科學教育研究所
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本所於民國75年秋奉教育部核准設立，經當時理學院吳院長京一、與數學系、物理系、化學系、生物系、地球科學系等系主任，以及本校科學教育學者之籌備和規劃，分別於75年成立博士班，於76學年度招收第1屆博士班學生，83年成立碩士班，於84學年度起正式招收第1屆碩士班學生，87年成立教學碩士班，於88學年度招收第1屆教學碩士班學生。
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Item 三位國中理化教師的建模學科教學知識之個案研究－以酸鹼單元為例(2019) 林書繪; Lin, Shu-Hui為探討教師在教學中使用模型與建模的知識與實踐，本研究以三位國中理化教師為研究對象（分別為一位科教博士與兩位科教碩士)。瞭解不同模型觀與建模教學經驗的教師在教授酸與鹼單元所呈現出的建模學科教學知識有何不同。 本研究含模型與建模的知識（Models and Modeling Knowledge；MMingK)（含教師對模型和科學建模型的觀點)與建模學科教學知識（Modeling-Pedagogical Content Knowledge；Ming-PCK)（含教師建模的教學目標與建模教學策略之知識與實踐)兩大面向。由教學前、中、後訪談、課堂觀察與問卷填答收集資料，並在教師教學後，對三位教師的某授課班級學生進行模型本質問卷與建模學習經驗問卷調查。在學生問卷填答之後由各教師推薦九位學生（高中低成就學生各三位)進行晤談，以深入瞭解學生的模型本質觀點與學習經驗感受，研究結果顯示如下： 一、建模教學經驗較豐富的教師能明確地說出模型與建模在科學教學上的應用（如：透過粒子動畫模型來讓學生瞭解酸鹼中和的過程)；在教學中能純熟溶入建模歷程且重視微觀與動態表徵模型以協助學生進行建立成分之間的聯結（如透過PhET互動軟體讓學生建構加水後的體積與莫耳濃度變化)。 二、建模教學經驗少於一年的教師在模型與建模的教學則多從巨觀與微觀的角度思考，對於動態過程的呈現（如動態模擬軟體以呈現稀釋或稀釋的過程)較少，在建模歷程的設計則較難考量到修正模型與重建模型的步驟。 三、無建模教學經驗的教師無法明確說出對模型的定義，課堂中多以文字與講述教學為主，較不重視微觀與圖像（如課程設計中很少呈現出微觀的酸鹼離子），建模步驟中則較注重應用模型（將酸鹼概念用來解題)的部分。 四、學生於兩份問卷的填答均無達到統計上的顯著差異，顯示出內隱式教學無法有效提升學生的一般化模型觀。從晤談資料可知，多數學生認為模型是實體，與問卷結果相符；五位中高能力組的學生提到模型可以用來解釋與檢驗（如耐震程度）。部分學生認為自行操作或設計實驗對學習科學理論有助益。Item 民國73年版高中科學課程架構與教科書研發歷程之探討(2011) 陳昭錦; Chao-Chin Chen民國73年版的高中科學課程及教科書，發軔於民國六十年代科學課程的改革，並於民國73年至89年在全國高中實施，是我國基礎科學課程架構及統整課程的濫觴，在中學科學教育發展史上具有里程碑的意義。本研究從歷史的角度採用質性研究方法，透過搜尋及分析現存相關史料及文獻，並佐以口述訪談補充現有資料之不足的方式，探討民國73年版高中科學課程開發的模式與架構，包括瞭解當時改革的背景、課程發展與成型、課程標準修訂、教科書編寫以及試驗教學等各階段的執行歷程，期能從中萃取可供現今課程與教科書發展機構或研究人員參考的經驗與啟示。研究結果顯示該課程改革是肇因於其時國家發展與經濟建設的需求，回應社會對中學教育的期待，以及發展本土化課程的呼聲而啟動。其課程架構研發及教科書編寫歷程結合科學家、課程專家、心理學家及高中教師的團隊合作，採用研究與發展策略編輯試用教材，再經過數次試驗教學及研究，據此研訂正式課程標準，並規畫相關師資調訓以及推廣實施計畫，不僅奠定之後高中科學課程架構的基礎，同時也培育了教科書發展與編寫人才，並且提升了其時科學教師的素質。此種科學課程與教科書發展模式，至今仍值得各級課程研發機構或研究人員參考。Item 生物科名詞組的類型與高一生的語意理解－以系統功能語言學為探究角度(2011) 賴廷倫科學文本具有多元的分類論述，可以圖表、過程詞甚至名詞組來體現分類，以名詞組達成的分類論述可以說是最隱晦的。名詞組的結構具有某種分類潛勢，然而先前研究指出，有些學生無法察覺其分類意圖，有些學生則過度推論，因而產生語意理解的差異。本研究旨在探究高一生對生物科名詞組的語意理解情況，先對三篇標的文本進行文本分析以瞭解生物科名詞組的類型及使用情形，再透過雙向細目表建立生物科名詞組之語意理解問卷，以瞭解學生對不同類型名詞組的語意理解及影響語意理解的因素。研究發現：(1) 生物科名詞組的修飾成份具有多元類型，不僅可為性質，更可由實體、過程、環境成份、關係和小句衍生而來；(2) 由性質衍生而來的修飾成份最容易被學生理解為修飾詞，由過程衍生而來的修飾成份則最容易被理解為分類詞，由環境成分衍生而來的修飾成分最容易導致紛歧的語意理解；(3) 深一階中心成份容易被學生理解為特定的事物，深二階中心成分則容易被理解為範疇較大的事物。一個結構簡單的名詞組，學生的語意理解卻存在差異，遑論小句和語篇，研究結果冀能為科學文本的編寫和科學教師的教學提供參考。Item 探討高中生平面向量概念學習情況與評量工具之研發(2014) 王信翰本研究之主要目的為探討高中學生學習平面向量概念之學習困難，並試著找出學生學習平面向量之後所應具備的能力為何？根據所探討的平面向量概念，訂定學生平面向量能力的四大向度，並依據訂定之四大向度發展評量工具進行施測，探討學生學習向量課程後是否達到應具有之能力。藉由探討錯誤成因，並依據訪談高中教師任課時之向量教學過程，期望瞭解高中生平面向量概念之學習情況。 本研究之研究對象為臺北市某市立高中之高二自然組學生42位，及嘉義市某公立高中之自然組學生40位，利用研究者自行開發之向量能力紙筆測驗題本為研究工具，包括向量表徵、向量定義與概念、向量運算、向量內積與投影四大向度試題。而探討出學生錯誤成因之後訪談兩位任課教師，探究其學習過程與造成錯誤的原因及學生之學習困難。 本研究之研究結果如下： 1. 學生學習向量課程後所具備之向量能力四大向度分別為瞭解、詮釋及轉換向量表徵；瞭解向量的定義與其性質；能操作、理解向量之運算並瞭解向量之幾何意義；瞭解內積之幾何意義並計算向量之內積。 2. 部分學生會將位移向量與方向向量之意義產生混淆。 3. 在本研究中發現有部分學生將一向量的單位向量視為其本身。 4. 部分學生認為兩向量平行且反向的情況下不存在夾角。 5. 當兩向量的始點未重合的時候，部分學生仍然將兩向量的終點連線進行向量加法。 6. 本研究中發現部分學生認為兩個向量若為平行，則不可做內積。Item 探究動畫為主的遺傳學課程對學生認知負荷與學習成效之影響(2011) 楊淇; Chyi Yang本研究主要目的為探究動畫為主的遺傳學課程對學生認知負荷與學習成效之影響。動畫課程的內容以遺傳學中的三個抽象概念為主，動畫設計根據認知負荷理論中能降低學習者在學習過程中產生之認知負荷的原則，欲透過動畫課程來提升學習者之學習成效。受試者為台灣北部地區279位七年級學生以隨機分組方式分為三組接受不同型式之遺傳學課程，其中97位學生參與靜態圖片的遺傳學課程，93位學生參與自控程度高的動畫遺傳學課程，89位學生參與自控程度低的動畫遺傳學課程。學生的學習成效以遺傳學概念測驗、遺傳學課程認知負荷自評量表、對生物學的態度量表與結構性訪談進行評量。研究結果指出：(1)提供學習者調控動畫撥放的拖曳軸能夠藉由提升學習者在動畫撥放的自我控制程度來有效降低學習者的認知負荷。(2)自控程度高的動畫課程組之學習者在遺傳學概念測驗的問答題中表現較靜態圖片組與自控程度低的動畫組好。(3)學習者感受到的認知負荷與學習成效呈現負相關。Item 探討高中生內隱態度與知識吸收之關係－以核能與綠能為例(2013) 林永在; LIN YUNG-TSAI在日常生活中，學習者面臨社會性科學議題(socio-scientific issues)時，如何進行科學的、客觀的思考與決策，一直是科學教育領域視為重要的課題之一。在社會性科學議題的思考決策歷程中，非制式推理(informal reasoning)扮演了重要的角色。相較於科學制式推理思考據有明確的主題、前提、與結論，非制式推理思考面臨的問題多半是具有高度複雜性與爭議性。因此，許多學者指出， “立場”與 “態度”在非制式推理思考歷程扮演重要的角色。雖然態度是影響決策的重要因素之一，但甚少研究述及在面臨社會性科學議題時，學習者該議題的知識與態度間的關聯。若學習者的態度與知識間具有相關性，教師在面臨社會性科學議題時，將更須警覺，應提供客觀的資訊建構學習者的知識，以幫助學習者建立客觀的態度，進行非制式推理思考。 本研究分成數個階段來釐清在核能與綠能的社會性科學議題中，態度與知識的關聯。 首先(研究一)，本研究發展內隱態度測驗(Implicit Association Test)，評估學習者的態度。根據學習者的內隱態度(implicit attitude)，我們區分學習者為偏好核能組，以及偏好綠能組。 其次(研究二)，本研究評估內隱態度與認知結構間的關係，實驗結果顯示偏好核能組與偏好綠能組在認知結構的分析上無異。 第三(研究三)，本研究評估內隱態度分組與知識品質(訊息處理策略)間的關係，實驗顯示兩組並無顯著差異。 第四(研究四)，本研究評估內隱態度與批判性知識間的關係，發現偏好核能組有較高的核能優點知識與綠能缺點知識，相對的，偏好綠能組有較高的綠能優點知識與核能缺點知識。 研究四已顯示批判性知識與內隱態度間具有關係。研究五進一步試著釐清內隱態度與批判性知識間的關係，發現內隱態度會隨著批判性知識增加而改變。 本研究更進一步分析內隱態度改變與增加的批判性知識間的關係(研究六)，學習者依據態度改變情形區分為趨向核能組與趨向綠能組，實驗顯示態度趨向核能組，增加較多核能優點知識與綠能缺點知識，相對的，態度趨向綠能組增加較多綠能優點知識與核能缺點知識，其中，各組的 “反方立場缺點知識” 的影響似乎遠高於 “己方立場優點知識”。 本研究結果顯示內隱態度與吸收批判性知識兩者之間有關。此外，學習者對核能-綠能議題的態度的改變與吸收反方立場缺點有關。教師提供社會性科學議題訓練學習者推理、決策思考的歷程中，或許應注意提供訊息的客觀性與完整性。Item 探討動靜態圖對於八年級學生學習X-t與V-t圖的影響(2011) 劉長庚; Chang-keng Liu中學生對於「直線運動」的基本概念是相當模糊，亦容易混淆位移、速度、加速度這些物理量代表的意義，而造成學生學習困難的原因，很可能是因為學生在學習這些物理量，特別是位移、速度與加速度間的轉換時，需要同時運用大量的工作記憶以進行概念暫存、概念轉換等心智活動。近年來，數位學習領域的研究顯示，動態呈現方式有助於學生降低認知負荷。研究者認為，若教學者將位移、速度、加速度等相關物理量以動態的方式呈現，很可能可以有效降低學習者認知負荷，並提升學習成效。本研究的目的即在於利用心智負荷量表與心智努力量表評估學習者使用動態或靜態呈現方式學習X-t圖與V-t圖時的心智狀態，並與學習成就比對，以探討動態與靜態學習方式對不同先備知識程度的學習者在學習成就及心智狀態的差異。希冀研究結果能提供教育實務上，有關如何幫助學生進行更有效的學習X-t圖與V-t圖的相關資訊。 本研究發現(1)動態圖形確實可以幫助學習者學習（F(1,153)＝8.911，p＝.003，f＝0.24）。如果以先備知識程度將學生分組，則發現動態圖形學習對高先備知識學習者效果最佳(d＝0.44)，低先備知識次之(d＝0.26)，對於中等先備知識學習者效果最小（d＝0.10）。(2)動態或靜態的呈現方式對學習者的學習興趣則沒顯著影響（t(1,153)＝-1.93， p＝.055，d＝0.31）。（3）動態圖形確實可以有效的降低學習者的心智負荷（t(1,153)＝-7.75， p＝.000，d＝1.25），並(4)降低學習者的心智努力（t(1,153)＝-2.82， p＝.006，d＝0.45），顯示學習者可以使用更少的心智努力就可以達到一樣甚至更佳的學習成就。 最後，我們利用迴歸分析發現動態圖形與靜態圖形的學習方式，對學習者的學習成就有不同的影響，動靜態呈現方式在學習成就的方程式分別為： 靜態：學習成就＝0.526×先備知識-0.374×心智負荷+0.221×心智努力 動態：學習成就＝0.594×先備知識-0.192×心智努力 由上方可知靜態圖學習組學習者的學習成就為先備知識輔以較低的心智負荷，與學習者付出心智努力，這個結果似乎與符合我們的預期。但是使用動態圖形學習時，卻變成先備知識然後少量的心智努力，顯示心智負荷不再是影響學習成就的重要因素，且學習者僅需要付出少許量的心智努力。Item 等量公理概念層次工具之開發(2012) 顏啟哲; YEN, CHI-CHE本研究對等量公理進行概念分析，探討等量公理所包含的概念成份及成份間的關係，並據此提出等量公理的概念結構，發展等量公理概念的層次性，最後嘗試建立評量學生對等量公理層次瞭解的工具。 本研究採用文獻分析法與調查研究法，進行方式是透過對所蒐集文獻的分析，以及使用自行開發的題目，並採用蓋特曼量表的理念對等量公理作層次性的評量。本研究的研究對象是以便利取樣選取台北市某國中七年級的五個班級，合計共安排159名學生進行調查。 研究分析的結果顯示，等量公理包含了「相等概念」與「等量操作」兩種概念，且等量公理的概念內涵具有層次性，由低至高的順序分別為：（一）相等概念；（二）等量公理基本理解；（三）等量公理交叉應用。 據本研究所蒐集的資料，有證據顯示，通過第一層的學生約為76.73%；通過第一層與第二層的學生約32.08%；通過第一、第二和第三層的學生約18.88%，而符合蓋特曼量表之常態表現的學生佔全體總數88.68%。 研究結果部分顯示，本研究題目可作為初步判別學生對等量公理概念瞭解程度的依據，故此份題目可提供教師作為教授等量公理課程時，判斷學生在學習上的差異，藉以發現學生在等量公理之學習狀況進行更深入的瞭解，並對於學習狀況較不足的學生，進行補救教學設計之依據。 關鍵字：等量公理、相等概念、等量公理基本理解、等量公理交叉應用、等量公理概念層次Item 探究國一學生對生物課程的學習興趣、學習動機與學業成就間之關連(2011) 童鈺能究旨在探討國一學生在生物科的學習興趣、學習動機與學習成就間的關連。應用修改自傅淑卿（2008）的背景資料問卷16題、Yang等人（2010）設計的學習動機問卷81題與研究者開發的生物科興趣問卷68題為工具，對297位臺灣北部縣市國一學生進行調查研究。所收集資料以敘述性統計、項目分析、因素分析、信度分析、皮爾森積差相關、單因子變異數分析與t考驗加以分析。結果發現，學生對生物科主題內容感興趣的高低依次是：化石紀錄與演化、環境保育、科技與社會、科學故事、食物與生態、人體構造與生理、 構造與分類階層、植物構造與生理（α＝.98）。在生物科過程技能興趣高低次序是：實驗操作與推理、記錄與傳達（α＝.96）。在動機分量上得分高低依次是：學習目標、付出、自覺媒介、本質、成就、實用/外在、未來期許、自覺能力、討他人歡心、表現目標、自覺難度與性別（α＝.98）。學生的學業成就與生物科主題內容、過程技能興趣的相關係數r分別為.21、.22；與學習動機的相關係數 r為.19，r值均達顯著差異。學生生物科主題內容興趣受家中藏書量、父母學歷、做功課時間與選擇實驗的傾向有不同的影響。生物科過程技能興趣受到家中藏書量、父母學歷、做功課時間、每週上網時間數與選擇實驗的傾向有不同的影響。學習動機受到性別、家庭收入、家中藏書量、.父母學歷、做功課時間、上網時間與實驗傾向有不同的影響。Item 以方案改變理論來檢視高瞻計畫中教師專業發展的途徑—以三所學校為例(2011) 卓靜宜; Ching-yi Cho本研究試著探究高瞻計畫中的教師專業發展途徑以及影響因素，因此應用Weiss提出之方案改變理論，以三所參與高瞻計畫之學校進行文件分析以及訪談，藉以瞭解教師參與此計畫的實際專業發展歷程。本研究先以文件分析的方式來建立方案改變理論，設計訪談問題，並至研究學校先後對17位參與教師進行訪談，由訪談資料來分析方案中的教師專業發展。 本研究依照質性資料分析可得以下結論： 一、在方案中教師專業發展的途徑可歸納出四個階段，分別為摸索與規劃、同儕交流與尋求專家、應用習得知識與技能於教學，維持習得的知識與技能。 （一）摸索與規劃的階段主要活動為擬訂計畫與團隊協調分工 （二）同儕交流與尋求專家的階段主要活動為由計畫成員間的相互交流，並透過會議協調工作、尋求專業或科教專家以及參與研習 （三）應用習得知識與技能於教學階段為發展符合學生的背景的課程以及在課程中教學模式的突破 （四）教師透過將發展教材融入一般課程或推廣活動來維持執行方案中所習得的知識與技能 二、專業學習社群的領導型態影響了教師專業發展在初期計畫擬訂與成員的組織，而專業學習社群中團隊合作的形式有助於打破教師間的孤島文化進而提升專業發展的成效 （一）專業學習社群的領導型態影響教師專業發展在初期計畫擬訂與成員的組織 （二）專業學習社群中團隊合作的形式增強了教師同儕間的連結與交流 三、教師的自我瞭解促進了教師對自我角色與功能的認定並促使教師進行專業發展與突破教學模式 （一）教師瞭解到自身的不足進而願意持續學習進行專業發展 （二）教師瞭解到自己應該是課堂中的引導者因而突破教學模式