理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    建構國小科學本質學習要項與教學研究
    (2017) 謝州恩; Hsieh, Chou-En
    有鑑於目前在我國12年國教課程綱要正在進行編修的時期,本研究參考實證哲學、科學史、科學心理、科學社會學領域的文獻及若干國家科學本質課程要項,先歸納出重要的科學本質項目23項,依其科哲觀點區分成實證、調和與後實證觀點。再請國內專家學者與學專門教師,進行大慧法(Delphi technique)問卷調查,以尋求適合國小學生學習的科學本質要項的共識。從分析Kendall和諧係數可知,科學本質在國小課程的重要性與科學本質的哲學觀點,各群內兩回問卷皆達顯著的一致性,且專家學者與專門教師在兩回合大慧法問卷,也達成顯著的一致性。大慧法歸納出的科學本質學習項目共十項,如:科學家需要創造力與想像力、科學由科學社群建構而成、科學目的之一在解決問題,以及科學知識帶給人們啟示等,適合納入國小自然科學課程與教學。本研究另一個目的在尋找能達成目的的教學,使學生能達成前述科學本質要項的學習。以作者任教學校的六年級班級分成:一般教學、論證教學、論證省思教學三種策略進行準實驗研究,來瞭解學生經六個活動後,是否達成專家學者的科學本質認識。透過質性(五題)與量化前、後測(30題)、教室錄影音、訪談(七題)與學生學習單等資料來源分析,發現一般教學班與高成就學生科學本質觀點未改變,而論證教學與論證省思教學班的學生科學本質有部分項目觀點改變,論證省思班與高成就學生的科學本質觀點經教學後較能接近前述的科學本質要項的學習目標。論證與論證省思班的中、低學習成就學生在若干科學本質觀點上也有轉變。論證與論證省思班學生的論證皆有進步,其中論證省思班以主張和理由進步較多。論證省思班的學習活動設計較強調後設認知策略,使學生對科學本質認識的轉變較明顯。研究結果建議,論證省思教學模式可提升國小學生建立科學本質的認識。
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    國中理化教師之後設認知能力之研究
    (2008) 夏菁穗; Ching-suei Hsia
    中文摘要 教育從人類文明開始就是即為重要的課題,尤其在進入全球化的今天,教育的效果-無論大或小-對國家的競爭力及國民的素質的影響已經不能用2、30前的過去模式來思考,網際網路跳躍式的發展與進步,例如Google、YouTube、Wikipedia等等都代表人類知識的擴大或許可以跟宇宙的無限膨脹相比擬。因此21世紀的教育不僅是知識的傳授,更要有效的教導學生具有學習知識的能力。而這個能力從認知到實現有無限的學習可能,或許在知識的大爆炸的新時代讓我們的下一代能更具有生存競爭力甚至更加成功。本研究乃運用從70年代開始風行的「後設認知」理論,來探討九年一貫課程中的「自然與生活科技領域」國民中學理化教師的實際教學情形,希望由本研究的分析結論為「後設認知」教學在臺灣教育舞台上更被重視或扮演更重要的角色,進而使臺灣學子的未來世界競爭力提升一點點,都可能是教育成敗的關鍵。
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    結合不同學習策略的工作例對理解幾何證明之影響研究
    (2012) 李健恆; Lei, Kin Hang
    幾何證明是發展數學思維和學習演繹推理的重要工具,卻也是學生數學學習的難點之一。工作例是展示數學思維的基本方式,因此尋找合適的學習策略結合工作例來理解幾何證明的內容是值得探討的議題。我們以平行線截比例線段證明做為工作例的內容,在電腦環境下閱讀相關證明後,配合練習或後設認知問題所形成的閱讀學習模組,以檢驗對學生理解幾何證明的影響。本研究選取254位尚未學習幾何演繹證明的八年級學生,使用理解測驗問卷和認知負荷感受量表,分別檢測學生能否理解相關的內容和其學習成效的保留情況,以及學生的認知負荷感受。從學生回答問題的策略檔案中,進一步分析學生的學習過程與理解幾何證明之間的關係。研究結果顯示,使用類似結構的練習策略有助於學生在當下的理解,但卻容易受工作例所產生的原型影響,僅使用模仿改編策略來回答問題;回答後設認知問題對學生來說是較困難的學習任務,但卻能反映學生真正的理解程度且產生較好的保留成效。因此,後設認知問題可以作為幫助學生反思的理想工具,適當搭配練習題的優點相信能有助於學生理解幾何演繹證明的內容。
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    高中生閱讀理解空間概念單元之因素模式研究
    (2010) 鍾宜軒; Yi-hsuan,Chung
    本研究旨在以實徵資料探究高中生的基礎語文能力、空間能力、閱讀理解先備知識、數學閱讀後設認知、數學閱讀情意等閱讀者本身的因素與教科書空間概念單元閱讀理解之間的關係,並建構一「高中生空間概念單元教科書閱讀理解之讀者因素模式」。首先使用問卷調查法蒐集資料,以公立高級中等學校(含高級職業學校)一年級之學生為調查對象,並以九十八年國民中學學生基本學力測驗擇優總分為依據進行樣本分層。研究工具包含自編之「國民中學幾何知識測驗」、「空間概念單元閱讀理解測驗」、改編修訂之「數學閱讀情意量表」、「數學閱讀後設認知量表」以及大考入學考試中心編訂之「學業性向測驗圖形分測驗」t與「學業性向測驗國語文分測驗」。本研究建構之「高中生空間概念單元教科書閱讀理解之讀者因素模式」透過結構方程模式的統計方法檢驗分析後發現,理論模式與實徵資料具有良好的適配,顯示本研究依據文獻所建構之模式在實務上得到相當的支持。研究結果顯示高中學生的基礎語文能力、空間能力、閱讀理解先備知識、數學閱讀後設認知、數學閱讀情意皆顯著影響學生在閱讀空間概念教科書的閱讀理解,其中以閱讀教科書所需的先備知識影響閱讀理解最鉅,其次則是數學閱讀情意。最後,本研究針對數學教科書閱讀理解模式建立、數學教實務與未來研究提供建議與參考。
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    國中數理資優生解題表現之研究
    (2014) 高宜楓
    國中數理資優生解題表現之研究 摘要 本研究旨在探討國中數理資優生解題歷程、解題策略以及後設認知表現對解題的影響。以「國中方程式」為範圍,從建中數學通訊解題中挑選六道數學題作為研究工具,研究對象為基隆市某國中數理資優班二年級的六位數理資優生,以個案進行「非同步放聲思考法」的研究,原案分析國中數理資優生的解題表現。研究結果概述如下: 一、數學解題歷程的特徵: 數理資優生面對未曾見過的非例行性試題,解題耐力強,解題過程中情緒穩定,即使面對挫折也不輕言放棄,能注意題目的關鍵訊息,善用題目中的條件做組織分析,以進行有系統的討論,而且有很好的直觀力跟推理能力,使其在各解題階段間的轉換比較順暢。 二、數學解題策略: 數理資優生善長利用直觀題目結構,找出題目中所隱含的數量關係並加以重新組織,推得題目的規則或結果;會將文字應用題轉譯成圖表的方式呈現,並連結相關的條件,以進行有系統的假設與列式,並利用算數式或代數式求解;在瞭解題意時會先掌握能確定的情況或條件,再將不可能的情況排除,並以嘗試錯誤法,預估數值代入尋找題目其中的規則及變化進而求解。 三、後設認知: 數理資優生自我覺知能力佳,可以有效掌握自己解題歷程的正確性與合理性。對於解題歷程中的策略選擇錯誤、算式誤列、答案算錯、解說口誤…等,常能及時自我發現,並立即加以修正。 本研究僅針對基隆市某國中數理資優班二年級的數理資優生做個案研究,無法推廣至各國中的數理資優班,因為各學校的背景資源、教師素質、學生來源仍有極大的差異,所以僅能提供學校做為未來資優數學教學及研究的參考。
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    國小學童認知結構發展分析:以探究式教學為例
    (2008) 黃昭銘; Chao-Ming Huang
    Understanding how people think, organize and develop knowledge is an important issue for educational researchers. Recently, relevant research revealed the connections between cognitive structures and information processing strategies. The research of metacognition also indicated that the metacognition was related to individual’s learning outcomes. Moreover, it revealed that the relationship between metacognition and information processing was significant. This study tried to explore the development of cognitive structure, including the indicators of extent and richness. Besides, the application of metacognitive regulation strategies, including selecting, short-term maintaining, long-term maintaining, updating and rerouting, were explored. Additionally, the usage of information processing strategies, including defining, describing, comparing, conditional inferring and explaining, were also investigated. This study also investigated the effect of instructional modes in these indicators. Besides, this study also tried to construct a convenient questionnaire, Pupils MetaCognition Scale (PMCS), for understanding pupils’ metacognition. This study interviewed 110 Taiwanese elementary students (the sixth graders), who came from four different classes. Two classes were categorized into an experimental group (inquiry instructional mode, n=54) and two classes were categorized into a control group (traditional instructional mode, n=56).According to students’ science achievement, each group of students was categorized into three different achiever groups, including the high achiever group, the middle achiever group and the low achiever group. The interaction between instructional modes and different achiever groups was presented. Data collection covered three different units, including bicycle unit, rust-proof and decay-proof unit, and energy and eco-conservation. The role of knowledge domain was also discussed in this study. The result revealed that the PMCS outcomes were related to the cognitive structure, metacognitive regulation strategies and information processing strategies. The PMCS questionnaire provided a convenient tool in the exploration of metacognition. Besides, the finding also revealed that the flow map method could be extended its potential function and offered for further applications. Besides, this study revealed that the relationship between information processing and metacognitive regulation was significant. This study suggested that the inquiry instructional mode could enhance students’ application of higher-rank strategies in learning, including updating strategy, rerouting strategy, conditional inferring strategy and explaining strategy. The finding indicated that different achiever groups used different strategies in learning. The high achievers outperformed in higher-order strategies, including richness, updating strategy, rerouting strategy, conditional inferring strategy and explaining strategy. The middle achievers used the strategies more frequently than the low achievers; for example, extent, selecting and long-term maintaining. Moreover, it revealed that the interaction between instructional modes and achievement was significant in the indicator, including richness, short-term maintaining strategy and rerouting strategy, especially for the high achievers. This study also explored the role of knowledge domain. According to the findings, it revealed that the effect of knowledge domain was significant across all twelve indicators. The content of instructional activities would influence the connections between prior knowledge and scientific knowledge. The findings also highlighted the importance of prior knowledge. The interaction between knowledge domain and achievement was significant in higher-rank strategies, including richness, updating, rerouting, conditional inferring and explaining. The findings suggested that the students’ learning outcomes mainly depended on students’ academic achievement, application of metacognitive regulation strategies and information processing strategies. It also revealed that different instructional modes, knowledge domain and content of instructional activities influenced students’ performance on their cognitive structures, the usage of metacognitive regulation strategies, and information processing strategies.
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    探討後設認知引導策略對學生探究能力與概念改變的影響
    (2010) 張文馨; Jhang,Wun-Sin
    本研究主要目的是要探討國中三年級學生在後設認知引導策略引導下,科學探究能力與四季成因概念的改變情形。研究對象為兩班共51名國三學生,一班施予有後設認知引導策略融入的四季成因課程,另一班則施予無後設認知引導策略融入的四季成因課程。於課程實施期間收集問卷、測驗以及學習單等多項資料,分析學生經歷課程後在科學探究能力、四季成因概念以及後設認知的表現情形。資料分析結果顯示,有後設認知引導策略引導的學生其科學探究能力的進步情形顯著優於無後設認知引導策略引導的學生(F=7.95,p<0.04),而探究活動學習單的內容分析也進一步證實,藉由後設認知引導策略的協助,學生較能提出於合乎研究問題的預測、較能說出引用哪些圖表的資料來進行分析,也較能具體陳述數據資料呈現的趨勢分布以及其與研究問題之間的關聯性,並能應用先前學過的知識對數據趨勢與科學模式間做出合理的解釋;而全體學生在四季成因概念的學習均有顯著進步(實驗班:t=4.44,p<0.05;對照班:t=3.67,p<0.04),分析學生另有概念類型數目的轉變顯示有後設認知引導策略引導的學生,另有概念減少的數目比無後設認知引導策略引導的學生多;全體學生經課程後,在後設認知上均沒有顯著進步(F=0.02,p>0.04);而進一步比較不同後設認知的學生對科學探究能力學習成效的影響發現,藉由後設認知引導策略,能有效縮小學生因為後設認知的不同在學習成效所產生的差異。即是,經由後設認知引導策略的引導能協助低後設認知的學生,使他們的表現更接近高後設認知的學生。
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    運用線上測驗評估電腦輔助教學成效
    (2006) 陳怡君; Yi-Chun Chen
    本研究旨在編製以土石流為主題的線上「領域特定知識測驗」(Domain-Specific Knowledge Test, DSKT)、「推理能力測驗」(Reasoning Skills Test, RST)及「態度測驗」(Attitudes Test, AT),藉由此三項測驗及由半結構式晤談編碼轉換的後設認知量化資料和質性資料,探討學生在「以問題解決為基礎之土石流CAI電腦輔助教學軟體」(董家莒、張俊彥,1999)課程後之學習成效。 研究設計採準實驗研究法,以彰化縣某國立高中一年級地球科學之學生為研究對象(n=36)。學生在接受「DSKT」、「RST」、「AT」線上測驗前測後,研究者選取班上一半人數(n=20)且男女各半進行前晤談,之後才進行「以問題解決為基礎之土石流CAI電腦輔助教學軟體」課程,課程結束後隔週再次進行「DSKT」、「RST」、「AT」線上測驗後測,在後測後同樣選取之前晤談的學生進行課程後晤談。在蒐集研究資料後,以敘述性統計(descriptive statistics)、皮爾遜積差相關(Pearson product-moment correlation)、相依樣本t考驗(paired samples t-test)、單因子變異數分析(one-way analysis of variance, ANOVA)等統計方法,描述「量」方面的研究結果,並輔以「質」的資料,作出適切的討論。研究結果顯示: 1.DSKT、RST、AT前測皆與總分成中至高度顯著相關,但彼此之間相關性為低度且未達顯著。意謂DSK、RS、AT可能分別代表問題解決不同的三個分量,且與先前的研究符合,因此未來在地球科學上的問題解決能力,應該可以藉由學生在DSK、RS、AT的線上測驗表現來代表。 2.經歷過CAI土石流電腦輔助課程的全部學生,在領域特定知識有顯著的提升,且達到大的效果量,而全體學生的推理能力與態度沒有達到統計上的顯著進步或退步。女生比男生容易藉由此課程及該授課方式提升推理能力,並達到中至大的實際顯著程度。但無論在DSKT、RST、AT線上測驗的前測、後測及後設認知或第一次段考成績上,沒有存在顯著的男女間差異。 3.前測中,DSKT與RST相關性很小且未達到顯著,但在後測表現上達顯著的中至高度正相關,代表在課程後在領域特定知識上表現較好的學生,在推理能力的問題上也能獲得較好的表現,意即提升領域特定知識的同時,推理能力後測的表現亦同時提升。 4.RST成效(後測與前測差值)與後測之DSKT、RST、AT三分項測驗皆呈中至高度的顯著相關,代表在DSK、RS、AT後測表現較好的學生在推理能力上也有較好的學習成效。 5.本研究使用晤談法,以學生對整個學習過程(包含前後測及課程)之反思作為分析後設認知表現的依據,分析晤談內容後發現,「指標N1正向且具體回饋的次數」越多,則在「指標N2 無概念或態度取向的非具體回答回饋次數」及「指標N2 無法說明或負面回饋次數」越少,此結果代表高後設認知能力者,較不會回答負面或無概念及態度取向的回答,而後設認知表現較差者(即無法說明或負面回饋次數多),在無概念及態度取向回答的次數也較多,其間有顯著正相關的關係存在。 6.後設認知指標表現愈佳的學生在RST無論是前測或後測愈能有好的表現,其間相關達顯著高度正相關,相對的,後設認知指標表現愈差者在RST前測、後測表現上也表現愈差,且RST成效(後測與前測差值)也愈低,達中至高度的顯著相關。除了在後設認知指標表現差者的DSKT後測也較差外,後設認知與DSKT前測、AT前後測、第一次段考成績則皆無達到統計上的顯著相關,因此發現「後設認知」與問題解決能力三項度中的「推理能力」較為相關。 7.本研究尚藉由晤談所得之質性資料對線上測驗給予設計的建議,及整理出學生在土石流課程後仍易混淆的概念供教師參考。