科学史融入科学教学.docx

1、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21 台市百齡國民小學 2 台市師範學院自然科學教育學系（投稿日期：94 10 月7 日；修正日期：94 11 月16 日；接受日期：94 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級學童，科學本質與科學態之影響，以及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教學；教學前後以科學本質和科學態表對組學生施測，根據學生前後測結果，分析教學前後學生的

2、科學本質觀和科學態的改變；在國小學童對科學史融入教學的看法，則藉由半結構的意調查表以及晤談收集資，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）實驗組在科學態表中只有發現趣分表有顯著差，喜歡探討與細心實分表的提升並明顯。(三)約80%的學童喜歡科學史融入教學的方式，但有10%的學童喜歡科學史融入教學，而這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長，大約在十九世紀末大學才有科學史科目，

3、到二十世紀初期，中學和大學的教科書中已有少份的科學史內容；但是因為1957 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，在美國許多科學教育工作者的極推動下、科學史、哲才再受到重視，重新開始探討科學史、哲在科學教育中所扮演的角色。1993 美國科學促進會主導的2061 計畫(Project 2061 : Science for all Americans)出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(Nation Science Education Standards)(1996

4、) 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，學生必須解科學反映它的史，並且是斷進步及改變的事業。教育部所頒的九一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？用過去的科學史，可以提供豐富科學知發展的情境，幫助學生覺知到自己觀的過時，同時並提供建構新概的可能途徑（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

5、與科學史是相平的、學生對科學概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：學生的另有概與早期科學家的想法似，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；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；科學史可使教材具人性化；在解重要的科學史之過程中，可使學生認科學的本質；科學史可以使學生瞭解科學的定性、可變性，因而目前人們對科學的解也是具有可轉換的特性等等。Laidler(1995)認為教師從史發展角教學容激發起學生對科學的熱情並學到多的科學方法。Collins & Pinch(1

6、994)認為藉由研科學史事可以解科學知發展的本質，也能認科學中較為人知的一面，看到科學家並全然是性客觀的，其主觀的信往往決定實驗結果如何解釋。國內研究也發現好的科學史教材加上適當的教學策，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解（巫俊明和黃德和，1997；翁秀玉和段曉，1997a；廖貞和洪振方，2000）。科學史除可以增進學生對科學本質的解之外，融入科學史的教學還能改善學生對科學的態，使學生對科學的態有正向的效益（鄭秀如和煥祥，1998；莊蕙元，2002）；而正向的科學態才能將知和技能轉化為動，願意使用科學過程和方法（許榮富，1992; Gauld &

7、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才能解，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、天動之間的爭長達千，從宇宙觀的演變，我們可以清楚看到大多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。綜合以上討，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

8、少科學史的相關研究，下面的討主要整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(1997b)認為，科學史對國小級學生解科學本質可藉科學史的教學途徑傳達科學本質的內涵,且能確實提升中低程學生的學習興趣。邱明富(2003)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以及增進對科學的態。莊蕙元(2002)以國小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。在教學上，陳香(2002)認為科學史的教學方式應多樣化，才能引起多學生的喜歡。另外，楊燕玉(2001)發現科學史課程對國小學生科學知的暫時性、科學家形象以及科學社群上有顯著改善，

9、而在學習自然科學的目的與創造個向上則無顯著改變。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以及增進對科學的態。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；許榮(1999)則認為能期望用單一的教學模式或教學步驟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.教師對科學史的知和認有待加強。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難較高

10、。6.教師缺乏教學資源的協助。陳香(2002)天文學史教學之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，資多且難以整，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級階段可採用短篇故事，或是電影、影帶，以生動活潑的方式介紹科學家的故事；而在高級階段則可由學生自閱相關的故事，並以故事的方式互相分享所學（National ResearchCouncil,1996）。參、研究方法本研究以為主、以質為輔的研究，研究過程以準實驗設計(Quasi-experiment)取得的資，並以學童對天文史融入教學意調查表的結果

11、作質性分析。研究對象為台市某國民小學級學生實驗組61 人、控制組58 人。為避免產生實驗組霍桑效應（Hawthrone Effect），以及控制組的強亨效應（John Herry Effect），組學生在實驗過程中，均未被告知正在進實驗教學，完全依照教學進進。本研究中的自變項為教學處(實驗組以研究者所設計的教材進教學，控制組則依據康軒版的教材教法進教學)；依變項有二項：1.科學本質觀。2.科學態。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.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.表均製成互動式網頁；用該班級

12、電腦課施測並由同一位電腦教師擔任施測者，藉由標準化的明，讓學生按照電腦教室標準化的操作步驟，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、科學態表與科學史融入教學意調查表：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，引用許榮(2001)所設計的科學史輔助教材、哥白尼21 科學知庫中的漫畫科學史和種種科學性物、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

13、的天文史教材一覽表單元主題 單 元 目 標地球的形 1.運用觀察推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.科學或假是時代產物4.科學家也會犯錯天動和地動 1.科學知、觀具有暫時性2.科學知、觀受到社會、宗教影響3.科學、模型能經過重複考驗阿姆斯壯的故事發現小星1.能蒐集資並且能做歸納分析2.明瞭何謂衛星和星3.科學上的成就是集合古今眾人大家努的成果哈彗星的故事 1 明瞭何謂恆星、彗星和星2 明瞭認真觀測總有新的發現2003 的火星探險 1.介紹人

14、如何探火星，以及所擁有的火星資2.火星猜猜猜快問快答觀賞探太陽系影帶學生已經解太陽系中的家族之後，藉由此影帶，讓學生看到天文望遠鏡和太空船所拍攝到的太陽系九大星的景象，回顧人探太陽系的經過跨世紀辯天動對地動藉由實驗教學最後的角色扮演辯賽，讓學生回顧人解太陽系如何運轉的過程。二、科學本質問卷本表考鄭可偉（2002）的科學本質觀問卷修改而，經60 位級生預試，信檢驗値為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，於實驗處前後進測試。三、科學態度量表此表考郭琪（2003）所編擬的九一貫課程科學態表，編製程如前一表，信檢驗値為0.8771（N=60）

15、，並經專家效化成正式問卷，包含喜歡探討、發現趣和細心實三分，於實驗處前後進測試。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，題三則與科學態有關。肆、研究結果與討論本節為研究結果與討，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的影響，最後為學童對科學史融入教學的看法。

16、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做為學生科學本質觀的指標，前後測分的差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，實驗組學生在分表科學的世界觀、科學探究活動、科學事業和總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的提升最明顯。在統計上，科學本質的個分表均達顯著差，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(表)，學生的科學本質觀並未呈現明顯的改變。為排除實驗處前，二組學生之既有差，接著

17、進單因子共變分析。分析時以實驗教學作為自變項，科學本質表之前測分為共變，排除前測成績同所產生的影響，再以科學本質表後測分為依變項，進共變處，以 .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以及總表的F 值分別為1.820、.443、3.887 與1.257 均小於3.92（未達顯著差），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具有同質性，亦即實驗處與前測得分無交互作用存在，所以可以繼續進共變分析。表3 為組學童在科學本質表之共變分析結果摘要。科學史

18、融入國小自然科教學之研究23表 2 科學本質各分表及總表前後測t 考驗摘要表前測 後測實驗組平均標準差 平均標準差自由t科學的世界觀21.57 2.37 22.89 2.32 60 -4.064*科學探究活動34.95 4.14 36.85 3.41 60 -4.1*科學事業21.57 2.37 24.03 2.42 60 -6.825*總 表 77.8361 7.8807 83.7705 6.7661 60 -6.579* P.05表 3 組學童在科學本質問卷之共變_分析摘要表項目 變源均差平方和自由均方 F值顯著性科學的世界觀組間誤差60.699646.764111660.6995.576

19、10.887* .001科學探究活動組間誤差113.9681873.6661116113.98816.1527.057* .009科學事業組間誤差171.858830.9371116171.8587.16323.992* .000總 表組間誤差1058.4886575.27611161058.48856.68318.674* .000註：F.95（1,116）之界值為3.92， *表示.01，*表示P.005由上表可知，三個分表和總表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

20、融入教學的學童在科學本質觀問卷的分與總表得分和一般教學控制組的學童得分比較，均達顯著差。以上研究與翁秀玉和段曉(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。但是，本研究在科學事業分表中僅達顯著差，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有所區別。此外，翁秀玉和段曉的研究提到，科學史融入教學對中低程學生影響較顯著，但本研究顯示高中低學生都具影響，且在某些分表，高程學童的影響明顯。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和創造發明、發現答題

21、情況可進一步得到，從天動到地動的演變確實可以讓學童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火星之時，實驗組在上這一段課程時，有具體的實明科學的成就，經過整適時加入課程後，學生在第25 題我們可以運用科學、科技推測太空船進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，僅對觀看星相決定是否要結婚或是戰爭等很以為然，對宗教、政治否定科學的發現是平，因此對哥白尼和伽除敬佩他們科學成就，還投予同情，甚至把在網、電視看到的相關社會事件，也提出討。此外，學生對科學、科技的成就大多持正面想法，但是大多學童是是非分明的，太能接受科學進展過程也可能對社會產

22、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，但為科學態的結果。雖然實驗組學生在分表喜歡探討、發現趣、細心實和總表後測平均得分均高於前測平均得分，但以相依樣本t 考驗的結果看，只有分二發現趣和總表的t 值達統計上顯著差，喜歡探討和細心實分並未達顯著性。至於控制組，在發現趣分同樣具有顯著差，但分提升如實驗組明顯；至於喜歡探討與總表，後測得分高於前測，細心實則後測得分小於前測，但皆未達顯著差。整體而言，控制組的結果與實驗組差別並大。表 4 實驗組學生科學態表各分表及總表前後測t 考驗摘要表前測 後測實驗組平均標準差 平均標準差自由t喜歡探討21.10 3.

23、63 21.33 2.84 60 -.697發現趣26.98 4.01 29.56 3.61 60 -6.551*細心實28.61 3.08 29.28 3.49 60 -1.751總 表 76.6885 9.0213 80.1639 8.6355 60 -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，接下採用單因子共變分析。在迴歸係同質性考驗的結果發現喜歡探討、發現趣和細心實三分和總表的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分析。下表5 為組學童在科學態表之共變分析摘要表。表 5 組學童在科學態表之共變分析摘要表項目 變源均差平方和自

24、由均方 F值顯著性喜歡探討組間誤差1400E-02693.54011161400E-025.979.002 .961發現趣組間誤差62.177772.970111662.1776.6649.331* .003細心實組間誤差47.9661276.127111647.96611.0014.360* .039總 表組間誤差168.2223610.3801116168.22231.1245.405* .022註：F.95（1,116）之界值為3.92，*表示 P .05， *表示P.005由上表可知，除喜歡探討分外，其它分及總表均達顯著差。其中又以發現趣的提升最明顯。從科學態問表中第13 題我相信自然

25、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，讓我有信心處日常生活中的事以及第17 題當我發現九大星竟然是以相似的方式太陽運，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，學童能分享科學家發現新事物時的興奮，感受探發現的趣，使其科學態正面。經過共變分析後，雖然細心實達顯著差，但由前面討得到，這是因為控制組的後測分小前測，並是實驗組教學正面影響所造成。同樣的，分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解，但一定能顯著增加學生正向的科學態。根據訪談與研究者教學觀察，學童科學態的養成確實需要較久

26、的時間，因此，一些科學態並會一次的教學而有明顯的變化。學童科學態的改變需要時間，因此融入科學史的教學，對提昇學生科學態的影響，也需要較長期的實驗教學才能得到較確的結。進一步分析科學態表作答情況發現，學生普遍認為：衛星繞著星旋轉，星繞著恆星旋轉，每個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時，要推翻他人的很簡單，尤其是社會大眾都這樣想的時候，必須細心實收集所有資訊，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確實

27、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有相當正面的影響，在科學態上影響雖然如科學本質顯著，但發現趣分也有明顯的提升。下面主要透過半結構的問卷進一步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。問卷作答整如下：表 6 科學史融入教學意調查表-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，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向上。4.可達到娛的效果，解科學的、原等等。5.因為這樣才能增加一點知，大家

28、都教育要多元，這樣就用完全靠課本，而實現多元教育。6.我很喜歡聽科學的故事，因為可以增加我的知，而且從故事中也可知道科學家努研究，或是為真奮鬥的精神。7.因為我將也想當科學家，所以這些知都需知道。喜歡10%1.喜歡自然。2.對科學沒興趣。3.聽懂。其它 14%1.主要是看故事本身而決定。2.有一些喜歡，有一些喜歡，自己已經解的想聽，比較新奇的就很喜歡聽。76%的學童勾選喜歡的原因，如：好玩、很有趣、快學習、可以聽故事、可以看漫畫、學的深入、吸收的知豐富和容解、等等。10%的學童勾選喜歡的原因包括：喜歡自然、對科學沒興趣、聽懂；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，大多的學生對於科學史融入教學持正向態，並且覺得讓課程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的興趣。學生認為科學史融入教學讓他們能夠知道多的科學家故事，所學到的知