科学史融入科学教学.docx
《科学史融入科学教学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《科学史融入科学教学.docx（34页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
科学史融入科学教学
科學史融入國小自然科教學之研究
17
科學史融入國小自然科教學之研究
喬莉莉1洪志誠2
1台北市百齡國民小學2台北市立師範學院自然科學教育學系
（投稿日期：
94年10月7日；修正日期：
94年11月16日；接受日期：
94年11月17日）
摘要
本研究嘗試將科學史應用於自然科教學，探討科學史融入教學對國小六年級學童，
科學本質與科學態度之影響，以及了解學童對科學史融入教學的看法。
研究採用準實驗研究法，教材單元選取「晝夜與四季」和「太陽系中的地球」兩單
元，實驗組以科學史融入教材的方式教學，控制組則以學校原有教材進行教學；教學前
後以「科學本質」和「科學態度」量表對兩組學生施測，根據學生前後測結果，分析教
學前後學生的科學本質觀和科學態度的改變；在國小學童對科學史融入教學的看法，則
藉由半結構的意見調查表以及晤談收集資料，進而分析、歸納原因。
研究結果顯示：
（一）接受科學史融入教學的實驗組學生，在「科學本質」和「科學
態度」量表的得分，顯著高於一般教學控制組的學生，其中又以「科學本質」的得分提
升最顯著。
（二）實驗組在「科學態度」量表中只有「發現樂趣」分量表有顯著差異，「喜
歡探討」與「細心切實」分量表的提升並不明顯。
（三）約80%的學童喜歡科學史融入教學
的方式，但有10%的學童不喜歡科學史融入教學，而這類學童的共同特徵是對科學沒有
興趣。
關鍵詞：
科學史、科學本質、科學態度
科學教育研究與發展第四十一期
18
壹、前言
科學史出現在學校教育的歲月不長，大約在十九世紀末大學裡才有科學史科目，到
二十世紀初期，中學和大學的教科書中已有不少份量的科學歷史內容；但是因為1957年
蘇俄Sputnik人造衛星發射成功，造成美國科學教育開始忙著追求卓越,培育科學家，科
學史課程並未受到真正的重視（蘇宏仁，1997）。
直到近十年，在美國許多科學教育工作者的極力推動下、科學史、哲才再度受到重
視，重新開始探討科學史、哲在科學教育中所扮演的角色。
1993年美國科學促進會主導
的「2061計畫」（Project2061:
ScienceforallAmericans）列出「歷史的觀點」為全民科學
十二項教學基準之一，而同樣的在「國家科教標準」（NationScienceEducationStandards）
（1996）科學內容標準中的「科學史與科學本質標準」中提到：
在學習科學時，學生必須
了解科學反映了它的歷史，並且是不斷進步及改變的事業。
教育部所頒行的九年一貫課
程綱要中表示自然科學的學習，加強學生對「科學本質」是提升國民科學素養的要項之
一，在「自然與生活科技」學習領域的教材內容要項中，亦有「科學與人文」主題，教
導科學發展、發現的過程及科學家的故事（教育部，2003）。
瞭解「過去的」科學發展和科學家的思考對學生的科學學習有何助益呢？
利用「過
去的」科學史，可以提供豐富科學知識發展的情境，來幫助學生覺知到自己觀念的「過
時」，同時並提供建構新概念的可能途徑（Schecker,1992）。
Carey（1985）也指出由科學
史的發展我們可以看出，學生有很多的迷思概念與科學史是相平行的、學生對科學概念
的再建構與科學革命的過程非常相似。
鄭秀如（1997）的研究也與Carey有相似的結果：
學生的另有概念與早期科學家的想法類似，透過科學史可以幫助學生的科學學習。
Matthews（1994）研究認為科學史在科學教學上有許多貢獻；例如：
科學史可以激發
學生的學習動機，吸引學生投入科學的探究；科學史可使教材更具人性化；在理解重要
的科學史例之過程中，可使學生認識科學的本質；科學史可以使學生瞭解科學的不定性、
可變性，因而目前人們對科學的理解也是具有可轉換的特性等等。
Laidler（1995）認為教師從歷史發展角度教學容易激發起學生對科學的熱情並學到更
多的科學方法。
Collins&Pinch（1994）認為藉由研讀科學史事例可以了解科學知識發展的
本質，也能認識科學中較不為人知的一面，看到科學家並不全然是理性客觀的，其主觀
的信念往往決定了實驗結果如何解釋。
國內研究也發現良好的科學史教材加上適當的教學策略，能夠增進高中生、大學生
科學史融入國小自然科教學之研究
19
甚至小學生對科學本質的了解（巫俊明和黃德和，1997；翁秀玉和段曉林，1997a；廖麗
貞和洪振方，2000）。
科學史除了可以增進學生對科學本質的了解之外，融入科學史的教
學還能改善學生對科學的態度，使學生對科學的態度有正向的效益（鄭秀如和林煥祥，
1998；莊蕙元，2002）；而正向的科學態度才能將知識和技能轉化為行動，願意使用科學
過程和方法（許榮富，1992;Gauld&Hukins,1980）。
在國小自然科學課程，「天文單元」較抽象難懂，學童需往往要具備一些時空的先備
概念才能了解，而且許多的天文內容無法由實驗證明，導致學童對天文單元的學習常感
到挫折與怯步。
然而回顧科學史的發展，人類對宇宙的看法其實相當曲折，之間蘊藏豐
富的科學故事，「地動說」、「天動說」之間的爭論長達兩千年，從宇宙觀的演變，我們可
以清楚看到大多數人包括科學家的想法如何受到當時社會文化、政治與信仰的影響，藉
此以瞭解科學本質以及科學態度。
綜合以上討論，本研究嘗試將天文史融入國小自然科教學，主要目的為：
一、探討科學史融入教學對國小學童的科學本質與科學態度之影響
二、探討學生對科學史融入教學的看法
貳、文獻回顧
從文獻探討中可發現過去國內有不少科學史的相關研究，下面的討論主要整理科學
史融入國小自然科教學的實徵研究，在此實徵研究意旨應用於實際的教學。
翁秀玉和段曉林（1997b）認為，科學史對國小六年級學生理解科學本質可藉科學史的
教學途徑來傳達科學本質的內涵,且能確實提升中低程度學生的學習興趣。
邱明富（2003）行動研究，也發現融入科學史的教學能提昇學生對科學本質的認識以及
增進對科學的態度。
莊蕙元（2002）以國小六年級的學生為研究對象則發現融入科學史的教
學有助於提昇學生對於科學的態度。
在教學上，陳金香（2002）認為科學史的教學方式應多
樣化，才能引起多數學生的喜歡。
另外，楊燕玉（2001）發現科學史課程對國小學生科學知
識的暫時性、科學家形象以及科學社群上有顯著改善，而在學習自然科學的目的與創造
力兩個向度上則無顯著改變。
根據上述研究，融入科學史的教學可傳達科學本質內涵，
提昇學生對科學本質的認識以及增進對科學的態度。
儘管科學史對教學的貢獻為學界所肯定，但是科學教師在整合科學史與科學哲學於
教學中時，仍然存在許多的困難（洪振方，1997）。
洪振方（1999）認為只要妥善規劃，可
以避免一些教學上的因擾；許良榮（1999）則認為不能期望用單一的教學模式或教學步驟來
科學教育研究與發展第四十一期
20
教科學史，科學史之教學存在以下問題：
1.教師對科學史教學的問題持素樸觀點。
2.教師
對科學史的知識和認識有待加強。
3.教師困擾在於教學時間。
4.教師教學傾向講授方式。
5.科學史輔助教材某些段落難度較高。
6.教師缺乏教學資源的協助。
陳金香（2002）天文學
史教學之行動研究也發現科學史的教學應採取多樣化的教學方式，但天文學史的教學過
程中，資料多且難以整理，雖改變教學方法，仍偏重講述，而學生本身學習意願和教學
時間的安排，也造成教學上的困難。
美國科教標準則建議小學低年級階段可採用短篇故
事，或是電影、錄影帶，以生動活潑的方式介紹科學家的故事；而在高年級階段則可由
學生自行閱讀相關的故事，並以說故事的方式互相分享所學（NationalResearch
Council,1996）。
參、研究方法
本研究以量為主、以質為輔的研究，研究過程以準實驗設計（Quasi-experiment）取得量
的資料，並以學童對天文史融入教學意見調查表的結果作質性分析。
研究對象為台北市
某國民小學六年級學生實驗組61人、控制組58人。
為了避免產生實驗組霍桑效應
（HawthroneEffect），以及控制組的強亨利效應（JohnHerryEffect），兩組學生在實驗過
程中，均未被告知正在進行實驗教學，完全依照教學進度進行。
本研究中的自變項為教學處理（實驗組以研究者所設計的教材進行教學，控制組則依
據康軒版的教材教法進行教學）；依變項有二項：
1.科學本質觀。
2.科學態度。
控制變項也
有三項：
1.實驗組、對照組均由研究者親自擔任教學者，故教師特質、風格等應為控制變
項。
2.兩組教學時間均為25節，教學單元皆為「晝夜與四季」和「太陽系中的地球」二
單元。
3.量表均製成互動式網頁；利用該班級電腦課施測並由同一位電腦教師擔任施測
者，藉由標準化的說明，讓學生按照電腦教室標準化的操作步驟，力求測驗情境一致，
所以施測情境也是研究者欲控制的變項。
本研究工具有四：
「科學史教材」、「科學本質問卷」、「科學態度量表」與「科學史融
入教學意見調查表」：
一、科學史教材
實驗組與控制組的教學，以康軒版教課書中「晝夜與四季」和「太陽系中的地球」
內容為藍本。
實驗組科學史教材的編選上，則是配合所選取的教授單元，引用許良榮（2001）
所設計的科學史輔助教材、「哥白尼21科學知識庫」中的漫畫科學史和種種科學性讀物、
百科等編寫。
編選的科學史教材，分為八個單元（如表1），每單元的教學目標詳見表1。
科學史融入國小自然科教學之研究
21
表1本研究天文單元教學中所使用的天文史教材一覽表
單元主題單元目標
地球的形狀1.運用觀察推理或實驗的證據推翻前人的想法
2.智者、冒險家和科學家如何用科學的證據來證明地球是圓的
3.認真觀測總有新的發現
哥白尼的故事
伽俐略的生平
1.科學的發現，需要長時間觀察
2.科學的發明、發現應公諸於世
3.科學理論或假說是時代產物
4.科學家也會犯錯
天動說和地動說1.科學知識、觀念具有暫時性
2.科學知識、觀念受到社會、宗教影響
3.科學理論、模型能經過重複考驗
阿姆斯壯的故事
發現小行星
1.能蒐集資料並且能做歸納分析
2.明瞭何謂衛星和行星
3.科學上的成就是集合了古今眾人大家努力的成果
哈雷彗星的故事1明瞭何謂恆星、彗星和流星
2明瞭認真觀測總有新的發現
2003的火星探險1.介紹人類如何探索火星，以及所擁有的火星資料
2.火星猜猜猜－快問快答
觀賞「探索太陽系」
錄影帶
學生已經了解了太陽系中的家族之後，藉由此錄影帶，讓學生
看到天文望遠鏡和太空船所拍攝到的太陽系九大行星的景象，
回顧人類探索太陽系的經過
跨世紀辯論「天動
說對地動說」
藉由實驗教學最後的角色扮演辯論賽，讓學生回顧人類了解太
陽系如何運轉的過程。
二、科學本質問卷
本量表參考鄭可偉（2002）的科學本質觀問卷修改而來，經60位六年級生預試，信
度檢驗α値為0.8134（N=60），並經專家效化成正式問卷，包含「科學的世界觀」、「科學
探究活動」和「科學事業」三分量，於實驗處理前後進行測試。
三、科學態度量表
此量表參考郭琪瑩（2003）所編擬的「九年一貫課程科學態度量表」，編製流程如前
一量表，信度檢驗α値為0.8771（N=60），並經專家效化成正式問卷，包含「喜歡探討」、
「發現樂趣」和「細心切實」三分量，於實驗處理前後進行測試。
科學教育研究與發展第四十一期
22
四、學生意見調查表
本調查表主要在探詢實驗組學童對「科學史融入教學」的想法，共有三題半結構式
的問答，分別為：
「你喜歡在上自然課時聽科學史上的小故事嗎？
」、「你覺得聽過科學家
或科學史上的真實故事，能不能幫助你對事情真假或對錯的判斷？
」以及「你覺得聽過
天文史上人類的這些成就，對你的生活有沒有幫助？
」。
其中題二與「科學本質」有關，
題三則與「科學態度」有關。
肆、研究結果與討論
本節為研究結果與討論，共分三部分，第一部分為科學史融入教學對「科學本質」
觀之影響，第二部分為科學史融入教學對「科學態度」的影響，最後為學童對科學史融
入教學的看法。
一、對學童科學本質觀的影響
在此以「科學本質」問卷施測所得分數做為學生科學本質觀的指標，前後測分數的
差異當作學生科學本質觀的改變。
本研究假設實驗組學生在「科學本質」問卷前、後測
得分產生改變，是由於實施科學史融入教學所致，因此採用相依樣本t考驗，分析實驗組
學生科學本質觀的影響。
由表2，實驗組學生在分量表「科學的世界觀」、「科學探究活動」、「科學事業」和「總
量表」後測平均得分均高於前測平均得分，其中又以「科學事業」分數的提升最明顯。
在統計上，科學本質的個分量表均達顯著差異，顯示科學史融入教學有助於提升學生的
科學本質觀。
但在控制組，前後測在教統計上並未達顯著差異（表略），學生的科學本質觀
並未呈現明顯的改變。
為了排除實驗處理前，二組學生之既有差異，接著進行單因子共變數分析。
分析時
以實驗教學作為自變項，「科學本質」量表之前測分數為共變量，排除前測成績不同所產
生的影響，再以「科學本質」量表後測分數為依變項，進行共變數處理，以α＝.05為
顯著水準，進而判定實驗教學對學生科學本質觀的影響結果。
而迴歸係數同質性考驗的
結果發現：
「科學的世界觀」、「科學探究活動」和「科學事業」三分量以及總量表的F值
分別為1.820、.443、3.887與1.257均小於3.92（未達顯著差異），其P值分別
為.180、.507、.051與.265均大於0.05；表示實驗組與控制組之迴歸係數具有同質性，亦
即實驗處理與前測得分無交互作用存在，所以可以繼續進行共變數分析。
表3為兩組學
童在「科學本質」量表之共變數分析結果摘要。
科學史融入國小自然科教學之研究
23
表2「科學本質」各分量表及總量表前後測t考驗摘要表
前測後測
實驗組
平均數標準差平均數標準差
自由度t
科學的世界觀21.572.3722.892.3260-4.064*
科學探究活動34.954.1436.853.4160-4.1*
科學事業21.572.3724.032.4260-6.825*
總量表77.83617.880783.77056.766160-6.579*
*P<.05
表3兩組學童在「科學本質」問卷之共變數__________分析摘要表
項目變異來源離均差平方和自由度均方F值顯著性
科學的世界觀
組間
誤差
60.699
646.764
1
116
60.699
5.576
10.887***.001
科學探究活動
組間
誤差
113.968
1873.666
1
116
113.988
16.152
7.057**.009
科學事業
組間
誤差
171.858
830.937
1
116
171.858
7.163
23.992***.000
總量表
組間
誤差
1058.488
6575.276
1
116
1058.488
56.683
18.674***.000
註：
F.95（1,116）之臨界值為3.92，**表示＜.01，***表示P＜.005
由上表可知，三個分量表和總量表F值為10.887、7.057、23.992和18.67均大於3.92
且P值分別為.001、.009、.000和.000均小於0.05，表示接受科學史融入教學的學童在科
學本質觀問卷的分量與總量表得分和一般教學控制組的學童得分比較，均達顯著差異。
以上研究與翁秀玉和段曉林（1997b）、邱明富（2003）等的研究大致相同，融入科學史的
教學，能提昇學對科學本質的認識。
但是，本研究在「科學事業」分量表中不僅達顯著
差異，且得分也是最顯著的分項，此與邱明富的研究，「科學事業」並未達顯著差異有所
區別。
此外，翁秀玉和段曉林的研究提到，科學史融入教學對中低程度學生影響較顯著，
但本研究顯示高中低學生都具影響，且在某些分量表，高程度學童的影響更明顯。
從「科學本質」問卷第20題「科學活動，有時會受到政治、經濟、社會的影響」、
科學教育研究與發展第四十一期
24
第22題「科學家常常運用想像力和創造力發明、發現」答題情況可進一步得到，從「天
動說」到「地動說」的演變確實可以讓學童更能體會科學事業的內涵。
另外，在教學過
程中，正好是探測船「精神號」和「機會者號」登陸火星之時，實驗組在上這一段課程
時，有具體的實例說明科學的成就，經過整理適時加入課程後，學生在第25題「我們可
以運用科學、科技推測太空船行進路徑」多半持正面的看法。
在教學中研究者也發現：
漫畫科學史的部分學生反應很激烈，不僅對觀看星相來決
定是否要結婚或是戰爭等很不以為然，對宗教、政治否定科學的發現更是不平，因此對
哥白尼和伽利略除了敬佩他們科學成就，還投予同情，甚至把在網路、電視看到的相關
社會事件，也提出討論。
此外，學生對科學、科技的成就大多持正面想法，但是大多數
學童是「是非分明」的，不太能接受科學進展過程也可能對社會產生負面衝擊，因此認
為科學、科技是應該造福人群的。
二、對學童科學態度的影響
表4同表2，但為科學態度的結果。
雖然實驗組學生在分量表「喜歡探討」、「發現樂
趣」、「細心切實」和「總量表」後測平均得分均高於前測平均得分，但以相依樣本t考驗
的結果來看，只有分量二發現樂趣和總量表的t值達統計上顯著差異，喜歡探討和細心切
實分量並未達顯著性。
至於控制組，在發現樂趣分量同樣具有顯著差異，但分數提升不
如實驗組明顯；至於喜歡探討與總量表，後測得分高於前測，細心切實則後測得分略小
於前測，但皆未達顯著差異。
整體而言，控制組的結果與實驗組差別並不大。
表4實驗組學生「科學態度量表」各分量表及總表前後測t考驗摘要表
前測後測
實驗組
平均數標準差平均數標準差
自由度t
喜歡探討21.103.6321.332.8460-.697
發現樂趣26.984.0129.563.6160-6.551*
細心切實28.613.0829.283.4960-1.751
總量表76.68859.021380.16398.635560-5.019*
*P<.05
科學史融入國小自然科教學之研究
25
同樣的，為排除二組學生的既有差異，接下來採用單因子共變數分析。
在迴歸係數
同質性考驗的結果發現「喜歡探討」、「發現樂趣」和「細心切實」三分量和總量表的F
値顯示，實驗組與控制組具有同質性，所以可以繼續做共變數分析。
下表5為兩組學童
在「科學態度量表」之共變數分析摘要表。
表5兩組學童在「科學態度量表」之共變數分析摘要表
項目變異來源離均差平方和自由度均方F值顯著性
喜歡探討
組間
誤差
1400E-02
693.540
1
116
1400E-02
5.979
.002.961
發現樂趣
組間
誤差
62.177
772.970
1
116
62.177
6.664
9.331***.003
細心切實
組間
誤差
47.966
1276.127
1
116
47.966
11.001
4.360*.039
總量表
組間
誤差
168.222
3610.380
1
116
168.222
31.124
5.405*.022
註：
F.95（1,116）之臨界值為3.92，*表示P＜.05，***表示P＜.005
由上表可知，除了「喜歡探討」分量外，其它分量及總表均達顯著差異。
其中又以
「發現樂趣」的提升最明顯。
從科學態度問量表中第13題「我相信自然科的探討活動，
可以幫助我或獲得新發現」、15題「我相信自然科可以讓我獲得新知識，讓我有信心處理
日常生活中的事」以及第17題「當我發現九大行星竟然是以相似的方式太陽運行，這讓
我覺得自然界真是奇妙」等作答情況，將科學發展以故事的方式呈現，學童更能分享科
學家發現新事物時的興奮，感受探索發現的樂趣，使其科學態度更正面。
經過共變量分析後，雖然「細心切實」達顯著差異，但由前面討論得到，這是因為
控制組的後測分數略小前測，並不是實驗組教學正面影響所造成。
同樣的，分量表「喜
歡探討」並未達統計顯著。
巫俊明（1997）研究即指出，科學史融入自然科教學可顯著增加
對科學本質的理解，但不一定能顯著增加學生正向的科學態度。
根據訪談與研究者教學
觀察，學童科學態度的養成確實需要較久的時間，因此，一些科學態度並不會一次的教
學而有明顯的變化。
學童科學態度的改變需要時間，因此融入科學史的教學，對提昇學
生科學態度的影響，也需要較長期的實驗教學才能得到較切確的結論。
進一步分析科學態度量表作答情況發現，學生普遍認為：
衛星繞著行星旋轉，行星
繞著恆星旋轉，每個行星帶著衛星繞恆星旋轉，太陽帶著所有太陽家族一起…..；這種現
科學教育研究與發展第四十一期
26
象非常有趣、奇妙；而在角色扮演那些天文學家回到上一個世紀作辯論時，要推翻他人
的理論很不簡單，尤其是社會大眾都這樣想的時候，必須細心切實收集所有資訊，有真
正的證據，找出對方錯誤的地方，予以辯證。
從學生的反應中，可整理得到科學史融入
教學對於提升學童好奇心，以及細心求證等科學態度確實有相當的效果。
三、學生對科學史融入教學的看法
從前面結果得知科學史融入教學對學童科學本質的認識有相當正面的影響，在科學
態度上影響雖然不如科學本質顯著，但發現樂趣分量也有明顯的提升。
下面主要透過半
結構的問卷進一步了解學童對科學史融入教學的看法，從回答情況分析實驗教學的優點
以及限制。
問卷作答整理如下：
表6科學史融入教學意見調查表-題一
你喜歡在上自然課時聽科學史上的小故事嗎（科學家或是人類在科學上的成就）？
答案百分比主要回答內容
喜歡76%
1.增加許多的天文知識，內容很有趣，我很喜歡。
2.可以知道一些科學偉人。
3.可以讓我知道以前人怎麼努力向上。
4.可達到娛樂的效果，更了解科學的理論、原理等等。
5.因為這樣才能增加一點知識，大家都說教育要多元，這樣就不用
完全靠課本，而實現了多元教育。
6.我很喜歡聽科學的故事，因為可以增加我的知識，而且從故事中
也可知道科學家努力研究，或是為真理奮鬥的精神。
7.因為我將來也想當科學家，所以這些知識都需知道。
不喜歡10%
1.不喜歡自然。
2.對科學沒興趣。
3.聽不懂。
其它14%
1.主要是看故事本身而決定。
2.有一些喜歡，有一些不喜歡，自己已經了解的不想聽，比較新奇
的就很喜歡聽。
76%的學童勾選「喜歡」的原因，例如：
好玩、很有趣、快樂學習、可以聽故事、可
以看漫畫、學的更深入、吸收的知識更豐富和容易了解、⋯等等。
10%的學童勾選「不喜
歡」的原因包括：
不喜歡自然、對科學沒興趣、聽不懂；14%的學童勾選「其他」的原因
主要是，看故事本身而決定。
綜合以上觀點，大多數的學生對於科學史融入教學持正向態度，並且覺得讓課程更
科學史融入國小自然科教學之研究
27
有趣，心情很愉快，所以很喜歡。
因此透過科學史融入教學可提昇學生學習科學知識的
興趣。
學生認為科學史融入教學讓他們能夠知道更多的科學家故事，所學到的知
升级会员 