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 國小六年級學生對於科學探究本質之認識(2023) 楊家驊; YANG, CHIA-HUA本研究探討六年級學生對於科學探究本質的認識情形，透過問卷了解學生對於各個探究本質的認識觀，可用於未來教師修正教學需注意之教學重點。本研究分兩階段，第一階段透過開放性問卷進行，針對211位六年級學生進行施測，透過學生的回答依評分規準進行分析，挑選出合適的受試者進行抽測訪談，進入第二階段透過受測者於問卷上的回答，依其答案之脈絡提問，了解受測者確切的想法，其中訪談的架構透過問卷進行半結構式訪談。本研究所使用Lederman等人 (2014, 2019)所提出的「關於科學探究觀點問卷(Views About Scientific Inquiry questionnaire，簡稱VASI）」，建立8項學生須具備對於科學探究本質的概念。在問卷的修改上以貼近國小六年級學生生活情境為出發點，像是研究者觀察到學生平常有沖泡熱可可的習慣，因此將問卷中輪胎的情境修改為沖泡熱飲，使學生在答題上有更多的共鳴。本研究在「研究結論必須與收集的數據一致」的科學探究觀中是相對成熟的觀點，以38%了解型、37%混合型、24%質樸型分佈比例。而「做解釋是結合收集的數據和已知的知識得出的」以14%了解型、41%混合型及44%質樸型分佈比例及「所有科學研究中沒有一套單一的步驟和順序（無單一科學方法）」以10%了解型、45%混合型、44%質樸型之分佈比例之科學探究觀是相對不成熟的的觀點。此外，研究結果發現，性別差異僅在「探究過程以提問的問題為引導」及「所有做出過程相同的科學家可能不會得出相同的結論」這兩個向度，且女生的觀點較男生成熟。翻閱教科書後發現，多數課本出現固定流程的科學研究方法，與大多數受測者處於混合型或是質樸型的觀點相符合。本研究針對教科書中以傳統驗證假設為目標進行科學探究或是科學實驗的內容提出評論，並建議科學教師在未來的教學上需要著墨設計探究觀點融入教學，並持續進修以建立適當的科學探究本質觀點及教學能力。Item 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 提升高中聽覺障礙學生的科學素養之系列研究(2021) 林佳穎; Lin, Jia-Ying本研究之目的為提升高中聽覺障礙學生的科學素養，從理解高中聽障生對科學家與科學之態度出發，進而發展出一系列提升高中聽障生科學探究能力、科學閱讀能力與科學知識之研究。首先，研究一使用「畫科學家測驗」以瞭解高中聽障生持有之科學家意象。並參考先前研究發展出「現代科學家檢核表」，並將68位高中聽障生的繪圖資料進行檢核與分析。研究結果顯示，學生持有之科學家特徵最多為整潔乾淨、男科學家、中年以上與有好奇心；學生持有之科學家類型以刻板印象為最多，並發現學生畫出無關科學家的比例偏高；此外也發現女學生持有較正面的科學家意象，男學生持有較負面的科學家意象，不同年級學生持有之科學家意象無顯著差異，並經由深度晤談發現學生對科學較不感興趣，也認為自己較不適合學習科學。研究二以提升學生之科學探究能力為目的，指導3位高中聽障生參與科學展覽，以及發展出科學探究課程。本研究使用美國奧勒岡州教育部（ODE）提出之「科學探究活動評分表」分析學生之科展作品書，分析結果顯示學生之探究能力各項目分數皆高於4分，顯示出參與科學展覽可以培養學生之探究能力。本研究進一步分析學生實驗日誌與教師省思日記，發現有學生提及做實驗的過程很有趣，也有學生覺得自己更瞭解科學家的工作，未來可以多嘗試科學相關活動，顯示出參與科學展覽可以提升科學興趣、提升參與科學的自信心與對科學家持有正面態度。研究三以提升學生科學閱讀能力為目的，將斷詞與科學語言遊戲教學融入細胞分裂課程中，研究對象為7位高中聽障生，使用細胞分裂文本斷詞測驗、細胞分裂閱讀理解測驗與細胞分裂概念理解測驗為工具，以測驗教學前後的學生學習成就表現。研究結果顯示學生的斷詞以及概念理解之前測與後測成績皆達到顯著差異（P<.05），表示科學語言遊戲能有效提升學生的斷詞能力與科學概念理解。 研究四以提升學生科學知識為目的，研究者設計出擴增實境DNA課程，研究對象為9位高中聽障生，研究工具為DNA紙筆測驗和DNA繪圖測驗以及課程問卷。研究結果顯示，學生DNA紙筆測驗的前測與後測成績（P<.05）與DNA繪圖測驗前測與後測成績（P<.001）均具有顯著差異，表示擴增實境教學可以提升學生的DNA概念學習。從DNA繪圖分析可知，學生於教學後皆能畫出一種以上的DNA表徵模型，顯示出擴增實境能提升學生的模型表徵能力。本研究並發展出「DNA心智模式評量表」，將DNA心智模式分為0至6等級，用以分析學生之DNA繪圖。分析結果顯示，教學後可以提升多數學生之心智模式層級，但學生持有之DNA心智模式仍未達到科學模式。 本研究進行四個研究，透過這些研究以理解聽障學生對科學家與科學之態度，並設計出能提升學生之科學探究能力、科學閱讀能力與科學知識之課程。期望本研究能提供科學教育研究者、特殊教育研究者與教學現場老師們從事研究與教學之參考，並能拋轉引玉，使得更多研究者或教師關注聽障生的科學教育。Item 電腦模擬教學和後設認知鷹架對高中生光學學習表現的影響(2022) 王宏軒; Wang, Hong-Syuan光學在學習和教學中都是一個具有挑戰性的主題，其抽象的概念和對科學模型的錯誤理解是造成學生光學學習困難的重要因素。科學教育學者建議電腦模擬可以促進學生的學習表現，因此我們進行兩項研究來了解電腦模擬的學習環境如何影響學生的概念理解、後設認知監控準確性及改善探究能力。研究一的目的在調查發光射線模型和電腦模擬對學生概念理解和後設認知監控準確性的影響效果。三個高一班級的學生參加了研究一的實驗，其中一個班級(n = 34)參與傳統射線模型的講授課程，另一個班級(n = 33)參與發光射線模型的講授課程，第三個班級(n = 37)則參與電腦模擬結合發光射線模型的課程。透過使用選擇題的前測與後測來比較三個班級學生的概念理解及對概念理解的後設認知監控準確性。研究一的結果顯示發光射線模型改善學生的概念理解，而電腦模擬則有助於提高學生在概念理解的後設認知監控準確性。此外，電腦模擬透過提供3D結構的成像之獨特性促進學生光學概念的理解。研究二的目的是調查引入後設認知鷹架對學生在電腦模擬的環境中進行探究任務之影響。兩個高三班級的學生參加了這項研究，其中一個班級 (n = 33) 參與後設認知鷹架融入電腦模擬的探究課程，另一個班級 (n = 34) 則參與僅有電腦模擬支持的探究課程。透過使用選擇題的前測與後測及學習過程中的學習單來比較兩個班級學生的概念理解、探究思考技能(控制變因策略、數據解釋和圖形理解)、後設認知監控準確性和探究活動的表現。研究二的結果顯示使用不同學習方法之兩個班級的學生，其概念理解和對概念理解的後設認知監控準確性，後測均較前測顯著改善，而將後設認知鷹架融入電腦模擬的探究學習活動則可以改善探究思考技能及對此技能的後設認知監控；特別是在較複雜的探究任務中，引入後設認知鷹架對學習效果的改善更是顯著。這些發現將有助於科學教師發展最佳教學模組來促進學生的光學學習。Item 以Go-Lab平台發展與實施科學探究實作評量(2021) 隋奇融; Sui, Chi-Jung十二年國民基本教育新課綱將素養導向教與學和探究與實作列為自然科學領綱的重點。本研究旨在以Go-Lab平台提供之應用程式和線上實驗室建置探究式學習空間（Inquiry Learning Space, ILS），發展與實施科學探究實作評量，融入學術探究的情境脈絡，並整合學生單性狀遺傳法則的先備知識和探究能力，透過實作經驗建構證據為本的科學模型，促進學生對雙性狀遺傳法則的學習。本研究應用科學探究實作評量標準檢驗國中數理資優生之建構反應之探究能力表現水準，以及對應的表現水準描述檢視探究能力，發現學生在本實作評量所呈現的探究能力高低依序為推理論證、分析與發現、執行與計畫和建立模型，整體水準落在基礎到精熟之間，且ILS中之模擬式實驗能幫助學生建立雙性狀遺傳法則之模型，提升學生模型導向的探究能力。遺傳法則成就測驗前測和後測結果顯示學生經科學探究實作能有效幫助學生以既有的單性狀遺傳法則概念經探究式學習遷移至雙性狀遺傳法則。有關資訊科技應用於學習，本研究以李克特五點量表進行問卷調查學生使用Go-Lab進行科學探究實作評量的科技使用度，研究結果為學生對此系統的認知有用性、認知易用性、使用態度、使用意向的評分高，顯示學生認同以Go-Lab進行科學探究實作評量。Item 探討導入科學探究教學於科展培訓對學生科學探究能力之影響(2013) 郭泓男; Hung-Nan Kuo本研究以美國奧勒岡州教育部門提出科學探究(Science Inquiry)四個面向、三層次評分準則形成的十二個科學探究能力分項(Oregon Department of Education, 2002)作為研究設計之科展培訓教學模組的主要參考依據，教學設計內容包含一學期16節的課程，課程教學目標涵蓋上述十二項科學探究能力分項。本研究採用混合方法設計研究法(mixed-methodology design)，使用便利取樣，研究對象包含接受本研究設計之科展培訓教學模組並參與研究者任教學校校內科學展覽者11位學生，作為實驗組；另外選取沒有接受科展培訓教學模組但有參與校內科學展覽者11位學生，作為對照組。研究問題有二：(1)實驗組學生接受科展培訓教學模組前後，科學探究能力的改變及面對實驗誤差的控制與處理方式為何？(2)探討接受科展培訓教學模組學生與沒有接受科展培訓教學模組學生，在參與科展活動前後科學探究能力的改變及面對實驗誤差的控制與處理方式為何?研究採用一開放式真實操作的斜面滑車實驗作為診斷學生探究能力的科學探究能力實作評量，並藉由學生實驗日誌、實驗組科展活動追蹤紀錄、晤談等質性資料的分析來探討上述兩個研究問題。針對第一個研究問題，研究結果發現實驗組學生在科展培訓教學模組前後，在科學探究能力實作評量的「實驗設計」、「實驗操作」、「數據處理」、「分析詮釋」四個面向的得分皆達到顯著差異(p<0.05)，且在總得分上達到高效果量(E.S.=2.27，p<0.05)，並在實作評量子面向得分的分析與質性資料的對照，歸納出學生在科學探究能力實作評量操作過程中明顯進步的行為特徵包括：(1)正確地操弄操作變因；(2)操作變因的控制改變具有規律性；(3)刪除誤差過大的數據；(4)將實驗圖表做正確的詮釋。沒有明顯進步的行為特徵則包括：(1)圖表的紀錄與組織完整；(2)面對實驗結果與預期或理論差異做正確推論。而針對第二個研究問題，探討科學展覽活動對學生科學探究能力影響方面，實驗組與對照組的學生在科學探究能力實作評量表現皆有顯著進步 (實驗組E.S.=1.51，p<0.005；對照組E.S.=0.85，p<0.05)，在實驗組與對照組科展作品評分的比較上，發現實驗組在「分析詮釋」的表現明顯優於對照組(p<0.05)。本研究針對質性資料進行內容分析，歸納出學生獲得實驗誤差相關概念來源、學生在面對科展實驗研究中誤差控制的處理策略、學生對於誤差在科學實驗造成影響的詮釋分別有哪些類型。研究者最後依據研究結論提出未來修改科展培訓相關教學模組設計與科學探究能力實作評量實施之具體建議。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。