臺灣化學教育
Chemistry Education in TaiwanBlog Archives
科技大學學生對化學的學習信心和學習興趣 ／ 丁信中
Monday , 1, July 2019 多元教學法, 第32期/2019年7月 Comments Off on 科技大學學生對化學的學習信心和學習興趣 ／ 丁信中科技大學學生對化學的學習信心和學習興趣 丁信中 嘉南藥理大學休閒保健管理系 thc@mail.cnu.edu.tw 研究探討 國際學生能力評量計畫2006 (Programme for International Student Assessment, PISA)的資料顯示，臺灣中學生對科學興趣與科學樂趣高於OECD國家平均值，但是臺灣中學生的科學自信心程度仍明顯低於OECD國家平均值(OECD, 2007)。在一份國內的調查報告中顯示，約70%學生表示喜歡科學，然而中學生的科學學習興趣與其在學校科學課程的學習經驗卻有所落差；天下雜誌(2010)以國、高中生為調查對象，資料顯示：國中生最不喜歡的科學學科是數學，高中生則最不喜歡化學；其前兩名的原因分別是「太難了」69.8％、「要背很多公式」43.9％。調查同時發現，整體學生有39%的比例「都沒做過」科學實驗，「每週低於1次」的比例也還有37.1％。與學生的期待相比有所差距，高達45.5％學生希望平均「每週做1到2次」實驗，這表示，學生是喜歡做實驗的，但是學校的科學課程內容似乎無法回應學生的期望。 臺灣中學生仍面臨著極大的升學壓力，在國中教育會考獲得好成績與進入名校就讀，是多數中學生的重要學習目標；同時，這也是家長對於中學教育的期待。天下雜誌(2013)對國中教育現場的調查顯示，12年國教強調免試升學，但仍有高達43.1%的學生，感到高度壓力；進一步分析，考試壓力(40.2%)、父母期待(26.9%)為中學生的前兩項的課業壓力來源。在測驗成就與升學主義的考量，傳統式教學與頻繁的筆紙測驗仍是多數中學科學教師的主要教學方法。如此頻繁筆紙測驗的教學方式與升學壓力等外在學習因素或許是造成臺灣中學生相對缺乏科學解釋與科學探索能力的可能原因。 相關研究發現，學生對科學、科學教學以及科學學習經驗的感受與態度，有隨著年級的升高而降低的現象(Hadden & Johnstone, 1983; Yager & Penick, 1986)。此外，學生的學習動機影響其對科學知識的理解程度，Hanrahan(1998)提到學生對學科內容有著先前知識和興趣，進而形成的內在動機，會較容易形成深層的認知參與；相對的，藉由外在因素，例如得到好成績、滿足父母的期待等，所形成的成就動機取向，僅能引發淺層的認知參與，無法獲得科學知識的理解。國外的研究發現，許多學生在進入學校課室教學後，學習動機反而變得低落，不再對學習感到興趣，甚至產生反抗的心理與行為(Lee & Brophy, 1996)。 Talton和Simpson(1986)的研究結果顯示，教室環境變項(包含教學與課程)可以解釋約46%-73%之學生科學態度的變異量，若再加上自我概念、家庭背景等變項，則可解釋的變異量達到62%-81%之間。 隨著臺灣少子女化的來臨，學生人數逐年下滑；2018年高中職畢業生為227,900人，其中，高中畢業生，包含普通科、綜合高中學術學程等計108,255人，高職畢業生，包含專業群(職業)科、綜合高中專門學程、實用技能學程等計119,645人；高職畢業生的比重從2011年56.98下降為2018年的52.50 (教育部統計處，2019)。以升學管道來看，高職畢業生多數就讀科技大學，雖然科技大學的系專業發展是以產業實務應用為導向，然而高職畢業生在中學階段的科學學習成就，多數屬於中低成就的一群，如何提升學生的科學學習動機，進而培育他們能擁有產業實務相關的科學能力，對於科技大學教師而言，是一項極大的挑戰。 研究工具 本研究開發「科學學習信心與學習興趣半結構晤談問卷」，此問卷分別從個人變項，家庭變項，學校變項，以及文化變項等四個角度，進行半結構晤談題目的設計，藉以瞭解科技大學學生對科學學習的信心與興趣，提供科技大學教師設計化學相關課程學習之參考。為了瞭解科技大學學生在專業化學學習是否受到中學理化學習經驗的影響，問卷的編製包含：第一部分中學的科學學習經驗，計11題，與第二部分科大專業化學的學習經驗，計10題等，編製完成的問卷共為21題。施測方式採半結構晤談，晤談時間為40分鐘。部分題目舉例如下： 1. 個人變項部份：你對於理化課程的學習動機是基於自己的興趣、還是為了得到好成績、或是滿足父母與老師的期待呢？ 2. 學校變項部份：在中學的時候，你的理化老師上課的方式為何？你喜歡他的上課方式嗎？老師有沒有舉日常生活的例子來說明理化的生活用途呢？ 施測對象 本研究的施測對象為中南部某2所私立科技大學的妝品、食品、環工等系的三年級學生，每系10位，合計晤談60位學生。選取科技大學三年級學生的原因，該階段的學生對於系相關專業化學的學習具備較多的修課經驗。 研究結果 一、中學科學學習經驗 發現一：多數學生表示喜歡小學的自然科學課程，然而對於中學的理化不感興趣，原因在於：課程無聊、考試太多、學習成就不佳、課程過於困難與太抽象而難以理解等。多數學生的學習動機屬於外在學習動機。參加課後補習的原因多是父母的要求。 62%學生喜歡小學時期的自然科學，原因在於：喜歡大自然、內容新奇有趣、日常生活用得到。然而，60%學生卻不喜歡中學時期的理化課程，原因則在於：課程過於困難與抽象而難以理解、考試太多、與成績不好。 40%學生喜歡他們中學老師的教學方法，例如：能將課程簡單化、應用到日常生活中、進行實驗活動教學。然而，僅有25%學生表示，他們的中學理化成績不錯或是優異。 53%學生的學習動機屬於外在學習動機，僅有10%學生為內在學習動機，其他則為兩者皆有。進一步分析顯示，35%學生表示他們的學業成績是受到補習與否、教師教學方法與父母期待的影響。 83%學生在中學時有參加校外補習。僅有10%學生表示，參加補習是自己的意願。多數的學生(45%)則為父母的要求。 二、專業化學學習經驗 發現二：約半數學生對於大學的基礎化學課程不感興趣，原因在於：他們的中學理化成績不佳、與課程內容有太多化學計算、太多抽象的概念與符號，然而他們對基礎化學課程的相關科學實驗是感興趣的。 40%學生對於基礎化學課程不感興趣。 43%學生表示在基礎化學課程的學習有所困難，例如：課程內容有太多抽象的概念與理論、化學方程式的計算、高職時期的課程學習缺乏相關的科學與數學科目、中學時期的理化成績不佳等。 僅有30%學生表示他們在基礎化學的學習成就為良好或是優異。 […]
模型本位之合作學習教學模式 鐘建坪 新北市立錦和高級中學 hexaphyrins@yahoo.com.tw n 前言 民主的真諦在於社群中的每個人都能體會組織成員具有不同長處與能力，並且能夠為社群的表現與發展提供具體貢獻。合作學習即為不同特質的學生藉由課室的學習活動，強化概念進而發展溝通與論證能力，讓學生從中體驗不同學習風格與能力的成員皆能為小組提供貢獻，以體現民主社會真諦的教學模式。雖然熟悉合作學習教學序列能夠讓老師體會合作學習的具體成效，然而可惜的是過度強調特定步驟的順序易讓教師流於完成特定流程而忽略學習活動真正需要學習的概念與期望發展的能力。因此，有必要找出合作學習的精髓以利課室的教學活動。有鑒於此，本文期望以模型與建模學習觀點提出模型本位之合作學習教學模式（model-based collaborative teaching strategy），提供教育現場教師參考。 n 模型與建模學習觀點 人類對於自然知識的探索往往透過對自然世界的觀察而得，而為了將相似的現象做出整體說明，科學家會使用文字與符號描述想法，透過此想法模擬自然世界的各種現象。因此模型不單單單指稱玩具或是課堂呈現的具體模型，尚包括描述抽象想法的概念內容。簡單地說，模型指稱欲呈現的事物或現象，並描述內部物件與物件之間的關聯性，而此事物與想法可以是具體的物體亦可以是內心的想法。例如：心臟模型即說明心室、心房與血管之間的關係，它可以是眼睛看見的模擬心臟、模子刻出的塑膠樣品亦可以是教師與學生腦中對應的心臟想法。教學過程中即為透過具體或是模擬動畫的模型增加或是修正學生對於心臟概念的理解，透過練習或是學習遷移讓學生對於解剖豬隻心臟有深層的理解。因此，每個人都會藉由內在想法（即心智模型）與其對應的外在事物（即外顯模型）對於觀察或說明的現象進行交互作用（Buckley & Boulter, 2000），得以進一步進行修正與重建的行為，心智模型、外顯模型與現象關係如圖1所示。 圖1：心智模型、外顯模型與現象關係圖（Buckley & Boulter, 2000；引自鐘建坪，2013） n 合作學習的意涵 一、合作學習的學理依據 合作學習（Cooperative learning或collaborative learning）除了強調學生個人認知領域的主動建構之外，尚且包含社會建構的意涵，即透過相同組別或不同組別的成員之間會進行不同程度的社會互動，小組成員之間分享已經建構的暫時性模型，當成員之間具有不同想法時會進行協商，以至於進行原先錯誤模型的修正，甚至重新建構新的完整地心智模型。因此合作學習不單只強調個別學生的學習，而是強化如何透過社會性互動的過程協助學生產生、建立、修正與重建新的心智模型。 二、合作學習與個別學習的差異 合作學習意旨透過小組間或小組成員間相互模仿、討論、辯駁與激盪進而產生學習的一種學習模式（Hsu, 2004; Topping & Ehly, 1998），強調學生之間彼此共同互助合作完成學習任務，而個別學習指學生個人自行而非與同儕互動進行學習，強調個人獨立自主完成。傳統演講式的教學模式通常由教師一個人主導教學活動的進行，而學生只是被動學習的角色，而在合作學習教學模式中，雖然可能會有部分時段進行統整說明，但是教師的角色與演講式的傳統教學不同，教師須從主動灌輸學生科學知識的角色改變為促進學生主動建構科學概念模型的輔助者。 n 合作學習的效益 截至目前為止，以合作學習為主題的研究論文已具上萬篇（註1），本文在此並非提供完整的文獻回顧，而是將文獻中合作學習強調的學習與教學效益做出整理，而唯有透過文獻的整理才能細數合作學習的優點，也才能從中學習精隨作為教學的參考依據。 一、強化不同概念的學習 合作學習不同於以往單純由老師講解再讓學生進行練習的講述教學模式，而是讓學生主動進行學習，再經由社會互動歷程，由能力高者輔助能力低者進行學習或是由能力低者向能力高者請益，過程中不僅小組成員間可以進行協商整合概念意義，而不同小組間的學生亦可相互挑戰與捍衛自身的想法，最後根據概念遷移的合理性進行強化或是修正（Lonning, 1993; Lumpe & Staver, 1995; Topping, Thurston, Tolmie, Christie, Murray & Karagiannidou, 2011）。 二、促進各種能力的提升 在合作學習過程中，學生並非是透過講述教學型態地被動接收訊息，而是不同學生彼此之間針對特定概念進行想法的交流互動，在社會互動過程中直接或間接促使學生思考特定想法的合理性並且為自己的想法進行辯駁。研究顯示社會互動的歷程可以增加學生溝通、論證以及付諸實際行動的能力（Evagorou & […]
差異化教學化學科示例─POEC策略／鍾曉蘭
Saturday , 12, July 2014 多元教學法, 第2期／2014年7月 Comments Off on 差異化教學化學科示例─POEC策略／鍾曉蘭差異化教學化學科示例—POEC策略 鍾曉蘭 新北市立新北高級中學 教育部高中化學學科中心 chshirley2007@yahoo.com.tw n 差異化教學的意義 差異化教學（Differentiated instruction）針對傳統式教學的缺失作一些必要的調整，讓不同程度的學生都能同時在課堂上學到適合他們能力的學習內容，為不同程度的學生調整教學環境與教學實況，以開創因應不同學習需求的適應性學習經驗。差異化教學是一種持續運用多元的教學方法，不斷的調整課程的內容、過程和成果，以回應學生在學習準備度、興趣與學業成就上的差異。差異化教學是根據持續性的評量以提供教師進行計畫並運用於課程當中，來幫助學生瞭解基本重要的原則、運用基礎的知識及技巧、持續在較高程度上維持機動並且在真實情境中運用所學。差異化教學的重要意義在於為不同能力、興趣、學習風格以及經驗背景的學生創造多元的學習途徑。 n POEC的教學理念與簡介 White & Gunstone（1992）所發展的預測－觀察－解釋（prediction – observation – explanation）策略，簡稱POE策略，主要步驟是要求學生對科學現象進行預測並提出理由，然後進行觀察實驗，再對所觀察的實驗結果提出解釋，教師試圖去調解學生在預測與觀察之間的衝突，設法使兩者達到一致。POE廣泛運用在中小學科學教育上，用來評測學生先前概念及應用知識的能力，協助教師瞭解學生的先前概念以促進科學學習，讓學生有更多空間去建構自己的想法與理解，也較能探測出在真實情境中，學生的認知結構及應用知識之能力，POE除了可作為評測方法，也是一種很有效的教學策略（White & Gunstone, 1992；Kearney, Treagust, Yeo & Zadnik，2001）。 進行POE時應注意的是（White & Gunstone, 1992）：（1）要提供一個學生可以預測，而且能基於個人理解進行推理的情境或實驗，若純粹只是猜測則將失去其價值；（2）要提供真實情境與問題給學生，才有助於POE的效果，至少也要提供學童一些支援的線索或說明；（3）要讓學童的觀察是直接可行的，亦即觀察的實驗結果是清晰可見的；（4）可以用勾選的方式，提供幾種可能的情況讓學童做預測，用開放的反應模式，讓學童自己表達想法。 邱美虹教授在學生學科學習與評量其中提到在教學中運用POE模式時，應增加比較的部分，提出POEC（Prediction預測－Observation觀察－Explanation解釋－Comparison比較）模式的實驗活動與評量，提倡學生應再將所觀察的現象與之前的預測作一比較，以便下結論（邱美虹、林世洲、湯偉君、周金城、張榮耀、王靜，2005）。POEC模式強調問題情境與觀察現象之間的互動，針對爭議之處再思考，以達成概念的一致（邱美虹等人，2005）。 在許多POE的活動，學生經常以日常生活的經驗去支持他們的理由，或者應用與科學原理相異的觀念去解釋自然界現象，因此運用POE策略能有效的鼓勵學生應用自己原有的知識進行推理及解釋，也能探測出在真實情境中學生運用其原有概念及認知結構的情形（許良榮、劉政華，2004；許良榮、蔣盈姿，2005）。使用POEC模式教學時，發現由於作「預測」較少受到「什麼是正確／標準的答案？」的想法影響，較一般的課室活動更能鼓勵內向不善表達的學生投入討論活動，進而發表個人的想法，教師也能從學生的預測結果了解學生的先有概念或迷思概念。而在實驗的活動過程中，學生的投入度與生生之間的互動亦有所提昇。所以將POEC模式運用在實驗活動中以及教學單元中，可以提昇合作學習之教學成效，並能改進目前學校「食譜式」的實驗教學。 本活動旨運用POEC模式在教學中聚焦於學生對實驗活動的了解，並藉其結果呈現科學概念的內容與關聯，期望未來教師將POEC模式運用在教學上能獲致正向的成效。 n POEC的實施程序 POEC的實施程序如下： P（Prediction，預測）：向學生說明實驗裝置與實驗程序，請學生填寫預測的實驗結果，並寫下預測的理由（也可以利用小組的討論，讓他們分享彼此的看法）。 O（Observation，觀察）：進行實驗，請學生觀察並詳細紀錄觀察現象，並判斷是否與預測的情形符合。 E（Explanation，解釋）：無論是否符合，請學生再次提出解釋的理由。 C（Comparison，比較）：再將所觀察的現象與之前的預測做一比較，填寫學習單，再做學習總結討論，比較原先預測與觀察之間的現象與前後解釋的異同。 n 本活動設計理念 (ㄧ)序列性POEC (Sequential Predict-Observe-Explain-Comparison, S-POEC) 本活動參考許良榮教授提出之序列性POE (S-POE: Sequential Predict-Observe-Explain)與邱美虹教授提出之POEC（Prediction預測－Observation觀察－Explanation解釋－Comparison比較），設計ㄧ系列有關鎂帶的小實驗，三個活動設計依序為（詳見表1）：（1）鎂帶在二氧化碳中會燃燒嗎？；（2）鎂帶在水中會反應嗎？；（3）鎂帶在硫酸銅水溶液中會跳舞嗎？ 序列性POEC整體活動設計原則為：（1）POEC中所涵括的實驗，必須具有相互關連性，其現象的解釋涵蓋相同的科學概念；（2）所有實驗所涵蓋的科學概念，總計以不超過三個為原則，以達到探求學生之「科學解釋能力」的目標。因為涵蓋的科學概念過多，將不容易歸納、推理學生的前後之解釋的一致性；（3）每一個後續實驗，只改變前一個實驗的一個變因，以達能深入探討學生對於單一變因的科學解釋能力；（4）在學生完成一個實驗（POEC）的說明之後，必須明確讓學生知曉每一個POEC確實之「實驗結果」，以避免學生對後續實驗落入單純的「猜測」，而失去探究學生之「解釋一貫性」的目的；（5）每完成一個實驗（POEC），才進行後續的實驗（POEC），並要求學生不可再修改先前實驗（POEC）已完成的作答（許良榮，2005；許良榮、羅佩娟，2009）。 本活動的主旨是讓學生從實驗中觀察並瞭解活性對燃燒／氧化還原反應的影響，從鎂帶在二氧化碳會燃燒的小實驗，讓學生瞭解物質並非僅在氧氣中才會燃燒，到鎂帶在熱水中也會反應，最後以鎂帶在硫酸銅水溶液反應的特殊情形，引導學生探討鎂帶的活性、溫度等對鎂帶反應的影響。 表1：POEC實驗活動設計理念 (二)本活動融入差異化教學設計之理念 設計理念參考自Johnstone（1991）提出在學習化學有三個層次的表徵：巨觀（macro），次微觀（sub-micro），和符號（Symbol）。化學上的巨觀表徵如看見顏色變化、形成沉澱、氣泡產生與等肉眼可直接觀察的現象；次微觀表徵則藉由分子、原子、次原子粒子的排列或運動（粒子之間的交互作用）來解釋；而符號表徵則藉由符號、數字、分子式、方程式、結構式或反應式來表徵，例如： 2H2 […]