行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
科學教育研究發展白皮書與國家科教素養規劃計畫
研究成果報告(完整版)
計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 100-2517-S-003-003- 執 行 期 間 ： 100 年 05 月 01 日至 100 年 12 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立臺灣師範大學資訊教育研究所 計 畫 主 持 人 ： 張國恩 共 同 主 持 人 ： 侯惠澤、張惠博、楊鎮華、蔡今中、張俊彥 游光昭、宋曜廷、周倩 計畫參與人員： 此計畫無其他參與人員 公 開 資 訊 ： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 101 年 03 月 01 日
中 文 摘 要 ： 全民的科學素養為國家科學技術卓越發展之碁石。各國均於 本世紀初便著手擬訂二十一世紀之國家科教政策方針。近年 來，全球面臨日益嚴重且複雜的能源安全、氣候變遷與糧食 危機。如何更有效率培養能有效因應、研究與解決這些跨領 域議題的科學人才，並同時提升全民對於科技政策與天然災 害的正確認知與應變能力，實有賴符應時局，審視評估並修 訂既往政策，提升國民更多元且跨領域之全民科學素養，以 提升國家競爭力。本計畫擬組成工作小組，重新嚴謹審視既 有政策的限制，希望突破既有研究學門領域藩籬、整合多元 資源，經由資料蒐集與分析、意見激盪、專家共識凝聚以及 一系列說明會，撰擬未來用以培育國家科學教育研究發展白 皮書。此白皮書可供國家未來科學教育之研究與提升全民素 養的施政重要參考依據。 中文關鍵詞： 科學教育、科學素養 英 文 摘 要 ： 英文關鍵詞：
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■成 果 報 告
□期中進度報告
科學教育研究發展白皮書規劃計畫
計畫類別：
■
個別型計畫
□
整合型計畫
計畫編號：
NSC-
100-2517-S-003-003
執行期間：100 年 5 月 1 日至 100 年 12 月 31 日
計畫主持人：張國恩 教授 (國立臺灣師範大學 資訊教育研究所)
共同主持人:
國立臺灣師範大學 游光昭 教授(科技應用與人力資源發展學系（所）) 張俊彥 教授(科學教育中心) 宋曜廷 教授(教育心理與輔導學系（所）) 國立交通大學 周倩 教授(教育研究所) 國立中央大學 楊鎮華 教授(資訊工程系) 國立彰化師範大學 張惠博 教授(物理學系暨研究所) 國立臺灣科技大學 侯惠澤 助理教授(應用科技研究所) 蔡今中 教授(數位學習與教育研究所)成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□精簡報告
■
完整報告
執行單位：國立台灣師範大學
中 華 民 國 101 年 2 月 2 日
科學教育研究發展白皮書規劃計畫
摘要 全民的科學素養為國家科學技術卓越發展之碁石。各國均於本世紀初便著手擬訂二十一世紀 之國家科教政策方針。近年來，全球面臨日益嚴重且複雜的能源安全、氣候變遷與糧食危機。 如何更有效率培養能有效因應、研究與解決這些跨領域議題的科學人才，並同時提升全民對 於科技政策與天然災害的正確認知與應變能力，實有賴符應時局，審視評估並修訂既往政策， 提升國民更多元且跨領域之全民科學素養，以提升國家競爭力。本計畫擬組成工作小組，重 新嚴謹審視既有政策的限制，希望突破既有研究學門領域藩籬、整合多元資源，經由資料蒐 集與分析、意見激盪、專家共識凝聚以及一系列說明會，撰擬未來用以培育國家科學教育研 究發展白皮書。此白皮書可供國家未來科學教育之研究與提升全民素養的施政重要參考依據。 關鍵字: 科學教育、科學素養 AbstractThe citizens’ science literacy really is the base of excellence in national science and technology development. Each country undertook to make the guidelines of the 21 century national science education policy in the early century. In recent years, the whole world faced more and more serious and complex energy safety, climate change, and food crisis. How to efficiently cultivate scientific talents who can effectively react, study, and solve these interdisciplinary issues and to promote all citizens to have correct cognition and strain capacity of science and technology policy and natural disasters really depend on reacting to the current situations, examining the evaluation, and revising the existing policies to promote people’s more multiple and interdisciplinary science literary and to enhance our national competition further. This project plans to set up a working group to reexamine strictly the limitations of the existing policies. This project wishes to break the boundaries of the existing research disciplines, combine multiple resources, based on data collection and analysis, opinion-arousing, professionals’ consensus-building, and a series of public hearings, we plan to write a white paper of national science education development. This white paper can provide our country as important references of administration for future science education’s instruction, research, and promotion of all citizens’ literacy.
Keywords: Science education, Science literacy 一、 研究計畫之背景及目的
石。各國均於本世紀初便著手擬訂二十一世紀之國家科學教育研究與發展之政策方針，如： 美國之科學教育標準(National Science Education Standards)、英國之科學創新政策白皮書、澳 洲之21世紀國家教育終極目標、日本之「彩虹計畫」、韓國之科學高中計劃等，均十分強調 科學教育的重要性。爰此，教育部與國科會於九十一年召開第一次全國科學教育會議，並於 九十二年經由審慎研議共同發布「科學教育白皮書」，其中初步揭櫫國家科教目標、架構及政 策內涵。經由數年來科學教育主軸行動方案的業務與相關計畫之推動，業已有相關之成效。 然而近年來，全球面臨比十年前更加飛速的科技發展與更複雜的跨領域科技實務議題的 衝擊，且教學科技與教學策略的發展也日益多元。因此，促發科學教育研究人員能針對目前 國家需求與全球趨勢，充分運用現有資源進行有潛力且前瞻務實的科教研究，以前瞻與實證 研究作為政策制定的基礎以落實更符應時勢的科教政策，成為十分重要的議題。如此方能更 有效率且更有效能地培養具備有效分析與解決這些跨領域議題的科學人才，據以制訂更佳的 科教政策。 在建國百年之際，也正逢十二年國民教育重大教育改革的籌備時期，此實應為一體省思 如何提升跨領域國民素養、調整科學教育研究政策、因應科技教學新趨勢等主軸的資源整合 與整體擘劃之良機。為了因應上述時代變遷之所需與培育更多頂尖科學人才與整體全民科學 素養，藉由重新嚴謹審視既有政策的限制，突破既有研究學門領域藩籬、整合跨校之多元資 源，撰擬國家科學教育研究發展白皮書，供未來國家科學教育研究發展政策的重要參考，此 將是值得推動與亟待遂行的關鍵議題。 因此，本計畫的目的即在於組成顧問工作小組，重新嚴謹審視既有政策的限制，突破既 有研究學門領域藩籬、整合多元資源，重新集思廣益並經由資料蒐集與分析、意見激盪、專 家共識凝聚以及一系列公聽會，邀集重要資深科教研究學者共同研擬訂定「科學教育研究發 展白皮書」。有別於「科學教育白皮書」一次性廣泛全面的政策面規劃，科教研究白皮書擬強 調以研究實證為基礎，聚焦並著墨於科學教育研究面向的前瞻擘劃，藉由科教研究發展白皮 書之撰著，按部就班檢視既有近年來的研究成果與進程、現況及瓶頸、國際科教研究與政策 發展之趨勢，並提供規畫未來數年的前瞻務實的研究方向與推動策略，以擘畫新時代我國科 學教育領域研究新藍圖。此也有助於藉由提升科學教育研究影響能量與社會貢獻為基礎，逐
步提升國家科學與科技之整體競爭力 二、研究方法與研究進程 本計畫為求嚴謹分析、跨領域意見整合與謀求整體架構之共識，涉及之專業領域廣泛，因此 由計畫共同主持人邀集籌組各篇撰稿負責團隊，並由各篇專家群邀集跨校、跨領域、跨機構 的撰稿成員組成各篇工作小組(共六篇)。並依據計劃目的由計劃執行團隊召開相關工作會 議，隨後將撰擬的初稿摘要經由召開全國北中南三場說明會，共約 280 位專家與相關團體人 士參與廣納回饋並進行回應與修改。最後，再經由邀集中研院院士在內的資深顧問團舉辦諮 詢會議，針對意見進行最後回覆與修訂以完成完稿，各個工作之實施如下表進程詳列: 科學教育研究發展白皮書編撰工作進程表 工作項目 日期 說明 召開第一次工作會議 2011/06/27 2011 年 6 月 27 日於國立臺灣師範大學行政 大樓第 2 會議室召開第一次工作會議，有五 項決議包括： 一、與國科會聯繫並蒐集資料，資料的蒐集 範圍包括：各篇章規劃內容、歷年成果、 國內外現況等等主題既有的報告或統計 文獻。 二、規範每章節為 3000-5000 字，請篇章負 責的教授們訂出章節細目，近期之內與國 科會科教處陳國棟處長、郭允文研究員進 行章節標題微調的協商溝通會議。 三、請篇章負責的教授列出幫忙撰寫的名單 (含其他計畫外的審查或審稿教授)。 四、調查篇章負責的教授們需要的碩、博士 生兼任助理或臨時工資人力，作為計畫經 費的掌控。 五、透過人力調查，扣除人力支出後，彙整 出撰寫各篇章平均可運用的經費額度，作 為日後審查費、潤稿費、撰寫費可能增加 的支出。
召開第二次工作會議 2011/07/11 2011 年 7 月 11 日於國科會科技大樓 2 樓第 6 會議室召開第二次工作會議，有以下幾項決 議： 一、本計畫執行的目的在於經過政府組織重 組之後，科教處可以維持原有的功能，希 望可以透過白皮書的撰寫，讓國科會的科 教處有自我定位與價值，規畫未來運作藍 圖與願景，尋求跨領域合作之契機。 二、白皮書的讀者主要為主委、處長、立委、 監院。對於學生來說，也需具有很好的參 考價值，因此各章字數不宜過多，如第一 次工作會議所決議，每章訂為 3000-5000 字。 三、第一至第四篇之各章都必須包含第一次 工作會議中決議的九大項內容，章節的順 序可視內容的妥適性做微幅變更，內文請 盡量使用條列式說明，避免撰寫塊狀文 章，相關既有成果使用圖表呈現。 四、第零篇、第五篇及第六篇俟其他篇章初 稿完成之後，再進行統整及撰擬，請第 一、二、三、四篇章負責教授於 100 年 8 月 10 日前回覆初稿給總計畫辦公室，第 二階段的其他篇章教授們於 9 月 10 日前 回覆初稿。 五、第一篇的部分，由科教處負責聯繫各學 門召集人，依照第一次會議所訂下的九項 內容綱要項目，重新統整刪修先前之成果 報告並加以延伸以符合白皮書內容需求。 六、第三篇的實作部分之撰寫內容避免僅限 於數位環境之描述或說明，應擴大為整體 科學教育面的撰述。並請周倩教授提供相 關國外白皮書範例文件檔案供總計劃處 轉給各相關篇章負責教授參考。 七、第四篇包含第 14-16 章，第 16 章由於非 科教處業務，因此刪除該章節，由游光照 教授進行改寫，維持三章內容的篇幅，以 確保篇章間之對等。其次，請科教處方面 將跟人力培育或資優生培育相關計畫文
件或中綱計畫，提供給總計畫辦公室與游 教授處參考。 八、由師大團隊進行撰寫格式與原則的擬 定，提供各篇章教授使用，請科教處各研 究員若有相關文件參考資料可供參考，可 提供總計劃處轉給各相關篇章負責教授 參考。 召開第三次工作會議 2011/09/16 2011 年 9 月 16 日團隊在臺灣師範大學召開 第三次工作會議，會議中探討第一版本的白 皮書內容以及格式，並且確認三場座談會的 形式以及可以與會的教授名單。 召開南部(臺南大學) 座談會議 2011/09/20 日期：2011 年 9 月 20 日(二) 時間：13:50~16:30 地點：國立台南大學 與會人數：約 100 人 議程 1350-1420 報到 1430-1440 開場 國科會科教處 陳國棟處長 1440-1520 白皮書內容簡報 臺灣師範大學 張國恩校長 1520-1540 休息、茶點 1540-1630 座談時間 國科會科教處 陳國棟 處長/臺灣師範大學 張國恩校長/ 臺灣科技大學數位學習與教育研 究所 蔡今中教授/臺灣科技大學 應用科技研究所 侯惠澤助理教 授 1630- 結束 召開中部(彰化師範 大學)座談會議 2011/09/27 日期：2011 年 9 月 30 日(五) 時間：09:30~12:10 地點：國立台灣師範大學 與會人數：約 60 人 議程 0930-1000 報到 1010-1020 開場 國科會科教處 陳國棟處長
1020-1100 白皮書內容簡報 臺灣師範大學 張國恩校長 1100-1120 休息、茶點 1120-1210 座談時間 國科會科教處 陳國棟 處長/臺灣師範大學 張國恩校長/ 臺灣師範大學科學教育中心 張 俊彥教授/臺灣師範大學心理與輔 導學系 宋曜廷教授/臺灣師範大 學科技應用與人力發展學系 游 光昭教授/中央大學資訊工程學系 楊鎮華教授/臺灣科技大學應用科 技研究所 侯惠澤助理教授 1210- 結束 召開北部(臺灣師範 大學)座談會議 2011/10/11 日期：2011 年 10 月 11 日(二) 時間：12:30~15:00 地點： 國立彰化師範大學 與會人數：約 120 人 議程 1230-1300 報到 1300-1310 開場 彰化師範大學 張惠博校長/ 國科會科教處 陳國棟處長 1310-1350 白皮書內容簡報 臺灣師範大學 張國恩校長 1350-1410 休息、茶點 1410-1500 座談時間 彰化師範大學 張惠博 校長/國科會科教處 陳國棟處長/ 臺灣師範大學 張國恩校長/臺灣 科技大學應用科技研究所 侯惠 澤助理教授 1500- 結束 召開第四次工作會議 2011/10/26 2011 年 10 月 26 日團隊在臺灣師範大學召開 第四次工作會議，會議中決定： 一、北中南三次座談會之意見已經彙整，並 列出當天座談主持人現場回覆情形作為 參考，經由總主持人處判定各意見所屬 篇章列於表中，請所屬篇章負責人依據
意見於白皮書初稿中進行修改，並請將 如何修改調整白皮書內容之具體情形打 入"處理情形"欄中進行回覆說明，若該 意見難以修改或超出白皮書範疇，也請 於此欄說明回覆，此部分將列入白皮書 計畫成果報告，若該意見涉及多個篇章 則請各篇均提出回應供師大方面彙整， 請無論現場有無回覆均仍盡量給予回 覆，第一篇各章部分則仍煩請該篇負責 人諮詢撰稿人(即學門召集人)回覆。 二、依據上述意見修改白皮書的同時，請針 對所屬篇章的內容進行校正與修訂以完 成完整之修訂版，並請依據附件之精簡 版格式，摘錄經由摘要篩選重點後的精 簡版。 三、總主持人建議應該就研究人才培育機 制、科教處與國合處未來可配合的部分 以及貴重儀器設備的共用與管理等議題 加以重視，建議加入第五篇"推動策略" 與第六篇"未來建議"中，請此兩篇負責 老師能將關於上述的相關議題內容加入 所屬章節於此次最終修訂版中。 根據三次座談會意見 之整理，團隊撰寫第 二版初稿 2011/10/11 ~2011/11/2 1 團隊依據北中南三次座談會之紀錄，整理座 談意見表，並請教授進行白皮書改版，教授 於 11 月 21 日改版完成，並轉呈科教專家及 科學家過目，俾利 12 月 9 日專家諮詢會議進 行。 辦理專家諮詢會議 2011/12/09 開會事由：「科學教育研究發展白皮書」專家 諮詢會議 開會時間：中華民國 100 年 12 月 09 日(星期 五)下午 4 時 開會地點：台北市和平東路 2 段 106 號 22 樓 第 2206 會議室 主持人：陳國棟處長、張國恩校長 出席者：劉兆漢院士、劉炯朗院士、吳茂昆 院士、林榮耀院士、廖俊臣教授、
楊弘敦教授、陳泰然教授、牟中原 教授、郭重吉教授、林福來教授、 鄭涌涇教授、林煥祥教授、陳德懷 教授、游光昭教授、張俊彥教授、 宋曜廷教授、周 倩教授、楊鎮華 教授、張惠博教授、蔡今中教授、 侯惠澤助理教授 列席者：科教處同仁 會議記錄： 專家提出之意見，有部分已當場回應，其餘 擬修改白皮書內容擬辦如下： 1.請第五篇增加國際合作內容。 2.請第二篇增加大專生 科普活動辦 理之內 容。 3.請全部篇章針對科教處因應時代的變遷， 該如何轉化教與學的模式進行內容增修。 4. 請各篇章調整說詞用語，更為淺顯易懂， 以符應委員們提及強調的共通語言認定。 5.請第五、六篇增加智財權與成果傳遞至國 際的相關內容。 6.請第五、六篇增修與教育部、經濟部合作 之規劃或未來策略。 7.因太著重於 SCI/SSCI，請第五、六篇增加 質性指標相關描述。 8.由於委員表示精簡版 內容太多， 請各篇 章，針對精簡版之內容，再次精簡 20% 9.請第四篇增加成功案例、高瞻計畫等相關 內容。 10.請第二篇再加強媒合民眾與科教之相關 內容。 11. 白皮書緒論部分，將說明科教白皮書及 科教研究白皮書差異以及白皮書年限 12. 補救教學部分，請各篇可考慮補充與此 相關的規畫與議題。 根據專家諮詢會議意 見之整理，團隊撰寫 2011/12/09 ~2011/1/19 團隊依據專家諮詢會議之建議，進行白皮書 第三次改版，教授於 2012 年 1 月 19 日改版
第三版初稿 完畢，並於 2 月 3 日完成最後潤稿。 目前，經編撰之白皮書之完稿初稿(計 186 頁)如附件一所示，將送呈科教處與國科會核 定運用。另為推廣便利，本計畫亦同時完成精簡版(計 87 頁)供未來推廣運用。各篇的架構與 簡要說明如下表所示: 科學教育研究發展白皮書篇章架構與簡要說明 第壹篇 科學教育學術研究 篇章架構 第一章 數學教育 第二章 科學教育(含多元族群) 第三章 資訊教育 第四章 應用科學教育 第五章 醫學教育 第六章 科普教育與傳播 篇章說明 此篇計六章之內容，分別概述並分析國內科學教育各個重要領域學門的 近年學術研究成果與國外研究趨勢，並探究國內現有研究困難瓶頸，進 而提出未來數年前瞻策略與規畫之構想。 第貳篇 大眾科學教育與科學傳播 篇章架構 第七章 科普傳播活動 第八章 科學傳播事業之發展 第九章 國民科學素養調查 篇章說明 此篇計有三章之內容，第七章概述並分析國內大眾科學教育與科學傳播 活動的願景、理念、特色以及既有成果；第八章則探究發展科學傳播、 厚植全民科學素養的趨勢與未來規畫；而第九章則討論國民科學素養調
查的現況。 第參篇 科教實作與應用 篇章架構 第十章 數位學習科技發展、應用與產業 第十一章 科學實驗活動研究之發展、應用與產業 第十二章 科學玩具科技發展、應用與產業 第十三章 中小學科學評量模組發展、應用與產業 篇章說明 本篇共計四章內容，將著重於科學教育相關的實作、運用與產業分析。 其中，分別著墨於數位學習科技、科學實驗活動科技、科學玩具科技以 及中小學科學教學評量模組的發展現況、各類應用與產業概況，並提出 相關的分析與規畫。 第肆篇 科技人力培育 篇章架構 第十四章 前瞻科技人才培育 第十五章 科技創新人才培育 第十六章 科學資優人才培育 篇章說明 本篇計三章，主要包含前瞻科技人才培育、科技創新人才培育、以及科 學資優人才培育等三章。各章內容著重在介紹有關科技人力培育的研究 發展現況、趨勢、問題與人力現況分析，並據此研提有關科技人才培育 的未來發展重點、推動策略，最後則分別研提相關的具體建議與結論。 第伍篇 執行推動 篇章架構 第十七章 推動策略 第十八章 困難與建議 篇章說明 本篇計二章，分別就上述各篇章的重要發現進行整合分析，突破既有研 究學門領域藩籬、整合多元研究資源，規劃一系列的未來研究發展的具
體推動策略，並提出建議。 第陸篇 未來展望 篇章架構 第十九章 未來展望 篇章說明 本篇綜合各篇章結果，提出未來國家發展科學教育研究的前瞻展望與願 景。 5 結論 本研究計畫目前已經完成科學教育研究發展白皮書與其精簡版乙份，應已能達到以下貢 獻: 一、 於科教研究政策規畫面向上，藉由重新嚴謹審視既有科教研究發展政策的限制，可望能 突破既有研究學門領域藩籬、整合多元資源，以激盪跨領域專家們對於國家未來教育政 策施政之重新思考與討論，且其討論時機正可配合十二年國教之政策之籌劃進行考量， 充分兼顧各種實務需求與確保未來實施時的銜接性。 二、 在實務運用面向方面，經由資料蒐集與分析、意見激盪、專家共識凝聚以及一系列座談 會之國家科學教育研究發展白皮書，可以精緻彙整並縝密規劃前瞻構想與策略，提供國 家未來科學教育之研究與提升全民素養的實施方針方面研究之重要參考依據，此兼顧前 瞻創意激盪、學術研究理論基礎與基層教育意見需求的白皮書將更有助於國民科學素養 的整體提升的相關計畫之遂行。 三、 於國家競爭力面向上，白皮書之綱要，將可於未來促使台灣整合既有之科學教育與數位 學習研究資源優勢，作為未來在中長期時能型塑足以影響國際科學教育研究發展的台灣 模式(Taiwan Model)。裨益於提升全民終身科學素養，孕育國家科學頂尖人才與團隊， 進而提高國家競爭力，並解決當前人類重要科學研究議題。 6. 計劃成果自評: 國科會補助專題研究計畫成果報告自評表
請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況、研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）、是否適合 在學術期刊發表或申請專利、主要發現或其他有關價值等，作一綜合評估。
1.
請就研究內容與原計畫相符程度、達成預期目標情況作一綜合評估 ■達成目標 □ 未達成目標（請說明，以 100 字為限） □ 實驗失敗 □ 因故實驗中斷 □ 其他原因 說明：2.
研究成果在學術期刊發表或申請專利等情形： 論文：□已發表 □未發表之文稿 □撰寫中 □無 專利：□已獲得 □申請中 □無 技轉：□已技轉 □洽談中 □無 其他：（以 100 字為限） 本計畫為規劃撰寫白皮書之計畫，非學術研究計畫案，係以產出白皮書為研究 目的，現已 100%達成。3.
請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價值 （簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限） 本研究所發展之科學教育研究發展白皮書於科教研究政策規畫面向上，藉由重新 嚴謹審視既有科教研究發展政策的限制，可望能突破既有研究學門領域藩籬、整 合多元資源，以激盪跨領域專家們對於國家未來教育政策施政之重新思考與討 論，且其討論時機正可配合十二年國教之政策之籌劃進行考量，充分兼顧各種實 務需求與確保未來實施時的銜接性。在實務運用面向方面，經由資料蒐集與分析、 意見激盪、專家共識凝聚以及一系列座談會之國家科學教育研究發展白皮書，可 以精緻彙整並縝密規劃前瞻構想與策略，提供國家未來科學教育之研究與提升全 民素養的實施方針方面研究之重要參考依據，此兼顧前瞻創意激盪、學術研究理 論基礎與基層教育意見需求的白皮書將更有助於國民科學素養的整體提升的相關 計畫之遂行。於國家競爭力面向上，白皮書之綱要，將可於未來促使台灣整合既 有之科學教育與數位學習研究資源優勢，作為未來在中長期時能型塑足以影響國 際科學教育研究發展的台灣模式(Taiwan Model)。裨益於提升全民終身科學素養， 孕育國家科學頂尖人才與團隊，進而提高國家競爭力，並解決當前人類重要科學 研究議題。7. 參考文獻
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科
科
學
學
教
教
育
育
研
研
究
究
發
發
展
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白
白
皮
科
科
學
學
教
教
育
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研
研
究
究
發
發
展
展
白
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皮
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書
書
各
各
篇
篇
章
章
撰
撰
稿
稿
作
作
者
者
緒論
張國恩教授 侯惠澤教授
第壹篇
張俊彥教授 蔡今中教授 李國偉教授 孫春在教授 黃天祥教授 張基
成教授 黃悅民教授 鄭英耀教授 周倩教授 李旻憲教授
第貳篇
周倩教授 關尚仁教授 黃台珠教授
第參篇
楊鎮華教授 劉子鍵教授 吳穎沺教授 楊接期教授 劉晨鐘教授 陳德
懷教授
第肆篇
游光昭教授
第伍篇
張惠博教授
第陸篇
宋曜廷教授
目錄
緒論 ... 1
第壹篇 科學教育學術研究 ... 12
第一章 數學教育 ... 12
第二章 科學教育(含多元族群) ... 24
第三章 資訊教育 ... 32
第四章 應用科學教育 ... 40
第五章 醫學教育 ... 52
第六章 科普教育與傳播 ... 65
第貳篇 大眾科學教育與科學傳播 ... 79
第七章 科普傳播活動 ... 79
第八章 科學傳播事業之發展 ... 94
第九章 國民科學素養調查... 106
第參篇 科教實作與應用 ... 114
第十章 數位學習工具的發展、應用與產業 ... 114
第十一章 科學實驗活動研究之發展、應用與產業... 122
第十二章 科學玩具科技發展、應用與產業 ... 128
第十三章 中小學科學評量模組發展、應用與產業... 136
第肆篇 科技人才培育 ... 146
第十四章 前瞻科技人才培育 ... 146
第十五章 科技創新人才培育 ... 155
第十六章 科學資優人才培育 ... 162
第伍篇 執行推動 ... 167
第十七章 推動策略 ... 167
第十八章 困難與建議 ... 178
第陸篇 未來展望 ... 185
第十九章 未來發展 ... 185
緒論
壹、緣起
科學與科技的研究發展攸關國家競爭力，而全民的科學素養尤為國家科學技術卓越發展 之碁石。各國均於本世紀初便著手擬訂二十一世紀之國家科學教育研究與發展之政策方針， 如：美國之科學教育標準(National Science Education Standards)、英國之科學創新政策白皮書、 澳洲之21世紀國家教育終極目標、日本之「彩虹計畫」、韓國之科學高中計劃等，均十分強 調科學教育的重要性。爰此，教育部與國科會於九十一年召開第一次全國科學教育會議，並 於九十二年經由審慎研議共同發布「科學教育白皮書」，其中初步揭櫫國家科教目標、架構及 政策內涵。經由數年來科學教育主軸行動方案的業務與相關計畫之推動，業已有相關之成效。 然而近年來，全球面臨比十年前更加飛速的科技發展與更複雜的跨領域科技實務議題的 衝擊，且教學科技與教學策略的發展也日益多元。因此，促發科學教育研究人員能針對目前 國家需求與全球趨勢，充分運用現有資源進行有潛力且前瞻務實的科教研究，以前瞻與實證 研究作為政策制定的基礎以落實更符應時勢的科教政策，成為十分重要的議題。如此方能更 有效率且更有效能地培養具備有效分析與解決這些跨領域議題的科學人才，據以制訂更佳的 科教政策。 而為了達上述目的，有賴符應時局，重新審視評估，並邀集重要資深科教研究學者共同 研擬訂定「科學教育研究發展白皮書」。有別於「科學教育白皮書」一次性廣泛全面的政策面 規劃，本白皮書擬強調以研究實證為基礎，聚焦並著墨於科學教育研究面向的前瞻擘劃，藉 由科教研究發展白皮書之撰著，按部就班檢視既有近年來的研究成果與進程、現況及瓶頸、 國際科教研究與政策發展之趨勢，並提供規畫未來數年的前瞻務實的研究方向與推動策略， 以擘畫新時代我國科學教育領域研究新藍圖。此也有助於藉由提升科學教育研究影響能量與 社會貢獻為基礎，逐步提升國家科學與科技之整體競爭力!
貳、各國重要科學教育政策現況
值此之際，各國均開始省思調整世紀初所訂定之科學教育與全民素養的政策。以美國為 例，鑒於依據美國聯邦政府之報告，2009 年美國四年級學生中有過半學生於科學學科上整體 表現不佳，以至於歐巴馬總統強調將更重視科學教育並將可能依此調整 2002 年制定之 No Child Left Behind Act 法案，以提升全國之人民之科學素養。歐盟於 2006 年也提出「國民核 心能力」，2010 年，新加坡提出「教育中心價值」，以促進培養國民關鍵素養，而國際著名企 業微軟、英特爾與思科等公司則共同贊助「二十一世紀核心能力之評量與教學」的國際性組 織(Assessment and Teaching of 21st
Century Skills)(ATC21S)，均為求培養全球新世紀之人民素 養。而本計劃亦整理上述各國家或組織的相關全民素養或全國性科學教育計劃的要旨如下表 所示。 表 0-1 世界各國家或組織全民素養及全國性科學教育計劃表 計畫名稱 摘要 參考資料來源 美國科學教 育標準 NSES (一)1983年美國出版 A Nation at Risk，提醒全美教 育改革勢在必得，而後美國在1995年由國家研究委 員會(United States National Research Council, NRC)制定公布國家科學教育標準，共有六大標 準：教學標準、教師專業成長標準、評鑑標準、科 學內容標準、科學教育課程標準以及科學教育系統 標準。 1. 教學標準： (1) 探索式課程導向的教學計畫。 (2) 針對學生學習教學活動，提供導引及協助。 (3) 在教與學過程當中進行評估 (4) 發展出適合學生進行科學教育學習的教學環 境 (5) 建置學習者社群 (6) 配合學校科學教育方針，推動教學計畫跟發展 2. 專業成長標準 (1) 探索式學習 (2) 整合學習方法、教育學與學生學習情形 (3) 對終身學習有所瞭解，並擁有終身學習能力
United States of America, Department of Education. (1983). A Nation at
Risk─The Imperative for Educational Reform.
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http://www2.ed.gov/pubs/ NatAtRisk/index.html United States of America,
National Academy of Science. (1995). National
Science Education Standards. Retrived from
http://download.nap.edu/c art/deliver.cgi?record_id= 4962&type=pdf_chapter &free=1
(4) 專業成長課程具有連貫性及統合性 3. 評鑑標準 (1) 與原先預設的決策相符 (2) 學習達成度與機會並重 (3) 收集的資料與(教學)活動進行結果相符 (4) 公平的實施評鑑 (5) 從評鑑結果中，正確地針對學生的學習達成度 及學習機會做成評論 4. 內含八個內容標準，其中第一項標準「結合科 學的概念與方法」為K-12共通的表徵，而其餘7項 標準則分為K-4、5-8、9-12三個部分來分別探討細 項。包括： (1) 結合科學的概念跟方法 (2) 探索式科學 (3) 物理科學 (4) 生命科學 (5) 地球及太空科學 (6) 科學與科技 (7) 結合個人微觀與社會巨觀的科學 5. 科學教育課程標準 (1) 與別的相關標準以及跨年級的評鑑都具有一 致連貫的特性 (2) 課程內容包括內容標準，使用探究式方式，發 展適當的、有趣的、且與學生生活息息相關的課 程，並且與其他學校的教學目標相銜接。 (3) 課程內容與數學教育相配合 (4) 針對所有的學生提供適當的支援協助 (5) 提供公平的教育機會 (6) 發展有助教師士氣與支援教師的社群 6. 科學教育系統標準 (1) 與相關的教學、專業發展、評鑑、標準內容、 課程標準等等一致或連貫 (2) 跨單位(公司、研究機構或組織)的合作 (3) 和與時俱進的科學教育政策連貫 (4) 提供科學教育政策相關的支援 (5) 體現公平 (6) 強調科學教育政策中，不可預見事項的重要性 (7) 在標準之下，重視個人的績效責任，已完成科
United States of America, National Academy of Science. (2010).
Conceptual Framework for New Science Education Standards. Retrived from http://www7.nationalacad emies.org/bose/Standards _Framework_Homepage. html
學教育之願景
於 2010 年七月中旬並再公布「下一代中小學科學 教育標準」(Next generation science standards for K-12 education)理論架構草案(a draft of a conceptual framework)，接受公聽與諮詢至八月二 日止，於 2011 年初提出最後版本，交由政府及相 關機構發展新科學教育標準的參考。 (二)新科學教育標準理論架構草案主要針對四個 領域:生命科學(life science)、地球與太空科學(earth and space science)、物理科學(physical science) 、 工程與技術(engineering and technology)。該草案強 調重整下一個新世代的科學教育標準，挑選新世代 在科學、科技與工程領域上所需之科學知識技能， 要求所有學生在中學畢業之前都必須習得與精熟 課程內容，並期許科學教育能完成整合願景(move science toward a more coherent vision)。
英國科學與 創新投資架 構(Science and Innovation investment framework) 此投資架構於 2004 年提出，計畫規劃的 2004-2014 的 10 年期中程科技計畫，並且提出了建構英國科 學、研究和創新體系與知識架構，總共有以下幾項 大目標，注重經濟成長、卓越研究與公共補助的機 制，透過「卓越研究中心的成立」、「公部門在經濟 產業面及科學研究發展的補助」、「強調於科學、電 機與資訊科技等方面的支援」、「永續經營的概 念」、「提高英國社會對於研究創新與應用的認知與 信心」。
United Kingdom, Department for Education and Skills. (2004). Science & innovation investment framework 2004 ─ 2014. Retrived from http://news.bbc.co.uk/nol/s hared/bsp/hi/pdfs/science_i nnovation_120704.pdf 澳洲 21 世 紀國家教育 終極目標 1999 年 4 月於 Adelaide 召開之「教育、就業訓練 和青年事務部長會議」，綜合各方面之意見所制訂 的「邁向 21 世紀學校教育之國家目標」： (一)學校教育應協助每一位學生充分發展以下各 項能力： 1. 具有分析和解決問題的能力、和他人溝通觀念與 交換資訊的能力及與他人合作的能力。 2. 具有自信、樂觀、高度自尊的人格特質以及培養 其能成功扮演未來在家庭、社區和職場角色的能 力。
Australia, Australian Education Union. (1999). The
Adelaide Declaration on National Goals for Schooling in the Twenty-first Century - Preamble and Goals.
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http://www.aeuact.asn.au/u ploads/file/AdelaideDeclar ation.doc
3. 具有倫理道德和社會正義的判斷能力、理性思考 和決定的能力及為自己行為負責的能力。 4. 瞭解澳洲政府運作體系和公民生活，且具有活力 的公民。 5. 具有就業相關技能和對工作世界的認識與了 解；對於職業教育與訓練、繼續教育、就業和終 身學習的積極態度。 6. 具有使用新科技，特別是資訊和通訊科技的信心 和創意；並且瞭解新科技對未來社會的影響。 7. 具有對自然生態環境的認識與關心，並具備生態 持續發展的相關知識。 8. 具有建立健康生活型態的知識、技能和態度。 (二)課程方面，學生應具備： 1. 經由義務教育年限所提供之八項學習領域的綜 合及均衡課程內容，進一步習得高標準的知識和 技能；該八項學習領域包括：a.藝術；b.英語； c.健康和體育；d.第二外語；e.數學；f.科學；g. 社會科學；h.科技。 2. 學生在小學畢業時，其讀寫算能力及溝通能力， 能達到一定的標準。 3. 學生在義務教育年限內，能參與職業學習活動； 在高中階段亦能參加職業訓練計畫。 4. 參與發展行業技能訓練之計畫和活動，以增進學 生未來發展之最大彈性及適應力。 (三)學校教育應發揮社會正義，因此必須達成下列 目標： 1. 學生成就不因其性別、語言、文化、種族、宗教 或身心障礙而在學習成就方面有所差異；或因為 其家庭社經背景及居住地區而有差異。 2. 教育不利學生的學習成就，能趕上其他正常學 生。 3. 原住民和其他偏遠離島地區學生之學習成就，能 趕上其他正常學生。 4. 所有學生均能瞭解澳洲原住民和其他少數民族 的文化。 革新計畫與策略【網站文 章】。取自 http://web.ed.ntnu.edu.tw/~ minfei/artical/artical(au)-1. html
5. 所有學生均能瞭解和接受澳洲各種族間文化和 語言的差異。 6. 所有學生均能享有並完成十二年的學校教育，或 接受相關的職業教育與訓練。 (以上資料摘自於張明輝教授摘要 Adelaide 宣言 的內容，詳見“澳洲學校教育革新計畫與策略” http://web.ed.ntnu.edu.tw/~minfei/artical/artical(au)-1.html ) 1.日本彩虹 計畫 2.科技技術 白皮書 日本最近期的教育改革計畫為 2000 年提出的「邁 向 21 世紀教育改革計畫─彩虹計畫」，其中有七項 重要策略方針，包括：提高學生基本學力；提供多 元化課程與活動，培養開放和關懷的心靈；提供學 生愉快安心的學習場域；加強家長及社區對學校的 信任；培育教師成為真正的教育專業人員；促進大 學具備國際水準；建構適用於 21 世紀的教育理 念，提升基礎教育成效等。而日本自 1998 年始每 年均提出科技技術白皮書，最新的白皮書於 2010 公布，關注於解決全球暖化問題、歐美當下正在發 展與研擬的科技技術、科學科技與人類健康及社會 安全等等議題。
Mohammad Reza Sarkar Arani. (2004). Policy of Education for the 21
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White Paper on Science and Technology 2010. Retrived from http://www.mext.go.jp/en glish/wp/1298991.htm 韓國科學高 中計劃 韓國科學高中計劃之目的在於提供在數學還有科 學方面有優異天賦的學生就讀，希望透過特殊的課 程來培育這些學生，科學高中不像其他一般高中需 要教授國定課程，科學高中有制定課程自主權。除 了南韓之外，土耳其、日本、美國皆有設置類似的 學校
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Located_in_South_Korea 歐盟 2006 國民核心能 力 歐盟的核心能力緣起於 1999 年波隆那宣言，該宣 言有三大重點包括流動機制的建置、高等教育競爭 力與吸引力的提升以及強化歐盟地區高等教育畢 業生的就業能力等三大項目，並且發展出以學生學 習成果及能力為中心為宗旨之教育策略，從終身學 習的角度，確實培養學生核心能力。在 2005 年的 歐盟會議，提出八大核心能力，依序為： (一)母語溝通能力 (二)外語溝通能力 (三)數學算術能力與科學技術能力 (四)數位能力 (五)學習如何學習的能力 (六)人際互動、跨文化以及社會能力與公民能力 (七)企業與創新精神 (八)文化表現
Commission of the European Communicates. (2005).
Key competences for lifelong learning. Retrived from http://ec.europa.eu/educat ion/policies/2010/doc/key rec_en.pdf 楊瑩(民 96)。波隆那歷程的紐 約公報─歐盟波隆那宣 言簽署二十周年時的「績 效清查」舞台。教育評鑑 雙月刊，10，57-60。 新加坡 2010 教育 中心價值 新加坡教育部在 2010 年 3 月發布「在學校中發展 21 世紀核心能力」，以自我認知、有責任感的決 策、人際關係經營、社會認知、自我管理等五大面 向，以資訊科技能力、批判性思考、理解公民意識、 認識全球化觀念、跨文化技能等等方法來實踐五大 教育核心價值能力，新加坡希望透過學校、家長與 學生相互的配合而有效達到能力的培育。 Singapore, Ministry of Education (2010). Nurturing
Our Young for the future competencies for the 21st Century. Retrived from
http://www.moe.gov.sg/committ ee-of-supply-debate/files/nurturi ng-our-young.pdf 英特爾、微 軟、蘋果、 思科、戴爾 等國際公司 所促成的 21 世紀核 心能力之評 量與教學 (ATC21S) 英特爾、微軟、蘋果、思科、戴爾等公司提供相關 的經費，創辦 21 世紀技能聯盟，並促成 21 世紀人 才核心能力之架構： (一) 核心課程：英文、閱讀、語言、藝術、數學、 經濟、歷史、政府與公民 (二) 21 世紀議題：全球化思維、財務、經濟、商 業與企業、國民與健康素養 (三) 學習與創新技能：創造力、批判思考、解決 問題能力、溝通合作能力 (四) 資訊、媒體與科技能力：資訊通訊能力等 (五) 生活與職業技能：適應力、進取心、自主決 策、跨文化能力、生產績效能力、領導與負責能力 (六) 21 世紀教育支援系統：標準與評量、課程與
Partnership for 21st Century Skill. (2008). 21st Century Skills, Education & Competiveness-A resource and Policy Guide.
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http://www.p21.org/documents/ 21st_century_skills_education_ and_competitiveness_guide.pdf
教學、專業發展、學習環境等 由於負責單位為美國勞工局，參與單位則為企業廠 商等大公司，所制定的能力指標偏向於工作者必須 的能力。 由表 0-1 可知，目前各國於科學教育研究發展與全民素養的培育方面皆有朝向積極、前 瞻規劃與全國性投入的發展趨勢。 然而，在各國紛紛挹注大量全國性計畫以推動科學教育實務與研究之際，九十九年十二 月公布之最新「國際學生能力評量計畫(PISA)」評比結果，無論是閱讀、數學和科學素養， 台灣則僅維持既往水準，然而其他部分國家卻多有提升，且在兩岸三地的評比成績中台灣亦 敬陪末座。是以，研擬科學教育研究發展白皮書，據此精進研究能量，且以此探究目前科教 的限制並擘劃更具體的跨領域科學教育素養發展政策尤為當務之急之研究議題。 適逢近十年來台灣在科學教育領域的研究表現於國際上已經逐漸提升，科技與網路的飛 躍發展(如 Web 2.0 時代的高互動網路互動型態的轉變)也促使了更多研究探討科技輔助學習 各類素養與知識的新潛力。九十二年開始至今的兩期的「數位學習國家型科技計畫」亦促發 了國內對數位教學領域的研究與發展並於國際上有突出的表現。爰此，如何整合國內於科學 教育與數位學習研究表現的優勢於科學教學實務中，並整合教學與學習理論、前瞻科技與網 路教學媒體，以培養全民科學素養，是亟待發展的重要的議題之一。綜合以上趨勢，在建國 百年之際，也正逢十二年國民教育重大教育改革的籌備時期，此實應為一體省思如何提升跨 領域國民素養、調整科學教育課程與教學、因應科技教學新趨勢等主軸的資源整合與整體擘 劃之良機。為了因應上述時代變遷之所需與培育更多頂尖科學研究人才與整體全民科學素 養，藉由重新嚴謹審視既有研究發展的限制，突破既有研究學門領域藩籬、整合跨校之多元 資源，重新集思廣益，撰擬國家科學教育研究發展白皮書，供未來國家科學教育研究發展的 重要參考，此將是值得推動與亟待遂行之要務。
参、篇章架構
為達到上述目的，將擬經由國內具國際影響力的重要科學教育與數位學習相關專家學 者，透過資料蒐集與分析、意見激盪、專家共識凝聚以及一系列座談說明會，以落實前瞻規 劃、領域整合、資源共享、領先國際的縝密規劃，供未來具彈性的動態科教研究方向的參考 依據。本白皮書年限為五年(101-105 年)，各篇之撰擬重點將包含科學教育學術研究、大眾科 學教育與科學傳播活動、科教實作與應用產業、科技人力培育等面向等研究方向，並討論其 執行推動策略及未來展望，且在推動策略上，將特別著墨於跨學門、跨領域與資源整合規劃。 各篇的架構與簡要說明如下表所示: 表 0-2 科學教育研究發展白皮書篇章架構與簡要說明 第貳篇 科學教育學術研究 篇章架構 第二十章數學教育 第二十一章 科學教育(含多元族群) 第二十二章 資訊教育 第二十三章 應用科學教育 第二十四章 醫學教育 第二十五章 科普教育與傳播 篇章說明 此篇計六章之內容，分別概述並分析國內科學教育各個重要領域學門的 近年學術研究成果與國外研究趨勢，並探究國內現有研究困難瓶頸，進 而提出未來數年前瞻策略與規畫之構想。 第貳篇 大眾科學教育與科學傳播 篇章架構 第二十六章 科普傳播活動 第二十七章 科學傳播事業之發展 第二十八章 國民科學素養調查 篇章說明 此篇計有三章之內容，第七章概述並分析國內大眾科學教育與科學傳播
活動的願景、理念、特色以及既有成果；第八章則探究發展科學傳播、 厚植全民科學素養的趨勢與未來規畫；而第九章則討論國民科學素養調 查的現況。 第柒篇 科教實作與應用 篇章架構 第二十九章 數位學習科技發展、應用與產業 第三十章 科學實驗活動研究之發展、應用與產業 第三十一章 科學玩具科技發展、應用與產業 第三十二章 中小學科學評量模組發展、應用與產業 篇章說明 本篇共計四章內容，將著重於科學教育相關的實作、運用與產業分析。 其中，分別著墨於數位學習科技、科學實驗活動科技、科學玩具科技以 及中小學科學教學評量模組的發展現況、各類應用與產業概況，並提出 相關的分析與規畫。 第捌篇 科技人力培育 篇章架構 第三十三章 前瞻科技人才培育 第三十四章 科技創新人才培育 第三十五章 科學資優人才培育 篇章說明 本篇計三章，主要包含前瞻科技人才培育、科技創新人才培育、以及科 學資優人才培育等三章。各章內容著重在介紹有關科技人力培育的研究 發展現況、趨勢、問題與人力現況分析，並據此研提有關科技人才培育 的未來發展重點、推動策略，最後則分別研提相關的具體建議與結論。 第玖篇 執行推動 篇章架構 第三十六章 推動策略 第三十七章 困難與建議 篇章說明
本篇計二章，分別就上述各篇章的重要發現進行整合分析，突破既有研 究學門領域藩籬、整合多元研究資源，規劃一系列的未來研究發展的具 體推動策略，並提出建議。 第壹拾篇 未來展望 篇章架構 第三十八章 未來展望 篇章說明 本篇綜合各篇章結果，提出未來國家發展科學教育研究的前瞻展望與願 景。
肆、預期效益
本白皮書預期於完成之後有以下的具體成效: 四、 於科教研究政策規畫面向上，藉由重新嚴謹審視既有科教研究發展政策的限制，可望能 突破既有研究學門領域藩籬、整合多元資源，以激盪跨領域專家們對於國家未來教育政 策施政之重新思考與討論，且其討論時機正可配合十二年國教之政策之籌劃進行考量， 充分兼顧各種實務需求與確保未來實施時的銜接性。 五、 在實務運用面向方面，經由資料蒐集與分析、意見激盪、專家共識凝聚以及一系列座談 會之國家科學教育研究發展白皮書，可以精緻彙整並縝密規劃前瞻構想與策略，提供國 家未來科學教育之研究與提升全民素養的實施方針方面研究之重要參考依據，此兼顧前 瞻創意激盪、學術研究理論基礎與基層教育意見需求的白皮書將更有助於國民科學素養 的整體提升的相關計畫之遂行。 六、 於國家競爭力面向上，白皮書之綱要，將可於未來促使台灣整合既有之科學教育與數位 學習研究資源優勢，作為未來在中長期時能型塑足以影響國際科學教育研究發展的台灣 模式(Taiwan Model)。裨益於提升全民終身科學素養，孕育國家科學頂尖人才與團隊， 進而提高國家競爭力，並解決當前人類重要科學研究議題。第壹篇 科學教育學術研究
本篇主要論述科學教育學術研究，包含「數學教育」、「科學教育(含多元族群)」、「資 訊教育」、「應用科學教育」、「數學教育」及「科普教育與傳播」等六章，內容並分析國 內科學教育各個重要領域學門的近年學術研究成果與國外研究趨勢，並探究國內現有研究困 難瓶頸，進而提出未來數年前瞻策略與規畫之構想。科學教育的發展與國力之展現息息相關， 而科教處的使命則是希望研究成果能對社會及國家產生根本之影響及貢獻。目前科教處的學 術研究實力及成果在亞洲已處於領先地位，在世界也在十名之內。特別是科學教育及資訊教 育研究，我國實已累積相當研究成果及已培育相當多研究人力，研究成果在國際間獲得重視。 此外，我國科學教育研究已朝向跨領域及結合新興科技之大型研究邁進，因此，未來若能基 於已建立之研究成果及知名度上，持續保持研究動能，我國確實在此學術領域具有相當大之 進展優勢及成功機會。 在未來的規畫部分，因應目前世界的快速變遷，未來仍需更多學術研究投入並結合理論 與實務，確實提升我國學生之科學素養、資訊素養及相關能力。科教處已累積相當學術研究 成果，因此，將研究成果轉化成對科學教育及社會的實務影響將是未來推動的重點。而學術 成果更應強調與產業技術接軌，對於我國產業技術及人力的培養將具有促進作用。此外，科 學傳播是國民科技知識與精神的培養中重要之ㄧ環，也是國民終身學習科技知識的主要來 源。因此科教處未來也將持續鼓勵及推動公眾參與科學與科技的發展，並培育科學傳播社群 與專業人才。第一章 數學教育
壹、國內研究現況與成果
數學教育學門專題計畫的研究領域包括：數學師資培育及教師專業學習與發展、數學課程、教學與學習相關議題、大眾數學素養、認知神經科學與數學學習與教學的整合、數學學 習成效評量、以及資訊科技在數學教育相關議題等領域。通過本學門研究計畫的執行與推動， 得以提昇國內數學教育理論基礎，促成國內研究與國際接軌。研究成果同時可做為國內教學 的參考，進而增進國內教學實務的發展。 我國發展數學教育研究的優勢包括：早期我國數學教育人員的基礎訓練非常紮實；國內 數學教育相關研究的推動已有相當基礎；在國際數學暨科學趨勢研究(Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS) 與 歐 洲 經 濟 共 同 體 的 國 際 學 生 評 量 計 畫 研 究 (Programme for International Student Assessment, PISA)此類國際性數學評比表現相當良好。國 際 教 育 成 就 調 查 委 員 會 (The International Association for the Evaluation of Educational Achievement, IEA)所作數學教師培育的跨國比較研究(Teacher Education and Development Study in Mathematics, TEDS-M)調查中，我國數學儲備教師在數學及數學教學知識上都名列前 茅。
在具體的研究成果量化評量指標方面，Journal for Research in Mathematics Education (JRME)為目前引領國際數學教育趨勢的頂尖標竿期刊。如表 1-1 所示，運用科學計量學技術 分析自 1991-2010 年的論文發表狀況，美國以 234 篇遙遙領先各國，顯示美國在數學教育上 的領先地位。台灣以三篇論文(分別發表於 1996、1998 及 2000 年)排名世界第十二位，在亞 洲僅次於日本(五篇，世界排名第六位)。這樣的成績顯示台灣在數學教育研究上，確實有一 定的水準，但為達到晉身與世界一流研究接軌的地位，仍需付出相當的努力與相對的經費支 持。 表 1-1 1991-2010 年各國在 JRME 期刊論文篇數總和排名 論文發表數排行 國家 論文發表總篇數 1 美國 234 2 澳大利亞 17 3 英國 16 4 加拿大 13 5 以色列 13 6 日本 5
論文發表數排行 國家 論文發表總篇數 7 南非 5 8 比利時 5 9 巴西 4 10 紐西蘭 4 11 西班牙 3 12 台灣 3 13 德國 3 14 荷蘭 2 15 希臘 2 數學教育者的研究成績，仍然有機會在其他 SSCI 期刊發表。數學教育研究中，如測驗、 評量、資訊工具使用、或專業知識與教育的關連等議題，成果也適合發表在收錄 SCI 論文索 引中的期刊。另外，科教處列為一級期刊的 International Journal of Science and Mathematics Education(IJSME)，也是可發表數學教育研究成果的管道，今年亦開始收錄 SSCI。下面表列 以上三類期刊近五年國內數教人員發表論文數量。
表 1-2 2006-2010 年國內數教人員之 SSCI、SCI、及 IJSME 論文發表篇數
SSCI SCI IJSME
2006 1 2 4 2007 3 2 7 2008 3 3 5 2009 2 5 9 2010 11 2 5 2007年至2010間，台灣師範大學林福來教授擔任國際數學教育心理學群(International Group for the Psychology of Mathematics Education, PME)會長時期，我國數學教育的國際能見 度達到高峰。台灣數學教育學會更獲准在2012年主辦國際數學教育心理年會(PME 36)。林福 來教授近十年來也擔任由國科會資助，國際著名期刊專業出版公司Springer合作出版的學術期 刊International Journal of Science and Mathematics Education的總編輯，而嘉義大學楊德清教授 曾 在 2006 年 至 2008 年 間 擔 任 編 輯 委 員 。 此 外 ， 中 山 大 學 梁 淑 坤 教 授 亦 名 列 國 際 期 刊
Mathematical Thinking and Learning: An International Journal的編輯。這些都是以堅實的研究成 果為後盾，才獲得國際上的認同。
貳、國外研究現況與趨勢
根據資料分析顯示，Journal for Research in Mathematics Education(JRME)於 1991-2010 年 間數學教育的相關研究主題可分為以下六大項目：
數學教學與學習(Mathematics Teaching and Learning)
代 數 、 數 學 內 容 知 識 與 教 學 知 識 (Algebra, Mathematics Content Knowledge and Pedagogical Content Knowledge)
問題解決(Problem Solving) 幾何推理(Geometric Reasoning)
性別與學習成效(Gender and Learning Outcomes)
極限概念、學習動機(Limit Concepts, Learning Motivation)
如圖 1-1 所示，數學教育研究在過去二十年間，研究量最多的主題為教學與學習。在此 研究主題中，國際期刊發表量排名前三名的國家為：美國、英國及以色列。此外，由於代數、 數學內容知識與教學知識的相關研究也有大幅提昇的趨勢，因此預期未來數學教育領域的相 關研究會更投注在這兩個研究主題中。此研究主題的期刊發表量分別由美國及南非排名前兩 名。在其他四個研究主題中，美國的期刊發表量皆排名領先地位。
圖 1-1 數學教育 1991 至 2010 年在各研究主題的發展趨勢
四年一度的國際數學教育大會(International Congress of Mathematical Education, ICME)是 全世界數學教育界極重要的集會，督辦 ICME 的國際組織是國際數學教育委員會(International Commission on Mathematical Instruction, ICMI) ， 隸 屬 於 國 際 數 學 聯 合 會 (International Mathematical Union, IMU)。ICMI 下設的國際數學教育心理學群(International Group for the Psychology of Mathematics Education, PME)2011 年 7 月在土耳其開會，會議活動中的研究論 壇、討論小組以及工作小組的各項主題，也可做為觀察國際數學研究趨勢的參考。此類主題 包括：教師教育及數學作業、數學擬題教學研究、數學遊戲、直觀及分析思考、建模、高階 質性研究者的培訓、文化自我與數學教育、科技與數學、特別需要者的數學教育、與成就不 高的數學教師合作、創造力及建模、大學數學教育、肢體語言與數學教育、數學教育及社會、 教師作為數學教育研究者。 下屆 ICME 將於 2012 年在韓國漢城舉行。ICME 的主要目標在展現當前數學教育研究的 狀況與未來發展趨勢，以及交換各層級數學教學的實務經驗。大會中提供數量甚多專題研究 群(Topic Study Groups, TSG)的論文發表與討論活動。2012 年新增加的專題，相當程度反映了 國際數學教育研究的新趨勢。新專題包括：數學素養、特殊學生的活動及學程、在職進修及
教師專業發展、小學數學的測量、數學教與學的歷史、職前數學教師之培育、統計的教與學、 數學競賽及挑戰環境。 國際間近年特別重視數學、科學與閱讀能力的相關國際性比較研究，如 TIMSS、PISA、 TEDS-M 等重要國際評比研究。這幾項重要研究計畫的主題著重在探討數學的學習、情意， 認知、課程、評量、教學以及教師專業發展等相關議題，從而引發相關的數學教育研究課題。
參、國內教育現況之問題與可能貢獻
目前國內數學教育研究遭遇一些結構性的瓶頸： 一、 由於當前師資培育所產出的教師過剩，就業機會難度增高，因而侷限了國內數學教育 系、所的發展，以致數學教育相關的研究人才，以及在歐美進修的未來儲備人才均逐漸 減少。 二、 目前 30~40 歲新生代的研究人員，企圖心及努力的熱誠亟待加強。某些研究工作者及研 究生因為學科訓練不夠紮實，致使掌握關鍵問題的能力稍嫌薄弱。 三、 數學教育學者的研究工作多屬單打獨鬥型，應該促進團隊合作精神，方能推動整合型計 畫。此外，博士後研究人才資源不足，不易進行長期及深入之研究。而國內數學教育學 者在國內外期刊發表論文的情形仍大有改進空間。肆、相關研發人力現況分析
過去幾年由於師資培育人才的過剩，以致於師範體系所扮演的角色逐漸受到忽視。在此 大環境下，數學教育領域的研究人口亦逐漸遁隱，進而使得申請數學教育學門研究計畫的數 量也逐漸減少。如果這種負向循環現象繼續發展，將造成數學教育的式微。伍、未來研究發展重點(101-105 五年)
一、 數學師資培育及教師專業學習與發展的研究 培育數學教師的重點議題就是數學教學「專業知能(意指與教數學相關的專業內涵、概念 與實踐能力)」的學習與發展，對象包括職前教師(學生教師、實習學生或實習教師)、在 職教師及大專教師，皆需不斷地學習與發展各自專業領域所需的相關知能。因此，本項 目主要包含職前教師的培育課程、在職教師的專業學習與發展、以及師資培育者與在職 教師的專業合作三個方面。 二、 數學課程、教學與學習相關議題的研究 教學與學習是數學教育界關心的重要議題，而課程更是影響教師教學和學生學習的關鍵 因素。但是長期以來學校數學課程的相關議題，並未受到研究者的重視。近年來，國際 間提出許多數學課程發展的新觀念，並進行相關研究，而國內也正進行大規模的數學課 程變革。同時，由於各國越來越重視國際間重要數學成就測驗評比報告，因而，比較參 與國家所使用的學校數學課程與教科書，以探究影響學生數學學習成就以及教師教學的 因素，亦成為當前國際間重要的研究主題。 三、 國民數學素養的研究 國民數學素養的提升，可以增進大眾以合邏輯與理性的態度參與公民活動。如何打破一 般人總把數學概念與數學考試的困難測驗題的解題經驗結合的刻板印象，從生活中尋找 活潑的素材，教育社會大眾認識數學的求真、求實、求條理的精神，是數學教育者所應 肩負起的社會責任。 四、 認知神經科學與數學學習與教學的整合研究 本研究重點主要鼓勵以認知神經為基礎，進行對數學能力的學習、發展歷程、輔育教學、 篩選檢測等議題深入探究。尤其，是針對以認知神經為研究架構基礎，並確實具有數學 認知的實徵價值，或特別具有此類學門的本土化意義的研究案。
五、 新興資訊科技在數學教育相關議題的研究 整合資訊科技於教學環境中，已成為數學教學與學習的趨勢，也是目前國際間數學教育 重要的研究主題。數學本身所處理的是抽象思維的元件，需藉助表徵系統以作為溝通、 認知與學習的仲介工具。數學教育在教學與學習的相關研究上，應體認資訊科技的快速 發展對於師生溝通方法與認知學習模式的影響，強化資訊科技融入數學教育，並深入探 討教師如何因應時代變遷調整教學與學習的模式，以促進數學教育與時俱進。 六、 數學學習成效評量的研究 以往數學學習成效評量著重在檢核學生的數學知識、技能，或情意態度，隨著國際競爭 所需能力的變遷與數學教育理念的轉換，晚近開始強調高層次數學能力的發展與學習， 例如推理、建模、溝通、創造等能力，而國民所需要具備的數學素養也成為重要的議題， 因此這些數學能力與素養的觀念內涵，與其相對應的評量工具，亟待探究與研發。此外， 近年推甄進入大學的比例逐步增加，而相當多的學系都需要鑑別學生數學能力。因此應 該研究適當的測驗方式，特別是能利用資訊工具，解析學生解題過程中的步驟，以便更 準確的判別學生理解的程度。這類研究的成果也可導引改善中學考試的命題。 七、 數學文化與數學教育的研究 數學在人類文明裡至少已有三千年歷史，而學科的生命力仍然旺盛。數學雖然有自己內 在理路的發展走勢，但是數學也必然因為回應社會的需求，而在文明裡扮演不可或缺的 角色。如何從數學史與科學社會學的脈絡裡認識與理解數學，從而把這種經驗融入教育 的過程，不僅豐富數學研究人才的素養，也會是大學通識課程的核心題材。 八、 統計與教育的研究 統計在當代的各個學科裡，無論自然科學、生命科學、社會科學、工程科學，處處都有 發揮功能的地方，因此研究強化統計的教育有迫切的重要性。另外當代所謂「科學計量
學」(scientometrics)對於度量科學的影響與成就有不容忽視的作用，更值得從統計的觀點 來加以研究，以便深刻理解這些工具的長短，並謀求發展合理度量我國科技成就的方法。 九、 數學資優教育的回顧與發展 歷史上以及目前國際上，很多數學名家早年均為數學資優生。因此數學資優教育的研究， 對於如何培養尖端數學研究人才相當重要。數學資優教育在國內已經有長年的發展，在 國際奧數及其他競試裡也有優秀的表現。由此累積的經驗，應該做有系統的檢討與研究。 十、 高中數學課程綱要的實施現況及問題探討 長期以來，國內多數數學教育研究的對象偏向國中小學生的教與學，對後期中等數學教 育的研究量較少。高中數學 99 新課綱既然已付諸實施，有關教學現況及相關問題的探討 值得投入。由於此議題需要數學專長的研究人員參與，也可藉此鼓勵數學與數教人才的 合作，並進一步提升數學專家投入數學教育的研究行列。 十一、 提升情意目標的研究 近年來相關的國際性研究顯示，台灣學生在國際學業成就的表現水準不錯，但學習自信 及對數學學習的態度卻在國際排名中落後，因此如何針對數學情意目標提出具體的解決 方案及對策，是未來研究可以關注的重點。
