一個共識的追尋---調查中等學校地球科學教師之教學環境觀點---地球科學教學現況與學生應具備之地球科學素養調查(I)

行政院國家科學委員會專題研究計畫 期中進度報告

地球科學教學現況與學生應具備之地球科學素養調查(1/2)

計畫類別： 整合型計畫 計畫編號： NSC92-2511-S-003-045- 執行期間： 92 年 08 月 01 日至 93 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣師範大學地球科學系(所) 計畫主持人： 張俊彥 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢

中 華 民 國 93 年 5 月 14 日

行政院國家科學委員會專題研究計畫期中報告

一個共識的追尋：調查中等學校地球科學教師之教學環境觀點－子計畫一

地球科學教學現況與學生應具備之地球科學素養調查(1/2)

Seeking a Shared Vision: Investigating Earth Science Teachers’ Perceptions of Teaching Environment (1/2) The current status of earth science teaching (SEST) and teachers’ expected earth science literacy (EESL) of

secondary school students

計畫編號：NSC 92－2511－S－003－045－

執行期限：92 年 8 月 1 日至 93 年 7 月 31 日

主持人：張俊彥 (

changcy@cc.ntnu.edu.tw

)

執行機構及單位名稱：國立臺灣師範大學地球科學系

中文摘要 本子計畫的目的旨在調查全台灣地區各中 等學校（包含國、高中和完全中學）地球科學 教師的觀點，了解他們在理想狀況下和實際教 學狀況下，所認為或感受到之中學的地球科學 教育目標，以及學生應具備之『地球科學素養』 重要性排序為何。並分析不同背景資料之教 師，比較其中之異同。希望能將研究結果和基 層教師之意見，提供作為教育主管機關將來在 擬定未來地球科學教育目標以及制定相關地 球科學課程綱要之參考。 Abstract

The purpose of this study was to investigate the current status of earth science teaching (SEST) and teachers’ expected earth science literacy (EESL) of secondary school students, and explore the interrelationships between SEST and EESL with the aims at providing a research database for identifying the goals of earth science education and developing future earth science curriculum standards. 文獻探討 二十一世紀是一個國際關係日益密切、社 會快速變遷、知識爆炸的時代，而科技、科學 進步的速度之快，更是遠超過我們的想像。因 此，為了迎接新世紀的各項挑戰，世界各國無 不致力於各項新科技與科學的研究，同時，更 積極設法改善基礎的「科學教育」，期使下一 代均能成為具備完整『科學素養』（scientific literacy）的新新人類。 綜觀美國科學教育過去一百多年的歷史 （DeBoer,1991），我們不難發現美國科學教 育的改革，除了立基於想像、猜測、直覺之外 （Mintzes, Wandersee, & Novak, 1997），多半 走的是歷史不斷告訴我們的東西，而我們最需 要的其實都是我們覺得最缺乏的事務，所以過 去這些年來，美國科學教育有時著重實用且與 日常生活有關，有時又回到科學家重視內容的 科學。那麼到底什麼才是我國科學教育的目 標？是科學知識還是實用與生活導向？這兩 者之間能尋求一個平衡點嗎？我們在中學短 短的六年中，真的可以培養出具有重要基本能 力和科學知能的青少年嗎？還是這只是制定 教 育 政 策 的 專 家學 者們 一 廂 情 願 的 理想 而 已！因此在中學階段，我們究竟希望培養出具 備什麼樣『科學素養』的學生呢？ 我國於民國七十四、八十三年將「培養具 有科學素養的未來公民」作為國中地球科學教 學目標；另外，民國七十四和八十四年國、高 中理化課程標準，也分別將『科學素養』一詞， 納入教學目標中；同時，我國近年來進行大規 模的教育改革，其中的國民中學九年一貫自然 與生活科技領域的能力指標中，更是明白揭示 了『科學素養』的定義和重要性。而且培養並 提昇學生的科學素養，已成為當前世界各國科 學 教 育 重 要 的 目 標 和 共 識 （ American

Association for the Advancement of Science, 【AAAS】, 1993; 教育部，2001 ）。 可是到底什麼才是『科學素養』？『科學 素養』有一個全世界共同的定義或準則嗎？學 生應該具備哪些『科學素養』？本研究將針對 上述問題作深入的探討，希望能對於科學教育 的走向及未來科學教育目標的擬定有所幫助。 研究對象 根據教育部最新的教育統計資料顯示，九 十二學年度國內約有一千所中學（國中約佔 70%，高中約佔 30%），因此，本子計畫的研 究 對 象 為 台 灣 地 區 中 學 九 十 二 學 年 度 （92.08-93.07）任教地球科學之中學教師，共 計一千名。 研究工具 本次研究所使用之問卷為國立台灣師範 大學地球科學系科學教育研究小組所研發之 「地球科學教學現況與教學觀點問卷」的第五 部分：「學生應具備之地球科學素養」 (expected

earth science literacy, EESL)。在 EESL 的研究 調查中共分為地球科學目標和地球科學素養 兩個部分。而地球科學目標又分為理想狀況和 實際教學情境；另外，地球科學素養再細分為 三個向度（知識、技能或能力、態度）。 為 了 解 全 台 灣 地 區 各 中 學 地 球 科 學 教 師，他們心目中和實際教學過程中，認為中學 生應具備之『科學目標』和『科學素養』及其 重要性排序，因此，本問卷參酌DeBoer（2000） 所歸納出來的九項科學教育目標：（1）使人 類文化智慧得以傳承；（2）為學生未來工作 生涯做好準備；（3）學生能運用科學於日常 生活；（4）培養現代化隨時獲取新知的公民； （5）發展學生探究自然世界的思考模式和科 學方法（6）使學生了解日常生活中與科學相 關的議題與報導；（7）讓學生欣賞感激大自 然之美；（8）使學生對科學產生正確的態度 與觀感；（9）了解科技的本質與重要性及其 與科學的關係。同時，從相關文獻中(如 Weiss, 1987)也將下列十二項科學課程的目標列入本 問卷的設計考量中：（1）對科學產生興趣； （2）學習基本的科學概念；（3）為下一個階 段的科學課程做好準備；（4）發展訓練探究 的能力；（5）發展訓練有系統的方法來解決 問題；（6）學習如何有效率的傳達科學想法； （7）察覺到科學在日常生活中的重要；（8） 學習有關科學在科技上的應用；（9）學習與 科學有關的生涯工作；（10）學習科學的歷史； （11）察覺到與實驗室相關的安全議題；（12） 發展訓練實驗室技能。同時也參考九年一貫課 程中，自然與生活科技學習領域的學習目標以 及高級中學自然科各科教學目標來編製。 研究流程 本研究首先經過深入的文獻探討與整理 並參酌本國國情後，已設計並研發出適合本國 國情之「地球科學教學現況」(status of earth science teaching, SEST)與地球科學教師心目中 「學生應具備之地球科學素養」(expected earth science literacy, EESL)之整合式調查問卷（名 稱為：地球科學教學現況與教學觀點問卷）， 同時並進行問卷信、效度化的工作、以及問卷 pre-pilot、pilot 和問卷的修正工作。 因此，經過數次嚴謹的修正後，於九十三 年二月針對全國中學地球科學老師發出本問 卷，同時以郵寄問卷搭配電話催收問卷的方式 進行。最後回收之問卷共有763 份，回收率為 76.3%。經過剔除無效問卷，剩下 665 份有效 問卷，作為分析之樣本。 問卷回收並輸入資料庫後進行量化資料 之數值統計、內容分析、資料之交叉分析、工 作。首先以SPSS 統計軟體進行量化資料的分 析，除了描述性統計、頻率統計等基本性質描 述外，並用 Kendall’s tau（τb）來分析 SEST

與EESL 及其各向度之間的關係。

結果和討論

一、 地球科學教育目標

教學之科學教育目標兩者間，呈現中度相關 （tau b（τb）=0.545*，p<.05）。可是，從圖 一的射線走向中，卻可以看出有幾項地球科學 教育目標，在教師心目中理想和實際教學情境 有很大的落差，其中兩項為（1）為未來的升 學考試（國中基本學力測驗或大學學科能力測 驗）做好準備和（2）為下一個階段的科學課 程（高中或大學）做好準備。可見教師們均希 望學生能喜歡自然和科學，並能培養學生解決 問題的基本能力，也就是在列舉的十二項地球 科學教育目標中，地球科學教師們均認為在理 想的教學狀況下，學生應達到的前三項分別 為：（一）學生具備基本的地球科學概念（知 識）；（二）學生能感受或察覺到地球科學在 日常生活中的應用（態度）；（三）學生能運 用地球科學的知識或技能，解決日常生活的問 題（技能或能力）。不過在實際的教學情境中， 教師們所認為地球科學的教育目標前三項卻 為：（一）學生具備基本的地球科學概念（知 識）；（二）為未來的升學考試（國中基本學 力測驗或大學學科能力測驗）做好準備（知 識）；（三）學生能感受或察覺到地球科學在 日常生活中的應用（態度）；因此，可以明顯 的看出，在實際的教學狀況中，升學考試還是 主導整個教學的方向，在高唱教育改革已經十 年的今天，教學上仍是如此，真是值得大家深 思。 （1） 以不同地區來做比較，從統計資料中 發 現 ， 不 管 在 理 想 上 （ τb 介 於..697**~.939**間， p<.01）或是實 際教學狀況下（τb 介於..697**~.970** 間， p<.01）均呈現高度顯著相關。 由此可見，不管是都市任教的教師或 是偏遠、離島的教師均有大概相同的 看法。尤其是升學考試的重大影響， 並不會因為地區而有所不同，這一點 值得大家深思 （2） 男、女性教師不論在理想或是實際教 學 狀 況 下 均 呈 現 中 、 高 度 相 關 （τb=.788**和.909**p<.01），可見看 法並無什麼不同。 （3） 各年齡層之教師，不論在理想的教學 狀況下（τb 介於.809**~.879**間， p<.01），或是在實際教學狀況下（τb 介於.748**~.939**間， p<.01）科學 教育目標重要性排序均呈現高度相 關；從統計資料中也似乎發現，隨著 年齡的增加，在地球科學教育目標的 理想和實際教學情境彼此間的相關 性越高。這是否意味著年齡越增加， 越可能和現實妥協！ （4） 在畢業科系方面，不管是否為地球科 學相關類科畢業之老師，在理想或實 際 上 的 看 法 均 大 致 相 同 （τb 介 於.606**~.970**間， p<.01）。 （5） 不論是任教國中或是高中的老師，在 理 想 或 實 際 上 的 看 法 均 大 致 相 同 （τb=.687 和.636，rs=.827 和.769， p<.05）。 （6） 各不同任教年資之教師，不論在理想 的教學狀況下（τb 介於.758**~.879** 間， p<.01），或是在實際教學狀況 下（τb 介於.727**~.909**間， p<.01） 科學教育目標重要性排序均呈現高 度相關，另外，在任教年資十年以下 之教師，在理想與實際教學情境中彼 此未達到顯著相關，而任教十一年以 上之教師卻達到顯著相關。這個結果 與年齡因素幾乎一致。 二、 地球科學素養（知識） （1） 從問卷中經過統計後顯示，教師對於 知識部分的重要性排序（表 7）可以 明顯的看出，前三名分別為：1、地 球環境的變遷（包括人與環境的互 動）；2、天然災害與減災（或防治）； 3、地球資源與永續經營，而這三項 均是偏向有關『環境』或是『資源』 方面；至於排行倒數三名分別是：1、 宇宙的起源和變化；2、地球的起源 和演變（包括太陽系）；3、固體地

球的組成與結構。可見在實際教學的 教 師 們 還 是 認 為 環 境 議 題 比 較 重 要，可是卻又和現實的教育政策有所 落差，另外，很顯然可以看出，大部 分中學教師認為中學階段在比較學 術性的知識議題上，對學生來說是比 較不重要的。 （2） 所有教師在地球科學素養知識的部 分 看 法 均 達 到 顯 著 相 關 （τb=565*-879** p<.05;p<.01）。可 是，從統計資料中發現，東部教認為 最重要的知識為『認識地球科學』， 而其他地區則比較偏向『地球環境變 遷（包括人與環境的互動）』。這似 乎可以看出，東部地區由於地質條件 特殊和天然災害（地震與颱風）較 多，因此，當地教師好像比較重視地 球科學的基礎教育。 （3） 男、女性在知識方面的看法相當一致 （τb=.879**，p<.01），似乎再次告 訴我們，性別並不會影響對於地球科 學知識重要性的排序。 （4） 年齡四十歲以下之教師和年齡 51-65 歲之教師，在地球科學素養知識的部 分看法之重要性排序未達到顯著相 關（τb=.364~.424）。從統計資料中 發現，年齡較輕的教師認為最重要的 地球科學素養（知識）為『地球環境 與資源』方面，但是年齡較大之教師 卻是『認識地球科學』和『天然災害 與減災』部分，由上可知，不同年齡 層之教師所關心的議題仍有較大之 差異。 （5） 在畢業科系方面，不管是否為地球科 學相關類科畢業之老師，在地球科學 素 養 知 識 的 部 分 呈 現 顯 著 相 關 （τb=.515*~.788*，p<.05）。由統計 的表格中，我們似乎可以推測，雖然 在畢業的背景上雖然有所差異，可是 大家都相當關心現在整個地球環境 的變遷和天然災害所造成的影響，因 此在地球科學素養知識的重要性上 的看法大致是相同的。 （6） 另外，不論是任教國中、高中或是完 全中學，在地球科學素養知識的部分 看法均達到高度顯著相關，也就是說 看 法 大 致 相 同 （τb=.545*~.870**， p<.05；p<.01）。 三、地球科學素養（技能） （1） 依據統計資料，地球科學素養（技能） 重要性排序前二項分別為：1、學生 能養成主動解決問題和尋找資料的 能力；2、學生能運用科學知識或技 能，解決日常生活的問題。可以很明 顯看出，大部分中學教師認為，中學 階段在培養學生運用所學，來解決日 常生活問題的能力是比較重要的。這 個結果與 STS 強調科學課程應組織 在社會有關的科學與技學議題上，因 此，課程內容的選擇不在強調學科科 學概念，而在於其能否幫助學生處理 日常生活問題（李春生, 1998）的觀 點和九年一貫課程中，自然與生活科 技領域第五項：「培養獨立思考、解 決問題的能力，並激發創造潛能」的 課程目標是一致的。 （2） 在地球科學素養（技能）的部分，不 同地區的教師看法均呈現高度顯著 相 關 （τb 介 於 .714**~.929** 間 ， p<.01），看法幾乎一致。 （3） 男、女性在技能方面的看法也是呈現 高度相關，看法一致（τb=.929**， p<.01）。 （4） 畢業科系不同，似乎並未影響老師們 在地球科學素養技能的部分看法，幾 乎 一 致 均 呈 現 高 度 顯 著 相 關 （τb=.815，rs=.898，p<.01），也都 是培養學生問題解決能力為最重要。 （5） 不論是任教國中或是高中，在地球科 學素養技能的部分看法均達到顯著

相 關 ， 也 就 是 說 看 法 大 致 相 同 （τb=.618*~.929**，p<.05；p<.01）。 三、地球科學素養（態度） （1） 就科學教育而言，「態度」屬於情意 領 域 教 育 目 標 的 一 項 （simpson,1978），由於態度可用解 釋和預測行為表現，故普獲社會心理 學與科學教育學者所重視（Hewstone, Stroebe & Stephenson, 1996; Koballa, Jr., 1998，引自楊坤原, 1999）。研究 結果顯示，在態度重要性方面，前兩 名分別為，1、學生能愛惜生命，並 珍惜和善用資源，2、學生能感受或 察覺到地球科學在日常生活中的應 用。這兩項好像和前述地球科學目標 和知識排序前幾項有相互的關連，都 是希望培養學生愛護大自然的意識 和了解環境保護的重要性，以及如何 將所學能和日常生活相結合。 （2） 以不同地區來做比較，發現在地球科 學素養（態度）部分，各區之間除北 部 地 區 與 離 島 未 達 顯 著 相 關 （τb=.586）外，其餘各地均達到顯著 相 關 （τb=.714*~.905** ， p<.05 ； p<.01）。另外，還是可以明顯看出， 大家均將『學生能體會「科學」是經 由探究、驗證獲得的知識』，列為最 後一項看來，老師認為中學生並不需 要去探究科學較深入的部份。 （3） 男、女性教師在地球科學素養（態度） 方面的看法，達顯著相關（τb=.810* p<.05）。 （4） 在畢業科系方面，地球科學相關類科 畢業之教師與非地球科學相關類科 畢業之教師，在地球科學素養（態度） 方 面 之 看 法 均 達 顯 著 相 關 （τb=.714**~.976** p<.01）。 （5） 在任教年資方面，地球科學素養（態 度 ） 的 部 分 看 法 呈 現 高 度 相 關 （τb=.714*~.905**，p<.05，p<.01） 外。 在上述的各項分析中，可以得到以下一些初步 的結論： （1） 由基層教師在實務工作的經驗中可以 得知，中學生應達到的科學目標，不是 空泛而無法達到的口號，而是最基本的 科學概念，同時和生活經驗有關，並能 將所學應用於日常生活中。 （2） 所謂『科學素養』一詞，也是莫衷一是、 說法不一，經由這次的研究，可以清楚 的對『科學素養』一詞有更清楚的詮 釋，也就是說所謂『科學素養』應該是 能清楚的了解基本的科學概念，並能養 成主動解決問題和尋找資料的能力，且 將其應用於日常生活中，同時能具備欣 賞並珍惜大自然之美的高尚情操。 （3） 在實際教學中，「為未來的升學考試做 好準備」這一項，幾乎都位居重要性之 第二位，可見升學考試仍是領導台灣地 區中學教育的最主要因素。因此，高唱 教育改革的同時，如果不能改善此一現 象，所有的改革都將淪為空談。 （4） 可以明顯看出只有在地球科學素養（態 度）的部分，幾乎均呈現未達顯著相 關，其背後原因值得再作深入之研究探 討。 今後，將根據本次實驗結果，繼續進行深 入的研究，同時並計畫晤談具代表性的地球科 學教師，以加強問卷之不足，同時亦可更進一 步的了解教師的想法。希望藉由這些詳細的研 究和調查，了解中等學校地球科學教學的整體 現況，同時為未來相關地球科學教育目標的研 擬以及課程綱要的編撰打好基礎。 參考文獻

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圖一 地球科學教育目標排序變化 地科目標 理想狀況排序 地科目標 實際情境排序 A 2579 A 1924 C 3003 K 2557 B 3008 C 3380 J 3027 B 3835 G 3484 L 3915 L 4017 J 4343 E 4026 I 4408 D 4541 G 4598 F 5766 E 4809 K 5817 D 5578 H 6034 F 5887 I 6285 H 6150