九年一貫自然與生活科技課程---STS主題教學(xué)

1、九年一貫自然與生活科技課程-STS主題教學(xué)*陳 榮 祥1 *黃 孝 宗2*1國立高雄師範(fàn)大學(xué)科學(xué)教育研究所博士班 *1高雄縣路竹鄉(xiāng)大社國小教師*2高雄縣路竹鄉(xiāng)大社國小校長Tel: 07-6381890 07-6962254e-mail:s6381419摘 要 本文旨在編寫具有STS精神之教材並試行開發(fā)一套STS教學(xué)模式，期能達(dá)成九年一貫課程自然與生活科技學(xué)習(xí)領(lǐng)域之課程目標(biāo)。同時(shí)以學(xué)校位置所在之路竹科學(xué)園區(qū)為主題，設(shè)計(jì)一套具有學(xué)校本位課程特色之戶外彈性課程。STS教材及教學(xué)模式設(shè)計(jì)好之後，進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，以研究者任教之學(xué)生分為實(shí)驗(yàn)組與對照組各2班進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)。評量學(xué)習(xí)成效分為科學(xué)興趣、科學(xué)態(tài)度、

2、上課參與度、科學(xué)概念、解決問題能力等5項(xiàng)。研究結(jié)果為：實(shí)驗(yàn)組在科學(xué)興趣、上課參與度、解決問題能力三項(xiàng)優(yōu)於對照組，在科學(xué)態(tài)度、科學(xué)概念兩項(xiàng)則無差異。整體而言，STS主題教學(xué)，仍值得在自然與生活科技學(xué)習(xí)領(lǐng)域多加提倡。關(guān)鍵詞：STS、核能發(fā)電、物質(zhì)三態(tài)、冷氣機(jī)一、 前言九年一貫課程已經(jīng)於九十學(xué)年展開。課程綱要規(guī)定（p.14）：課程發(fā)展委員會(huì)應(yīng)充分考量學(xué)校條件、社區(qū)特性、家長期望、學(xué)生需要等相關(guān)因素，結(jié)合全體教師和社區(qū)資源，發(fā)展學(xué)校本位課程，並審慎規(guī)劃全?？傮w課程計(jì)畫。此種學(xué)校本位課程，具備STS所強(qiáng)調(diào)之Society內(nèi)涵：即使是科學(xué)，也不應(yīng)忽視社會(huì)需求，同時(shí)沒有一種課程能夠適合所有學(xué)校使用。是以九年

3、一貫課程，實(shí)在是給STS理念能夠真正落實(shí)的機(jī)會(huì)。課程綱要也規(guī)定（p.15）：學(xué)校得因應(yīng)地區(qū)特性、學(xué)生特質(zhì)與需求，選擇或自行編輯合適的教科用書和教材，以及編選彈性學(xué)習(xí)時(shí)數(shù)所需的課程教材。惟自編教科用書應(yīng)送交課程發(fā)展委員會(huì)審查。是以，今後學(xué)校教師不但可以自己選教科書，也可以自己編寫教材，真正擺脫以往由國立編譯管中央集權(quán)式的課程架構(gòu)，邁向教師專業(yè)自主。在自然與生活科技學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的基本理念也提到（p.355）我們也應(yīng)該了解科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展對人類生活的影響，學(xué)會(huì)使用和管理科學(xué)與技術(shù)以適應(yīng)現(xiàn)代化的社會(huì)生活。透過學(xué)習(xí)使我們能善用各種科學(xué)與技術(shù)、便利現(xiàn)在和未來的生活。以往國小自然科學(xué)一科也改成自然與生活科技學(xué)

4、習(xí)領(lǐng)域，雖仍有少許爭議，但是實(shí)際上卻與STS理念所強(qiáng)調(diào)Science-Technology-Society觀念更為接近。不過九年一貫課程實(shí)施對象是學(xué)童，所以這種對科技的重視是比較偏向生活科技，而非工商社會(huì)強(qiáng)調(diào)的高科技。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)自然與生活科技學(xué)習(xí)領(lǐng)域的課程改革方向，確實(shí)是涵蓋STS理念，因此本研究主要是希望建立STS的教學(xué)模組，包含教材編輯以及教學(xué)模式的建立。二、研究目的（一） 開發(fā)STS單元教材（二） 建立STS教學(xué)模式（三） 進(jìn)行教學(xué)成果測試（四） 規(guī)劃STS戶外主題教學(xué)設(shè)計(jì)三、文獻(xiàn)探討（一）STS理念STS乃是Science-Technology-Society 之簡稱。Yage

5、r（1990）曾經(jīng)把STS定義為：將技學(xué)當(dāng)作科學(xué)與社會(huì)之間的橋樑；以地方、全國或全球性與科學(xué)有關(guān)的社會(huì)問題來設(shè)計(jì)科學(xué)課程，讓學(xué)生對這些與科學(xué)有關(guān)的社會(huì)問題產(chǎn)生興趣與好奇心，而以科學(xué)的態(tài)度（Attitude），和科學(xué)的概念（Concept）知識(shí)尋找解決問題之道，讓學(xué)生有創(chuàng)造力（Creativity）產(chǎn)生，並將之應(yīng)用於社會(huì)上。理念不僅目前流傳於國內(nèi)，在國外，早在1979年美國國家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation）曾委託Harms & Yager 等學(xué)者進(jìn)行研究，其研究成果亦提出科學(xué)教育應(yīng)包含下列四組目標(biāo)（Harms & Yager,198

6、1; Yager,1990; 江新合,民80； 林顯輝, 民81）（一）Personal needs，符合個(gè)人需要。（二）Social Issues，解決社會(huì)問題。（三）Career Awarence，提供職業(yè)指引。（四）Academic Preparation，作為學(xué)術(shù)準(zhǔn)備。（二）自然與生活科技學(xué)習(xí)領(lǐng)域課程目標(biāo)（教育部印製，p.336）：1. 培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣與熱忱，並養(yǎng)成主動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣。2. 學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)的探究方法及其基本知能，並能應(yīng)用所學(xué)於當(dāng)前和未來的生活。 3. 培養(yǎng)愛護(hù)環(huán)境、珍惜資源及尊重生命的態(tài)度。 4. 培養(yǎng)與人溝通表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作以及和諧相處的能力。 5. 培養(yǎng)獨(dú)立思考、解決

7、問題的能力，並激發(fā)創(chuàng)造潛能。 6. 察覺和試探人與科技的互動(dòng)關(guān)係。 如何達(dá)成以上課程目標(biāo)，研究者擬採用以下教學(xué)策略：1.教學(xué)模組應(yīng)以問題為出發(fā)點(diǎn)，而非完全繞著科學(xué)概念而脫離生活實(shí)際情境，問題可以觸發(fā)對科學(xué)探索的興趣。2.採用Vee型圖教學(xué)法，Vee圖右側(cè)對於科學(xué)過程技能有完整步驟，而左側(cè)對於科學(xué)知識(shí)也有詳細(xì)步驟，是以對於科學(xué)方法、科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，有一完整的流程。3.人與科技的互動(dòng)關(guān)係則是STS理念所一向重視的一個(gè)環(huán)節(jié)，研究者設(shè)計(jì)的教學(xué)模組之中的溫度與熱就特別對冷氣機(jī)和冰箱的工作原理有簡要介紹，同時(shí)也特別說明這種科技應(yīng)用和個(gè)人與社會(huì)的影響。（三）教材內(nèi)容之次主題除了瞭解課程總目標(biāo)，研究者嚐試從課

8、程綱要中針對國小高年級自然與生活科技中挑選和溫度與熱、能量及能源等相關(guān)的次主題來進(jìn)行大單元教學(xué)設(shè)計(jì)。214：溫度與熱量（暫行綱要，p.369） 214-3a：知道熱可以由傳導(dǎo)、對流、輻射等方式傳播，並利用此傳播性質(zhì)於日常生活中（如保溫、散熱）。 214-3b：覺察蒸發(fā)會(huì)吸熱。217：能的型態(tài)與轉(zhuǎn)換（p.371） 217-3a：知道太陽能可使水溫上升（成為熱能）也可用來發(fā)電（產(chǎn)生電能）。513：能源的開發(fā)與利用（p.384） 513-3a：知道煤、天然氣、石油、核能、水力與太陽能為重要能源。513-3b：知道我國各種發(fā)電能源依賴進(jìn)口的情況(如火力發(fā)電、核能發(fā)電)，並收集有關(guān)我國各式發(fā)電廠、近年發(fā)

9、電量、及各種發(fā)電方式佔(zhàn)我國發(fā)電量的排序(火力、核能、水力)的資料。513-3c：察覺陽光是最大的能源，並收集有關(guān)利用太陽能的例子，同時(shí)能收集各種在家庭中節(jié)約能源的方法並進(jìn)行創(chuàng)造性思考，提出嘗試解決能源問題的方案(如假設(shè)現(xiàn)在地球所有燃料都用光了) （四）Vee型圖教學(xué)法可以作為科學(xué)概念、科學(xué)過程技能教學(xué)模式之參考（Novak,1998, p.20） 科學(xué)概念事件 同化調(diào)適衝突調(diào)適同化 科學(xué)過程技能 價(jià)值觀 形成問題 推論 發(fā)問： 建立假說 為什麼 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 理論 什麼 應(yīng)用、類比 如何 歸納、解釋 測量、分析 通則 關(guān)連性解釋、分類 局部觀察、全觀性觀察 概念 預(yù)測、蒐集資料學(xué)習(xí)事件（五） Cr

10、eative Problem Solving（CPS）教學(xué)模式如何培養(yǎng)創(chuàng)造力？創(chuàng)造力大師Torrance認(rèn)為各種創(chuàng)造力訓(xùn)練方案中以創(chuàng)造性問題解決策略的成功率最高（Torrance,1973）。所以解決問題能力和創(chuàng)造力實(shí)在是相輔相成，解決問題需要一些創(chuàng)造力。根據(jù) Parnes（1967）研究，創(chuàng)造性問題解決（Creative problem solving，CPS）可以有一套具體的方案，就是在6個(gè)步驟中交相運(yùn)用擴(kuò)散思考（Divergent thinking）與聚斂思考（Convergent thinking），其方法如下： CPS 歷程Divergent phase Problem sensit

11、ivity Convergent phase 發(fā)現(xiàn)困惑 盡量想一些過去的經(jīng)驗(yàn)、 接受挑戰(zhàn)、作有系統(tǒng)的努力，盡量去反應(yīng)它角色、情境等在目前顯露 哪些難題發(fā)現(xiàn)事實(shí) 收集大量資料，由各種不 大部分資料被定義且分析同觀點(diǎn)、不同訊息、不同 印象及感覺中來了解一些發(fā)現(xiàn)問題事實(shí)發(fā)現(xiàn)構(gòu)想僅可能對主要問題及次要 一個(gè)工作上的問題陳述被選擇了問題作很多敘述對問題陳述列出很多可能 選擇了最有保證或最有趣的意見 發(fā)現(xiàn)解答的構(gòu)想並加以表列 列出很多評鑑的標(biāo)準(zhǔn) 選擇幾個(gè)批判標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)觀念， 來評估各種意見 擴(kuò)展意見使意見更好 尋求接受考慮所有能給予幫助或支持的條件 面 面對大部分可或證實(shí)的解答，準(zhǔn)備採取行 動(dòng)，特殊計(jì)畫也

12、形成了行動(dòng)或新的挑戰(zhàn)Problem sensitivity四、研究方法與過程本研究採用文獻(xiàn)分析法及準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法。第一階段採用文獻(xiàn)分析設(shè)計(jì)一單元STS主題教材及教學(xué)模組，進(jìn)行準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，分析其成效。實(shí)驗(yàn)組和對照組都是挑選五年級各2班。第二階段再根據(jù)第一階段研究結(jié)果來設(shè)計(jì)第二階段STS戶外主題教材，並預(yù)備進(jìn)行教學(xué)成效研究。 （一）教材教法設(shè)計(jì)模式教學(xué)模組之架構(gòu)：運(yùn)用STS理念及解決問題取向的教學(xué)模式設(shè)計(jì)活動(dòng)教材。適用範(fàn)圍是國小五年級課程。教材編寫方式：以與社會(huì)或個(gè)人有關(guān)之重大問題為主軸 提出討論的問題分析次主題的成分概念成分概念提出社會(huì)上存在的問題 介紹相關(guān)的科技發(fā)展蒐集有關(guān)問題的資料教師事先編寫

13、教材能源問題請學(xué)生思考解決問題的方法以文字說明科學(xué)概念納入重要而基本的科學(xué)概念科學(xué)概念原理、過程技能 採用Vee型圖教學(xué)法解決問題的教學(xué)活動(dòng)模式 教師 學(xué)生（思考、回應(yīng)） 師生共同評估問題的性質(zhì) 簡要的CPS教學(xué)模式 教師（確定問題） 教師徵詢解決問題的方法 學(xué)生思考、回答 教師（決定） 確定探討的方法 學(xué)生（執(zhí)行） 教師（歸納） 師生共同討論 解決問題的方法 並做評估及決策 （二）第一階段教材（精簡版）單元名稱：物質(zhì)三態(tài)與熱（篇幅所限，只列大綱） 前文省略 水蒸氣 （氣體） 吸熱 蒸發(fā) 凝結(jié) 放熱 水 液體 吸熱 融化 凝固 放熱 冰 （固體） 除了水以外，其他物質(zhì)也可以有固體、液體、氣體三

14、態(tài)的循環(huán)變化，而且都跟溫度高低有關(guān)，也就是跟熱量的吸收和釋放有關(guān)。【討論1】（1）除了水之外，你曾經(jīng)看過什麼物質(zhì)它 的狀態(tài)受到溫度的改變而變化？（2）請你想一想，在我們的生活中是否有 應(yīng)用到物質(zhì)的三態(tài)變化、溫度、熱量 的這些知識(shí)？ 圖一：物質(zhì)三態(tài)變化【冷氣機(jī)的構(gòu)造及原理】 略什麼力量推動(dòng)這樣的循環(huán)過程呢？答案是電力。冷氣機(jī)就是利用電力，製造一連串液體變氣體，氣體又變液體的過程，把房間熱量吸走，排放到室外。所以冷氣機(jī)會(huì)很耗電。很神奇吧，物質(zhì)的三態(tài)變化跟熱量的關(guān)係，這樣的科學(xué)原理，可以在技術(shù)工程上做這樣的應(yīng)用。房間 室外 空氣流入 冷空氣 冷媒吸熱 冷媒 熱空氣膨脹器 流回 變 變 流出 成 成

15、氣 液 體 體房間 熱空 空氣帶走 壓縮機(jī)氣流入 熱量 空氣流入 牆 壁 空氣流入 【討論2】想一想，冷氣機(jī)和電冰箱，對我們的生活有沒有發(fā)生什麼影響？有什麼好處？有沒有壞處呢？【討論3】因?yàn)槔錃鈾C(jī)大量使用，造成七、八月供電有時(shí)會(huì)不足，於是我們面臨兩個(gè)問題，請想一想：（1）如何節(jié)約用電呢？（2）如何增加發(fā)電量呢？【太陽能】略【發(fā)電】 臺(tái)灣的用電幾乎全部是由臺(tái)灣電力公司供應(yīng)，發(fā)電主要有水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)電三種。 圖二：冷氣機(jī)簡要原理 臺(tái)灣可以用的水力發(fā)電資源差不多都開發(fā)了，而火力發(fā)電主要是燒煤炭，不但耗費(fèi)煤炭很多，污染事件也時(shí)有所聞。所以不能單靠水力和火力，也需靠核能發(fā)電供應(yīng)電力。臺(tái)灣目前

16、有三座核能發(fā)電廠?！景l(fā)電廠】 目前在高雄縣有一座發(fā)電廠，是位於茄萣鄉(xiāng)興達(dá)港的興達(dá)火力發(fā)電廠；高雄市則有小港區(qū)的大林埔火力發(fā)電廠；在屏東的的墾丁，則有第三座核能發(fā)電廠，簡稱核三廠。高屏地區(qū)的用電主要是由這三座發(fā)電廠供應(yīng)?！竞怂膹S爭議】篇幅不足，略五、研究結(jié)果（一）第一階段教材教學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果 教學(xué)實(shí)驗(yàn)分成實(shí)驗(yàn)組及對照組。實(shí)驗(yàn)組採用研究者自編之STS主題教學(xué)。對照組採用國立編譯館版本之教科書。教學(xué)成果測試乃是在教學(xué)實(shí)驗(yàn)之後分別評量其科學(xué)興趣、科學(xué)態(tài)度、上課參與度、解決問題能力、科學(xué)概念等五項(xiàng)。1.實(shí)驗(yàn)組教學(xué)成效表1：實(shí)驗(yàn)組教學(xué)成效問卷調(diào)查表基本統(tǒng)計(jì) 項(xiàng)目 項(xiàng)目得分平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 最小值 最大值 科學(xué)興

17、趣前測 32.13 8.17 13 47 科學(xué)興趣後測 32.37 8.38 10 50 科學(xué)態(tài)度前測 38.30 5.78 20 50 科學(xué)態(tài)度後測 37.70 6.04 18 48 上課參與度前測 35.81 8.19 13 50 上課參與度後測 34.64 8.06 13 48 N=74 表2：實(shí)驗(yàn)組教學(xué)成效問卷調(diào)查表前後測T-Test 人數(shù) 平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 T值 P-value科學(xué)興趣 74 0.24 0.65 0.375 0.708科學(xué)態(tài)度 74 -0.59 0.63 -0.940 0.350 上課參與度 74 -1.17 0.84 -1.396 0.167 N=74 P<0.

18、05【結(jié)果】由表2可知實(shí)驗(yàn)組各項(xiàng)目在實(shí)驗(yàn)前後均無顯著差異。2.對照組教學(xué)成效表3：對照組教學(xué)成效問卷調(diào)查表之 基本統(tǒng)計(jì)表 項(xiàng)目 項(xiàng)目得分平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 最小值 最大值 科學(xué)興趣前測 33.31 8.76 17 50 科學(xué)興趣後測 29.97 10.04 10 50 科學(xué)態(tài)度前測 38.59 6.72 23 50 科學(xué)態(tài)度後測 37.64 7.67 14 50 上課參與前測度 38.20 7.44 18 50 上課參與度後測 34.76 8.42 10 50 N77 表4：對照組教學(xué)成效問卷調(diào)查表前後測T-Test 平均值 標(biāo)準(zhǔn)差 T值 P-value科學(xué)興趣 -3.33 8.18 -3.580

19、 0.0006 科學(xué)態(tài)度 -0.95 6.60 -1.260 0.212 上課參與度 -3.44 7.53 -4.011 0.0001 N=77 P<0.05 P<0.01 P<0.001由表可知，對照組在科學(xué)興趣、上課參與度方面有顯著性差異，呈現(xiàn)退步現(xiàn)象。3.解決問題能力：問題乃是採用與實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容無關(guān)之垃圾處理問題表5：解決生活問題的能力共變數(shù)分析之事後考驗(yàn)單 實(shí)驗(yàn) 人數(shù) 前測 推理 後測 調(diào)整後 標(biāo)準(zhǔn)誤 P元 處理 平均 能力 平均 後測平均垃圾 實(shí)驗(yàn)組 78 2.50 14.65 3.78 3.92 0.21 0.0032*問題 對照組 78 3.12 15.12 3

20、.17 3.03 0.21*P<0.01 *P<0.001【結(jié)果】 由表5可以看出經(jīng)實(shí)驗(yàn)處理之後實(shí)驗(yàn)組和對照組在垃圾處理問題得分有顯著差異，且實(shí)驗(yàn)組得分均顯著高於對照組?？芍獙?shí)驗(yàn)教材，可以提升學(xué)生解決生活問題的能力，不但是對教材所教的內(nèi)容能提升，對於教材以外的垃圾問題處理能力也可提升，具有學(xué)習(xí)遷移作用。4.科學(xué)概念之學(xué)習(xí)成效 科學(xué)概念學(xué)習(xí)之測驗(yàn)，主要參考國立編譯館教科書中物質(zhì)狀態(tài)的變化單元中所含之三種科學(xué)概念（三態(tài)與溫度、蒸發(fā)與凝結(jié)、水的循環(huán)），製作雙向細(xì)目表，涵蓋各種層次能力（記憶、理解、應(yīng)用、統(tǒng)整，其中以理解題最多），總分32分。表6：科學(xué)概念成就測驗(yàn)得分共變數(shù)分析之事後考驗(yàn)單

21、 實(shí)驗(yàn) 人數(shù) 前測 推理 後測 調(diào)整後 標(biāo)準(zhǔn)誤 P元 處理 平均 能力 平均 後測平均物質(zhì)三態(tài) 實(shí)驗(yàn)組 78 18.47 14.93 24.96 24.68 0.57 0.1896與熱 對照組 78 16.87 15.12 23.33 23.61 0.57由表6可以看出實(shí)驗(yàn)組和對照組在本單元之科學(xué)概念得分表現(xiàn)沒有顯著差異。 綜合言之，實(shí)驗(yàn)組教學(xué)成效在科學(xué)興趣、上課參與度、解決問題能力三項(xiàng)表現(xiàn)優(yōu)於對照組，而在科學(xué)態(tài)度、科學(xué)概念兩方面實(shí)驗(yàn)組和對照組則無顯著差異。（三）學(xué)校本位戶外教學(xué)彈性課程-路竹科學(xué)園區(qū) 篇幅所限，只列出資料大綱課程所需時(shí)間：3小時(shí) 講 解：半小時(shí) 現(xiàn) 場 參 觀：2小時(shí) 回校討論：半小時(shí)交通工具：由學(xué)校教師及家長開車接送，約10輛小轎車。教學(xué)內(nèi)容大綱如下：A：新竹科學(xué)園區(qū)之設(shè)立 B：高雄縣政府爭取設(shè)立南部科學(xué)園區(qū)之經(jīng)過C：行政院通過設(shè)立臺(tái)南科學(xué)園區(qū)路竹基地D：路竹科學(xué)園區(qū)簡介E：動(dòng)土典禮F：參觀路竹科學(xué)園區(qū) 本校至路竹科學(xué)園區(qū)路程約2公里，開車約5分鐘，本階段計(jì)畫為利用戶外教學(xué)或彈性課程進(jìn)行23小時(shí)之實(shí)地參觀活動(dòng)。六、結(jié)論 STS主題的教學(xué)，經(jīng)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法發(fā)現(xiàn)對於解決問題能力有顯著提升，對於科學(xué)興趣及上課參與度也有所幫助，若教材設(shè)計(jì)得宜，對於重要科學(xué)概念的學(xué)習(xí)則與傳統(tǒng)知識(shí)中心的教材沒有差異，至於科學(xué)態(tài)度的學(xué)