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 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。Item 利用眼球追蹤技術分析高中學生能力導向問題解決之表現與視覺注意力之關係(2025) 林明顯; Lin, Ming-Hsien本研究參考十二年國民基本教育課程綱要中的學習表現項目及PISA 2025的評量架構，設計出數位互動且跨域的探究情境題組，共15道試題，滿分為17分。依據探究實作的學習表現，本研究將測驗內容分為四大面向，包含「觀察與定題(o)」、「計畫與執行(e)」、「分析與發現(a)」與「討論與傳達(c)」。施測對象為修習過探究與實作課程之35名高中二年級學生，受試者於線上數位平台上進行測驗，在作答的同時，利用Tobii 4C眼動儀收取受試者在作答時的眼動資料，然後依據不同的學習表現進行分組，最後使用重複測量單因子相依變異數分析(Repeated Measured ANOVA)歸納學生在不同能力導向問題解決表現的趨勢；以皮爾森相關(Pearson Correlation)分析不同能力導向問題解決表現與視覺注意力的關係。研究結果顯示，學生受測最高分為15分，最低分為4.5分，平均分數為9.6分，標準差為2.9分。進一步分析不同題型之表現結果顯示，學生的討論與傳達(c)表現最好，計畫與執行(e)表現最差。而與PISA 2025的評量架構的能力項目對應後，可知學生具有「以科學的角度解釋現象」的能力，但是較缺乏「建構和評估科學的探究活動，並批判性地詮釋科學數據與證據」。於解題過程中，學生在分析與發現(a)題型上的的注意力分配最多，也呈現最多處理、整合訊息的時間；在討論與傳達(c)的面向上，初步文字理解的時間最長；在計畫與執行(e)題型上的的平均凝視時間最高。各問題解決面向的總分與AOI眼動的相關分析結果顯示，觀察與定題(o)得分與錯誤選項的凝視時間百分比相關、計畫與執行(e)得分與正確選項上的掃視時間有關；分析與發現(a)得分與在問答題上的總花費時間及掃視時間有關；討論與傳達(c)總分則與圖表上的凝視時間百分比、再次造訪凝視時間、總凝視時間、總花費時間、掃視時間等眼動指標有關。Item 以眼球追蹤技術分析國中學生生物試題之閱讀與理解(2013) 江家綺標準化紙筆測驗是台灣學生的學習及升學過程中，主要的評量工具，因此，了解學生在解決標準化試題時的閱讀歷程，以及此歷程與解題成就間是否存在著關係，可以讓我們進一步推論學生的問題解決策略。本研究根據布魯姆認知分類修訂版架構，分析生物基測試題，選出代表題型後，進行成就測驗，在學生解題同時，利用眼球追蹤技術，紀錄國一學生解決試題時的閱讀歷程。眼球追蹤資料經過統整後，使用SPSS 19軟體進行歷程分析。此外，依據試題測驗結果的分為高低兩組，進行描述性統計、成對樣本T考驗、同質性檢定與單因子變異數分析（ANOVA）。 結果發現，學生在解決布魯姆認知分類架構下較高階或有圖的試題時，需花費較多的凝視時間及總凝視點數，這表示學生需花費較長的訊息處理歷程來解決這些問題，進一步的相關分析發現，除了了解-敘述題型外，學生在不同題型上的測驗成績與閱讀歷程大致呈正相關，顯示訊息處理時間長短會影響作答結果。而高低組學生的差一分析指出，高分組學生在解題時會將較多的注意力分配於試題中解題資訊所在；此外，高分組的學生通常也會有較多的交互閱讀及回視次數，這表示高分組學生在解決試題時，有較多整合題目所給予的資訊的過程，而這些過程皆可以幫助學生正確解決問題。Item 以眼球追蹤法分析國中數學幾何試題的解題歷程(2018) 闕妤安; Chueh, Yu-An為能瞭解不同數學幾何學習經驗的學生如何解題，本研究以Usiskin在1982年發展的Van Hiele幾何思考層次測驗做為前測問卷，以得知學生之先備幾何能力與經驗，透過眼球追蹤技術可以瞭解各區閱讀比重情況，以探究不同幾何能力學生的解題歷程。本研究以28位非理工科大學生為受試者，蒐集其解決數學幾何問題時的眼動資料，隨後進行晤談。結果發現，(1)區域內閱讀時間百分比(PTSZ)而言，「幾何圖形與尺規作圖」中，幾何思考層次較高的學生因對於幾何性質更為清楚明確，相對分配較少時間處理選項區域內的訊息，在「三角形的基本性質」單元中，幾何思考層次較高的者，分配較多時間在求解標的與附圖中所提供的線索，「相似形」、「圓」和「幾何與證明」，幾何思考達第三層次的學生通常花時間在問題及題幹區域百分比較高。高思考層次組較能在解題過程中，分配較多時間在解題資訊所在之處。(2)區域內首次閱讀凝視時間(FPFDZ)而言，幾何思考層次較高的學生，會花較多時間在關鍵資訊上建構問題表徵。(3)區域內總凝視時間(TFDZ)而言，整體而論，高幾何思考的學生，會花較多時間在處理附圖區域的資訊。(4)圖文交互閱讀次數和回視而言，在「圓」單元中，低思考層次者嘗試在問題和正解返回題幹區域間搜尋相關線索的交互閱讀次數較高思考層次者多，且從正解回視問題區域的次數明顯多於高思考層次者，表低思考層次者可能因對於圓的幾何性質不熟悉，需反覆確認及搜尋題目所提供的線索，此過程中亦可能對於題幹中的資訊仍有部分尚未理解。(5)此結果部分與過去研究相符，論文最後提供此研究對於數學教學上的建議。Item 初探擴增實境解謎遊戲之建置與可行性−以高中自然科學領域為例(2018) 張道依; Chang, Tao-Yi近年來科技融入教育的發展與應用蓬勃。其中數位遊戲式學習(Digital game based learning)，是指數位遊戲為平台來進行學習，學習者可以在遊戲中經由模擬操作，反思和調整問題解決策略來解決遊戲任務。本研究之目的是希望透過建置一套擴增實境解謎遊戲，藉由遊戲元素進行趣味化情境式學習，並利用學生參與遊戲活動的過程中學習合作技巧，以提升學生適應未來生活並同時在過程中獲得成就感，促進學習者的學習動機，發展更進一步的精熟學習。然而，為了使數位遊戲式學習能夠提高學習動機，在設計數位教育遊戲內容時，還需兼顧遊戲性與教育性，因此在本研究的遊戲設計為問題解決的遊戲類型，同時融合了擴增實境與Beacon藍芽定位等技術，學科知識橫跨生物、化學、數學等領域。本研究針對此擴增實境解謎遊戲之建置過程與可行性進行討論分析，包含第一次施測、改良、再施測。受試者為嘉義地區的高中學生。問卷統計方法使用獨立樣本 t 檢測及單因子共變數分析。根據研究結果顯示受試者於性別、年級、先備知識等三個不同背景變項對於擴增實境解謎遊戲實施的可行性均無顯著差異。受試者在使用意願、學習態度、喜愛程度等構面上，於不受不同性別、不同年級、不同先備知識等背景變項亦無顯著差異。Item 卓越數位學習科學研究中心( III )(行政院國家科學委員會, 2011-07-31) 張俊彥; 陳伶志; 襲充文; 曾元顯; 李忠謀; 李蔡彥Item 中等學校地球科學「問題解決活動」之實驗教學研究(III)(行政院國家科學委員會, 2000-07-31) 毛松霖; 張俊彥Item 問題解決為基礎之電腦輔助教材發展研究---中等學校地球科學(II)(行政院國家科學委員會, 1999-07-31) 張俊彥Item 問題解決為基礎之電腦輔助教材發展研究---中等學校地球科學(III)(行政院國家科學委員會, 2000-07-31) 張俊彥Item 問題解決為基礎之電腦輔助教材發展研究---中等學校地球科學 (I)(行政院國家科學委員會, 1998-07-31) 張俊彥本研究計劃的主要目的為：（一）將今年度研究開發所得的地球科學電腦輔助教材，在一所高中進行實驗性教學研究(Pilot Study)，來探究其在學生學習成就與態度上的影響。實驗性教學研究將同時採用質與量的研究方法：量的方面將採用「問卷調查法」與「靜態組比較」之研究設計，質的方面將採用「半結構式晤談」之研究方法，來深究學生對此電腦輔助教材的觀感；（二）經由上述實驗性教學研究所得回饋，修正改良此「問題解決」策略為基礎的地球科學電腦輔助教材；同時發展出與本研究有關之地球科學單元的測驗工具，以便作為學生學習成就與態度之評量工具；（三）根據「問題解決」教學策略，繼續設計發展其他兩個單元的地球科學電腦輔助教學教材（預定內容為「造山運動與地震」及「燦爛星空」兩單元）；（四）第二年的計劃為正式教學研究(Main Study)，將採用準實驗研究法中「不相等控制組」之實驗設計。測驗工具採用第一年研究發展出的評量工具作為成效指標。實驗性教學研究將著重於比較：接受此「問題解決」策略為基礎的電腦輔助教材教學的學生，與未接受此份教材教學的學生，他們在學習成就與態度上的差異。最後希望藉由此研究結果，對目前中等學校在地球科學電腦輔助教材、教學及未來研究上，提出建議及改進方針。