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 臺灣中學教科書氣候變遷概念內容分析(2024) 鍾哲維; Chung, Che-Wei為了因應氣候變遷的加劇，在COP 28中，世界各國加強了對於氣候變遷的減緩措施，氣候變遷教育也逐漸受到重視。本研究以內容分析法探討依據臺灣十二年國民基本教育課程綱要撰寫之7～12年級教科書中關於「氣候變遷」課程的呈現方式與涵蓋內容。本研究與科學教育專家學者依據氣候變遷的研究與教育現況將氣候變遷課程內容分為「科學與科技概念」、「科學本質」、「與氣候變遷有關的人類-環境交互作用」、「氣候變遷對人類的衝擊」、「人類對於氣候變遷與環境威脅的因應」、「關於永續環境與氣候變遷的原則」以及「學習活動」共7個主類目以及其延伸的36個次類目，對各出版社經過教育部審定通過之社會科與自然科中學教科書共162冊進行內容分析，並對以下研究問題進行了解：一、在臺灣中學課程中，氣候變遷概念的發展情形如何？二、在臺灣中學教科書中，氣候變遷概念在教科書中的分布情況如何？三、在這些氣候變遷概念的內容中，知識類型的占比有何差異？四、這些氣候變遷概念的內容中，是否有傳達科學本質的觀點，其傳達科學本質的特點為何？期許透過了解氣候變遷課程的發展情形提出研究成果與建議，作為未來教科書編輯、課程發展以及課程綱要制訂的參考，使臺灣氣候變遷教育更加受到重視並趨於完整。Item 以「乾冰與肥皂」為例探討科學演示與觀眾反應的關係(2024) 劉珊佑; Liu, Shan-Yu本研究為探討科學演示之呈現方式、道具使用等活動特徵，和參與觀眾所產生的情感或認知反應的關係，以國立臺灣科學教育館(以下簡稱科教館)中研究者所研發的科學演示「乾冰與肥皂」為例，並參考科學傳播之「大眾對於科學的反應」為框架，探討觀眾反應與科學演示活動特徵的關係。本研究以腳本分析及影像紀錄的方式，分析科學演示中活動特徵實踐的情形，並收集約139份觀眾問卷、隨機訪談約13位觀眾，以了解觀眾對於科學演示的各項反應，以及對於其反應與演示呈現方式、道具使用之關係。發現實際執行科學演示時，演示者主要使用專業實驗用品或日常實驗素材與觀眾互動，觀眾反應最喜歡「演示者操作科學內容」呈現科學內容，而「自己上台參與」、「演示者講解科學內容」等呈現方式，分別與觀眾的興趣、理解反應最有關係。本研究之成果可做為往後科學演示內容調整及研發精進的參考方向，突顯科學演示之教育性、娛樂性及互動性等內涵。Item 探討世界咖啡館融入社會性科學議題教學對高中生論證能力的培養(2024) 李孟懃; Lee, Meng-Chin由於現今跨領域教學的研究蓬勃發展以及科技不斷進步所引起的社會問題，以及根據自身經驗，大眾時常透過社群媒體或新聞等單向獲取的方式來認識議題。在學校教學方面，議題討論的課程仍不普及，因此，本研究旨在探討具有雙向溝通且包容多元觀點的世界咖啡館活動融入社會性科學議題的教學策略，以培養學生的論證能力。並在課堂中教授能源議題的內容，設定能源議題的討論情境。本研究欲了解學生論證能力在教學前、後的表現，以及學生的論證能力與知識的關係。現今的教學理念強調「能力」的培養，而非單純的「知識」傳授，因此，除了能源議題外，本研究欲探討學生對能源和基因工程議題的論證能力，以及他們的推理論證模式是否因教學有所改變。並探討學生在世界咖啡館討論的推理面向與論證能力的關聯。本研究採用混合研究法，以便利取樣方式選取台北市某高中一年級其中四個班級共116名學生作為研究對象。本研究以能源議題為主題進行3週共5節課的教學。教學開始前，測驗學生對能源議題及基因改造食品議題的論證能力，以及測驗學生對能源議題的認知程度；教學中，蒐集學生上課所使用的學習單及對話內容作為質性資料進行分析，其中三個班級學生經歷世界咖啡館的三回合討論，另一個班則是以影片欣賞的方式進行社會性科學議題的教學；教學結束後，再次測驗學生對能源議題及基因工程議題的論證能力。研究統計顯示課堂上概念引介可能影響學生的論證能力，有參與概念引介者，在後測的論證成績有顯著上升。社會性科學議題教學在一定程度上能夠提升學生的論證能力，特別是當學生充分參與世界咖啡館討論中探討多面向、具啟發性的議題時，效果更加顯著。然而，議題設計與討論引導的品質對最終的學習效果具有重要影響。未參與概念引介的學生在後測中的表現有所下降，且他們在討論過程中易於出現冷漠態度，顯示出背景知識對有效論證的必要性。此外，議題的選擇和討論的豐富度也影響學生的推理能力和論證表現。未來的研究應進一步探索不同教學策略如何影響學生在各類議題上的論證能力，並探討如何在社會性科學議題教學中更有效地結合背景知識和批判性思維技能，以促進學生全面的科學素養發展。Item 非理工科系大學生在科普文章中的數據圖理解表現之探討(2024) 陳建志; Chen, Chien-Chih在這個科技進步迅速、3C產品蓬勃發展的時代，網路上充斥著各式各樣的資訊與文章，當人們遇到有待考證的科普文章、數據圖或統計數據時，是否有足夠的能力來理解數據圖及辨別其正確性是相當重要的。本研究探討34位非理工科系大學生在科普文章中的數據圖理解表現，以及了解有無修習統計相關課程、數據圖理解自我效能與數據圖理解表現之間的關聯性。研究工具的設計是根據Curcio（1987）的數據圖理解理論、洪振方（2015）團隊「數據建模能力」一系列相關研究中的「解釋、統整、應用數據模型能力」進行研究工具之設計，最後整合出四個層次的數據圖理解任務：讀取數據、數值比較、多層數值比較、預測趨勢，且根據任務彙整、設計出一份科普文章與測驗，以及選用Li等人（2018）的數據圖理解自我效能量表、潘怡如（2014）的科學自我效能量表這兩份量表，整合成一份自我效能量表。研究結果顯示：(1)無論是整體表現、讀取數據、數值比較，受試者在「散佈圖」的理解任務表現是四種數據圖中最差的，而在多層數值比較中堆疊長條圖的表現是最差的。而從四種數據圖的「數值比較」進行錯誤分析，可以發現皆有一部份受試者是因在進行數值比較前讀取數據時發生錯誤，代表進行數值比較或是多層數值比較時，對受試者來說還是滿常讀取數據錯誤。此外，受試者在比值、相關程度、迴歸直線、斜率、截距等概念上較有困難。(2)大部分的題型有修習統計相關課程者與無修習統計相關課程者之間數據圖理解表現並無顯著差異，僅在「堆疊長條圖的讀取數據」此題型中有修習統計相關課程者的分數表現顯著低於無修習統計相關課程者。(3)有修習統計相關課程之學生數據圖理解自我效能顯著高於無修習統計相關課程之學生。受試者數據圖理解自我效能量表之得分，與在堆疊長條圖的總得分、堆疊長條圖的多層數值比較任務得分皆達顯著中度正相關。Item 食品添加物影片教學對化學恐懼與消費意願之影響(2024) 黃偉權; Allen Wong Wei Kiong本研究的目的為探討透過傳授化學、食品添加物與毒理學知識後，能否改善一般民眾對化學物質與食品添加物的害怕及擔憂，並將這些知識應用於日常生活中。本研究針對非食品科學相關專業的大學生，分析影片教學對消費意願、利益感知、食品添加物相關知識與化學恐懼的影響。研究採用單組前後測設計，並在一個月後進行延宕測。研究結果分別以量化方式來分析「消費意願問卷」、「知識問卷」與「化學恐懼問卷」的結果，其中「消費意願問卷」、「利益感知問卷」與「知識問卷」則再以質性編碼分析其訪談內容，以觀察受試者在前測、後測與延宕測三個測驗階段的變化情形及理由。本研究共招募32名受試者，來自全台11所國立及私立大學。根據本研究的研究問題，經過影片教學的研究結果如下：（一）對含食品添加物食品的消費意願因知識的影響而顯著提升，對標榜純天然或綠色等字眼食品的消費意願雖然顯著降低，但受試者的考量與知識較無關聯；（二）對食品添加物的利益感知明顯提升；（三）受試者部分知識有所進步，但也有部分知識難以進步；（四）受試者的化學恐懼顯著降低。其中，有部分想法在經過影片教學後有所改善並得以維持，例如：有關化學變化的理解、對食品添加物與其功能的誤解，以及有關「天然」、「化學物質」與「毒性」之間的關係等。此外，也有發現部分想法雖然有所改善，但難以維持至延宕測，例如：認為化學物質會因為來源（人工製造或天然產生）的不同而在化學結構上有差異、人工合成化學物質的致癌性較強、以及認為化學物質是致癌的主因等。研究也發現有些想法在經過教學後仍難以改善，例如：即使食品中食品添加物的劑量微小但受試者仍擔心其有可能過量的風險、認為食品添加物的功能被誇大、以及受試者認為食品添加物對消費者的好處比自己高等。總結來說，影片教學介入有助於提升受試者食品添加物相關知識、食品添加物食品的消費意願與對食品添加物的利益感知。然而，對化學恐懼的影響僅限於短期效果，對天然食品消費意願的影響則較有限。Item 促進議題認知與反思的桌遊設計與成效：以氣候變遷議題為例(2024) 陳威宏; Chen, Wei-hong由於人類的各種活動已嚴重影響到自然環境，聯合國的永續發展目標（SDGs）其中一項「氣候行動」，指的是為了因應氣候變遷以及其影響而採取的各種緊急措施，當中提到教育是不可或缺的一個環節。然而氣候變遷議題是複雜多面向的，且學生在學習上並非只是「理解」，要能夠實際省思自己對於氣候變遷的影響，並且能夠實際做到價值觀的改變，甚至反映到日常行為上。因此本研究想得知在教學上，教學者要如何能夠培養學生此種「反思」的能力。本研究認為「教學性桌遊」的設計是一個既能讓學生理解複雜的氣候變遷及氣候行動知識，又能在過程當中使學生達到反思，進而改變其行為。故本研究欲開發一款名為「溫度的重量」的桌遊，希望藉由桌遊機制的設計，來進行針對高中學生的氣候變遷議題教學，並且希望能夠增長學生氣候變遷相關知識、態度與技能。本研究以桌遊為教學媒介，將此桌遊教學活動實施124名桃園某高中的學生，並以前測與後測試題及量表蒐集資料，經過統計量化分析以及質性資料內容分析討論此教學成效。研究結果顯示本研究開發之桌遊機制具有幫助學生學習氣候變遷議題的效果，學生的知識、態度與技能等面向都有所成長，並且部分學生能夠在遊戲過程中達到反思，願意於日常生活中實踐氣候行動。Item 一所公立華德福實驗中學科學課程教學之個案研究(2022) 游小旻; Yu, Hsiao-Min十二年國民基本教育課程綱要不僅提升學習內容的彈性，下放課程發展主體至教師，更呼籲應提供量化數據與質性描述的學習評量。近年來，體制外教育在臺灣愈來愈受到重視，實驗教育三法的通過更為體制外教育提供了法規依據。其中，華德福教育在少子化趨勢下仍逆勢成長，不僅是備受矚目的教育體制之一，更是臺灣另類教育的大宗。華德福教育因為以人智學為依歸，作為改造學校的方法與組織：在課程上並沒有特定的教材或內容，而是配合學生的發展給予不同主題與型態的素材；甚至在原則上，每一次的學習過程都應有獨屬於該次共同工作的教師與學生之一次性課本。為使教師能自行研發課程與教材，教師需參與教學會議、共同備課、教學觀察與回饋，甚至主動參加工作坊、專題講座等。而這正是108課綱所看重、甚至強調的。因此，本研究以一所臺灣的公立華德福實驗中學為研究對象，利用教師訪談、參與觀察及文件分析等方法進行資料蒐集，再以開放編碼技術與行動者網路理論進行資料分析。結果發現華德福學校的科學課程教學特色有：（一）發展在地化、與生活連結的課程，（二）依教師自身興趣發展課程，（三）以科學史架構課程，（四）採現象為本的教學，以及（五）用工作本具體化學習成果並與學生對話。這些教學特色均可作為主流教育之教師因應108課綱的參考。高等教育學者除了於前述面向協助教師之外，更可進一步（一）促進教師間交流，實踐共備、觀課與議課，（二）發展整合式科學史教材，或（三）開設科學史教學相關課程，俾使學校教師以科學史提升學生對科學本質的認識和對科學的態度。Item Instructional Designs for Teaching Scientific Practices Based on Literature Review and Textbook Analysis(2022) 何書安; Suarman HalawanoneItem 利用Go-Lab線上探究式平台探討小學生自我調節、自我效能、表情符和領域知識之間的關係(2022) 林美君; Lin, Mei-Chun全球許多國家的課程標準中都提到探究式學習的重要性，探究式學習強調讓學生主動參與；然而，根據之前的研究，學生必須在具有充分支持的情況下進行有效的探究式學習，如果沒有適當的支持結構，學生在探究式學習上將面臨挑戰。因此，探究式學習應該要為學習者建立合適的鷹架，以提高學習效率、達成有效學習。過去的研究顯示，具有較高自我調節能力學生，更可能有較高的探究能力；另外，學生的自我效能信念亦會影響他們的學業成績，對自己的能力有高度自信的學生，會願意完成具有挑戰性的任務，流露出較低的焦慮感，也能更準確地自我評估自己的表現。本研究旨在探討國小生利用Go-Lab平臺進行探究式學習，對於自我調節、自我效能、表情符，與領域知識之關係。研究者利用Go-Lab平臺的優勢，在探究學習空間中設計「自然與生活科技領域-水溶液的酸鹼度」課程單元活動，其中包含兩個不同版本（結構化、引導式）的學習環境讓學生自行操作，並利用表情符瞭解學生的心情，以探討探究式學習對於自我調節、自我效能、表情符與領域知識之關係。研究方法採用準實驗設計法及問卷調查法，施測對象為小學五年級的學生，研究參與者預計有四個班級，共101位學童。其中兩個班級的學生體驗結構化探究式學習版本，另外兩個班級的學生體驗引導式探究式學習版本，學生須在課程前、後完成領域知識測驗；此外，研究者設計問卷內容，包括：教師對學生自我調節能力的評估、學生對自我調節以及自我效能的自評。學生在完成三項探究任務後及結論部分，都必須分別勾選表情符。研究結果用以瞭解體驗不同版本的學生學習進步情形，以及不同自我調節、自我效能與心情的學生之學習成效。 研究結果顯示，本研究設計的探究模組有助於學生的領域知識，尤其是低先驗知識的學生。其中，無論高、低自我效能，抑或高、低自我調節能力的學生，在體驗結構化探究學習後皆有顯著進步。引導式探究學習，則適合用在高自我調節能力的學生，但對於探究活動前自我效能較低的學生則沒有明顯的學習助益。此外，本研究亦發現，學生的心情好壞，會影響其領域知識。心情好的學生，領域知識也較佳。相較於引導式探究學習，心情差以及高先驗知識的學生在結構化探究學習中會有較大的進步幅度。結構化的探究式學習亦有助於提高學生的自我效能，進而使學生有較佳的心情。研究結果可作為未來探究教學設計上與實施的參考依據。Item 探討建模歷程在國小新舊課綱自然教科書之運用(2023) 鄭喬芹; Cheng, Chiao-Chin隨著新108課綱的實施，素養導向的科學教學內容強調教室教學應培養學生探究之能力，其中新增加的兩項素養分別是建立模型與論證。本研究藉由內容分析法以達成兩個研究目的，一個為探討新舊課綱在國小自然教科書中使用建模歷程的頻率，另一個為探討新舊課綱在國小自然教科書建模歷程課程設計的排序。本研究選定現行國小三年級所使用的三個版本，九年一貫課綱（出版年份2020年）及108新課綱（出版年份2021年及2022年）教科書為研究對象，共十二冊。本研究建立建模歷程（以下簡稱建模）在教科書中使用之詞彙編碼表，對新舊教科書進行詞彙及語意分析，以探討在舊課綱及新課綱實施後，其建模融入教科書之情形。本研究結果顯示：1. 同一版本教科書整體及不同單元於新課綱使用建模的頻率皆明顯較舊課綱多，顯示課綱轉變後，教材也隨之進行編修使其著重在探究能力之培養。2. 同一版本教科書在不同單元運用建模的頻率，其中以奇妙的水最多，動物概念最少，顯示在奇妙的水概念需更多建模之輔助以幫助學生建構知識。3. 三個版本教科書大多數著重在模型發展、模型精緻化及模型遷移階段，使用模型重建階段比例極低，顯示在國小教科書仍有運用到較高層次之建模，但相較低層次建模的比例來說還是較為少見。4. 三個版本教科書於不同單元中僅模型遷移在奇妙的水單元運用最多，模型發展、模型精緻化及模型重建階段皆無較常運用之單元，顯示在不同單元在使用建模上較無固定模式。5. 同一版本教科書整體課程排序並非按照建模順序做內容設計，顯示教科書在運用建模上較為不熟悉，使得各版本在新舊課綱中多數單元並非由模型選擇步驟開始到模型轉換結束。6. 三個版本教科書整體及不同單元在舊課綱皆為單一模型，新課綱為多個模型但建模順序較不完整及不同模型穿插在其中，並新增循環建模步驟，顯示課程排序在課綱調整後，教科書利用循環以強調建模的使用並提供學生建模的機會。以上研究結果將提供給教師、出版商及未來研究者在建模融入教科書時進行參考。