國小奈米科技教學的設計與成效－以台中市某國小為例

台 中 教 育 大 學 科 學 應 用 與 推 廣 學 系 碩 士 論 文

指導教授：陳麗文 博士

國小奈米科技教學的設計與成效

－以台中市某國小為例

The teaching design and effects of Nanotechnology

in an elementary school in Taichung City

國小奈米科技教學的設計與成效

－以台中市某國小為例

摘要 本研究旨在探討國小教師在「奈米科技」課程之設計與實施歷程，以及其 學生之學習成效。研究採立意取樣，以一所進行奈米科技教學的設計課程教師 1 人與國小六年級學生 366 人為研究對象。在教師部分以半結構式問卷訪談設 計課程教師，以了解其設計課程與實施教學歷程；學生的部分，用自編之「奈 米科技教學評量」卷評量學生學習成效，分別於教學前一週、教學後一週內與 教學後三個月分別進行前測、後測與延宕測。 研究結果顯示設計課程教師以學生應終身學習為理念設計奈米課程，此 外，老師取得家長、同儕、學校的支持實施奈米科技課程，並自我進修學習新 科技知識，這是她能推行奈米科技課程的主因。在學生部分，59％學生認為奈 米科技對世界有乾淨、方便、科技化或美好的好處，在後測也有 58％的學生認 為奈米產品有副作用。不同授課教師及家長社經背景對學生在評量卷後測與延 宕測得分有顯著差異，不同性別學生得分則無顯著差異。此外，學生獲得奈米 資訊來源以學校（85％）、電視（68％）和網路（61％）最多。本研究是第一 個對奈米科技教學做長時間的學習成效探討，根據本研究的觀察提出下列建 議：本研究教學設計可提供給新科技議題課程教學設計之參考，學生學習方式 採多元方式有助於提升學習成效，對未來研究部分能對教學因素與影響學生學 習成效因素做深入探討，本研究期望作為日後推動奈米科技教育教學之參考。 關鍵字：奈米科技、學習成效、教學設計

The teaching design and effects of Nanotechnology in an elementary school in Taichung City

This study was wanted to investigate the process of teaching design and the learning results of Nanotechnology curriculum in elementary school. With purposive sampling, a teacher who designed the Nanotechnology curriculum and 366 sixth grade students were choice. An semi-structured interview was used to understand the process of teaching design and implement the Nanotechnology curriculum. A "Nanotechnology teaching evaluation" was designed to test the learning effects, before 1 week of teaching and after teaching in a week and three months as the pretest, post-test and the retention test.

It was showed that the teacher who designed curriculum on those students should learn knowledge perpetually, she also adjusted teaching time to implement Nanotechnology curriculum, and used the multimedia to present the abstraction and the minuteness material of Nanotechnology. Moreover, she proffered useful ideas for the teachers who have instructing on Nanotechnology teaching. There were 59% students though Nanotechnology would make the world cleanly, convenient, technical or fine advantage, but there were 58% students who were apprehension about Nano-products maybe company with side-effect in the post-test. It was also found that teachers and the parent's club would affect the students’ learning affects,

目錄

中文摘要--- Ι 英文摘要--- II 目錄--- V 表目次--- VII 圖目次--- IX 第一章 緒論 第一節 研究背景與動機--- 1 第二節 研究目的與待答問題--- 3 第三節 名詞釋義--- 4 第四節 研究範圍與限制--- 4 第二章 文獻探討 第一節 奈米科技教育的實施情形--- 5 第二節 教學設計--- 8 第三節 教學與評量--- 14 第四節 評量卷設計理論--- 17 第五節 影響學業成就因素的相關研究--- 22 （1） 授課教師---23 （2） 父母社經地位---24 （3） 性別---25

第三章 研究方法--- 27 第一節 研究架構與流程--- 28 第二節 研究對象 --- 31 第三節 研究方法--- 32 第四節 資料處理與分析--- 39 第四章 研究結果與討論--- 40 第一節 國小教師設計實施奈米科技教育課程的歷程--- 40 第二節 基本資料分析--- 48 第三節 奈米科技教育課程對於學生之奈米科技學習成效--- 51 第四節 不同背景變項的學生進行奈米科技課程學習成效--- 69 第五節 動態評量之討論--- 77 第五章 結論與建議

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81 第一節 結論--- 81 第二節 建議--- 84 參考文獻 中文--- 86

附錄 附錄一 雙向細目表--- 92 附錄二 奈米八大單元--- 93 附錄三 教育指數等級表--- 106 附錄四 職業指數等級表--- 107 附錄五 前測--- 108 附錄六 後測、延宕測新增加題目--- 115 附錄七 難度、鑑別度--- 116 附錄八 學生重點簿--- 118 附錄九 每一題回答比例分析--- ₁₂₉

表次 表2-4-1 布魯姆2001年版認知領域教育目標之知識向度--- 18 表2-4-2 布魯姆2001年版認知領域教育目標之認知歷程向度--- 19 表2-4-3九年一貫能力指標的思考智能第三階段能力細目--- 21 表2-4-4本研究評量卷認知目標分類與布魯姆認知領域分類比較--- 22 表 2-5-1 Walberg 影響自然科學業成就結構模式---23 表3-3-1 家庭社經地位指數的計算方式--- 34 表 3-3-2 預試問卷題數各項度分布表---35 表 4-2-1 研究樣本之個人基本資料分析--- 49 表 4-2-2 學生獲得奈米科技資訊來源---50 表 4-3-1 學生對「奈米」聯想分類統計--- 53 表 4-3-2 學生對奈米產品的功用分類--- 56 表 4-3-3 學生對奈米未來世界的期望---58 表4-3-4 學生對奈米產品是否有副作用之統計--- 59 表 4-3-5 學生對奈米產品具有副作用的理由分類--- 62 表 4-3-6 前測學生成績統計表--- 64 表 4-3-7 後測學生成績統計表--- 64 表4-3-8 延宕測學生成績統計表--- 65

表4-4-4不同性別學生前測、後測、延宕測得分--- 73 表 4-4-5 不同性別學生前測、後測得分比較---74 表 4-4-6 不同性別學生前測、延宕測得分比較--- 74 表 4-4-7 不同社經背景學生前測、後測得分比較--- 76 表 4-4-8 不同社經背景學生前測、延宕測得分比較--- 76 表 4-4-9 不同社經背景學生後測、延宕測調整後分數---77

圖次 圖2-4-1 新舊版本布魯姆認知領域教育目標改變情形--- 20 圖3-1-1研究架構圖--- 28 圖 3-1-2 研究流程圖---29 圖 4-3-2 學生前測後測延宕測比較圖---65 圖 4-3-3 評量卷內容五項度前測、後測、延宕測分數比較圖---67 圖 4-3-4 知識、理解、高層次思考能力前測、後測、延宕測分數比較圖---68 圖 4-4-1 不同授課教師之學生後測、延宕測得分比較圖---71

第一章 緒論

生活在現代社會的人們每天都會接觸到與科技相關的各種事物，從食衣住行 所需的電器用品到生活保健的生物科技產品，人們的生活已經離不開科技。相對 的身為現代人更必須具備運用科技的能力，以解決生活、工作、學習乃至於休閒 娛樂的種種需求和問題。為因應此一全球化科技快速發展的時代趨勢，舉世各國 莫不致力於國民基礎教育中加強有關科技基本知能的傳授，以培育學生適應未來 科技社會的能力，進一步提升其人力資源水準，加強國家整體競爭力（教育部， 2003)。近年來奈米科技已成為全世界各先進國家相當重要的科學技術，將帶動 材料、資訊、光電、生醫、機械、化工、鋼鐵等產業進入嶄新的未來，大大提升 產業的附加價值和競爭力（馬遠榮，2002）。所以本章分為四節，分別說明研究 背景與動機、研究目的、名詞釋義與研究限制，以下將分別敘述之。

第一節 研究背景與動機

我國當前積極推展的國民中小學九年一貫課程的教育改革規劃中，亦已將運 用科技的基本知能列為十項國民教育基本能力之一(教育部，2003)。九年一貫課 程強調科技是促進人類文明進步與生活改善的原動力，所以教導學生善用科技相 關的知識、技術、資源及價值判斷，以便適應社會變遷、改善未來生活、解決相 關問題、及規劃生涯發展的能力。其最終目標，在幫助人成為有效率的科技使用 者、科技決策者、科技消費者、科技環境工作者乃至於科技發展者。而許多科技 的發展不僅僅是技術上的突破，更重要的是社會大多數人願意接受與願意使用新 的科技產品。 科技教育的重點為(1)科技的發展與影響、(2)科技的範疇與(3)科技的應用。 其中科技的發展與影響主要讓學生認識科技的演進歷程及其對人類的影響；科技 的範疇則教導現代主要科技領域之系統、資源、程序及產品；科技的應用則在於

讓學生能以各種方式表達科技的創意和構想，並進行科技產品的設計與製作(教育 部，2003)。所以九年一貫課程實施之後，科技教育課程應加強提供學生深入理解 科技發展的歷程，學生可以由此歷程中瞭解科技發展過程及科技與社會經濟政治 的互動關係，此外提供學生不同的思考模式將有助於擴展學生的視野與國際觀。 1990年起奈米科技漸萌芽，生活中食衣住行都可接觸到標榜奈米科技的產 品，奈米科技儼然成為現今社會中最熱門的新興科技。此外世界各國也都相繼察 覺到奈米科技的重要性，而紛紛投入大量的資金往此領域發展，行政院（奈米國 家型科技計畫網站，2006）更將奈米科技列為2008年國家發展重點計畫，並斥資 巨額成立工研院奈米中心，以「奈米國家型科技計畫」辦公室整合產學研力量， 建立我國發展學術卓越和相關應用產業之奈米平台技術，同時也加速培育奈米科 技人才已奠定厚實的奈米科技基礎（教育部，2002）。面對著如火如荼展開的奈 米科技研究、奈米產品研發，我國的研究人才必須不虞匱乏，所以教育部顧問室 推動「奈米國家型科技計畫」之人才培育分項計畫，希望能迅速提供我國發展奈 米國家科技計畫所需之各種跨領域人才，並往下扎根至中、小學，培育和迎接未 來奈米科時代的尖兵（教育部，2002）而現在的中小學生將成為10年後我國奈米 科技的研究主力成員，所以我國為奈米人才的培育做長遠規劃而推展K-12計畫， 進行未來奈米科技人才的培育的深耕計畫，期望培育出具創造力、國際觀的國家 未來主人翁。 全國K-12人才培育計畫規劃將人才培育中心分為北區、中北區、中南區、南

學生們對於奈米科技產業有基本的認識和理解，此乃當務之急。然而多數老師覺 得對新科技的專業知能不足，導致欲進行相關議題的教學信心不夠，加上授課時 間不足等因素，所以教師對額外進行新課程意願不高（陳淑思，2005；謝明學 ， 2003）這些成為推動新科技教育的大問題。 研究者參加奈米科技研討會發現：多數有奈米種子教師的學校已開始進行奈 米科技的教學，因無法排除授課時間不足的問題，通常都以寒暑假營隊或一個小 單元活動進行；但在台中市某一小學老師，不但自行設計課程，並且對全體六年 級學生進行奈米科技課程教學約1個月時間，且已經持續進行四年了。所以研究 者想要探究設計課程教師當初設計奈米科技課程的動機與實施教學歷程，她是如 何克服其他教師有的困難？以及學生學習了奈米課程，學習效果如何呢？所以本 研究將藉由訪談來了解設計課程教師設計奈米科技課程的動機與實施教學歷 程，另以評量卷評量學生學習成效。

第二節 研究目的與待答問題

本研究旨在探討奈米科技教育的課程發展與推廣歷程以及了解學生的學習 情形，建立奈米科技教育推廣與評量初步模式，以供未來欲進行奈米科技課程教 師參考。本研究主要目的如下： 一、 了解學校教師設計與實施奈米科技教育課程的歷程 二、 探討學生進行奈米科技教育課程後之對奈米科技學習成效 三、 探討不同背景變項的學生之奈米科技教育課程學習成效關係

依據上述之研究目的，本研究之待答問題有下列四項： 一、 學校教師設計奈米科技教育課程的動機為何？ 二、 學校教師如何實施奈米科技教育課程？ 三、 學生進行奈米科技教育課程之後學習成效如何？ 四、 不同背景變項的學生在進行奈米科技教育課程之學習成效是否有差 異？

第三節 名詞釋義

一、 奈米科技 奈米科技就是把奈米尺度的材料應用到各種科技產業的技術，即大小尺度 介於1至100奈米之間為奈米尺度。 二、 國小學童 本研究國小學童指國小六年級學生。 三、 背景變項 本研究中不同背景變項指不同授課教師、不同性別及家庭社經背景的學生。

第四節 研究範圍與限制

第二章 文獻探討

本章第一節先就奈米科技教育重要性與實施情形進行探討，第二節探討本研 究設計課程老師之教學設計，第三節討論教學與評量，第四節探討影響學業成就 因素的相關研究，第五節則探討本研究評量卷設計理論。

第一節 奈米科技教育的實施情形

談到奈米科技教育實施情形，就必須先討論科技教育的定義與重要性，以及 現今我國重點科技教育實施情形，故本節分為科技教育的定義與重要性及奈米科 技教育實施情況來探討。

一、 科技教育的定義與重要性

所謂科技教育就是有關「科技」的「教育」，主要在瞭解與善用「科技」， 透過教育的歷程，建立科技的素養。所以科技教育是將科技領域，如生物科 技、運輸科技、能源科技、傳播科技、營建科技、醫療農業科技及資訊科技 等，透過教育的歷程讓人民了解科技並進而運用科技，而科技教育最終的目 的在於培養國民應具的科技素養（朱耀明，2004）。 在其他國家不僅重視與落實科技政策，亦經由教育課程改革來強化全民 科技能力與素養。英國於1989年即將科技列為國定課程之ㄧ（李隆盛， 2000）；澳大利亞將科技列為八大學科之ㄧ，並將運用科技列為七大關鍵能 力之ㄧ；美國推動全民科技教育專案計畫（賴志堅，2000）。我國在九年一 貫新課程實施時將科技教育帶入我國的小學教育中，與自然科合為自然與生 活科技領域，國小學生在科技方面學習除了認識農業、工業與資訊時代的科 技也要認識國內外新科技的發明與創新 (教育部，2003) 。 研究指出高達74.4﹪國小教師願意將科技議題融入自然與生活科技學習

領域之教學，因為教師認為如此可以讓學生培養獨立思考、批判性思考、價 值判斷的能力、從不同的角度看事情、讓學生及早面對爭議性科技議題（謝 明學，2003），以及提早讓學生接觸新科技議題，有助於學生對未來的生涯 作規畫（陳淑思，2005）；爭議性科技議題已存在於生活周遭，教師不可能 逃避這樣的議題（謝明學，2003）。此外，STS 教學將學習者所關心的科技 與社會議題融入科學課程中，使得科學的學習不再僅只於紙上談兵，更能將 學習與生活相結合。所以在國小階段實施科技教育，使學生提早接觸科技新 知將有助學生未來生涯規劃與對新科技的學習興趣，如此將有助於國家科技 人才的培育與傳承，進而提昇國家競爭力。

二、 奈米科技教育實施情況

在行政院挑戰2008-國家發展重點計畫中將網路通訊科技、生物科技、 奈米科技列為重點產業（行政院，2003），因此資訊科技、生物科技、奈米 科技成為近幾年最熱門的新興科技。培養學生運用科技與資訊的能力是九年 一貫課程中的十大基本能力之一，為了要使學生能視電腦為學習工具，就必 須實施資訊科技融入教學，讓學生平常上課都能接觸到資訊科技，使用資訊 科技來進行學習活動，來解決問題，進而培養運用資訊科技的能力。民國七 十一年，行政院成立「資訊課程及設備標準委員會」並著手研擬資訊教育課 程及設備標準。民國七十二年八月，該委員會正式提出「各級學校資訊教育 課程及設備暫行標準」，作為學校推展資訊教育的依據（吳鐵雄，1988）。

而生物科技方面，自1962年諾貝爾醫學獎頒給發現DNA的克里克、華森 後，研究遺傳訊息的科學研究就延續至今，在1997年英國的<自然>發表了無 性生殖小羊桃莉的誕生，促使人類的生物科技向前邁進，生物科技應用在醫 療、農業、環境、生態等方面都有長足的進展，生物科技更因對身體、健康 以及對生命創生過程之直接干預能力，形成對人類生命價值、社會秩序、倫 理觀念、法律體制的重大影響（顏厥安，2000）。所以樊琳（2001）、李淑 華（2003）、王郁文（2004）、廖居治、曾建勳、劉曜源、楊文環（2005） 等研究者都對生物科技議題融入課程中進行教學研究。顯示將生物科技融入 現行課程部分已有進展。 在奈米尺度下，由於電子、光子彼此的交互作用，使物質有全然不同的 物理、化學及生物特性和現象（奈米科學網，2006），奈米結構的發現使我 們得以踏上解開大自然的奧秘，接著各式各樣號稱奈米科技的產品紛紛出 爐，奈米科技的應用與研發使得電子元件微小化所面臨的材料及技術瓶頸有 所突破，生活中的食衣住行都可找到宣稱運用奈米科技技術形成的產品，而 我們生活在這資訊媒體眾多的時代，面對如此多的知識來源，到底何謂真， 何謂假，需要一些學習與判斷。由於人們對奈米基本知能不足，購買奈米產 品時聽信廣告吹噓其功效，所以常出現民眾以昂貴價格買到假的奈米科技產 品，如奈米水，卻無法判斷其真偽。 綜觀世界各國奈米科技相關推動方案，都將奈米科技人才培育視為奈米 科技發展中最關鍵且最重要的工作，我國也不例外。行政院國家科學委員會 在91年九月成立【奈米國家型科技計畫】，希望藉由整合產學研力量，建立 我國發展學術卓越和相關應用產業所需要之奈米平台技術，同時加速培育奈 米科技所需人才，奠定我國奈米科技厚實之基礎（奈米國家型科技計畫網 站，2006），其計畫內容架構有四大分項計畫，其中一項即為奈米科技人才

的培育，建立自K-12、大學、研究所、到終身學習之人才培育機制，培育具 跨領域、創造力、專業、創新科技、國際觀、智財權觀之優秀人才；除此之 外，由於網際網路之快速發展，以及知識經濟之迅速成型，必須與從小學、 中學(K-12)、大學、研究所、在職訓練、甚至與終身學習之教育施政目標相 結合（北區奈米人才培育中心網站，2006）。 行政院更將奈米科技列為2008年國家發展重點計畫，包含產業的開發與 教育向下延伸計畫，所以奈米科技課程的實施方案在高中、國中與小學也應 儘快建立，包含師資培育、課程編製與推動。然而至今推動4年來，對於奈 米科技的課程、師資與實施成果仍在研擬、修正階段，尚未全面實施，且僅 有些微的研究。 在老師方面，林桂櫻（2005）中指出有88％的國小教師認為實施奈米議 題教學是符合時代趨勢的做法，有76％的國小老師認為國小高年級的學生已 有能力學習奈米議題的相關知識。陳淑思（2005）的研究指出中部地區國小 教師認為將奈米科技概念融入課程讓學生學習，可以提早培育科技人才，增 加我國科技產業競爭力，但是他們也認為將奈米科技融入課程最大的問題是 教師本身專業知識不足，恐增加教師的教學負擔與擔心上課時數不夠，造成 教師必需趕進度。而學生方面，多數的學生對奈米科技多只是聽過而不熟悉 （潘文福，2004）。所以在奈米科技課程的教學推廣方面首先要充實教師在 奈米科技領域的專業知能，有了專業知識的學習，教師才能發揮專長設計課

影響教師教學信念的因素與教學信念的功能做討論，再討論自然科常使用的 教學設計模式。

一、 教學信念的意義

信念是隱藏在個人心中的一種想法，由於受到認知心理學理論與研究的 影響，對人們內在的思考歷程的探討逐漸受到注意，加上質性研究的發展， 使得隱匿於個人行為背後的內在信念也成為研究的焦點。根據高華強（1992） 對信念的解釋有以下五項意義： (一)、 信念是一種心理的作用、條件或習慣，是對人或事物的一種信任、 確信與信仰。 (二)、 信念是在心理上確定某一命題、陳述或事實，無論是基於權威或證 據；都指心靈上對某項敘述的同意，不必再做觀察與驗證。 (三)、 信念是指人們所相信的事物，即我們視其為真的命題或一系列的命 題。早期多半是指宗教上的信條，晚進則主張是一種意見或主張、 信仰。 (四)、 信念是我們所相信的教條的一種陳述，信念即教條。 (五)、 信念是一種充滿信心的預期或期望。 對教學信念的界定有不同的說法，劉耀源（2001）認為：教學信念是老 師在教學歷程中一切有關教學的人、事、物，所持一種視之為真，表示接納 與贊同的心理傾向或態度，並引導其教學行為。其內含則包括：教學理念、 教育目標、教學方法、師生關係、教室管理、教師角色及教學評量等方面的 信念。黃儒傑（2002）認為教學信念就是在教學歷程中，老師所持有有關教 師本身、學生、師生互動及教材等之信以為真的心理傾向。石雅玫（2003） 認為老師的教學信念是指教師在決定教學目標、預估教學環境、實施教學程 序、進行教學評鑑等步驟時，所秉持和教學有關的觀點、價值觀、態度與理

念。吳松樺（2002）則認為教學信念偏向探討學生、知識本質、教師效能、 社區、學校社會方面。 由上所述，各研究者對於教學信念的意義著重點不同而有相異看法，但 可看出教學信念包含整個教學歷程，涵蓋教育理念、教學目標、教學課程、 教學方法、班級經營、學生個別差異、師生角色及互動、結果評量甚至學校 與社區互動。

二、 影響教師教學信念的因素

影響教師教學信念的因素非常多，以下就個人因素與情境因素來說明。 (一)、 個人因素 如性別、學經歷、人格特質、生活經驗、專長、擔任職務等。一般 認為不同性別之教師在教學態度、 師生互動、人際資源等的差異是影 響教學信念之重要因素。有些研究指出不同性別教師教學信念上並無顯 著差異（湯仁燕，1993；陳雅莉，1994；顏銘志，1996），但在Frey （1987）、林清財（1990）等的研究卻發現不同性別教師教學信念有顯 著差異。所以對於不同性別教師的教學信念是否有差異並未有結論。另 外林清財（1980）、蔡麗芬（1999）發現不同任教年資對教師之教學信 念具有顯著差異，隨著服務年資增加，教師進步取向會降低。張碧玲 （2001）指出不同學歷的國中英語教師對建構式溝通教學觀的教學信念 沒有顯著差異。在這些因素中亦牽涉多種背後影響，沒有絕對的影響因

師比在鄉村服務的教師更具有進步主義的教育信念。顏銘志（1996）的 研究顯示不同學校規模，教師在「學生差異」信念上具有顯著差異。

三、 教學信念的功能

教學實務反映了教師的教學信念，因此，教學信念最大的教學功能即決 定教學行為的表現，換句話說，教師的教學信念引導其教學行為，並影響教 學決定與判斷（Cabello＆Burstein，1995）。高強華（1992）、湯仁燕（1993） 皆將教學信念對應到教學過程中,可將信念功能分為三項 (一)、 教學任務的界定 教師教學信念受教師本身預設的假定或過去經驗的等因素影響，而 教師在從事教學工作之前，必先界定教學工作與問題的意義，才能將現 實世界轉為工作環境。教師對於教學定義不同，就會衍生不同的任務界 定，因此教學信念的首要功能在於了解教師對教學的觀點與內涵，以免 造成理論與實務的落差。 (二)、 教學策略的選擇 教學信念包含教師對情意評價，因此會影響教師思考歷程，進而影 響教師所選擇的教學策略。教師教學信念的第二功能是在界定教學任務 之後，選擇教學策略以進行教學活動，教師會依據教學目標的不同來改 變教學方式。探討教師的教學行為必須先瞭解老師在策略上的選擇，以 及如何運用個人心中的教學信念。 (三)、 教學問題的處理 教學現場是個多變化的環境，教師在教學現場，面對臨時多變的教 學問題，必須迅速做出有效的判斷與決定。因此，由教師過去經驗或本 身存在信念漸漸會產生一套有系統、有組織的架構，以因應環境中瞬息 萬變的突發事件，換句話說，教學信念是在處理複雜的教學問題。

總結上述，教學信念幫助教師界定教學目標任務、選擇適合的教學策略 並讓教師有效處理教學問題，所以教學信念在教師的教學過程中佔有重要地 位。

四、 探究教學模式

自然科的教學設計與教學法有很多，有討論法、直接講述法、建構法等，本 研究以常用的探究教學模式做討論。所謂探究（Inquiry），就是尋找問題和解決 問題的過程，是一種人類的思考方式、一種尋找資料的方法、一種了解事物的過 程(王美芬、熊召弟，1995)。探究教學模式是自然科教學常用的教學模式，而且 探究教學具有下列四個特徵：1.學生主動研究自然現象、事物，經由探究的過程 獲得科學上的知識。2.為了研究自然而培養所需的探究能力。3.有效的形成認識 自然基礎的科學概念。4.培養探究未知自然的積極態度。 探究教學的教學模式與原則很多，主要的教學策略分為四種，主動探究模 式、過程探究模式、 概念達成模式、組織因子探究模式（李明堂、郭明堂，1995）。 這四種教學模式和原則如下：

(一)、 探究訓練模式(Inquiry Training Model)

由Richard Suchman 倡導，其認為人在迷惑情境中，會自然去探究，而 在此探究過程中將學會解決問題的思考策略，並以此思考策略形成新的概 念、知識，並助其解釋出暫時性的結論。其教學分為五個階段：

4. 組織、形成一個解釋(Organizing, Formulating an Explanation)： 建立假設、理論

5. 分析探究過程(Analysis of the inquire process)：探討過程分析， 發展更有效的方法或應用結論於新的情境。

(二)、 過程探究模式（Science Inquiry Model）

為BSCS 所採用，由舒布(Schwaab,N. D.)倡導，其特色為每一探討階段， 學生必須依據事實找出問題，收集資料、驗證後，以數據合理解釋、解決問 題，得出新知識。分為四個階段來進行： 1. 教師提出研究範圍，並提示討論方法。 2. 學生組織問題。 3. 學生分辨問題，指出探討過程中需要解決之困難。 4. 學生設法提出困難，以解決問題。

(三)、 概念達成探究教學模式（Concept Attainment modle）

由Bruner 倡導，認為若先將事物分門別類，根據屬性組合後，有助於我 們研究與了解各種概念。楊榮祥（1985）依思考歷程可分成三種模式： 1、接受中心的概念達成模式： （1） 教師提示已標示正或負數據指認概念 （2） 由學生研討後指出正負例證的分類標準 （3） 思考方法的分析 2、選擇中心的概念達成模式： （1） 學生對未標示正負的例證，分析他們的各項屬性 （2） 由學生研討後提出新例證 （3）思考方法的分析 3、未經組織材料的模式

（1） 教師提示未經整理的數據 （2） 由學生評鑑概念屬性

(四)、 組織因子探究教學模式（Advance Organizer Model）

David Ausubel 認為：「概念有一定的發展體系，教師需將教材的概念 發展體系整理出來，引導學生根據現有的認知情形，運用適當的組織因子， 學生才能將新知與舊經驗作有效結合，進而發展新概念，達成有意義的學習 （林進材，2005）。本模式有以下三步驟： 1. 教師提示相關舊經驗、背景知識作為組織因子。 2. 教師提供學習材料，引導學生利用組織因子進行學習活動，組成新 知識。 3. 融合新舊知識，建立新概念、知識。 本研究中，設計課程教師依其教學信念與理念設計課程，研究者將由訪談設 計課程教師了解其設計課程歷程，並探討設計課程教師所採取為哪一項教學模 式。

第三節 教學與評量

評量是評鑑教學活動是否達成教學目標的一種過程，教學活動過程中最後 一個階段，但它卻不是教學活動的結束或終點（林寶山，1991）。教學評量是 教師有系統地收集有關學生學習行為的各項資料，加以分析處理之後，再根據預 定的教學目標給予價值判斷的歷程（張春興，1994）。所以教學與評量是不可分

受認知心理學的影響，對教學與評量的看法都不同了，知識不再是單方面灌 輸給學習者，而是由學習者主動建構形成的，教師的角色也由傳遞者轉而變成共 同學習的夥伴。此外教育上經常提出「因材施教」和「適性教學」的說法，認為 不同的學生應該以不同的方式來教導。但是教師對學生個別差異的瞭解，卻以狹 隘的學業成績來區別學生能力的高低。現今教學的方式改變，我們也不能再墨守 成規沿用傳統的評量方式評量學生的學習成效，傳統方式無法符合教學與評量的 新趨勢，同時也不能展現學生學習的全貌。 教 學 評 量 分 類 方 法 有 許 多 種 。 最 常 見 的 是 安 置 式 評 量 （ peacement evaluation ）、 診 斷 式 評 量 （ diagnostic evaluation ）、 形 成 式 評 量 （ formative

evaluation）、總結式評量（summative evaluation）、標準參照式評量（criterion

－referenud evaluation）、常模參照式評量（norm－referenced evaluation）等六

類（林寶山， 1991）。安置式評量、診斷式評量、形成式評量與總結式評量 用於班級教學時評量學生學習前後的表現，標準參照的評量、常模參照式評 量的差異則是對結果解釋的方法不同。教師會依照教學目標的需求來選擇適 合的評量。 傳統的紙筆測驗只能用來評量認知領域的學習成果，而在情意、技能的學習 成果，如學生的圖畫、報告、設計作品或小組合作學習的能力等無法由紙筆測驗 得到結果（Wolf,Bixby,Glen,＆Gardner,1991），所以老師宜採用多元化的教學評 量方式才能真正評量出學生的各項表現成果。Campbell 等人（1996）提出教學評 量的五項原則，可供教師參考。這五項原則分別是：1.評量應是多向度的；2.評 量要捕捉不同時段的成長；3.評量要反應教學的訊息；4.正式與非正式的評量都 同等重要；5.學生是主動的自我評量者。且近年來受到教育改革風潮的影響，課 程內容多元化、教學法開放，老師對評量的方式也應多元化，加上評量技術的改 良，所以新的評量方式應運而生，因有別於傳統評量，稱為另類評量。

另類評量比較重視學生在實際教學活動中的各種表現，強調瞭解學生的完整 概念、思考及解決複雜實際問題的能力。常見的另類評量模式有真實評量、實作 評量、卷宗評量(檔案評量)與動態評量。 真實評量著重評量學生如何在真實生活中探索、設計、並完成作品成果，教 師可從學生的作品、軼事記錄、觀察記錄等資料中以多元的角度來了解學生的學 習狀況（白雲霞，2002）。實作性評量要求學生表現從脈絡中學得且與實際生活 經驗相符的工作，其評量方法包括以下的技術：書寫測驗、問題解決、實驗操作、 展示、表演、作品集、教師觀察、檢核表 、問卷等（莊明貞，1999）。 在教學中，卷宗評量也是經常被採用的評量方法之一。卷宗評量的作用在於 彙集學生的作品，展現他們學習的進步與身心成長，提供檢視學習進歩的有效評 量策略，同時也使學生有機會自我檢視、評鑑和反省自己的學習，以成為積極主 動的自我評量者。卷宗匯集了整個學習過程的點點滴滴，呈現出學生的努力與成 就，是評量學生學習最好的證據，它是一部活生生的學習成長史（Cpmpbell, et al., 1996）。另外，如本研究設計方式在教學前進行前測，進行教學，在進行後測的 模式，來了解學生認知改變的關係，這種就屬於動態評量。 本研究中，學生的重點簿中除了有學生自己紀錄學習過程與心得，還有家 長、老師對學生學習的回饋，裡面清楚記錄下學生、家長、老師在學習路上一起 成長的痕跡，這屬於卷宗評量的方式。所以本研究中教師評量學生成果的方式有 紙筆測驗、學生所做報告與作品（卷宗評量）、學生小組合作討論以及心得分享

第四節 評量卷設計理論

在課程設計與編制評量卷之前要有教育目標，通常所使用的教育目標分類多 以布魯姆教育目標分類系統，因為其適用於教學設計與課程規劃。舊版布魯姆教 育目標分為認知、情意與技能三大領域，1956 年提出完整的認知領域教育目標分 類，分為知識（Knowledge）、理解（Comprehension）、應用（Application）、 分析（Analysis）、綜合（Synthesis）、評鑑（Evaluation）六個主要類目，Bloom 的認知目標分類手冊，被翻譯成不同的語言，幾乎是全世界的教育人士都在使 用，然而歷經多年的使用已有提出需要檢討的呼籲(Anderson &Sosniak, 1994)。 近年來對於學習的研究重心，主要是有意義的學習，即主動(active)、認知 (cognitive)和建構歷程(constructive processes)，強調學習者的知(know，指

knowledge)和如何思考(how they think,指 cognitive process)(葉連祺，2003)，經由 多年的討論終於在西元 2001 年出刊修訂版(Anderson& Krathwohl, 2001)。

修訂版將教育目標分類分成知識向度(knowledge dimension)和認知歷程向度 (cognitive process dimension)兩部分(Anderson et al, 2001)，前者為協助教師區分教 什麼(what to teach)，後者在促進學生保留(retention)和遷移(transfer)所習得的知 識。

就知識向度而言，修訂版將知識分成事實知識(factual knowledge)、概念知識 (concept knowledge)、程序性知識(procedure knowledge)、及後設認知知識

(metacognition knowledge)。事實知識與概念知識是指有關什麼(what)的知識，主 要的差異在於前者指學生學習科目後和解決問題時的應備知識，而後者則視為獨 立和特定的元素；程序性知識是有關如何(how)的知識，指對一系列或連串的步 驟，知覺為一個程序；後設認知知識則包括對認知的知識，以及對認知歷程的控 制(control)、監控(monitoring)和調整(regulation)，包括適用所有工作的一般策略、 使用策略情境、策略有效程度和自我知識等方面（表 2-4-1）。

表 2-4-1 布魯姆 2001 年版認知領域教育目標之知識向度 類別 定義說明 A 事實知識(Factual Knowledge) 指學生應了解的術語，或是可以進行 問題解決的基本要素。 B 概念知識(Conceptual Knowledge) 指基本要素與較大的結構共同發揮功 能的互動關係。 C 程序知識(Procedural Knowledge) 指知道如何做某事的知識；通常是一 系列或有步驟的流程，以及決定何時 運用不同程序的規準。 D 後設認知知識(Metacognitive Knowledge) 指一般認知以及自我知識的認知和覺 察；含認知知識、監控、控制、調整 認知 在認知歷程向度部分，修訂版分為較低層次的記憶(remember)、了解 (understand)、應用(apply)和分析(analyze)，以及較高層次的評鑑(evaluate)與創造 (crearte)，其中記憶和學習保留具密切關聯，而另五種則與學習遷移有關。過去 前一類是下一類的基礎，而新版是類別層次中又顯出複雜性漸增(Krathwhol,2002) （表 2-4-2）。

表 2-4-2 布魯姆 2001 年版認知領域教育目標之認知歷程向度 類別 定義說明 1 記憶(Remember) 是從長期記憶中提取相關知識。 2 了解(Understand) 從教學訊息(在課堂中、在書本中或電 腦螢幕上的口語、書面與圖形訊息) 3 應用(Apply) 牽涉使用程序(步驟)來執行作業或解 決問題。與程序知識緊密連結。一項 作業是指學生已經知道採用哪些程序 的任務，所以是一種偏例行作業取向 的任務。一項問題是事先不知道採用 哪些程序的任務，所以是一種偏解決 問題取向 4 分析(Analyze) 牽涉分解材料成局部，指出局部之間 與對整體結構的關聯。與評鑑、創造 緊密連結。 5 評鑑(Evaluate) 根據規準(criteria)與標準(standards)作 判斷(judgment)。 6 創造(Create) 涉及將各個元素組裝在一起，形成一 個完整且具功能的整體。創作的目標 是要學生能透過在心智上重組元素或 重組局部，使成一個過去鮮少出現的 組型或結構。

後設認知 程序知識 概念知識 事實知識 記憶 了解 應用 分析 評鑑 創作 圖2-4-1新舊版布魯姆認知領域教育目標改變的情形 本圖參考葉連祺，2003 (改編自Anderson et al(2001)，p268) 九年一貫課程除了提出十項基本能力之外，在每一學科領域，同時也提出分 段能力指標，主要的目的是作為能力或結果的參照標準，藉以衡量學生學習後目 標的達成，並可以作為後續課程相關的分析、歸納或修正的依據。

Coles & Robinson (1989)在英國牛津郡思維技巧教學計劃中主張以促進兒童 思考能力為目的。把思考定義為個體從事決定時的心智活動，其內涵包括批判思 考、創造思考、推理思考和問題解決。而史登堡（Robert J. Sternberg）思考三元 知識 理解 應用 分析 綜合 評鑑 舊版 新版 知 識 向 度 認 知 歷 程 向 度

表2-4-3九年一貫能力指標的思考智能第三階段能力細目 能力 細目 1.批判思考 6-3-1-1對他人的資訊或報告提出合理的求證和質 疑。 2.創造思考 6-3-2-1察覺不同的辦法，常也能做出相同的結果 6-3-2-2相信自己常能想出好主意來完成一件事 6-3-2-3面對問題時，能做多方思考，提出解決方 法 3.解決問題 6-3-3-1能規劃、組織探討活動 6-3-3-2體會在執行的環節中，有許多關鍵性的因 素需要考量 所以高層次思考是處理思考過程以達成做判斷、決策、解決問題、建構及溝 通意義的能力和意願；它包含質問、詮釋、分析、綜合、組織統整訊息、推論、

評估和預測結果、創造和評鑑等過程（引自 O’Tuel & Bullard, 1993）。此外，在教

學上老師常利用布魯姆的認知目標分類法，引導學生去問些高層次思考(higher order thinking)的問題─包括探究技巧及問題解決技巧方面的問題來培養學生發問 問題的層次。 本研究不僅探討學生的學習成效亦探究學生學習保留情形，因此以布魯姆認 知領域分類為基礎並綜合以上學說，將記憶(remember)列為本研究評量卷認知目 標分類的知識；了解(understand) 列為本研究評量卷認知目標分類的理解；而應 用(apply)偏向問題解決，所以應用(apply)、分析(analyze)評鑑(evaluate)與創造 (crearte)為本研究將問卷能力目標分類高層次思考，形成本研究評量卷認知目標 分類為知識、理解與高層次思考（表 2-4-4）。

表 2-4-4 本研究評量卷認知目標分類與布魯姆認知領域分類比較

布魯姆認知領域分類

本研究評量卷認知目標分類

記憶

知識

了解

理解

應用

高層次思考

分析

評鑑

創造

第五節 影響學業成就因素的相關研究

學生經過學習後所顯現的成果有很大不同，然而要探討影響學生學習成就差 異的因素很複雜，舉凡學生的個人因素、家庭因素或學校因素等都有可能會造成 學生學習成就的差異性。在個人因素方面，楊龍立（1990）研究指出性別會影響 國小高年級學生數理學習成就，男生高於女生；在國中生的調查研究發現性別、 年級、參加校外補習與學生學習態度都會影響學生的學業成就（陳麗華，2005）。 劉清芬（2000）的研究發現國小學生家庭因素（家庭社經地位及家庭氣氛）對其

直接或間接影響到學生的學業成就。

學者Walberg (Reynolds & Walberg, 1991)提出影響自然科學業成就結構模 式，歸納出影響自然科學業成就有學童面向、教學面向、心理環境面向三個面向， 九個重要因素如表2-5-1說明。 表2-5-1 Walberg影響自然科學業成就結構模式 影響面向 影響因素 學童面向 (一) 學童能力或之前的自然科學業成就。 (二) 自然科成就動機。 (三) 發展階段，例如：年齡。 教學面向 (一) 自然科授課時間。 (二) 自然科教學品質，例如：教學模式、教學策略是否適合學 童。 心理環境 面向 (一) 班級環境氣氛或可影響學童心理狀況的班級因素。 (二) 家庭環境對學童自然科學習的刺激品質。 (三) 同儕環境或可影響學童心理狀況的同儕因素。 (四) 大量學習媒介，例如：電視、校外學習活動等。 基於以上探討與研究人力物力的限制，本研究依據此結構模式中選擇 3 個因 素作為本研究之探討因素。分別為 1.授課教師 2. 父母社經地位 3. 性別。

一、 授課教師

在班級中來自不同家庭背景的學生具有不同的特質經過一段時間的相處會 產生班級特有的特質，而授課老師的教學法、個性特質、領導方式、與學生互動 情形等都會使每個班級師生有一種特有的文化。陳茜茹（1995）對國小五年級學 生做調查發現班級氣氛與學生學業成就有關，特別是「秩序」氣氛對班級或個人

的數學、自然科學學業成都成正相關，然而班級氣氛對數學、自然科學兩科學業 成就之相關差異未達到顯著水準，顯示班級的秩序良好與否對學生的數理學業成 就有顯著相關；在國中生方面調查發現，老師的領導方式與班級氣氛、學生學習 滿意度、學業成就有相關（謝惠卿，2001）；專科學生方面，陳正道（2000）調 查亦發現班級授課教師與學生的學業成就有相關，在班級中可能學生跟某些授課 教師互動良好，就會提高學生學習的意願，自然有較好的學業成就。 王素香(1995)研究指出老師的專業能力、教學信念、班級管理、領導類型、 人格特質、反省能力、科學哲學觀、形象知覺與教師隱喻性角色都會影響到班級 氣氛與學生學習，以上研究可以發現從小學生到國、高中學生，授課教師的信念、 風格、與學生互動等因素都可能會影響到學生學習成就表現。在本研究的研究對 象為同一所學校六年級不同班級的學生，這12班的學生是由3位不同任課教師擔 任自然科教學，每一個班級中必定有其特有的學習方法與學習氣氛，所以本研究 將授課教師列為影響學生學習成就因素之一，探討不同授課教師的學生學習成效 是否有差異。

二、 父母社經地位

所謂家庭社經地位，其內涵包括父母教育程度，以及父母職業等四項。通常 父母教育程度較高者，會較重視子女的教育，而且擁有較高的職業，收入也較高， 因此能提供子女較佳的讀書環境與較優厚的財務資本讓子女參加補習或請家教 等 ( 孫清山、黃毅志，1996 )。

父母的人力資本處得到利益。 徐淑雲（2004）、李美慧（2003）都發現家庭社經背景為影響學生學生 學業 成就 之重要因素。黃文俊（2004）發現小學生的數學、科學學習成就與其家庭背 景有相關。吳素援（2004）指出小六學生的家庭背景與文化資本與其數理成就有 相關。顏明仁（2001）研究發現社經地位高的學童的科技認知能力遠高於社經地 位低的學童，此外父母社經地位能有效預測學童在科技創造力的表現，高社經地 位學童的科技創造力有略高於低社經地位學童的傾向。黃毅志 ( 1995 ) 的研究發 現隨著時代變遷母親教育程度對子女教育成就的影響越來越大。 這些研究充分顯示家庭社經地位對學業成就影響的重要性且家庭社經地位 對子女教育成就具有顯著正面影響。本研究對象來自不同的家庭環境，所以本研 究欲探討不同的家庭社經背景是否會影響到學生對於奈米科技課程的學習成效。

三、 性別

性別的差異是天生存在的，因性別差異使男生與女生有一些與天具來的特 質，然而這些性別是否會影響學生學業成就？ 吳麗娟（2002）研究指出小學五年級學生對光合作用的概念理解能力女生比 男生好；徐乾坤（2002）、鄭紹龍（2002）指出小學中高年級學生對岩石礦物、 地層的概念得分以女生高於男生。 蔡文標、許天威、蕭金土（2003）發現不同性別學生對數學學習動機、學習 投入、學習焦慮與學習成就有顯著差異。王三幸 (1993 ) 的調查分析則發現國小 女生的學習技巧顯著高於男生。而學者 Farenga 和 Joyce（1999）調查發現願意 選修國小自然科課程的意願與選修科學課程的種類與學分數在性別上都有顯著 差異，如同一般的刻板印象，自然科是屬於男生的領域。李坤榮 ( 1990 )、吳裕 益 (1993) 以國小學生為研究對象，他的調查分析發現：國小高年級女生學業成 就高於男生，達到顯著的差異，男生在數量與圖形兩項得分稍微優於女生。 盧昭蓉（2001）研究指出美國在 1995 年的調查發現小學四年級男、女學生

在數理方面的表現相當。在張春興 ( 1994 ) 依據國、內外的文獻指出，小學階段 時女生的語文能力比男生好，男生的數理推理和空間能力比女生好，但整體成績 表現女生優於男生，在國小低、中年級，此種狀況更為明顯，而且台灣與美國都 是如此。到了中學階段，女生的語文能力的優勢逐漸消失，而男生在數理方面的 優勢持續增強。 由以上之探討得知，性別的差異不一定會讓學生在數理領域的學習成就有顯 著差異，國小女學生在低年級女生之課業表現優於男生，到了越高年級男生逐漸 趕上，性別會影響到學生學習自然科的意願，即會影響學生對自然科的學習興趣 與學習成就。本研究所進行教學為奈米科技課程，屬於自然科學，所以本研究欲 探討性別是否會影響學生學習奈米科技課程的學習成效。

第三章 研究方法

本章旨在說明本研究的方法、設計與實施的過程。本章共分為四節，分別為 研究架構與流程、研究對象、研究工具、資料處理與分析。

第一節 研究架構與流程

一、 研究架構

本研究依據楊榮祥（1985）學習經驗與學習成就關係圖為基本架構形成本研 究架構（圖 3-1-1）： 自變項：有學生個人背景變項，授課教師、性別、父母社經地位 依變項：以奈米科技教學評量卷測量，包含奈米科技的定義、結構、特性、科技 倫理、應用 中介變項：老師教學的影響因素

圖 3-1-1 研究架構圖

學生

學生背景變項 授課教師 性別 父母社經地位

學習成就

奈米科技教學評量 卷得分

教學過程

課程研發 參與動機 教學 教師專業成長 修正

學生

學生背景變項： 授課教師 性別 父母社經地位

學習成就

奈米科技評量向度： 定義 結構 特性 科技倫理 應用

二、

研究流程

圖 3-1-2 研究流程圖 尋找研究主題 文獻探討 確定研究主題 雙向細目表 訪談大綱 專家審查 試題初稿 預試 評量卷定稿 前測 進行教學 後測 延宕測 資料分析 進行訪 談 3 個月後 研究結果與討論 修改 修改 專家審查 修改

本研究實施共分下列階段實施，各階段工作流程如圖 3-1-2 所示 (一)、 尋找研究主題：參加奈米科技研習與研討會了解各校進行奈米課程設 計與推廣情形，並選定一所實施奈米課程教學的學校六年級學生與課 程設計教師為對象，欲了解教師設計課程與進行教學的收穫以及學生 學習成效。 (二)、 文獻探討：收集國內外有關科技教育、教學信念、布魯姆認知領域教 育目標分類、以及教學與評量的重要性，以作為本研究的理論基礎。 (三)、 確定研究主題：閱讀相關文獻資料，與指導教授商榷後，研擬可行的 研究主題、訂定研究架構。 (四)、 建立雙向細目表： 本研究主要研究工具為「奈米科技教學評量」卷，此評量卷修改自陳 麗文研究室奈米團隊所研發之評量卷。為幫助本研究計畫在命題時能 釐清能力層次和學習內容的關係，確保設計出的測驗題本能反映評量 目標，以能力層次和學習內容為兩個軸，分別說明各項評量目標，建 立了試題雙向細目表。用以當作測驗編制時的藍圖和命題的依據。本 研究的雙向細目表列於附錄一。 (五)、 編製問卷：本研究試卷依據試題的雙向細目表，參考陳麗文研究室奈 米團隊所研發之評量卷（陳淑思,2005）與參考專家學者的意見，反覆 修改後初步定稿，希望能評量出學生的學習成效，藉以提供教師進行

(八)、 進行教學：由授課教師進行為期 1 個月的奈米課程教學。課程共分為 八大單元，單元主要內容參閱附錄二。設計課程老師從網頁、書本（龔 建華、黃德歡、馬遠榮、川合知二與奈米科技交響曲）收集奈米科技 資料，再參閱各版本教科書分析學生先備知識，以學生舊經驗為基礎 引入奈米科技知識，內容以生活化為主，經過四年教學修改，目前共 進行教學 14 節課。 (九)、 進行後測：進行教學結束後一週內進行後測，由授課教師利用段考結 束後放假前的共同時間進行施測。 (十)、 進行延宕測：於下一個學期開學後 2 個月，距離後測 3 個月後進行延 宕測的施測，由授課教師在第一次段考後施測。 (十一)、 訪談大綱擬定：依據本研究目的擬定題目。 (十二)、 進行訪談：由研究者對設計課程之教師進行半結構式訪談，於課程 結束後進行訪談。 (十三)、 資料分析：收回之有效問卷，依序輸入電腦，並以 SPSS/PC 套裝軟 體版進行研究統計分析。 (十四)、 研究結果與討論：依據統計結果分析，解釋本研究的研究目的與待 答問題並歸納出結果與討論，且提出建議，完成論文初稿，經過指導 教授修正後定稿。

第二節 研究對象

研究訪談對象為台中市設計奈米科技課程的國小教師 1 人，以下簡稱 w 老師。W 老師與學校另 5 位教師為奈米教學團隊，由 W 老師自行研發奈米科 技教學教材，已進行奈米科技教學四年，其教材經過四年的教學與修改。學 生的研究樣本是以立意取樣，為 w 老師及其團隊老師所教的 94 學年度六年級 全部學生，共 12 班 391 人。

第三節 研究工具

本研究的研究工具有 2 項，為評量學生的「奈米科技教學評量」卷以及訪談 設計課程教師的訪談大綱。

一、「奈米科技教學評量」卷

本研究所採用的工具為「奈米科技教學評量」卷，是研究者參考陳麗文研究 室奈米團隊所研發之評量卷與相關文獻，以及徵詢相關國小教師、專家、學者之 意見，再請指導教授加以修改潤飾，所自編而成的。問卷內容分為二部分，第一 部分是基本資料，第二部分是奈米科技認知評量，施測前告知學生此測驗成績不 會列入在校自然科的學業成就評量的計算，請學生放心作答。其內容如下： (一)、 基本資料 本問卷所包含學生的基本資料共包含班級座號、性別、聽聞奈米科技來源、 父親學歷、母親學歷、父親職業、母親職業，用以了解填答學生的屬性資料。 茲將各項資料內容說明如下： 1. 班級座號：因為本研究將施測 3 次，所以需要留下學生的班級座號做比較， 並於問卷施測前向學生說明保證資料僅供本研究使用絕不外洩。 2. 性別：分為 1.男生 2.女生 兩大類 3. 聽聞奈米科技來源：分為（1）沒有聽過（2）有聽過。若選擇 2 的學生要

大專 （5）研究所 6. 父親職業：因考慮到有些學生對職業分類有認定歸類之困惱，所以研究者 決定由學生自行填寫後再做分類。 7. 母親職業：因上述因素所以由學生自行填寫後再做分類。 家庭社經地位係依照家長的教育程度與職業類別，分成「低社經地位」、「中 社經地位」、「高社經地位」三種類型。Hollingshed（1957）中的兩因素社會地 位指數（Two Factor Index of Social Position）之計算方式，將父母親的「職業類 別」、「教育程度」各分成五級（附錄三、四），均以父母親等級較高者為代表。 等級指數屬第一級 5 分，第二級 4 分，以此類推。將「職業類別指數」×7 加「教 育程度指數」×4 後，所得的總分即為「社經地位指數」，將Ⅰ、Ⅱ級列為「高 社經地位」，Ⅲ級列為「中社經地位」，Ⅳ、Ⅴ級則列為「低社經地位」等三級 來代表學生的家庭社經地位。國內許多研究者，如楊文玲（1989）研究國中生工 作表現與目標難度目標接受和目標投入程度關係，羅瑞玉（1997）探討國小學生 的利社會行為及其相關因素均以上述方式來計算社經地位。林枝旺（2005）將教 育程度與職業類別，各分五個等級並給予不同的指數來計算，說明如下（表 3-3-1）。

表 3-3-1 家庭社經地位指數的計算方式 教育 等級 教育 指數 職業 等級 職業 指數 社經地位指數 社經地位等級 Ⅰ ５ Ⅰ ５ 5×4＋5×7＝55 Ⅰ高（52-55） Ⅱ 4 Ⅱ 4 4×4＋4×7＝44 Ⅱ高（41-51） Ⅲ 3 Ⅲ 3 3×4＋3×7＝33 Ⅲ中（30-40） Ⅳ 2 Ⅳ 2 2×4＋2×7＝22 Ⅳ低（19-29） Ⅴ 1 Ⅴ 1 1×4＋1×7＝11 Ⅴ低（11-18） （取自林枝旺，2005） (二)、 奈米科技認知評量 1. 預試問卷題數各項度分布表 本研究內容項度參考陳淑思（2005）分為五項度，陳淑思之奈米概 念圖分為七項度，分別是定義、現象、結構、技術原理、特性、應用、 科技倫理，其中現象為如何分辨產品真偽，多數學生不曾使用奈米產品 且教材內容並未對分辨產品真偽做深入探討，以及技術原理為使物理化 學物質產生變化原理，此項內容對小學生生活上無直接相關，故在本評 量卷內容項度採用定義、結構、特性、應用、科技倫理五項度。試題分

表 3-3-2 預試問卷題數各項度分布表 項度 題號 備註 定義 2-1、2-2、3-1 結構 2-6、2-8、2-9、2-10、3-2、3-4、3-5、3-6 特性 2-3、2-4、2-7、3-3、3-11 科技倫理 3-8、3-17 應用 2-5、2-11、3-7、3-9、3-10、3-12、3-13、3-16 2. 問卷初稿編製 此部分分為四部份，第一部分採用字詞聯結法，第二部分為選擇題 式，第三部分為是非題，第四部份為開放式問答題，目的在探討學生對 奈米科技的基本認知。請參考附錄五。 字詞聯結法在試卷上以”學校”為例，可能想到老師、升旗、教室、 操場等等與學校有相關的字詞或句子都可以寫或畫。藉由此方式了解學 生對奈米科技在學習前與學習後的認知情形。研究者在施測前提醒學生 可用畫圖或書寫方式完成此題作答，並再次強調本題並沒有標準答案， 希望學生多寫一些。此外，研究者想知道學生對奈米科技存在哪些認 知，所以在施測時本題獨立一張，告知學生可將答題內容寫或畫在此卷 任何空白處。並且為避免學生在填答基本資料或其他部分奈米科技認知 評量卷時參考試卷內容而影響施測，所以本卷在向學生說明後先進行施 測，給予學生約10分鐘回答後收回試卷，再給予學生填答基本資料與其 他部分奈米科技認知評量試卷。進行後測時，希望學生能對奈米的認識 除了名詞之外增加一些描述，所以將此題做一些變化，改變舉例方式， 請參考附錄六。

第二部分為單選題，共11題，內容項度包含奈米的定義、結構、特 性、應用。第三部分為是非題，前測施測13題，內容項度包含奈米的定 義、結構、特性、應用與科技倫理。後測延宕測增加4題成為17題進行 施測。第四部份為開放式思考題，共2題，由學生的作答中得知他們對 奈米世界的想像與期待，以及學生能否更進一步了解新科技的副作用。 3. 專家內容效度 問卷初稿完成之後，隨即進行專家審查，針對初稿內容之代表性及 適切性加以評斷及修改，並提供意見，回寄後再做修正，以建立本研究 工具之專家內容效度並形成預試。問卷經專家審查後對敘述用詞略作修 飾。 4. 預試問卷之實施 預試問卷編製完成後，選擇台中縣某一國小六年級學生進行預 試，為控制施測情境，研究者親自前往施測班級主持問卷施測工作， 以團體施測方式進行，作答時間約 30 分鐘，施測完畢後，立即收回問 卷進行分析統計。 5. 預試問卷分析結果 奈米認知評量卷回收後實施評閱計分，利用 SPSS for Windows 統 計軟體進行難度、鑑別度分析，藉以進行奈米認知評量卷的試題評鑑。 依據郭生玉（1994）的試題分析步驟，首先各選取得分最高分的 27﹪

本研究在課程實施前一週進行前測，進行教學後一週內進行後 測，並於三個月後進行延宕測，由於設計課程教師與實施教學教師的 協助使得三次測驗回收率達 100％，研究者回收評量卷後進行統計， 共有 391 名六年級學生參與施測，選取樣本時原本欲以前後延宕測三 次中有任一題未填答即捨棄，但估計以此原則會捨棄 110 名（約 1/3） 的樣本,所以選取未填答數少於 2 題的為樣本,而未填答部份列為遺漏 值，而每一次缺答數多於 2 題以上或填答有明顯隨意作答的樣本（全 部答同一值或答案有一定排列規律）即捨棄,依據此原則捨棄 25 名樣 本,所以有正式施測樣本共 366 名。 第一部分的分析方式參考蔡元福（2004）奈米科技融入自然與生 活科技領域教學之初探研究結果中學生對奈米的認識分出以下各類， 包含一種儀器、一種食物、一種單位、一種科技、奈米產品、其他， 將資料分類後統計次數。 第二、三部分為選擇 11 題與是非題 17 題，選擇題每題 1 分，分 數範圍在 0-11 之間，是非題答對一題 1 分，答錯或回答不知道者 0 分， 分數範圍在 0-17 之間，所以綜合第二、三部分分數範圍在 0-28 之間。 分數越高，表示學生對奈米科技的認知越高。 奈米認知評量卷在前測、後測回收後，研究者發現學生對於開放 性問題答題越來越簡略，尤其對奈米產品是否有副作用部份，在後測 時多數學生只回答有或沒有，理由部分多數空白沒寫，且有學生在評 量卷角落寫下不想再寫同樣的問卷了，基於各種因素考量，所以延宕 測時就只針對選擇題與是非題進行施測。

二、訪談大綱

本研究欲了解教師設計課程與實施之歷程，研擬出下列六點進行訪談。 (一)、 請問您參與奈米科技教學的動機與過程？ (二)、 請問您如何設計教學、準備教學教具與遇到的困難，如何克服？ (三)、 請問您進行奈米教學時遇到跟不上的學生會如何進行輔導？ (四)、 請問您每個班級的教案是否相同？如何統整容入自然科教學？如何 挪出時間進行奈米教學？進行幾堂課？ (五)、 請問您學生反應如何（進行奈米教學是否會增加學生負擔）？家長反 應如何？學校行政如何配合？ (六)、 得對於一個想要參與奈米科技教學的教師要參加何種研習活動幫助 比較多？

第四節 資料處理與分析

本研究以 SPSS for WINDOW 10.0 統計軟體進行資料分析處理，所使用的統 計分法如下： 一、 描述性統計 針對學生在奈米科技教學評量卷的第一部分字詞聯想與第四部份的作答 利用百分比描述學生答案的分布情形。這二部份回答易受主觀影響，所以只針 對學生的回答類型做分類來了解學生的想法與創意，不做分數計算。第二、三 部分利用平均數、標準差與百分比方式描述學生得分情形。而開放性答案由研 究者分類後請另一位同儕與指導教授再審視。 二、 成對樣本t考驗 用以檢視學生奈米科技評量卷得分在前測與後測，後測與延宕測之間是 否達顯著差異以及評量卷五個內容向度得分與三個能力目標得分在後測與延 宕測之間是否達顯著差異，以檢視學生在後測的學習成效是否有增加，延宕測 的學習保留是否仍有，與在五個奈米內容項度中哪些內容項度學生有學習保留 情形。 三、 共變數分析 在進行共變數分析之前，先進行「組內迴歸係數同質性考驗」，以得知共 變項對依變項迴歸分析所得到的斜率是否達顯著差異，考驗原分組自變項對共 變項間是否有顯著的交互作用，若交互作用檢定達到顯著，表示原自變項與共 變項間有交互的影響關係，此結果表示違反了組內迴歸係數同質性的檢定；反 之，若交互作用檢定未達到顯著，代表未違反組內迴歸係數同質性的檢定，即 可進行共變數分析。用以檢視學生奈米科技評量卷得分在排除前測影響後，不 同背景學生在後測、延宕測得分是否達顯著差異。

第四章 研究結果與討論

本研究旨在探討國小奈米科技教育的課程設計與實施歷程，藉由研究者自編 之評量卷來評量學生的學習情形，建立國小奈米科技教育設計與實施的初步模 式，以供未來欲進行奈米科技課程教師參考。以下針對本研究目的分五節詳述研 究結果，第一節為國小教師設計實施奈米科技教育課程的歷程，由訪談設計課程 老師所獲得資料作分析；第二節說明研究對象中學生部分的基本資料分析；第三 節表示學生進行奈米科技教育課程之後，學生之奈米科技學習成效，詳述學生評 量卷回收後的結果分析，分為開放性題型與非開放性題型，開放性題型依據學生 回答分類統計，非開放性題型比較學生前測後測延宕測的的得分與差異；第四節 研究不同背景變項的學生與進行奈米科技教育課程學習成效之關係，比較不同授 課教師、性別與家庭社經背景對學生在後測、延宕測的得分是否有顯著影響；第 五節就學生答題率討論，針對學生答錯率超過 50％的題目進行討論。

第一節 國小教師設計及實施奈米科技課程的歷程

由於研究者並未參與課程設計與實施過程，所以由藉由訪談設計課程教師 來了解其參與動機與設計、實施歷程。研究者以半結構式訪談卷對設計課程教

學習，亦本著教育就是要讓孩子適應未來社會精神，因此把奈米科技教給 小學生。她認為目前的課程內容不足讓孩子適應未來的社會，因此希望教 給孩子實用的知識，並試圖激發學生潛能。她也認為若引導孩子小時候就 接觸新科技知識，在孩子的成長過程中就不會去排斥新科技知識，這樣可 使小學生長大後能跟上科技進步的步伐，才能提高未來國家的競爭力。 R: 請問您參與奈米科技教學的動機與過程？ W：為什麼我要教奈米課程，因為我希望說十年後一定很盛行，因 為現在生物科技、奈米科技是國家型計畫對不對，你在小學的 時候有這個概念，…我只不過引導小朋友認識奈米，以後他只 要碰到這個領域他就會想要去學習，….. ，我們講終身學習， 就是我們啟發他持續學習。 W：因為我們教他奈米是要引發孩子的潛能，所以我必須給孩子天 馬行空的想像。 W：那我是覺得說我們的所編的課程沒有辦法讓小孩子適應未來的 社會，也就是二十年後我們不知道孩子要什麼的技能，對不對？ W：那所以你一定…….你不能說給他的是一些舊的知識，將來到了 社會他沒有….英雄無用武之地。 w 老師表示其目的是在引導學生認識奈米科技。此理念與九年一貫 精神國民教育階段的科技教育主要目的在協助學生察覺與試探科技，具 備科技素養、善用科技而便利生活進而培養學習科技的興趣相符。亦顯 示有必要在小學階段進行奈米科技課程。

二、 老師以學生舊經驗為基礎，有系統的設計八大單元跟生活有關的奈

米科技教材。

奈米是很抽象的是尺寸單位，學生無法具體看到，所以 w 老師必須 花很多心思去設計課程來教導學生。奈米科技課程沒有能力指標可以參 考，w 老師表示他先收集眾多奈米科技的資訊，並分類尋找國小學生能 學懂且與生活相關的內容，接著著手分析學生從三年級之後的自然課上 過哪些內容，這樣可以先了解學生的先備知識，並計畫在六年級的自然 課中增強某些單元的內容深度，使得學生在最後學習奈米科技課程時能 更容易了解。 R: 那想請問老師，您當初設計課程時，奈米課程並沒有能力指標，那 您是用什麼方式來編這個教材？ W：..我就是想要教小朋友，所以我就要收集資料 W：我是先把奈米的知識…我每天上網去，只要是奈米的我就在我的電腦 開一個namo的資料夾，就把我們所有版本的自然課本，自然課本 所教的內容，我把他做一個整理，然後我就把兩邊做一個match， 就是我要編這個教材之前，我一定要知道小朋友的先備知識是 什麼， W：我把它規劃為八大單元，每一個單元都是由舊經驗引導，曾經 學過的內容是什麼引導到正課。…..我才能知道我要從何教起這 樣，給孩子一個有系統的學習，他才不會覺得你給他介入，他 一下子不知所措

W：我上這一課之前我會先跟小朋友說這一課的架構是什麼，以這 個架構去找資訊去找資料。…..要他們先去找資料，再和同學合 作統整，…..還要他們討論讓他們遊戲中學習， W 老師的教學是先了解學生先備知識，以學生舊經驗引導，將奈米知 識與學生舊經驗連結，符合奧斯貝爾（Ausubel）的意義學習理論以前導組 織提供認知結構，將新的學習能包含進入既存的相關概念。

三、 在學校實施由各班級原自然科老師進行教學，使用相同的教材，但

教學方式由老師自我發揮。

進行教學的老師有 3 位，但是所使用的教材是由 w 老師所設計，w 老 師於教學前跟其他老師講解教材內容並分享自己的教學方式，但因各班 各老師教學理念、經歷等因素，並無要求相同的教學法。 R : 那你們的教材內容都是一樣的嗎？還有教學法相同嗎？ W：對，就是我編的那一套教材………我會教他們，我們是一個團 隊， ……..但是我的那套教材我是有告訴他們我是怎麼 教，……….教學的技巧就看老師你個人的教學年資還有對課程 的興趣都有很大的關係。 W：我覺得這方面我不太干預老師的個人專長，因為他們會認為他們 的方式會比較好，那我認為我的方式是不錯的。

四、 w 老師教學特色之一是要學生自己寫重點，自己整理筆記。這種教

學方式是 w 老師從美國進修後改變的。

w 老師由美國進修回國後，改變教學方式，教學生自己整理重點筆記， 老師本身也從學生重點簿暸解學生學習與改進教學。W 老師的教學中重視

學生自己完成的筆記與心得部分，上自然課每一個單元前，w 老師會先有 系統給學生一個本單元的大綱藍圖，要學生上課前先收集本單元資料，進 行小組整理分享後再進行教學，學習一個單元結束後做一份報告與心得分 享。而其他 2 位老師教學的班級並無要求同樣的教學模式。 R : 學生寫重點簿當作業之ㄧ是您以前教學就這麼做嗎？ W：沒有，我從美國回來以後才這麼做的。 W：…….我會教他重點怎麼寫，怎麼抓那個重點，要用不同的顏色來 分等級，…..從六年級我一接手就開始寫重點簿，…….，每一個 單元後面會有一個感想心得，因為從那個感想心得我就能知道 小朋友他們吸收多少。 W：我上這一課之前我會先跟小朋友說這一課的架構是什麼，以這個 架構去找資訊去找資料寫重點簿。…..要他們先去找資料， R：那他們的學生的學習方式還有作業就跟你的不一樣,他們就沒有寫 重點簿？ W：應該是沒有。 學生寫重點筆記為 Rothkopf（1970）學習策略的產出性技巧之ㄧ。學 生寫筆記過程有助於引導注意並建立內外聯結（林清山，1997）。所以本研 究中 w 老師教學生自己做筆記，學生上課前整理筆記的過程就能專注且明 白內容大綱，接著教學中與後又讓學生整理筆記心得，使學生自己再一次