高雄師大物理系九年一貫科學課程深耕計畫第一年報告

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九年一貫課程與教學深耕計畫


大學與國民中小學攜手合作


第一年專案報告


高雄師範大學物理系




民國93

一、九年一貫課程與教學深耕計畫:大學與國民中小學攜手合作自我核檢表

  1. 計畫基本資料

項目

九年一貫課程與教學深耕計畫─子計畫二

九年一貫自然科學本體論之統整課程及創意教學活動之學生學習教材之開發及其教學成效之研究

計畫主持人

團對人數

11

攜手合作學校及姓名

中正預校國中部:周立瓴老師、沈亞蕙老師;

十全國小:呂明吉老師;光武國小:蔡於樺老師;

麻豆國中:康雅雯老師;東勢國中:黃志清老師;

高樹國中:孫柏嵐老師;實習教師:王明哲老師;

仁武高中:翁政鴻老師;南寧中:陳昱卉老師

(二)自我檢核:(請學校及師資培育單位各自依其指標勾選「V」符合程度

重點

檢核指標

檢核結果

符合

落後





計畫



成果

  1. 有住提升學校校長與教師的課程與教學專業素養(學校)

  2. 有助於增進師資培育機構與國民中小學間的彼此瞭解(師資)


V


V


  1. 有助於學校教師解決行動研究能力(學校)

  2. 有助於師資培育課程與教學更能契合教育現場的需求(師資)

V


V


  1. 實施九年一貫課程與教學各項方案有效提升學生學習成效。

  2. 有效發揮師資培育機構教師的專業成長,並提供其實踐與驗證專業理論的機會。


V


V


經費編列

經費支應符合規定

V


有效達到經濟效益

V


對本計畫自我期許

持續在伙伴學校中進行教學與研究,不斷累積經驗、精練教材教法,以我國國中學歷測驗以及國際OECD所舉辦之科學素養測驗(PISA2006)的測驗結果來檢驗本計畫所提出之「全息(分形)統整模式」之教材及教法的教學成效,期能對國九年(甚或12年)一貫之「教材統整與教學協同」的前瞻性教育改革的實踐提供參考。


審核結果

(本欄請勿填寫)

通過

不通過

建議事項



校長:計畫主持人:林財庫承辦人:

  1. 前言


我國正在推動之知識(智能)經濟時代的教育改革強調把知識轉化為能力、把能力轉化為創造力,提升每位國民的個體創造力和群體創造力作為提升個體和群體之生產力和經濟力的主要手段。並且在達成這個遠大目標的實踐過程中,同時嘗試提供積極進取的實踐環境和條件,使參與教改者之間能形成緊密的伙伴關係,希望每個參與者能提升其個人的生命願景而與群體(教學小組、學校、社區、社會、國家等)的共同願景相結合。而達成這種理想願景的具體實踐策略和行動綱領,個人認為就是教育部(1998)「國民教育階段九年一貫課程總綱綱要」中所提出的「課程(教材)統整與教學協同」。如何把這兩個關鍵策略和行動綱領的實踐與每位國民之創造力的培養成功的結合起來,形成一種有效率之組織和成長的核心,個人認為是此策略能否成功,以及教育改革的理想願景能否在較短的時間內見到成效的重要關鍵。本研究結合「自然科學典範(paradigm,機械典範和系統典範)的本體論、進化論、以及一般知識論」出一種簡單易行的編寫統整教材和進行協同教學的模式(參下),期能經由這種科學典範(科學思維)之高層次統整的模式來融通自然科學的學科知識,作為深化創造力之培育的基礎。


  1. 計畫目標


本計畫以自然科學典範(機械典範和系統典範)之本體論的基本命題(即「任何系統(物質系統、生命系統、生態系統、地球系統、天體系統、技術系統等)皆有基本組成要素或結構單元」)為統整的主軸,以美國13年國教「自然科學內容綱要」(NRC1996,第六章)13個與自然科學本體論相關的統整範疇(包括系統、秩序、證據、模式、變化、不變性、平衡、形式、功能、演化等9個狀態範疇,及演化、組織、解釋、測量等4個過程範疇)及其間的穩定聯繫(結構)為統整的核心,以我國「九年一貫自然與生活科技學習領域」之課程綱領中與本體論相關之概念內容(例如「自然教材內容要項及細目」中的130物質的構造與功用(物質系統的組成及特性)、120:生物的共性(生物系統的組成及特性)、110:組成地球的物質(地球系統的組成及特性)等)為統整範疇之演繹的環節或要素來發展國一(下學期)的自然科學的統整教材。在統整教材各單元的教學活動中,靈活運用發散性思維(或水平思維)的各種技法,在統整範疇及其結構(範疇+其間之穩定聯繫)的結構性知識的基礎上進行創造性思維的探究活動,以培養學生立體思維(邏輯思維+創造性思維;收斂思維+發散思維;垂直思維+水平思維)的能力,作為課程設計和課程發展的階段性整體目標。另外,為檢驗實驗教材的教學成效,本計畫將以上述自然科學本體論之形式化(公理化)體系的範疇及其結構分別作為特徵要素及理論向度,來發展自然科學各學科與本體論相關之概念的真實性評測量表、與本體論概念相關之分類能力(邏輯思維的首要能力)、及發散性(創造性)思維能力等的量表,並嘗試建立這些量表的信效度,以此來檢驗實驗教材的教學成效。


  1. 執行進度與原定目標之差異並說明原因


本計畫原執行期間是9211日至941231日,研究者按照原訂進度執行,順利完成在原計畫中所承諾的十項工作內容(參原計畫第一年研究之預期完成的工作項目),並且已完成第二年93年元月1日至931231日)在某國中進行試驗教材之實際教學實徵研究工作。因為所研發之「統整教材及創意教學活動的編寫模式」簡單易行(參下),實際教學相當順利,學生的反應也屬正面,學習成效可稱良好(參下),所以在本計畫的執行期間已擴大了研究的對象和範圍。在研究對象方面,從原計畫的國一擴展至小四(六班)、小六(六班)以及職前教師的師資培育課程(三班)這些新增班級的教學與實徵研究結果將進行至本學期結束,學習成效容後報告),並將在下一個年度擴展至國二高一(參自我檢核表中「攜手合作的學校及姓名」)以及主持人所任課之師資培育課程(自然科學概論及教材教法)的新班級。另外,在範圍方面,從原訂之國中水平的自然科學本體論擴展至包含「中小學水平的進化論以及一般層次的知識論」(參下),期盼以這些適合於自然科學與技術之高層次共性的本體論、進化論、和知識論等的核心範疇,及其在各個不同領域之不斷組織應用所產生的穩固科學思維能力,來協助學習者融通知識厚植其持續創造的基礎與能力


  1. 執行中遭遇之困難及解決策略


在已完成的國一試驗教學與實徵研究中並未遭遇任何困難(此應特別感謝中正預校的洪校長挺舉、游組長興財以及周立瓴和沈亞蕙兩位老師的鼎力支持和協助),正在執行中的小四和小六的試驗教學與實徵研究、以及本試驗教材之師資培育教材的教學及實徵研究(對象為職前教師,三個班共150人),到目前為止也都進展順利。


  1. 相關成果之簡略呈現


  1. 計畫主持人承蒙國科會科教處多年來的資助,首次研發出一種「以自然科學與技術之高層次共性(即科學思維之本體論、進化論及一般層次之知識論)為基礎來培養學習者之創造力的統整教材及協同教學模式」教案參附件一,協同教學模式參下小學教育學程之師資培育的教學過程。這個新理論模式具有屬於系統科學分形理論(Fractals1)之標度不變性(scale invariance)的自相似特徵(全息性,參下註),故以「自然與生活科技教材教法全息統整模式」(簡稱全息(或分形)統整模式)稱之。以下我們以附件的範例來簡要說明此新理論模式的特徵


首先把所欲教導之自然科學的教材內容視為一個整體(例如國一下生物課程:生命的現象),根據本體論的基本命題(即任何系統(整體)都有組成要素或結構單元)把這個整體分解為可完整描述(相對而言)此整體之數個部分(即找出此整體之要素或結構單元。對生命現象而言它們分別是<1>內環境的恆定性、<2>對內外刺激的選擇性反應<3>生殖(自我更新<4>遺傳變異、<5>演化等))作為此大單元的章,再視每章為一個小整體,根據其組成要素或結構單元再分為數個小節(例如生命的恆定性包含<1>體溫恆定、<2>氣體恆定、<3>水分恆定、<4>養分恆定);每一小節一般包含幾個主要概念,每個主要概念都以知識論之4W(即what, why, how, who等,稱為是知識的四要素2)(OECD19963作為此概念的主要內容(例如<1>什麼是體溫恆定(what)<2>為何要保持體溫恆定(why)<3>如何保持體溫恆定(how)<4>不同種類的生物如何保持體溫恆定(who)等)。這種由上而下把自然科學各學科之學科知識體系(系統)分解為多個異質結構單元4,再把每個結構單元分解成多個異質的(類)概念,再把每一(類)概念分解成多個異質之小概念或次概念的方法,就是本報告所稱之「自然科學的本體論統整(參範例的概念結構圖),其口訣是「整體包含異質的部份,部份又包含異質的相對小部份,層層嵌套(即概念結構圖由上而下逐層分叉)。另外,因為每一個小單元都以知識論的4W來整理其內容,小單元(節、章)所組織而成的大單元(章、大章、整個學科的知識體系)也必將呈現出4W的結構(例如:什麼是生命恆定性?為何生命有恆定性?如何保持生命的恆定?不同類別的生命如何保持生命的恆定性?等),如此由小單元到大單元再到更大的單元都呈現出相同的結構,這就是本文所稱的「知識論統整」;又因為每個「部分或整體都是相對的」(即每個部分都是更小部分之整體,每個整體都是更大之整體的部分),都有知識論之4W的內涵,因此具有「部分與整體之間在形式上存在某種自相似性」的全息特徵。最後,讓學習者自覺的去尋求異質部份(小單元、小概念、小類別)間的多元聯繫,把它們耦合組織起來成為多變異之有解釋力的較大整體(大單元、大概念或概念圖式(schema)、大類別),重複上述過程,再把異質的整體耦合組織成更大的多變異整體,逐層匯聚(即概念圖由下往上,多元、發散性的逐層匯聚)。這種先分後再新合的多元匯聚所產生的較大整體具有較高的有序度、調控等級和解釋力(甚至是預測力,待檢驗)此即是本報告所稱之「進化論統整。在完成教材的主體架構之後,選擇具有自然科學各學科之共性的範疇、原理、定律、模式、方法、邏輯運演規則等為教學活動的探究主題,以開放性討論的方式讓學生有機會自由的運用所學的單元知識或既有經驗來探究這些共性的可能答案(如範例中的「物理世界和生命世界的共同定律」,對於這些共性的學生想法(既有概念或概念圖式)是本實徵研究的一個重要部分)。計畫主持人相信知識的融通是厚植長遠創造力的首要基礎,因此本模式所稱的「自然科學的本體論統整、進化論統整」、以及「知識論統整」對於融通知識、培養學習者創造力必將產生一定的成效,不過本計畫到目前為止只以學生在探究問題中的表現以及學生所建構之概念組織圖來評量其創造力是否增進,長期而言將仿照Torrance Williem的創造力量表以及Garner多元智能量表,發展適合本理論模式的新量表。

這種運用自然科學之一般層次的共性來建構和發展科學思維的「全息(分形)統整模式」有一個重要特點,即它與認知心理學中知識表徵的各種模型(例如符號網絡模型、層次語意網絡模型、原型模型、擴散激活模型等)所得到之「認知結構」、「語言結構」(尤其是中文的語言結構)、「符號結構」、「意象5結構」等具有「同構性」(isomorphism)。因為本模式所建構之「全息(分形)元」(與大整體有自相似性的小單元)既可以是一個概念,一個範疇(一般層次的類概念)、也可以是一個命題(例如上述之本體論、知識論、進化論的信念)、一個圖式(schema)或框架(frame)或腳本6script)或表象7或意象或產生式規則8等等。基於這種同構性,科學思維的教學就可以和學習者的常識性和經驗性思維相容,易於運用類比遷移的策略由常識性和經驗性思維過渡到科學思維,達到教育改革所期待之「在中小學自然科學的教育中教導科學思維(不是教眾多難以融會貫通的科學知識和習題(非問題)的解題技巧和方法),以提升國民科學思維能力來提升國民的科學素養和創造力」的遠大目標。


  1. 運用這個「全息統整模式」我們已編寫完成國一下「生物及生活科技」(一個學期)、小六下「地球科學(太陽系中的地球及地球生態系,兩次段考的範圍)」及小四下「淡水生態系」(一次段考的範圍)的試驗教材,並已在高雄市的一所國中和兩所國小進行實際教學及實徵研究工作,附件一即是國一下「生物第一章」的試驗教材(我們都是以Power Point來上課,學生則發給講義)。實徵研究的重點(也是檢驗此教材及教學成效的評量重點)有四:

1自然科學本體論的信念、知識及能力。在信念方面,測試受測者是否相信任何事物都可視為是系統(整體),且任何系統都有組成要素或結構單元。在國中水平的本體論知識方面測試受測者是否知道天體系統、太陽系統、地球系統、生態系統、生物系統、生物個體(植物和動物個體)、細胞整體、以及物質系統(包括空氣、水、鐵、鹽)等的組成要素是什麼?組成要素是否具有粒子性(斷續性和真空概念)及恆動性?要素間是否具有交互作用以及具有哪一種類型的交互作用?等)。在國中水平的本體論能力方面,測試受測者是否能自覺的以這些本體論的信念和知識來理解、吸收新知識、解決新問題;

2知識論的信念、辨識能力與應用能力。在信念方面,測試受測者是否相信任何知識都可視為是一個系統(整體),其組成要素以上述之4W為主,並自覺的以這4W來分析問題、解釋事情。在知識論的辨識能力方面測試受測者是否能明確辨識4W之內涵的區別與關連(即是否能明確的辨識本原起源(WHAT)、成因原因(WHY)、狀態過程(HOW)、部份與整體(WHO)等組內和組間的區別與關連)。在知識論的應用能力方面,測試受測者是否能自覺的應用4W提出有意義的新問題、分析和整理知識建立各種不同知識單元間的聯繫關係,以此來累積知識和技能,厚植理解問題和解決問題的能力

3自然科學進化論的信念、知識與能力。在信念方面,測試受測者是否相信任何系統是會進化的(相信有意識的長時間、大尺度的演化必終將是一種進化)。在知識方面,測試受測者是否能有效的關連和組織不同的知識單元以形成有序度及調控等級更高的知識整體(多層次系統

4發現問題、解釋問題、解決問題能力與創造力。即是否能提出新且意義的問題;是否能恰當的分解和解釋問題以顯現隱藏在問題中意義深遠的內涵;是否能提出有效的策略和方法(例如聯想、類比、辯證等)來解決陌生的問題(例如在上述的探究性活動中所提出的問題)


如何檢驗這些大目標是否在階段性的教學中已被局部達成,我們目前的作法是

1)用我們所發展並效化之「國中小自然科學本體論及知識論量表(參附件二9」的前後測以及自然與生活科技學科知識兩次段考之全校施測成績的統計分析來檢驗上述「本體論之信念、知識和能力」的教學成效。測驗結果及簡要說明如表一、表二及表三所示。

2)以五次課後作業的分析(課後作業是要求學生以知識論之4W來分析和整理康軒版國一下生物的相關單元教材作為課前預習,範例如附件三),以及上述附件二之知識論量表(例如空氣(水、鐵等)的組成要素是什麼(what)?這些組成要素為何(why)能組成空氣(水、鐵等)?它們如何(how)組成空氣(水、鐵等)?等的測試結果,以及一題國三國文學力測驗之閱讀測驗試題(參附件四)測試成績的全校評比等,來檢驗上述「知識論之信念、辨識能力和應用能力」的教學成效(註:計畫主持人相信知識論4W的鍛鍊和思維模式化能同時提升學習者的一般閱讀能力理解能力,因此以似乎與自然課程完全無關的語文閱讀測驗來檢驗此模式的教學成效。測試結果如表三和表四所示。

3)在實徵研究告一段落時列舉教材中所教過的所有主要概念,要求學生將這些概念歸類、排序、分層、建立概念間的聯繫關係(要求學習者寫出概念間的連結語),然後以J.Mintzes2002)或P.Thagard1999人所建議的「概念結構圖評分規則來量化測試結果,以此來檢驗上述「進化論之信念、知識與能力」的教學成效(此測驗目前只在小四和小六中進行,在國一的試驗教學中未曾想到)。

4以上述本體論、知識論、進化論的測試結果,以及根據受測者在課堂上討論探究性的開放性問題(如前述)時是否能提出有意義的見解、提出無矛盾的解釋、進行無矛盾的推理、為自己所提出的想法、解釋、推理、論證等進行合理的辯護等的連續性評量作為檢驗受測學生之創造力是否與時並進的依據。(此測驗目前也只在小四和小六中進行,在國一的試驗教學中未曾想到)。


  1. 本計畫所提出之「全息(分形)統整模式」看起來很抽象、很困難、很陌生(包含本體論、知識論、進化論及創造力之培養,十分不同於傳統的師資培育教材和國中小教材),職前教師及國中小學生能理解嗎?可接受嗎?(即教材的可行性問題)對此我們做了兩方面的研究和調查:

    1. 計畫主持人在師資培育的課程中,對三班151位職前教師進行試驗教學與實徵研究。在8節課的範例教學之後,要求受測者以國中小學的自然科學課程內容為範圍,根據興趣分組,協商整組的單元主題,確定這個主題(系統)的組成要素,寫出此單元之主要概念的結構圖(如前述)與研究者一起討論,定案後分工,以我們所提供的模式當作範例(即本報告的附件,每個人都依據範例編寫一個單元的教材提供常用教學網站作為學生收集資訊及相關圖表來源,並以小組為單位安排時間讓每人輪流上台報告,以尋求其他同學及研究者的批判性意見,作為後續改進和精鍊教材的參考這種以小組分工,協同設計「全息統整教學單元」的方法,就是本報告所稱的「協同教學模式」。計畫主持人在教學中明確指出這種「學習者間協同建構全息教材的方式和方法」就是一種可行的「協同教學模式」(可用之於學校中教學小組的教師們之間,也可用之於個別老師的每班教學)。實施的結果情況良好,學生都覺得這個任務簡單明確,尤其是54位非自然科學背景(有97文學院和商學院畢業)的小學教育學程學生,因為學習態度良好表現最她們所建構的豐富且有新意的教案已掛在高師大物理系的網站供各界參考指教。這些學生雖然上台報告時因專業知識不足顯現出來的瑕疵不少,但研究者相信這些缺點只要有動機改進是易於克服的。因此計畫主持人審慎樂觀的相信,我們所研發之「全息(分形)統整教材及教法」可為其他職前教師所接受並推廣改進。

    1. 另外,計畫主持人根據此模式編寫國一下生物教材並在中正預校進行試教,試教告一段落後(三個月,兩次段考),校方私下對試驗教材及教學進行評鑑(即調查與本實徵研究相關連之教師及學生的反應),結果摘要如附件五,詳細分析如表五所示。參與評鑑的八位教師一致認為這種教材及教法有價值應可繼續讓主持人試教,兩班實驗組學生也有88%能接受這種教材和教法,有27%非常能接受(參附件五);71.4%的學生讀書方法因學習此教材而改變,其中14.3%表示改變很大;77.5%的學生會運用這個4W法來自習並學習其他學科,其中20.4%認為這種方法很有幫助;71.4%希望能繼續這種教學法,14.3%都可以,14.2%不希望繼續這種教材和教法。


表五:自然科學「全息(分形)統整教材與教法」之受教學生的評鑑概要


非常能

/

有時能有時不能

不能/沒有

無法瞭解

能否接受這種教材

27.7

58.0

4.1

2.0

8.2

讀書方法是否改變

14.3

57.1

16.3

12.2


是否能應用4W

20.4

57.1

10.2

2.0

10.2

是否希望繼續

22.4

49.0

14.3%(都可以)

12.2

2.0


把此評鑑結果與其他在本實徵研究中所施測之各種量表的施測結果作相關分析發現(參表六),能接受新教材、能應用4W法的學生與其本體論及知識論量表的施測成績以及閱讀測驗的總分等有顯著及極顯著的相關,與學校的段考成績則無顯著相關,甚至有負相關的情形。希望繼續學習新教材的學生則除了上述相關外,亦與第二次段考的成績有顯著正相關(即學科知識表現良好但尚未受益於新教材所強調之科學思維與方法的學生,也希望能繼續這種新教材的教學)。除此之外,還在進行中的小四和小六的教學雖尚未進行評鑑,但因教學情況順利,學生反應良好,計畫主持人也因此審慎樂觀的期待,這種新研發的「全息統整教材教法」可推廣至一般的國中小學的教材和教學中。


表一:試驗學校之實驗組及控制組兩次生物段考之平均值的成對樣本T考驗


說明:實驗學校之國一共有六班,分別由周沈兩位生物老師來負責教學。沈老師負責智三、智四、及智五班,周老師負責智一、智二、和智六班。研究者各選一班(智一班和智五班)作為實驗組,其餘為控制組。研究者不參與段考的出題也不閱卷。學生的段考成績由周沈兩位老師提供。


第一次段考(沈老師出題)各班學生之平均分數t考驗


成對變數差異


t

自由度

顯著性

(雙尾)


平均數

標準差

標準誤




智一- 智二

-2.36

11.27

2.40

-0.98

21.00

0.34

智一- 智六

-0.17

11.96

2.44

-0.07

23.00

0.95

智五- 智三

-1.83

10.92

2.28

-0.80

22.00

0.43

智五- 智四

-0.64

12.70

2.71

-0.24

21.00

0.82

智一- 智二複習考

0.55

12.74

2.72

0.20

21.00

0.84

智一- 智六複習考

2.17

10.18

2.08

1.04

23.00

0.31

智五- 智三複習考

-2.61

13.27

2.77

-0.94

22.00

0.36

智五- 智四複習考

1.64

15.24

3.25

0.50

21.00

0.62


此結顯示實驗組與控制組的段考成績沒有顯著差異。因為新教材提供更多的課外材料,探究更多的課外問題,而且並未增加額外的學習時間,也未進行機械式的練習背誦考試範圍內的學科知識,因此實驗組在生物學科知識的考試(段考)方面未顯著劣於控制組,對研究者而言顯示新教材也經得起傳統評量的考驗而事實上在第一次段考考前的複習考中(周老師出題),實驗組智一班的平均成績全校第一,智五班的表現在沈老師這一組中也是中等(如表下方所示),此再次支持這樣的研究結論「在不需要發費更多教學時間的情況下,新教材融通了更多知識、探究了更多有意義的問題、教導了高層次的科學思維與方法,且通過了傳統式評量的考驗」。


第二次段考(周老師出題)


成對變數差異


t

自由度

顯著性

(雙尾)


平均數

標準差

標準誤




智一- 智二

-2.27

11.42

2.43

-0.93

21.00

0.36

智一- 智六

4.50

9.68

1.98

2.28

23.00

0.03

智五- 智三

-1.74

12.67

2.64

-0.66

22.00

0.52

智五- 智四

-1.00

14.69

3.13

-0.32

21.00

0.75


結果顯示實驗組的段考平均成績,有一組(智一對智六)顯著的優於控制組。對研究者而言,此信息或許表示隨著新教材教學時間的增加,實驗組的表現也有可能在傳統式的評量上顯著的優於控制組。在實徵研究過程中所施測之各種量表的相關分析(參表六)部分支持這種猜測。即實驗組之第二次段考成績與本體論和知識論量表之間有統計上「極顯著相關」的關係,而第一次段考成績則無此現象。研究者因此假設「新教材教越久越能顯現其成效,縱使對傳統式評量也是如此」。這個假設當然需要再進一步的檢驗。


表二:實驗組本體論信念之前後測的「成對樣本T考驗

說明:我們以附件二所示之國中小自然科學本體論及知識論量表中受測學生對於太陽系統、地球系統、生態系統、生命系統、動植物個體系統、物質系統(包括空氣、水、泥土、鐵、鹽)等是否有組成要素之回答(題幹選項)的前後測成績來定量的評量受測學生在學習實驗教材後本體論的信念是否有顯著改變。(註:此量表之前測與後測的之α信度及與段考成績的關連效度如下表所示)


前測本體論信念

前測本體論知識

後測本體論信念

後測本體論知識

α信度

0.82N49

0.37N49

0.73N49

0.78N49


實驗組本體論信念之前後測的「成對樣本T考驗」


成對變數差異




t

自由度

顯著性

前測v.s. 後測

平均數

標準差

標準誤

差異的95% 信賴區間







下界

上界




前本體總- 後本體總

-22.09

22.48

3.21

-28.55

-15.64

-6.88

48.00

0.00

前組題總- 後組題總

-21.69

28.61

4.09

-29.91

-13.48

-5.31

48.00

0.00

前動題總- 後動題總

-27.65

45.25

9.05

-46.33

-8.97

-3.06

24.00

0.01


統計分析的結果顯示,「新教材的教學有助於提升學習者的本體論信念」。


表三:實驗組「國中水平之本體論知識」前後測平均的T考驗


說明:我們以附件二所示之本體論量表中受測學生對於太陽系統、地球系統、生態系統、生命系統、動植物個體系統、物質系統(包括空氣、水、泥土、鐵、鹽)等的組成要素是什麼(理由選項或文字敘述)?組成要素是否具有微粒性(或稱斷續性,或要素間是否存在真空)?組成要素是否具有恆動性?要素間是否具有交互作用?以及是哪一種類型的交互作用?等「機械典範(工業文明之主流科學思維方式)的兩核心概念(即物質系統是由運動的微粒所組成,微粒間具有四大類型的交互作用)的五大特徵」之前後測成績來檢驗受測學生在學習新教材後對於以上這些不同尺度之重要系統之五大特徵的知識是否有增長。結果如下:



成對變數差異




t

自由度

顯著性(雙尾)

成對樣本

平均數

標準差

標準誤

差異的95% 信賴區間






下界

上界




前空組題- 後空組題

0.74

2.50

0.36

0.01

1.48

2.04

46.00

0.05

前空組理- 後空組理

-0.22

2.03

0.29

-0.81

0.36

-0.77

48.00

0.44

前水組題- 後水組題

-1.43

2.10

0.31

-2.04

-0.81

-4.65

46.00

0.00

前水組理- 後水組理

0.39

2.39

0.34

-0.30

1.07

1.14

48.00

0.26

前空動題- 後空動題

-1.78

2.65

0.55

-2.93

-0.64

-3.23

22.00

0.00

前空動理- 後空動理

-2.88

1.92

0.27

-3.43

-2.33

-10.48

48.00

0.00

前水動題- 後水動題

-0.74

3.08

0.64

-2.07

0.59

-1.15

22.00

0.26

前水動理- 後水動理

-2.00

1.32

0.26

-2.55

-1.45

-7.56

24.00

0.00

動理- 動理

-1.48

0.87

0.17

-1.84

-1.12

-8.49

24.00

0.00

前空微理- 後空微理

-3.36

1.25

0.25

-3.88

-2.84

-13.39

24.00

0.00

前水微理- 後水微理

-2.20

1.29

0.26

-2.73

-1.67

-8.52

24.00

0.00

前鐵微理- 微理

-1.68

1.25

0.25

-2.20

-1.16

-6.73

24.00

0.00

前組- 後組

-21.69

28.61

4.09

-29.91

-13.48

-5.31

48.00

0.00

前組理總- 後組理總

-0.39

22.47

3.21

-6.84

6.07

-0.12

48.00

0.90

前動- 後動

-27.65

45.25

9.05

-46.33

-8.97

-3.06

24.00

0.01

前動理總- 後動理總

-32.20

12.92

2.58

-37.53

-26.87

-12.46

24.00

0.00

前微理總- 後微理總

-48.27

12.36

2.47

-53.37

-43.16

-19.52

24.00

0.00

前因理總- 後因理總

-48.60

26.12

5.22

-59.38

-37.82

-9.30

24.00

0.00

前本理總- 後本理總

-15.42

16.50

2.36

-20.16

-10.68

-6.54

48.00

0.00


由此表知,實驗組的受測學生在教學後其各種不同空間尺度之系統的本體論知識的總分以及組成要素之微粒性、恆動性等向度的前後測都有顯著的增長,只有在各類系統之組成要素之向度上沒有顯著改變。據此研究者假設「新教材的教學有助於提升國中生獲得國中水平機械典範之核心範疇的具體知識與抽象思維能力


表四:閱讀能力與理解能力量表之全校評比

成對樣本

成對變數差異


t

自由度

顯著性

(雙尾)


平均數

標準差

標準誤



智一- 智二

13.91

27.26

5.68

2.45

22.00

0.02

智一- 智六

0.87

25.92

5.41

0.16

22.00

0.87

智一- 智三

14.78

19.28

4.02

3.68

22.00

0.00

智一- 智四

8.18

31.87

6.79

1.20

21.00

0.24

智一- 智五

3.48

25.34

5.28

0.66

22.00

0.52


智四- 智五

-3.64

30.01

6.40

-0.57

21.00

0.58

智三- 智五

-11.30

18.90

3.94

-2.87

22.00

0.01

智六- 智五

2.61

20.27

4.23

0.62

22.00

0.54

智二- 智五

-11.67

16.59

3.39

-3.44

23.00

0.00


結果顯示實驗組的智一與智五的測試結果都顯著的優於控制組的智二與智三。研究者因此假設「新教材或許有益於提升學習者的閱讀能力及理解能力」(即新教材的4W法或許不但能提升學習者的科學素養,也可提升學習者語文的閱讀能力與理解能力。我們將以OECD 2006年所舉辦之科學素養及語文能力的試題(PISA2006)來檢驗這個假設)(另參註腳3)。


表六:各種量表的相關分析


附件四: 閱讀與理解能力測驗

( )年( )班( )號,姓名( )最近一次段考的自然科成績( )數學成績( )






人能夠關心,正表示他有熱血、有深情、有理想,所以在關心之後,往往也激發人產生恢宏的志趣和遠大的抱負,在生命中掀起壯闊的波瀾。這個波瀾如果能持之以恆、奮鬥不懈的鼓盪,便必然有所成就,發展到終極,一定能對社會有巨大的回饋。因此,身處求學的階段,我們的關心雖然只像一點小小的火花,但是我們仍舊要珍惜它,讓它持續燃燒,並且不斷擴展,以期將來能煥發出燦爛的光芒」。


1.你認為這段文章以什麼做為「標題」最恰當?(1)談努力;(2)談立志;(3)讓關心萌芽;(4)回報社會;(5)談抱負


2. 作者為什麼認為「關心」就有可能「煥發出燦爛的光芒」?

1)一個人能夠付出關心,就能有熱血、有深情、有理想,煥發出燦爛的光芒;

2)有熱血、有深情、有理想的人才能關心別人和社會,煥發出燦爛的光芒;

3)人能煥發出燦爛的光芒,是因為他人關心;

4)一個人持續努力、奮鬥不懈,就能對人和對社會表示關心,煥發出燦爛的光芒。


3. 作者認為從關心開始經由怎樣的過程到最後就能煥發出燦爛的光芒?

1)關心→志趣→努力→回社會→煥發光芒;

2)關心→努力→回社會→志趣→煥發光芒;

3)關心→努力→志趣→回社會→煥發光芒;

4)關心→回社會→志趣→努力→煥發光芒。


4. 依據本文的論述,下列敘述何者正確?

1)一個人能夠付出關心,就知道回報社會

2)求學階段能力有限,只要專注學業,就是最好的回

3)有熱血、有深情、有理想的人才能關心別人,才有可能有成就;

4)人之所以具有遠大的志趣和抱負,是來自他人的關心。


5. 下列選項,何者符合本文的發展順序

1發展志趣→付出關心→持續不→回報社會;

2)持續不→回報社會→發展志趣→付出關心;

3)付出關心→發展志趣→持續不→回報社會;

4)付出關心→回報社會→發展志趣→持續不



依照這種方式建立起來的教材具有整體包含部分,部分再包含更小部分等等的層層嵌套關係,這是我們所稱之「本體論統整」(既是形式也是實質的統整)。另外,每個概念(單元)都以知識論之4W所提出的問題作為內容,這是我們所稱的「知識論統整」。每個部分或整體都是相對的(即每個部分都是更小部分之整體,每個整體都是更大之整體的部分),都有知識論之4W的內涵,因此具有「部分與整體之間在形式上存在某種自相似性」的全息特徵。


或者如前述職前教師師資培育課程的教法,在提供數個小單元的發展範例和觀賞提供問題情境的影片之後,讓學生分組分工去進行探究活動,在動手做的遊戲當中完成各自和小組的作品,佈告或向其他小組的同學報告它們的探究結果。這種教法正在高雄市一所小學中進行,整個班級以合作建構「地球生態系」為目標,以「深海生態系的影片為範例和情境」,在明確概念圖的架構(老師協助)以及蒐集之資料的種類、範圍和整理方法之後,讓學生動手蒐集資料,依範例的格式完成作品,特別鼓勵、獎勵學生的創意。

1所謂「分形」是具有多層次結構的整體,它擁有「整體與部分之間存在某種自相似性」以及「不同層次遵守相同生成(或組織成長)規則的統一性」等特徵。分形可以是幾何圖形,也可以是信息(動作、意象、語言、文字、符號、概念、範疇、命題、圖式、框架、腳本、程序性規則、各種類型的知識等等)、結構、功能等之整體的數理模型。「分形學」是研究「分形」的理論,它創立於70年代中期(Mandelbrot B.B.,1982),其研究對象為自然界和社會活動中廣泛存在的「表面上無序(例如不規則、不連續、不光滑,因而不是歐氏幾何、黎曼幾何以及建立在這兩種幾何空間之所有學科(包括機械典範、相對論、量子論)的研究對象)」,但在不同的空間維度(可以是分數維度)中卻具有「自相似性」的各類系統。它以「相似性原理」來洞察隱藏於無序現象中的精細有序結構,為人們從局部認知整體、從有限認識無限,提供新的方法論,為不同科學發現(或發明)的規律性提供嶄新的語言和定量的描述,為現代科學技術提供新的思想和方法。(林財庫,2004:近代物理導論。台北藝軒)

2知識也可被視為是一個系統(整體),what, why, how, who就是它的四個要素(部分)。

3國際經濟合作和發展組織(OECD1996年的年度報告指出「在知識經濟的時代,為了利於經濟分析將知識分為四類,分別是know-what, know-why, know-how, and know who」。

4

5意象在此指「自覺建構之知、情、意的整體」,是學習者經過多次感知覺後儲存在長時記憶中之客觀事物的形象,此形象含攝學習者的知識、經驗、情感和信念。

6圖式在此指有組織的知識結構。框架在此指共時性事件的圖式。腳本在此指歷時性事件的圖式。

7表象在此指「曾經感知過之客觀事物的形象在人腦中的反映」

8產生式規則在此指「需要由規則才能完成的過程技能」,是「程序性知識的表徵方式」。

9本量表之多選題的選項是我們的研究群過去分析2467位小四至高三學生(每年級的受測樣本數至少約200人)的半開放式筆試問卷(雙層試題)及128位受測樣本之測後晤談質性資料的分析結果,這些選項都是各年級最常見的迷思概念類型(林財庫,2003, 2004 科學教育學刊)

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