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。 […]
多元評量在現場教學之應用:淺談多元評量結合專案管理概念應用於兒童科學營隊活動人才的培訓 丁信中 嘉南藥理大學教學資源暨發展中心 thc@mail.cnu.edu.tw n 前言 為了回應社會各界對於「務實致用」的期待,多元評量的議題重新引起國內教育界的高度重視與討論。關注的焦點是學生在課程中,學什麼、如何學習以及學到什麼。教學與評量往往是一體的兩面,評量的方式影響著教學內容的設計與實施。若是能將職場實務融入課程教學,結合多元評量應用於課程教學設計,應有助於提升學生問題解決的能力及其學習成效。 兒童科學營隊活動的辦理近幾年常見於各級校園、課後文教機構、以及公部門或產學合作計畫的執行。營隊活動的辦理需要團隊合作,並結合多項能力,如:活動內容規劃與執行、主題相關的專業知識、時間及成本控管、團隊的組建與培訓、風險評估、活動辦理之相關的採購等。在兒童科學營活動人才培育的課程,若能將學習理論、科學知識,導入專案管理的概念,融入於「兒童科學營隊活動」的實作策劃與執行,配合業師協同教學,協助指導兒童實驗活動的設計實務,輔以分組兒童科學實驗活動設計、「兒童科學營隊活動」規畫書撰寫、兒童科學營隊活動實作、以及期末實作成果發表等,如圖一與圖二,有助於未來職場實務能力的成長,並可提升學生的學習動機與學習成效。 圖一、2016愛麗絲的科學實驗室闖關活動圖二、2015年科學實驗王闖關活動 n 專案管理、營隊活動實務與人才培訓 營隊活動的目的與形式有許多不同的類型,並且營隊活動的學員背景具有差異性,如何以精簡的人力與資源配置,完成一項成功的活動,是常見的挑戰。若以PMI專案管理的起始階段、規劃、執行、監控、結束專案等五大流程,整合、範疇、時間、成本、品質、人力資源管理、溝通、風險、採購、利害關係人管理等十大知識來看,專案管理、營隊活動實務與人才培訓的概略關係,如表一所示,科學營隊活動人才培訓內容,則可包含:1.科學能力:科學知識與科學實驗能力、2.教學能力:兒童學習理論知識與其科學概念的發展、3.活動規劃與執行能力:科學實驗活動設計能力、企畫書撰寫、專案活動管理等三個面向。 表一、專案管理、營隊活動實務與人才培訓的概略關係 專案階段 營隊活動實務舉例(相關的專案知識) 科學營隊活動人才培訓重點 起始 n 識別利害關係人(利害關係人管理) n 辨識可能影響營隊活動的人 規劃 n 營隊活動計畫書(整合) n 主題的設定、科學實驗的生活化/趣味化、工作分解結構的建立,如:報名系統、人員訓練、場地佈置等(範疇) n 活動資源到位的時間、營隊活動執行的各項時程表(時間) n 估算活動成本及制定預算(成本) n 規劃整體活動的品質管理(品質) n 活動人力的培訓與管理(人資) n 利害關係人的溝通方式(溝通) n 評估可能的風險及應對措施(風險) n 評估此活動相關的外包與採購(採購) n 認識科學學習理論 n 了解兒童科學概念的發展 n 規畫兒童科學學習情境 n 設計兒童科學實驗活動 n 了解營隊活動相關流程與內容 n 評估相關可合作的單位 n 評估團隊能力與相關訓練 n […]
奈米風華—奈米教育之推廣以奈米營隊為例 柯翠菱1、楊欣旻1、郭芊汝1, *、丁信中2, *、陳東煌3, * 1高雄市立三民國民中學 2嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程 3國立成功大學化學工程學系 1, *chainrule@cc.smjh.kh.edu.tw 2, *hcting607@gmail.com 3, *chendh@mail.ncku.edu.tw n 前言 奈米科技的潮流已經衝擊全球的科學教育界,而奈米科技的掌握和發展也代表了國力的進步(潘文福,2004;吳文龍、徐愛均、黃萬居,2012),故世界各國無不盡力地融入奈米科技相關的知識到教學和日常生活中,增加大眾對此科技的熟悉,以利公眾事務的推行,如英國早期的科普活動(public understanding of science,公眾理解科學)。自從震驚全台的SARS風暴喚醒我國對奈米教育的注意力,促使教育部開始辦理奈米基礎教育推廣活動,我國國家科學委員會自2003年便開始推動一系列奈米相關計畫,而本校三民國中擔任奈米種子學校已逾10個年頭,在推動奈米科技教育上不遺餘力,這十年來我們的奈米團隊辦過100場以上的推廣活動,包括奈米營隊下鄉,科工館的奈米魔法營,其中奈米K-12融入教學的計畫中,國中階段的教材即是由本校師生共同討論編纂而來。推廣對象從小學生、中學生、小學老師、國中教師、家長到一般民眾,深入淺出的講解配合動手做,把深奧的奈米科技推廣到各個角落,深受學生、家長、老師好評。 20世紀以來,自從Deway提倡「Learning by doing」的概念,在科學探究和教學的領域裡我們便相當重視實作的部分,尤其是近年來非制式科學教育逐漸受到重視,NSTA(1999)認為非制式教育包括由營隊、博物館、戶外教學等機構所規劃或發展的一些課程或是實作體驗,而且非制式教育因為能夠與制式教育有互補的作用(Laherto, 2012),故在促進學生對科學的學習興趣和科學素養上也有一定的貢獻(Stocklmayer, 2010;鄭瑞洲、洪振方、黃台珠,2013),故近幾年本校三民國中將奈米活動聚焦於融入教學,成為自然領域教學特色。除了原有的奈米營隊之外,增加了師生合作共同編撰,專為國中生設計的奈米教材,融入奈米教材在校內自然科與社團教學、參加奈米科技教學模組競賽,並於國三會考後舉辦奈米週等活動。 去年本校奈米團隊特地為學生規劃一場奈米科學魔法營,活動內容包含4個關卡:奈米特性介紹、彩蝶效應DIY、奈米碳球模型DIY、趣味化學示範實驗與互動,ITEA(2003)提出科學教育應該強調實作,因為親自動手體驗是最能直接強化科技技能,並且能夠訓練孩子自己發現問題(王郁文,2004),故本次化學示範實驗進行方式採用〝先感受驚奇的化學,之後再藉由互動的討論方式以瞭解原理”,並於本次活動中加入反思的部分以期提高溝通、解決問題的能力及跨領域學習的能力(魏明通,1997;范姜林鳳,2009)。 n 活動流程 本次研習活動對象為國小六年級學生和國中一、二年級學生,奈米課程的三位講師對奈米課程的講授都有相當豐富的經驗,楊水平教授更是演示實驗界的翹楚,課程內容及講師的背景如下,奈米特性介紹:由南區奈米中心種子教師郭芊汝師負責,主要講述奈米的尺度、意義及應用;彩蝶效應DIY:由南區奈米中心種子教師李道良老師講授,主要內容為光的性質(色散、折射、干涉繞射)、光子晶體的定義、蝴蝶翅膀的表面構造及彩蝶效應,最後利用光柵片及透明膠帶進行彩蝶效應的模擬實驗;奈米碳球模型DIY:由高雄市國教輔導團自然領域兼任輔導員蔡志清老師擔任,內容包含介紹碳的家族及奈米碳管的發現、種類、結構、特性還有其應用;趣味化學示範實驗與互動:特聘彰師大化學系楊水平教授主講,內容包含壓縮的鋁罐、阿拉丁神燈、瓶中精靈、大象牙膏、蒸汽引擎、燒不破的紙鈔、薑黃紙上畫圖和寫字及酸鹼龍捲風等主題。 活動開始全體學生先共同參加奈米特性介紹的關卡,並且進行奈米成就測驗與科學學習興趣問卷前測,接下來將學生們分成三組,分別輪流進行彩蝶效應DIY、奈米碳球模型DIY、趣味化學示範實驗與互動這三個關卡活動,每個關卡進行一小時後再進行交換,一共輪流3次,使每個學生可以參與到每一關卡(見圖一),最後再進行奈米成就測驗與科學學習興趣問卷後測。 圖一:奈米特性介紹(左上)、彩蝶效應DIY(右上)、奈米碳球模型DIY(左下)、趣味化學示範實驗與互動(右下) 由於想知道資訊爆炸的現在孩子們對奈米的背景知識及學習興趣是不是與之前的研究一樣,故今年的營隊除了以往的課程外也加入了科學學習興趣問卷及奈米成就測驗學習單的元素並利用統計方法進行分析,茲就其結果與大家分享。 n 資料量化分析之結果 一、認知測驗和學習興趣分析 本研究使用SPSS20.0統計軟體進行量化分析,首先將全體學生共71人的奈米認知測驗和4科學學習興趣量表進行前後測分析,如表一所示。 表一:奈米認知測驗和學習興趣的前後測 組別 人數 平均數 標準差 前測 後測 前測 後測 前測 後測 奈米認知 71 71 8.87 12.08 2.52 […]
POE教學策略融入科學營隊活動對高中生 奈米概念學習之影響(上) 丁信中1, *、陳東煌2 1嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程 2國立成功大學化學工程學系 *thc@mail.cnu.edu.tw n 前言 科學探究活動通常是問題解決活動,需要學習者本身的知識整合,包含:連結、區辨、組織及建構科學現象模式的動態過程,有效的教學應該培養學生擴展、修正、再構、再連結及再排序他們的認知模式(Linn, 2000;Clark & Linn, 2003)。良好的科學探究有助於學生知識的整合,然而Linn和His(2000)指出學生鮮少進行知識的整合,原因是課堂的科學知識無法與他們所知道的事物相連結,Linn與His建議透過科學活動的鷹架將可以使學生參與在科學探究的過程中,進一步理解科學知識。 在升學導向的課程進度壓力之下,學校的制式科學教材往往無法反映今日科學進步及科技生活化的速度。為了提升學生對於真實科學的認識與興趣,科學教育推廣活動的假日實施與辦理就顯得非常重要;若是能應用已成熟的科學教育理論融入推廣活動,將使得科教活動的實施有更具體的成效。本研究的目的即在於探討POE (prediction-observation-explanation) 教學策略融入奈米科技教育推廣活動的實施成效與可行性。 本研究與成功大學微奈米科技研究中心合作規劃各項科學實驗模組,期望藉由生活化學實驗活動模組的實施,引導高中生對奈米科技能有親身經歷的探索與了解。透過動手操作的科學實驗活動讓學員親自體驗真實科學,應該有助於提升他們的科學學習興趣,以及對真實科學的正面認識。本研究開發的科學實驗活動模組,將提供成功大學微奈米科技研究中心作為高中生參觀時的課程活動資源。 n 科學探究 科學探究(Scientific inquiry)活動接近真實的科學研究,亦是學生發展知識和理解科學想法的問題解決活動(NRC, 2000)。Trowbridge和Wbyee(1986)指出科學探究是確定研究問題、描述假說、設計實驗方法、收集數據與結論等過程。在科學探究活動中,學生可以經歷的科學技能包括:構思問題、形成假設、設計並執行實驗、用公式表示及修訂解釋、溝通並為主張作辯護(Krajcik et al., 1998)。 本研究以奈米科技研究的成果推廣為主軸,規劃出生活化學系列科學實驗活動模組,希望能讓中學生了解微奈米知識與國內奈米科技的研究成果,因此相關活動的舉辦時間為週末假日或寒暑假,以梯次的方式舉辦。基於上述客觀條件的限制,考量科學探究活動的精神,將以POE教學策略融入模組活動辦理之。由NRC(1996)學生在完整探究活動所應完成的任務來看,雖然參與本計畫的學員無法在每梯次的活動中自行設計研究,但是透過POE教學策略的設計,學員們仍可以在POE的預測(prediction)階段—思索各項實驗的可能問題,藉由POE的觀察(observation)階段—收集示範實驗或是動手實驗的數據,最後於POE的解釋(explanation)階段—找出問題的答案,遇到預測與觀察之間的矛盾時,則進行討論並嘗試解決概念衝突。 n POE概念教學策略 Gunstone和White(1981)所發展的POE模式,修改自Champagne等人在1980年發展出來的DOE(demonstrate-observe-explain)模式,兩者之間的差異是第一階段demonstrate與prediction的不同;Gunstone和White認為預測(prediction)對於學生先備知識的調查更為合適。White和Gunstone(1992)主張POE程序可以作為探究學生概念改變的模式,POE策略能有效地鼓勵學童應用自己原有的概念去進行推理及解釋,也較能探測出在真實情境中學童的認知結構和應用知識的能力。許多研究顯示,POE概念教學策略可以協助教師瞭解學生的先備知識與迷思概念(Palmer, 1995;Liew & Treagust, 1995;Kearney, Treagust & Zadnik, 2001;王淑琴、郭重吉,1994;許良榮、蔣盈姿,2005)。簡言之,POE教學策略是讓學生用自我的感官與知覺去探究科學概念,讓他們有機會深入概念的想法,藉由預測與觀察所產生矛盾或是衝突的調整解釋,來促成學生的概念理解。學生在POE教學策略的各階段任務,如下說明: 1. 預測(Prediction):必須對某些現象做預測,並且說出他們預測的理由。 2. 觀察(Observation):必須觀察實驗的結果,具體的描述他們所觀察到的現象。 3. 解釋(Explanation):當觀察結果和預測不符時,必須解決預測與觀察之間的衝突。 近二十年來,國內外已有許多關於POE教學策略的相關科學教育研究成果,POE教學策略是一個成熟度高且為科學教育領域所熟知的理論,適合做為此次科學教育推廣活動規劃的基礎理論。 在科學探究模組的活動規劃方面,參考White與Gunston(1992)實施POE策略之事例選擇原則的建議包含: 1. 配合學員的認知程度提供可預測的情境或實驗,避免無意義的猜測。 2. 提供真實的實驗情境與相關問題給學童,以及相關支援的線索或是解說。 3. 讓學員有機會進行直接的/可行的觀察。 4. 配合實驗情境提供學員適合的預測方式,例如:勾選、開放式問答等,讓學員能夠表達出自己的想法。 n […]
POE教學策略融入科學營隊活動對高中生 奈米概念學習之影響(下) 丁信中1, *、陳東煌2 1嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程 2國立成功大學化學工程學系 *thc@mail.cnu.edu.tw 【承〈POE教學策略融入科學營隊活動對高中生奈米概念學習之影響(上)〉】 n 研究結果 一、 奈米科學營隊活動辦理 生活化學系列科學實驗活動模組的辦理包含:面板下的秘密:透明導電玻璃、染料敏化太陽能電池、磁性奈米吸附劑:從水質淨化到生物醫學應用、環境污染處理的小幫手:探索光觸媒的真面目等。考量實驗操作的安全性、儀器設備等限制,每梯次學員數上限為50名,採網路報名,學員實際報到率為九成。 各次課程的活動流程規劃為8:00開始,學員報到、前測時間、課程介紹、中場休息、實驗講解、實驗操作(示範)、午休、儀器介紹、實驗操作、後測時間、課程總結及問題與討論、16:00活動結束,頒發證書等,如表一所示。除了前後測問卷的施測,本研究也進行各梯次營隊活動的攝影與晤談,了解學員們對於當日活動的看法,適度微調當日的活動內容與流程,並提供日後科學營隊活動設計和辦理的參考。 表一:生活化學系列科學營隊活動之課程規劃 08:00~08:30 學員報到 08:30~09:30 課程介紹 09:30~09:50 中場休息 09:50~10:30 實驗講解 10:30~12:00 實驗操作 12:00~13:20 午餐及午休 13:20~14:10 參觀貴重儀器設備 14:10~14:30 中場休息 14:30~15:30 實驗操作 15:30~16:00 課程總結及問題與討論 16:00~16:10 頒發證書 POE前測在「課程介紹」的時段施測,POE後測在「實驗操作」的時段施測,成就測驗和學習感受則在「課程總結及問題與討論」的時段舉行。 1. 課程介紹:提供實驗操作所需的科學知識,課程內容包含透明導電膜簡介、透明導電膜實例、常用透明導電膜優缺點等。其活動如圖一至三所示。 圖一:講師講解當日課程內容 圖二:說明變色導電薄膜可有效阻擋太陽光 圖三:透明導電玻璃的導電功能測試,通電後可使燈泡發亮 2. AZO溶凝膠的製備與動手實驗:講解透明導電膜之乾式製程與濕式製程方式,透明導電膜在觸控式面板、太陽能基板、及平面顯示器等熱門產業的應用情形。其活動如圖四至六所示。 圖四:說明AZO溶凝膠的製備方法與氫氣熱處理方式 圖五:說明滴管如何設定刻度及AZO溶凝膠的製備步驟 圖六:AZO溶凝膠溶液放入超音波震盪機器,使其溶液均勻,並讓學員實際操作 3. 透明導電玻璃的實作活動:分組學員在講師與助教的指導下,進行AZO溶凝膠的製作,透明導電玻璃的塗佈、煅燒、與氫氣熱處理等實驗操作,最後進行煅燒後玻璃片之導電性的測試。其活動如圖七至九所示。 圖七:讓學員進行實驗操作,塗佈AZO溶凝膠液於玻璃表面 圖八:塗佈後玻璃的高溫煅燒與煅燒後玻璃片進行氫氣熱處理 圖九:以三用電表測量煅燒後玻璃片之導電性,及四點式探針儀器的使用方法 4. 貴重儀器之介紹:說明X光繞射儀、掃描式電子顯微鏡、低解析度穿透式電子顯微鏡的使用方法與相關數據資料的分析。其活動如圖十至十二所示。 […]