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 透過即時反饋情境協助國中生建立模型-以靜電感應為例(2021) 蕭聖益; Hsiao, Sheng-Yi建立模型於108課綱之探究能力中占重要位置，對於學生了解複雜抽象的科學現象有所幫助。Gilbert (2004) 建議教師在自然科學教學時能具備建模教學策略/能力。但在傳統課室中教師很難了解每個學生的學習情況。以即時反饋系統（Instant Response System，簡稱IRS）為基礎所設計的雲端教室CCR (CloudClassRoom, CCR.tw) 可以即時蒐集資訊供教師參考並立即調整課程或公布班級答題狀況。廣被用來檢驗新科技的科技接受模式（Technology Acceptance Model，簡稱TAM）可以用來檢驗CCR在國中教學的可行性。靜電感應是非直觀、需要學生想像的科學內容，在中學生學習內容中是屬於困難且抽象的，且容易有學習程度落差的情形產生。本研究試圖探討以CCR為工具協助不同學習程度學生建立靜電感應模型的歷程和學習成效，並設計問卷了解中學生對於CCR的科技接受模式。結果顯示不論高、低分組，建模的四階段（發展、精緻化、遷移、重建）有隨歷程下降的趨勢，且低分組在模型發展階段就和高分組出現顯著差異，學習成效測驗發現高分組有達顯著進步，但低分組並無，其可能和建模的初期能力有關。對於高分組使用問答式和選擇題式教學發現問答式的教學可以幫助學生模型遷移，不過在模型重建並未有明顯效果。學生對CCR的科技接受模式符合Davis的科技接受模式，科技接受度相當高，對低分組可以增進學習專注力，不過學生也提出使用CCR造成課室中分心、進度的問題。總體而言，IRS可以在不同面向幫助不同程度學生建立電學模型，且CCR是一個可行的工具。Item 從概念改變理論探究建模教學對學生力學心智模式與建模能力之影響(2009) 張志康; Chang, Chih-Kang本研究以Vosniadou、Chi與diSessa (簡稱VCD) 的綜合理論建立「新-心智模式架構」，嘗試整合三位學者的觀點，從多元面向探討「影響概念改變的因素」及「心智模式的類型與演變」。研究目的主要是以VCD綜合理論探討學生概念運作的機制及其心智模式的一致性，並從分析結果中針對VCD的爭議，提出另一個思考的面向。此外，為了刺激學生們對力學概念的活化，研究者採用近十多年來科教界極力提倡的建模教學，分析不同建模教學對學生力學概念與建模能力之影響。在研究工具方面，本研究使用Ioannides& Vosniadou (2001)的「力學概念晤談測驗」，配合建模能力分析指標(邱美虹，2008；張志康與邱美虹，2009)所設計的「力學建模教學」與「力學建模能力測驗」，探究前述之研究目的。 本研究共分四個階段進行：第一階段，研究者分析學齡前、國小、國中與高中學生的力學心智模式架構，在各分層架構內的運作情況與連繫關係。研究結果顯示，(一)跨年級學生心智模式的來源源自「特定領域(Domain-specific)」的人數比例有隨年級的增加而逐漸增長的趨勢。(二)持有迷思預設的人數比例，有隨年級的增加而逐漸減少的趨勢。(三)概念使用的情況，有隨年級的增加而逐漸傾向過程屬性的趨勢。(四)心智模式的類別，有隨年級的增加而逐漸傾向科學模式的趨勢。(五)以全體學生來看，各分層架構間的連繫關係，其Φ相關值達顯著。 第二階段，研究者分析學生力學心智模式的穩定一致性。研究結果顯示，48名學生在未接受力學相關教學前後，其力學心智模式的穩定一致性為83%；此外，48名學生在力學概念晤談測驗各類試題中所使用的力學概念類別一致性為85%。因此，學生的心智模式具有一定程度的一致性，與Vosniadou的觀點相符。 第三階段，研究者分析學齡前、國小、國中與高中學生在經過電腦建模、類比建模與思考建模教學前後，其力學概念改變與建模能力提升的情形。研究結果顯示，(一)三種建模教學對於學生力學概念改變與建模能力的提升，都有顯著的效果(t力學概念=6.424, p力學概念<.01; t建模能力=11.795, p建模能力<.01)。(二)在力學概念改變方面，三種建模教學的效果無顯著差異，而跨年級學生的表現有顯著差異(p<.05)，年級越高的學生，其後測表現越佳。(三)在建模能力提昇方面，以思考建模教學最差，而電腦與類比建模教學的效果與思考建模教學間達顯著差異(p<.05)；而在跨年級學生的表現上，國中與高中學生其後測表現顯著優於國小與學齡前學生。因此，建模教學可促進學生的力學概念獲得更多的過程屬性，亦可提升學生的建模能力；唯不同年級與不同教學法間，仍有差異存在。 第四階段，研究者分析不同建模教學對跨年級學生力學概念與建模能力的影響。研究結果顯示，(一)電腦建模教學對於國小與國中學生力學概念改變的幫助較大，而對國中與高中學生建模能力的提升較佳。(二)類比建模教學對國小與高中學生力學概念改變的幫助較大，而對國中與高中學生建模能力的提升較佳。(三)思考建模教學對國中與高中學生力學概念改變的幫助較大，而對國中與高中學生建模能力的提升較佳。(四)三種建模教學對於學生力學概念的改變無顯著的差異，但對建模能力的提升有顯著的差異；其中，電腦與類比建模教學對跨年級學生均合適，而思考建模教學較適合於國中、高中學生。 綜上所述，以「新-心智模式架構」解釋概念運作的機制，不僅顧及多面向的研究結果，在實徵研究上亦可重新審視VCD等人的理論觀點，針對跨年級學生力學心智模式架構的差異情形進行多元的探討。此外，研究者基於建模能力分析指標，分析跨年級學生的各項建模能力，藉以探討不同年級學生經建模教學後的學習成效；結果發現，國中與高中學生建模能力的學習成效較佳，若能在中學課室中融入建模教學，將有助於學生們對力學概念的學習。Item 探討模型與建模對於學生原子概念學習之影響(2011) 劉俊庚; Liu Chun-Keng模型（model）在科學理解上扮演非常重要的角色，它不僅作為科學現象的外在表徵，更是作為連結學校科學活動與真實科學之間的橋樑。本研究分為三個部分，首先，探討學生對於模型的認識與理解，以及學生如何利用模型來表徵所欲理解的現象、概念。其次，採取內容分析法對國、高中教科書「原子理論」單元進行分析，探究模型在我國教科書中所扮演的角色和功能，以及教科書是否具建模歷程的要素。最後，探討不同建模教學策略對於三組學生於原子概念學習之影響。研究結果顯示，彙整如下： 1. 8和9年級學生對於模型之定義，著重於模型是具體的事物，模型是物體的複製品。10和11年級學生對於模型之認識則已慢慢地轉變為著重於模型的功能，並且認為模型不再是實體的複製品，模型亦可如想法等抽象的形式。 2.學生對於模型認識之架構，分別是語意、本體論、認識論和方法論。語意部分為「實體關係」與「表徵形式」；本體論分為「模型呈現」、「變化關係」和「模型限制」；認識論分為「模型學習」與「模型觀點」；方法論則可分為「模型解釋與推理」和「模型檢驗與預測」。 3. 8年學生對於問題或現象所使用之模型與表徵系統主要以具體形式或示意圖為主，學生所使用之模型表徵以「形態相似性」為主；9年級學生除使用具體形式的模型外，亦開始使用如化學方程式或物理公式來描述現象。10和11年級學生則受到其化學背景知識的增加與概念理解，其使用模型表徵已經會考量模型與其目標系統之間的結構性關係，如抽象形式的化學方程式、物理公式，或關係圖等。 4.高中化學教科書完全符合良好模型特徵之比例偏低，顯示教科書內容以陳述科學事實為主，所使用模型著重於模型物件之呈現（完整性）（95.4%），實驗結果與理論運作之間的概念性解釋（概念性）（64.8%）與提供適當的圖像模型（具體性）（68.5%）則較為缺乏。 5.大部分高中化學教科書著重於描述原子理論內容介紹，「模型描述與選擇」和「模型建立」得分較高（93分，72.7%；106分，82.8%），至於「模型效化」與「模型分析與評估」得分較低（66分，51.6%；48分，37.5%）。 6.經過不同的教學活動後，類比建模組和電腦輔助建模組成績皆優於講述教學組，且原子概念問卷（II）後測亦達到統計上顯著差異（p = .027< .05），此外，原子成就測驗達統計上顯著性差異（p = .000 < .005）。此外，三組學生於建模能力測驗之「模型選擇與描述」、「模型建立」、「模型分析與評估」和「平均建模能力」達統計之顯著差異（p = .047 < .05；p = .035 < .05；p = .027 < .05），惟「模型效化」、「模型調度」和「模型重建」等建模能力則未達統計上顯著之差異（p = .062 > .05；p = .135 > .05；p = .069 > .05）。 7.分析三組學生於「原子概念問卷（II）後測」與「建模能力測驗」之Kendall’s tau相關係數，講述教學組未達顯著相關，類比建模組與電腦輔助建模組達高相關，換言之，透過類比建模教學模式除可以能提升學生的概念理解外，亦可以提升學生的建模能力。 模型與建模在教學上扮演非常重要的角色。本研究認為建模能力是豐富科學學習的重要方式，另外，本研究亦主張模型與建模的了解亦將使學生發展後設認知的知識。Item 由概念改變探討科學史建模教學對學生熱傳播概念與建模能力之影響(2012) 陳婉(女勻)本研究選取教科書在『熱傳播』單元所呈現的概念為課程內容與教材設計的準則，以『傳統教學』、『建模教學』和『科學史建模教學』為教學方式，探討不同教學法對學生學習熱傳播概念成效的影響。再者，基於『建模能力分析指標』(張志康與邱美虹，2009)，探討不同的教學方式對於學生建模能力的影響，更進一步探討不同的教學方式對學生建模能力和概念改變之間的交互作用關係的影響。最後，探討不同教學方式對學生科學模型本質的影響。 本研究對象為國小五年級學生共84位，所使用的研究工具包含熱傳播概念二階層診斷式紙筆測驗前測、後測和延宕測驗，熱傳播建模能力試卷前測、後測和延宕測驗以及科學模型本質測驗前測和後測。本研究的結果如下： 一、『科學史建模教學』和『建模教學』在整體教學成效和3週後科學概念保留的情形都明顯優於對照組。更進一步針對熱傳播各概念的學習成效分析，發現『科學史建模教學』只在延宕測的微觀向度明顯優於『建模教學』。 二、熱傳播的科學模型是由熱傳導科學模型、熱對流科學模型以及熱輻射科學模型所組成。熱傳導科學模型在範圍和成分兩個面向較易學習，其次是結構面向，接下來是巨觀行為面向；熱對流是在成分和巨觀行為兩個面向較易學習，其次是結構面向，接下來是範圍面向；熱輻射則是在巨觀行為面向較易學習，其次是成分面向，接下來是範圍面向，三個子概念中最難的都是微觀行為面向，學生不易改變迷思概念，概念回歸的情形也容易發生。 三、『科學史建模教學』和『建模教學』在熱傳播建模能力和3周後建模能力保留的情形都明顯優於對照組。更進一步針對各建模步驟的建模能力進行分析，發現在模型效化和模型應用中，『科學史建模組』明顯優於『建模教學』。 四、科學史建模組和建模組在後測以及延宕測的熱傳播概念和熱傳播建模能力都達顯著正相關，但對照組僅在後測有相關性。更進一步進行分析，發現唯有『模型建立』的建模能力在後測以及延宕測都與熱傳播概念有顯著相關。 五、『科學史建模教學』和『建模教學』對科學模型本質的表現都明顯優於對照組。更進一步針對科學模型本質的三面向進行分析，發現『科學史建模組』只有在科學模型方法論的『情境』主題中明顯優於『建模教學』。 綜上所述，建模教學可以幫助學生理解科學概念、建立科學模型，也可以提升建模能力和增進對科學模型本質的認識；若在建模教學中加入科學史的教材，更可幫助學生保留在概念的微觀行為向度了解、增進模型效化和模型應用的能力以及科學模型本質的方法論中『情境』主題的認識，本研究旨在探討國民小學實施建模教學及科學史建模教學之可行性，以供其他地區或學校未來在建構相關課程時之參考。Item 高中生使用鷹架式空氣汙染建模軟體的建模實務之研究(2010) 呂蓓榮本研究依據情境學習與社會建構的觀點，搭配鷹架理論，以探討高中生使用空氣汙染建模軟體所發展出的建模實務，以及可能遭遇的困難。 研究對象為北市某高中的學生，採以兩人為一組的方式進行建模活動，共12組（23人），而有效樣本為9組（18人），再依據個人概念試題的前、後測驗成績分成高分群與低分群。活動時間總計四週共16小時。資料收集方面，包括概念試題前後測、課室錄影、螢幕側錄、小組錄音與學生作品。 研究結果顯示，學生在整體的概念上有顯著性的進步，說明了提供機會讓學生參與擬真性的建模活動，可促進概念的理解。高分群在使用軟體功能的事件量上，比低分群多，但統計結果顯示，未達顯著性差異。而學生所進行的建模實務來說，分析實務方面，發現學生可提出其他軟體或課堂上所沒有探討且可能影響汙染物散佈的變因；此外，也能以直觀的方式探討模擬圖中汙染物的散佈情形。關係推理方面，則以單變因的推理為主。實驗模擬方面，學生未能以系統化的方式進行模擬。評估方面，學生並未根據模擬結果來修正模型。Item 探討日本與台灣學生之模型本質認識 －以東京與台北地區為例(2016) 宋元惟; Sung, Yuan-Wei摘 要 由科學史我們可以發現，科學家經常透過建立模型來說明科學理論；並以模型協助進行推理以驗證現其理論，或產生新的科學理論。 隨著全球化的研究盛行，城鄉差異、國際差異的研究亦受到重視。為了解我國學生與日本學生對模型本質的認識有何差異，本研究以邱美虹(2015)國科會計畫的模型本質認識問卷為基礎，修改並且翻譯成日文。經一位日本科學教育背景的教授與7名日本研究生，確認翻譯內容與原文無誤。對台灣台北地區，以及日本東京地區國中、高中、大學生為研究對象，進行模型本質認識之調查。研究對象分別為東京地區某公立中學，學生158名、理科高中生83名；大學，理科61名、文科61名。台灣台北地區某公立中學，八年級學生162名；高三文科學生120名、理科學生96名；大學，理科大學生72名。訪談對象從問卷對象中隨機抽取，日本中學生15名、台灣國中生15名。 結果顯示： 1. 我國課程綱要在國小、國中階段，對模型的敘述明顯少於日本。此點在訪談、問卷等各項上均能看出台灣的國中生對模型的掌握與了解較日本中學生少。我國課程綱要在高中階段大幅提升本體論相關的模型敘述，使得台灣450名受試者中有332人達「層次3-1」以上，73.8%；日本363名受試者中269人達「層次3-1」以上，74.1%。高層次者比率無明顯差異。 2. 學習日語時「モデル」（模型）原本包含的數項意思中，「塑膠、實體模型」的概念轉由「模型」(もけい)一詞取而代之。這樣的轉變，似乎間接幫助了「モデル」一詞的重新思考。當然，日本中學校學習指導要領亦同時提及了不少「モデル」。對協助學生修正、擴充新的概念有相當程度的幫助。