理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。
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Item 素養導向下的數學解題研究:眼動追蹤分析試題類型與作答時間的影響(2025) 宋承彧; Sung, Cheng-Yu素養題是台灣課綱中的一個重點導向,旨在培養學生的知識、態度及跨領域解決問題的能力,並促使他們將知識與生活情境整合應用,進而提升素養能力。素養的融入,有助於學生了解數學在生活中實際的應用,提升他們學習數學的動機。然而,過多的文字是否會加重學生的認知負荷,進而影響他們問題解決的能力?因此,有必要探討數學素養題中融入情境對學生的影響。此外,若給予較長的時間,是否能改善學生作答素養題的表現,也是本研究的另一個重點。本研究將分析素養導向(數學素養題與非數學素養題)與作答時間(短時間五分鐘與長時間十分鐘)兩個變項,將學生分為四組,並透過分析每組學生的眼動軌跡及解題歷程,探討素養導向試題與作答時間差異對學生數學題解題表現與解題歷程的影響。因此本研究招募113學年度臺灣北部的76位九年級普通班學生,藉由眼動儀與手寫板分析學生的閱讀歷程與解題歷程,並使用二因子變異數分析與t-test探討素養導向與作答時間對學生的解題表現、閱讀歷程與認知負荷的影響。研究發現素養導向對於學生在題目的解題關鍵文字的眼動指標有顯著影響,但對解題關鍵圖片的眼動指標沒有顯著影響;此外,素養導向與作答時間對於學生的作答分數與認知負荷皆無顯著影響。最後,討論研究結果以及背後意涵,並將閱讀歷程可視化,比較低解題表現與高解題表現學生的解題歷程,根據研究結果給予數學素養題對於教育上的建議,以及探討學生面對素養題時面臨的最大困難點。Item 利用眼球追蹤技術分析高中學生能力導向問題解決之表現與視覺注意力之關係(2025) 林明顯; Lin, Ming-Hsien本研究參考十二年國民基本教育課程綱要中的學習表現項目及PISA 2025的評量架構,設計出數位互動且跨域的探究情境題組,共15道試題,滿分為17分。依據探究實作的學習表現,本研究將測驗內容分為四大面向,包含「觀察與定題(o)」、「計畫與執行(e)」、「分析與發現(a)」與「討論與傳達(c)」。施測對象為修習過探究與實作課程之35名高中二年級學生,受試者於線上數位平台上進行測驗,在作答的同時,利用Tobii 4C眼動儀收取受試者在作答時的眼動資料,然後依據不同的學習表現進行分組,最後使用重複測量單因子相依變異數分析(Repeated Measured ANOVA)歸納學生在不同能力導向問題解決表現的趨勢;以皮爾森相關(Pearson Correlation)分析不同能力導向問題解決表現與視覺注意力的關係。研究結果顯示,學生受測最高分為15分,最低分為4.5分,平均分數為9.6分,標準差為2.9分。進一步分析不同題型之表現結果顯示,學生的討論與傳達(c)表現最好,計畫與執行(e)表現最差。而與PISA 2025的評量架構的能力項目對應後,可知學生具有「以科學的角度解釋現象」的能力,但是較缺乏「建構和評估科學的探究活動,並批判性地詮釋科學數據與證據」。於解題過程中,學生在分析與發現(a)題型上的的注意力分配最多,也呈現最多處理、整合訊息的時間;在討論與傳達(c)的面向上,初步文字理解的時間最長;在計畫與執行(e)題型上的的平均凝視時間最高。各問題解決面向的總分與AOI眼動的相關分析結果顯示,觀察與定題(o)得分與錯誤選項的凝視時間百分比相關、計畫與執行(e)得分與正確選項上的掃視時間有關;分析與發現(a)得分與在問答題上的總花費時間及掃視時間有關;討論與傳達(c)總分則與圖表上的凝視時間百分比、再次造訪凝視時間、總凝視時間、總花費時間、掃視時間等眼動指標有關。Item 以解決問題為導向之運算思維到程式設計教學研究(2022) 楊喻文; Yang, Yu-Wen運算思維被認為是現代學習者必須獲得與發展的問題解決技能,而且程式設計也正影響著幾乎所有學科的研究。本研究探討從運算思維到程式設計的養成策略,先發展學生運算思維,再進行程式設計學習,以幫助學生培養程式設計解決問題的能力,以及對於學生問題解決能力之影響。實驗對象為國中七年級學生共8個班級,並以班級為單位隨機安排4個班為控制組與4個班實驗組。控制組為運算思維發展與程式設計練習交錯學習共10週,實驗組為先發展運算思維5週,再練習程式設計5週。控制組與實驗組在實驗結束後皆會分別進行後測,以了解不同的教學策略對於學習成效之影響。研究結果顯示,兩種教學策略皆能培養學生之運算思維與問題解決能力,但從運算思維到程式設計之教學策略較能讓學生專注於程式設計問題解決的學習,學生的學習表現也會比較好。除此之外,先培養運算思維,再培養程式設計之學習策略相較於交錯學習運算思維與程式設計之教學策略,較可以維持學生之學習興趣。Item 眼球追蹤技術在幾何教育的應用與限制(台灣數學教育學會、國立臺灣師範大學數學系共同發行, 2019-10-??) 吳昭容; Chao-Jung Wu幾何是高度依賴視覺的學科。了解人們在幾何任務中如何運用視覺資訊,將有助於幾何教育。本文首先簡介了眼球追蹤技術的原理與指標,其次說明15 篇幾何眼動文獻的搜尋方式,接著將期刊論文分成四個主題加以回顧,包括幾何解題與論證、閱讀與學習、口語解碼與媒體設計,以及眼動楷模。每篇文獻回顧了研究法、認知作業與材料、實驗程序,以及研究發現。本文在最後的結論與建議一節,除了從受試者特性、認知作業、幾何材料、眼動儀型態,與眼動指標的選擇來總結這些文獻,也指出眼球追蹤技術目前應用在幾何教育上的限制與突破的方式,同時也展望幾何眼動研究未來值得探究的主題。Item 以眼球追蹤技術分析國中學生生物試題之閱讀與理解(2013) 江家綺標準化紙筆測驗是台灣學生的學習及升學過程中,主要的評量工具,因此,了解學生在解決標準化試題時的閱讀歷程,以及此歷程與解題成就間是否存在著關係,可以讓我們進一步推論學生的問題解決策略。本研究根據布魯姆認知分類修訂版架構,分析生物基測試題,選出代表題型後,進行成就測驗,在學生解題同時,利用眼球追蹤技術,紀錄國一學生解決試題時的閱讀歷程。眼球追蹤資料經過統整後,使用SPSS 19軟體進行歷程分析。此外,依據試題測驗結果的分為高低兩組,進行描述性統計、成對樣本T考驗、同質性檢定與單因子變異數分析(ANOVA)。 結果發現,學生在解決布魯姆認知分類架構下較高階或有圖的試題時,需花費較多的凝視時間及總凝視點數,這表示學生需花費較長的訊息處理歷程來解決這些問題,進一步的相關分析發現,除了了解-敘述題型外,學生在不同題型上的測驗成績與閱讀歷程大致呈正相關,顯示訊息處理時間長短會影響作答結果。而高低組學生的差一分析指出,高分組學生在解題時會將較多的注意力分配於試題中解題資訊所在;此外,高分組的學生通常也會有較多的交互閱讀及回視次數,這表示高分組學生在解決試題時,有較多整合題目所給予的資訊的過程,而這些過程皆可以幫助學生正確解決問題。Item 以眼球追蹤法分析國中數學幾何試題的解題歷程(2018) 闕妤安; Chueh, Yu-An為能瞭解不同數學幾何學習經驗的學生如何解題,本研究以Usiskin在1982年發展的Van Hiele幾何思考層次測驗做為前測問卷,以得知學生之先備幾何能力與經驗,透過眼球追蹤技術可以瞭解各區閱讀比重情況,以探究不同幾何能力學生的解題歷程。本研究以28位非理工科大學生為受試者,蒐集其解決數學幾何問題時的眼動資料,隨後進行晤談。結果發現,(1)區域內閱讀時間百分比(PTSZ)而言,「幾何圖形與尺規作圖」中,幾何思考層次較高的學生因對於幾何性質更為清楚明確,相對分配較少時間處理選項區域內的訊息,在「三角形的基本性質」單元中,幾何思考層次較高的者,分配較多時間在求解標的與附圖中所提供的線索,「相似形」、「圓」和「幾何與證明」,幾何思考達第三層次的學生通常花時間在問題及題幹區域百分比較高。高思考層次組較能在解題過程中,分配較多時間在解題資訊所在之處。(2)區域內首次閱讀凝視時間(FPFDZ)而言,幾何思考層次較高的學生,會花較多時間在關鍵資訊上建構問題表徵。(3)區域內總凝視時間(TFDZ)而言,整體而論,高幾何思考的學生,會花較多時間在處理附圖區域的資訊。(4)圖文交互閱讀次數和回視而言,在「圓」單元中,低思考層次者嘗試在問題和正解返回題幹區域間搜尋相關線索的交互閱讀次數較高思考層次者多,且從正解回視問題區域的次數明顯多於高思考層次者,表低思考層次者可能因對於圓的幾何性質不熟悉,需反覆確認及搜尋題目所提供的線索,此過程中亦可能對於題幹中的資訊仍有部分尚未理解。(5)此結果部分與過去研究相符,論文最後提供此研究對於數學教學上的建議。Item 初探擴增實境解謎遊戲之建置與可行性−以高中自然科學領域為例(2018) 張道依; Chang, Tao-Yi近年來科技融入教育的發展與應用蓬勃。其中數位遊戲式學習(Digital game based learning),是指數位遊戲為平台來進行學習,學習者可以在遊戲中經由模擬操作,反思和調整問題解決策略來解決遊戲任務。本研究之目的是希望透過建置一套擴增實境解謎遊戲,藉由遊戲元素進行趣味化情境式學習,並利用學生參與遊戲活動的過程中學習合作技巧,以提升學生適應未來生活並同時在過程中獲得成就感,促進學習者的學習動機,發展更進一步的精熟學習。然而,為了使數位遊戲式學習能夠提高學習動機,在設計數位教育遊戲內容時,還需兼顧遊戲性與教育性,因此在本研究的遊戲設計為問題解決的遊戲類型,同時融合了擴增實境與Beacon藍芽定位等技術,學科知識橫跨生物、化學、數學等領域。本研究針對此擴增實境解謎遊戲之建置過程與可行性進行討論分析,包含第一次施測、改良、再施測。受試者為嘉義地區的高中學生。問卷統計方法使用獨立樣本 t 檢測及單因子共變數分析。根據研究結果顯示受試者於性別、年級、先備知識等三個不同背景變項對於擴增實境解謎遊戲實施的可行性均無顯著差異。受試者在使用意願、學習態度、喜愛程度等構面上,於不受不同性別、不同年級、不同先備知識等背景變項亦無顯著差異。Item 探究影響高一學生地科遷移測驗表現之相關因子(2011) 詹京燁; Jing-Ye Jhan我國教育部於國中自然與生活科技領域及高中地球科學課程大綱分別訂定:「學生能應用所學於當前或未來的生活」、「學生能瞭解並初步應用地球科學的概念與法則」,而學生能有效應用所學於新情境中則賴於學習遷移,故學生的學習遷移表現為研究者所關心,依此本研究設計地球科學遷移測驗,並探討哪些為遷移測驗重要的影響因子?又阻礙遷移測驗表現的因子為何?其衍生的目的為:(一)探究影響高一學生在地球科學遷移測驗表現的相關因子。(二)依遷移測驗的表現將學生分群,用以探討各因子在不同類型學生間的差異。(三)觀察機械學習(記誦式的學習方式)是否為阻礙遷移發生的因素。 依研究目的自行發展三項測驗工具與使用兩項測驗工具,分別為「先備知識測驗」、「一般情境測驗」、「遷移情境測驗」、「地球科學段考」與「瑞文氏高級圖形推理測驗」,其中「一般情境測驗」之試題情境與我國中學地球科學教材內容類似(如月球對地表海水之引潮力>太陽對地表海水之引潮力),「遷移情境測驗」則與教材情境迥異(如太陽對地表海水之引潮力>月球對地表海水之引潮力)。研究對象為台南市某公立高中一年級學生(n=186),以Pearson相關、多元迴歸及魏氏考驗為分析方法,並以「遷移情境測驗」得分為依變項,另四項測驗得分為「自變項」,研究結果如下: (一)研究發現「一般情境測驗」最能影響學生於「遷移情境測驗」的表現且達高度效果量。 (二)「一般情境測驗」與「遷移情境測驗」得分皆高於全體平均分數的學生,其另三項測驗的表現皆最佳;而相反的另一群學生在另三項測驗表現皆最差。 (三)研究發現部分學生於已習過相關概念的試題中,因機械學習而阻礙了遷移的發生,而尚未學習過相關概念的試題則無此現象。Item 運用線上測驗評估電腦輔助教學成效(2006) 陳怡君; Yi-Chun Chen本研究旨在編製以土石流為主題的線上「領域特定知識測驗」(Domain-Specific Knowledge Test, DSKT)、「推理能力測驗」(Reasoning Skills Test, RST)及「態度測驗」(Attitudes Test, AT),藉由此三項測驗及由半結構式晤談編碼轉換的後設認知量化資料和質性資料,探討學生在「以問題解決為基礎之土石流CAI電腦輔助教學軟體」(董家莒、張俊彥,1999)課程後之學習成效。 研究設計採準實驗研究法,以彰化縣某國立高中一年級地球科學之學生為研究對象(n=36)。學生在接受「DSKT」、「RST」、「AT」線上測驗前測後,研究者選取班上一半人數(n=20)且男女各半進行前晤談,之後才進行「以問題解決為基礎之土石流CAI電腦輔助教學軟體」課程,課程結束後隔週再次進行「DSKT」、「RST」、「AT」線上測驗後測,在後測後同樣選取之前晤談的學生進行課程後晤談。在蒐集研究資料後,以敘述性統計(descriptive statistics)、皮爾遜積差相關(Pearson product-moment correlation)、相依樣本t考驗(paired samples t-test)、單因子變異數分析(one-way analysis of variance, ANOVA)等統計方法,描述「量」方面的研究結果,並輔以「質」的資料,作出適切的討論。研究結果顯示: 1.DSKT、RST、AT前測皆與總分成中至高度顯著相關,但彼此之間相關性為低度且未達顯著。意謂DSK、RS、AT可能分別代表問題解決不同的三個分量,且與先前的研究符合,因此未來在地球科學上的問題解決能力,應該可以藉由學生在DSK、RS、AT的線上測驗表現來代表。 2.經歷過CAI土石流電腦輔助課程的全部學生,在領域特定知識有顯著的提升,且達到大的效果量,而全體學生的推理能力與態度沒有達到統計上的顯著進步或退步。女生比男生容易藉由此課程及該授課方式提升推理能力,並達到中至大的實際顯著程度。但無論在DSKT、RST、AT線上測驗的前測、後測及後設認知或第一次段考成績上,沒有存在顯著的男女間差異。 3.前測中,DSKT與RST相關性很小且未達到顯著,但在後測表現上達顯著的中至高度正相關,代表在課程後在領域特定知識上表現較好的學生,在推理能力的問題上也能獲得較好的表現,意即提升領域特定知識的同時,推理能力後測的表現亦同時提升。 4.RST成效(後測與前測差值)與後測之DSKT、RST、AT三分項測驗皆呈中至高度的顯著相關,代表在DSK、RS、AT後測表現較好的學生在推理能力上也有較好的學習成效。 5.本研究使用晤談法,以學生對整個學習過程(包含前後測及課程)之反思作為分析後設認知表現的依據,分析晤談內容後發現,「指標N1正向且具體回饋的次數」越多,則在「指標N2 無概念或態度取向的非具體回答回饋次數」及「指標N2 無法說明或負面回饋次數」越少,此結果代表高後設認知能力者,較不會回答負面或無概念及態度取向的回答,而後設認知表現較差者(即無法說明或負面回饋次數多),在無概念及態度取向回答的次數也較多,其間有顯著正相關的關係存在。 6.後設認知指標表現愈佳的學生在RST無論是前測或後測愈能有好的表現,其間相關達顯著高度正相關,相對的,後設認知指標表現愈差者在RST前測、後測表現上也表現愈差,且RST成效(後測與前測差值)也愈低,達中至高度的顯著相關。除了在後設認知指標表現差者的DSKT後測也較差外,後設認知與DSKT前測、AT前後測、第一次段考成績則皆無達到統計上的顯著相關,因此發現「後設認知」與問題解決能力三項度中的「推理能力」較為相關。 7.本研究尚藉由晤談所得之質性資料對線上測驗給予設計的建議,及整理出學生在土石流課程後仍易混淆的概念供教師參考。Item 卓越數位學習科學研究中心( III )(行政院國家科學委員會, 2011-07-31) 張俊彥; 陳伶志; 襲充文; 曾元顯; 李忠謀; 李蔡彥