National Science Education Standards

第二章 文獻探討

科學的發展由西方強國主導，我國過去五十多年來的科學教育，主要都是參 考美國，因此要研究科學教育的大方向，勢必先對美國科學教育目標的演變來著 手，並配合當時背景，如此較容易有清楚完整的概念，然後再回到我國科學教育；

接著探討科學教育目標的主要課題－科學素養的內含，以及世界地球科學教育的 趨勢。最後，針對教師對科學教育看法的相關研究，作一整理和討論。

第一節 美國科學教育目標的演進

美國科學教育因時代背景和學者、教師的倡導，而呈現出不同的風貌，主要 可以將其分為六個時期：

一、1940 之前－科教形成期

背景：十九世紀中葉，因工商業的發展，工廠需要大量勞工及研發的人才，

國家也需要提升軍事科技，使得科學教育為人們所重視。加上科學的實用性大幅 提升人民的生活，各學校慢慢地以科學或技術課程來取代宗教課程，以滿足就業 的需求。許多學者都主張科學納入課程，其中英國學者的 Herbart Spencer（1860）

更點出「科學是最有價值的知識」，對理智、思考、判斷力的培養，遠勝於古典 文學，美國學者艾略特（Charles W Eliot）在 1869 年亦指出博雅教育應包含語 文、哲學、數學和科學（引自楊龍立，2002）。1862 年的土地撥贈法案（Morrill Land Grant Act）規定，各地方政府要撥出土地、經費來支持農業機械和軍事科 學，自此開始有了科學課程（引自邱美虹、周金城，2005），政府也漸漸取代教 會來興辦學校。1920 年全美教育學會（National Education Association，NEA）

更把科學納入中學的五個基本科目，使其正式進入中學課程（DeBoer, 2000）。

（一）1893 國家教育學會的十人委員會（National Education Association＇s Committee of Ten）主張將三個科學課程，納入中學九大核心課程之中，即

1.物質科學（物理、天文、化學） 2.自然史和生物 3.地理、地質和氣象，

這使得科學在中學有了一席之地（引自邱美虹、周金城，2005），其目標在 訓練個人獨立思考，發展心智和技能（DeBoer, 2000）。該會主席同時也擔 任哈佛大學校長的艾略特（Charles W Eliot）提到，科學教育主要是能運 用所學而不是死記知識，一個不能培養學生應變和活用能力的教育，早就喪 失它的目的（Eliot，1898，p.323-324）。

（二）1932 全美教育研究會（National Society for the Study of Education，

NSSE）在第三十一年鑑報告中強調，科學教育的內容應由教學生事實的知識 轉向原理與通則的知識，科學原理和方法是科學教學的主要目標（引自邱美 虹、周金城， 2005）。

（三）1937 W.E. Croxton 科學課程與教導目標有：1.培養科學態度和方法 2.

廣博概念、法則及展望 3.開闢興趣及滿足的新途徑 4.利用已有知識、技 巧，解決問題 5.發展社會態度及欣賞（引自楊龍立，2002）。

二、1940~1957－正向看科學

背景：美國剛好歷經二次大戰到結束，對科教的影響有：1.對職業和應用方 面的強調 2.民眾缺乏基本素養，且健康不佳缺少人力 3.在重要的科學、科技 和工業領域需儲存人才 4.突顯科學、數學和科技的重要 5.需實施民主原則的 教育（DeBore，1991；引自邱美虹、周金城，2005）。但有鑑於二次大戰帶來的 災難，有人對科學開始質疑，甚至擔心對世界造成毀滅。因此有學者提出：若科 學是危險的，那要教導大眾充分的知識，來判斷並杜絕危險；若科學是良性的，

那應使民眾有正向態度，全力支持科學。畢竟美國是用科學和科技的領先而躍為 強國。

（一）1940 美學者用問卷調查六百多所學校的教師，發現國中前五項目標為：

1.清楚認識環境 2.傳授關於環境的知識 3.欣賞環境 4.發展對健康需

展對健康需要的理解 3.科學方法 4. 發展觀察能力 5.欣賞環境。作者 發現高中較強調反省思考，此和 1930 的調查比較，顯示教師更加看重科學 的態度和技能（Hunter ＆ Spohr，1969；引自楊龍立，2002）

（二）1947 全美教育研究會（NSSE）在第四十六屆年度報告書「美國學校的科 學教育」（Science Education in American School）強調八項重點：事實 知識、概念知識、原理、工具技巧、解決問題、態度、欣賞、興趣。其中用 科學方法解決問題及科學態度啟發最重要（Hesis, Obourn ＆ Hoffman，

1950，引自楊龍立，2002）

三、1957~1970－專家教育期

背景：正處於冷戰情勢，而蘇聯在 1957 成功發射世界第一個人造衛星 Sputnik，無疑給美國當頭棒喝，深感科技不如人，進而積極提出教育改革。由 國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）投入大量經費支持科學 教育，由 1955 年的 130,000 美金大幅提升到 1959 年的 40,000,000 美金，同時 科學家也參與課程的規劃（King，2001），其目的不僅為了提升中小學科學教育 的品質，更重要是要培養科學人才、維持科技的優勢。全美教育研究會（NSSE，

1960）提到，對人們如何學習科學要加強研究，建立有效的學習理論，大力改革 以追求學術卓越。科學課程強調內容更新，包含基礎到進階研究的理論和概念，

並不重視學生的需求和興趣，大多數教學都強調實驗過程技能與問題解決，取代 過去著重基本科學原理。（引自邱美虹、周金城，2005）

（一）1959 國家科學院（National Academy of Sciences）召開全美科學教育 研討會，強調學科的基本架構、螺旋式課程編制，重視個別化教學。受杜威

「科學探究」教育思想的影響，提出「發現式教學」的理論與方法（Bruner，

1960；引自邱美虹、周金城，2005）。

（二）1964 美國教師學會的「由理論到行動」的科學教育，目標在培養具科學 素養的公民並發揚美國精神，此也影響中小學科學新課程的發展。（引自

King，2001）。

四、1970~1983－STS（Science-Technology-Society）和科學素養

背景：60 年代的教育著重學生智力開發，培養創造和探究能力，導致中學 課程內容太過艱難和理想化，都想把學生塑造成科學家，不符合實際狀況，而且 成效也不如預期。加上科學課程不涉及社會生活，使兩者間脫節，科學和人文形 成兩條平行線各自發展，學生所學難以應用在生活上，也缺乏工作所需的基本技 能。70 年代的教育界對此深感不妥，主張應將科學、社會及融合了應用技術間 的關連，視為科學課程的目標。由美國一些大學（如：康乃爾、賓州和史丹福等）

發起的新課程，就是現在所謂的 STS，然後各地中小學及研究機構再跟進（邱美 虹，1994）。根據 National Science Teachers Association 與 Iowa Chautauqua Program 的定義，兩者的特性對照如下表 2-1.1（引自傅麗玉，2003）。

表 2-1.1 STS 取向和傳統的科學教育的差異

STS 取向的科學教育 傳統的科學教育

‧以學生為中心

‧個別化和個人化，肯定學生的多元性

‧運用各種資源

‧合作解決問題與議題

‧學生積極參與整個教學活動，並貢獻 構想

‧教師相信學生從他們的經驗中學習能 學最好

‧教師會環繞著相關問題及當今大家關 注的議題設計教學活動

‧以教師為中心

‧大班教學以符合普通學生的需求

‧由教科書主導

‧分組工作（基本上在實驗室）

‧學生接受教導

‧教師相信學生經由有組織的講課，接 受資訊，便可以有效率地學習

‧教師會根據固定的教師手冊及教科 書，設計教學活動

（一）1971 全國科學教師學會（National Science Teacher Association，NSTA）

對「學校科學教育」提出新主張，認為最重要的目的是發展學生的科學素養，

建立科學和社會之間的關係，一個有科學素養的人應使用科學概念、過程技 能及解決生活上遭遇的問題，評估與人、環境互動時所下的決定，了解科學、

科技和社會層面的相關性。包括社會和經濟的發展，而教師也要注意學生的 興趣，並依據不同能力來給予教導。James Gallager 認為 60 年代的科學教 育太過狹隘，未來公民對了解 STS 間的相關和了解科學概念及過程是相同重 要（引自 DeBoer, 2000）。

（二）1981 Harms& Yager 在全國科學教師學會（NSTA）的「綜合研究」（Project Synthesis）中，對科學教育提出四個目標群組（Goal clusters）：1.滿足 個人需求 2.有面對社會議題的能力 3.有助生涯覺知及選擇 4.為升學（學 術）做準備（引自鄭湧涇，2003；邱美虹、周金城，2005）。

（三）1982 全美科學教師學會（NSTA）將 STS 定位為 1980 年代的美國科學教育，

目標是發展個人的科學素養－能了解科學，知道科學、科技和社會間的互相 影響，在生活上能利用所知下最好的判斷（引自 DeBoer, 2000）。

五、1983~1990 全民科學教育

背景：美國的經濟實力逐漸被日本超越，其學生在國際科學比賽上的表現不 佳，且普遍在國家科學測驗中成績下滑。由美國總統雷根指定的國家卓越教育委 員會(The National Commission on Excellence in Education) ，在 1983 年出 版了＂A Nation at Risk: The Imperative for Educational Reform＂對於教 育面臨的十二項危機，提出要設計嚴謹的課程，讓學生都有完整的概念和基礎，

在高中的科學教育應包括：（1）物理及生物科學的觀念、法則和方法（2）科學 探究及推理（3）科學知識在日常生活的應用（4）科學和其發展在社會和環境的 意義（引自林寶山，1991）。Kromhout & Good（1983）也指出：以社會議題的 方式來教科學，會打亂科學架構的系統性，使學生無法有效率、有組織的學習，

甚至連基本的都學不好，將來如何面對有關科學的新社會議題（引自 DeBoer, 2000）。

（一）1983 國家科學基金會（National Science Fundation，NSF）所屬的國家 科學董事會（National Science Board，NSB）出版的：教育美國人迎接二 十一世紀（Educating Americans for 21^st Century），主張中小學在數學、

科學和技術教育的改革，使其能在 1995 年前居世界第一。內容強調教育要 回復基本（back to basics），而二十一世紀的「基本」並不只是讀、寫和 算，還包括溝通能力、較高層次的解決問題的技能、科學和技術的基本素養，

每個學生都要有這些基礎。而在科學方面達成 1.對自然本質形成疑問並能 從觀察和解釋自然現象中獲取答案的能力 2.發展解決問題及批判思考的 能力 3.發展獨特的創新才能及創造性思考的能力 4.瞭解將來可能從事 和科技相關的職業性質（引自林寶山，1991）。

（二）1985 美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science， AAAS）開始規劃Project 2061，強調科學要面對全體大眾，全面 提高大眾的科學素養是科學教育的主要目標，為了培養中小學生的科學、數 學和科技素養，而致力於跨世紀的課程改革。Project 2061寬廣定義科學素 養－強調自然和社會科學，數學和技術的連接。 經四年出版「給全美國人 的科學」（

Science for All Americans

1.科學本質－包括科學世界觀，詢問的科學方法，以及科學事業的性質。

2.數學本質－描述包含理論和應用數學間創造的過程。

3.技術本質－審視技術怎樣擴展我們的能力去改變世界並推陳出新。

4.物理基礎－展現關於宇宙的內含和架構(在天文上， 陸地，和次微小系統) 和物理原理的基本概念。

5.生活環境－描繪生物的運作及彼此間或環境間的相互作用

7.人類社會－考慮個別和團體行為，社會組織和社會變化的過程。

8.設計世界－探討人們如何透過一些關鍵技術去塑造並管控世界的原則。

9.數學世界－給予基本並在人類發展中占重要關鍵的數學想法，特別是有實 際應用的。

10.歷史觀點－在科學的發展中用十個具特別意義的例子說明科學的事業。

11.公共論談－能融合科學，數學和技術提出一般的系統或模型概念。

12.心志氣度－描述對科學素養必要的態度，技能和思惟模式。

六、1990 年代之後－多元和標準化的科學教育

背景：科技的日新月益帶來交通的便利和資訊的發達，整個世界儼然是「地 球村」，各國文化交流頻繁。多元化即在肯定及尊重各地文化及獨特科學觀，不 像以前過於排斥不同宗教信仰或貶低傳統迷信。在自由民主的同時，很多學者認 為教育需要較高標準，以提供教師一個大方向，也便於檢視教育的成效，因此在 1989 年的 Science For All Americans（Project 2061 系列之一）就明訂 K-12 年級學生應學的知識概念、技能和態度。另外有鑑於在國際科學競賽的成就不如 亞洲國家，進而學習其訂定各項標準。有些教師以此標準做為科學素養的依據，

但有的仍堅持 STS 的科學素養。1993 美國科學教師學會（NSTA）的年會主題：

一切文化的科學教育（science for all cultures），即具體宣示了多元化的科 學教育（引自傅麗玉，1999）。

（一）1990 美國科學教師學會（NSTA）的課程研究委員會（Committee on Curriculum Studies）揭示的中小學科學教育目標：1.學習如何學習、解決 問題和獲得新知 2.用理性過程 3.培養基本技能 4.發展心智技能和職 業能力 5.探索新經驗中的價值 6.了解概念和概括推論 7.學習在生物 圈和諧生活（引自鄭湧涇，2003）

（二）1994 美國國會與柯林頓政府頒訂「目標兩千年教育法」(Goals 2000:

Education America Act，簡稱 Goals 2000)。Goals 2000 中把數學和科學 列為八大教育目標，終極目的在期使西元 2000 年時，美國的數學和科學成 就，達到世界第一。該法案正式提出應在中小學教育領域，面向全體學生，

編訂供各州各地區自願採用的課程標準。這些標準詳細闡明了在每個學習領 域，什麽是所有學生所必須知道，以及有可能做的，並建立相應的評估體系。

（三）1995 年 12 月，美國國家研究委員會（National Research Council）提 出國家科學教育標準（National Science Education Standards ，NSES）， 這是美國科學教育史上第一個「國家標準」，其目標在使所有學生達到符合 學科內容標準的科學素養，希望每個學生能達到：1.對自然界有所了解，並 有豐富愉快的經驗 2.使用適當的科學原則和程序作出個人的決定 3.關 切科學技術相關議題，明智進行公共討論 4.在工作上善用科學素養的知識 和技能，以增加經濟生產力，而這些目標也是具科學素養社會

（scientifically literate society）的定義。NSES 中的科學內容標準

（science content standards）即規定 K-12 年級學生所應知道、理解和具 備的能力，包含八大面向：1.科學中統一的概念和過程 2.探究式科學

（Science as inquiry） 3.物質科學 4.生命科學 5.地球與太空科學 6.

科學與技術 7.個人及社會觀的科學 8.科學的歷史和本質（NRC，1996）。

（四）2000 George E.DeBoer 將歷年的科學教育目標和科學素養歸納成九項科 學教育目標： 1.傳承科學文化 2.就將來工作做準備 3.能應用科學在日 常生活中 4.培養有見識的公民 5.學習探究自然的科學方法 6.了解大 眾傳播媒體有關科學的報導和討論 7.學習並欣賞科學之美 8.培養樂於 支持科學的公民 9.了解科技本質與重要性及其與科學的關係（DeBoer, 2000）。

根據以上的論述，茲將各時期美國科學教育的主要目標做一整理，如表 2-1.2 所示。

表 2-1.2 美國科學教育主要目標的整理

期別 年代 背景 主要目標

一

1940 之前 科教形成期

工商發展和軍事科 技的需求

科學原理和方法

二

1940~1957 正向看科學

有鑑於二次大戰的 科技帶來浩劫

欣賞、興趣的科學態度

三

1957~1970 專家化教育

冷戰時期，又太空 科技不如蘇聯

實驗過程技能與問題解決

四

1970~1983 STS 和科學素養

有鑑於課程太過艱 難和理想化

科學、科技和社會層面的相關性

五

1983~1990 全民科學教育

經濟、科學比賽表 現不佳

科學、數學和科技素養

六

1990 之後 多元和標準化

世界地球村太自由 民主，亞洲學生的 科學成就高

符合各學科標準的科學素養

由本節文獻整理可發現，美國科學教育目標的發展，主要在回應社會不同的 需求，且民間和教師團體對教育改革都很積極投入，但常改革過度而忽略科學教 育的其它層面，漸漸衍生後遺症而再有另一波改革。整體看來，科學教育的目標 自 1980 年起已被「科學素養」一辭所取代，且要落實在全民身上，其內容越來 越生活化和社會化，包含的層面也增廣了，最後更對不同階段的學生訂出不同標 準的科學素養，可見美國對科學教育目標的重視。

第二節 我國科學教育目標的演變

國民政府在臺灣的科學教育，其目標的變異並不大，可以粗略分成國家前提 和著重個人兩個時期。

一、1950~1980－ 國家前提的科學教育

背景： 此三十年內政府對科學教育皆著重其「實用」的功能，強調培養人 才、發展經濟，以期達到復國建國的使命，主要是以整體國家作為考量。

（一）1969 國科會開始十二年科學發展計劃，教育部也訂定十二年長期發展科 學計劃，其第一項目標為：發展科學教育，培養科學人才，以配合我國各方 面建設需要。

（二）1970 在復國建國教育綱領中，強調教育應以倫理、民主、科學為指標，

以奠定復國建國的堅實基礎，可看出對科學實用的重視（沈珊珊，2000）。

（三）1973 蔣故總統於國家科學發展委員會議上指示，科學教育目標在：1.增 強國家力量 2.替國民創造更多財富，提高國民生活水準（教育部，1984）。

（四）在第五次中華民國教育年鑑中，概論 1974~1984 發展科學教育的主要目標 不僅在普及科學教育、充實教育內涵，並配合國家經濟、國防和社會建設的 需要，培育科學與技術人才（教育部，1984）。

二、1980 以後－ 著重個人的科學教育

背景：社會日趨民主開放，經濟也穩定成長，在國外學成歸來的學者，把西 方的教育理念帶回國內，尤其是美國的經驗。因而漸漸重視個人對科學興趣和態 度的培養，及在生活上的應用，以期達到全民有科學素養。

（一）1983 頒佈國中課程標準，其中亦名示自然科學的教育目標在於「培養學 生的科學興趣及正確的科學態度，以適應現代的生活環境」（教育部，1983）。

（二）第六次中華民國教育年鑑中，概論 1984~1996 發展科學教育的主要目標不 僅在普及科學教育、充實教育內涵，並配合國家經濟、國防和社會建設的需

要，培育科學與技術人才，同時培養具有科學素養之公民。而對國中科學課 程的目標為：在小學自然科學教育根基上，繼續學習基本與基礎的科學知 識，熟練科學方法，培養科學態度，使其能應用於日常生活並作為繼續學習 自然科學的基礎。（教育部，1996）

（三）2003 教育部和行政院國科會邀集學界及民間科學教育社團，舉辦「全 國科學教育會議」之後，制定第一部科學教育白皮書。其中對科學教育 的目標為：使每位國民能夠樂於學習科學並了解科學之用，喜歡科學之 奇，欣賞科學之美。這項目標至少表現在三個方面（教育部，2003；引 自魏明通，2005）：

1.使科學紮根於生活與文化之中。

2.應用科學方法與科學知識解決日常生活問題，理性批判社會現象，並 為各項與科學相關的公共事物做出明智的抉擇。

3.藉不斷提升科學素養，貢獻於人類世界的經濟成長及永續發展。

從過去五十年來我國的科學教育發展可看出，社會背景由國家民族至上、政 黨主導教育，漸漸走向民主開放，容許社會各界的參與；科學教育目標由培養科 學、技術和工程專才，配合國家建設轉變為培養全民的基本科學素養；科學教育 的理念由菁英教育轉向全民科學教育，由學科知識導向逐漸轉為科學過程導向

（鄭湧涇，2005），強調興趣和態度，重視科學教學應與生活和社會議題相結合。

第三節 我國中學地球科學課程標準

將近二十年來，我國中學在地球科學課程標準的目標，分國中和高中兩部分 來討論。

一、國中階段

（一）1983 國民中學自然科學（理化及地球科學）課程標準中地球科學部分（教 育部，1983）：

1.培養學生接觸自然及觀察、採集、研究之興趣。

2.使學生認識人類日常接觸之地球環境。

3.使學生了解地球科學與人生的關係。

4.使學生明瞭地球科學之主要內涵。

（二）1985 國民中學地球科學課程標準（教育部，1985）：

1.增進學生地球科學知能，培養科學興趣，以養成具有科學素養的同學。

2.使學生認識日常接觸之地球環境。

3.使學生了解地球科學與人生的關係。

4.使學生了解地球科學之基本概念。

（三）1994 國民中學地球科學課程標準（教育部，1994）：

1.使學生認識日常接觸的地球環境，進而了解地球科學的基本概念。

2.使學生知道地球上各種自然變動現象，及其對人類生活的重大影響。

3.使學生珍惜地球有限資源，並重視天然災害之防治。

4.使學生體認人與自然和諧共存的必要及維護地球環境的責任。

（四）2002 九年一貫「自然與生活科技」的課程目標為（教育部，2003）：

1.培養探索科學興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣。

2.學習科學與技術的探究方法及其基本知能，並能應用所學於當前和未來的 生活。

3.培養愛護環境、珍惜資源及尊重生命的態度。

4.培養與人溝通表達、團隊合作以及和諧相處的能力。

5.培養獨立思考、解決問題的能力，並激發創造潛能。

6.察覺和試探人與科技的互動關係。

二、高中階段

（一）1995 高級中學基礎地球科學課程標準（教育部，1995）

為配合提昇科學素養，促進生涯發展，並奠定學術研究之基礎，高級中學地

1.激發學習地球科學之意願與關切珍惜地球環境之意識。

2.認識地球科學有關地質、海洋、氣象、天文方面重要基本概念，以增進探 討該類學科之興與學習基礎。

3.了解地球科學有關觀察、分析、推論、歸納與處理判斷問題之方法，以提 昇學生解決問題之能力。

（二）2004 普通高中基礎地球科學課程暫行綱要（教育部，2004）

為培養具備「地球科學」基本素養（包括知識、思維和技能、態度）的現代 公民，促進生涯發展，普通高級中學「基礎地球科學」課程目標如下：

1.使學生具備「地球科學」的重要基本知識，並能了解或關心日常生活中有 關「地球科學」的報導。

2.使學生在日常生活中能夠活用「地球科學」的知識和方法，並發展解決問 題的能力。

3.使學生對「地球科學」及環境等相關議題產生興趣與學習意願，並能主動 關心和珍惜地球環境。

由本節整理可以發現到：國中階段由知識取向，漸漸轉向資源和災害的生活 層面，和重視責任、珍惜的態度，到自然與生活科技更包括主動學習、獨立思考、

解決問題的高層次能力，和人與人、人與科技的互動關係；高中階段除基本概念、

興趣和珍惜情意外，較國中重視解決問題、技能過程的培養。

第四節 科學素養的內涵

一、科學素養的演進

（一）1966 Pella的工作代表了有關科學素養研究的最早努力。Pella等人挑選 100種從1946年到1964年出版的報刊文章，找出和科學素養有關的出現頻 率。他們認為，一個具有科學素養的人應了解以下這些方面的內容：1.科學

和社會間相互的關係 2.科學家工作的倫理原則 3.科學的本質 4.科學 和技術之間的差異 5.基本的科學概念 6.科學和人類間相互的關係。其 中，前三個方面的內容又比後三個重要（引自Laugksch，2000）。

（二）1974 Showalter 進一步深入Pella的工作。他們總結自50年代末到70年 代初，近15年間有關科學素養的文獻後，總結出科學素養有七個維度（seven dimensions）的定義（引自Laugksch，2000）：

1.具有科學素養的人明白科學知識的本質。

2.有科學素養的人在和環境交流時，能準確運用合適的科學概念、原理、定 律和理論。

3.有科學素養的人採用科學的過程來解決問題、作出決策，並對世界有進一 步了解。

4.有科學素養的人和世界打交道的方式和科學原則是一致的。

5.有科學素養的人明白並接受科學、技術和社會之間的相關性。

6.有科學素養的人對世界有更豐富、生動和正面的看法，並能終身學習。

7.有科學素養的人具有許多和科學技術密切相關的實用技能。

（三）1975 Shen 把科學素養區分為三類：實用的（practical），公民的（civic）

和文化的（cultural）。這三類並不互斥，但在目標、對象和內容、方式及 普及方法上各有特色（引自 Laugksch，2000）。

1.實用的科學素養：指一個人用科學知識和技能解決生活中遇到的實際問題 的能力，譬如：在發展中國家著重於食物、健康和住所；而在工業開發國 家則是消費者的自我保護。

2.公民的科學素養：旨在提高公民對科學與科學相關議題的關注和了解，以 便讓公眾參與到社會的相關決策中，包括健康、能源、食品、環境等方面 的公共政策，這也是民主政治要有效管控科技社會的基礎。

3.文化的科學素養：把科學視為人類文化活動的理解和認同，此素養一般只

響深遠。

（四）1981 Branscomb 從拉丁文的 science 和 literacy 將科學素養概念化為

「具有讀、寫和了解人類知識系統的能力」，並將其分為八類（引自

Laugksch，2000）：1.教學的科學素養 2.專家的科學素養 3.大眾的科學 素養 4.技術的科學素養 5.業餘界的科學素養 6.傳播界的科學素養 7.

科學政策素養 8.公眾科學政策素養。各類有其不同的對應內容，如：專家 的科學素養指的是科學家的專業工作；大眾的科學素養則只是對日常生活中 的自然現象有所了解。

（五）1983 美國藝術和科學學院（American Academy of Arts and Sciences）

的期刊－Daedalus 發表了關於科學素養的專刊，許多作者就此議題及美國 面臨的挑戰發表意見。其中，Jon Miller 對科學素養的概念和經驗測量的 論文影響最為深遠，因為他不僅提出了對科學素養的多維度定義，也提出一 套實際可操作的測量方法。並且提供了基於此框架的美國成人科學素養的狀 況。Miller 認為，科學素養是一個與時並進的概念，時代不同，科學素養 的內涵也會發生變化。他在“當代情景下＂（contemporary situation），

定義了科學素養概念的三個維度如下（Miller, 1998；引自 Laugksch，2000；

靳知勤, 2002b）：

1.對科學原理和方法（即科學本質）的理解；

2.對重要科學術語和概念（即科學知識）的理解；

3.意識到並理解科學和科技對社會的影響。

Miller 所界定的科學素養概念的三個維度，各有獨特而精煉的內容，Miller 之後又參考了 Project 2061 中對科學素養概念的多維度描述（Miller, 1998），

和同事設計了許多測量條目，包含基本科學概念，以閱讀和了解當代許多問題的 知識為主。這些知識概念不斷充實改進，逐漸成為有關科學素養調查的基礎，成 為世界各國的藍本。

（六）1989 美國Project 2061的「全美科學素養」(Science for All Americans)

一書中指出過去對科學素養的範疇定義並不清楚，乃建議科學教育學者應明 確的予以界定，以利科學素養目標的達成。其通過對一個具有科學素養的人

（the science-literate person）的描述來界定(AAAS，1989)：一個有科 學素養的人

1.知道科學、數學和技術是相互牽連的人類智慧結晶，偉大但仍有局限；

2.明白科學中的關鍵概念和原理；

3.對自然的了解，並體認世界的多樣性和統一性；

4.在個人和社會生活中，能運用科學知識和科學的思考方式。

（七）1995 Shamos (1989, 1995)對科學素養也作了區分，認為科學素養有文 化性的（cultural scientific literacy）、功能性的（functional scientific literacy）和真正的科學素養（true scientific literacy）

（引自靳知勤, 2002b）。

1.文化性科學素養：個人對於從事社會溝通時所常用到的科學相關用語有基 本的認識；這些常被使用的語詞，就像是一套提供社會大眾共同使用及分 享的知識系統。民眾若具備這些能力，便能閱讀報紙及雜誌、與選任的代 表溝通、或是能與公眾議題的辯論內容同步。

2.功能性科學素養：個人對於上述科學相關的用詞非僅能夠閱讀，且能以此 與他人進行口頭的對話及文字的表達。比起文化性科學素養，本項功能更 進一步的要求個體的主動作為。

3.真實性科學素養：個人對於科學社群如何組成、如何運作、從事哪些工作、

其工作的本質有所認識。與前兩項相比，這個項目被認為更不易達成，但 它對科學的發展卻有重要的影響。

（八）1996 NESE對科學素養的定義，廣泛地包含當時所有被認同的科學教育目 標，內含如下：一個人從生活遭遇引發好奇，而能發問、尋求或確認答案，

即有能力去描述、解釋和預測自然現象；能了解報刊的科學報導，並在公眾

好壞；基於證據去評估論點，並做適當的結論（引自DeBoer, 2000）。

（九）1997 Bybee在其所撰《Achieving scientific literacy: From purposes to practices》一書中界定科學素養的四種層次（引自林樹聲，1999；靳知 勤, 2002a）：

1.名義性科學素養(Nominal scientific literacy)：學習者遇到與科學有 關的名詞或主題時，知道它是屬於科學範疇的一部份。當回答與此相關問 題時，其會嘗試著與科學與技學的相關概念發生關聯，但回答中存在著許 多的迷思概念。檢視其所可接受的科學性定義，是屬於數目較少且通俗而 易懂的面向。

2.功能性科學素養(Functional scientific literacy)：這個層次與前述 Shamos（1995）所指之功能性科學素養相當，亦即學習者對於科學與技學 相關議題的詞彙能夠精確及妥適的運用。但他們對於科學概念、原理、法 則、學說以及科學探究的過程與技能，並沒深入了解。

3.概念與過程科學素養(Conceptual and procedural scientific literacy)：係指學習者發展出科學整體性及了解各科學領域的概念結 構；並知道科學探究的過程與技能。

4.多面向科學素養(Multidimensional scientific literacy)：具此層次科 學素養的人除了對前述科學概念、過程技能等的認識外，並延伸觸角至科 學及技學的哲學性、歷史性、以及社會性等面向。

二、我國中學教育的科學素養

我國在1985、1995年才將「科學素養」納入中學課程標準的目標中，但對此 著墨甚少，而在「自然與生活科技」學習領域課程綱要分段能力指標中明確指出，

其主要目標在於提昇國民的科學與科技素養。並對此有一番的說明（教育部，

2003）：「素養」蘊涵於內，即為知識、見解與觀念；表現於外，即為能力、技 術與態度。經由科學性的探究活動，自然科學的學習使學生獲得相關的知識與技

能。同時，也由於經常依照科學方法從事探討與論證，養成了科學的思考習慣和 運用科學知識與技能以解決問題的能力。經常從事科學性的探討活動，對於經由 這種以探究方式建立的知識之本質將有所認識，養成重視證據和講道理的處事習 慣。在面對問題、處理問題時，持以好奇與積極的探討、了解及設法解決的態度，

我們統稱以上的各種知識、見解、能力、態度與應用為「科學與科技素養」。

科學與科技素養，依其屬性和層次來分項，分成科學探究過程之心智運作能 力的增進（以下簡稱「過程技能」），科學概念與技術的培養訓練（以下簡稱「科 學與技術認知」），對科學本質之認識（以下簡稱「科學本質」），了解科技如 何創生與發展的過程（以下簡稱「科技的發展」），處事求真求實、感受科學之 美與威力及喜愛探究等之科學精神與態度（以下簡稱「科學態度」），資訊統 整、對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力（以下簡稱「思 考智能」），應用科學探究方法、科學知識以處理問題的能力（以下簡稱「科學 應用」），以及如何運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品（以下簡稱「設 計與製作」）等八項來陳述。陳文典則進一步將此八項分類並提出相對應的能力：

表2-4.1 科學素養的分類及能力表徵 二 分

法 四 類 分 法

八 項 能力表徵

知 識 認 知

概 念 與 技 術 認 知 類

科學與技術 認知

科技發展 科

學 素 養

科 學 智 能

探 討 與 思 考 智 能 類

過程技能

思考智能

S¹知道、理解及運用科學概念

S²會操作儀器及有製作的技術

S³科技發展(的認識)

S⁴探討某問題時，具有觀察、比較分類、組織關連、

研判推斷等心智運作能力

S⁵綜合能力

S⁶推論能力

S⁷批判能力

S⁸創造能力

S⁹解決問題能力（評估問題、提出策略、分派工作、

L1傳達（溝通與表達）

應 用 科 學 解 決 問 題 類

科學應用

設計與製造

科 學 精 神 與 態 度 類

科學本質

科學態度

安排流程、執行實現、評鑑成果）

S¹⁰有設計及製作技能

從本節整理可知：美國自1960年至今，許多教育機關團體、學者陸續對科學 素養提出定義和看法，這除了反映科學素養一詞具高度抽象意涵，也顯示各界對 此定義的差異性也正如Rutherford & Ahlgren (1990) 所說（引自林樹聲，

1999），科學和科學家都是一定社會環境下的產物。當科學家，包括社會科學家，

為公眾的科學素養作出定義時，他們必然要受到個人的、機構的、社區的利益考 慮之影響。從某種意義上，他們都是不同利益的代言人。且科學素養隨時代的演 變也日益多元，到了1980年代成為科學教育的首要目標，而反過來看，科學素養 也可說是一組目標的集合（a set of aims）（Bybee，1997），參考國內對科學 素養的論述，這些目標基本上包括：概念知識、過程技能、情意態度和未來就學 就業四大面向。而我國九年一貫中的科學素養，對能力特別看重，而刻意貶低知 識的重要，因此在精神上，我國又走回1960年代美國重視的過程技能（楊龍立，

2002）。

L3科學方法及思考習慣運用於處理問題中

L2知識、技術應用於處理問題中

L4為自己的需要去設計與製作出成品

L5科學本質的體認

L6投注與熱忱

L7細心及切實

第五節 地球科學教育的趨勢

1988 年四月，美國地質協會（American Geological Institute, AGI）和 全國科學教師協會（National Science Teachers Association, NSTA）有感於 當時美國科學促進協（American Association for the Advancement of Science, AAAS）並未把地球系統科學放入2061 計畫中（Project 2061）的學習主題，將 造成科學教育的重大疏失，因此召集相關地球科學家和教育學者於華盛頓首府集 會，對每一個在十七歲之前的公民，規劃出四大目標與十大概念的基礎架構。經 過與各地區教師及全國性的研討會交換意見後，即發展出現代科學課程－地球系 統教育（Earth System Education, ESE）（Mayer & Armstrong，1990；引自李 春生，1996）。

一、四大目標

（一）科學思考（Scientific Thought）：能利用地球科學具有的科學歷史性、

描述性和實驗性過程來了解科學探究的本質。

（二）知識（Knowledge）：描述並解釋地球上的作用及特徵，並能預期其改變。

（三）管理（Stewardship）：對於環境及資源的相關議題有廣泛的認識及見解。

（四）欣賞（Appreciation）：能由美學的角度來欣賞地球。

由以上的課程目標可以知道，ESE 不僅是認知上學習，對於情意方面，如欣 賞的態度和管理的價值觀亦相當重視，是以往傳統科學課程最大的不同。

二、 十大概念群

（一）地球系統為浩瀚宇宙中太陽系的一小部分。

（二）地球系統包含水、陸、冰、大氣、生命等次系統的交互作用。

（三）地球的次系統會持續的演化，其改變是經由自然的過程和交互作用引起的 循環所產生。

（四）地球的自然過程發生於數十億年至幾分之一秒的時段之內。

（五）地球次系統的許多部分，因過度或錯誤利用，而受到限制或變得脆弱，或 由人類活動而加以改變，例如化石燃料、礦產資源、乾淨的水、土壤、植 物與動物相。

（六）我們愈了解地球的次系統，愈能管理地球的資源。人類常使用地球的資源，

如水及礦物。

（七）人類活動不論有意無意都會對次系統造成衝擊。

（八）對地球次系統愈了解愈能引發美學的欣賞。

（九）科技的發展促進我們了解地球的能力。

（十）地球科學家是研究地球系統的起源、作用及演化的人，他們運用專門的知 識去探測資源，並預測地球的未來。

由這十大概念群可知，對於地球系統的認識，可以讓我們更容易管理和善用 資源，並引發欣賞和珍惜地球，進一步探究人和地球的未來方向。

1990 年，美國國家科學基金會（NSF）委託俄亥俄州立大學舉辦之教師進修 計畫（The Teacher Enhancement），俄亥俄州立大學為此籌設實施了ESE 的第 一項種子教師培訓計畫（Program for Leadership in Earth System Education，

PLESE）。在計畫執行期間，依據ESE 之目標與概念群，並參考Project 2061 相 關地球系統的內容，發展出適合幼稚園與中小學之七項課程架構（Mayer &

Armstrong，1990；引自李春生，1996）。包括：

（一）地球是獨一無二美麗且珍貴的星球。

（二）無論是個人或群體，有意或無意之人類活動，均會對地球產生嚴重的影響。

（三）科學的思考與技術的發展，有助於使我們了解和利用地球及太空的能力。

（四）地球系統由水、岩石、冰、大氣和生命等次系統之交互作用而組成。

（五）地球形成至今超過四十億年，而它的次系統仍不斷在演化中。

（六）在浩瀚無垠的宇宙中，地球為太陽系的一個小次系統。

（七）有許多人從事與研究地球起源、交互作用或演化過程的職業。

Mayer（1991）說此架構被安排成連貫性的概念（引自蔡惠琪，2005）。首 先強調地球行星的美學價值，激起學生對地球的感情，自然地引導其進入第（二）

項－關切人類活動和地球資源。接著為了保存我們地球經濟以及美麗資源，自然 引入渴望瞭解各種次系統的運作，即（三）~（六）項。最後一項聚焦在科學的 生涯，提供學生對未來升學和就業的資料和管道。

而後美國國家研究委員會（National Research Council, 1995）公佈的國 家科學教育標準中（

National Science Education Standards

NSES

李春生（1996,1998）提出地球系統教育對我國未來的科學教育改革有下列 六大方向的啟發：（引自楊惠玲，2005）

一、提供統整科學的可行途徑：以地球作為整合其他自然學科的主要架構，甚至 可以包括其他相關的非自然學科，將知識融入與人類實際生活問題相關的情 境中，使得學習更具意義與實用性。

二、注重地球次系統間的交互作用： ESE 注重對地球次系統的了解，同時也強 調次系統之間的交互作用，地球系統中各種作用與現象絕非獨立發生，必定 與其他次系統產生關聯。

三、地球系統科學為一整體：將地球視為一整體來研究，而非片段的知識拼湊。

四、對科學價值重新評估：地球系統教育讓我們不再自限於一己的觀點，而以人 類和環境共同的觀點，來重新評估科學的價值。

五、以美學的角度欣賞地球： ESE 打破以往科學教育的限制，對於我們所關注 的地球環境，同時以科學與美學的角度來審視。在欣賞地球環境時，能使我 們對自然的定律產生敬畏與讚嘆，而當我們愈能感受到自然之美時，也就愈 能親近它、關心它，進而保護它。

個人的生活四周，大自然就像是實驗室，且人人都可以觀察和參與研究。

綜觀地球系統教育，乃是對於科學教育的反思，將焦點拉回到科學主體－地 球上，因長期科學教育的分科，導致學生不瞭解各學科與地球主體的關連，忽視 環境問題的嚴重性。在課程的設計則更易於議題導向，和其它領域、社會環境相 結合，使學生用科學的方法或歷史資料分析，在科學中加入人文的內涵。並嘗試 去發掘周邊問題，進而瞭解或解決問題。另外，地球系統教育著重的情意方面，

不但使學生有正向科學態度和真善美的情操，對地球環境生態及整體永續發展，

更有莫大的幫助。

第六節 教師對科學教育的看法

此節主要整理近十年文獻中科學教師在科學教育的看法，或不同個人背景對 看法的差異性，針對五大方面來討論，分別為概念知識、過程技能、情意態度、

就學就業、理想及現實教學的差距。

一、概念知識

表2-6.1 科學教師對概念知識的看法

作者 / 主題 結果

陳嘉音（2002）/

國中理化科教師教 學類型與教學信念 之研究

「將理論與實務作相關應用，可提昇學生學習理化的效能」

一項，在不同畢業科系上有達顯著差異（p<0.01），以理化及 相關科系畢業的教師較贊同。「要求學生背科學基本定義定理 和原理對學理化是很重要」一項，以碩士同意比例最低，但 未達顯著。

黃佩貞（2003）/

台北市國中科學教

教師們認為科學史教學的相關資源並不充足且現行教材內容 太少。晤談發現：教師在思考科學史教學時，經常由教學的

作者 / 主題 結果 師對科學史融入科

學教學之態度研究

實際經驗出發並考慮學生的心智成熟度，同時，目前以升學 主義掛帥的國中教學環境對於教師取捨科學史教學有著某種 程度的影響力，因上課時間不夠用且很少列入評量。

林賜郎（2005）/

高中自然科教師科 學本質觀之科學教 室環境經營策略

任教年資愈久，在教學上採用傳統觀的方式較為普遍；碩士 較學士教師具有現代觀。不同科學本質觀的教師不只影響教 授內容同時也影響其他教學方式，現代觀教師會多鼓勵學生 思考和探索問題的能力，讓學生分工合作、共同討論，發揮 想像力和創造力，不像傳統觀教師偏重科學知識的記憶。

科學教師較重視理論和實務的相關，但對於科學史融入教學，則持保留態 度，原因有教材資源少、上課時數短、學生素質及升學考量；資淺和有較高學歷 的教師比較不重視知識的記憶，在教學上較具有現代觀，讓學生有機會分組討 論、發表意見，採較民主和鼓勵的方式。

二、過程技能

表2-6.2 科學教師對過程技能的看法

作者 / 主題 結果

陳玫良（1995）/

國中工藝／生活科 技解決問題教學策 略之研究

（一）教師肯定運用解決問題教學策略進行工藝／生活科技 教學是必須的，也是可行的（二）教師認為要善用解決問題 教學策略，需在活動設計、設施設備管理上做適度調整，並 在學養上多作充實。

周岱學（2003）/

STS融入教學對國 中生創造力與問題 解決能力之影響

一個學期後發現，STS教學對於培養創造力及解決問題能力是 相當有幫助。但教師因有課程進度的壓力，學生也因升學而 無法長期實施。

作者 / 主題 結果 韓順興（2005）/

創造性探究教學對 國中生理化科學習 動機、創造力與學 習成就之影響

「自我效能」、「主動學習策略」、「科學學習價值」、「非表現 目標導向」、「成就目標」以及「學習環境誘因」等向度均有 顯著的增加(p< 0.01 )；創造力的前後測差，如好奇性、冒 險性、挑戰性、想像力以及總分上均達顯著提升（p<0.05）；

成就測驗也顯示對於國中生理化概念的理解度以及持續度非 常有幫助。

廖祐杰（2006）/

在職教師實施科學 探究教學之行動研 究中

（一）學生的探究能力，會影響學生在自然科學習的成效。

（二）科學探究教學，會提升學生在自然科學習的成效。（三）

科學探究教學，會提升學生主動學習達成學習的轉換。

吳佳蓮（2006）/

科學探究活動中國 小五年級學童科學 解釋能力及認識論 之研究

學生產生解釋的推理過程的能力成長趨勢最為明顯，指出變 數間關係的能力為次之，提出證據支持主張的能力成長趨勢 為最小。但科學解釋能力亦受先備知識的影響，且對象年紀 較小，表達能力較薄弱。

余杰紘（2006）/

科學教師實施探究 教學之個案研究

教師對於探究教學可行性的看法由原來認為不可行，轉變為 肯定的態度，並進一步針對探究教學活動，做了適度修正與 改進。學生則顯示出正面的學習興趣，且認為科學探究活動 對於科學概念的理解、探究能力的培養亦有相當大的助益。

由結果看來，解決問題策略、STS教學和探究教學，對學生科學能力的培養、

學習成就都有很大的幫助，但教師若沒有這方面的經驗或資源，則較不容易入 手。另外，設備器材是否充足、學生是否有正確的先備知識和探究、表達能力，

都會影響此過程技能的實施。

三、情意態度

表2-6.3 科學教師對情意態度的看法

作者 / 主題 結果

李明和（2002）/

中部地區中學科學 教師環境知識、態 度及行為意向之研 究

（一）教師之環境態度趨向於正向積極。（二）教師之環境 態度因性別、年齡、學歷、是否修習有關環境課程和參加研 習會而有顯著的差異。如下所述：1.女性教師之環境態度比 男性教師正向積極。2.26~35 歲的教師之環境態度顯著高於 56 歲以上的教師。3.具有大學、研究所學分班、碩士學歷的 科學教師之環境態度顯著高於五專學歷的教師。4.曾修過環 境課程的科學教師之環境態度顯著較高。5.曾參加環境教育 研習的教師對於環境態度，比未曾參加者更正面積極。

張自立、辛懷梓

（2003）/在職國小 教師對物理的態度 及對物理教學與學 習意見之調查研究

進修部兩班國小進修教師，皆有約95％的人贊同「以實驗闡 釋概念為主，結合學生生活經驗之探討為輔」的物理教學。

王秀惠、蔣佳玲

（2005）/高雄縣國 小自然與生活科技 領域教師教學信念 與教學行為之相關 研究

教學信念，只有不同性別達到顯著差異，即女性較趨向進步 取向，另外教學行為取向強度因教學信念不同而有所差異。

鄭淑妃、劉聖忠、

段曉林（2005）/

國小自然科教師科

科學的目標應直指人與生活，不管人類今天從事任何活動，

其最終目標無他，所有的活動都是人類為改善生活而做的，

科學活動當然也不例外。科學應該是幫助人類生活得更好，

作者 / 主題 結果 學本質觀與教學之

個案研究

而不是在解釋一大堆現象，然後這個現象跟你一點關係都沒 有，科學應該是生活的一部份。

教師很重視科學和生活經驗的緊密結合，而不是遙不可及的理論。在教學信 念和環境態度方面，女性都較趨向進步和正向；另外，年輕、有較高學歷和參加 課程研習的科學教師，其環境態度也較積極。

四、就學就業

表2-6.4 科學教師對就學就業的看法

作者 / 主題 結果

呂百理（2001）/

國民中學自然與生 活科技學習領域教 師對實施九年一貫 課程的認知與態度 之研究

高達72.8﹪的國民中學自然與生活科技學習領域教師不同意 實施九年一貫課程能夠減輕學生的課業壓力。顯示社會上長 久以來的升學觀念深植人心。

楊慧美（2002）/

分析國三學生對補 習班與學校教學的 看法及其與基本學 測自然科之表現的 關係

台灣過度注重考試的結果，使考試變成了現實教育最重要的 目的，以致忽略了啟發學生好奇心、想像力與創造力。

侯怡如（2003）/

由考試文化的角度 分析我國學生在

調查參加 TIMSS 1999 的國二學生，有效人數 5722 名中，有 28.71﹪學生表示在上自然科學課時「總是」小考，高達 45.59

﹪學生表示在上自然科學課時「經常」小考。臺灣社會重視

作者 / 主題 結果 TIMSS 1999 的答

題表現－ 生命科 學部分

文憑主義，在單一價值觀的驅使下，以就業需求來決定教育，

因此，為了謀求更好的職業，必須有更高的學歷。

國內的升學主宰了教學，因怕學生不用功而增加考試、怕學生所學太少而加 強上課輔導，希望藉此提升成績。教育部說九年一貫可減輕學生的課業壓力，但 調查結果似乎不然。簡茂發（2000）也提到此傳統教學的許多流弊，在內容上偏 重智育或學科知識，以記憶為主而忽略推理思考以及過程技能（process

skills）；在方式上偏重學習結果，而忽略學習過程的了解（引自侯怡如，2003）。

五、理想及現實教學的差距

九年一貫實施後，教師的理想及現實教學的差距如何呢？由吳昇翰（2006）

調查159 位國中生活科技科教師，對於九年一貫科技課程綱要所揭示的基本理念 與能力要項，其「應重視程度」皆為「高」以上的程度；但「實際教學之符合程 度」則普遍為「中等」程度，此顯示教師對於課程綱要理想與課程實施時實際的 差距。不同學歷、不同性別、不同教學年資、在學校中擔任不同職務、不同學校 規模、以及不同教學節數之生活科技教師，對於課程綱要中「科技」之基本理念 與能力要項，其「應重視程度」均無顯著差異存在。而主要的顯著差異是對於課 程綱要中「科技」之能力要項，在學校中的「實際教學之符合程度」雖達「中等」，

但具「碩士或修畢研究所四十學分」學歷的生活科技教師，其在學校中「實際教 學之符合程度」顯著高於「學士」學歷的教師。

另外，2001年台灣教育長期追蹤資料庫，對1863位高中職教師和2491位國中 教師做「教師的教學困擾」調查，發現無論國、高中職教師，經常覺困擾的前三 名均是「學生程度參差不齊」、「學生程度不好」和「教學政策的變化」，所占 百分比約在 20﹪以上，也就是說教師的理想教學無法發揮，深受「學生程度」

和「教育政策」的影響，詳細如圖2-6.1所示。

圖2-6.1 國高中職教師的教學困擾調查 資料來源：2004台灣教育長期追蹤 資料庫電子報第十二期