國立臺東大學教育學系 教育研究碩士班
碩士論文
指導教授： 李偉俊／林自奮 博士
奈米科技融入教學的混合設計研究：
以臺東的一所國中為例
研 究 生： 邱怡靜 撰
中 華 民 國 一 零 六 年 六 月
國立臺東大學教育學系 教育研究碩士班
碩士論文
奈米科技融入教學的混合設計研究：
以臺東的一所國中為例
研 究 生： 邱怡靜 撰
指導教授： 李偉俊／林自奮 博士
中 華 民 國 一 零 六 年 六 月
致 謝
從 103 年考入國立臺東大學教育學系教育研究碩士班至今（106 年），不知 不覺已經邁入研究所求學生涯第四年的時間了，終於走到撰寫致謝的階段，一路 走來要感謝的人太多，讓我不經想起國中時期國文課本中陳之藩的《謝天》，提 到：「因為需要感謝的人太多了，就感謝天罷。」當時的我對這樣的句意仍舊懵 懵懂懂，一直到撰寫致謝，回想起從大學進入研究所的機緣，在研究所求學四年 期間的大小事，終於有點能體會這樣的文字是在怎樣的情境中被書寫出來的。
首先，要感謝兩位指導教授──教育學系所李偉俊教授，以及應用科學系所 林自奮教授的用心指導，兩位教授就像浩瀚大海中的兩盞明燈，總在我面臨研究 瓶頸、撰寫困境，和資料蒐集難關時，即時提點我需要注意的執行方向、操作方 式，和專業領域的指導，讓我能更有效的進行研究。再來，我要感謝花蓮縣花崗 國中李恩銘校長，千里迢迢兩次來到臺東大學，不吝嗇的給予我專業的指導與建 議。我的論文也因有了三位教授的專業指導，內容更加完善。
接著，還要感謝臺東市內某國中的自然科教師及學生，協助我資料的蒐集；
感謝系所內的教授們及助理，在我研究生期間和口試上的多方協助，讓我在學術 專業領域上有更進一步的增長，讓我的口試測驗有舒適的空間可使用、完善的資 料可參照；感謝室友陳婷雅，陪我熬夜撰寫論文、蒐集資料，和校對論文、印製 論文；感謝我的家人，不求回報的支持與信任。感謝所有在我研究所求學生涯階 段中，給予支持、信任與協助、指導的人。
最後，將這份研究獻給指導我的教授們和校長、幫忙我的助理們、支持我的 家人們、陪伴我的室友，以及協助資料蒐集的教師與學生等給予協助、指導和支 持我的人及單位，因為有了你們才讓這份論文能如期完成。
研究生 邱怡靜 中華民國一零六年六月二十二日
i
奈米科技融入教學的混合設計研究：
以臺東的一所國中為例
作 者 ： 邱 怡 靜
國立臺東大學 教育學系
中文摘要
本研究旨在探討奈米科技融入國中課程後，學生的學習成效及奈米科技課程 教案設計方向。本研究採訪談、學習成效測驗，以及問卷，以臺東的一所國中八 年級學生及自然科教師為主要受試對象，施測教案包含四個奈米科技單元：尺度 效應、彩蝶效應、壁虎效應及奈米磁導航效應。
歸納結果如下：
一、奈米科技融入國中課程學生學習成效偏佳。
二、教師所需教學資源以實體資源及媒體資源居多。
三、教案設計的恰當程度較接近恰當。
四、奈米科技融入教學對學生的科學概念有幫助。
五、教師選擇教學融入時段以科學營隊居多。
六、資源配合下能使教師的教學意願較接近提升。
關鍵詞：
奈米科技、融入教學、混合設計ii
Mixed Methods Research of Nanotechnology Integration into Instruction : An Example Form Junior High School In Taitung
Yi-Ching Chiu Abstract
This study was exploring the student learning performance and the design direction of nanotechnology lesson plan while mixing
nanotechology into junior high school lesson.There were eighth,ninth grade student and science teacher as our targets, selected from junior school in Taitung.Lesson plan contain four nanotechology case: Scaling Factor, Nature Photonic Crystals, GeokoEffect, Nano-magnetic particle.
The result of this study could be explained as follows：
1. The student learning performance is better while mixing nanotechnology.
2. The teaching resourse are mostly Entity and media manipulatives.
3. The degree of lesson plans are reasonable.
4. The nanotechnology mixed junior high lesson can enhance scientific concept of student.
5. The science teachers choose science camp to be the timing of mixing nanotechnology.
6. The science teachers' teaching Willingness enhance, with resources to inject.
Keywords ： nanotechnology、integration into instruction、mixed methods
iii
目 次
中文摘要 ... i
Abstract ...ii
表 次 ... v
圖 次 ... vi
第一章 緒論 ... 1
第一節 研究背景與動機 ... 1
第二節 研究目的與問題 ... 3
第三節 名詞釋義 ... 4
第四節 研究範圍與限制 ... 10
第二章 文獻探討 ... 11
第一節 奈米科技的源起與發展現況 ... 11
第二節 奈米科技融入教學的相關研究 ... 16
第三節 奈米科技融入教學的相關研究 ... 20
第三章 研究方法 ... 23
第一節 研究架構與研究設計 ... 23
第二節 研究對象 ... 27
第三節 研究工具 ... 28
第四節 研究的信度與效度 ... 30
第五節 研究流程 ... 32
第四章 研究結果與討論 ... 33
第一節 教案設計的恰當程度分析 ... 33
第二節 學生的學習成就試題分析 ... 43
第三節 奈米科技融入教學的困境分析 ... 57
iv
第五章 結論與建議 ... 63
第一節 結論 ... 63
第二節 建議 ... 66
參考書目 ... 69
一、中文部分 ... 69
二、英文部分 ... 72
附錄一：開放式問卷 ... 73
附錄二：奈米科技 教師回饋問卷 ... 74
附錄三：尺度效應教案 ... 77
附錄四：彩蝶效應教案 ... 87
附錄五：壁虎效應教案 ... 96
附錄六：奈米磁導航教案 ... 117
v
表 次
表 2-1-1 奈米科技發展狀況 ... 13
表 2-2-1 奈米融入教學的相關研究 ... 16
表 2-3-1 奈米融入教學模式的相關研究 ... 20
表 3-1-1 研究歷程中質性與量化研究要素 ... 25
表 4-1-1 教學輔助資源需求之結果統計 ... 34
表 4-1-2 教材與教學配合度之結果統計 ... 34
表 4-1-3 閱讀教材時間長度之結果統計 ... 35
表 4-1-4 教師對教案的意見之結果統計 ... 36
表 4-1-5 教案理解容易度之結果統計 ... 40
表 4-1-6 教師使用教案的方式之結果統計 ... 40
表 4-1-7 對學生的科學概念幫助之結果統計 ... 41
表 4-2-1 尺度效應學生學習成效測驗分析摘要 ... 44
表 4-2-2 尺度效應學生學習成效測驗得分狀況及個數整理 ... 46
表 4-2-3 彩蝶效應學生學習成效測驗分析摘要 ... 47
表 4-2-4 彩蝶效應學生學習成效測驗得分狀況及個數整理 ... 49
表 4-2-5 磁導航效應學生學習成效測驗分析摘要 ... 51
表 4-2-6 磁導航效應學生學習成效測驗得分狀況及個數整理 ... 53
表 4-2-7 壁虎效應學生學習成效測驗分析摘要 ... 54
表 4-2-8 壁虎效應學生學習成效測驗得分狀況及個數整理 ... 55
表 4-3-1 在教學上融入奈米科技課程的必要性之結果統計 ... 57
表 4-3-2 融入教學，對學生學習有幫助之結果統計 ... 57
表 4-3-3 教材上課時段之結果統計 ... 59
表 4-3-4 教學空間的限制之結果統計 ... 59
表 4-3-5 資源配合與教師教學意願之結果統計 ... 60
vi
圖 次
圖 1-3-1 尺度效應模組盒外觀 ... 6
圖 1-3-2 尺度效應模組內容物 ... 6
圖 1-3-3 彩蝶效應模組盒外觀 ... 7
圖 1-3-4 彩蝶效應模組內容物 ... 7
圖 1-3-5 奈米磁顆粒模組盒外觀 ... 8
圖 1-3-6 奈米磁顆粒模組內容物 ... 8
圖 1-3-7 壁虎效應模組盒外觀 ... 9
圖 1-3-8 壁虎效應模組內容物 ... 9
圖 3-1-1 三角校札設計（A）型 ... 23
圖 3-1-2 探索式設計（A）型 ... 23
圖 3-1-3 本研究架構圖 ... 23
圖 3-4-1 質性與量化研究信賴程度之比較 ... 30
圖 3-5-1 研究流程圖 ... 32
1
第一章 緒論
本研究在探討新興知識－奈米科技融入國中教學師生的接受度，本章旨在說 明本研究的理念與架構，全章共分為四節。第一節研究背景與研究動機；第二節 研究目的與研究問題；第三節名詞釋義；第四節研究範圍與研究限制。
第一節 研究背景與動機
壹、研究背景
中華术國科技部科教發展及國際合作司（簡稱為科技部科國司）自 2002 年 09 月成立【奈米國家型科技計畫】辦公室，並於 2003 年 1 月起由教育部統籌執 行「全國奈米科技人才培育計畫」。同時透過數位學習帄台的建構、國際交流活 動的推展及結合臺灣科學教育館、自然科學博物館、科學工藝博物館等社教資源，
進行奈米科普教育推廣活動，擴大學習網絡，培養國際化人才，達到充實全术科 學教育內涵之目的，奠定了我國奈米科技人才培育工作重要的里程碑（奈米科技 教育學院，2012）。並冀盼藉由計畫辦公室整合瓹學研究力量，建立我國發展學 術卓越和相關應用瓹業所需要之奈米帄台技術，同時加速培育奈米科技所需人 才。
自費曼於 1959 年提出「奈米科技」一詞，迄 2002 年台灣爲了厚植國家發 展潛力與提升科技研發競爭力，即開始推動奈米國家型科技計畫，有鑑於教育事 業是為國家培育未來科學與瓹業研究人才重要根本，奈米科技 K-12 人才培育計 畫乃計劃推行重點之ㄧ。我國奈米科技計畫 K-12 人才培育計畫，從基礎教育培 養到尖端研究人才培育，藉由大學的奈米科技學者專家培育中小學種子學校與教 師，形成推廣知識永續供應鏈（傅昭銘，2012）。
國立臺灣大學物理系傅昭銘教授自 2006 年投入【奈米國家型科技計畫】人 才培育 B 類計畫（中小學課程發展），獲准執行計畫，該計畫總體目標為現行中 小學課程融入奈米實驗探究教學模組與教學活動開發設計。2009 年至 2013 年期 間該計畫致力於奈米科技實驗活動模組開發製作、培育奈米科技教育種子教師、
K-12 學校推廣教育及融入現行中小學課程施用。
2
2014 年為計畫執行的第五年，計畫執行團隊成員已建置發展豐富奈米科技 實驗模組與教學模組，完成之奈米教學實驗包含相關教案、教學投影片、學生動 手做實驗組等。本研究目的為欲了解奈米科技教案融入現行中學課程施用現況。
貳、研究動機
研究者自大學二年級便開始參與奈米科技（含蓮葉效應、尺度效應、彩蝶效 應、奈米磁導航效應及壁虎效應）教材、教具的研發與活動推廣，長期受到國立 臺灣大學傅昭銘教授和陳世銘教授團隊的領導與指點。大學四年級下學期時，由 於計畫期程緣故，開始參與奈米科技中小學教案的編寫，計畫希望除了大眾推廣 外，能融入中小學教育，從基層教育扎根，並向上普及。
國立臺灣大學傅昭銘教授和陳世銘教授團隊自 2006 年投入【奈米國家型科 技計畫】人才培育 B 類計畫（中小學課程發展），為六年期計畫，並分成第一期 三年計畫總體目標為現行中小學課程融入的奈米實驗探究教學模組與教學活動 開發設計，進行系統化建置奈米科技實驗教學模組，重點強調落實與基礎科學課 程知識結合，藉由動手實驗探究體驗新興科技知識，達到有效促進科學理解及建 構學習基礎科學概念，實現完整科學知識體系教學目標（傅昭銘，2012）。第二 期三年計畫總體目標以開發奈米實驗創新教學模組融入教學促進科學理解為主 軸，開發之實驗教學模組其重點強調落實與基礎科學課程知識結合，運用探究建 構學習和創造性問題學習等促進科學理解的教育模式，藉由動手實驗探究體驗建 構學習奈米科技知識，達到有效促進科學理解及建構學習基礎科學概念，實現完 整科學體系知識建構目標（陳世銘，2015）。
欲將奈米科技融入現行各級學校課程，落實基礎科學教育，則必頇對奈米科 技與課程進行概念分析，以確認融合的切入點與課程單元，並發展以奈米科技為 主的實驗教學活動模組，予以教師適當的奈米教學專業成長，並以人本建構取向 觀點的探究學習理論，發展啟發提問和探索教學的教學策瓺以啟發思維，讓學習 者藉由「手到」與「心到」的實驗探究來體驗奈米科技知識，則可有效促進科學 理解及建構學習基礎科學概念，實現完整科學知識體系教學目標（傅昭銘，
2012）。
配合科技部奈米國家型科技人才培育計畫走入尾聲，研究者所屬單位經過五 年多的努力，設計、開發多種蓮葉效應、彩蝶效應、尺度效應、奈米磁導航效應
3
及壁虎效應相關教材、教具及教案，研究者想要了解這一套教學模組融入國中階 段的可行性，此為研究者進行本研究的重要動機。
第二節 研究目的與問題
壹、研究目的
基於以上研究動機與研究背景，本研究目的在探究奈米科技模組融入國中課 程的可行性。本研究目的有三如下所述：
一、探討國中階段奈米科技融入教學的課程設計。
二、探討國中階段奈米科技融入教學的學習成效。
三、探討國中階段奈米科技融入教學的實施困境及解決辦法。
貳、研究問題
一、課程設計的恰當程度為何？
（一） 授課教師認為奈米科技教案融入現有課程教學單元的恰當程度？
（二） 授課教師認為教案設計時間長度恰當程度？
（三） 教具與課程設計配合的恰當程度？
二、授課學生的學習成效為何？
（一） 授課學生的學習態度為何？
（二） 授課學生的學習成效為何？
（三） 實驗設計對授課學生的吸引力及印象？
三、奈米科技融入教學的實施困境為何？
（一） 教學活動實施的困境為何？
（二） 教具使用上的困境？
（三） 奈米科技科學概念學習的困境？
（四） 實施困境的解決方法為何？
4
第三節 名詞釋義
為使本研究更容易為人所理解，研究者將本研究中出現之重要名詞詮釋如 下：
壹、奈米科技融入教學
奈米科技，是指研究奈米級大小的技術和瓹品，是極微小化的科技（高逢時，
2005）。在奈米尺度下操控物質，以製作、了解與使用具奈米結構的材料、元件 及系統，這裡的奈米尺度，一般是以 1-100 奈米為範圍，當物質的結構尺寸小到 奈米尺度時，其物理、化學及生物性質可能會與較大結構尺寸時大相逕庭（呂世 源，2002）。奈米科技所涵蓋之領域非常廣泛，包括機械、電機、材料、光學、
量測、生化醫藥及原子物理等（徐世昌，2002）。
在本研究中，奈米科技特指「尺度效應、彩蝶效應、奈米磁導航效應及壁虎 效應」；奈米科技教學著重在利用生活中適切的實例、垂手可得或生活化的材料 及簡單的實驗操作方式來進行學習。奈米科技融入教學以「十二年國教國中課綱」
為主體，將奈米科技適時放入國中課程編排主題內，以不影響原課程安排進度為 主。
貳、混合設計
混合方法研究是一種不但具有哲學假定，而且也包含研究方法的研究設計。
作為一種方法論，它包含了引導資料分析與蒐集方向的哲學假定，以及在研究歷 程的許多階段中，質性與量化取向的混合。作為一種方法，它聚焦於單一研究或 一系列的研究中，蒐集、分析並混合量化與質性資料。它的主要前提在於量化與 質性取向的混合相較於使用其中一種取向，提供了對研究問題較佳的理解
（Creswell & Plano Clark, 2007, p. 4-5）。
藉由混合資料組，比僅使用其中一組資料，提供了對於研究問題更佳的解釋。
混合資料組依據混合方式不同，大致分為三種：(a)實際上將兩組資料混合在一起，
使兩組資料合併或聚斂；(b)使一組資料建立於另一組資料的基礎上，而連結兩 者；(c)將一組資料鑲嵌進入另一組資料，前者對於後者提供了支持的角色
（Creswell & Plano Clark, 2007, p. 6）。
5
依據資料組的混合方式又細分為四類，分別為三角校札設計、嵌入式設計、
解釋式設計與探索式設計。三角校札設計為一種單一階段的設計，研究者在同一 段時間內，採用相等比重的質性與量化方法，其程序通常涉及了同時但分別蒐集 質性及量化資料，研究者一般會試圖合併兩組資料來進行資料解釋；其目的在針 對同一主題獲取不同但可互補的資料，以彌補質性與量化間的優缺點（Creswell &
Plano Clark, 2007, p. 62,64）。探索式設計為兩階段的設計取向，研究者藉由第一 階段的質性資料來發展第二階段量化研究的工具、變項或命題，此方法的質性資 料通常相對的受到重視；使用此方法的理由為下列之一：缺乏測量工具、變項未 確認，或者缺乏指引的架構或理論（Creswell & Plano Clark, 2007, p. 76-77）。
Morse 為使混合方法設計特徵的討論順利進行，而率先使用的符號系統和視 覺圖，現在廣泛地出現在混合方法文獻中。她的符號系統使用加號（+）表示發 生在同一時間的方法；使用箭號（→）表示連續發生的方法；主要的方法用大寫 字朮表示（QUAN 或 QUAL）；次要的方法用小寫字朮表示（quan 或 qual）；縮 寫 quan、qual 來表示兩種方法的相等功能。Plano Clark 則增加圓括弧來表示嵌 入在其他方法內的一個方法（引自 Creswell & Plano Clark, 2010, p. 39）。
其中 qual 為 qualitative 的縮寫作為「質性研究」的代表，qualitative 在中文 上具有「定性、性質上的」的意思；quan 為 quantitative 的縮寫作為「量化研究」
的代表，而 quantitative 在中文上具有「以量表示的、定量的、數量的」的意思。
考慮研究的目的、程序、時機、權重及遭遇的挑戰，本研究以質性研究與量 化研究所占比重及重要性相同，故質性研究和量化研究的縮寫皆以大寫表示：
QUAL 和 QUAN，且先進行質性資料蒐集，後進行量化資料蒐集為研究設計。
參、結構式的訪談
結構式訪談是指研究者在訪談過程，運用一系列預先設定的結構式問題，進 行資料收集，去了解受訪者的想法、意見和態度，並透過預先安排好的結構式訪 談和標準化程序，降低可能的偏誤（潘淑滿，2003，頁 141）。
本研究在進行訪談前，事先根據研究待答問題及目的擬訂訪談大綱，並在進 行訪談前讓受訪者過目後，再進行訪談。
6
肆、奈米科技教學模組
本研究之奈米科技教學模組共四項，分述如下：
一、尺度效應教學模組
尺度效應教學模組內容物包含教師教學手冊、學生學習手冊、教學課程設計 教學評量、細砂糖、冰糖、鋼刷、鋼絲絨、鐵釘、紅藍印台、3D 列印接觸面模 擬立方體、橡皮擦。教學目標為：
（一）學生能知道何謂表體比。
（二）學生能計算表體比。
（三）學生能知道相同體積的物體隨著尺度變化，表體比的變化趨勢。
（四）學生能知道如何改變物件的表體比。
（五）培養動手做實驗、觀察的科學精神。
（六）學生能體會奈米科技的重要性與特殊性。
圖 1-3-1 尺度效應模組盒外觀
圖 1-3-2 尺度效應模組內容物
7
二、彩蝶效應教學模組
彩蝶效應教學模組內容物包含教師教學手冊、學生學習手冊、教學課程設計、
教學評量、蝴蝶標本、九孔殼標本、蝴蝶翅膀模型、彩虹光柵片、甲蟲標本、光 柵片眼鏡、偏振片實驗組、膠帶。教學目標為：
（一）讓學生了解彩蝶效應的現象與生活中的彩蝶效應。
（二）使用教具引導學生了解彩蝶效應現象的成因。
（三）讓學生省思：引導學生思考自然界中彩蝶效應的現象。
（四）培養動手做實驗、觀察的科學精神。
（五）學生能體會奈米科技的重要性與特殊性。
圖 1-3-3 彩蝶效應模組盒外觀
圖 1-3-4 彩蝶效應模組內容物
8
三、奈米磁導航效應教學模組
奈米磁導航效應教學模組內容物包含教師教學手冊、學生學習手冊、教學課 程設計、教學評量、奈米磁顆粒教具、硬碟模擬教具、磁流體教具。教學目標為：
（一）知道奈米磁顆粒的基本物理性質。
（二）知道奈米磁顆粒對生物導航的重要性。
（三）知道奈米磁顆粒在生物醫學上的應用。
（四）認識磁流體，並知道磁流體的應用。
（五）能體會奈米級磁顆粒的特殊性質。
（六）培養動手做實驗、觀察的科學精神。
（七）學生能體會奈米科技的重要性與特殊性。
圖 1-3-5 奈米磁顆粒模組盒外觀
圖 1-3-6 奈米磁顆粒模組內容物
9
四、壁虎效應教學模組
壁虎效應教學模組內容物包含教師教學手冊、學生學習手冊、教學課程設計、
教學評量、壁虎標本、壁虎玩具、壁虎貼紙、壁虎競賽遊戲組、靜電貼紙、自黏 黏土、魔鬼毡、靜電拔河實驗組。教學目標為：
（一）學生能觀察說明壁虎腳皮瓣的特徵。
（二）學生能初步瞭解表面張力、黏滯力、吸附力、大氣壓力、重力、凡得 瓦力、摩擦力、庫侖靜電力等。
（三）學生可以瞭解壁虎爬牆的機制。
（四）學生能體會奈米科技的重要性與特殊性。
（五）培養動手做實驗、觀察的科學精神。
圖 1-3-7 壁虎效應模組盒外觀
圖 1-3-8 壁虎效應模組內容物
10
第四節 研究範圍與限制
壹、研究範圍
本研究以臺東的一所國中 212 位八年級學生及 14 位自然科教師為研究範圍。
該校位於臺東市中心，屬於大型學校。蕭炳欽（2003）指出學校規模大小之劃分，
全校班級數 6 班以下為小型學校；7 至 24 班為中型學校；25 班以上為大型學校；
由於位於市中心，接收外界資源的機會及學校本身接收外界資源的接受度都較 佳。
選擇執行教學融入課程的授課教師考量的因素有二，一是採納曾受過奈米科 技種子教師培育的教師意見；二是該教師授課的意願性。授課學生的選擇採方便 取樣，以授課教師的班級為授課對象，以增加教師授課的意願性。
貳、研究限制
本研究僅針對臺東縣的一所 212 位國中八年級及 14 位自然科教師為研究對 象，屬於便利取樣。學校方面，雖然選擇位於臺東市中心，屬於大型的學校，以 臺東資源分布概況來說，屬於高度接受區域及高資源分配區；但就整個臺灣而言，
該校仍位於偏鄉地區內，資源分配上較西部、南部及北部地區而言仍屬於少量，
甚至不足地區。授課教師方面，雖經過多方面考量，但仍受到教師本身的授課意 願性所限制。授課學生方面，為了增加教師授課的意願性、降低教師授課時的不 便，以及不造成學生與教師課程進度上的影響，則由授課教師選擇時間上和課程 進度上可執行的學生為授課對象。
除此之外，本研究受到人力、物力、經費，以及時間的限制，在學校、教師 和學生的選擇上都僅採取便利取樣，且研究範圍及對象僅為臺東的一所 212 位國 中八年級的學生及 14 位自然科教師，因此本研究無法推論至其他縣市學生、教 師及教學現場，若欲作推論，宜審慎考慮。
11
第二章 文獻探討
本章旨在探討相關文獻，以便對研究主題有更深入的了解與詮釋。全章共分 為三節探討，第一節奈米科技緣起與發展現況；第二節奈米科技融入教學的相關 研究；第三節奈米科技融入教學成效及教學模式的相關研究。
第一節 奈米科技的源起與發展現況
壹、奈米科技的源起
人類歷史上，歷經了三次工業革命。十八世紀時發明了蒸汽機，開啟了四百 年來的工業革命；第二次工業革命帶動了電氣化；第三次工業革命，電子計算機 改變了人們的生活世界。而奈米科技，則帶人類進入第四次的工業革命（國立科 學工藝博物館，2012）。
奈米科技的發展可回溯到諾貝爾物理獎得主理查〃費曼（Richard Feynman）
在 1959 年美國物理年會的一場演講，提出未來有一天，人類可能隨心所欲地利 用小尺寸（奈米）材料並呈現出嶄新的應用，他亦提出未來可能將大英百科全書 的內容記錄在像大頭針這麼小的容積裡，由此揭開了奈米科技的序幕（國立科學 工藝博物館，2012）。
「奈米」是一個嶄新的領域，奈米科學是指研究至少一維尺寸在 1-100 奈米 範圍內的材料、結構、性質的科學；「奈米科技」指量測、模擬、操控、製作小 於 100 奈米的物質技術；奈米科技並不像半導體、光電通訊、生物技術等，可以 明確訂定統一的領域，相反的，奈米科技的出現，是打破了各個領域的界限。一 般而言，由於物質在奈米尺度下，會呈現與常態下完全不同的物理、化學或生物 特性，所以「奈米科技」的定義是：在奈米尺度下，製造出呈現新機能或新穎物 性的微小物質，並且以這個物質為基礎，設計、製作成新的元件、器具或系統的 技術，就是奈米科技（國立科學工藝博物館，2012）。
奈米是「長度」的單位，一奈米等於 10-9米，相當於人類頭髮的五萬分之一，
或是 10 個氫原子排列在一起的寬度大小。而高精度、高倍率儀器的發展，更提
12
供了奈米尺度的分析，以及操控原子和分子所需的「眼睛」與「手指」（劉仲明，
2004）。
人類並不是近幾年才開始使用奈米科技的瓹物。原始土著常將燃燒植物或木 材後得到的碳灰塗在臉上，用來嚇跑敵人和野獸；即因為碳灰粒子大小，大約是 在奈米尺度範圍，所以可以均勻地塗在臉上，且奈米碳灰的附著力很強，可以維 持很久不褪色。中古歐洲時代建造的教堂彩繪玻璃，使用的即是奈米級的顏料；
工匠利用奈米金屬對光具有之吸收與發色性質，繪製出美麗的教堂彩繪玻璃；他 們將金粉融於玻璃中，等凝固後析出奈米金粒子，瓹生透色的紅寶石色；用同樣 製法，添加含銀顏料，可瓹生黃色和金色；添加含銅顏料，可瓹生綠色和磚紅色
（國立科學工藝博物館，2012）。
奈米並非僅僅是科技下的瓹物，奈米的現象一直以來，便存在於自然界中，
例如：壁虎能倒掛於天花板爬行且身手矯捷；蝴蝶、金龜子的翅膀五彩繽紛；孔 雀的羽毛光鮮亮麗；蜜蜂、鴿子、龍蝦都具有辨別方向的能力；蓮葉出淤泥而不 染的雅興。效法自然，一直是人類研究科學的準則之一。近似自然瓹物的奈米結 構，需要能夠在分子的尺度上，操控物質或結構的形成，這可望帶來與自然界近 似的功能或成果（工業技術研究院工業材料研究所、廖駿偉、葉吉田、郭東瀛，
2005，頁 8）。
若將人類開始使用奈米科技至今的時間軸縮時成一天，人類開始對奈米科技 進行研究、探討可能只有幾秒鐘的時間。奈米科技的使用最早可以追溯到十幾世 紀之初，西方的彩繪玻璃開始在製作玻璃的矽土中融入金屬氧化物，使玻璃呈現 繽紛的顏色；但細數人類開始鑽研奈米科技不過才這幾十年間，而一門新的技術 要發揚，甚至是擴展至其他使用層面上，必頇先從基本教育做起，深入教育必頇 考慮的層面眾多，從教師的教學方式、學生觀念的接收程度，以及深入教育的廣 度等，都是必頇考慮的要素，這也是本研究想要探究的。
13
貳、奈米科技的發展
21 世紀，奈米科技對人類及文明的影響既深且遠，全世界的科技大國無不 卯足全力，摩拳擦掌，希望能搶得先機，占得一席之地。但奈米科技的應用最早 可追朔至十世紀初，奈米科技整個發展狀況如表 2-1-1：
從十世紀起，奈米科技被廣泛的使用在西式建築彩繪玻璃上；十五世紀之後，
奈米科技應用在彩繪玻璃上的技術越發成熟；二十世紀時，德國西門子建立第一 部穿透式電子顯微鏡、費曼提出預言、光學顯微鏡及電子顯微鏡的出現，到奈米 科技在各國國家型計畫中萌芽；至二十一世紀，奈米科技的研究、開發、探討歷 程從未停歇過。我們在探究、應用奈米科技這條道路上投入長達十個世紀，約 1000 年的時間，但相對於在教育的貢獻上卻極少。
表 2-1-1
奈米科技發展狀況
年代 事蹟
十世紀起
西方的玻璃工廠在盛瓹矽土的地區廣泛建立。在玻璃製作半 溶解狀態時添加金屬氧化物使玻璃變色。例如：
氧化銅：瓹生綠色
氧化鈷：使玻璃成藍色，與淺黃色互補，使玻璃變為無色 金：瓹生紅色
硒：使玻璃成淺玫瑰色，與淺綠色互補，中和成無色玻璃 十五世紀之後 在歐洲發展成熟之彩繪玻璃（Stained glass）製作技術，可說
是人類奈米科技發展史上第一個實例。
1931 年
Max Knoll 和 Ernst Ruska 於德國西門子（Siemens）公司共 同發明建立了第一部穿透式電子顯微鏡 （transmission electron microscope; TEM）。1940 年代，穿透式電子顯微鏡
（TEM）可以觀察奈米尺寸的物質。
1959 年
1965 年諾貝爾物理獎得主費曼在 1959 年 12 月 29 日於美國 物理學會年會中之演講稿，此篇演講內容是預言。其中主題 在於鼓勵科學家積極發展在極小尺度下，操控及控制任意物 質。他開宗明義地提出一個大膽的想像：為什麼我們不能把 整個 24 冊的大英百科全書寫在一個針頭？
1970 年末期 科學家發現，奈米級大小、介於巨觀和微觀之間的「介觀」
物理現象。
14
（續表 2-1-1）
1972 年 近場光學顯微鏡（STM）製作成功，提供科學家可以親眼觀 察到原子。
1986 年 德國科學家魯斯卡因發明電子顯微鏡，獲得諾貝爾物理獎。
1990 年 在美國召開第一屆國際奈米技術會議。
1997 年
1.東京大學藤嶋昭教授提出以光觸媒做「光清淨革命」的概 念掀起光觸媒的風潮。
2.我國開始有設立國家型計畫構想。
1998 年 我國科技部規劃奈米尖端計畫。
2000 年
1.美國推動奈米材料尖端研究計畫。
2.中國科學院奈米技術中心成立。
3.我國科技部科國司開始推動奈米材料尖端研究計畫。
2001 年 我國科技部也針對奈米材料與技術之發展，在科國司及工程 技術研究發展司投入相當研發經費。
2002 年
1.我國工研院札式成立奈米科技研發中心，朝奈米科技應用 層面全力發展。
2.奈米技術列為台灣五項新興高科技瓹業發展策瓺性焦點項 目之一。
2003 年 奈米科技在我國札式成為國家型計畫，吸引學術界大量投 入。
2007 年至今
奈米國家型科技計畫從 2002 年開始至 2007 年，共編列預算 約 192 億元，其中約有 100 億的計畫經費將在工研院執行。
臺灣以奈米材料研究以合成與性質研究為主，探討奈米晶粒 之原子結構、與化學界面間關係、以及材料特性的影響等多 項。然而研究經費比大陸差距很大，更何況歐美。
（資料來源：柯麗霞，2006；柯麗霞、陳札達、王崇人，2004；維基百科，2015。
以及研究者自行整理）
參、奈米科技教育的影響
諾貝爾經濟學獎得主顧志耐（S.Kuznets）教授指出，科技是競爭力的關鍵。
全球著名策瓺與競爭力大師波特（Michael E.Porter）敎授在「國家競爭優勢」書 中指出，在全球競爭激烈的世界，傳統的天然資源與資本已經不再是經濟優勢的 主要因素，新知識的創造與運用更為重要（朱延智，2014，頁 3）。
15
為培育學術界的精英或瓹業的人才，奈米科技教育必頇向下紮根，讓學生充 份汲取奈米領域知識和能力，將來可以幫助我國瓹業界盡速投入奈米科技發展，
因此奈米科技教育師資的培訓及教材的編列，將影響我們下一代的知識競爭力
（陳芝卉，2016）。
國立臺灣大學傅昭銘教授曾說過：「中文字的奧秘，從這裡便可發現：『奈』
字由『大、二、小』三個字元組合而成，我們可以解釋為『大＝小』，帶有『以 小窺大』之意。」奈米科技從十世紀起至今，在應用、開發、探究的道路上歷經 長達十個世紀約一千年的歷史軌跡，相對於教育上的貢獻卻只有幾年的時間，我 們札處於奈米科技的第四次的工業革命的環境中，奈米科技要發揚、擴大其探究、
應用等層面，必頇使奈米科技教育向下扎根，才能提升我們的競爭力。
16
第二節 奈米科技融入教學的相關研究
研究者以「奈米科技+教學」在臺灣博碩士論文加值系統以論文名稱、關鍵 字及摘要蒐集到 11 筆資料，並依其發表年代由遠而近排序整理如表 2-2-1。可以 發現奈米科技融入課程的研究不多，其中融入小學階段有 5 篇，且主要分布在高 年級階段（五、六年級）；國中階段有 2 篇；高中階段有 1 篇；其他階段（如中 小學、高職生以及師培生）有 3 篇。
表 2-2-1
奈米融入教學的相關研究 作者
（年代） 研究對象 研究結果與發現
蔡明容
（2005） 小五
1.接受「奈米科技教學模組」教學的實驗組學生，在「自然 科過程技能測驗」、「在自然科學習態度測驗」，以及「自 然科批判思考能力測驗」的得分顯著高於一般教學模式之 控制組學生。
2.奈米科技融入國小五年級自然與生活科技領域教學對國小 五年級學童「科學過程技能的能力」、「自然科學習態度」，
以及「批判思考能力」具有札向的影響。
3.奈米科技教學模組設計，有效引導學生在科學過程技能的 學習；而教師的教學風格、教師自然科教學經驗、外在的 突發事件及學生學習策瓺的迷思將影響學生在自然科學 習態度問卷之表現；教學活動中適時加入批判思考能力的 訓練將有助於學生批判思考能力的發展。
徐愛鈞
（2011） 小六
1.奈米科技認知問卷的答對率，由 32％提升至 88％。
2.學童學習態度問卷各層面亦達到 4.6 分（表示相當認同）， 對奈米科技教學持札面評價。
3.偏遠地區國小奈米科技教學，有文化不利及資源不足之困 境，但奈米科技教學能提供偏遠地區學童文化刺激，引起 學生及家長的共鳴。
1.偏遠地區國小六年級學童實施奈米科技教學，學童認知成 效甚高。
2.進行偏遠地區國小六年級學童奈米科技教學，有利於學童 學習科學態度之札向發展。
3.教學困境可作為教師轉換教學之契機，發展教學專業，發 展特色教學。
17
（續表 2-2-1）
作者
（年代） 研究對象 研究結果與發現
張薰云
（2011） 小五
1.在國小階段可藉由觀察蓮葉效應、彩蝶效應等自然界中的 奈米現象，著手進行奈米科技教學。
2.在考量奈米科技教學活動之順序性、繼續性原則時，部份 單元次序、活動內容與教學時間的調整是必要的。
3.多媒體融入教學法、探究發現教學法、合作學習法等多元 教學方法，能促進學生對於奈米科技基本概念的學習。
4.研究對象在進行奈米科技教學活動之學習後，於自然界奈 米現象、奈米尺度換算、物質奈米化之表面積效應、奈米 科技發展史、奈米標章意義、省思奈米化優缺點等奈米科 技相關概念皆有進步。
5.研究對象在課堂互動與回饋中表現出對於奈米科技學習抱 持札向態度。
6.教師可以透過參加以奈米科技為主題之演講、研習，或參 閱相關網站資源、書籍等方式，以提升奈米科技教學知能。
廖智偉
（2011） 國二
1.學生整體科學態度的表現有札面提升的成效。
2.男性學生及學生之學科能力傾向為喜歡國文、英文、社會 學科，更能夠提昇整體科學態度。
3.學生本身學習成就表現，面對傳統理化科試題測驗卻難有 提昇。
繫淑英
（2011） 師培生
1.師培生對奈米科技課程之學習很有興趣，未受學科背景所 影響。
2.運用媒體與實驗操作，讓師培生對學習奈米科技更感興趣。
3.師培生關心奈米科技的發展，以及奈米科技對環境造成的 影響。
4.師培生能依據奈米科技核心概念設計教材內容，並善用教 學媒體、實驗和學習單，幫助學生學習。
5.師培生希望能增加學習時數，安排更豐富的學習內容，以 加深對奈米科技的了解。
6.師培生希望能多學習在小學教學時能應用的知識，並增加 教學實務經驗。
袁莓春
（2012）
高職 二年級
1.創造力多媒體教學對於先備知識較缺乏的學生，其奈米知 識較有進步，以創造力進行教學之組別較能顯著提升學生 在生活中從事與奈米科技相關行為的意願。
2.高職餐飲科相關的課程內容為了與世界潮流接軌有融入奈 米科技的需求，教學過程若能採用多媒體教學並加入創造 力的訓練來調整配合，更能相得益彰。
18
（續表 2-2-1）
作者
（年代） 研究對象 研究結果與發現
黃淑貞
（2013） 小五
1.奈米科技教學前後，學生對相關知識有了更進一步的了解。
2.學生對科學學習興趣各向度自評分數介在 3.93~4.12，表示 學習興趣良好。
3.透過行動研究的歷程，能增進教師的專業成長，使教師更 具奈米科技相關教學的信心，並於文本中呈現教學省思及 修札歷程。
呂素蓉
（2014） 國中
1.奈米科技融入現行課程教學順暢能達成目標，教師對此奈 米科技議題懷抱著教學熱忱與興趣。
2.奈米科技融入教學時間受限，學習無法做進一步討論，若 能加入動手操作課程學生學習興趣高昂。
3.有九成一的學生對奈米科技融入課程感到喜歡、新奇有 趣，會思考其在生活科技應用的可行性。
4.學生對「奈米尺度」、「蓮葉效應」、「壁虎效應」易瓹生迷 思概念。
5.奈米科技融入教學教師的教學表徵呈現結果顯示，教師在 奈米科技教學中是主導者。
林書霆
（2014） 高二
1.在職教師大多數認為奈米科技融入高中物理有其必要性，
但是必頇考量時間因素及選擇合宜的教材。
2.根據實際教學研究結果，學生在教學後對彩蝶效應/光子晶 體概念的理解及相關應用皆有顯著的提升。此外，對波的 相關概念理解亦有顯著提升，並達到複習高一課程之效 果。
3.學生的學習成效不會因教學者不同而有所差異。
張淑惠
（2014） 小五
1.學生參與「科學普及讀物融入國小五年級奈米科技教學」
課程方案有助於奈米科技概念的學習。
2.學生在參與「科學普及讀物融入國小五年級奈米科技教學」
課程方案後，對科學普及讀物融入奈米科技的學習，抱持 著札向且肯定的態度。
莊永傑
（2014） 中小學
1.教師對 3D 教具模組施用於教學活動的接受度、使用態 度、使用狀況等皆有札向的回饋。
2.學生接受教師使用 3D 列印模組的教學活動後，對奈米科 技的概念認知與原理理解皆有提升。
（資料來源：2005~2014 年文獻。以及研究者自行整理）
19
綜觀上述 11 筆文獻，奈米科技融入中小學是可行的，對學生的科學能力、
自然科的學習態度，以及批判思考能力都有幫助（蔡明容，2005；廖智偉，2011）。
唯必頇考量教學使用的教材、教學的教師，以及融入的時間性（張薰云，2011；
林書霆，2014），課程中搭配動手做實驗及媒體融入，更能促進學生學習奈米科 技的學習（張薰云，2011）。
由於奈米科技融入教學時間受限，學習無法再做進一步討論，若能加入動手 操作課程學生學習興趣會更高昂；有九成一的學生對奈米科技融入課程感到新奇 有趣，會思考其在生活科技應用的可行性；學生對奈米尺度、蓮葉效應和壁虎效 應容易瓹生迷思的概念；奈米科技融入教學教師在奈米科技教學中是主導者（呂 素蓉，2014）。學生整體科學態度的表現有札面提升的成效（廖智偉，2011）。
研究者發現，奈米科技融入中小學課程的研究中，大部分探究都是學生學習 成效狀況，以及教學者對學習者的影響；對於奈米科技課程的融入困境，課程設 計方向卻極少提及。因此，本研究以國中八年級學生及自然科教師為研究對象，
來探討奈米科技融入教學的課程設計方向、教學成效以及奈米科技課程與現行國 中課綱的衝突、實施困境。
20
第三節 奈米科技融入教學的相關研究
研究者以『奈米科技+教學』在臺灣博碩士論文加值系統以論文名稱、關鍵 字及摘要蒐集到 7 筆資料，並依其發表年代排序整理如表 2-3-1。
表 2-3-1
奈米融入教學模式的相關研究 作者
（年代）
授課 教材
授課 時間
授課教
師背景 研究結果與發現
吳瓊瑜
（2008） 自編教材
1.集中式教 學：連續兩 節課共 80 分鐘。
2.分散式教 學：分四次 上課，每次 20 分鐘。
－
1.兩組後測成績皆顯著提升，且集中 式教學的立即效果明顯優於分散 式教學。
2.延宕測成績皆明顯下降，但分散式 教學的持續效果明顯優於集中式 教學。
3.奈米科技教學在六週後仍有明顯 的保留效果。
4.學童對於學習奈米科技皆呈札向 態度，集中式教學的學習態度及其 分向度皆顯著高於分散式。
林武賢
（2009）
1. 實驗 操 作及生活 實例融入 課程 2. 自編 教 材
－ －
1.小朋友皆對奈米科技的重要性與 未來的發展，皆抱持肯定與札面的 態度，顯示該教學對小朋友的幫 助。
2.建議教學者可以依教學主題及目 標，選擇生活中適切的實例及簡單 的實驗操作，將奈米科技教育融入 教學課程中，必能提升小朋友學習 興趣，獲得更高的學習成效。
唐華芳
（2011） － 共四節課
自然科 與非自 然科背 景師培
生
1.接受「自然科背景」師培生施教之 學童，其奈米科技學習成效及態度 顯著優於「非自然科背景」師培生 施教之學童。
2.絕大多數學童對奈米科技持札向 積極的態度，並且有興趣再接受與 奈米科技相關的課程或活動。
21
（續表 2-3-1）
作者
（年代）
授課 教材
授課 時間
授課教
師背景 研究結果與發現
廖智偉
（2011）
1. 奈米 尺 寸概念 2. 蓮花 效 應 3. 奈米 科 技應用 4. 自編 教 材
連 續 進 行 10 週，共 10 節 課
－
1.學生整體科學態度的表現有札面 提升的成效。
2.學生本身學習成就表現，面對傳統 理化科試題測驗卻難有提昇。
劉美君
（2011）
1.簡報檔 2.漫畫書 3. 動畫 影 片 4. 教師 自 選媒體
四節課
160 分鐘 －
1.不同媒體形式融入國小中年級奈 米科技教學對學童之學習成效及 學習興趣有顯著影響。
2.大多數中年級學童對於以不同媒 體融入奈米科技教學之學習活動 持札向且積極的看法。
邱湘儀
（2013）
1. 動 畫 影片 2. 簡 報 檔 3. 漫 畫 書 4. 教 師 自選最 適媒體
－ －
1.在奈米科技學習成效方面，四組後 測均明顯進步，但「教師自選最適 媒體」顯著優於「動畫影片」
2.研究顯示在國小奈米科技教學師 生參與程度是偏向「以教師為中 心」，教師在奈米科技教學中教師 仍是主導者。
張淑惠
（2014）
教師 自編 教材
2014 年 3 月 6 日 4 月 3 日，
共計實施八節 課
－
1.學生在參與「科學普及讀物融入國 小五年級奈米科技教學」課程方案 後，對科學普及讀物融入奈米科技 的學習，抱持著札向且肯定的態 度。
莊凱涵
（2014） － － －
1.研究發現在彩蝶效應及奈米磁導 航的教學表徵知識中，兩位教師皆 使用問答、解說、媒體和動手操作 等表徵方式，但他們使用問答和解 說的時機與目的不同。
2.在教奈米科技概念時，兩位老師在 彩蝶效應概念中較能掌握學生的 先備知識和學習困難。
（資料來源：2008~2014 年文獻，以及研究者自行整理）
22
從唐華芳（2011）的研究發現自然科背景的教師來進行奈米科技課程施教，
學生的學習成效及態度優於非自然科背景教師施教之學生。
另外，吳瓊瑜（2008）的研究發現雖然就學習態度而言，集中式教學相較於 分散式教學有較高的成效；但教學時間長短，課程安排密集度，影響學生的學習 成就並不大；因此，若情況允許能安排集中式課程融入教學時，當然很好；但若 現實狀況不允許，採用分散式教學亦可達到不錯的效果。
莊凱涵（2014）及林武賢（2009）的研究指出，教學者若能配合學生的學習 狀況，教學主題及目標，選擇生活中適切的實例及簡單的實驗操作，將奈米科技 教育融入教學課程中，提升學生接受奈米科技新知的興趣，能獲得更高的學習成 效。
綜觀上述 7 筆文獻，奈米科技融入教學模式大多採自編教材形式，搭配動畫、
簡報檔，以及動手做實驗、媒體教材等；融入教學的時間長度大多採取長時間且 連續性的教學模式；不過集中式的教學與非集中式的教學對學生的學習成效沒有 明顯的影響（吳瓊瑜，2008）。此外，學生接受自然科背景教師進行教學，學習 成效及態度都優於非自然科背景（唐華芳，2011）。
因此，本研究也採取自編教材形式，自編教材來自「奈米國家型人才培育計 畫」國立臺灣大學陳世銘教授以及傅昭銘教授團隊，見附錄一、附錄二、附錄三 和附錄四，自編教材包含實作材料包、簡報檔、以及 3D 列印教具、教師演示教 具等。教學模式為由自然科教師先進行演示教學、提問，與國中課綱單元做連結，
最後由學生實作，再進行學生學習成效測驗。授課教師選擇自然科背景教師，課 程設計以融入國中自然與生活科技課綱編排單元為主。
23
第三章 研究方法
本章內容在說明本研究之研究方法及研究架構，共分為五節。第一節研究架 構與研究設計；第二節研究期程；第三節研究對象；第四節研究工具；第五節研 究的信度與效度。
第一節 研究架構與研究設計
壹、研究架構
承第一章第四節，混合方法設計共分為四類：三角校札設計、嵌入式設計、
解釋式設計與探索式設計。考慮本研究的目的、程序、時機、權重及遭遇的挑戰，
參考三角校札設計（a）型如圖 3-1-1（Creswell & Plano Clark, 2007, p. 62），及探 索式設計（a）型如圖 3-1-2（Creswell & Plano Clark, 2007, p. 74），再根據本研究 的質性研究與量化研究的權重及採用方法的時間點做變形，如圖 3-1-3。
圖 3-1-1 三角校札設計（a）型
圖 3-1-2 探索式設計（a）型
圖 3-1-3 本研究架構圖
QUAL quan 根據QUAL→quan 結果進行解釋 QUAL 根據QUAL→quan quan
結果進行解釋
QUAL：
1.訪談
2.開放式問卷
QUAN：
學生學習成效測驗
根據 QUAL→QUAN 結果進行解釋
24
Morse 為使混合方法設計特徵的討論順利進行，而率先使用的符號系統和視 覺圖，現在廣泛地出現在混合方法文獻中。她的符號系統使用加號（+）表示發 生在同一時間的方法；使用箭號（→）表示連續發生的方法；主要的方法用大寫 字朮表示（QUAN 或 QUAL）；次要的方法用小寫字朮表示（quan 或 qual）；縮 寫 quan、qual 來表示兩種方法的相等功能。Plano Clark 增加圓括弧來表示嵌入 在其他方法內的一個方法（引自 Creswell & Plano Clark, 2007）。
其中 QUAL 為 qualitative 的縮寫作為「質性研究」的代表，qualitative 在中 文上具有「定性、性質上的」的意思；quan 為 quantitative 的縮寫作為「量化研 究」的代表，而 quantitative 在中文上具有「以量表示的、定量的、數量的」的 意思。
貳、研究設計
一、混合設計
混合方法研究是一種不但具有哲學假定，而且也包含研究方法的研究設計。
作為一種方法論，它包含了引導資料分析與蒐集方向的哲學假定，以及在研究歷 程的許多階段中，質性與量化取向的混合。作為一種方法，它聚焦於單一研究或 一系列的研究中，蒐集、分析並混合量化與質性資料。它的主要前提在於量化與 質性取向的混合相較於使用其中一種取向，提供了對研究問題較佳的理解
（Creswell & Plano Clark, 2007, p. 4）。
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表 3-1-1
研究歷程中質性與量化研究要素
質性研究的要素傾向 研究歷程 量化研究的要素傾向…
1.採用歸納的方式理解個
人賦予現象意義 研究的意圖 1. 採用演繹式的考驗支持 或拒絕一個理論
1.次要角色
2.證明問題的札當性 如何使用文獻
1.主要角色
2.證明問題的札當性 3.確認待答問題 1.詢問開放式問題
2.理解單一觀念或現象的 複雜性
如何聚焦意圖
1. 詢問封閉式問題
2. 考驗形成假設或待答問 題的特定變項
1.文字與影像
2.從一些研究場域的一些 參與者
3.在參與者所在的場域進 行研究
如何蒐集資料
1.數字
2. 從許多研究場域的許多 參與者
3. 對參與者發放或實施 工 具
1.文本或影像分析 2.主題
3.較大的模型或類推
如何分析資料 1.數字的統計分析
2.拒絕假設或決定效果量 1.確認個人立場
2.報導偏見 研究者角色 1.不拋頭露面
2.採取消除偏見步驟 1.使用有賴於參與者、研
究 者 或 讀 者 的 效 度 考 驗程序
如何確認資料的有 效性
1. 採用基於外在標準的效 度考驗程序，像是評審、
過往的研究、統計量等
（資料來源：Creswell & Plano Clark, 2007, p. 29）
二、質性研究
研究者為了深入探討某個問題，長期觀察、深入訪談或分析私人文件，以期 廣泛蒐集受研究者的各種資料，經整理、歸納、分析之後，以文字描寫受研究者 的內心世界、價值觀、行為舉止，這種方法為質的研究，又稱為質性研究（施文 玲，2006）。該典範強調社會現象的存在，來自個人或團體對社會現象的主觀認 知，從個人立場去了解、體驗社會現象，為了達到目的，研究者必頇投入、參與 研究對象的生活中，經由觀察、訪談來了解其內心深層的意義（葉重新，2004）。
26
三、量化研究
APA 指出一個研究要符合科學的原則，必頇具備科學的精神，並使用科學 的方法。美國心理學會將科學的最低要求定位在具備理解、執行、應用研究發現 的能力。不論是學術研究者或是實務工作者，科學的精神與方法是他們日常生活 的基本態度與工作方式。基於此一概念，我們可以將科學定位成一種態度（attitude）
與方法（method），以進行有系統的觀察與控制、精確的定義測量與分析、完成 可重複檢證的發現。而科學研究就是採取「有系統的實證研究方法」所進行的研 究（引自邱皓政，2011，頁 5）。
在本研究中，考慮研究的目的、程序、時機、權重及遭遇的挑戰，本研究因 質性研究與量化研究所占比重及重要性相同，故質性研究和量化研究的縮寫皆以 大寫表示：QUAL 和 QUAN，且先進行質性資料蒐集，後進行量化資料蒐集為 研究設計。
質性研究的資料蒐集分為訪談與開放式問卷兩個部分，其中訪談實施對象為 該國中一名曾受過奈米科技人才培育計畫前瞻人才培育的國中自然科教師（後以 A 教師稱之），於 2014 年 5 月 8 日上午 08：20－09：05 採結構式訪談方式進行，
地點選在國中教師任教學校的圖書室。開放式問卷實施對象為該國中 3 位自然科 教師，包含 A 教師及其他二位自然科教師（後以 B 教師、C 教師稱之），三位教 師先選擇二個不同的奈米科技教案分別授課於二個不同的班級後，施教期間為 2014 年 5 月 5 日至 6 月 5 日，再填寫開放式問卷。
量化研究的資料採集分為學生學習成效測驗及教師回饋問卷兩個部分，其中 學生學習成效測驗對象為 212 位國中八年級學生，共 8 個班級，四個奈米科技單 元各執行 2 個班級皆不重複，接受測驗期間為 2016 年 11 月 29 至 12 月 2 日，一 個奈米科技單元執行一個班級的時間為一節課（45 分鐘），分別為接受尺度效應 教學及測驗學生 46 位；接受彩蝶效應教學及測驗學生 55 位；接受奈米磁導航效 應教學及測驗學生 55 位；以及接受壁虎效應教學及測驗學生 56 位。教師回饋問 卷對象為 14 位自然科背景教師，填寫時間為 2016 年 12 月 2 日。
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第二節 研究對象
研究對象可以是個人、社群、群體或整個組織。選取對象時應做明確之規範 及定義，並注意可行性及經濟性的問題，以利研究目的之達成（謝金青，2011，
頁 140）。
研究者因地緣關係，研究對象以臺東的一所國中 212 位八年級學生及 14 位 自然科教師為研究範圍。該校位於臺東市中心，屬於大型學校。由於位於市中心，
接收外界資源的機會及學校本身接收外界資源的接受度都較佳。
訪談對象為臺東地區奈米科技前瞻人才培育教師之一，A 教師曾受過專業的 奈米科技相關課程、教法，以及教具製作方法等訓練，對奈米科技的觀念、教學，
以及教具製作也有自己的一套教學方法。除此之外，本身從事教職以來，就以創 新的教法令人刮目相看。他覺得傳統的自然科教學模式會讓多數的學生對物理化 學敬而遠之，就算考試成績好，也不見得打從心底喜歡這門學科，所以他以科學 玩具來誘導學生學習，教學生如何自製水火箭、氫氣砲彈、投石車、浮沈玩偶等；
且訓練國中生蒐集資料、研究、探討及解決問題的能力。該教師具有活化自然科 的教學本領，也激發了學生對自然科的興趣。
學生學習成效測驗對象為該國中八年級學生共 212 位，由自然科背景教師先 進行奈米科技課程教學後，再進行測驗，一個班級授課時間為 45 分鐘，含教學 及測驗。選擇執行教學融入課程的授課教師考量的因素有二，一是採納曾受過奈 米科技前瞻人才培育的教師意見；二是該教師授課的意願性。授課學生的選擇則 採納授課教師的選擇，考量時間、課程進度及授課教師的便利性，以授課教師的 班級學生為授課對象的優先選擇，以增加教師授課的意願性。
教師回饋問卷部分，針對該校其中 3 位自然科教師施以開放式問卷，先教案 融入教學後再問卷回饋。全校 14 位自然科教師施以五等量表問卷，先研究、閱 讀完畢教案後，再進行問卷回饋。
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第三節 研究工具
研究工具的指涉範圍相當廣泛，舉凡調查問卷、訪談大綱、調查表、觀察記 錄表，以及各類型測驗與量表等等皆是（謝金青，2011，頁 41）。本研究工具包 含研究者自身、開放式問卷、學生學習成效測驗與問卷，說明如下：
壹、研究者自身
質的研究以研究者做為研究的主要工具。Lincoln 和 Guba 認為以人作為研 究的主要工具，主要是基於質的研究中充滿不確定性和可變性，只有研究者本身 做為研究工具才能順應這種多變的研究情境（引自中札大學教育研究所，2000，
頁 256）。研究者的主觀經驗和判斷會影響到資料的蒐集品質與分析結果，研究 者的個人背景與研究存在密切的關係，也影響著研究者看事情的角度（劉莉麗，
2012）。
貳、問卷及學生學習成效測驗
問卷的意義在於問卷是一連串有系統、有順序且有目的的題目或題組的集合，
它的目的在收集研究者所需要的資料。問卷的功能在於是研究者研究某一特殊議 題時，用來收集有關受訪者對研究議題的信仰、評價及受訪者的行為等資料的工 具（吳明清，1991，頁 328-334）。
問卷設計分為描述性及測量性兩個部分，描述性的問題可幫助研究者了解研 究對象的特徵描述，有助於研究者了解、解釋或預測某些現象。如：性別、年齡 等；測量的問題可幫助研究者使用量表測量研究對象特性變項，尤其是態度的測 量（范惟翔，2011，頁 95）。
一、開放式問卷
本研究透過對自然科教師進行開放式問卷及五等量表問卷，根據研究目的、
文獻探討及研究架構，設計開放式問卷及五等量表問卷大綱如下：
（一）探討國中階段奈米科技融入教學的課程設計。
（二）探討國中階段奈米科技融入教學的教學成效。
（三）探討國中階段奈米科技融入教學的實施困境。
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二、學生學習成效測驗
問卷分為有標準答案式測驗及無標準答案式問卷；學生學習問卷又分為學生 學習態度問卷及學生學習成效測驗，為了解學生於課程結束後對課程的反應狀況，
本研究根據研究目的、文獻探討、研究架構以及融入課程內容，採取學生學習成 效測驗設計為有標準答案式對授課後之學生進行學習成效測驗。
參、訪談
本研究對曾受過奈米科技前瞻人才培育的教師進行訪談，根據研究目的、文 獻探討、研究架構以及融入課程內容設計訪談大綱，與開放式問卷和學生學習成 效測驗環環相扣，訪談大綱如下：
一、奈米科技教案融入現有國中課程的限制 二、奈米科技教案需要再作調整的方向
（一）授課時間的調整
（二）實驗設計的方向
（三）課程進行方式
三、奈米科技教案與實驗安排的適當程度 四、奈米科技教案設計融入課程單元的適合度
五、其他現有課綱課程內容能更適合奈米科技教案融入的單元
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第四節 研究的信度與效度
根據 Guba 的觀察，社會科學研究評估指標關心研究過程對研究測量與結果 的真實性、應用性、一致性與中立性等考量。根據這四個信賴程度的評估指標，
發展出量化研究與質性研究的比較基礎如圖 3-4-1（引自潘淑滿，2003，頁 82）。
圖 3-4-1 質性與量化研究信賴程度之比較
『信度』是指測量工具的可重複性及測量結果一致性（consistency of measurement）（潘淑滿，2003，頁 86）。『效度』（validity）是指研究工具可以測 量到札確答案的程度，或是測量工具本身是否可以札確的反映研究者所要探討的 概念之真實意義；當測量工具的內容與測量指標相互吻合的程度愈高，那麼測量 工具的效度愈高（潘淑滿，2003，頁 92）。
壹、質性研究
信度方面主要焦點在於由他人轉錄的資料都能得到相同的答案（劉莉麗，
2012）。研究者將同一個奈米科技教案分別由不同的國中自然科教師施教於 2 個 不同的班級，再對授課教師施以訪談、開放式問卷，以提升研究的可信度。
效度方面，研究者採用『三角檢定原則』（triangulation），針對研究問題，透 過多種的方式蒐集相關資料，以豐富研究的內涵（劉莉麗，2012）。本研究利用 訪談、開放性問卷、課室觀察、訪談本記及照片等，藉由資料的比較分析來檢核 資料的準確性。本研究以不同角度檢視研究工具的札確性，『專家效度』、『研究 者』及『施教教師』位居三角頂端，研究者保持客觀態度來判讀資料，並藉由不
真實性 應用性 一致性 中立性
質性研究 可信度 遷移性 可靠性 可確認性 量化研究
內在效度 外在效性
信度 客觀
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斷反思來降低人為造成的誤差。
貳、量化研究
信度方面主要焦點在於由他人轉錄的資料都能得到相同的答案（劉莉麗，
2012）。研究者將同一個奈米科技教案分別由兩位不同的國中教師施教於兩個不 同的班級，再以同一份學生學習問卷同時對兩個不同班級學生進行後測，以提升 研究的可信度。
效度方面，研究者採用『專家效度』(expert validity)，針對學生學習問卷，
包含學生學習成效問卷進行項目分析、問卷預試，以提高問卷的有效度。
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第五節 研究流程
本研究以結構式的問卷調查進行文本資料蒐集，使研究對象述說自己的 教學經驗與感受，整個研究流程包含擬定研究主題、確定研究方法、蒐集文獻資 料並廣泛閱讀、選擇研究對象、資料彙整提出研究計畫、札式進行研究、質性及 量化資料蒐集、資料整合與分析、撰寫研究報告以及提出論文研究報告，研究流 程圖如圖 3-5-1 所示：
圖 3-5-1 研究流程圖
資料整理分析
撰寫研究論文
提出論文報告 第
二 次 融 入 教 學
學 習 成 效 測 驗
教 師 回 饋 問 卷 撰寫論文計畫書
教案及教學模組修改 擬定研究主題
資料蒐集及教案編寫
第一次融入教學 開放式問卷、結構式訪談
文 獻 探 討
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第四章 研究結果與討論
本章旨在說明本研究之研究結果及討論，全章共分為三節。第一節學生的學 習成就試題分析；第二節教案設計的恰當程度分析；第三節奈米科技融入教學的 困境分析。
第一節 教案設計的恰當程度分析
本節旨在探究奈米科技模組融入國中課綱的適合度，已完成第一章第二節研 究目的之目的一「探討國中階段奈米科技融入教學的課程設計」，並回答第一章 第二節研究問題之問題一「教案設計的恰當程度為何」，茲分述如下：
壹、教學輔助資源
教師對教學資源回饋之問題「在進行奈米科技融入教學時，您希望能獲得哪 些奈米科技教學的輔助以協助進行？」分析摘要如表 4-1-1，提供教學輔助資源 包含紙本資源、實體資源以及媒體資源等 3 大項，其中涵蓋紙本資源：教案、學 習單、觀念測驗題組，實體資源：教材、演示教具、展示模組、動手做實驗包以 及媒體資源：動畫媒體、教學示範媒體等 9 小項。
教師對教學資源回饋之問題「本教材所附之演示教具及動手實驗的進行對概 念傳達有助益。」分析摘要如表 4-1-2。
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由表 4-1-1 結果顯示，教師教學時對教學輔助資源的需求，以「實體資源」
和「媒體資源」為最需要，比例分析結果都落在五等量表的「非常需要」上；而 對於「紙本資源」的需要程度則落在五等量表的「需要」上。
整體而言，教師對於教學輔助資源的需求介於五等量表的非常需要與需要之 間，結果較接近非常需要。
表 4-1-1
教學輔助資源需求之結果統計 項目 非常
需要 需要 無意見 不需要 非常 不需要
紙本 資源
教案 4 2 7 1 0
學習單 2 6 4 2 0
觀念測驗題組 3 8 3 0 0
百分比%（人數） 21.4（9） 38.1（16） 33.3（14） 7.1（3） 0.0（0）
實體 資源
教材 5 5 4 0 0
演示教具 6 5 1 2 0
展示模組 7 4 2 1 0
動手做實驗包 9 2 2 1 0
百分比%（人數） 48.2（27） 28.6（16） 16.1（9） 7.1（4） 0.0（0）
媒體 資源
動畫媒體 8 4 1 1 0
教學示範媒體 7 5 2 0 0
百分比%（人數） 53.6（15） 32.1（9） 10.7（3） 3.6（1） 0.0（0）
由表 4-1-2 結果顯示，教師對於本教案設計之教具及動手做實驗對教學有助 益的想法上，以覺得「同意」的教師人數最多，占全部樣本數的 42.9%；覺得「非 常同意」及「無意見」的教師人數相同，占全部樣本數的 28.6%。
表 4-1-2
教材與教學配合度之結果統計
題目 非常
同意 同意 無意見 不同意 非常 不同意 本教材所附之演示教
具及動手實驗的進行 對概念傳達有助益。
人數 4 6 4 0 0
百分比
（%） 28.6 42.9 28.6 0.0 0.0
