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 高中生對拋物線、橢圓及雙曲線的心智模式類型研究(2011) 吳姿瑩; Tzu-Ying, Wu本研究的目的是對於高中學生在拋物線、橢圓及雙曲線的心智模式類型進行研究，進而了解學生學習過圓錐曲線單元後，對於拋物線、橢圓及雙曲線所形成的概念，以及在這些概念之下所形成的心智模式。 本研究為質性研究，使用半結構性晤談。研究之初，研究者先對幾位科教所不同背景的學生進行訪談，以瞭解本研究是否可行。接下來，研究者先以一般性的問題對學生進行紙筆測驗，並與任課老師討論後，挑選出適合晤談的學生。訪談的過程中，發現學生的表現與一般性的問題表現並無太大的正相關，因此研究者與指導教授討論後，再挑選另一所PR值無太大差異的國立高中，由教師挑選不同能力及不同組別的學生進行晤談，在正式施測時，兩所學校的研究對象總共為自然組及社會組學生各6位。 透過質性資料的分析，本研究發現學生對於拋物線的心智模式類型有火箭筒型、類拋物線型；對橢圓的心智模式類型有操場型、類橢圓形；對雙曲線的心智模式類型有雙曲線型、類雙曲線型。另有一心智模式，受圖形外觀影響較大的，本研究稱為受圖像型。在這些類型中，研究者歸納出學生判斷拋物線、橢圓、及雙曲線可略分為六個概念，分別為「開口」、「無限延伸」、「弧度」、「對稱」、「漸近線」及「幾何定義」。這六個概念中，「開口」為教師們在圓錐曲線單元的教學的常用語；「無限延伸」為描述圖形的發展；「弧度」與高中教材所定義的弧度(radian)不同，為學生為描述一曲線彎曲的程度所使用的日常用語，且不同的學生在使用上所表達的概念不盡相同；「對稱」為圓錐曲線中一重要的概念；「漸近線」為學生觀察雙曲線的重要概念；「幾何定義」對學生而言，為不太容易了解的概念。 本研究發現學生學習過圓錐曲線單元後，仍舊有許多與正確模式相異的心智模式存在。建議教師在教學的過程中，強調拋物線、橢圓及雙曲線的幾何定義與學生所熟知的各概念，如「開口」、「對稱」等作連結。本研究另發現不同學生口中的「弧度」不盡相同，因此建議教師教授本單元時，可利用離心率切入，使學生在理解拋物線、橢圓及雙曲線具有融貫性。Item 透過建模與多重表徵教學探討高二學生的建模能力與概念改變－以空間概念為例(2009) 蔡春風; Chun-Feng Tsai本研究旨在透過科學建模與科學概念改變理論的觀點來探討學生在學習數學上的空間概念時的建模能力與概念改變。在本研究中，研究者發展了一套為期六週、以建模與多重表徵為設計基礎的數學課程，並在一所普通高中內實際進行教學。研究者將三個班級（共125位高二學生）透過方便性取樣分為建模與表徵組(MR)、表徵組(R)與控制組(C)等三組。其中建模與表徵組（簡稱建表組）與表徵組由研究者進行教學，而控制組則由該校一位經驗豐富的數學教師進行教學。 在本研究中，研究者修改了張志康和邱美虹（2009）所提出的「建模能力分析指標(Modeling Ability Analytic Index, MAAI)」，發展了一套多面向的概念試題，在每單元結束後各施測一次，以作為評量與分析的依據。該試題共有五個單元，每個單元均包含許多開放性問題；學生必須完整地進行答題與解釋，才能獲得高分。在後測結束後，每位學生均接受為時20至30分鐘訪談，以協助研究者確認對學生所持之心智模式的歸類是合理的。此外，研究者尚挑選了27位持有不同心智模式與建模能力的標的學生進行為時1小時的深度訪談；此深度訪談旨在深入探討這些學生的心智模式與建模能力，以作為典型個案的呈現。本研究所有的研究工具均經過信效度檢驗，並達到合理標準。 經過資料編碼與分析，本研究顯示出以下結果：首先，三組學生在接受過建模與多重表徵教學後，在概念理解上均有顯著的進步，其中又以建表組的進步幅度最大，表徵組的學生次之，而控制組的學生進步幅度最小。在這當中，建表組與表徵組學生的進步幅度也顯著地較控制組來得大。其次，學生所持有的空間概念心智模式是多元且多樣的。本研究根據先前文獻與試測結果，將學生的心智模式分為科學模式、斜角模式、有界模式、符號模式、實體模式、二維延伸模式、以及其他等七類。在教學前，持有二維延伸模式與有界模式的學生是最多的，隨著教學活動的進展，二維延伸模式的學生開始減少，取而代之的是實體模式與符號模式。有界模式雖然一直都有學生持有，但卻不是比例最高的。在教學的尾聲以及教學完畢後，持有科學模式與符號模式的學生則是最多的。這樣的結果符合了研究者的教學目標，也符合了先前的研究發現。接下來，在學生所使用的建模歷程上，建表組的學生所使用的建模歷程顯著地較表徵組與控制組來得高。學生在六個建模歷程當中，以模型選擇、模型建立與模型應用的表現較為理想。建表組的學生在模型效化、模型調度與模型重建三個歷程上，所使用的次數與表徵組及控制組的學生有顯著的差異。接下來，在學生的建模能力方面，建表組學生的平均建模能力（2.81分）顯著地比表徵組（2.03分）與控制組（1.98分）來得高。56%的建表組學生在教學結束後具備了進階的建模能力，然而三組學生在答題層次上並未展現出顯著差異。接下來，在學生所採用的表徵形式與種類上，學生最常使用的表徵種類為數學表徵，其次是言語表徵與具體表徵。學生較少使用視覺與動作表徵。造成這樣的差異的主要來源，乃是由於建表組的學生在進階建模能力上的得分顯著地比其他兩組來得好。最後，根據回饋單、情意問卷與課堂錄影等資料顯示，學生對這樣的課程持有相當正向的態度，且在課程中有著良好的師生互動。根據本研究的結果，研究者建議教師設計建模與多重表徵課程，並以外顯化的方式實施，以提升學生的建模能力並促進概念改變。