臺灣化學教育
Chemistry Education in Taiwan
宋元惟
台北市立陽明高級中學
第二次世界大戰前，日本的教育政策主要根據明治天皇頒布的《教育敕語》，並於戰後1948年（昭和23年）廢止。二戰結束後，在聯合國軍最高司令官總司令部的佔領統治下，1947年起實施教育基本法（舊法）。此法內包含許多避免軍國主義復辟的考量在其中，因此往後近五十年雖有許多學者提出意見，但都沒有進行有關修改法條的討論。直到1999年才開始正視改正舊法的討論。現行教育政策主要依據2006年（平成18年）制定的教育基本法，實施六、三、三、四制度。
日本過去亦有一段偏重知識的應試教育時期，而現行教育著重在「批判性思考」、「創造力」、「溝通能力」這三項。此外，日本在1980年開始「寬裕教育」，進行學習內容與上課時數的調整。1992年在國小一年級與二年級廢止「社會科」與「自然科」，改設新創的「生活科」。終於在2002年「寬裕教育」實質的開始了。然而，日本在Programme
for International Student Assessment 2003（簡稱PISA2003）、PISA2006的表現卻差強人意，於2011年終止「寬裕教育」。對「寬裕教育」進行批判與反省後，現今注重學生在這變化萬千的現代社會中，是否具備「活下去的能力」。
2008年（平成20年）「理科（自然科）教育支援檢討組織中學校分科會」在研討會報告的標題寫下『充實中學理科教育，堅定科學技術創造立國的基盤』。由此可見即使受到「寬裕教育」的影響PISA，日本仍然非常重視科學教育對國家的貢獻。
日本科學教育方針
日本科學教育的基本方針共五點，分別為條列如下
1. 培養學生「知」的好奇心與探究心，親近自然，並抱持著「目的意識」進行觀察與實驗。養成科學性的調查能力、態度，延伸至科學性的看法與思考方法。
2. 具備科學學習的基礎、基本知識、技能等，並能以理論思考為基礎，將之活用在實際生活中。將科學概念的基礎、基本知識、技能等分為「能量」、「粒子」、「生命」、「地球」四大部分，並以此為基本的看法、概念的支柱，將小、中、高的科學內容進行通盤的構造化。
3. 因應學生年齡變化，進行不同的學習活動。例如：整理觀察、實驗結果的學習活動，使用科學概念進行說明的學習活動，探究性質的學習活動等。以培養科學的思考能力與表達能力。
4. 為增加科學觀點與思考能力，應多加進行觀察、實驗等科學活動，以充實科學體驗。
5. 重視與實際社會、生活的關聯性的內容，讓學生了解學習科學的意義。給予感受科學實用性的機會，並提升其對科學的關心程度。
此五點方針貫串國小、國中、高中，各階段均須遵循此方針進行教科書、課程的設計。
日本的自然科分科結構
日本將自然科分成「能量」、「粒子」、「生命」、「地球」四大部分，分別對應「物理」、「化學」、「生物」、「地科」。四項名稱比起傳統的名稱，更直接的描述該學科的學科本質。
「能量」的分類中，又細分為下列三項：
1.能量的觀察法 2.能量的變換與保存 3.能量資源的有效利用。
「粒子」的分類中，又細分為下列四項：
1. 粒子的存在 2.粒子的結合 3.粒子的保存性 4.粒子擁有的能量。
「生命」的分類中，又細分為下列四項：
1.生命的構造與機能 2.生物的多樣性與共通性
3.生命的連續性 4.生物與環境的關係。
「地球」的分類中，又細分為下列三項：
1.地球的內部 2.地球的表面 3.地球的周圍
以此為基礎，將單元放入這些分類中，組成跨越國小、國中、高中的螺旋課程。各版本教課書在單元順序的編排，均須依據日本文部科學省（日本教育部）所規定的學習年級進行編排。
日本科學教育各學年的目標
日本的國小階段將上述四科，依其學科性質分為兩群。其中A群為「物質、能量」；B群為「生命、地球」。每個學年都有跨科目的共同目標，像是著重問題解決能力、科學性的見解與思考、動手實作、愛護自然的心態等。對應學童的年齡，每學年的共同目標有階段性差異。
國小三年級目標
1. 物的重量、風與橡皮筋的力、光、磁鐵、電等，運作時的現象進行觀察、比較、調查。並對觀察到的問題抱持興趣、關心，進行更深的探究或嘗試重現、再製等活動。培養對上述物之性質、作用的想法、思考能力。
2. 對常見的動物、植物、陽光與影子等，進行觀察、調查。並對觀察到的問題抱持興趣、關心，進行更深的探究活動。養成愛護生物的態度，並對生物的成長、構造，生物與環境的關係、太陽與地面的關係等，具思考與判斷能力。
三年級著重在觀察並且進行「比較」。藉由「比較」來了解自然事物、現象的差異點與共通點，以培養基礎的科學觀察能力。
國小四年級目標
1. 空氣、水與物質狀態的變化、電等現象來探索力、熱、電的作用與關係，並對發現的問題抱持興趣、關心，進行更深的探究或嘗試重現、再製等活動。培養對上述物之性質、作用的想法、思考能力。
2. 人體的構造、動物的活動或植物的生長、天氣狀況、月亮與星星的位置變化，調查其與運動、季節、溫度、時間等彼此之間的關係。並對觀察到的問題抱持興趣、關心，進行更深的探究活動。養成愛護生物的態度，並養成對人體的構造、動物的活動或植物的生長、天氣狀況、月亮與星星的位置變化等，具思考與判斷能力。
四年級著重在自然的事物、現象的變化。以上學年的「比較」為基礎，增進尋求變化與其要因之間關連性的能力。與上學年相比，最大的不同在「時間」因素。三年級只需進行即時、當下的對照比較，而四年級則需要「跨越時間」來進行比較。像是A群物理、化學的「變化」，B群生物、地球的「變化」。並且引導學生歸納變化，找出其「規則性」與「關係」。
國小五年級目標
1. 物體的溶解方法、單擺的運動、電磁鐵的變化與作用等，注目與其相關的條件上，進行調查。並對發現的問題抱持興趣、關心，進行更深的探究或嘗試重現、再製等活動。培養對上述物之變化規則性的想法、思考能力。
2. 從植物的發芽到結果的過程、動物的誕生與成長、流水的型態、天氣的變化等數項為對象，以條件、時間、水量、自然災害等方向進行調查。並對觀察到的問題進行有計畫的探究活動。養成尊重生命的態度，並對生命的連續性、流水的作用、天氣現象觀察之規則性等，具思考與判斷能力。
五年級著重在自然的事物、現象的條件。著眼再量的變化、時間的變化進行調查，並藉由計畫性地探究活動，來培養對自然事物、現象規則性、生命連續性的看法與思考。
特別的是本學年不但要以前兩學年學習的「比較」「變化」為要素，加入找出關係的能力。並試著在區別與控制「變化的因素」、「不變化的因素」的前提下，進行觀察、實驗等計畫。重點放在培養控制條件的能力。
國小六年級目標
1. 對燃燒、水溶液、槓桿、電等現象的因素、規則性，進行推論，並注目與其相關的條件上，進行有計畫的探究，或嘗試重現、再製等活動。培養對上述物之性質、規則性的想法、思考能力。
2. 對生物體的組成與作用、生物與環境、土地的組成與變化的型態、月亮與太陽關係等，進行推論與研究。並對觀察到的問題進行有計畫的探究活動。養成尊重生命的態度，並培養對生物體的作用、生物與環境的關係、土地的組成與變化的規律、月亮的位置與特徵等，上述多項概念之思考與判斷能力。
六年級著重在對自然的事物、現象變化與運作的因素、規則性、關係之間進行推論。透過預測問題的答案，並以該問題進行計畫性的探究活動。經此過程學習對事物的性質或規則性的想法與思考能力。試圖尋找推理的方法。
本學年除了運用上一學年學到的「控制變化因素與不變因素」的能力之外，更著重在「推論」的能力養成上。培養藉由了解自然事物、現象的變化、作用，進而理解其要素、規則性、關係，並進行推論的能力。培養「推論」的能力是本學期的最重要目標。
至國小階段結束，學生的科學探索技能理想上已完成雛形。爾後，國中、高中的科學教育目標皆以此能力為基礎，對「科學知識」進行加深、加廣的學習。
日本國內學者對課程綱要的研究
2007年鈴木宏昭對日本國中與高中生進行「科學本質理解」的比較研究，2008年發表結果顯示學生在「科學知識的可變性」與「科學知識的生成是受社會與文化的影響」此二點的理解度低於歐美國家的調查。鈴木指出日本的科學教育著重在「觀察」，雖然有觀察但並沒有強調在理解上。「觀察」幾乎是理科的代名詞，著重在「觀察」活動上，而較疏於理解。此篇文章撰寫的時間恰在現行2008年日本學習指導要領（課綱）公布之前，可視為對前一版課綱的檢討。鈴木又於2009年發表的文章中，「國際數學與科學教育成就趨勢調查」(Trends in Mathematics and Science Study, 簡稱TIMSS)與PISA的調查結果顯示日本理科學力的各式問題點都浮上檯面。其中一點正是日本學生缺乏對「科學本質」的認識，而2008年（現行）的課綱並沒有明確記載任何有關「科學本質」的敘述。若日本要解決現狀，勢必增加有關「科學本質」在理科教育上的研究（鈴木宏昭，2009）。
另一項受矚目的點，就是有關課綱的連續性。現行版的課綱重視內容的系統性，將自然科學分為「能量」、「粒子」、「生命」、「地球」四大基本觀念，並構造化為主幹（原文：柱），重視小、中、高學校理科教育內容的一貫性（渡邉重義、青井倫子、平松義樹，2009）。自國小到高中皆以此四主幹（原文：柱）進行分類，相較於我國國小到高中皆以自然科學領域做稱呼，但在國小僅以「自然」，國中又分為「理化」、「生物」、「地科」，到高中則以「物理」、「化學」、「生物」、「地科」的金字塔型有所不同。渡邉重義(2015)整理出「關鍵教材」「科學性的問題解決技能」「測定技能」等三項，不同於學科單元概念的分類方式，希望協助教師在教學時能更有效的跨單元進行引導。
「關鍵教材」有三項特徵，分別為1.連結科學概念形成的教材 2.引導科學性思考的教材 3.引導教育內容關聯性的教材或觀察實驗的教具
渡邊重義(2015)整理出的關鍵教材為「水」、「空氣」、「光、日光」、「溫度」、「金屬」等五項，細節如圖示，原文僅列三項，本文重製「水」的關鍵教材圖，請對照本文前列課程綱要中文版使用。（圖片重製自渡邊重義，2015）
圖1、國小、國中理科課程中的「水」
藉由「關鍵教材」的提示，教師可以更有系統的教導科學概念、技能等。例如：「月的盈虧」的單元中可以與「光的反射」進行連結或許能更加深學生的理解（渡邊重義，2015）。
日本的課程綱要為每十年重新修訂，2008年的版本將在2018年更新。日本的學者除了檢討課綱的不足外，即使在2014、2015年距離更新時間不滿5年的情形下，日本學者仍試圖在現有的課程中找尋系統性，讓學生能更為完整的學習科學概念。
結語
日本國小階段的教育從三年級起「當下的觀察、比較」，四年級的「跨越時間、變化、規則性、關係」，五年級推向「控制變化因素與不變因素」，六年級集結小學所學的各點發展至「推論」。跨越單元的培養科學探索的核心能力，為國中與高中的科學課程奠定良好基礎。
日本的科學教育課程、綱要等，主要由文部科學省制定。新版訂定後，若無重大缺失，10年內不進行變更。制定的指導要領、課程綱要、範圍、教學目標等相關規定，均收錄於《學習指導要領解說》系列書籍中。《學習指導要領解說》除上述公定規定外，針對各規定進行相當程度篇幅的解說、舉例等，故，其內容並非單純條列式規定，而是有情境、有實際舉例、讀者易懂的文章。《學習指導要領解說》系列書籍依照對象學校等級，分為「小學校」「中學校」「高等學校」（即對應台灣的國小、國中、高中）；並依據科目進行更詳細、精確的分類。
《學習指導要領解說》系列書籍發行於各大出版社，並於大學校區內出售，極易取得。其售價除特別厚的科目外，每本均小於100日圓，相當於一寶特瓶飲料的價格，價格平易近人。東京學藝大學進行教育學程的授課時，教師會指定學生購買授課科目及該科目「全年級」的指導要領解說。其目的為使準教師了解課程整體的結構設計，以及使教師志向學生了解小、中、高等學校應如何配合，才能使課程連貫，達到較佳的教學效果。
參考文獻
文部科学省.(2008)《小学校学習指導要領解説―理科編》平成20年8月
鈴木宏昭.(2008). 中学生・高校生の” Nature of Science” に関する理解の比較研究.白鴎大学論集, 23(1), 51-64.
渡邉重義,青井倫子,& 平松義樹.(2009).理科カリキュラムの連続性に注目した授業研究.
渡邉重義. (2015). 鍵教材とプロセス・スキルによる小・中学校理科カリキュラムの構造化.日本科学教育学会研究会研究報告, 30(2), 67-70.
誌謝
本文感謝行政院科技部提供經費補助，計畫編號為 MOST 105－2511－S－003－031－MY3。