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 鷹架式建模數位學習環境對學生科學學習影響 之研究-子計畫三：表徵式鷹架對學生科學建模的影響之研究 (3/3)(行政院國家科學委員會, 2008-07-31) 吳心楷; 許瑛玿; 黃福坤科學建模已被科教社群視為重要的學習及教學活動，但是科學建模是個複雜的過 程，學生必須分析系統中各變數，建立變數間的關係，監控建模過程，並透過模擬結果 來修正原模式。由於在教室環境中，個別教師能提供的支援有限，在此複雜而學生可能 無法獨力完成的學習過程中，科技工具能提供的鷹架更顯重要。子計畫三即在深入瞭解 建模工具中的功能，尤其是以表徵方式呈現的鷹架 （representational scaffold），如何扮 演輔助建模的角色，以幫助學生在近側發展區內，完成原本無法獨力完成的複雜學習任 務。計畫第一年將進行專家生手研究，以仔細比較科學家（或是博士班研究生）與高中 生建模過程的差異並探討生手建模的困難，將針對生困難設計建模工具中的鷹架功能。 計畫第二年將進行前導性研究，透過學生建模及鷹架使用行為的分析，改進學習模組內 容及鷹架設計。計畫第三年將進一步以比較性研究（有無表徵式鷹架存在的兩種狀況） 瞭解鷹架對學生建模過程的影響。研究結果將深入釐清工具設計、科學學習與表徵鷹架 間的關係，並豐富鷹架理論在學習科技方面的應用。Item 國際數學與科學教育成就趨勢調查2007(3/4)乙(行政院國家科學委員會, 2008-07-31) 吳心楷; 張俊彥; 譚克平; 許瑛玿; 曹博盛; 任宗浩; 林碧珍; 張美玉; 張文華; 楊文金繼TIMSS 1995、TIMSS 1999(TIMSS -R) 及TIMSS 2003之後，IEA計劃再辦理國際數 學與科學教育成就趨勢調查(Trends in International Mathematics and Science Study 2007, 簡稱TIMSS 2007)。我國目前 是國際教育學習成就調查委員會（IEA）正 式會員，國科會和教育部共同支持補助參 與TIMSS 2007調查，希望經由積極參與國 際性研究計畫，為我國增添一個有利的管 道。可以進一步了解各國學生數學及科學 學習成就及其與各國文化背景、教育環境 等影響因子之相關性，以及我國學生數學 及科學學習成就與國際間之比較情形，其 結果可作為我國科學教育研究與實施參考 之使用。 TIMSS 2007 的主要調查對象為四年級 及八年級學生，共計有59 個國家參與並完 成調查工作，其中50 個國家參加八年級調 查，26 個國家參加四年級調查。國際上 TIMSS 2007 從2005 年2 月開始發展研究 調查架構與試題，我國自2005 年4 月開始 加入TIMSS 2007 國際調查工作，包括提供 命題架構意見、數學和科學試題命題、參 加專家問卷會議、試測（field test）資 料收集、實測（main survey）資料收集、 參加國際成果指標會議、國際資料分析會 議等各項工作。其中我國於2006 年4 月 19 日進行試測，實測部分於2007 年5 月 21 日至6 月8 日舉行，國中、小各抽測150 校，其中四年級有27 所較大型學校抽測兩 班，共抽測327 個班級。參與受測的學生 計有八年級共4046 位學生、四年級共4131 位學生分別完成測驗。每位受測學生需完 成問卷與題本的填答，而受測學校的校長 及教授受測班級數學和科學的教師則需配 合填寫學校問卷與教師問卷。 測驗結果：我國八年級學生科學學習 成就平均成績的國際排名為第二名，與第 一名的新加坡無顯著差異；數學平均成績 的國際排名為第一名，但與第二名的韓國 與第三名的新加坡無顯著差異。我國四年 級學生科學學習成就平均成績的國際排名 為第二名，與排名第一的新加坡有顯著差 異；數學平均成績的國際排名為第三名， 與排名第一的香港和排名第二的新加坡有顯著差異。各學科內容領域與認知領域平 均成績的國際排名分別如下： 【八年級科學部份】 生物第三名，化學第一名，物理 第四名，地球科學第一名；知識 領域第二名，應用領域第一名， 推理領域第五名。 【八年級數學部分】 數第三名，代數第一名，幾何第 一名，資料與機率第四名；知識 領域第三名，應用領域第二名， 推理領域第一名。 【四年級科學部份】 生命科學第四名，物質科學第三 名，地球科學第三名；知識領域 第二名，應用領域第八名，推理 領域第一名。 【四年級數學部分】 數第三名，幾何形狀與測量第四 名，資料呈現第四名；知識領域 第三名，應用領域第三名，推理 領域第三名。 在我國學生成就趨勢方面，與TIMSS 2003 比較，八年級數學有顯著的提昇，從 排名第四躍升排名第一；八年級科學雖持 平排名第二，但卻有退步的現象；四年級 數學雖然排名第三，但相較2003 年的結果， 亦有顯著的進步，不過相較於排名第一的 香港，仍有進步的空間；四年級科學，與 2003 的結果相比，有顯著的提昇。以整體 來說，這個成果顯示我國數學和科學教育 一直有不錯的水準，這是大家對科學教育 關心與努力的結果。 總的來說，在TIMSS 2007 的整體表現 上，我國四年級與八年級學生於科學方面 均名列第二；數學方面則分別名列第三和 第一。而與TIMSS 2003 的表現相較，我國 四年級學生在科學與數學方面及八年級學 生在數學方面均有顯著的進步，惟八年級 科學成就有下降的趨勢。我國學生在對數 理具有高正向態度和對數理具高度學習自 信心的人數比例上皆顯著低於國際平均。 在性別差異方面，我國兩年段學生不論在 數學或科學的成就上，男女生的表現均無 統計上的顯著差異。Item 國際數學與科學教育成就趨勢調查2007(2/4)乙(行政院國家科學委員會, 2007-05-31) 吳心楷; 林陳涌; 許瑛玿; 呂玉琴; 譚克平; 左台益; 任宗浩; 楊文金; 張幼賢; 林碧珍繼TIMSS 1995、TIMSS 1999(TIMSS -R) 及TIMSS 2003之後，IEA計劃再辦理國際數 學與科學教育成就趨勢調查(Trends in International Mathematics and Science Study 2007, 簡稱TIMSS 2007)。我國目前 是國際教育學習成就調查委員會（IEA）正 式會員，國科會和教育部共同支持補助參 與TIMSS 2007調查，希望經由積極參與國 際性研究計畫，為我國增添一個有利的管 道。可以進一步了解各國學生數學及科學 學習成就及其與各國文化背景、教育環境 等影響因子之相關性，以及我國學生數學 及科學學習成就與國際間之比較情形，其 結果可作為我國科學教育研究與實施參考 之使用。 TIMSS 2007 的主要調查對象為四年級 及八年級學生，共計有59 個國家參與並完 成調查工作，其中50 個國家參加八年級調 查，26 個國家參加四年級調查。國際上 TIMSS 2007 從2005 年2 月開始發展研究 調查架構與試題，我國自2005 年4 月開始 加入TIMSS 2007 國際調查工作，包括提供 命題架構意見、數學和科學試題命題、參 加專家問卷會議、試測（field test）資 料收集、實測（main survey）資料收集、 參加國際成果指標會議、國際資料分析會 議等各項工作。其中我國於2006 年4 月 19 日進行試測，實測部分於2007 年5 月 21 日至6 月8 日舉行，國中、小各抽測150 校，其中四年級有27 所較大型學校抽測兩 班，共抽測327 個班級。參與受測的學生 計有八年級共4046 位學生、四年級共4131 位學生分別完成測驗。每位受測學生需完 成問卷與題本的填答，而受測學校的校長 及教授受測班級數學和科學的教師則需配 合填寫學校問卷與教師問卷。 測驗結果：我國八年級學生科學學習 成就平均成績的國際排名為第二名，與第 一名的新加坡無顯著差異；數學平均成績 的國際排名為第一名，但與第二名的韓國 與第三名的新加坡無顯著差異。我國四年 級學生科學學習成就平均成績的國際排名 為第二名，與排名第一的新加坡有顯著差 異；數學平均成績的國際排名為第三名， 與排名第一的香港和排名第二的新加坡有顯著差異。各學科內容領域與認知領域平 均成績的國際排名分別如下： 【八年級科學部份】 生物第三名，化學第一名，物理 第四名，地球科學第一名；知識 領域第二名，應用領域第一名， 推理領域第五名。 【八年級數學部分】 數第三名，代數第一名，幾何第 一名，資料與機率第四名；知識 領域第三名，應用領域第二名， 推理領域第一名。 【四年級科學部份】 生命科學第四名，物質科學第三 名，地球科學第三名；知識領域 第二名，應用領域第八名，推理 領域第一名。 【四年級數學部分】 數第三名，幾何形狀與測量第四 名，資料呈現第四名；知識領域 第三名，應用領域第三名，推理 領域第三名。 在我國學生成就趨勢方面，與TIMSS 2003 比較，八年級數學有顯著的提昇，從 排名第四躍升排名第一；八年級科學雖持 平排名第二，但卻有退步的現象；四年級 數學雖然排名第三，但相較2003 年的結果， 亦有顯著的進步，不過相較於排名第一的 香港，仍有進步的空間；四年級科學，與 2003 的結果相比，有顯著的提昇。以整體 來說，這個成果顯示我國數學和科學教育 一直有不錯的水準，這是大家對科學教育 關心與努力的結果。 總的來說，在TIMSS 2007 的整體表現 上，我國四年級與八年級學生於科學方面 均名列第二；數學方面則分別名列第三和 第一。而與TIMSS 2003 的表現相較，我國 四年級學生在科學與數學方面及八年級學 生在數學方面均有顯著的進步，惟八年級 科學成就有下降的趨勢。我國學生在對數 理具有高正向態度和對數理具高度學習自 信心的人數比例上皆顯著低於國際平均。 在性別差異方面，我國兩年段學生不論在 數學或科學的成就上，男女生的表現均無 統計上的顯著差異。Item 鷹架式建模數位學習環境對學生科學學習影響之研究-子計畫三：表徵式鷹架對學生科學建模的影響之研究 (2/3)(行政院國家科學委員會, 2007-07-31) 吳心楷; 許瑛玿; 黃福坤科學建模已被科教社群視為重要的學習及教學活動，但是科學建模是個複雜的過 程，學生必須分析系統中各變數，建立變數間的關係，監控建模過程，並透過模擬結果 來修正原模式。由於在教室環境中，個別教師能提供的支援有限，在此複雜而學生可能 無法獨力完成的學習過程中，科技工具能提供的鷹架更顯重要。子計畫三即在深入瞭解 建模工具中的功能，尤其是以表徵方式呈現的鷹架 （representational scaffold），如何扮 演輔助建模的角色，以幫助學生在近側發展區內，完成原本無法獨力完成的複雜學習任 務。計畫第一年將進行專家生手研究，以仔細比較科學家（或是博士班研究生）與高中 生建模過程的差異並探討生手建模的困難，將針對生困難設計建模工具中的鷹架功能。 計畫第二年將進行前導性研究，透過學生建模及鷹架使用行為的分析，改進學習模組內 容及鷹架設計。計畫第三年將進一步以比較性研究（有無表徵式鷹架存在的兩種狀況） 瞭解鷹架對學生建模過程的影響。研究結果將深入釐清工具設計、科學學習與表徵鷹架 間的關係，並豐富鷹架理論在學習科技方面的應用。Item 大學創新數位教材研究-量身訂做的學習物件與因材施教的學習環 境(1/3)(行政院國家科學委員會, 2006-12-31) 吳心楷; 蕭顯勝; 趙美聲; 黃福坤; 許瑛玿; 張俊彥; 邱貴發; 李忠謀; 宋曜廷; 張國恩本計畫與美國喬治亞理工學院合作提出了一個創新的適性化數位學習物件資料庫以及可客製化之學習環境(內嵌了教學方法與評量)。這個學習環境包括了一個大型的學習物件導向的資料庫包括了可用於客製化各種學習環境的資訊、知識與模擬材料。這種方式允許學習者以及老師建立他們所偏好的線上學習環境以增進學生在認知與情意上的學習成就，其中包括了學生的領域知識、過程技能、高層次思考能力以及對於學科的態度與技能。Item 國際數學與科學教育成就趨勢調查2007(2/4)甲(行政院國家科學委員會, 2007-05-31) 吳心楷; 林陳涌; 張俊彥; 許瑛玿; 呂玉琴; 任宗浩; 張幼賢; 李源順; 洪志明; 林碧珍繼TIMSS 1995、TIMSS 1999(TIMSS -R) 及TIMSS 2003之後，IEA計劃再辦理國際數 學與科學教育成就趨勢調查(Trends in International Mathematics and Science Study 2007, 簡稱TIMSS 2007)。我國目前 是國際教育學習成就調查委員會（IEA）正 式會員，國科會和教育部共同支持補助參 與TIMSS 2007調查，希望經由積極參與國 際性研究計畫，為我國增添一個有利的管 道。可以進一步了解各國學生數學及科學 學習成就及其與各國文化背景、教育環境 等影響因子之相關性，以及我國學生數學 及科學學習成就與國際間之比較情形，其 結果可作為我國科學教育研究與實施參考 之使用。 TIMSS 2007 的主要調查對象為四年級 及八年級學生，共計有59 個國家參與並完 成調查工作，其中50 個國家參加八年級調 查，26 個國家參加四年級調查。國際上 TIMSS 2007 從2005 年2 月開始發展研究 調查架構與試題，我國自2005 年4 月開始 加入TIMSS 2007 國際調查工作，包括提供 命題架構意見、數學和科學試題命題、參 加專家問卷會議、試測（field test）資 料收集、實測（main survey）資料收集、 參加國際成果指標會議、國際資料分析會 議等各項工作。其中我國於2006 年4 月 19 日進行試測，實測部分於2007 年5 月 21 日至6 月8 日舉行，國中、小各抽測150 校，其中四年級有27 所較大型學校抽測兩 班，共抽測327 個班級。參與受測的學生 計有八年級共4046 位學生、四年級共4131 位學生分別完成測驗。每位受測學生需完 成問卷與題本的填答，而受測學校的校長 及教授受測班級數學和科學的教師則需配 合填寫學校問卷與教師問卷。 測驗結果：我國八年級學生科學學習 成就平均成績的國際排名為第二名，與第 一名的新加坡無顯著差異；數學平均成績 的國際排名為第一名，但與第二名的韓國 與第三名的新加坡無顯著差異。我國四年 級學生科學學習成就平均成績的國際排名 為第二名，與排名第一的新加坡有顯著差 異；數學平均成績的國際排名為第三名， 與排名第一的香港和排名第二的新加坡有顯著差異。各學科內容領域與認知領域平 均成績的國際排名分別如下： 【八年級科學部份】 生物第三名，化學第一名，物理 第四名，地球科學第一名；知識 領域第二名，應用領域第一名， 推理領域第五名。 【八年級數學部分】 數第三名，代數第一名，幾何第 一名，資料與機率第四名；知識 領域第三名，應用領域第二名， 推理領域第一名。 【四年級科學部份】 生命科學第四名，物質科學第三 名，地球科學第三名；知識領域 第二名，應用領域第八名，推理 領域第一名。 【四年級數學部分】 數第三名，幾何形狀與測量第四 名，資料呈現第四名；知識領域 第三名，應用領域第三名，推理 領域第三名。 在我國學生成就趨勢方面，與TIMSS 2003 比較，八年級數學有顯著的提昇，從 排名第四躍升排名第一；八年級科學雖持 平排名第二，但卻有退步的現象；四年級 數學雖然排名第三，但相較2003 年的結果， 亦有顯著的進步，不過相較於排名第一的 香港，仍有進步的空間；四年級科學，與 2003 的結果相比，有顯著的提昇。以整體 來說，這個成果顯示我國數學和科學教育 一直有不錯的水準，這是大家對科學教育 關心與努力的結果。 總的來說，在TIMSS 2007 的整體表現 上，我國四年級與八年級學生於科學方面 均名列第二；數學方面則分別名列第三和 第一。而與TIMSS 2003 的表現相較，我國 四年級學生在科學與數學方面及八年級學 生在數學方面均有顯著的進步，惟八年級 科學成就有下降的趨勢。我國學生在對數 理具有高正向態度和對數理具高度學習自 信心的人數比例上皆顯著低於國際平均。 在性別差異方面，我國兩年段學生不論在 數學或科學的成就上，男女生的表現均無 統計上的顯著差異。Item 鷹架式建模數位學習環境對學生科學學習影響 之研究-子計畫三：表徵式鷹架對學生科學建模的影響之研究 (1/3)(行政院國家科學委員會, 2006-07-31) 吳心楷; 許瑛玿; 黃福坤科學建模已被科教社群視為重要的學習及教學活動，但是科學建模是個複雜的過 程，學生必須分析系統中各變數，建立變數間的關係，監控建模過程，並透過模擬結果 來修正原模式。由於在教室環境中，個別教師能提供的支援有限，在此複雜而學生可能 無法獨力完成的學習過程中，科技工具能提供的鷹架更顯重要。子計畫三即在深入瞭解 建模工具中的功能，尤其是以表徵方式呈現的鷹架 （representational scaffold），如何扮 演輔助建模的角色，以幫助學生在近側發展區內，完成原本無法獨力完成的複雜學習任 務。計畫第一年將進行專家生手研究，以仔細比較科學家（或是博士班研究生）與高中 生建模過程的差異並探討生手建模的困難，將針對生困難設計建模工具中的鷹架功能。 計畫第二年將進行前導性研究，透過學生建模及鷹架使用行為的分析，改進學習模組內 容及鷹架設計。計畫第三年將進一步以比較性研究（有無表徵式鷹架存在的兩種狀況） 瞭解鷹架對學生建模過程的影響。研究結果將深入釐清工具設計、科學學習與表徵鷹架 間的關係，並豐富鷹架理論在學習科技方面的應用。Item 國際數學與科學教育成就趨勢調查2007(1/4)(行政院國家科學委員會, 2006-03-31) 吳心楷; 林陳涌; 張文華; 林碧珍; 曹博盛; 呂玉琴; 張幼賢; 許瑛玿; 李源順; 楊瑞智; 左台益繼TIMSS 1995、TIMSS 1999(TIMSS -R) 及TIMSS 2003之後，IEA計劃再辦理國際數 學與科學教育成就趨勢調查(Trends in International Mathematics and Science Study 2007, 簡稱TIMSS 2007)。我國目前 是國際教育學習成就調查委員會（IEA）正 式會員，國科會和教育部共同支持補助參 與TIMSS 2007調查，希望經由積極參與國 際性研究計畫，為我國增添一個有利的管 道。可以進一步了解各國學生數學及科學 學習成就及其與各國文化背景、教育環境 等影響因子之相關性，以及我國學生數學 及科學學習成就與國際間之比較情形，其 結果可作為我國科學教育研究與實施參考 之使用。 TIMSS 2007 的主要調查對象為四年級 及八年級學生，共計有59 個國家參與並完 成調查工作，其中50 個國家參加八年級調 查，26 個國家參加四年級調查。國際上 TIMSS 2007 從2005 年2 月開始發展研究 調查架構與試題，我國自2005 年4 月開始 加入TIMSS 2007 國際調查工作，包括提供 命題架構意見、數學和科學試題命題、參 加專家問卷會議、試測（field test）資 料收集、實測（main survey）資料收集、 參加國際成果指標會議、國際資料分析會 議等各項工作。其中我國於2006 年4 月 19 日進行試測，實測部分於2007 年5 月 21 日至6 月8 日舉行，國中、小各抽測150 校，其中四年級有27 所較大型學校抽測兩 班，共抽測327 個班級。參與受測的學生 計有八年級共4046 位學生、四年級共4131 位學生分別完成測驗。每位受測學生需完 成問卷與題本的填答，而受測學校的校長 及教授受測班級數學和科學的教師則需配 合填寫學校問卷與教師問卷。 測驗結果：我國八年級學生科學學習 成就平均成績的國際排名為第二名，與第 一名的新加坡無顯著差異；數學平均成績 的國際排名為第一名，但與第二名的韓國 與第三名的新加坡無顯著差異。我國四年 級學生科學學習成就平均成績的國際排名 為第二名，與排名第一的新加坡有顯著差 異；數學平均成績的國際排名為第三名， 與排名第一的香港和排名第二的新加坡有顯著差異。各學科內容領域與認知領域平 均成績的國際排名分別如下： 【八年級科學部份】 生物第三名，化學第一名，物理 第四名，地球科學第一名；知識 領域第二名，應用領域第一名， 推理領域第五名。 【八年級數學部分】 數第三名，代數第一名，幾何第 一名，資料與機率第四名；知識 領域第三名，應用領域第二名， 推理領域第一名。 【四年級科學部份】 生命科學第四名，物質科學第三 名，地球科學第三名；知識領域 第二名，應用領域第八名，推理 領域第一名。 【四年級數學部分】 數第三名，幾何形狀與測量第四 名，資料呈現第四名；知識領域 第三名，應用領域第三名，推理 領域第三名。 在我國學生成就趨勢方面，與TIMSS 2003 比較，八年級數學有顯著的提昇，從 排名第四躍升排名第一；八年級科學雖持 平排名第二，但卻有退步的現象；四年級 數學雖然排名第三，但相較2003 年的結果， 亦有顯著的進步，不過相較於排名第一的 香港，仍有進步的空間；四年級科學，與 2003 的結果相比，有顯著的提昇。以整體 來說，這個成果顯示我國數學和科學教育 一直有不錯的水準，這是大家對科學教育 關心與努力的結果。 總的來說，在TIMSS 2007 的整體表現 上，我國四年級與八年級學生於科學方面 均名列第二；數學方面則分別名列第三和 第一。而與TIMSS 2003 的表現相較，我國 四年級學生在科學與數學方面及八年級學 生在數學方面均有顯著的進步，惟八年級 科學成就有下降的趨勢。我國學生在對數 理具有高正向態度和對數理具高度學習自 信心的人數比例上皆顯著低於國際平均。 在性別差異方面，我國兩年段學生不論在 數學或科學的成就上，男女生的表現均無 統計上的顯著差異。Item 新科技時代數位科學教師學習之研究-子計畫五：學習科技融入化學教學的教師專業成長之研究 (1/2)(行政院國家科學委員會, 2004-07-31) 吳心楷; 左台益; 楊壬孝; 張永達; 黃福坤; 許瑛玿本計畫為整合計畫「新科技時代數理科學教師學習之研究」的子計畫之一，目的在 於了解化學教師將資訊融入教學的專業成長歷程以及發展教師所需的師資培育課程。教 育文獻指出教師專業與學生學習成效有非常高的相關性，培養教師專業知識為教育改革 中非常重要的一環。而在多種創新教學方法的研究中，已證實將學習科技融入教學能夠 提高學生科學學習成就，並促使教師使用較以學生為中心的教學模式。然而有多種因素 影響教師決定是否在教室中使用科技，而且教師需要相關的師資培育課程以有效利用學 習科技，因此本計畫的研究內容包括此過程中教師所需要的教學資源和社群合作，其專 業知識與教學策略的培養，以及其教學理念可能的轉變。研究流程包括背景評鑑、輸入 評鑑、過程評鑑、及成果評鑑，所應用的研究方法有問卷調查、言談分析、教學檔案分 析及教室互動分析。本研究的重要性在於從教師的觀點了解資訊融入教學的挑戰與價 值，以做為重要的教學及政策建議做為參考，延伸目前對於教師知識的理論，並由教室 互動的觀點提出使用科技所造成的教學實務與學習實務上的改變。Item 臺師大與國中自然科教師攜手合作深耕九年一貫課程與教學實施計畫：國中自然科教師課程指標教學專業能力之培養(教育部, 2004-07-30) 楊文金; 吳心楷; 陳文典; 姚珩; 洪志明; 黃芳裕; 張文華; 張俊彥; 許瑛玿
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