的東西，我們每天的生活與水息息相關，世界上沒有人可以一天完全不喝水或不使用水。水是生命之源，萬物之本，是構成生命的基本物質，在人類的身體重量中大約有 60～70％是水，陸地上的植物則有 50～75％，魚類大約是 80％，在水母或是某些微生物體內甚至可以達到 95～99％。若人體的水分低於正常值的 10％的時候，身體就會出現不適的現象；低於正常值的 20％的時候，就會有生命危險。人類進食之後，食物的吞嚥、消化、吸收、排泄都需要水的幫助才能夠順利進行，人體內的養分與廢物也都需. 2.

(10) 要靠水來運送（歐陽嶠暉等人，2004；樓基中，2006）。水可以調節體溫，利用流汗來帶走身體過多的熱，維持人類的正常體溫以及正常的生理機能。水是人們在日常生活中所不可缺少的重要資源，國字中的「活」就是「水」加上「舌」，可見老祖宗在幾千年前造字的時候，就深刻瞭解到水對於人類甚至萬物的重要性。國內水資源相關的研究很多，但是能夠結合教科書和水概念的相關研究則幾乎沒有，因此顯示這樣的研究有其價值存在。在現今小學的教學現場中，教師對於教科書的選擇略嫌匆促，教師往往在很短的時間之內就決定了未來一年學生所使用的教科書版本，其內容的優劣如何，教師可能因為很多因素而沒有時間詳加比較，自然與生活科技領域的範疇廣泛，而水的概念是其中非常重要的一部分，由於時間和人力的限制，本研究只針對自然與生活科技範疇中水的概念進行探討，本研究期望透過對於自然與生活科技教科書水的概念之內容分析，讓教師能夠很快的瞭解到各版本自然與生活科技教科書對於水的概念之豐富與否，讓教師能夠選擇出概念內容豐富的自然與生活科技領域教科書。對於出版商而言，本研究可以提供出版商瞭解到自家和其他出版商之間在自然與生活科技領域水的概念內容之差異性，將來要編輯新版本自然與生活科技教科書時，能夠加以補足。近年來國際上對於環境保護與節能減碳的概念相當重視，我國政府也大力推行與節能減碳相關的各項措施，從小學階段建立學生對水的相關概念，有助於提昇未來國民對於節能減碳、水資源保育和節約用水的具體實踐程度。目前國內對於教科書的相關研究有逐漸增加的趨勢，但是和其他教育領域的論文相互比較之下，在總量上依然是少數，而專門研究特定概念在不同年級教科書中的內容分析研究更是少數中的少數，因此本研究將針對國民小學各版本自然與生活科技學習領域教科書中水的概念做內容分析，透過探討各版本水的概念架構圖、各版本水的概念涵蓋範圍彼此之差異性和各版本水的概念單元之過程技能的類型及出現次數，期望能為國小教師提供一個選擇優質自然與生活科技領域教科書的參考。. 3.

(11) 第二節研究目的與待答問題基於上述研究背景與動機，本研究之研究目的與待答問題如下：壹、研究目的本研究的目的是針對各版本自然與生活科技領域教科書中水的概念進行內容分析，探討各版本水的概念架構圖、各版本水的概念涵蓋範圍彼此之差異性和各版本水的概念單元之過程技能的類型及出現次數，期望研究結果能夠做為教師選用自然與生活科技領域教科書與出版社編撰自然與生活科技領域教科書的參考。貳、待答問題本研究的待答問題為：一、各版本「自然與生活科技」教科書所介紹有關「水的概念」之概念架構圖為何？二、各版本「自然與生活科技」教科書所介紹有關「水的概念」之涵蓋範圍彼此之差異性為何？三、各版本「自然與生活科技」教科書所介紹有關「水的概念」單元中之過程技能的類型及出現次數為何？. 第三節名詞釋義為了使本研究所討論之名詞的範圍及意義更加明確，將本研究所包含之名詞定義如下：壹、水的概念林顯輝（1993）以國小二、四、六年級的學生為對象，探討兒童水循環概念的發展層次，並與專家概念進行比較，其研究方法以 Novak 和 Gowin(1984)所發展繪出概念圖的方式，將水的概念進行初步的分類。而 Beiswenger、Ronald、Sturges、Elaine 和 Jones(1991) 針對國小老師進行水的教育之課程內容研究，歸納出在水教育中優先教授的主題。因此本研究參考上述幾位學者所提出的水概念分類，將本研究所指的「水的概. 4.

(12) 念」範圍界定為國民小學九年一貫自然與生活科技學習領域中所包涵以下的內容：本研究所指之「水的概念」，為國民小學九年一貫課程自然與生活科技學習領域中所包含之下列內容：（1）大氣中的水、（2）水循環、（3）水的三態、（4）毛細現象、（5）虹吸現象、（6）連通管、（7）水溶液、（8）溶解、（9）水污染、（10）水力發電、（11）流水對地表的作用。貳、教科書本研究所指之教科書，為各出版商依據教育部九十二年國民中小學課程綱要所編輯，並且通過教育部審定之國民小學自然與生活科技學習領域課本及教師手冊。. 第四節研究的範圍與限制壹、研究範圍本研究以九十八學年度國民小學自然與生活科技領域教科書為研究對象，共有四家出版商通過審定之版本，共計 32 冊，針對其中「水的概念」相關單元進行內容分析。貳、研究限制因為礙於人力、時間等因素的考量，研究者無法兼顧自然與生活科技學習領域教科書中的所有單元，因此本研究只針對自然與生活科技領域教科書內容中之水的概念進行分析。本研究僅針對（1）大氣中的水、（2）水循環、（3）水的三態、（4）毛細現象、（5）虹吸現象、（6）連通管、（7）水溶液、（8）溶解、（9）水污染、（10）水力發電、（11）流水對地表的作用等內容進行探討，對於其他與水相關的概念，不在本研究討論的範圍之內。. 5.

(13) 6.

(14) 第二章. 文獻探討. 本研究是針對國民小學各版本自然與生活科技學習領域教科書中水的概念做內容分析，在文獻探討方面一共分為七節：第一節探討水的重要性，第二節探討九年一貫課程中與水相關的內容，第三節探討自然與生活科技教科書內容分析的相關研究，第四節探討水的概念之相關研究，第五節探討內容分析法，第六節探討科學過程技能，第七節探討科學過程技能與學生認知發展。. 第一節水的重要性我們所居住的地球是太陽系八大行星中唯一具有大量液態水所覆蓋的星球，所以地球有著「藍色星球」之稱。水是地球上萬物賴以維生的重要物質，任何生物如果缺少水，都無法維持正常的生理機能，嚴重時甚至會死亡，因此地球上的生物世界之所以如此多采多姿，都是因為有水的緣故。地球表面有百分之七十的面積是水，地球上的總水量大約是十四億五千萬立方公里，而淡水只有 3％，大約是 4350 萬立方公里，其中 2.2％以冰的形態儲存在南北極，人類實際可用的淡水大約只有地球總水量的 0.8％，也就是三十四萬八千立方公里（內政部營建署，2008），因此水資源在地球上可以說相當珍貴。達文西曾說：「水，驅動了自然。」意即生命無時無刻不與水發生密切的關係，水是人類創造文明發展的原動力，從人類遺跡的地理位置可以發現這些遺蹟都是座落在河川溪流的附近，可見人類文明的進展，水是不可或缺的角色（歐陽嶠暉等人，2004）。人類的文明史其實就是水的發展史（蕭政宗，2004），遠古時期的人類為了取水方便而居住在水邊，因此人類的四大古文明都是起源於大河流域：中國文明起源於黃河流域、埃及文明起源於尼羅河流域、印度文明起源於印度河流域、美索不達米亞文明起源於幼. 7.

(15) 發拉底河與底格里斯河流域。這些河川因為可以灌溉農田，因此吸引先民在附近開墾居住，所以我們可以知道日常用水的取得與人們的生活息息相關（金紹興、虞國興，2005）。藉由以上的例子我們可以瞭解水對於人類的文明發展，有著無可取代的重要性。近幾年來國際上環保意識抬頭，環境保護成為國際的共識，與水資源相關的議題也成為國際會議上不可缺少的主題。1992 年聯合國環境及發展委員會在巴西的里約熱內盧召開「地球高峰會議」，在會議中通過了《二十一世紀議程》，其中有一章「水資源品質與提供的保護：整合式方法在水資源發展、經營與使用上的應用」是專門為水資源保育所撰擬的章節，目的是為了遏阻全球水源短缺、破壞和污染的現象，並且保證維持供應優質的水予全球人類(UNCED,1992)。此外，「世界水資源論壇」也是國際間水資源的重要會議，2000 年在荷蘭海牙舉辦第二次會議，會議中期望在二十一世紀，不分老弱婦孺，世界上每個角落的人都能夠享有安全的用水（WWC,2011）。2002 年在南非召開的「世界永續發展高峰會議」提出「沒有水就沒有未來」（No Water,No Future.），也是期盼全球每個人都能夠關注水資源議題(WSSD,2011)。2003 年的第三屆「世界水資源論壇」所發表的部長宣言也載明「水是永續發展的驅動力」（陳伸賢，2005）。隨著人口不斷增加，對於健康、新鮮的飲用水需求也逐年增加(Food and Agriculture Organization,2012;World Water Forum,2012)。而人口的急速增加也相對影響了水資源的使用以及提高污染的機率(Brelet, 2000)。因此，有效的水資源管理與使用不僅是對於有水污染問題的區域而言是迫切處理的議題，也是延續人類生命一個重要指標(Meric, 2004)。因此，從小就建立水的概念似乎是必要的(Al-Shayaa,2004; Amend & Armold,1983)。水是地球和所有生命的組成要素，不僅孕育出地球上的生命，也創造出適合生物與人類生存發展的環境。水對於人類的日常生活和文明發展息息相關，我們如果不立刻體認到水的重要性，一旦將來發生無水可用甚至是為水而戰的狀況，都是我們所不樂見的。. 8.

(16) 第二節九年一貫課程中水的概念相關之內容本研究所指的水的概念之內容，是以九年一貫課程自然與生活科技領域為範圍，不包含語文等其他六大領域中水的概念之內容。根據教育部（2008）九年一貫自然與生活科技領域課程綱要，其中水的概念之分段能力指標列表如表 2-1：由表 2-1 可以知道，九年一貫自然與生活科技領域課程水的概念之分段能力指標，就學習階段來看，從第一階段（國小一、二年級）到第四階段（國中一至三年級）皆有；在主項目是集中在「過程技能」和「科學與技術認知」這兩個要項中；而在次項目則集中在「觀察」、「認識物質」和「認識環境」這三個次項中。第四階段（國中一至三年級）不在本研究之研究範圍之內，為了能夠完整呈現九年一貫課程之延續性，所以在表 2-1 仍將第四階段之分段能力指標列出。根據教育部（2008）九年一貫自然與生活科技領域課程綱要，其中教材內容細目水的概念之課題、主題和次主題列表如表 2-2：由表 2-2 可以知道，九年一貫自然與生活科技領域課程水的概念之教材內容細目包含在「組成地球的物質」、「物質的型態與性質」、「地表與地殼的變動」、「天氣與氣候變化」、「溫度與熱量」、「水與水溶液」、「酸、鹼、鹽」、「電機與機械運用」、「天然災害與防治」、「環境污染與防治」、「生物與環境」、「資源的保育與利用」和「能源的開發與利用」這十三個次主題之下。教材內容細目之詳細內容詳列於附錄一。. 9.

(17) 表 2-1 自然與生活科技領域水的概念之分段能力指標學習階段主項目. 次項目. 分段能力. 分段能力指標內容. 指標編號第一階段過程技能. 觀察. 1-1-1-2. 察覺物體有些屬性會因某些變因改變而發生變化(如溫度升高時冰會熔化)。. 第二階段科學與技術認知. 認識物質. 2-2-3-2. 認識水的性質與其重要性。. 認識環境. 2-2-4-1. 知道可用氣溫、風向、風速、降雨量來描述天氣。發現天氣會有變化，察覺水氣多寡在天氣變化裡扮演很重要的角色。. 第三階段科學與技術認知. 認識物質. 2-3-3-3. 探討物質的溶解性質、水溶液的導電性、酸鹼性、蒸發、擴散、脹縮、軟硬等。. 認識環境. 2-3-4-3. 知道溫度高低不同，使水的存在形態改變，是形成霜、露、雲、雨、雪的原因。. 第四階段科學與技術認知. 認識環境. 2-4-3-3. 探討臺灣的天氣，知道梅雨、季風、寒流、颱風、氣壓、氣團、鋒面等氣象語彙，認識溫度、濕度及紫外線對人的影響。. 認識物質. 2-4-4-3. 知道溶液是由溶質與溶劑所組成的，並瞭解濃度的意義。. 註：在上列「a-b-c-d」的編號中，「a」代表主項目序號，「b」代表階段序號，「c」代. 10.

(18) 表次項目序號，「d」代表流水號。. 表 2-2 教材內容細目水的概念之課題、主題和次主題課題 1 自然界的組成與特性. 2 自然界的作用. 主題. 次主題. 11 地球的環境. 110 組成地球的物質. 12 物質的組成與特性. 121 物質的型態與性質. 21 改變與平衡. 210 地表與地殼的變動 211 天氣與氣候變化 214 溫度與熱量 224 水與水溶液. 22 交互作用. 226 酸、鹼、鹽 4 生活與環境. 42 生活中的科技. 421 電機與機械運用. 43 環境保護. 430 天然災害與防治 431 環境污染與防治. 5 永續發展. 510 生物與環境. 51 保育. 512 資源的保育與利用 513 能源的開發與利用. 11.

(19) 第三節自然與生活科技教科書內容分析之相關研究國內對於教科書分析之相關研究近年來數量激增，這個現象應該與教科書開放政策有密切關係。依照學科領域來分類，除了社會學科、語文學科之外，自然學科的研究也為數不少（藍順德，2006）。研究者研讀國內近十年來與國小自然與生活科技領域教科書相關的研究，將各篇研究內容重點整理如下。王彩芬（2004）以內容分析法分析國民小學中年級四個版本自然與生活科技教科書中的「過程技能」、「科學與技術認知」、「科學態度」、「思考智能」和「教學策略」的內容分配情形，研究發現：過程技能的種類以「傳達」和「觀察」的比例最高。古淑鈴（2008）分析四個版本國民小學自然與生活科技教科書所包含的過程技能類型，研究發現：各版本皆含有十三種過程技能種類，各版本具有最多的過程技能種類以「觀察」、「傳達」和「推理」為最多，而「控制變因」為最少。柯淑瓊（2004）以我國和日本之高年級自然科教科書做為研究對象，以內容分析法分析比較我國四個版本、日本三個版本教科書中的過程技能，研究發現：中日各版本都強調學生親自觀察操作，所以科學過程技能以「觀察」、「操作」、「紀錄資料」和「解釋資料」較多，但是「形成假設」、「做決定」、「量化」和「複製」等較高層次的科學過程技能則較少。許雅婷（2008）以內容分析法分析四個版本國民小學高年級自然與生活科技教科書過程技能的內容，研究發現：各版本教科書皆強調「傳達、討論」、「歸納、預測或推論」、「動手做實驗」的科學過程技能。楊明璋（2005）、呂文靜（2005）和劉俊宏（2006）則分別以力學、光學和電路學等單一教學主題對自然與生活科技領域教科書進行內容分析。而他們都發現各版本自然與生活科技教科書對於操作活動多偏重歸納法，此外各版本教科書都對圖形相當重視，而圖形以照片呈現的比例又高於繪圖。相同單一主題在各版本之間的教學時數和概念涵蓋數量的差異頗大，教學時數最多的版本幾乎是最少的兩倍。可見各出版商對於九年一. 12.

(20) 貫自然與生活科技領域課程綱要的詮釋各不相同，對於單一主題之間的內容比重也不盡相同。以上三位研究者皆是對於教科書中的單一教學主題進行分析，與本研究對於單一教學主題「水的概念」進行分析，在分析主題的選擇上十分相似。綜觀上述與自然與生活科技領域教科書相關的研究文獻可以發現：自然與生活科技教科書的相關研究大多是以教科書的內容分析為主，研究方法主要是以內容分析法為主。教科書只是教材的一部分而不是教材的全部，但是在升學的壓力之下，教師的教學活動還是以教科書的內容為主，造成考試領導教學的情形，這可能是教科書相關研究以內容分析居多的原因（藍順德，2006）。. 第四節水的概念之相關研究近年來國內對於水的概念之相關研究相當多，但是幾乎都集中在工業或是化學方面的研究，在教育領域方面則相當缺乏，因此研究者整理國內近年來在教育領域方面水的概念之相關研究，與研究者本身之研究做比較如下。張凱綸（2002）探討國小學童對於水的三態變化概念理解及迷思概念，利用紙筆測驗及晤談的方式，選擇 536 位四、五、六年級學童做為受試者，再從中挑選 9 位學童進行晤談。研究發現：越高年級學童對於水的三態變化概念越完整，而學童對於「水的固、液態轉變」較具正統科學概念，對於「水的液、氣態轉變」較具有迷思概念，此外，學童具有「物質狀態改變，重量也會改變」的迷思概念，而學童對雲、霧和露的形成也具有迷思概念。楊世麒（2002）探究國小學童對於水循環概念的概念改變研究，利用紙筆測驗及晤談的方式，以台北市某國小六年級某班學童做為研究對象，再從中挑選 6 到 12 位學童進行四次晤談。研究發現：學童對於水循環共有 45 種不同的另有概念，而未持有先備概念的學童在學習上較易於接受新知，相反地，已持有先備概念的學童在學習上則較不容易接受新知，而研究也發現影響概念學習成效的主要原因是學習起點和學習目標之間. 13.

(21) 的距離差異。鄭一亭（2003）探討國小學童對水溶液的迷思概念類型和成因，研究方法是利用線上測驗和團體晤談的方式，以台北市某國小 341 位四、六年級學生進行線上測驗施測，再選擇其中 160 名學童進行團體晤談。研究發現：六年級學童水溶液概念測驗成績顯著高於四年級學童，而女學童水溶液概念測驗成績顯著高於同年級的男學童，此外，學童對於水溶液的迷思概念可分為 8 種模式，教科書中不明確的內容、圖片則可能造成學童的迷思概念。除了國內學者之外，國外亦有學者針對水概念來做細部的分析，做為教師教學上的教材。Osborne 和 Cosgrove(1983)以八歲到十七歲學生為研究對象，探討其對水狀態改變的概念。其研究方法為事先對 43 位學生進行臨床晤談，分析這 43 位學生持有的觀念，並編製成問卷，再抽樣 725 位學生進行紙筆測驗。研究結果得到以下結論：1.學生對蒸發、凝結只是表面上術語的認識，對於相關現象缺少具體的科學概念來支持該生的觀點。2.學生持有水的狀態改變概念彼此間有很大的差異，有時候高年級的學生會持有低年級學生所持有的概念。3.有時候高年級學生會運用科學知識來解釋不相關的現象。4. 雖然概念發展會隨著年齡的增加而改變，但某些非科學的觀念會出現在高年級的學生群中。5.學生持有的科學模式很抽象，而且不能與日常生活中發生事件相配合。 Mcjunkin(1991)指出，若要學童了解水的概念，第一步要讓學童能夠了解水循環的相關知識，因為學童知道水循環的架構，將有助於學童對於水資源概念的認識。研究者並針對國小的學童進行「水循環」概念的研究，研究結果發現:1.學童知道水是會消失的，但只有一半的學童能夠理解水會蒸發到空氣中，其餘的學童則無法確切說出水是如何消失的。2.有一半的學童不能描述雨的形成原因。3.很多學童不能完全瞭解水循環的機制，他們認為水最後的終點是河流或湖泊。4.學童不能夠了解乾淨的水是有限的資源。 Brody (1993)針對國小與國中學生進行水和水資源素養之研究，研究結果發現:學生對於有關水的生物知識，例如擴散、滲透、循環，具有許多的迷思概念，許多學生不. 14.

(22) 能理解水循環的概念，然而已經學習過該科學課程的國中學生卻依舊存有相似於國小學生的知識，而且他們對於水和水資源的知識依舊擁有許多的迷思概念。 Brody(1995)也針對美國各州的自然資源研究者、管理者和教師共 268 人進行研究，歸納出應該包括在 National Project WET(Water Education for Teacher)和水資源課程架構中的概念、技能和影響，總共歸納出 80 個主題，做為發展水資源教育的參考教材。 Agelidou、Balafoutas 和 Flogaitis(2000)曾對希臘的國中學生進行『Schematisation of Concept』實驗教學，研究結果顯示:水的教學模組對於國三學生「水與自然界及當代人之間的關係」的概念有正面的影響，並建議讓學生多關心日益惡化的環境問題。而 Bouchillon (2003) 的「水資源循環專家概念圖」和 Lewis (1993) 的「佛羅里達環境資源專家概念圖」則是國外文獻中與本研究相關性很高的研究，也成為研究者建立研究工具之參考。. 第五節內容分析法一、內容分析的起源內容分析起源於十八世紀中葉的北歐國家瑞典，當時瑞典國內的宗教派系對於「錫安歌集」的內容有所爭議，因此產生了對基督教教義的爭執，而由當時瑞典的牧師開始對於錫安歌集的內容分析，這是內容分析法的濫觴（王石番，1996）。二、內容分析的定義內容分析的定義在不同時期的學者有著不同的詮釋：Cartwright 在 1953 年提出的定義為：「內容分析」與「編碼」可以交換使用，指以客觀的、系統的，以及量的方式，描述任何符號的行為（王文科，2010）。而 Berelson 在 1954 年下的定義為：內容分析為客觀、系統及定量的敘述明顯傳播內容的一種研究方法（歐用生，1996）。李秉德（1992）認為內容分析法就是對於明顯的傳播內容，作客觀而有系統的量化，並加以敘述的一種. 15.

(23) 研究方法。李宏鎰（2001）認為內容分析法是指以客觀的、系統的態度，對文件內容進行質與量的分析，主要在解釋某特定時間某現象的狀態，或在某段期間內該現象的發展情形。歐用生（1996）綜合國內外學者的說法，認為內容分析法可以說是：透過量化的技巧以及質的分析，以客觀及系統的態度，對文件內容進行研究與分析，藉以推論產生該項文件內容的環境背景及其意義的一種研究方法。三、內容分析的步驟內容分析的步驟在研究者所探討的文獻中說法大同小異，研究者整理各學者的說法，做為本研究決定內容分析步驟的參考。林重新（2001）認為內容分析的程序如下：確定研究目的、決定資料蒐集方法、決定分析的對象、考驗信度與效度、蒐集與分析資料、撰寫報告。歐用生（1996）認為內容分析法的研究步驟是：擬定研究目的、訂定研究單位和類目、決定研究對象、考驗信度效度、蒐集與分析資料、撰寫研究報告。李宏鎰（2001）認為內容分析的步驟如下：確定研究目標、決定資料搜集的方法、安排分析程序、撰寫研究報告。李秉德（1992）認為內容分析的步驟是：內容抽樣、類目與分析單元的決定、評判紀錄、信度分析、統計描述。王文科（2010）認為內容分析的步驟如下：確定目標、決定搜集資料的方法、安排分析程序。王石番（1996）認為內容分析的研究步驟是：形成研究問題、界定母群體、抽取樣本、界定分析單位、建構類目、建立量化系統、建立信度、內容編碼、分析資料、解釋與推論。四、內容分析的類型內容分析的類型依據邱均平、鄒菲（2004）的分類方式可以分為以下三種：（一）解讀式內容分析法(Hermeneutic content analysis) 解讀式內容分析法乃是通過精讀、理解並且闡釋文本內容來傳達意圖，此法強調真實、客觀、全面地反映文本內容的本意，具有一定的深度，比較適合用在以描述事實為目的的個案研究。（二）實驗式內容分析法(Empirical content analysis)。. 16.

(24) 實驗式內容分析主要是指定量內容分析和定性內容分析相結合的方法。此法應具備以下幾個要點：對問題有必要的認識基礎和理論推導；客觀的選擇樣本並進行覆核；在整理資料過程中發展一個可靠而有效的分類體系；定量的分析實驗數據並且做出正確的理解。（三）電腦輔助內容分析法(Computer-aided content analysis)。電腦科技的進步促進了內容分析法的發展。無論是在定性內容分析法或是在定量內容分析法都只存在術語名稱上的差別，在實際上，電腦技術將各種定性定量研究方法有效地結合起來，使內容分析法迅速的推廣在學術界。王石番（1996）也認為軟體設備的日新月異促使電腦逐漸成為處理文字資料的好幫手，計算文字的電腦程式加入內容分析的行列，電腦程式不但能提高內容分析的效率，也可以提高分析的準確性。五、內容分析的信度與效度信度（reliability）是指測量工具是否能夠穩定測量到應測量事項的程度，也可以說是穩定性或一致性。葉重新（2010）認為信度是指相同的受試者在不同的時間，以相同的測量工具或複本，測量結果的一致性。如果兩次測量結果有很高的一致性，就表示測量分數具有高度的穩定性、可靠性以及可預測性。而內容分析法中的信度分析是指測度研究者內容分析之類目及分析單元，是否能夠將內容歸入相同的類目中，並且使所得的結果一致，一致性越高，內容分析的信度也越高（歐用生，1996）。李秉德（1992）認為內容分析的信度分析是指兩個以上參與內容分析的研究者對相同類目判斷的一致性，一致性越高，內容分析的可信度也越高。王石番（1996）認為內容分析的信度是單位分派給類目時，編碼員間達到一致性的程度，如果編碼員對所有單位的同意度完全一致，表示信度高。內容分析法的信度檢核，其作法有二：（一）把在時間內的兩點或更多點的相似文獻，作比較以查核其信度，謂之工具信度（instrument reliability）；（二）把兩個以上研究者在相同時間點上的研究作比較，以查核其信度，謂之分析者信度（analyst. 17.

(25) reliability）（李宏鎰，2001；王文科，2010）。Krippendorff(1980)認為內容分析的信度設計有三種類型：穩定性（stability）、可複製性（reproducibility）和準確性（accuracy）等。王石番（1996）認為可複製性是指在不同環境，不同地點，由不同編碼員複製過程的相似性，可複製性又稱為編碼者間信度（intercoder reliability）。凃金堂（2009）認為針對主觀測驗的評分方式，估算不同評分者其評分結果的一致性，即所謂的評分者信度（sorer reliability），或稱為評分者間信度（inter-rater reliability）。張郁雯（1999）認為評分者信度即是在估計不同評分者，對同一表現評分的一致性程度。由以上文獻我們可以得知：評分者信度（sorer reliability）、評分者間信度（inter-rater reliability）、編碼者間信度（intercoder reliability）和分析者信度（analyst reliability）其實在意義上是相同的。效度（validity）是指測驗能夠測量其所欲測量特質的程度（葉重新，2010），而 Aiken(2003)主張效度是指測驗測量到它所宣稱欲測量的特質的程度。簡茂發（1994）認為效度即正確性，只測驗或其他測量工具確能測出其所欲測量的特質或功能之程度，測驗的效度越高，表示測驗的結果越能顯現其所欲測量對象的真正特徵。內容分析的效度類別有：內在效度、外在效度、資料效度、實用效度、預測效度、建構效度和內容效度等（王石番，1996）。美國心理學會(American Psychological Association)於 1966 年出版的《教育與心理測驗及指導手冊之標準》一書，書中提到效度的類型有：內容效度、效標關聯效度以及建構效度等三種（吳毓瑩，1999）。王石番（1996）認為內容效度旨在系統性檢視測驗內容的適宜性，也稱表面效度。在內容分析時，研究目的如果只是描述性的，具備內容效度就足夠了。根據以上文獻，本研究所採用的方法是解讀式內容分析法(Hermeneutic content analysis)。. 第六節科學過程技能一、科學過程技能的的定義科學過程技能是由美國科學促進協會（American Association for the Advancement. 18.

(26) of Science，簡稱 AAAS）在小學自然科學課程「科學－活動過程教學」（Science–A process Approach，簡稱 SAPA）當中所提出。「科學過程技能」一詞在過去曾經有許多不同的稱呼，包括「科學方法」、「科學思考」、「批判技巧」、「科學過程」和「活動過程教學」等（熊召弟、王美芬、段曉林、熊同鑫，1996；莊毓文，1975；魏明通，2006）。現在，「科學過程技能」已成為科學教育界常用的名詞（黃婉鈴，2004）。 Finley(1983)認為每一個科學過程技能都是一項特殊的心智技能，是所有的科學家都會使用的，而且可以用來瞭解科學家所想要知道的任何現象，而這些科學過程技能可以在所有科學家對於科學探究的行為中表現出來，並且可以被任何的學生所學會。此外，這些科學過程技能可以應用在不同的學科內容當中，而且有助於日常生活的理性思考。鍾聖校（1995）認為科學過程技能意指科學的活動面要透過多種動作行為來充實科學的概念結構，因此科學過程技能常被比喻為獲得科學知識的方法。甘漢銧與陳文典（2005）認為在從事科學性的探究活動中，為了確保所獲得的訊息真確地如現象所顯示，也為了使歸納或推理所得到的想法不流於偏頗或曲解，必須在觀測或度量的技術上有要求，並且在演繹推理的思維上有規範，這些執行探究的能力稱之為「科學過程技能」。 Bilgin(2006)認為科學過程技能的定義是：對科學研究的方法與程序之理解。他也說明科學過程技能有助於有意義的學習，因為學習持續不斷地在日常生活中發生，而每個人都需要這些能力去發現、解釋與判斷自身所遭遇到情境中的證據，如果科學過程技能沒有被充分發展，學生們將無法去詮釋他們所接觸到的知識。綜合以上學者對於科學過程技能的定義，我們可以知道科學過程技能是一種可以用來解決問題、獲得經驗與知識的心智技能，也是一種可以藉由學習而得到的技能。二、科學過程技能的的內涵「科學－活動過程教學」（Science–A process Approach，簡稱 SAPA）課程將科學過程技能分為十三項，基本過程技能有八項，統整過程技能有五項，研究者綜合各家. 19.

(27) 學者的說法，將十三項科學過程技能分別敘述如下：（一）基本過程技能 1. 觀察：觀察是指：運用身體的五官，意即視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺，來做觀察的工作。也可以使用各種儀器來輔助感官，例如使用放大鏡或顯微鏡。觀察可以說是最基本的科學過程技能，我們對於日常生活環境中的事物所產生的好奇心與探究行為，幾乎都是由於偶然之間的觀察所開始的，有計畫的觀察是進行科學研究的依據，仔細的觀察是所有的科學研究裡所必需的步驟。無論是小孩子或是科學家，研究科學時都必定會有觀察的過程。任何的科學活動都是從正確且細心的觀察做為起點，觀察可說是一切科學的根本，也是科學活動的開端，有了觀察才有其他科學過程技能的繼續發展。（王美芬、熊召弟，1995；王佩蓮、林碧楨， 1990；莊毓文，1975；鍾聖校，2005） 2. 應用時間或空間關係：應用時間或空間關係是指：在觀察時需要注意某一個空間或某一段時間的變因關係，包括對運動、圖形、對稱及速率變化的探討，例如：某車體在 3 分鐘移動多少公尺或是線香在 6 分鐘、9 分鐘、15 分鐘時各燃燒多少公分。（王美芬、熊召弟，1995；鍾聖校，2005） 3. 應用數字：應用數字是指：把觀察所得到的結果用比較精確的文字語言表達出來，將觀察結果數量化或半數量化，相較於只有使用語言，文字的描述更為明確而且客觀。例如：描述某人「很聰明」，不如以智力商數來描述較為客觀，例如「某人的 IQ 是 180」就是比較客觀的敘述。（王美芬、熊召弟，1995；鍾聖校，2005） 4. 測量：測量是指：對於溫度、角度、頻率、重量、時間、速度、體積、距離和長度. 20.

(28) 等項目的測量比較。測量是探究科學活動中所必須具備的技巧之一，測量的技能必須先選擇適合的測量工具，並且要能夠計算測量所得到的資料，也要能夠判斷何時使用近似測量來代替精密測量。（王美芬、熊召弟，1995；魏明通，2006；王佩蓮、林碧楨，1990；鍾聖校，2005） 5. 分類：分類是指：把雜亂無章的物體或概念，依照其共同的屬性來分門別類，用這樣來簡化概念。分類時要找出能夠觀察的特性來做為分類的依據，分類的基準可能不只有一個，因此要以能夠發揮最大功效的基準來分類。分類不但對整理事物和資料有用，也可以用分類技能來辨認事物，指出各種事物之間的相似之處、不同之處和相互之間的關係。（王美芬、熊召弟，1995；魏明通，2006；甘漢銧、熊召弟、鍾聖校，1994；莊毓文，1975） 6. 傳達：傳達是指：運用口語、文字和圖表的方式，讓其他人能夠明白傳達者所想要表達的想法。傳達不僅是科學的方法，也是人類之間彼此互動不可缺少的技能。傳達可以使觀察所得到的結果得以溝通、得以被驗證，並利用研究者發現現象彼此之間的關係，做進一步的預測和推理。清晰、精確而且公正的傳達是不僅是任何活動所必需，也是一切科學工作的基礎。（王美芬、熊召弟，1995；甘漢銧、熊召弟、鍾聖校，1994；鍾聖校，2005） 7. 預測：預測是指：根據持久而且仔細的觀察，加上精確測量的結果，對未來的觀察事項所做的預報。預測是有根據的，如果不是根據精確觀察和測量結果所做的預測，就像是一種沒意義的亂猜而已。在我們所處的周圍世界裡，有許多現象都具有規律性或是週期性，使用這些現象的過去紀錄，就可以對還沒發生的事情做預測。預測時，通常運用被觀察事物之間的「內插法」，或是使用不在被觀察事物. 21.

(29) 範圍內的「外推法」來做預測。（王美芬、熊召弟，1995；王佩蓮、林碧楨，1990；鍾聖校，2005） 8. 推理：推理是指：根據觀察所得到的結果來推想造成這種結果的可能原因是什麼。推理和預測的概念是相反的，推理是將觀察結果做解釋、思考和邏輯分析，但是推理的結果不一定是正確的。對同一份觀察資料，應該先有兩種以上的推理，然後再做一些新的觀察，看看新觀察的結果是否能夠支持這些推理，最後從其中選擇比較可靠的推理。如果新觀察的結果不支持這些推理時，應該立即對推理加以修改。（王美芬、熊召弟，1995；魏明通，2006；莊毓文，1975）（二）統整過程技能 1. 解釋資料：解釋資料是指：將各項科學過程技能所蒐集到的資料，加以整理、分析並且做出解釋的過程。狹義的定義是指：對採用特殊方式和技術傳達的資料，做口頭說明的能力。解釋資料的目的是在進一步產生新的推理、預測和假設，解釋資料的時候，必須先思考資料本身的合理性，而解釋資料也可以對非預期的實驗結果做出解釋。（王美芬、熊召弟，1995；魏明通，2006 鍾聖校，2005） 2. 形成假設：形成假設是指：將觀察的事實，做一般性的統整，或將推理做歸納性的暫時解釋。形成假設之前必須先有觀察，觀察之後，才有資料數據，根據資料數據才可以提出合理的假設。形成假設是科學實驗必須的步驟，但是所形成的假設不一定是正確的，因為假設必須經過實驗來驗證。如果假設通過了許多驗證，沒有發現任何不支持假設的觀察時，這個假設就可以形成概念甚至是定律，但是如果有一些驗證觀察的結果不支持這個假設，這個假設就必須被修正或者是被放棄。（王美芬、熊召弟，1995；王佩蓮、林碧楨，1990；莊毓文，1975；鍾聖校，2005）. 22.

(30) 3. 控制變因：控制變因是指：在研究中辨認各種足以影響結果的變因，分別加以適當地控制，操縱某一個變因讓它依照研究者的想法而改變，並且控制其他變因讓它不變，然後觀察反應的變因如何改變。控制變因可以讓實驗得到可靠而有再現性的結果，是科學研究活動中常用的一種科學過程技能。（王美芬、熊召弟，1995；魏明通，2006；鍾聖校，2005） 4. 下操作型定義：下操作型定義是指：逐項說明觀察或測量某一現象、事物或結構所用的操作，並將操作過程加以描述出來的一種定義，也可以說是研究者對探討對象用敘述如何操作的方式來下定義。下操作型定義的優點是可以使其他人瞭解研究者是如何去操作要研究的對象。（王美芬、熊召弟，1995；王佩蓮、林碧楨，1990；鍾聖校，2005） 5. 實驗：實驗是指：綜合上述各種基本與統整科學過程技能的總和，加上器材的設置和人為的操作。實驗的過程，通常先做詳細的觀察，由觀察結果提出有必要解答的問題，最後用實驗的方式來加以解答。有時候實驗者會從某個問題或許多問題中形成假設，然後設計實驗來驗證這個假設。在實驗過程中通常包括下列幾個步驟：辨認必須加以控制的變因，然後下一個操作型定義，並且設計一個實驗，再從實驗中蒐集和解釋資料。（王美芬、熊召弟，1995；鍾聖校，2005）. 第七節科學過程技能與學生認知發展教科書中課程的設計必須配合心理學的理論才能夠達到最佳的教學效果，我國科學課程的設計深深受到皮亞傑和蓋聶等心理學家理論之影響。蓋聶認為學習有難易順序的存在，也就是前一個學習是後一個學習的預備條件，各類型學習之間構成一個由下而上的學習階層，課程編排和教學設計必須先瞭解各學習類型之間的學習階層（魏明通，. 23.

(31) 2006）。SAPA 課程中也認為科學過程技能的學習是有階層組織的，如果學生早一點學習，就可以早一點獲得較高層次的過程技能(AAAS,1970)。對於學生認知發展的論述，一般學術界都認為皮亞傑的理論最有系統。皮亞傑將認知發展分為四個階段：感覺動作期、前運思期、具體運思期和形式運思期。其中具體運思期是指七至十一歲的兒童，大約是國小一到五年級的學生，這個時期的學生能夠進行簡單的邏輯思考，能夠進行加減乘除的運算，能夠按照某一個標準順序來排列物體，也能夠根據物體的不同特性來分類物體。具體運思期的兒童有以下的特徵（魏明通，2006）： 1. 能夠進行簡單的邏輯思考。 2. 能夠進行加減乘除的運算。 3. 能夠從事分類、再分類。 4. 能夠透過具體的物體來思考。 5. 能夠做可逆性思考。 6. 能夠做一對一的相對應。 7. 對於數量、重量、長度和容積具有守恆概念。形式運思期是指十二至十五歲的少年，大約是國小六年級到國中三年級的學生，這個時期的學生開始能夠像大人一樣進行抽象的思考，可以進行假設演繹推理，也可以進行控制變因的實驗。形式運思期的少年有以下的特徵（魏明通，2006）： 1. 能夠進行假設、演繹的思考。 2. 能夠進行命題的思考。 3. 能夠進行反省的思考。 4. 能夠綜合大量的訊息並且加以創新。 5. 能夠進行抽象及非具體的概念思考。 6. 能夠瞭解機率。 7. 能夠對道德和價值提出疑問。. 24.

(32) 8. 能形成理論。 9. 對時間概念更擴大，包括無限的時間。 10.空間的觀念可包括宇宙和分子的空間。學校課程的設計必須要考量學生的認知發展到達什麼程度，這樣教學的效果才能提高，如果在學生的認知發展尚未達到形式運思的階段就進行抽象教學，有可能會讓學生感到挫折而失去學習意願。科學過程技能的學習也必須遵照這樣的原則，許榮富（1990）認為科學過程技能彼此之間有階層性的關係，而毛松霖（1995）也認為科學過程技能的學習有其順序，並依照這個順序發展，其順序如圖 2-1 科學過程技能學習順序圖（毛松霖，1995）。由圖 2-1 我們可以看出科學過程技能中的觀察、傳達、分類和應用數字是屬於低年級，應用時空關係、測量、推理、預測和解釋資料是屬於中年級，而控制變因和形成假設是屬於高年級應該要學習的科學過程技能。依據六十四年版課程標準中的分段目標，其中指出低年級應培養觀察、應用時空關係、應用數字、測量和分類，中年級培養傳達、預測、推理、解釋資料和控制變因，高年級培養形成假設、下操作型定義和實驗（國立編譯館，1981）。因此，教科書出版商在編撰國小自然與生活科技領域教科書時，應該要瞭解學生的認知發展階段，先培養學生基本過程技能，再培養統整過程技能，如此才能夠編輯出適合學生認知發展階段的教科書，達到最佳的學習效果。. 25.

(33) 一年級（分類）特性辨認. 二年級. 三年級. 四年級. 五年級. 一級分類. 二級分類. 多級分類. 打洞卡檢索表. 變化觀察. 使用儀器. 六年級. 異同比較. 感官擴展自擬比較. （觀察）. 估計. 自訂標準歸納共通點（測量）. 摘要說明. 推理. 登錄. 解釋資料. 應用時空. 預測. （傳達）表格記錄口頭發表. 控制變因. （應用數字）. 圖 2-1 科學過程技能學習順序圖. 26. 形成假設描述關係趨勢.

(34) 第三章. 研究方法與設計. 本研究是利用內容分析法，探討國民小學各版本自然與生活科技領域教科書中水的概念，探討各版本水的概念架構圖、各版本水的概念涵蓋範圍彼此之差異性和各版本水的概念單元之過程技能的類型及出現次數。本章一共分為六節，第一節是研究方法，第二節是研究設計，第三節是研究分析對象，第四節是研究工具，第五節是研究流程，第六節是資料處理。. 第一節研究方法 Posner(1989)認為內容分析法已經成為一種常用的教育研究方法，研究對象擴及教科書等課程材料，而且教材的內容分析已成為當前課程研究的重要領域。李秉德（1992）認為教育和教學活動，也是一種信息的傳播過程，我們可以利用內容分析法，對教育文獻、課本、課堂講授、視聽教材等進行研究分析，探索規律，作為教育研究的有效方法。因此本研究採用內容分析法來進行教科書的內容分析研究。內容分析法（content analysis）在二十世紀初隨著大眾傳播的發展而興起，現在已經成為常用的教育研究方法（王石番，1996）。。我們可以用內容分析法分析許多文件式的資料，例如：教科書、報紙、雜誌、小說、食譜等，但並不是只限於文件分析，其他像歌曲、演說、電視廣告、信念、態度、價值觀等也可是內容分析的對象。事實上，幾乎任何型態的溝通內容都可以分析（高明，2006），對教科書的分析只是內容分析法的其中一種分析對象。由於本研究是透過對四個版本自然與生活科技領域教科書中水的概念單元進行精讀、理解，因此本研究所採用的方法屬於解讀式內容分析法(Hermeneutic content analysis) ，而在本研究剛開始時，研究者閱讀九年一貫課程綱要、各版本國小自然與. 27.

(35) 生活科技領域教科書、教科書內容分析的研究文獻、水的概念之相關研究文獻，對於文獻加以整理並且歸納出水的概念範圍及教科書內容分析類目。本研究的內容分析步驟如下：（1）選定分析對象、（2）建立分析類目、（3）界定分析單位、（4）建立內容分析類目表、（5）依照定義將分析內容編碼、（6）建立信度及效度、（7）進行資料分析、（8）撰寫研究報告。. 選定分析對象. 建立分析類目. 界定分析單位. 建立內容分析類目表. 依照定義將分析內容編碼. 建立信度及效度. 進行資料分析. 撰寫研究報告圖 3-1 內容分析步驟圖. 28.

(36) 第二節研究設計本研究是利用內容分析法探討國小中、高年級各版本自然與生活科技領域教科書中水的概念架構圖、涵蓋範圍之差異性和過程技能的類型及出現次數。本研究的架構圖如下：. 各版本自然與生活科技領域教科書. 水的概念. 水的概念之概念架構圖. 水的概念之涵蓋範圍差異性. 水的概念單元之過程技能. 圖 3-2 研究架構圖. 第三節研究分析對象本研究的研究對象是九十八學年度通過教育部審定之國民小學自然與生活科技領域教科書，共有四家出版商之版本，針對其中與「水的概念」相關的內容進行分析，32 冊教科書中有 8 冊內容完全沒有包含水的概念之單元，因此分析對象共計有 24 冊，詳細資料見附錄三。為了使各版本自然與生活科技領域教科書水的概念之單元能夠完整呈現，研究者將各版本我國現行自然與生活科技領域，各版本水的概念之單元整理如表 3-1。. 29.

(37) 表 3-1 各版本自然與生活科技領域教科書水的概念單元名稱一覽表 H版三上. 四、溶解. 三下. 二、水的變化. 四上. U版. K版. 一、神奇的水. －. 四、廚房裡的科學. －. 三、奇妙的水. 三、鹽到哪裡去了. －. N版－二、水的溶解作用－三、水的流動. 四下. 三、水的奇妙現象. －. 二、水的移動四、雲雨霧. 二、天氣變了. 五上. 四、水溶液. －. 四、山河大地. －. 二、水溶液的性質. 三、水溶液的性質. 五下. 四、地表的變化. 三、熱對物質的影響. 一、天氣的變化. 六上. 一、天氣變化. 二、地表的組成與改變. 二、大地的奧秘. 一、天氣的變化. 三、水溶液三、能源利用和空氣污染. 六下. 三、生物、環境與自然資源. 三、生物與環境. 三、永續家園. 四、愛護自然環境. 註：「－」表示本冊沒有與水相關的單元. 第四節研究工具本研究的研究工具共有三項：第一項是「水的專家概念圖」、第二項是「水的概念之命題陳述」、第三項是「各版本水的概念相關單元之呈現分析表」。本研究首先建立水的專家概念圖和水的概念之命題陳述，做為探討自然與生活科技領域教科書中水的概念範圍的依據，再建立各版本水的概念相關單元之呈現分析表，以分析教科書中水的概念之呈現方式與過程技能。研究工具發展的過程及內容如下：一、水的專家概念圖本研究所使用的第一項研究工具「水的專家概念圖」（圖 3-3）是參考各項相關文. 30.

(38) 獻：魏文南（1999）的「水資源保育概念圖」、張凱綸（2002）的「水的三態變化專家概念圖」、張淑娟（2002）的「國小學童水資源知識概念圖」、楊世麒（2002）的「水循環專家概念圖」、莊士杰（2003）的「專家流水作用概念圖」、陳景期（2003）的「酸鹼專家概念圖」、張宗義（2003）的「水溶液概念圖」、鄭一亭（2003）的「溶液概念圖」、陳麗珠（2004）的「水的蒸發和凝結之概念圖」、莊英慧（2007）的「國小階段水的概念架構圖」、Bouchillon (2003) 的「水資源循環專家概念圖」和 Lewis (1993) 的「佛羅里達環境資源專家概念圖」，其中有關水的概念和概念圖，以及國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科技領域中的分段能力指標和教材內容細目，將水的概念以「大氣中的水」、「水循環」、「水的三態」、「水的現象」、「水溶液」、「溶解」、「水污染」、「水力發電」和「流水對地表的作用」分為九大部份，建立本研究初步的概念圖。再委請指導教授及兩名科學教育教師提供建議，依照所提建議來修訂專家概念圖。建立水的專家概念圖的主要目的是為了確定本研究欲探討之水的概念範圍，並以此概念圖來建立水的概念之命題陳述，用這兩項研究工具可以分析出各版本自然與生活科技領域教科書各自的水的概念圖。二、水的概念之命題陳述本研究所使用的第二項研究工具「水的概念之命題陳述」是研究者蒐集水的概念之各項文獻，並參考國民小學各版本自然與生活科技學習領域教科書的教學目標（附錄四），將水的概念依照「大氣中的水」、「水循環」、「水的三態」、「水的現象」、「水溶液」、「溶解」、「水污染」、「水力發電」、「流水對地表的作用」這九個部份，整理出現行課程中所包含之水的概念，其中「水的現象」則包含了「毛細現象」、「虹吸現象」和「連通管」這三種水的現象。再經由指導教授及兩名科學教育教師提供審查建議，依照建議加以修正，完成水的概念之命題陳述表（表 3-2），做為探討教科書中水的概念範圍的依據。從表 3-2 水的概念之命題陳述可以瞭解，本研究欲分析的項目從 1-1 到 9-2，共 36 項，而本研究中包含九年一貫課程之水的概念則有 23 項。. 31.

(39) 三、各版本水的概念相關單元之呈現分析表本研究所使用的第三項研究工具是參考呂文靜（2005）的各版本光的概念相關單元之呈現分析表，及古淑鈴（2008）的國小自然與生活科技教科書單元活動過程技能檢核表所建立的「各版本水的概念相關單元之呈現分析表」（表 3-3），分析類目分為五項，分別是冊次、單元編號、包含的概念、基本過程技能、統整過程技能，其在本研究中的定義分別敘述如下：（一）冊次：指本研究所分析的單元在該版本教科書上屬於第幾冊。（二）單元編號：指所分析的單元在該版本該冊次教科書上屬於第幾單元。（三）包含的概念：指所分析的單元在課本和教學指引所包含的概念，依照「水的概念之命題陳述」上的編號列出。在該單元課本或教學指引內容中若出現與水的概念之命題陳述相同的概念時，則在表格上勾選，統計最後各版本教科書水的概念個數。（四）基本過程技能：在該單元課本或教學指引內容中若出現該基本過程技能之敘述時，則在表格上勾選，統計最後各版本教科書的基本過程技能種類及次數。（五）統整過程技能：在該單元課本或教學指引內容中若出現該統整過程技能之敘述時，則在表格上勾選，統計最後各版本教科書的統整過程技能種類及次數。. 32.

(40) 圖 3-3 水的專家概念圖. 33.

(41) 表 3-2 水的概念之命題陳述概念. 九年一貫涵蓋水的概念. 內容分析. 本研究欲分析的項目. 1. 大氣中的雲、霧、雨、露、霜、雪和冰雹等天氣變化 110-3a 水都是由不同形態的水所形成的。 211-3b. 1-1. 溫度高低的不同，使水的形態改變，是形成 211-3b 天氣現象的原因。. 1-2. 2.水循環. 水在自然界的循環方式，稱為水循環。. 510-4c. 2-1. 3.水的三態. 水有三種形態，分別是：氣態的水蒸氣、液 214-2b 態的水和固態的冰。. 3-1. 4.水的現象. 溫度改變時，水的形態會改變。. 110-2a 214-2b. 3-2. 水蒸氣變成水的現象稱為凝結。. 211-2c. 3-3. 水變成水蒸氣的現象稱為蒸發。. 121-3c 211-2c 214-3b 214-4d. 3-4. 水變成冰的現象稱為凝固。. 121-3c. 3-5. 冰變成水的現象稱為融化。. 214-4d. 3-6. 水蒸氣是一種看不見的氣體。. 3-7. 水會沿著細縫移動，這樣的現象稱為毛細現 224-2a 象。. 4-1. 利用萬有引力的作用抽吸液體，稱為虹吸現 421-2b 象。. 4-2. 底部相通的容器，裝入水後，容器的水面高 421-2c 度會相同，稱為連通管原理。. 4-3. 水的形狀會隨著容器而改變，沒有固定的形狀。. 4-4. 水具有流動性。 5.水溶液. 210-3c 224-2a. 4-5. 水溶液有酸性、中性和鹼性三種不同性質。. 5-1. 水溶液的酸鹼性可以用石蕊試紙來檢驗。. 5-2. 將酸性和鹼性水溶液混合後，酸鹼性質趨向中性。. 5-3. 不同的水溶液有不同的導電性。. 34. 224-3c. 5-4.

(42) 電解質水溶液的濃度會影響導電性。 6.溶解. 水能溶解物質。. 5-5 110-2b. 6-1. 物質溶解在水中，是存在於水中，並沒有消 110-3b 失不見。. 6-2. 物質的溶解量是有限度的。. 6-3. 「攪拌」會影響溶解速率。. 6-4. 「顆粒大小」會影響溶解速率。. 6-5. 「水溫」會影響溶解速率。. 6-6. 「溶質種類」會影響溶解量。. 121-2a 224-2b. 「水量」會影響溶解量。. 6-8. 「水溫」會影響溶解量。 7.水污染. 8.水力發電. 6-7. 224-3b. 6-9. 水污染是人類將污染物質排入水中，使水質 431-3c 發生變化。. 7-1. 酸雨是硫氧化物或氮氧化物被雲、霧、雨吸 431-4c 收後，落到地面的雨。. 7-2. 水力發電是一種可再生能源。. 513-4a. 8-1. 水力發電是取得能源的一種方式。. 513-3a. 8-2. 水力發電是利用水位的高度差，經由發電機的轉換而產生電。 9. 流水對地流水的流速和流量不同，對土壤造成的影響 210-3c 表的作用也不同。流水具有侵蝕、搬運和堆積等作用，可以改變地表的形貌。. 8-3 9-1 9-2. 註：「九年一貫涵蓋水的概念」欄內，前半段數字為九年一貫教材內容細目的次主題代號，後半段的 1 代表國小一、二年級，2 代表國小三、四年級，3 代表國小五、六年級， 4 代表國中一、二、三年級；而 a、b、c、d 為流水號。例如：210-3c 代表次主題 210 （地表與地殼的變動）的第三階段（國小五、六年級）的第 c 項教材。代號之詳細意義請參閱「附錄一」，例如：513-3a 是指在九年一貫課程綱要中的「次主題 513 能源的開發與利用」中的「3a.知道煤、天然氣、石油、核能、水力與太陽能為重要能源」。. 35.

(43) 表 3-3 各版本水的概念相關單元之呈現分析表項目. 版本冊次. 包含的概念︵範圍︶基本過程技能. 統整過程技能. 單元編號 1-1 1-2 2-1 3-1 3-2 3-3 3-4 3-5 3-6 3-7 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 5-1 5-2 5-3 5-4 5-5 6-1 6-2 6-3 6-4 6-5 6-6 6-7 6-8 6-9 7-1 7-2 8-1 8-2 8-3 9-1 9-2 A1.觀察 A2.應用時空關係 A3.應用數字 A4.測量 A5.分類 A6.傳達 A7.預測 A8.推理 B1.解釋資料 B2.形成假設 B3.控制變因 B4.下操作型定義 B5.實驗. 註：表 3-3 所用之概念代號與表 3-2 所使用之概念代號相同. 36.

(44) 第五節研究流程本研究的流程分為準備階段、發展階段、分析階段和撰寫報告階段，如圖 3-4。文. 準擬定研究方向備初步蒐集文獻與閱讀. 獻. 階擬定研究主題段. 蒐. 蒐集各版本教科書發確定研究目的. 集. 展. 確定研究方法. 界定分析項目與範圍與. 階發展研究工具段建立研究工具信效度探. 整理分析結果與討論. 撰寫研究報告圖 3-4 研究流程圖. 37. 討. 分析階段. 正式分析教科書內容.

(45) 第六節資料分析本研究的研究方法為內容分析法，對於教科書中與水相關的內容進行分析，並且建立分析類目。本研究的信度是採用評分者信度，而效度則是採用內容效度，本研究的資料分析方式詳述如下：一、分析的類目王石番（1996）認為「類目的擬定是內容分析的成敗關鍵」，類目的擬定必須周延而且明確，要根據研究問題和內容深入探究，如此才具有學術價值。而歐用生（1996）認為分析類目的發展主要有兩種：第一種是根據理論或是由過去的研究結果發展而成的；第二種是由研究者自行發展而成的。本研究的分析類目是參考教育部（2008）九年一貫課程綱要中的「自然與生活科技」學習領域之教材內容細目和各版本國民小學自然與生活科技教科書中水的概念之內容，由研究者加以整理歸納而成的。本研究的分析類目分屬於兩大項，共有十一個，屬於水的概念涵蓋範圍的類目有：「大氣中的水」、「水循環」、「水的三態」、「水的現象」、「水溶液」、「溶解」、「水污染」、「水力發電」、「流水對地表的作用」共九個，編碼跟水的概念之命題陳述所使用的編碼相同；屬於水的概念單元之過程技能的類目有：「基本過程技能」和「統整過程技能」共二個，其下各有細目，細目之代號與表 3-3 相同。為了使本研究的分析類目一目了然，將本研究的分析類目製作成表格，如表 3-4「各版本教科書水的概念單元之分析類目表」。二、分析的單位分析單位是內容分析的基本要素，王石番（1996）認為內容分析法常用的分析單位有：單字、符號、語幹、人物、句子、段落和件數等。歐用生（1996）則認為內容分析常用的分析單位有：字、主題、人物、項目、時間及空間單位、課、章、段、詞、句和頁等，而教科書的內容分析則通常採用章、節、單元、課、段、句、字和頁等單位。本研究的「各版本教科書水的概念涵蓋範圍彼此之差異性」的分析是以各版本教科書中的. 38.

(46) 表 3-4 各版本教科書水的概念單元之分析類目表向度. 一、水的概念涵蓋範圍. 類目. 細目. 1.大氣中的水. 1-1、1-2. 2.水循環. 2-1. 3.水的三態. 3-1、3-2、3-3、3-4、3-5、3-6、3-7. 4.水的現象. 4-1、4-2、4-3、4-4、4-5. 5.水溶液. 5-1、5-2、5-3、5-4、5-5. 6.溶解. 6-1、6-2、6-3、6-4、6-5、6-6、6-7、6-8、 6-9. 7.水污染. 7-1、7-2. 8.水力發電. 8-1、8-2、8-3. 9.流水對地表的作用 9-1、9-2. 1.基本過程技能. A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8. 2.統整過程技能. B1、B2、B3、B4、B5. 二、水的概念單元之過程技能. 特定單元為分析內容，以與水相關的字詞為分析單位；而「各版本教科書水的概念單元中之過程技能及出現次數」的分析中，由於教科書在每個單元的內容設計上都是前後文彼此相關的，而且同一段文字敘述中就可能包含一個以上的過程技能種類，實在難以計算單一過程技能在各單元的出現次數，因此在過程技能的分析方面是以「單元」為分析單位，也就是在此單元出現該項過程技能，就在研究工具中圈選，最後統計同一版本所有年級之單元計次總和。. 39.