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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系所網址：http://www.gise.ntnu.edu.tw/

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Start date: 2020

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    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。
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    透過 STEM-ESD 耐震建築專題探究學生的創造性思維能力與行動準備度
    (2025) Ashidiq, Rizki Maulana; Ashidiq, Rizki Maulana
    本研究旨在探討結合 STEM 與永續發展教育的 STEM-ESD 學習對於地震災害應變能力的提升成效。STEM-ESD 學習設計旨在促使學生關注永續議題，並培養其因應相關挑戰所需之核心能力。然而，印尼學生在面對災害防備行動方面表現相對不足；另一方面，「創造性思維」作為一項關鍵能力，涵蓋創新、應用新形式或產生新構想的能力，但目前印尼的科學教學尚未有效促進學生的創造力發展。有鑑於此，本研究探討STEM-ESD 學習對學生創造性思維與行動準備能力的影響，並以地震防災建築專題作為學習載體。本研究採用解釋性混合研究法（explanatory mixed-method design），研究設計為不等組的前後測設計。數據分析分為兩階段：量化資料以多變量共變異數分析 (MANCOVA) 進行分析，質性資料則以學生訪談的質性描述進行詮釋。研究對象為印尼西爪哇省Majalengka 地區兩所國中之八年級學生，共計 110 名。研究工具包括開放性問答題與學生作品（評估其創造性思維能力），以及採用四點李克特量表的行動準備問卷。研究結果顯示，STEM-ESD 學習對提升學生創造性思維能力與行動準備能力具有正向效果。以地震防災建築專題導入 STEM-ESD 學習模式，可成為促進永續價值、因應全球挑戰與未來教育發展的重要教學策略，特別適用於 Majalengka 等地區之中學教育場域。
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    連結理論與實踐：以學生剖析與教師能力為基礎，發展印尼科學教育中的社會建構主義
    (2025) Manalu, Marison Sudianto; Manalu, Marison Sudianto
    本研究以建構主義爲理論架構，著重於三個主要面向：(1) 教師在組織資訊引導學生學習時所扮演的角色、(2) 學生在既有知識上建構新知，以及 (3) 課堂上的溝通與社會互動。建構主義架構常被教育工作者（包括科學教師）所廣泛運用，以幫助學習者在既有知識的基礎上獲得和建構新知識。然而建構主義架構的基本組成部分：教師、學生和課堂環境之間缺乏較明確的連結，教師往往難依此架構實施教學。本論文透過一系列相互關聯的研究，結合學生的需求分析與促進教師專業發展，嘗試連結理論與實踐，以改善印尼科學教育的學習成果。第一項研究是探討印尼小學生對科學、科技、工程和數學 (STEM) 教育的態度，以及他們對 STEM 相關職業的興趣。潛在特徵分析 (Latent Profile Analysis, LPA) 結果顯示出三個不同的群體：高興趣、中度興趣和低興趣。本研究的意義可能有助於科學教師依照需求調整教育策略，以符合學生的需求，進而在印尼推動有效的 STEM 參與。第二項研究則探討以動畫為本的學習活動在協助學生進行科學探究上的成效，此研究著重於資料分析 (DA)、變數控制 (COV)、科學推理 (SR) 和評估 (EV) 等能力。結果顯示出五種不同的學生特質，即基礎型探究者、平衡型探究者、證據有限型學習者、發展型探究者和高成就者，展現出學生們多樣化的探究技能。這突顯了對印尼高中生，特別是偏鄉學生，需要提供焦點式的學習介入。第三項研究使用認知網絡分析法（Epistemic Network Analysis）深入探討印尼教師的科技教學與內容知識（TPACK），結果顯示印尼科學教師在線上討論教案發展時所闡述的知識領域主要集中在 PK、TK 和 TPK。本研究透過探尋科學教師 TPACK 的缺口，為如何利用科技來促進更有效率且更有活力的科學教學之議題提供更廣泛的討論空間。最後，本論文期許能透過各項子研究的成果與啟示，對改善印尼的科學教育有所貢獻。
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    不同學習領域職前教師對包含科學科目的跨領域課程發想
    (2025) 黃威凱; Huang, Wei-Kai
    近年來跨領域學習逐漸開始被重視與推廣，這種打破傳統的學科界線並強調結合不同學科知識與內涵的教學模式，已成為各國現代教育發展中的重要趨勢。本研究旨在透過問卷收集與課程設計模板調查不同學習領域的職前教師們對於跨領域課程的認識與在包含科學科目(物理、化學、生物、地球科學)的跨領域課程中對科學內容的偏好與選擇。研究對象為41位不同學習領域的職前教師，了解他們對於跨領域課程中的科學內容偏好，並根據Drake& Burns (2004)對跨領域提出的三個類型來分析職前教師在不同問卷所呈現的跨領域定義與課程特徵表現，同時分析課程設計模板了解職前教師在六堂跨領域課程設計中對於學科內容與教師的安排。結果顯示：(1.)隨著對跨領域的理解定義到進行跨領域設計的實踐，對於跨領域的認識與論述的表現在人數上有增加的趨勢；(2.)職前教師在跨領域課程的整合中較青睞於地球科學與生物，較不青睞於化學與物理，並且在科學內容中偏好日常生活、社會議題及永續發展相關的單元與主題；(3.)職前教師在課程設計的人數分布上呈現獨立授課導向和專業學科導向為主的情形。本研究調查了職前教師們對於跨領域課程的初步認識與整合的能力，提供了師資培育系統可進行跨領域課程實踐的工具並為教師們在未來的教學設計中提供參考與建議。
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    探討探究與實作課程對高中生科學學習動機剖面之影響
    (2025) 施懿軒; SHIH, YI-HSUAN
    108課綱新增「探究與實作」課程為高級中等學校教育階段的必修課程，盼學生能透過實作的歷程習得探究的技能，並進一步瞭解科學的本質。要能成功實施一門全新的課程，教師和學生皆扮演重要的角色。然而，目前在臺灣與探究與實作課程相關的研究大部分皆聚焦在教師層面，對學生學習狀況的探討相對較少，也鮮少從學生的觀點討論此課程的實施狀況及影響。本研究採鑲嵌式混合研究法探討探究與實作課程對高中生科學學習動機剖面的影響，及學生科學學習動機維持與轉變的原因。本研究使用「科學學習動機問卷 (SMTSL) (Tuan, Chin,& Shieh, 2005)」調查高中生在探究與實作課程前後的科學學習動機。該問卷包括六個向度，分別為：「自我效能(SE)」、「主動學習策略(ALS)」、「科學學習價值(SLV)」、「表現目標導向(PG)」、「成就目標(AG)」與「學習環境誘因(LES)」。在資料分析上，透過潛在剖面分析 (LPA) 辨別學生在探究與實作課程前後的科學學習動機潛在剖面，再分析問卷中質性資料探討學生科學學習動機剖面維持與轉變的可能原因。此外，研究者藉由教師訪談了解教師探究與實作課程的理念、設計與實施內容。 LPA分析結果辨識出三種科學學習動機剖面，分別為「高科學學習動機的主動學習者」、「中科學學習動機的均衡學習者」及「低科學學習動機的表現目標導向學習者」。問卷質性資料分析結果顯示，學生間的同儕互動、探究與實作中動手操作的特質、學生在探究與實作課程中的情緒、教師的課程安排等因素為影響學生科學學習動機剖面維持與轉變之原因。
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    當科學與音樂相遇：設計跨領域課程以促進學生的科學學習興趣
    (2025) 謝長達; Shie, Chang-Da
    本研究旨在設計一門結合科學與音樂的跨領域課程，以提升學生對科學學習興趣（Interest in Science Learning, ISL）。雖然學習興趣長期被認為是教育中不可或缺的要素，但學生對科學學習興趣的低落已促使學者積極尋求有效的教學介入策略。先前研究指出，將物理與其他學科結合有助於提升科學學習興趣，然而，多數設計仍以物理知識為主體，將其他學科作為輔助素材，對於低 ISL 學生的吸引力有限。此外，音樂作為邊界物件（boundary object）的潛力往往被忽略，且相關設計未聚焦在高中階段。為了回應這些缺口，本研究發展了「泛泛知音」課程，結合物理與合唱音樂，聚焦於「音色」主題，期望同時促進學生的音樂學習與科學學習興趣。課程於高中合唱團實施，由合作教師授課，設計理念融入跨領域教學、真實科學學習情境與現象本位學習（Phenomenon-Based Learning, PhBL）。本研究採用設計本位研究（Design-Based Research, DBR）方法，透過多次循環蒐集多元質性資料以優化課程，並以課前後問卷量化檢測學生ISL的變化。質性資料採用主題分析法進行整理與歸納，量化資料則以描述性統計與Wilcoxon符號等級檢定（Wilcoxon Signed-Rank Test）進行分析。研究結果指出，跨領域課程設計需審慎考量相關主題、教學策略、科學知識難度、互動活動及時間配置；結果亦顯示，該課程能有效提升學生的科學學習興趣，並具可行性，未來可供其他高中合唱團採用。除促進學生的科學學習興趣外，本研究亦為跨領域教學設計與推動提供了實務啟示，對後續研究與教學實務具參考價值。
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    國高中科學教師的環境教育教學理念
    (2025) 黃筱玫; Huang, Hsiao-Mei