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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Item 臺灣中學教科書氣候變遷概念內容分析(2024) 鍾哲維; Chung, Che-Wei為了因應氣候變遷的加劇,在COP 28中,世界各國加強了對於氣候變遷的減緩措施,氣候變遷教育也逐漸受到重視。本研究以內容分析法探討依據臺灣十二年國民基本教育課程綱要撰寫之7~12年級教科書中關於「氣候變遷」課程的呈現方式與涵蓋內容。本研究與科學教育專家學者依據氣候變遷的研究與教育現況將氣候變遷課程內容分為「科學與科技概念」、「科學本質」、「與氣候變遷有關的人類-環境交互作用」、「氣候變遷對人類的衝擊」、「人類對於氣候變遷與環境威脅的因應」、「關於永續環境與氣候變遷的原則」以及「學習活動」共7個主類目以及其延伸的36個次類目,對各出版社經過教育部審定通過之社會科與自然科中學教科書共162冊進行內容分析,並對以下研究問題進行了解:一、在臺灣中學課程中,氣候變遷概念的發展情形如何?二、在臺灣中學教科書中,氣候變遷概念在教科書中的分布情況如何?三、在這些氣候變遷概念的內容中,知識類型的占比有何差異?四、這些氣候變遷概念的內容中,是否有傳達科學本質的觀點,其傳達科學本質的特點為何?期許透過了解氣候變遷課程的發展情形提出研究成果與建議,作為未來教科書編輯、課程發展以及課程綱要制訂的參考,使臺灣氣候變遷教育更加受到重視並趨於完整。Item 大學師資生對於物理教科書中科學過程技能的看法─ 以牛頓第二運動定律實驗為例(2024) 陳信儒; Chen, Sin-Ru全球的科學教育不約而同的發展以探究學習為導向的課程目標。十二年國教課程綱要發布後,更確立了探究學習在台灣教育的地位。訓練學生將科學知識應用於日常生活中,也是培養科學素養不可缺少的重點之一。科學教科書作為教學過程的基本組成部分,有著至關重要的作用。本研究依據「十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要」所規定的十一項實驗中選取「牛頓第二運動定律實驗」,針對台灣的兩版高中物理教材進行分析,以了解科學過程技能在教科書中應該如何體現,進而對台灣教科書提出討論與具體的建議,俾利教師作為教學參考,以及未來教科書作者及出版商判斷考量的依據,也有助於學生學習物理科學的方法。Item 高中教科書指對數內容之素養分析比較:99 課綱與108 課綱(2024) 呂尚恆; Lu, Shang-Heng本研究從 108 課綱數學領域的理念延伸出的數學素養面向分析 99 課綱、108 課綱三個版本教科書的內容,並以指對數單元為例,分別從其內容結構以及整合 108 課綱五大理念的數學素養面向:數學識能、表徵、建模、工具使用及數學文化五個維度進行分析,以提供教科書中數學素養的架構。研究結果顯示在內容結構上,同個課綱之間教科書的內容結構相似,不同課綱間的差異主要在於常用對數以及指對數函數圖形特徵。在素養面向差異的主要結果為:(1)在數學識能維度,不同課綱間在「處理符號」上有顯著差異,其中99 教科書層次較高,而「溝通」與「推理與論證」上則是108 教科書層次顯著較高。同個課綱間多數於「處理符號」、「擬定策略」上有顯著差異。 (2)在表徵維度,不同課綱間99 教科書在「符號」、「語言」、「圖像」表徵的比例顯著較高;「情境腳本」、「教具模型」表徵則是108 教科書較高。同個課綱間於「語言」、「符號」表徵有顯著差異。(3)在建模維度,不同課綱間,108教科書和99教科書分別於「情境問題」、「解題複雜性」的層次顯著較高,同個課綱間在「情境問題」面向上皆出現顯著差異。(4)在工具使用維度,不同課綱間,99教科書和108教科書分別於「傳統工具」、「科技工具」的層次顯著較高。同個課綱中,108教科書於「科技工具」、「輔助計算」、「工具操作」上出現顯著差異。(5)在數學文化維度,不同課綱間,108教科書和99教科書分別於「社會性」、「演繹證明」的層次顯著較高。同個課綱中,108教科書於「社會性」上出現顯著差異。Item 探討IB數學課本培養學生數學素養的情況-以比與比例單元為例(2021) 林冠成; Lin, Kuan-Cheng在學生學習與教師教學的過程中,教科書有著舉足輕重的地位,也是最常使用的教材資源,教科生能傳達學生重要的知識概念,學生也能從教科書增廣自己的所見所聞;教師也能透過教科書選取合適的教學資源,安排自己的教學流程與進度;教科書更是扮演著推動國家教育目標、塑造國家人才的主要工具。本研究的目的為探討IB數學課本之比與比例(Ratio and Proportions)單元培養學生數學素養的情況,了解課本提供關於學習數學素養的機會。選用MYP Mathematics 2: A concept-based approach數學課本,此課本以探究式的學習方式,發展學生的數學知識、概念與能力,連結生活中的時事問題培養學生的數學技能,此目的與PISA數學素養強調個體能在不同的情境脈絡中使用數學能力來解決問題的想法不謀而合;除此之外,量化推理(Quantitative Reasoning)在日常生活中扮演著非常重要的角色,人們需要將生活中所得到的訊息、資訊進行量化,並利用推裡進行分析與解釋,最後得到問題結果或是解決辦法,其中比與比例是人們常用的一種量化推理方式;因此,本研究以比與比利單元作為研究對象。分析架構使用PISA2021架構中的「情境脈絡」、「問題解決歷程」、「數學推理核心概念」以及「21世紀技能」的四個架構形成的分析類目表(coding book),對其進行編碼與分析並從中歸納課本中培養的方法,探討IB數學課本比與比例單元中,培養學生數學素養的機會與方式。研究結果顯示在IB數學課本中,培養學生數學推理核心概念以及問題解決歷程的比例高達9成,也有5成的比例培養學生的21世紀技能。在真實世界與數學世界的問題裡,所主要培養的數學素養也有所不同。在真實世界的脈絡底下,注重辨識函數關係與建立數學模型的能力;在數學世界的脈絡底則注重數與量及其代數性質和數學抽象及符號表徵與問題解決歷程中應用的能力。學生能透過「閱讀」了解數學內容與認識生活中的數學;透過思考延伸的問題,加深加廣自己的數學知識,也時時刻刻地省視自己,挑整好自己的腳步迎接更困難的數學挑戰;透過探索一步一步地建立數學概念並學習如何應用;透過解題來熟練數學知識的操作與應用。Item 數學教科書中的數學素養展現-以三角單元為例(2021) 李潔昀; Li, Chieh-Yun本研究為針對臺灣108課綱下高中數學教科書T版本中三角單元之教科書分析。研究目的為探討高中數學教科書,在三角單元中意圖培養學生哪些數學素養。其中,本研究所指的三角單元為十年級的三角比值及其應用與十一年級B版中的弧度量和週期性數學模型之內容。本研究使用內容分析法,根據研究對象之內容脈絡,界定教科書之分析單位。為了探討教科書中意圖培養哪些數學素養,本研究利用PISA2022架構中的數學推理核心概念、問題解決歷程及21世紀技能作為分析架構。在數學推理核心概念方面,三角單元中以「數學結構及其規律」為最多,占整體的33.7%,其次為「數與量及其代數性質」,占整體的28.9%。由此可發現三角單元對於學生在「數學結構及其規律」的培養為首要面向。又以段落類型來看,課文和漫畫均以培養學生「數學結構及其規律」為最多,而題目則以培養學生「數與量及其代數性質」為最多。特別的是,「數學抽象及符號表徵」主要在課文中呈現,而「數學建模」主要在題目中呈現。在問題解決歷程方面,三角單元中以「應用」所占最高,占整體的63.7%,其次為「形成」,占整體的26.7%,最後為「詮釋與評鑑」,占整體的9.3%。其主要原因為除了例題以外,此版教科書在建構數學概念時,透過題目問答來引導學生形塑數學概念,不同以往透過課文說明之形式。又以段落類型來看,課文和題目均以培養學生「應用」為最多,而漫畫則以培養學生「形成」為最多。在21世紀技能方面,三角單元中以「研究與探究」為最多。此版教科書主要透過漫畫之形式,提供提問或想法刺激學生進行思辨,不同於以往教科書內容之編排,或搭配計算機的使用,使學生能有跨領域之素養培養,輔以題目之設計,使學生能有該方面之素養展現。Item 探討素養導向之教科書所培養的數學素養—以對數單元為例(2020) 溫雅婷; Wen, Ya-Ting本研究旨在探討素養導向之高中教科書,在對數單元中意圖培養學生何種數學素養。故延伸出的研究問題為:探討教科書在此單元中,有多少比例的範疇在培養學生的數學素養;以及以質性說明來分析教科書如何安排培養學生數學素養之教材。 本研究使用內容分析法,研究對象為素養導向的教科書。研究者選擇一本和以往教科書編排方式差異較大的教科書。例如:使用科技工具解決問題,以及讓學生能經歷較多的發展活動、探索活動等。並在符合課本的教學脈絡下,界定出教科書分析時的基本單位。為了探討課本中的數學素養,本研究利用PISA 2021的3個解題歷程作為分析架構,分別是「形成(Formulating)」、「應用(Employing)」、「詮釋(Interpreting)」。在質性說明部分加入PISA 2021架構的數學推理能力和數學領綱的精神輔以說明。 主要的研究結果為: 1.不論高一或是高二的教科書,在「應用」的比例皆遠高於「形成」、「詮釋」。高一的「形成」為21.4%、「應用」為78.6%、「詮釋」為42.9%。高二B版的「形成」為14.3%、「應用」為92.9%、「詮釋」為21.4%。 2.若將教科書「有脈絡的分析單位」區隔出來,可以發現無論「形成」、「應用」、「詮釋」的比例都比「對數完整單元」高。 3.深入分析教科書時,可以看到教科書在培養學生素養的方式。研究者選擇一些特別的例題或概念發展活動,分出以下四類:情境脈絡、活動脈絡、其他不同於傳統之輔助學習方式、課文內容。 4.研究發現素養導向教科書和以往教科書較不同的地方在於呈現素養的方式,更加強學生參與,讓數學思考放在學生的身上。也有許多與生活、職業、事件相關的真實數據;並使用科技工具發展數學概念或是將數學結果呈現出在真實世界的意義,更反映出數學價值。Item 以概念演化探討物質三態變化之教科書內容與教學對學童心智模式發展歷程之影響(2012) 吳文龍; WEN-LUNG WU本研究綜合多重的研究資料探討學生物質三態變化之心智模式發展歷程,研究內容可分為四個不同的研究主題,據此,四個主要的研究目的分別為:(1)實施跨年級物質三態變化問卷調查,瞭解學生學習現況及檢驗物質三態變化概念演化假說樹的合適性與符合度;(2)透過相關研究文獻,建立理論的物質三態變化之心智模式及認知特徵,藉由系統發育分類學技術建構物質三態變化概念演化假說樹;(3)分析國小、國中、高中階段科學教科書之物質三態變化單元,以概念發展點探討教科書內容結構及與相關概念的銜接,建立各年級的概念教學進程表,並比較不同版本差異;(4)綜合前述三種不同的研究方法確立學生物質三態變化概念發展路徑後,在國小六年級進行「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」,探討不同概念內容與次序對學生學習物質三態變化的影響。 在選樣的部份,研究主題一為四到十二年級跨年級概念調查,研究者考量物質三態變化是日常生活中經常接觸到的現象,且在各年的教學活動亦會應用相關概念,因此受測者以四到十二年級逐年收集的方式收集資料(共832人);研究主題三為教科書分析,以台灣九十九學年度現行之教科書版本為主,國小階段、國中階段及高中階段共有九種不同版本;在研究主題二實驗教學研究的部份,因研究發現五年級後即超過半數學生具有部份粒子概念,因此以國小六年級四個班級(共110人)進行教學活動。 本研究之研究工具及實驗教學包含:「粒子本質暨物質三態變化問卷」、「系統分類學統計軟體(PAUP* 4.0)」、「教科書分析編碼表」、「學習歷程記錄表」、「自然科學習動機問卷」及「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」。「粒子本質暨物質三態變化問卷」用於跨年級概念調查及配合實驗教學之施測,主要在瞭解學生對於物質三態變化概念的理解程度;PAUP* 4.0常用於系統分類學上,主要用來判斷物種親源遠近的統計工具,本研究用以分析物質三態變化心智模式及認知特徵,透過此軟體計算出可能的概念演化樹;「教科書分析編碼表」為分析不同版本教科書相關單元之編碼工具;「學習歷程記錄表」及「自然科學習動機問卷」為教學期間及教學後收集學生對課程內容的反應,以輔助研究結果的詮釋。 「粒子本質導向之物質三態變化二階段教學」包含微觀粒子概念與物質三態變化兩部份,此教學法根據物質三態變化概念演化樹之發展路徑做為教學的組織架構,分別安排合適教學內容與次序。二階段實驗教學階段包含第一階段粒子本質教學(角色扮演)及巨觀三態物質教學(一般講述);第二階段物質三態變化教學(角色扮演組及一般講述組)兩個部份。第一階段為建立不同的先前概念做為後續教學的基礎,第二階段為採用兩種不同的教學法進行物質三態變化教學。本研究以角色扮演進行粒子運動的模擬包含三大特點:「眼罩」模擬粒子隨機運動的無方向性及無目的性;「帽子顏色(紅、黃、綠)」代表不同粒子運動速率;「魔鬼氈手套」代表不同吸引力。因國小階段並未安排微觀粒子相關的課程,因此研究者以學期末時間進行教學,教學時間為五至六堂課。 本研究之研究結果發現:(1)物質三態變化概念調查指出學生對於巨觀的概念發展早且已高比例的正確性,但在微觀的部份,大部份國中階段學生尚未建立完整的微觀粒子概念,要到高中階段才會出現高比例的科學概念;而物質三態變化概念的發展大致呈現逐年成長的狀況,但學生對於三態變化中凝結現象答對比例大於蒸發現象,顯示部份的學生仍無法以一致的科學概念解釋三態變化的物相轉變;(2)本研究之物質三態變化概念演化樹22可分為A、B、C、D區,各區出現不同的認知特徵,物質觀點中的混合觀與粒子觀分別在B區及D區出現,由相伴出現的認知特徵可看出各類心智模式對物質三態變化的不同解釋方式;(3)本研究之教科書分析結果認為粒子本質概念在國中階段的教學比重低,即使提到粒子概念也僅解釋物質的微觀結構,對於三態變化時粒子運動觀點要到高一時才有正式的教學活動,因此本研究下一階段實驗教學的主要目標增加粒子本質概念的內容,並瞭解粒子本質概念對學習物質三態變化時的影響;(4)在進行四組實驗組的實驗教學後,本研究之粒子本質教學能顯著地幫助學生學習第二階段的物質三態變化,並且即使第二階段的教學活動未使用角色扮演的方式進行,學生仍能理解物質三態變化概念,達到更好的學習成效。最後,本研究建議概念發展相關研究應採用不同的研究方式,同時進行整合的分析及實驗教學,才能具體對未來課程安排提供合適的建議。Item 以解釋本質探討中學演化論之教科書內容與教學(2008) 湯偉君; Tang, Wei-Chun「解釋」是解釋者、接受解釋者與被解釋物,三者間的互動,也是科學教室常見的行為,包括教師對學生解釋某一自然現象,或是教科書對師生解釋某一自然現象。本研究即以「解釋」為出發,探討演化論之教科書編寫與教學。 透過科學哲學對解釋的討論,以及科學界對「演化」解釋的典範變遷,兩者作為主要的理論基礎。本研究主要分成兩大主軸,一是分析當今教科書演化課文的內容,一是建立演化機制的改良版課文,並檢視其成效。在教科書探討方面,研究者首先針對現今高、國中七個版本生物相關教科書的「演化」專章和「演化機制」的內容,以「解釋類型」、「複雜系統特性」進兩角度進行分析,並特別針對「演化機制」專節,進行內容分析。在改良課文的探討方面,筆者以「解釋類型」、「複雜系統特性」融入演化機制解釋的撰寫,並以國、高中各三班學生進行教學及前後測,除量的分析之外,也以晤談資料檢視學生的演化概念。 研究結果發現,現今演化教科書編寫,主要仍以達爾文天擇說為典範,即使提及當代對天擇說的修正,也以天擇說的補充角色出現,亦即,現有可含攝天擇說的融貫理論,並不被視為可以取代天擇說。同時部分教科書對於「人擇的類比」、「拉馬克的歷史地位」、「達爾文的理論發展史」的撰寫方式,都有值得討論的議題。 在筆者發展的三組新課文,經轉化為教學材料進行教學後,發現同時包含「解釋類型」與「複雜系統觀」的EC組,學習效果最佳。只有「複雜系統觀」的C組又比只有「解釋類型」的E組來的佳。在高中施用的效果較國中為佳。除了以測驗題成績進步做衡量外,筆者自行發展的演化概念模式層級,也發現這樣的結果。 所謂演化概念層級是以區分「演化現象」、「演化機制」兩不同層次的解釋,將學生的演化概念,區分成「知道生物會演變與否」、「知道生物會演變,但對生物演化方向的理解為何」、「知道生物會朝某方向演化,但演化機制的理解為何」等三大層級,並依正確及完整程度,從中再區分出數個次層級,一共九種基本模式。以此模式可輕易且有效精細的捕捉到學生的演化另有概念及演化概念改變情形。 最後筆者認為教科書基於其文本權威,不應逃避對演化機制做出更正確解釋的責任,本研究將「複雜系統特性」融入演化機制解釋的嘗試,初步證明有效且值得參考。而對演化概念的評量,筆者也建議可採比分數更富意義,非文字的圖形表徵:演化概念模式圖。Item 利用眼球追蹤技術探討科學圖文閱讀歷程與概念理解之關係(2012) 黃堯琮由於教科書是學生閱讀學習的主要依據,而且科學教科書中充斥著許多不同類型的圖片,科學教科書的圖文閱讀歷程與概念理解之間是否存在關係值得進一步探討。本研究主要使用眼球追蹤系統,針對高一學生的化學教科書圖文閱讀歷程進行紀錄,並且使用半結構式問卷測驗概念理解程度,進而探討閱讀歷程與概念理解之間的關係。眼球追蹤資料透過彙整後,使用SPSS 19軟體進行描述性統計、相關分析,並與概念理解分數進行單因子變異數分析(ANOVA)。結果發現,學生在文字部份所花費的凝視時間,普遍都比在圖片部份高。並且閱讀科學圖片本身就足以協助對文本概念的理解,理論示意圖會達到更關鍵的效果。Item 海峽兩岸國中自然教科書之內容分析比較-以牛頓力學為例(2011) 萬淑宜; Wan Shu-yi本研究旨在探討臺灣國中自然與生活科技以及中國大陸初中物理教科書對牛頓力學處理方式的異同,至於教科書版本的選擇,臺灣方面是採用康軒的國中自然教科書,中國方面則採用人教版的初中物理教科書,並針對牛頓力學部分進行分析比較。研究所採用的方法為內容分析法,分析的範圍包括兩岸對於牛頓力學相關主題的課程目標與課程理念之異同,另外還包括牛頓力學在兩岸教科書中陳述方式的異同、實驗活動在探究層次與過程技能的異同、編排方式的異同、圖表功能的異同和輔助教材內容的異同。 本研究的結果如下: 以康軒版教科書而言:該版本對科學概念的描述較深入,實驗部分較注重變因的判別,內容編排方面較能顧及學生學習概念時所需之先備知識,圖表種類較多元化。惟在實驗部分多採食譜的方式呈現、對科學現象背後的原因及現今科技議題著墨較少。 以人教版教科書而言:該版本在科學概念的廣度上衍生較多的應用,包括在科技上的應用,實驗部分則著重引導學生建立假說、設計實驗、分析和解讀數據以及推論實驗結果,輔助教材方面的題型多元化。惟課程編排順序較無法兼顧學生的先備知識,而且相關圖表較為單調,教學功能不大。 此外,兩版本對於科學過程技能與科學概念的描述差異不大。 對於臺灣自然科教科書未來改版時,本研究根據結果提出如下建議: (1)在課文描述方面,能提供學生更多獨立思考的空間;章末「延伸閱讀」可多增加科學史的介紹。 (2)增加現今科技的議題,使學生更能掌握科學在生活中的應用。 (3)增加讓學生練習畫力圖的機會,並增加每小節練習題的題數。 (4)實驗方面建議減少以食譜式介紹實驗的方式呈現,並逐年增加讓學生提出假說、設計實驗、分析資料與推論結果的機會。
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