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 Implementing Bayes' Theorem to Analyze Interactive Web-Based Scientific Inquiry Assessments: Inquiring Time-Temperature Graph on Atmospheric Climate Change Issue(2023) Dadan Sumardani; Dadan SumardaninoneItem 透過發展科學探究測驗分析學生的探究思考形式(2023) 林依瑩; Lin, Yi-Ying十二年國教自然科學課程綱要中提出以「探究與實作」為貫穿各學習階段且整合各學科內容 的核心素養，於是本研究決定發展出以思考智能為主的探究式試題，融入蠟燭燃燒的情境脈 絡，來分析高中生們針對探究式試題的回應，了解其在探究各階段的思考形式，並探討學生們 的科學認識信念與探究思考表現的關係。本研究的研究問題有以下四個:一、此蠟燭燃燒探究試題包含哪些面向，可反應出哪些思考形式? 二、學生們在回答探究試題時，產生了哪些回應類別和思考形式? 三、學生們的科學認識信念的形式為何? 四、學生們的探究測驗表現和其認識信念是否有關。本探究式試題結合探究階段和科學思考形式後，包含以下的思辨形式:「觀察解釋」、「發 現問題」、「運用科學知識提出現象解釋」、「提出假設」、「分辨變項」、「控制變項」、「分析或解 釋資料」、「評估證據的一致性」、「建立解釋理論/建模」等 ，基於以上的思辨模式，結合蠟燭 燃燒情境初步定題後再和探究與實作的專家一起討論最終完成定題，呈現出完整的探究試題。 測驗發展完成後，由研究者設計的探究式試題進行施測，共約 300 位學生參與，並在施測後以 「科學認識辯證信念問卷」來偵測學生們的科學認識信念，近一步探討學生的探究表現和科學認 識信念的相關性。本研究的探究試題的思考形式著重於和科學教育最相關的科學推理與科學辯證。研究結果 顯示，針對科學思考形式，學生在「觀察解釋」中得分最高，在「控制變因」、「整合理論和數據 進行辯證」和「批判反思」得分皆較低。在科學認識辯證信念問卷中，學生得分較高的是「科學知 識發展信念」面向，而學生的探究表現會受到其科學認識信念所影響，與普遍認同的「科學知識 發展信念」達到顯著正相關，但與普遍較不認同的「科學知識確定信念」達到顯著負相關。本探究試題採線上測驗，雖然已包含四個高中部分班級的樣本，但期許之後能有更大規模 資料的收集和分析，擴大到整個年級或是整個高中，才能做更廣泛的推論。Item 科學社團探究式教學對學生探究能力與學習動機之影響(2019) 張元馨; Chang, Yuan-Hsin科學探究式課程著重於引導學生發現問題並培養學生解決問題的能力，是十二年國教自然科學領域所著墨的教育重點。本研究旨於探討科學社團探究式教學對學生探究能力培養的成效，以及探討探究式教學對學生科學學習動機的影響。 研究對象為新北市某國中一、二年級學生共58名，實施為期16週的科學社團探究式課程。學生在教學實驗前後填寫「探究能力問卷」、「學生科學學習動機量表」和「開放式問卷」；研究者使用「教師評定學生探究能力檢核表」檢核學生每週上課學習單。綜合量化與質性資料評估學生探究能力與學習動機的變化情形。 研究結果顯示，大部分的學生會選擇參加科學社團是因為社團有動手操作實驗的機會，也有部分學生覺得科學很有趣才選填此社團。學生喜歡科學實驗，但是對於想要成為科學家或從事科學相關工作的意願非常低。七年級學生在上課之前對「科學」幾乎沒有概念，但是在課程結束後已形成初步慨念，認為科學是實驗、是大自然定理；而八年級學生在上課前已經知道科學是實驗、是大自然定理，課程結束後認為科學是研究大自然的工具也是解決問題的方法。無論是七年級或八年級學生，在課程前對於「科學方法」幾乎沒有概念，課程後則有顯著的改變。 本研究好奇科學社團探究式教學對學生探究能力的影響，以「探究能力問卷」檢測探究能力的改變情形。結果顯示學生在「觀察與紀錄」、「收集資料」、「比較與分類」和「研判與推理」方面有明顯進步，而「歸納與統整」和「傳達」方面則有顯著進步，也就是說科學社團探究式教學對於學生在統整科學知識與表達溝通上是有明顯幫助的。 以「學生科學學習動機量表」檢測科學社團探究式教學對學生科學學習動機的影響。結果顯示，除「學習環境誘因」分數降低之外，其餘分數皆有明顯增加，其中「成就目標」達顯著差異。也就是說，雖然學生在學習過程中感受到來自於教師的壓力，但是在科學活動當中，學生能藉由對於學習任務的挑戰來滿足自己的成就感。 在學生探究能力評估部分，以「教師評定學生探究能力檢核表」檢核學生「科學探究學習單」內容以了解學生探究能力的改變情形。研究結果如下：在「探究問題的形成」部分，隨著探究課程課堂數的增加，學生形成探究問題的能力也逐漸增加，雖然在前兩次探究課程沒有看出顯著改變，但是在課程結束時已有顯著進步。學生在「探究實驗的設計」上，能力隨著探究課程課堂數的增加逐漸增加，雖然在前三次的課程沒有顯著改變，但是能力逐漸提升，一直要到最後一次的課程，學生的實驗設計能力才有顯著提升。而學生在「數據的蒐集與呈現」和「分析與詮釋結果」的能力有顯著的進步。 綜上所述，我們可以說科學社團能有效提升學生的科學學習動機及探究能力。科學社團提供學生更多探究與實作的機會，學生有機會在課程中學習以科學家的方式探索世界。Item 探討數位學習環境中學生科學探究歷程和學習策略-總計畫（Ⅲ）(行政院國家科學委員會, 2011-07-31) 吳心楷; 許瑛玿; 黃福坤本縱向研究旨在檢視科技導入學習模組對學生探究能力的影響，並在為期兩年的研究 中與對照組進行比對。我們根據5E 學習環發展了三套學習模組，主題分別為四季、環境議 題及空氣污染。每套模組課程約為10-12 堂課，並在不同的學期進行實施。探究組共有24 名七年級學生，全程參與三種科技導入學習模組；另外，對照組是27 名七年級學生在兩年 內接受傳統教學法。為了追蹤學生的探究能力表現，我們發展了一個測驗工具來評量學生的 提問、計畫、分析及建模能力。結果顯示，探究組在設計可行的實驗流程、辨別數據、使用 科學規則或概念來詮釋數據、描述變因之間的因果關係及透過綜合數種關係建構模式的等能 力顯著優於對照組的表現。經分析這些學習模組的教學設計，發現能顯著增進學生探究能力 的教學設計要素為多重表徵共同作用、漸進增加複雜性、綜合各種鷹架、透過POE 環進行 預測。Item 探討內嵌多層次評量的科技導入探究式學習環境之影 響面向(行政院國家科學委員會, 2015-07-31) 吳心楷; 許瑛玿; 陳志銘; 張文華; 張欣怡本整合型計畫為了能夠以評量來回饋教學設計和達成課程綱要的能力指標的程度，試圖內嵌多層次多面向線上評量於科技導入探究式學習環境來提昇學生科學探究能力和學科知識。將針對學習目標來形塑高品質的探究式學習環境，從課程內容、教學策略、學習活動、評量方式和科技使用等方面考慮如何輔助學生進行科學探究。總計劃乃針對研究進程與教師培訓進行規劃，協調三個子計畫的產出和相互間的合作關係。子計畫一著重於探究教學模組的設計、子計畫二著重於評量的研發、子計畫三致力於建置網路平台來管理和記錄探究式合作學習的歷程。本整合型計畫為期兩年八個月，前八個以發展教學模組、教師培訓模組、評量工具和網路平台為主，第二年以教師培訓和教學實驗為主，第三年以大規模教師培訓和推廣為主。為能探討影響教師實施內嵌多層次評量於科技導入探究式教學的因素，總計畫發展兩項問卷調查「教師科學知識論」和 「教師對探究式教學與評量研習的滿意度」，並晤談合作教師採行探究教學模組與評量的困難所在，據此提出未來教師培訓與教學模組推廣的具體建議。子計畫一針對九年一貫課綱中國中九年級地球科學的4單元：氣象觀測（4節）、板塊學說（4節）、四季（4節）和潮汐（4節）的內容，搭配實驗能力和解釋能力兩項來設計探究教學模組，將透過分析立即性評量（學習單的填答情形）來回饋教學模組的調整和修改，以及探討教學模組如何協助學生發展多面向的科學知能（知識、探究能力和科學知識觀）。子計畫二針對不同的教學模組，發展多層次多面向的評量，分析並比較學生在不同層次、不同單元的評量表現情形，以及探討影響學生在不同層次、不同單元的評量表現之可能因素。子計畫三發展「具支援多層次評量之網路探究式學習系統」平台，輔助學習者透過網路進行科學探究學習，利用基因演算法(genetic algorithm)發展基於同時考量科學探究能力、社會網路互動、學習角色互補與衝突之最佳化網路探究式合作學習分組策略，以支援提升網路探究合作學習成效，第三年將嘗試延伸發展為可支援行動網路探究學習之平台，以雲端架構實現可同時提供桌上型電腦網頁介面與行動裝置App介面之高運算效能同步學習服務。本整合型計畫成果可提供與課室教學密切連結的有效資訊，以作為評估教育改革成效的參考。Item 科學探究活動中國小五年級學童科學解釋能力及實務 認識論之研究(2006-12-01) 吳佳蓮; 吳心楷本研究目的是要探討國小五年級學生在科學探究活動中，科學解釋能力的成長情 形，分析學生在科學探究活動中所呈現的實務認識論，進而討論學生在進行探究活動中 學生所持有的實務認識論和解釋能力間的關係。實務認識論是指學生在探究活動中建構 自己的科學知識時所應用的認識論想法。資料分析結果顯示，在經過探究活動後，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。在學生的實務認識論方面，二十三位焦點學生中， 只有九位學生所持有的實務認識論為實證主義的認識論，其他學生的實務認識論皆是同 時混合實證與建構主義的認識論。在科學解釋能力與認識論的關係方面，學生的實務認 識論若為混合認識論則指出變數間的關係、產生解釋的推理過程的能力和提出證據支持 主張的進步較實證主義觀點的學生為大。另外，根據教室活動的分析發現學生指出變數 間的關係、產生解釋的推理過程和提出證據支持主張的能力和他們所呈現的實務認識論 有相關性。Item 科學探究過程中的科學推理(臺北市立大學科學教育中心, 2010-01-26) 吳百興; 張耀云; 吳心楷本文旨在回顧探究活動與科學推理相關文章，分析科學推理在探究活動過程中所扮演的角色，期能重新檢視探究活動過程裡學習者學習科學的情形。透過文獻的回顧，統整學習者在探究過程的各個階段中常見的挑戰與困難，例如：學習者無法提出探究問題、沒有適當地控制變因、無法由數據中推論出變因間的關係、無法由證據發展合乎邏輯的論證等，以致影響探究過程中對科學概念理解的建構，並嘗試針對這些困難整理出科學推理過程中常用的策略，包括：提出以理論導向的假說、控制變因的策略、證據導向的評估策略與整合證據與理論四個策略，以作為師生在科學探究活動中教學與學習的參考。