高中電腦教科書之電腦科學史內容分析

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(1)國立臺灣師範大學資訊教育研究所碩士論文. 指導教授：吳正己博士. 高中電腦教科書之電腦科學史內容分析. 研究生：陳秋燕撰中華民國九十八年六月.

(2) 第一章緒論. 第一節研究背景與動機科學教育的主要目標為提昇全民的科學素養，而藉由科學史的教學可以有效的達成此教育目標（Leite, 2002; Matthews ,1994 ; Monk & Osborne, 1997; Rutherford, 2001）。許多學者的研究亦發現，科學史教學有助於科學的學習。 Lin、Hung 及 Hung（1998）即發現學習科學史的學生，對化學問題的解題能力明顯提昇。Galili 及 Hazan（2001）發現，學習科學史學生較能理解物理幾何光學的概念，並進行有意義的學習。而 Solbes 及 Traver（2003）也發現，科學史可以讓學生更明確瞭解科學演進的歷程，增加學習科學的興趣。因此，將科學史納入課程中，已是世界普遍的趨勢。1980 年代，美國的 Project 2061 計畫及英國、丹麥、荷蘭等國的相關課程計畫，皆將科學史視為科學課程的一部分，重視實施科學史教學（Matthews, 1994）。教科書在科學教學活動中一直扮演著極重要的角色，是大多數教學的依據或主要工具。Whitman（2004）調查發現美國中學教師在課堂教學及家庭作業，依賴教科書的比例高達 80%至 90%之間。Staver 及 Lumpe（1993）指出 90%的科學教師在課堂上使用教科書的時間佔整個教學活動的 90%。這些研究皆顯示，教科書在教與學的活動中扮演著極重要的角色，教科書之良寙將直接影響教學成效。雖然科學史有助教學，但若缺乏合適的科學史教材，仍無法發揮其效益（Leite, 2002）。許多學者嘗試透過教科書科學史內容的分析，來探究科學史教材的呈現情形。相關研究發現科學史教材仍未臻完善，像是科學史內容篇幅偏低（Brackenridge, 1989; Níaz, 2000; Orpwood & Souque, 1984）、深度不足（Souque, 1987; Drakopoulou, Skordoulis & Halkia, 2005; Leite, 2002）、無法呈現. 1.

(3) 出科學本質與歷史的脈絡（Gil & Solbes, 1993）等，顯然科學史在教科書中的呈現仍有很大的改善空間。近年來，這股重視科學史的風潮也擴及至電腦科學界，許多電腦科學學者積極呼籲將電腦科學史納入電腦課程中，以提昇學生電腦科學的素養及學習成效（Gal-Ezer & Harel, 1998; Lee, 1997, 2000; Rupf, 2004; Impagliazzo & Lee, 2004）。電腦科學教育者指出了電腦科學史教學的諸多優點，包括：學生將可由不同面向認識電腦科學的本質，以更客觀的態度洞察真實世界的改變，並能更深刻地體會電腦科學與社會的互動關係（Gal-Ezer & Harel, 1998; Impagliazzo & Lee, 2004; Lee, 1997; Rupf, 2004）；科學史呈現電腦科學家的貢獻，可引起學生的學習興趣，並激發出探索的本能與創新性（Gal-Ezer & Harel, 1998; Lee, 1996; Impagliazzo & Lee, 2004）；學習電腦科學史能讓學習者避免重蹈過去的錯誤，並建立正確的電腦科學知識與脈絡架構（Impagliazzo, Davies, Lee, & Williams, 1997; Lee, 2000）；且由於電腦科學是一門新興的學問，許多不同領域的科學對電腦科學發展的貢獻，也將能一併呈現於電腦科學史中（Lee, 2000; Impagliazzo & Lee, 2004）。有關電腦科學教科書的研究並不多，近年來雖然已漸有電腦教科書方面的研究，但多偏重在程式語言教材的分析（Maurer, 1996; Wu, Lin & Lin, 1999）、硬體或軟體等特定單元內容分析（Wu, Lee & Lai, 2004；賴皇觀，2001；劉佳芸，2003）或教學策略的應用分析（吳正己、龐能一，1995）等，並無對電腦科學史相關內容的分析探討。台灣的電腦課程實施已久，通過國立編譯館審定的教科書版本亦相當多，但台灣電腦教科書究竟是如何呈現電腦科學史內容？呈現的篇幅及形式為何？是否呈現出整體脈絡？這些問題均有待更深入地分析探討。故本研究針對國內審定本高中電腦教科書，分析其電腦科學史內容篇幅，並進一步分析其整體呈現特色，期能根據分析結果提出建議，以供教師及教科書作者之具體參考。 2.

(4) 第二節研究目的本研究主要目的是分析高中電腦教科書中電腦科學史內容的呈現情形。本研究具體目的有二：一、分析高中電腦教科書中電腦科學史內容篇幅呈現情形。二、分析高中電腦教科書中電腦科學史內容呈現特色。. 第三節. 研究範圍. 本研究的範圍如下：一、分析的教科書以通過國立編譯館審查的高中電腦教科書為主，但不包括教師手冊、習作本、多媒體光碟等。二、研究的內容選定「電腦科學史」，以廣義定義來界定電腦科學史，只要是教科書中曾提及的過去資訊或事實等內容，即屬電腦科學史。. 3.

(5) 第二章文獻探討本章旨在探討本研究的相關文獻，以作為研究的基礎，共分為三節，分別為科學史與科學學習、教科書科學史分析研究、教科書科學史的分析方法。. 第一節科學史與科學學習以下將由科學史學習的重要性、科學史學習的效益、科學史的教學、電腦科學史學習，分別探討科學史與科學學習的相關研究。. 壹、科學史學習的重要性早在十九世紀末，即有學者提出將科學史納入教學的構想，但直到二十世紀初，英國、美國才開始注意到科學史對科學教育的重要性。英國在 1917 年開始出現有關科學史的課程內容；1920 年代，美國 George Sarton 在哈佛大學教授科學史課程，則是科學史教學的濫觴。1940 年代，哈佛大學校長 James Conant 將科學史規劃在大學部通識課程中，藉以幫助非主修科學的學生學習科學。1960 年代，哈佛大學更推行「物理課程計畫」（Project Physics Course），強調以歷史的觀點來幫助學生瞭解物理科學的本質，並改變學生對物理科學的態度；之後由 Klopfer 主持的 History of Science Cases for Schools 計畫，將科學史個案導入中學課程，希望增進中學生對科學及科學家的了解（Matthews, 1994）。1980 年代，各國更具體推出與科學史有關的課程計畫及標準，例如，美國的 Project 2061 計畫、國家科學教育標準（National Science Education Standard）及科學素養里程碑（Benchmarks for Science Literacy）（AAAS, 1993），英國的國家科學課程. 4.

(6) （British National Curriculum），荷蘭的 PLON 計畫，丹麥的科學科技課程（Danish Science and Technology curriculum）等，皆提倡將科學史納入科學課程中，科學史的正式納入課程之中儼然已成為科學教育的趨勢（AAAS, 1989, 1993; Galili & Hazan, 2001; Leite, 2002 ; Matthews, 1994）。科學史的重要性也可以從相關學術組織的相繼成立可見一斑，例如， 1924 年美國成立 History of Science Society（HSS, http://www.hssonline.org/），1947 年英國成立 British Society for the History of Science（BSHS, http://www.bshs.org.uk/），1987 年美國又成立 International History, Philosophy and Science Teaching Group（IHPST, http://www.ihpst.org/），這些重要的學術組織除定期舉辦相關的研討會議，並發行學術期刊，積極推動科學史的學術研究。台灣也於 1989 年正式加入國際科學史學會（http://www.dhstweb.org/），並於 1999 年舉辦首屆科學史哲融入教學研討會。. 貳、科學史學習的效益許多學者相當肯定科學史對科學教育的助益，有許多研究亦證實科學史學習所發揮的效益。以下將以人類文明與科學價值、學習成就、學習態度與興趣三個面向，統整歸納與科學史學習效益相關的文獻。. 一、人類文明與科學價值科學與人類文明息息相關，但許多既有觀念造成人類對科學的誤解，如認為科學缺乏人性、科學家都是理性的天才等，藉由學習科學史可以讓學生由不同面向來瞭解科學與人類文明的關係。 Matthews（1994）認為學習科學史可使教材更具人性化，藉人類成就的整合性及相依性可呈現人類文明的真實性。Rutherford（2001）認為實施科學史教. 5.

(7) 學，可讓學生體驗人類文明的演進過程。傅麗玉（2001）指出學習科學史能使學生瞭解科學對人類生活的貢獻，也能讓科學性向與非科學性向的學生從不同觀點瞭解科學的不同面向，使科學教育具人文思想之文化價值。洪振方（1997）認為學生若在科學史的學習情境下，將可瞭解科學知識建構的整個過程。巫俊明（2002）指出，學習科學史可去除科學缺乏人性的迷思，也有助於了解科學知識的暫時性與不確定性；科學史可顯示科學研究的動機常來自社會、科技、或政治的激發，學習科學史可以幫助學生瞭解科學與社會文化間的交互作用。 Solbes 及 Traver（2003）的研究發現，在課程中實施物理科學史、化學科學史教學，可以讓學生完整認識科學家的重要貢獻、科學革命及科學演進的歷程。綜合上述，學習科學史有助於瞭解科學知識的暫時性、科學家與科學演進的關係、科學與社會文化間的關係，也可由人文面向來重新體認科學與人類文明的價值。. 二、學習成就許多學者相當肯定科學史對學習成就的助益，亦有不少實證研究以為佐證。Lin、Hung 及 Hung（2002）研究發現，學習化學科學史的八年級學生，在解決化學問題的表現上明顯比其他未學科學史的學生好；且科學史教學大幅提昇低成就學生的學習成效；學生亦能透過科學史的呈現，建構更具體的概念知識並進行有意義的學習。Schecker (1992)發現，科學史有助學生瞭解自己既有的物理學概念，並以此為基礎建構新的科學概念。Galili 及 Hazan（2000）也發現，在中學物理課程中引入相關的物理科學史內容，學生能透過科學史的呈現，建構更具體的概念知識並進行有意義的學習。此外，科學史亦有助於學生理解科學本質、提昇判斷力與創造力，洪振方（1997）認為學生可以藉由學習科學史，建立富批判力與創造力的科學探究模式和思考方式。Roach 及 Wandersee（1995）以科學故事的呈現方式來檢驗科學 6.

(8) 史對科學教學的影響，結果發現學習科學史確實能提昇學生對科學本質的理解。KIpnis (1998)發現讓學生在物理課重做歷史上重要實驗、閱讀科學史、或討論科學史，皆有助學生對科學本質的體認。王素慧（2007）研究發現接受科學史學習的學生，在批判思考能力測驗的得分顯著高於未接受科學史學習的學生。學習科學史可以增進對科學本質的理解，提升解決問題能力、批判思考能力及創造力，並建構出具體的科學概念及進行有意義的學習，對提升學習成就有相當大的助益。. 三、學習態度與興趣研究顯示，科學史可以正向提升學習態度與興趣，如 Matthews（1994）認為學習科學史可連結個人思想和科學概念的發展，減低科學的抽象化。Gauld (1991) 在他提出的教學模式中，將教學歷程分為六個階段，其中第三階段即是進行科學史學習，利用提問、閱讀、討論等方式，激發學生的學習興趣。 Galili 及 Hazan（2000）發現，在中學物理課程中引入相關的物理科學史內容，能有效提昇學生的學習興趣。Solbes 及 Traver（2003）的研究發現，在課程中實施物理科學史、化學科學史教學，除了可以提昇學生學習科學的興趣外，也可以讓學生建立對科學的正向態度。王素慧（2007）研究發現接受科學史教學的學生，在科學態度問卷的得分顯著高於未接受科學史教學的學生。由此可知，若要建立正向的學習態度、提升學習科學的興趣，實施科學史教學將是可行的實施方式。. 7.

(9) 參、科學史的教學科學史在課程及教學中的呈現方式，亦影響學生學習科學史的成效。 Matthews（1994）指出科學史教學並非只是將科學史當作課程綱要的一個主題，而是應將科學史融入到所有課程內容中。同樣的，Brush（1989）也認為零散或片斷的科學史知識（如只標示日期、人物、事件名稱），無法具體呈現真實科學發展的脈絡關係，也無法發揮科學史教學的功能。電腦科學學者 Dick Hamming 也主張電腦科學史應呈現電腦科學發展的概念脈絡，而不應只單單列出歷史人物名、日期、地點及誰是「第一」等片斷的知識（Mahoney, 1993）。Lee（1997）則指出，編年史的方式只會強調何者是第一，而遺漏了歷史事件之間的脈絡，並不是好的科學史料呈現方式。依 Galili & Hazan (2001)的整理，實施科學史教學共為五類：重做歷史性實驗、提供原始文件、提供科學小故事或趣聞軼事、將科學史有系統的整合入課程、僅提供名稱與日期，另外還有其他如個案研究等。. 肆、電腦科學史學習近年來，電腦科學學者也開始意識到電腦科學史的重要性，認為電腦科學史應像其他科學史一樣受到重視。1978 年美國電機電子工程師學會（Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）首度發行 The Annals of the History of Computing 期刊（http://www.computer.org/annals），鼓勵學術界進行電腦科學史的相關研究。而電腦科學界的許多學者亦積極呼籲將電腦科學史納入課程當中，實施電腦科學史教學（Gal-Ezer & Harel, 1998; Impagliazzo & Lee, 2004; Lee, 1997, 2000; Rupf, 2004）。1991 年由美國電腦學會（Association for Computing. 8.

(10) Machinery, ACM）所提出的大學電腦課程建議書（Computing Curricula 1991），便首度將電腦科學史納入課程中，具體呼籲實施電腦科學史的教學（Tuck, 1991)。相關文獻也提出學習電腦科學史的效益，Lee（1997）認為學習電腦科學史，學生將可以更客觀的態度探究科技進化的過程，並瞭解及預測科技對人類生活的影響。他更進一步認為，電腦科學史的學習可以瞭解女性科學家及其他領域學者對電腦科學的諸多貢獻。Impagliazzo 及 Lee（2004）認為電腦科學史可以將人物特性及事件發展過程真實地呈現出來，讓學習過程變得比較有趣，並激發探索電腦科學研究的興趣；還可以讓學生由不同角度來看待電腦科學，強化電腦科學知識的學習，並能對電腦革新技術與人類社會的關係有更深入的體會。Rupf（2004）認為，學習電腦科學史除了可以引起學習動機，還可以讓學生或研究者深入探究事件或發明者的內在想法；科學史還可確實呈現電腦科學所做的貢獻，讓學生學會以更崇敬的心態來思索電腦科學與人類的關係，洞察電腦科學對真實世界所造成的改變；再者，雖然電腦科學的進化速度相當快速，電腦科學史學習將有助理解電腦科學不變的本質。由此可知，學習電腦科學史有許多效益，如：可引起學習動機、激發探索電腦科學研究的興趣、有助理解電腦科學的本質、可深度體會電腦科學與人類社會的關係，應具體將電腦科學史納入電腦課程中。. 伍、小結綜合上述，學習科學史的效益包括，（一）能由人文層面重新體認科學與人類文明的價值、促進對科學概念與科學本質的理解。（二）能由過去科學家的重要貢獻、科學的革命以及演進的歷程中，瞭解整個科學的發展脈動，以便能從中體會未來的趨勢。（三）引起學生的學習動機、協助建立對科學的正向態度、. 9.

(11) 激發對科學研究的興趣。雖然實施科學史教學已是科學教育的趨勢，然而，要如何在課程中適切地呈現科學史內容，有效地提昇科學教育的效益，亦是實施科學史教學中，不可忽視的重要課題。. 10.

(12) 第二節教科書科學史分析研究許多教師多以教科書為教學依據，教科書是課程實施成敗的重要關鍵因素。Collette 及 Chiappetta(1989)指出，特別是新手教師，教學時相當依賴教科書，往往以教科書為唯一教材，課後作業也僅是指派教科書中的習題。Staver 及 Lumpe（1993）指出，科學教師使用教科書的時間占了整個教學活動的 90 ％。吳正牧（1994）指出，美國教師的教學活動，大約 70%至 90%是根據教科書來進行的。Whitman（2004）研究美國 21 個州使用教科書的狀況，發現美國中學教師在課堂教學及家庭作業，依賴教科書的比例高達 80%至 90%之間。這些研究皆顯示，教科書在教與學的活動中扮演著極重要的角色。教師依賴教科書，教科書之良寙更直接影響教學成效，教科書研究有助於發展好的教科書。以下由中小學科學教科書分析、理化教科書分析、電腦教科書分析等三個向度，來探討與教科書相關的研究。. 壹、中小學科學教科書分析科學史雖在科學教育中扮演了相當重要的角色，但若缺乏合適的科學史教材，仍然無法真正發揮科學史教學的效益（Leite, 2002）。因此，許多學者希望透過教科書的分析，以探究科學教科書之科學史內容的品質及優缺點。如 Orpwood & Souque（1984）分析加拿大中小學科學教科書，結果發現所分析的三十三本科學類教科書（包括科學、物理、生物、化學、心理等），絶大部分並未呈現出科學史內容，而其主要原因則是因為各州教育主管單位並未將科學史列為科學教育的目標。他們建議，教科書作者應在編寫教科書時，適當地增加科學史內容，並呈現科學與社會之間的關係。. 11.

(13) 小學自然科教科書的研究，Drakopoulou、Skordoulis 及 Halkia（2005）在分析希臘小學自然教科書發現，科學史幾乎以附加的方式呈現在教科書中、深度較為不足，以致無法讓學生對科學研究建立正確的印象。呂紹海（2006）分析台灣國小自然與生活科技教科書科學史內容，也發現教科書中的科學史料之內容明顯偏低；且大都是簡介科學家傳記，並偏重以照片、圖片來呈現歷史資訊，極少描述科學的發展過程。另外，傅麗玉（2001）分析台灣兒童讀物的科技史結果發現，讀物內容以科學家的傳記、個人的生平故事為主，缺少呈現科學知識的發展或是科學事件的歷史脈絡。有關中學科學教科書的研究，Souque（1987）分析加拿大中小學科學教科書發現，教科書在呈現某個科學理論時，往往只簡約地介紹了日期及科學家名字，使學生只接受到片斷、零散的知識；或是將科學家描述為孤單的天才，誤導學生對科學及科學家的觀感。Leite（2002）分析葡萄牙中學的科學教科書的科學史內容，發現科學教科書並未完整呈現科學及科學家的真實面，而他更指出教科書作者的科學史素養會是影響科學史內容篇幅的主要因素。綜合上述，因為教育主管單位的不重視或教科書作者本身的科學素養不足，以致中小學教科書的科學史篇幅明顯不足，內容深度不夠，且大多是片斷零散的知識，無法描述整個科學事件的完整脈絡，也無法呈現科學家的真實面。整體而言，中小學教科書的科學史內容，仍有改善的空間。. 貳、理化教科書分析許多研究是針對理化教科書的科學史進行分析，洪振方（1997）分析台灣中學理化教材大氣壓力概念的單元中，發現教科書中科學史的角色竟只在揭示人名、事件與發生日期等訊息。陳勇志（1996）分析台灣國中理化教科書的力學部份，發現科學史所佔的面積百分比只有 2.99％，且敘述過於簡略，依賴教. 12.

(14) 科書無法發揮科學史的多重教學功能，除非教師本身具備豐富的科學史素養能自行補充。Gil 及 Solbes（1993）分析西班牙四十二種中學物理教科書發現，約 90%的教科書未描述古典物理的危機或困難，也未說明科學的發展特性，導致學生無法分辦古典物理、現代物理的差別，產生許多迷思。類似的結果亦出現在 Stocklmayer 及 Treagust（1994）的研究中，他們分析物理教科書有關電流概念的內容，發現多數教科書編者並不重視科學發展的脈絡。除了中學理化教科書的研究，亦有相當多研究是針對大學理化教科書的科學史進行分析，如 Brackenridge（1989）分析中學及大學的物理教科書發現，教科書編者並未重視如何呈現科學史內容，許多科學理論的重大演變不是未被提及，不然就只呈現在第一章，之後便未再出現。Níaz（2000）分析 22 本大學化學教科書，也發現教科書大多忽略科學史料的呈現，其原因是作者缺乏科學史哲素養所致。邱玉如（2003）分析國內大專用書「自然科學概論」，發現僅有二本有專門章節陳述科學史，但對科學家的生平與科學家之間的互動未有深入陳述。林弘庭（2005）分析大專物理教科書，亦發現只有一套有專門章節陳述科學史，但對科學家的生平與科學家之間的互動並沒有深入描述。莊秋蘭（2005）研究國內各大專化學用書中的科學史篇幅，發現僅有一套佔 9.57％，其餘六套的含量都低於 4.0％，顯示化學之教學用書在科學史的含量上頗為稀少。綜合上述，理化教科書在科學史呈現上有份量不足、敘述過於簡略、介紹科學家或事件時只簡單提及人名、事件與發生日期、未深入說明科學的發展等缺失，以上研究顯示理化教科書在呈現科學史內容還有待努力。. 13.

(15) 參、電腦教科書之分析研究電腦科學是個新興的領域，國內外目前有關電腦教科書方面的分析並不多見，研究重點多偏重在程式語言教材的分析、硬體或軟體等特定單元內容分析或教學策略的應用分析等。例如，吳正己、龐能一（1995）分析高中職計算機概論教科書的類比應用，結果發現類比在教科書中使用不普遍，且大部分類比描述過於簡單，也未考慮其限制，容易誤導學生產生迷思概念。Maurer（1996）分析 Pascal 教科書中 GO TO 概念的呈現，並提出如何在程式中使用 GO TO 概念的建議。Wu、Lin 及 Lin（1999）分析台灣十六冊高中電腦教科書程式語言教材的問題類型，並探討各類型習題呈現所遇到的問題，結果發現教科書中的程式語言範例缺乏詳細的解題步驟，也未呈現如何分析問題、如何測試程式及除錯等過程，且習題範例都偏重在數學題型。劉佳芸（2003）以布魯姆（Bloom）認知分類表分析高中電腦教科書的知識層次，發現教科書的教學目標、教材內容及習題多為低認知層次，缺乏高層次的認知層次。Wu、Lee 及 Lai（2004）利用概念圖分析電腦教科書中央處理單元概念的呈現，發現教科書呈現的概念多有不同，並偏重以內部結構概念為主。Lin 及 Wu (2007)分析台灣的電腦教科書發現，電腦教科書內容多偏重在特定的應用軟體介紹，也太過強調科技工具，造成電腦科學的概念知識不足，及使用不適當的類比等。. 肆、小結綜合前述探討，可發現科學教科書的科學史內容存在著許多問題，如科學史內容篇幅偏低；科學史的角色只在揭示人名、事件與發生日期等訊息；科學史內容以附加的方式呈現，只能呈現零散、深度不足的片斷知識；教科書也極. 14.

(16) 少描述科學的發展過程，無法完整呈現科學本質、科學家的真實面與歷史的脈絡。另外，雖有許多學者呼籲應重視電腦科學史的教學，但目前因缺乏相關研究無法得知實際實施情況，且國內外的教科書研究中，尚無與電腦科學史相關的分析研究，若要實際得知電腦科學史教學的現況，尚待更多的研究投入。. 15.

(17) 第三節教科書科學史的分析方法在國內外均有學者對科學教科書中的科學史進行分析，以下將分別探討 Leite（2002）、Níaz（2000）及傅麗玉（2001）等人的分析方法。. 壹、Leite（2002）的分析方法 Leite 針對葡萄牙中學物理教科書的科學史內容進行全面性分析，研究結果發現物理教科書的科學史篇幅過少、教科書作者並不重視科學史的呈現，缺乏整體脈絡的科學學習，會導致學生對科學及科學家的誤解。以下分別說明其分析向度及方式。. 一、分析向度 Leite 依據科學課程、科學史教學特色及相關文獻，發展了一個分析表用來分析物理教科書中的科學史內容，分析類目包括八類：（一）科學史內容的類型與組織分析教科書中的科學家傳記、科學家的人格特質、科學家的軼事或趣事；科學演進的描述方式、科學演進的貢獻者。（二）科學史內容的素材分析有關科學史的圖片數量、文件數量、曾提及的重要實驗，別人的論述或二手資料及教科書作者的論述等。（三）科學史內容的正確度分析科學史內容是否呈現正確的事實。（四）科學史內容的背景. 16.

(18) 將科學史內容依科學、科技、社會、政治及宗教的觀點分類。（五）科學史內容的定位將科學史內容分為基本的科學史、補充的科學史；並以使用者的觀點將科學史內容分為供全部的學生使用、供資優學生使用、不限制使用者。（六）科學史的學習活動安排將教科書中的學習活動，依學生的參與度分為必須參與的及自由參與，依活動的難度分為一般等級及困難等級，依活動的進行方式分為導讀型、搜集資料型、分析資料型及實驗型等。（七）科學史內容的一致性分析教科書各章節在科學史內容編排上的同質性及異質性。（八）參考資料的種類分析教科書在科學史內容時，是否有參考科學史書籍或其他的科學史資料。. 二、分析方式 Leite 由科學課程特色、科學史教學特色及相關文獻，定義出分析用的主類目及次類目。一開始先用於分析五本物理教科書，接著再由分析的結果修改成第二版分析表。一年後，再由 Leite 及另一位研究者以第二版分析表再次分析相同的五本教科書，並將二人的分析結果進行考驗，修訂分析表的次類目，完成正式版的科學史分析表。分析的單位因分析項目的性質不同也有所不同。例如，第（一）類目的科學演進描述方式、科學演進貢獻者或組織、第（五）類科學史內容定位等三個類目，分析單位是以相關概念或科學之演進為主；第（六）類科學史內容的一致性及第（八）參考資料的種類等二個類目，分析單位則以整冊內容為主；其他的類目，則以單個史科為分析單位。. 17.

(19) 貳、Níaz（2000）的分析法 Níaz 對大學化學教科書中有關「分子運動論」的發展史進行分析，發現大部分的教科書缺乏足夠的科學史內容，也未清楚呈現分子運動論與其他力學的差異，影響學生的科學學習。以下分別說明其分析向度及方式。. 一、分析向度 Níaz 為分析化學教科書在呈現「分子運動論」（kinetic theory）發展史的情形，由「分子運動論」的發展歷史訂出分析的項目：（一）是否說明分子運動論的基本假設？（二）是否說明 Maxwell 的粒子運動與牛頓運動的差異？（三）是否說明分子運動論對統計力學的貢獻？（四）是否說明對分子運動論造成影響的其他貢獻？（五）是否說明分子運動論在發展過程中所面臨過的挑戰？（六）是否以數學觀點（algorithmic mode）或整體概念觀點（conceptual gestalt）來描述氣體分子的運動？. 二、分析方式 Níaz 取樣二十二本大學化學教科書，依上述六個項目進行分子運動論發展史的分析，依出現的次數劃記統計數量，並以「S」表示有詳細說明、「M」表示有提到、「N」表示完全沒提到；最後以統計圖表呈現其分析結果。. 18.

(20) 參、傅麗玉的分析法傅麗玉發現台灣小學自然科教科書中的科學史材料篇幅稀少，而兒童課外讀物中反而有較多的科學史材料，所以對兒童讀物進行分析，以瞭解科學史教材的發展趨勢。他建議科學史可以多以圖片或照片來呈現、避免說教的意圖、引導學生認識科學的本質。以下分別說明其分析向度及方式。. 一、分析向度傅麗玉（2001）分析面向包括了版面呈現方式及社會人文等觀點，詳細分析類目如下：（一）版面的呈現方式以呈現方式來分析科學史內容版面，分為連環漫畫說科學家或科技史的故事、文字穿插照片、繪本配以少量文字、只有文字沒有任何圖片等。（二）基本內容將科學史基本內容分為單一科學家的傳記、多位科學家傳記集成一冊、科學理論沿革與發展中穿插科學家的傳記故事、只著重科學理論沿革與發展。（三）科學方法分析科學史內容中描述科學方法的方式，方式如反覆實驗、不斷觀察、不斷思考鑽研、不斷提出問題與假設、不斷記錄、用實驗證明理論、用實驗證明假設、科學實驗的辛苦、科學知識是經過累積、可用數學的自然定律描述、過度簡化的科學方法、無意中發現。（四）科學家的幼年分析科學史內容描述科學家幼年的方式，如期望用以激勵兒童向上或瞭解科學、努力不懈不怕挫折、喜歡思考、強烈求知慾、強烈好奇心、對工作狂熱、. 19.

(21) 貧窮的家境、喜歡發問、天資過人、不盲從一般人看法、喜歡質疑一般人的想法、多遊歷見識廣博、喜歡敲敲打打做東西、與學校教育格格不入、父親正面影響、身體瘦弱、富裕家境、勇敢獨立、小時愚頓孤僻、母親正面鼓勵、正義感等、對俗務不善處理、幼年有不良習性等。（五）科學家的人格特質、工作態度與動機分析科學史內容描述科學家的人格、工作態度與動機的方式，如意志堅定、追根究底、工作狂熱、非常努力用功、不屈服於物質環境限制、強烈好奇心，追求事物真相、改善人類生活、實事求是、不畏權威，堅持真理、質疑別人或前人的成果、有正義感、不恥下問、不計名利達成理想、工作辛勞病逝、豐富想像力、不擅言詞、不善交際、不修邊幅、幽默有趣等。（六）外在社會與文化對科學的影響以社會與文化觀點來分析科學史內容，如傳統女性刻板印象、與其他科學家的互動或競爭、政治的影響或關係、宗教的影響、人道精神的影響與發揮、權貴的影響或關係、家庭成員的鼓勵、從事科學致富、家境貧困、家境富裕、試圖區分或調和宗教信仰與科學理論。（七）性別差異、地域分佈與科學家種族分佈分析科學史內容對於科學家的性別、種族及地域分佈的呈現情形，（八）中國科技史的特質分析有關中國科技史內容介紹的呈現特質。. 二、分析方式傅麗玉（2001）為探討台灣科學讀物中的科技史材料的故事版面與基本內容呈現方式，取樣六十七冊台灣科學史讀物，並從中歸納出讀物中的科技史材料呈現的八個主類目，再針對每一主類細列出次類目，以逐冊記次方式統計，並列出百分比，以比較各冊讀物中科學史內容的差異。 20.

(22) 綜合前述探討，Leite 將科學史的分析類目訂得相當仔細，藉由這些類目的區分，可以對科學史教材進行多面向的剖析；他並以量化圖表清楚呈現各教科書在不同項目的統計結果，可供使用者或教科書編者具體明確地檢視科學史內容的差異。Níaz（2000）由科學發展史的角度，針對某一單元而制定出的分析類目，雖然較不具通用性、不易應用到不同單元，但卻能印證科學知識的形成過程，並可具體檢視科學史內容是否完整呈現科學的發展脈絡，可做為單一觀念科學史分析的參考。而傅麗玉（2001）以不同呈現方式來分析科學史內容版面，此方法可以較完整地得知科學史內容的呈現情形；又嘗試由性別、種族、少數群體等社會與文化層面來分析科學史內容，大為擴充整個研究面向的廣度。. 21.

(23) 第三章研究方法本研究主要目的在於分析高中電腦教科書中電腦科學史的篇幅呈現情形及內容呈現特色。首先由研究者選定通過國立編譯館審查的高中七套電腦教科書為分析對象，並藉由文獻探討及專家意見建立篇幅分析表與內容分析表，以為分析的依據。分析工作由一位高中電腦教師與研究者一同進行。以下就研究對象、研究工具、分析步驟、資料分析分別予以說明。. 第一節研究對象現行的高中電腦課程於民國 95 年實施（教育部，2005），民國 99 年又將實施新的高中電腦課程（教育部，2008），目前坊間依據 95 年暫行綱要編製的審定本高中電腦教科書僅有二套，若僅以此二套教科書做為研究對象，則研究結果不免欠缺代表性，將無法明確得知電腦教科書之電腦科學史整體呈現特色。近年來通過審查的高中教科書編製依據分別為 84 年的課程標準（教育部， 1996）及 95 年的暫行綱要（教育部，2005）。本研究對象並未侷限於現行課程綱要所編製的電腦教科書，依 84 年課程標準編製的教科書亦是本研究的分析對象。84 年的課程標準電腦課程為選修四學分，其教科書分為上、下二冊；95 年的課綱為選修二學分，教科書為單一冊。研究者在查詢過國立編譯館網站所公佈的電腦教科書目後，發現其所列書目並不齊全，於是再至國立編譯館的教科書中心查閱館藏書目，發現有的教科書僅有上冊卻欠缺下冊，有的是相同作者的重覆著作，於是將不齊全的教科書刪除、重覆的教科書僅保留一套，合計有七套可作為本研究對象。此七套教科書分別以 A、B、C、D、E、F、G 稱之，其中 A、B 二套依據 95 年課綱編製，. 22.

(24) C、D、E、F、G 五套依據 84 年課程標準編製，以下為各教科書的出版資訊及代號。 A：普通高級中學選修資訊科技概論，施威銘等編著，民國 96 年由旗立資訊股份有限公司出版。 B：普通高級中學選修資訊科技概論，翟家甫等編著，民國 96 年由全華圖書股份有限公司出版。 C：高中電腦教科書，旗立電腦研究室編著，民國 93 年由旗立資訊公司出版。 D：高中電腦教科書，林奇鋒等編著，民國 94 年由全華科技圖書公司出版。 E：高中電腦教科書，黃慧容編著，民國 92 年由全華科技圖書公司出版。 F：高中電腦教科書，劉政儒等編著，民國 92 年由創意家資訊有限公司出版。 G：高中電腦教科書，張翔宇等編著，民國 92 年由華興書局出版。. 23.

(25) 第二節研究工具本研究主要是以「電腦科學史篇幅分析表」及「電腦科學史內容分析表」二項工具來分析教科書中電腦科學史內容。電腦科學史篇幅分析表是用來分析電腦科學史的篇幅及呈現方式，而電腦科學史內容分析表是分析電腦科學史的呈現情形，以下將詳細說明二個分析表的分析項目。. 壹、電腦科學史篇幅分析表教科書內容可分為本文內容與本文外的補充說明，呈現方式包含文字、圖表，本分析表參考傅麗玉（2001）的分析方式，將版面的呈現方式分為文字、圖片、表格三種類別，分析的範圍含本文內容與本文外的補充說明，藉以統計電腦科學史的篇幅數量、所佔頁數與百分比，詳細分析表請參考附錄一。. 貳、電腦科學史內容分析表「電腦科學史內容分析表」主要是以第三章第三節所探討的 Leite（2002）科學史內容分析表為依據，並參酌相關文獻及電腦科學的學科特性加以修改而成，建置完成後與指導教授研究討論，使分析類目符合專家效度的需求。因審定本高中電腦教科書均依據課程綱要編撰並通過審查，內容本身即具有高度的正確性，本研究不對歷史資訊的正確性及準確性進行分析。本分析表共包括七個主要分析類目，分別為電腦科學史描述方式、素材形式、內容屬性、在教學中的定位、學習活動、呈現的一致性、以及使用的參考資源等，詳細的分析表內容請參考附錄二。以下分別說明分析表各類目與分析. 24.

(26) 單位。. 一、電腦科學史的描述方式電腦科學史的描述方式分為以科學家主軸、以科學演進主軸二類。科學家主軸又包括科學家的生平與科學家的特質；而科學演進主軸又包括演進的類型與主要貢獻者，如表 3-1 所示。表 3- 1 電腦科學史的描述方式一、科學家主軸（一）科學家的生平 1.基本資料 2.個性 3.趣聞／軼事（二）科學家的特質 1.著名的／天才的 2.平凡的二、科學演進主軸（一）演進的類型 1.單一事件 (1)簡單提及某個科學事件 (2)詳細描述某個科學事件 2.多個事件 (1)不連續事件 (2)連續事件 (3)事件演進關係（二）主要貢獻者 1.單一科學家 2.一群科學家或組織. 25.

(27) 科學家的生平又分 3 個子類目：基本資料、個性、趣聞／軼事。基本資料，是指介紹科學家的姓名、出生死亡年代等；個性是指介紹科學家的性格、脾氣、情緒、處世態度等；趣聞或軼事是指介紹科學家的婚姻、科學家曾受過迫害等。科學家的特質中，又包括著名的或天才的、平凡的等二類，著名的或天才的，是指描述了科學家的天賦、科學家的重要發明或發現等；平凡的是指描述科學家平凡的一面，如科學家曾考試失敗、科學家為生活而努力工作等。科學演進主軸包括演進類型與主要貢獻者二類。演進類型又依單一事件與多個事件進行分類，在單一事件中，對事件的描述方式又分為簡單提及、詳細描述。而描述多個事件的方式分為不連續事件、連續事件及事件演進關係等三類，以下說明演進類型各子類目： 1.簡單提及某個科學發現，是指簡單提到演進的年代或主導者。 2.詳細描述某個科學發現，是指教科書在呈現某個事件或發明時，會將整個演進過程詳實地描述出來。 3.不連續事件的描述，是指提到二個以上的事件或發明，但彼此並未關連。 4.連續事件是提到二個以上的事件或發明，彼此是依前後時期接續。 5.事件演進關係是提及不同見解或在爭論間來回的演變。. 在主要貢獻者方面，Leite（2002）將之分為三類，分別為單一科學家、一群科學家或組織，及整個科學界。因電腦科學含跨各類不同學門，如數學、電子、電機、工程…等，很難明確界定整個電腦科學界的範圍，且貢獻者不外乎是單獨個人或多人合作，故本研究僅將貢獻者區分為單一科學家與一群科學家或組織二類，刪除整個科學界的貢獻，當教科書提及多個貢獻者或科學組織時，即將之歸為一群科學家或組織的貢獻。以下為二個子類目的說明： 1.個別的科學家，是指某位科學家的發明或貢獻，影響了電腦科學的演進。. 26.

(28) 2.一群科學家或科學組織，是指一群科學家或科學組織，他們的發明或貢獻影響了電腦科學的演進。. 二、電腦科學史的素材形式本研究將電腦科學史的素材分為六個類別，包括：（一）科學家的照片，如教科書中有電腦科學家 Linus Torvald 的照片。（二）電腦軟硬體照片，包括機器、實驗室或硬體設備、軟體執行畫面的照片等。（三）原始文件，是指電腦科學家所撰寫的文件，例如由 Grace Murray Hopper 所撰寫的第一份除錯文件。（四）第二手資料，並不是由電腦科學家或教科書作者所撰寫的專文、製作的模型或繪製的設備圖，而是引用自他處，如引用自其他作者的著作。（五）教科書作者撰寫的專文，即教科書作者針對某一主題或科學家所寫的小短文，如在介紹內儲程式時，另有專文介紹 John Von Neumann 的短文。（六）其他，如紀念郵票、詩、繪畫、繪圖…等。. 三、電腦科學史內容屬性 Leite（2002）的分析表將電腦科學史內容屬性分為科學的、技術的、社會的、政治的及宗教的五類。綜觀電腦科學發展過程，早期的重要電腦科學革命，往往與軍事戰爭相關，如第一部大型計算器是用來計算彈道軌跡、編碼理論是為了破解或加密軍事情報而發達，所以本研究將此項特性納入做為分析依據，修改 Leite（2002）的政治屬性為軍事政治的屬性。本研究以科學的、技術的、社會的、軍事政治的及宗教的五個向度來分析其內容屬性。以下說明各屬性的特性：（一）科學的屬性，是指歷史資訊是否有與科學理論、數學知識相關。（二）技術的屬性，是指歷史資訊是否有與科技相關。 27.

(29) （三）社會的屬性，是指歷史資訊是否與當時生活狀況及公認價值相關。（四）軍事政治的屬性，是指歷史資訊是否與當時軍事政治相關。（五）宗教的屬性，是指歷史資訊是否與當時宗教信仰相關，這在電腦科學界是相當罕見的。. 四、電腦科學史在教學中的定位本類目是用以分析電腦科學史在教學中的定位，依據的項目為在科學教育中的角色、學習對象二個次類目來進行分析。說明如下：（一）在科學教育中的角色此類目用以分析電腦科學史教材的重要性，分為基本的與補充的學習內容： 1.基本的：歷史資訊若是出現於教科書的本文中，就屬於基本的教材。 2.補充的：歷史資訊若是出現於本文外或補充區塊，如延伸學習、延伸閱讀、小百科、知識頻道等，就屬於補充的教材。（二）學習對象 Leite（2002）的分析表在學習對象分為全體學生、自願學習者及資優學生共三類，但因台灣的高中電腦課程為必修課，每位學生皆應修讀，教材內容理應編寫給全部高中學生使用，故本研究不予分析電腦科學史是否適合資優學生學習，僅將學習對象分為全體學生、自願學習者二類。此類目是分析電腦科學史教材適合的學習者類型，分為二類： 1.全體學生：電腦科學史若是出現在教科書課文中，學習對象即是全體學生。 2.自願學習者：電腦科學史若出現於教科書課文之外，如額外註解或獨立區塊，則學習對象就屬自願學習者。. 28.

(30) 五、與電腦科學史相關的學習活動此類目是分析教科書中有關電腦科學史的學習活動或習題，共三個次類目，如表 3-2 所示。表 3-2. 電腦科學史相關的學習活動. 一、學習活動的強制性（一）必要的（二）可選擇的二、學習活動的層次（一）一般性的（二）加深的三、學習活動的類型（一）引導閱讀（二）尋找參考資料（三）分析歷史資料（四）其他說明如下：（一）學習活動的強制性分析學習活動在學習過程中所扮演的角色，分為： 1.必要的：該活動項目是每位學生都應完成的。 2.可選擇的：該活動是可讓學生自由選擇是否要完成。（二）學習活動的層次分析該活動是可簡單達成目的、或具挑戰性地做，分為： 1.一般性的：活動內容未提到任何目的或不具困難度的。 2.加深的：活動內容是要進一步促進學習的，具一定困難度。（三）學習活動的類型 29.

(31) 用以分析完成該學習活動所涉及額外工作，雖然 Leite（2002）分析表列有一類是重做歷史重要實驗，但考慮到電腦科學並未涉及科學實驗，本研究將重做歷史重要實驗此類別刪除。故本類目僅包括： 1.引導閱讀：針對某一歷史文章的某些問題進行導讀與討論。 2.尋找參考資料：要求學生尋找科學史資料並撰寫成報告。 3.分析歷史資料：分析過去科學家所得到的資料。 4.其他：不屬上述的活動類型，如記憶式的背誦。. 六、電腦科學史呈現的一致性此類目是用以分析全冊教科書中電腦科學史資訊是否具一致性地呈現，分為同質的與異質的二個次類目。說明如下：（一）同質的，是指各章的歷史資訊類型與融入方式都相同。（二）異質的，是指各章的歷史資訊類型與融入方式並不相同，又分為： 1.有以歷史組織而成的一些章：教科書有組織地在特定的章中呈現電腦科學史。 2.有些章中有以歷史組織而成的節：教科書有組織地在某些章中的某些節呈現電腦科學史。 3.某些章中有提到電腦科學史的小節：教科書的電腦科學史不限定在特定的章節中，而是分散出現在某些章的某些節裡。 4.有些章節包含了電腦科學史的參考資料：教科書在某些章節裡列舉出有關電腦科學史的參考資料。 5.章節中沒有任何歷史資訊：教科書中沒有任何電腦科學史內容。. 30.

(32) 七、電腦科學史的參考資源此類目用以分析教科書中電腦科學史的資料來源類別與分佈狀況，Leite （2002）在分析表中將參考資料來源分為科學史專書、科學書籍裡的歷史資訊二類，分佈狀況分為分佈在各章與分佈在某些章。由於網際網路的興起，很多參考資料來源來自網路資料庫，本研究將參考資料類別再擴充一個次類目「網路資源」，以包括網路上的參考資料。以下說明科學史專書、科學書籍裡的歷史資訊、網路資源三個次類目：（一）科學史專書：引述參考的資料是出自科學史類的書籍。（二）科學書籍裡的歷史資訊：引述參考的是其他科學類書籍的科學史資料。（三）網路資源：引述參考網際網路的資料並列出網址。. 31.

(33) 第三節. 分析步驟. 本研究實施步驟是先決定分析單位，並做試行分析，最後進行正式的分析。分析工作特商請一位高中資深電腦教師與研究者共同進行，先由研究者仔細閱讀七套教科書內容後，挑選出符合電腦科學史定義的內容，再與共同分析者針對第一次篩選的科學史內容進行第二次篩選，做為研究的分析範圍。以下就各分析步驟分別說明：. 壹、決定分析單位分析單位依所分析的項目而有不同，篇幅分析是為計算整套教科書中的電腦科學史數量及百分比，是以「套」為分析單位。內容分析是對電腦科學史內容進行多面向的分析，分析單位可為「套」、「一則主要概念」、「一幅」、「一個」等，依分析類目的不同而有所差異。. 一、電腦科學史篇幅分析篇幅分析是以每「套」教科書為分析單位，分析方式是計算文字、圖表的數量及百分比。文字篇幅以行數為基本單位，並將行數換算成該套教科書的頁數。圖表則以教科書中每一獨立的圖表為分析單位，分析方式是統計全套教科書的圖表數量。. 二、電腦科學史內容分析本分析表共有七個主要分析項目，分別為電腦科學史描述方式、素材形式、內容屬性、在教學中的定位、學習活動、呈現的一致性、以及使用的參考. 32.

(34) 資源，分析單位依類目不同而有所差異，說明如下：（一）電腦科學演進是以歷史資訊所呈現的主要概念為分析單位，以文字為主題，將所附的圖、表合計為同一個單位，如「第一代真空管時期…第二代電晶體時期…第三代積體電路…第四代超大型積體電路…（C 版，p4-5）」，此段內容描述電腦發展的四個世代，屬於連續事件的描述，分析時需視為同一則電腦科學史。（二）電腦科學家的生平或特質，以符合此類定義的完整描述為分析單位。下例是描述電腦科學家的天賦，整段內容視為同一分析單位：英國人 Ada Loveslace 女伯爵利用自己對於數學的天賦，研發一些指令幫助分析機執行運算，在 Babbage 製作分析機時，Ada Loveslace 和他一起工作，後來她還寫下一些筆記，讓其他人可以繼續完成分析機的製作。（F 版上冊，p.11）（三）照片類的素材、原始文件，不論其版面大小，以一則、一幅為分析單位。（四）學習活動的分析單位是單個學習活動或習題，若有題組，仍視為同一單位。（五）呈現的一致性及使用的參考資源，此二個類目分別用以分析整套教科書的編排一致性及來源出處，目的是要歸納整體結果，分析時是以「套」為單位。. 貳、試行分析本研究分析工作是由二位分析者共同進行，先由二位分析者共同討論各類目定義，以取得初步共識，之後再進行試驗性分析，以對歸類方式與原則取得共識。分析樣本為 B 版教科書，由二位分析者依類目表定義各自獨立分析，再將. 33.

(35) 分析結果加以比對討論，並請指導教授針對二位分析者的分析共識提供意見，以做為後續分析的參考。. 參、逐一分析教科書在確定分析原則之後，本研究由二位分析者共同進行實際分析工作，逐一將各教科書中電腦科學史依類目歸類，並將結果記錄在類目表上。. 第四節資料分析本研究是以篇幅分析表（附錄一）與內容分析表（附錄二）進行電腦科學史的分析，資料分析的方式是以次數分配與百分比統計。其中版面篇幅、描述方式、素材形式、內容屬性、教學定位、學習活動等類目，統計方式是當電腦科學史有符合分析表中的類目，即在該類目下劃記，最後以統計圖表呈現次數分配及其百分比。不適合以數值呈現結果的類目，如：呈現的一致性、參考資源等類目，在劃記完畢後，將佐以描述性分析。再依據上述各項分析資料，描述性分析出教科書電腦科學史的整體趨勢及特色。. 34.

(36) 第四章結果與討論本研究分析高中電腦教科書中關於電腦科學史的內容呈現情形及呈現特色。以下分節描述電腦科學史內容在教科書中的篇幅、描述方式、素材形式、內容屬性、教學定位、學習活動、呈現一致性、及使用的參考資源。. 第一節篇幅本節主要是分析電腦科學史在教科書中所佔的篇幅比重，科學史呈現的方式包括文字、圖片及表格等三種方式。表 4-1 是各版教科書科學史篇幅的統計結果，結果顯示電腦科學史內容平均佔教科書總篇幅的 2.1％，呈現型式以文字為最多（平均 1.5％），圖片次之（平均 0.5％），表格的數量最少（平均 0.1％）。科學史相關的文字內容描述，各版教科書出現的平均次數約為 24 次，內容以描述硬體、軟體、網路、程式語言的發展為主。圖片的平均數量約為 4 幅，內容以硬體元件或設備為主。表格的出現次數平均不到 1 次，大都是針對文字內容的整理說明。由上述結果得知，電腦教科書的科學史篇幅明顯偏少（平均 2.1％），其他學科的研究亦出現類似結果。如呂紹海（2007）分析台灣小學自然教科書的科學史篇幅，發現百分比為 0.24~1.37％，教師手冊中的科學史百分比也僅 0.05~0.34％。陳勇志（1998）分析台灣國中理化教科書的力學內容，科學史面積百分比只有 2.99％。莊秋蘭（2005）分析國內大專化學用書的科學史篇幅，發現僅有一套佔 9.57％，其餘六套都低於 4.0％。在電腦科學史內容偏少的情況下，教學者若只依賴教科書進行電腦科學史教學，勢必會因內容不足而影響成效，若需教學者再自行額外補充電腦科學史教材，難免會造成教學上的嚴重負. 35.

(37) 擔。雖然各版電腦教科書均附有教師手冊（G 版除外）以為補充，但經研究者研讀過各套教師手冊後，發現教師手冊對電腦科學史亦著墨甚少。 Orpwood 及 Souque（1984）認為科學史篇幅偏少，原因是教育主管單位並未將科學史學習列為教學目標，以致教科書忽略了科學史的呈現。而 Leite （2002）與 Níaz（2000）認為教科書作者的科學史素養不足，是科學史篇幅偏少的原因。電腦科學史除了上述情況外，還因為電腦發展較其他科學發展歷史為短，使得許多事件都尚未論定，而無法稱為歷史。「一圖解千文」說明圖表對學習的助益，廖焜熙（2001）指出，理想的中學理化教科書編寫方式，應以圖為主，文為輔。教科書中若能適當的使用圖表來輔助文字的學習，將可以傳達更多的訊息（林凱胤，1997），例如，以圖表解釋電腦世代的演進關係，將比文字描述更清晰。研究結果顯示，分析的教科書在圖表方面，圖片的平均數量約為 4 幅，表格的出現次數平均不到 1 次，圖表的提供似乎過少，未來教科書作者可再思考如何在教科書中適度地加入圖表以輔助學習。. 36.

(38) 表 4- 1 電腦科學史所佔篇幅文字. 圖片. 表格. 合計. 頁頁數平均行數. N. 頁數 (％). N. 頁數 (％). N. 頁數 (％). N. 頁數 (％). A. 363. 25. 19. 2.0 (0.6). 6. 1.3 (0.4). 1. 0.1 (0.04). 26. 3.4 (1.0). B. 301. 26. 15. 1.5 (0.6). 3. 1.2 (0.4). 2. 0.8 (0.3). 20. 3.5 (1.2). C. 717. 24. 15. 3.1 (0.9). 4. 0.3 (0.1). 1. 0.4 (0.1). 20. 3.8 (1.1). D. 409. 26. 27. 3.3 (1.6). 6. 3.5 (1.8). 0. 0 (0.0). 33. 6.8 (3.4). E. 604. 16. 31. 7.0 (2.3). 4. 1.0 (0.3). 0. 0 (0.0). 35. 8.0 (2.6). F. 506. 23. 37. 5.8 (2.3). 6. 1.5 (0.6). 1. 0.1 (0.04). 44. 7.4 (2.9). G. 452. 27. 16. 4.3 (2.2). 1. 0.4 (0.2). 0. 0. (0.0). 17. 4.7 (2.4). 合計. -. -. 160. 27.0 (10.5). 30. 9.2 (3.8). 5. 1.4 (0.5). 195. 37.6 (14.6). 平均. -. -. 22.9. 3.9 (1.5). 4.3. 1.3 (0.5). 0.7. 0.2 (0.1). 27.9. 5.4 (2.1). 版本. 註：N 為出現次數. 37.

(39) 第二節. 描述方式. 本節分析電腦科學史內容是以「科學家」為主軸或是以「科學演進」為主軸的方式描述。由表 4-2 可看出教科書中的電腦科學史幾乎都是以科學演進為主軸來呈現（平均 98.7％），只有少數教科書以科學家為主軸描述（平均 1.3％）。以下分別說明此二種描述方式的分析結果。. 表 4- 2 電腦科學史描述方式. A. 0. (0). 44. (100). 合計 N (％) 44 (100). B. 0. (0). 34. (100). 34. (100). C. 1 (3.6). 27 (96.4). 28. (100). D. 0. (0). 50. (100). 50. (100). E. 0. (0). 34. (100). 34. (100). F. 2. (5.3). 36. (94.7). 38. (100). G. 0. (0). 14. (100). 14. (100). 合計. 3. (-). 239. (-). 242. (-). 平均. 0.4 (1.3). 版本. 科學家主軸 N (％). 科學演進主軸 N (％). 34.1 (98.7). 34.6 (100). 壹、科學家主軸科學家為主軸的方式是以科學家的介紹為主，藉由科學家個人的介紹，附帶闡述出歷史的資訊。分析的教科書中，以科學家為主軸描述的內容相當少，只有 C 版及 F 版有此種描述方式，總共有 3 個。針對科學家個人的描述，主要為其基本資料或天賦，而有關科學家個性、趣聞軼事、平凡面等的描述則幾乎沒有。以下二例是以科學家為主軸的描述： Babbage 生於 1791 年，是一名英國發明家及數學家，他發明了兩台機器，一是差分機（Difference Engine）、二是分析機（Analytical Engine）。．．．．雖然在 Babbage 的有生之年並沒有將分析機製作完成，不過他的兒子卻 38.

(40) 替他父親完成了分析機，此台機器擁有現代電腦的 5 項基本架構．．．．因此 Babbage 被尊稱為電腦之父。（F 版上冊，p.11）. 英國人 Ada Loveslace 女伯爵則是第一個電腦程式設計師，她利用自己對於數學的天賦，研發一些指令幫助分析機執行運算，在 Babbage 製作分析機時，Ada Loveslace 和他一起工作，後來她還寫下一些筆記，讓其他人可以繼續完成分析機的製作。（F 版上冊，p.11）. 由上述結果得知，電腦科學史以科學家為主軸描述的內容相當少（平均 1.3 ％），且幾乎是科學家的基本資料或天賦，有關科學家個性、趣聞軼事、平凡面等的描述則沒有出現。Souque（1987）指出，教科書常將科學家描述為孤獨的天才，誤導學生對科學及科學家的觀感。教科書若只關注呈現科學家的天賦或成就，將無法完整呈現科學與科學家的真實面，所以，若能在教科書中添加更多電腦科學的趣聞或軼事，除了可使教材更具人性化與真實面，亦可以激發非科學性向學生的學習興趣。. 貳、科學演進主軸科學演進主軸是以科學史上相關事件的演進來描述，教科書中有些歷史內容是以單一事件的方式描述，有些則是多個事件整合的描述，而事件的主要貢獻者有可能是個別科學家、一群科學家或組織的泛稱方式等。以下就由科學事件與其事件的貢獻者二方面來分析。. 一、科學事件描述類型由表 4-3 可看出教科書在提及科學演進類型時，大部分都是單一事件的描述（平均 91.5％），僅有少數是多個事件整合的描述（平均 8.5％）。說明如下：（一）單一事件單一事件的描述中，約三分之一是簡單的提及科學事件（平均 32.5％），約. 39.

(41) 三分之二是詳細的描述事件（平均 59.0％）。下例是對單一事件簡單提及：國際標準組織（ISO）於 1984 年訂定了開放式系統互連模型（OSI），用來規範不同電腦不同系統進行通訊的原則。（B 版，p.121）下例則是對單一事件的詳細描述： FORTRAN 是 FORmula TRANslator 的縮寫，為 IBM 於 1954 年發表，是歷史上的第一個高階程式語言。由於早期電腦主要從事科學的計算工作，所以 FORTRAN 是一個以科學應用為導向的語言，其主要用途為科學、工程與數學的運算。（F 版下冊，p.4）（二）多個事件多個事件的描述中，連續事件的描述出現次數比較多（平均 6.8％），不連續事件與事件演進關係的描述則僅各出現一次（平均 0.8％）。以下是針對電腦硬體元件發展以四個連續事件方式描述：第一代-真空管時期人類在 1937 年製造出第一部電子式電腦的雛型-ABC 電腦… 第二代-電晶體時期 1947 年美國 Bell 實驗室成功地研發出第一個電晶體… 第三代－積體電路時期 1958 年德州儀器公司將數萬個電晶體元件存放到微小的晶片上… 第四代－超大型積體電路時期由於積體電路技術不斷的改良，電腦科學家又研發出更高密度的積體電路…（C 版上冊，p.4-5）下例為不連續事件的描述，它並未依事件的時序排列：因為微軟的 MS-DOS 為文字介面作業系統，使用時必須記住各種指令才能執行某些動作，在使用上非常不方便…。 UNIX 是由貝爾實驗室所發展出來的，具有多人多工和完善的網路通訊. 40.

(42) 能力…。 Linux 是由芬蘭人 Linus Torvalds 所設計的一個類似 UNIX 的核心（Kernel）程式…。（B 版，p.42）下例為事件演進關係的描述：電腦輔助教學（CAI）軟體是一種針對特定主題所設計的教學軟體。… 早期 CAI 的開發以輔助教學為主要考量，近年來則逐漸以學習者的角度來設計，稱為 CAL。（A 版，p.21）. 41.

(43) 表 4- 3 以科學演進主軸描述科學史：科學事件描述類型單一事件版本. 多個事件事件演進連續事件關係 N (％) N (％). 簡單提及. 詳實描述. 小計. 不連續事件. N (％). N (％). N (％). N (％). A. 7 (38.9). 9 (50.0). 16 (88.9). 0 (0). 1 (5.6). B. 12 (75.0). 3 (18.8). 15 (93.8). 1 (6.3). C. 3 (21.4). 10 (71.4). 13 (92.8). D. 12 (40.0). 16 (53.3). E. 2 (10.5). F. 小計. 合計. N (％). N. (％). 1 (5.6). 2 (11.2). 18. (100). 0 (0). 0 (0). 1 (6.3). 16. (100). 0 (0). 1 (7.1). 0 (0). 1 (7.1). 14. (100). 28 (93.3). 0 (0). 2 (6.7). 0 (0). 2 (6.7). 30. (100). 14 (73.7). 16 (84.2). 0 (0). 3 (15.8). 0 (0). 3 (15.8). 19. (100). 6 (16.7). 30(83.3). 36 (100). 0 (0). 0 (0). 0 (0). 0 (0). 36. (100). G. 2 (25.0). 5(62.5). 7 (87.5). 0 (0). 1 (12.5). 0 (0). 1 (12.5). 8. (100). 合計. 44 (-). 87 (-). 131 (-). 1 (-). 8 (-). 1 (-). 10 (-). 141. 平均. 6.3(32.5). 12.4 (59.0). 18.7 (91.5). 0.1 (0.9). 1.1 (6.8). 0.1 (0.8). 1.4 (8.5). 20.1. 42. (100).

(44) 由上述結果可知教科書在提及科學演進類型時，大部分都是單一事件的描述（平均 91.5％），僅少數是多個事件整合的描述（平均 8.5％）。單一科學事件的描述中，約三分之二是詳細的描述（平均 59.0％）、三分之一是簡單的提及（平均 32.5％）。多個事件的描述中，連續事件的描述出現次數比較多（平均 6.8％），不連續事件與事件演進關係的描述則僅各出現一次（平均各 0.8％）。電腦科學的發展脈絡可以藉由科學事件的演進關係清楚呈現，但研究顯示，目前的教科書在這部分的內容似乎較為不足。. 二、科學事件的主要貢獻者表 4-4 顯示教科書在介紹科學演進的貢獻者時，某些科學演進事件可能會同時提到個別科學家與一群科學家或組織，在分析其主要貢獻者時，應包括個別科學家、一群科學家或組織二種不同類目。結果發現教科書內容大部分是以一群科學家或科學組織的方式描述（平均 71％），以個別科學家方式描述則比較少（平均 14.7％）。下例為以組織的方式描述主要貢獻者： 1947 年美國 Bell 實驗室成功地研發出第一個電晶體。（B 版，p.4）下例為個別科學家的貢獻： Linux 是由芬蘭 Helsinki 大學的 Linus B. Torvalds 所開發出來的作業系統…（C 版上冊，p.194）. 43.

(45) 表 4- 4 版本. 科學演進主軸描述中科學事件的主要貢獻者. 個別科學家 N (％). 一群科學家或組織 N (％). 合計 N (％). A. 2 (14.3). 12 (85.7). 14 (100). B. 3 (23.1). 10 (76.9). 13 (100). C. 2 (15.4). 11 (84.6). 13 (100). D. 4 (20.0). 16 (80.0). 20 (100). E. 2 (13.3). 13 (86.7). 15 (100). F. 0 (0.0). 0 (0.0). 0 (0). G. 1 (16.7). 5 (83.3). 6 (100). 合計平均. 14. -. 2 (14.7). 67. -. 9.6 (71.0). 81 11. (85.7) 6. 上述結果發現，教科書電腦科學史內容大部分是以一群科學家或科學組織的方式描述（平均 71％），少部分是以個別科學家方式描述（平均 14.7％）。因為電腦科學跨足不同學科，通常不是一個人能發展出來，大部分是一群科學家或組織團隊的研究成果。. 參、小結綜合上述，教科書的電腦科學史描述方式主要是以科學的演進為主軸，以科學家為主軸描述的內容相當少；主要貢獻者偏重介紹一群科學家或組織，甚少提及個別科學家。分析其原因為：第一，教科書中為了能客觀描述，通常只能介紹已過世的科學家，如 Babbage 及 Ada Loveslace，但已過世的科學家，在電腦科學歷史中是相當罕見的。第二，電腦科學初期的發展通常與數學家、物理學家脫不了關係，而這些科學家在其本業中的成就通常遠大於其在電腦科學方面的成就，如發明計算尺的 Pascal 是有名的哲學家及數學家。第三，因為電腦科學跨足不同學科，通常不是一個人能發展出來，大部分是一群科學家或組織團隊的研究成果，相對比較下，研究成果便可能比開發者更受到重視。教科書中針對電腦科學家個人的描述，幾乎是基本資料或天賦，而有關科學家個性、趣聞軼事、平凡面等的描述則幾乎沒有。台灣的高中電腦課程是每位學 44.

(46) 生皆需修讀的科目，若能於教科書中添加更多電腦科學的趣聞軼事，除了可使教材更具人性化，亦可激發非科學性向學生的學習興趣及科學性向學生的探索本能與創新性。教科書在描述電腦科學演進時，甚少提及事件演進的關係，學生若對演進關係一知半解，便無法對電腦科學史有完整概念，只是學會堆積零散、片斷的知識，並不能發揮學習科學史的成效。教科書若能多以電腦科學事件的演進關係來清楚呈現電腦科學的整個發展脈絡，對學生將有不少助益。. 第三節素材形式本節分析教科書呈現電腦科學史使用的素材形式，分析類別包括電腦科學家照片、電腦軟硬體照片、原始文件、二手資料、教科書作者撰寫專文及其它等六類。由表 4-5 可看出最大量使用的素材是軟硬體照片（83.3％），其次是其它類素材（16.7％），所有教科書皆沒有使用科學家照片、原始文件、二手資料、教科書作者撰寫專文等四類素材。. 表 4- 5. 電腦科學史使用的素材. 版本. 科學家照片. 軟硬體照片. 原始文件. 二手資料. 作者撰寫專文. 其它. 合計. A. 0. 6. 0. 0. 0. 0. 6. B. 0. 1. 0. 0. 0. 2. 3. C. 0. 4. 0. 0. 0. 0. 4. D. 0. 6. 0. 0. 0. 0. 6. E. 0. 3. 0. 0. 0. 1. 4. F. 0. 4. 0. 0. 0. 2. 6. G. 0. 1. 0. 0. 0. 0. 1. 合計. 0. 25. 0. 0. 0. 5. 30. 平均. 0. 3.6. 0. 0. 0. 0.7. 4.3. ％. 0. 83.3. 0. 0. 0. 16.7. 100. 45.

(47) 使用的軟硬體照片，大部分是電腦元件或硬體設備，如：真空管照片（如圖 4-1）、軟式磁碟機照片；少部分是軟體執行畫面，如：文字介面與圖形使用者介面（如圖 4-2）等。其他類主要為以繪圖型式呈現的素材，例如，早期 CPU 內建快取記憶體（如圖 4-3）、網路的發展過程及軟式磁碟片與軟式磁碟機。. 圖 4- 1 真空管照片（A 版，p.3）. 圖 4- 2 早期作業系統（F 版上冊，p.87）. 46.

(48) 圖 4- 3 早期 CPU 內建快取記憶體（B 版，p.27）. 47.

(49) 由上述結果發現，電腦科學史的素材僅有軟硬體照片（83.3％）與其它類（16.7 ％），完全沒有科學家照片、原始文件、二手資料、教科書作者撰寫專文等素材。分析軟硬體照片及其他類的素材內容，發現此二類素材所呈現的不外乎硬體設備、軟體操作畫面，及一則關於網路發展的圖示。將本結果與第二節描述方式分析結果比對，可以發現，因為電腦教科書僅介紹少數幾位電腦科學家，科學家照片的素材當然就極少使用。雖然中學教材並不太需要以圖片或照片來刺激學習，但為避免教材過於枯燥，佐以各類素材來說明，也可以引發更多的學習興趣。整體而言，教科書在素材呈現上還有其改進的空間。. 48.

(50) 第四節. 內容屬性. 本節分析電腦科學史的內容屬性，包括科學的、技術的、社會的、軍事政治的及宗教的等五個類目。由表 4-6 可看出各版本教科書主要是以技術面向（77％）來呈現電腦科學史，科學（11.5％）、社會面向（9.5％）的內容數量比較少，以軍事政治面向（2.0％）來呈現電腦科學史的只有 F 版的三則，以宗教面向來呈現電腦科學史則無，以下各舉例說明之。下例為技術的屬性： Mac OS 是最早採用圖形使用者介面的作業系統，它採用 Unix 系統的核心。現今除可執行 Mac 的程式外，也可執行 Unix 或 Linux 的程式，使得向來為封閉專利式的作業系統變得開放，對於軟體的相容性大幅提高，這是 Mac OS 發展史上一項重大的革新。（D 版上冊，p.69）下例為科學的屬性：「摩爾定律」是 Intel 公司的創辦人﹣摩爾（Gordan Moore）所提出的一個定律。這個定律指出晶片（IC）上的電晶體數量將每隔 18~24 個月成長一倍，亦即指晶片上的處理效能將越來越好。（C 版上冊，p.103）下例為社會的屬性：早期在 WWW 方面，是由美國網景（Netscape）公司的領航員（Navigator）獨霸瀏覽器的市場．．．．由於微軟在行銷上的強勢作為，從網路探險家（Internet Explorer）4.0 版推出後已逐漸成為兩雄爭霸的局面。．．．．（G 版上冊，p.143）下例為軍事政治的屬性：全世界第一部電腦 ENIAC 是在二次世界大戰期間由美國研發，負責計算彈道軌跡的問題，因此電腦的發展最早是和國防應用有關（F 版上冊， p.181）。. 49.

(51) 表 4- 6. 電腦科學史內容屬性. 版本. 科學的. 技術的. 社會的. 軍事政治的. 宗教的. 合計. A. 2. 14. 6. 0. 0. 22. B. 4. 14. 1. 0. 0. 19. C. 3. 9. 2. 0. 0. 14. D. 1. 27. 2. 0. 0. 30. E. 4. 13. 1. 0. 0. 18. F. 2. 30. 1. 3. 0. 36. G. 1. 7. 1. 0. 0. 9. 合計. 17. 114. 14. 3. 0. 148. 平均. 2.4. 16.3. 2.0. 0.4. 0. 21.1. ％. 11.5. 77.0. 9.5. 2.0. 0.0. 100. 由上述結果可知，教科書中的科學史內容主要是技術層面（77％），而科學層面（11.5％）、社會層面（9.5％）及軍事政治層面（2.0％）的內容數量比較少，且皆沒有以宗教層面來呈現電腦科學史，此結果與其他學科的差異不大，如大部分也是以科學面向及技術面向為主的科學史內容，只是自然科學類的科學史更注重科學面向的歷史資訊，以宗教面向的歷史資訊很少，但軍事政治面向的科學史則完全沒有（Leite，2002；呂紹海，2007）。電腦科學與其他科學領域密切相關（Denning，2005），藉由許多學門的知識應用，電腦科技日益精進，相關資訊也多以新科技為討論重點，也因教科書作者未受足夠專業的科學史訓練，在編寫教材時不免就習慣以科技演進的觀點來呈現，以致教科書中大部分是以技術面向為主的電腦科學史。. 50.

(52) 第五節教學定位本節分析電腦科學史在教學中的定位，分為基本的或補充的學習內容二類，基本的學習內容是適合全體學生，補充的學習內容是適合自願學習者。由表 4-7 可看出教科書大部分將電腦科學史定位為基本的學習內容（平均 88.1％），少部分定位為補充的學習內容（平均 11.9％）。. 表 4- 7 電腦科學史在教學中的定位版本. 基本的. 補充的. 合計. N (％). N (％). N (％). A. 21 (70.0). 9 (30.0). 30 (100). B. 16 (76.2). 5 (23.8). 21 (100). C. 11 (73.3). 4 (26.7). 15 (100). D. 30 (100). 0 (0). 30 (100). E. 18 (100). 0 (0). 18 (100). F. 35 (97.2). 1 (2.8). 36 (100). G. 9 (100). 合計. 140. 平均. 20.0 (88.1). -. 0 (0) 19. -. 2.7 (11.9). 9 (100) 159. -. 22.7 (100). 由上述結果發現，電腦科學史大部分被定位為基本的學習內容，可以適合全體學生學習。目前台灣高中電腦課程並未將科學史納入課程綱要中，電腦課程將可以很彈性地實施科學史教學，不過，因為台灣教科書是以課程綱要為編篡依據，現行的課程綱要並未制訂科學史課程，導致電腦教科書也就忽略了科學史的呈現，教學者若以電腦教科書做為教學的主要依據，不免受科學史內容偏少的影響，而發揮不了科學史教學的成效。科學史教學已是趨勢之一，民國 99 年欲實施新的課程網要，「資訊科學發展」的綱要主題即為介紹電腦硬體及軟體的發展歷史，雖然 Matthews（1994）認為科學史應融入到課程內容中，而不是被當成課程的一個主題而已，但以台灣的電腦課程實施情況看來，將科學史內容明訂為課程綱要項目之一，才能落實電腦科學史的教學。 51.

(53) 第六節學習活動本節主要是分析教科書中與電腦科學史相關的學習活動，以學習活動的強制性、學習活動的層次、學習活動的類型等三個類目為分析依據。由分析發現，與電腦科學史相關的學習活動只有一個，學習活動符合必須的、活動層次符合一般性、活動類型符合尋找參考資料，如下：請列舉三種過去二十年來，電腦網路與資訊科技方面的重大發展，並討論其對於人類生活所帶來的挑戰與機會（B 版問題與討論，p.300）。. 上述結果可知電腦教科書中與科學史相關的學習活動竟只出現一個，顯然電腦科學史並未受到教科書作者的重視。這個結果與電腦科學史篇幅太少的結果不謀而合，也與其他研究結果雷同（Leite，2002）。學習活動是課程的一部分，它可以檢驗學習的成效，也可用來幫助學生掌握教材提供的訊息。電腦科學史相關的學習活動太少，學生的學習機會難免倍受影響。目前教科書所提供的科學史教材（平均 2.1％）及學習活動份量過少，教學者勢必需增加課前準備時間來收集補充或自行設計，無形中又增加教學者的負擔。教師手冊可以支援教師教學活動，學生習作可以做為學習輔助資源，若能在教師手冊增加科學史內容，在學生習作增加與科學史相關的學習活動，將有效發揮科學史教學的功能。. 第七節. 呈現一致性. 電腦科學史呈現的一致性分為同質的與異質的二類來進行分析。同質的是指各套教科書呈現歷史資訊的方式相同，異質的是指呈現的方式有差異。由分析中發現，所有的教科書均以異質的方式呈現，而且其呈現方式主要是在某些章中安排有電腦科學史的小節，例如，A 版教科書在第一章第一節中，安排有電腦硬體元件發展的描述（A 版，p2-3）。又如，F 版教科書在上冊第一章第二節中，安排有第一部真空管電腦 ENICA 的描述。. 52.