国小自然科教师对科学史教学的态度之初探研究

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国小自然科教师对科学史教学的态度之初探研究

侯志洋  许良荣

国立台中师范学院科学教育研究所

摘 要
   本研究为一初探性的调查研究,目的在了解国小自然科教师对於自然课中使用科学史教学之相关议题的看法及态度为何,研究工具为自行发展的调查问卷,样本为台中师范学院进修部暑期教学硕士班之国小在职进修教师,包括科学教育研究所及环境教育研究所各一班, 回收之有效样本共计 43 人.研究结果发现在科学史教学之相关议题的其中四个向度:「科学与历史两者是否相容」,「科学史之教学功能」,「学生之科学概念与科学史中科学理论的发展平行」,「科学史与学生的科学信念」具有正向的态度,显示受测教师倾向於能够接受科学史教学的理念,此为落实科学史之教学的有利因素.但是由第五个向度「教师对现有的科学史教学资源之观点」的调查结果显示;教师们认为科学史教学的相关资源并不充足, 尚有赖研究者与教师共同投入发展与研究.最后本研究依据研究发现提出数项建议. 关键字:教学态度,科学史,国小教师
   一,研究动机与目的
   科学史在科学教学中具有多元性的功能,颇为受到学者肯定(许良荣,李田英,民 84;Kauffman;Jenkin , 1989;Klopfer & Wastson , 1957;Schecker , 1992).但是如何将科学史融入於教学或应如何教科学史, 不论国内外并没有很一致的看法(许良荣,民 88).另一方面;科学教师通常趋向於实用主义,如果学术研究上有任何的结果,必需以 有意义及有用的形式,呈现给科学教师(Stinner & Williams , 1993).美国哈佛大学曾於 一九七0年发展科学史取向课程 Physics Project ,但是在科学教育的地位仍然落於数学导 向的解题课程(如 PSSC)之后,其中的原因之一是教师对於如何应用科学史於教学的认识不足所致(Duschl , 1994),因此教师对於教学内容或教学目标的认知与态度是影响教学成败的关键因素之一.虽然目前文献中对於科学史与科学教学之探讨主要集中於中学或大学,但是科学史之教学已有往下扎根之趋势与需求,例如美国的 National Science Education Standards(NRC, 1996)将「科学史与科学本质」明订为 K-12 的科学教育内容标准的八项类别(categories)之一. 对於科学史教学之相关问题,曾有来自科学家与历史学家的反对声浪(Matthews , 1994).而且;教学或课程的相关研究经常是学院内教授,学者及课程专家所决策,主要的现场授课教师被边缘化,少有参与对话 的机会. Brush(1989)指出在使用历史取向
   国小自然科教师对科学史教学的态度之初探研究的教学中,教师的角色至为重要,是实施科学史教学的重要因素之一.而国内九年一贯课程纲要已将「科学与人文」相关议题(包括科学的发展,科学本质,科学伦理) 纳入「自然与生活科技学习领域」,将安排於国小中年级以上的自然与生活科技课程中.教材内容的扩大不仅对中小学老师是一个挑战,对教材编辑者及师资培育单位也是一个挑战 (林陈涌,民 89).教师是课程改革是否成功的关键,而大多数教师接触科学史教学之相关议题的机会并不多,对於将来课程的发展及实施将具有某些程度的不确定性.针对此一问题,本研究进行试探性的调查研究,企图了解国小自然科教师对自然课中使用科学史教学的看法及态度之倾向为何以做为课程发展与师资培育的参考. 研讨会,逐渐吸引学者投入研究工作,相关论文陆续发表.目前高中,国中的部定课程已有部分科学史内容,一般中学教师多少已有接触,但是对小学自然科教师而言则仍为全新的领域. 由文献研究显示科学史之教学的相关问题并不单纯( B r u s h , 1 9 7 4 ;M a t t h e w s , 1994; 许良荣,民88),例如科学史是否会混 淆「科学」与「历史」的不同心智模式学生 之科学概念与科学史( 科学家) 的发展是否平行伪科学史与真科学史之差异 …等等. 本研究整理相关文献之论述,探讨科学史融入自然科教学时,在学理与实务之可能争议的问题,归纳区分为五个向度.各向度依次 为:
   (一),科学与历史两者是否相容
   Brush(1974)引用 Klein(1972)的观点指出;科学家为了探讨自然现象的本质,必须避免时空,个人和观察者一些复杂的特性; 而历史学家是要探讨历史真相的本质,不能忽略掉过去的环境时空,个人因素等等的复杂特性,因此历史和科学在本质上是不同的 学科. Kauffman(1991)也指出科学家是要找出自然现象的规律性,并「简化」现象以建立通则性原理,而历史学家是要查验一个事件的脉络(context),研究过程会将现象「复杂化」以求了解事件的真象与意义,此两者不同的目标难以取得一致性.因此由历史学与科学的本质而言,似乎是互不相容的,但是从不同的角度而言,在科学教学中是否可以成为互补性的功能虽然 Matthew(1994)为此问题已提出辩护,但是教师是否认同尚不得
   二,文献探讨
   约十九世纪后期,一些欧美国家的大学课程已有科学史科目(刘广定,民 86). 1895 年德国科学家 E. Mach 宣称:没有任何科学教育可以不重视科学的历史与哲学(引自杨 淑 芬 , 民 8 1 ). 1 9 5 0 年代哈佛大学校长 Conant 致力於以科学史为主导的大学通识教 育课程改革(许良荣,民 88),此后开启了学界将科学史教学纳入不同学科的各阶段教育之研究与计画. 1989 年首次「科学教学中的科学史与科学哲学」国际研讨会在美国举办,之后类似研讨会每三年举办一次( 刘广定,民 86).国内早期以科学月刊为主体,引介科学史,哲的著作及论述,但於民国 83 年以后,国内也相继举办科学史,哲与教学之科学教育月刊 第 242 期 中华民国九十年九月 而知. 认为此种假定值得斟酌.例如 Thagard(1992) 认为从内容(content),结构(structure),机制 (mechanism)三个向度比较儿童与科学家知识的成长,皆可发现其彼此的差异性(引自邱美 虹,民 89). Levine(2000)论述儿童与科学家的概念发展或概念改变之类比的相关研究, 指出除了使用 Kuhn 的「不可共量(incommensurability)」;「典范(paradigm)」的语词指称儿童之概念改变的问题以外,也提醒对於历史的(科学史)与心理学的(儿童的)之平行关系的假定应该要非常小心谨慎.而此议题所衍生的另一问题是;过时科学理论的教学价值为何科学教学有否需要说明或教导已被淘汰的科学理论因为如果我们认为学生的概念改变与科学史发展相似,则过时的科学理论有其某种程度的教学价值.例如 Schecker (1992)认为引介科学史可以帮助学生知觉到自己的概念,以提供相矛盾之新概念学习的借 镜. Sanchez(l989)指出科学史不仅帮助我们 了解科学概念产生的情境,也可提供我们对於科学概念的学习顺序的判准. M c D o n a l d (I989)则认为科学史有助於预测学生的迷思概念,以协助教学的设计.无论此议题是否成立,教师们的观点为何应是科学教育研究者应予关切的.
   (二),科学史之教学功能为何
   科学史在科学教学中具有多元性的功能 (许良荣,李田英,民 84),例如科学史能提 供人文层面的认知(Jenkin , 1989),能增加 学生对於科学家及其工作的兴趣和鉴赏 (Klopfer & Wastson , 1957),可以让学生了 解科学理论的暂时性与不确定性(Garrison & Lawwill , 1993). Kauffman(1991)和 Matthews(1994)也分别列举了科学史在科学教学上的数项功能,但是教师是否认同这些 教学功能,尚有待进一步的探究.
   (三),学生之科学概念与科学史科学理论的发展是否平行过时科学理论的教学价值为何
   文献中有些学者指出学生有很多概念与 科学史是相平行的( M c C l o s k e y , 1 9 8 3 ; Clement , 1983),例如 McDonald(l989)认为儿童对於「看见」与「颜色」的概念与科学史有平行的现象.而相关实徵研究也支持此项观点, Mas & Perez(1987)以西班牙 12 至 18 岁,合计 1198 个样本的研究指出,青少年的气体概念和化学史有平行的现象. S o n g , Cho & Chung(1997)探究 11 , 13 , 15 和 17 岁总计 736 位学生的惯性概念的改变,研究显示对於惯性惯念,学生和过去科学家的观点有些不相似,但也有相似的概念. Van Drie , De Vos & Verloop(1998)研究十年级 合计 120 位学生对於化学平衡的推理过程, 发现与十九世纪的化学家相似.这些研究似乎支持了学生的科学概念与科学史之发展有 某种程度的平行关系.但是,也有不少学者
   (四),教科学史是否影响学生的科学信 念
   由科学史可以显示科学家与一般人并没有很大的差异,一样会犯错,在进行研究时未必是完全客观或是理性的,外在的社会文化,心理因素,政治会影响科学的发展或是科学家对於理论之取舍的决定.这些特性与国小自然科教师对科学史教学的态度之初探研究科学教学中所强调的「正确的科学态度」 ;例 如客观,合作,破除迷信,尊重数据…. 等等,背道而驰.换言之,引入科学史可以让学生了解「科学发展的真正面貌(或所谓的科学本质)」,但是此种功能和科学素养中强调「正确的科学态度」有所冲突.也因此致力於科学史哲之教学与研究的 Matthews(1994)为此问题提出讨论与辩护.另一方面,傅丽玉 (民 88)指出在 1970 年代,科学家「不当行为」的故事是否该放入科学教学也引起争议,但是科学家的不当行为在中等学校科学教育,应具有某些教学价值与意义.而教师们的看法为何是一个颇令人好奇而有待探讨的问题. 师是否认为本身已经具备科学史修养以及运用科学史教导学生科学思考的教学专业知识,也是研究者所关切的问题之一.
   三,研究方法
   本研究调查工具为自编之「国小自然科教师引用科学史教学态度量表」 ,采用 4 点计 分之 Likert 量表,发展问卷前广泛收集相关文献并与任教科学史教授讨论,再经已修习过「科学史与科学教育」课程之自科所研究生六位修改润饰(均为国小在职教师,其中三位曾参与科学史教学之研究计画),因此应具有某种程度之专家效度.由於本研究为初探性研究,因此采取方便抽样(convenience sampling),样本为台中师范学院进修部暑期教学硕士班之国小在职进修教师,包括科 学教育研究所及环境教育研究所各一班共 48 人(均具备一年以上之自然科教学经验).本研究的限制为取样教师已经过硕士班招生考试的初步筛选,平均年龄较轻,而且受试的自科所在职教师在填答问卷时已接受了四周之科学哲学课程,因此在推论上应予严格界定. 调查问卷回收之后,剔除无效问卷 3 份,有效样本合计 43 人.调查资料输入电脑后以SPSS统计软体进行分析,信度采用系数估计其内在一致性,分析结果 为 .814 ,显示研究工具颇为稳定.
   (五),教师对现有的科学史教学资源之 观点为何
    美国的 Project 2061 专案资源书 Benchmarks for Science Literacy (AAAS , 1993) 建议将科学史教材纳入科学课程改革的重 点,但是强调教师可自行斟酌科学史材料, 并非将所有课程均以科学史为导向.可见在科学课程里运用科学史材料,教师所扮演的 角色十分重要(傅丽玉,民 85).而一般教科书的格式或科学教师本身的教育经验,都可能限制了教师整合科学史於科学教学的能 力(洪振方,民 86).将科学史用於科学课程教学,教师的知识背景及对教材教法的认识是关键性的问题. Matthews(1994)指出教师若没有科学史与科学哲学的知识,在教授这些课程时,若不是眼光短浅,就是对课程中所提到的主题重复一些不具批判性的闲谈,这些对学生而言将是一种损害.因此教
   四,结果与讨论
   本研究主要为审视现职国小自然科教师对科学史运用於教学的看法,因此采用描述
科学教育月刊 第 242 期 中华民国九十年九月 性统计.问卷题数 36 题区分为五个向度.以下各表中,包括实际填答人次及百分比,反向题以倒三角符号表示(▼).填答选项为 「非常不同意」至「非常同意」之 Likert 4 点量表,并分别计分为 1 至 4 分(反向题重新调 整为 4 至 1 分),表中「得分」为各题之平均 分数. 学教学使用历史教材时,必须是有选择性 的,因此延伸出 -- 选择的科学史是否为假历 史的争议(许良荣,民 88),由填答结果显示,教师对此争议在的意见颇不一致,值得 更深入的探讨.
   (二),教师对「科学史教学功能」之观点
   本向度中共有 6 题(表二),均为正向题.由各题「得分」均大於「中间分数」显示 教师趋向於同意科学史所具有之教学功能, 且赞同比例相当高,分配比例也相当一致. 除第 7 题外,填答「同意」及「非常同意」的 百分比均为 93%以上,「得分」都在 2.95 分 以上,其中尤以第 4 题的 3.33 为最高,显示 教师对於「引用科学史的教学可以帮助学生 学习科学家如何解决问题」 颇具共识.第 7 题 教师的填答较为分歧(SD =.69),正向态度 占 74.4%,负向态度占 25.6%.
   (一),教师对「科学与历史两者是否相 容」之观点
   本向度中共有 5 题(表一),除 21 , 12 两题为反向题,余为正向题.各题之得分均 在 2.61 以上,大於中间分数(2.50),显示教师对於科学与历史两者间的相容性,倾向於正面的态度.例如第6,18,27三题中填答「同意」及「非常同意」的百分比均为 90%以上, 得分平均在 3 分以上.而第 12 题的填答较为 分歧(SD =.70),倾向於同意或不同意的人 次各约 50%.本题源於 Brush(1974)提出在科
   表一「科学与历史两者是否相容」选答项目分配表
   国小自然科教师对科学史教学的态度之初探研究
   (三),教师对「学生科学概念与科学史发展是否平行及过时科学理论教 学价值」之观点
   表二「科学史教学功能」选答项目分配表
   本向度中共有 7 题(表三),除第 17 , 1两题为反向题,余为正向题.各题平均得分 除了第 17 题以外,均大於中间分数 2.50 ,显
表三「学生科学概念与科学史发展是否平行及过时科学理论教学价值」选答项目分配表
示受试教师倾向於同意学生的科学概念发展 过程与科学史发展类似或是科学史有助於学 生的概念澄清与学习.值得注意的是第 17 题 平均得分 1.81 低於中间分数,此现象至少显示了二个问题;其一是受试教师对於科学史或过时理论的价值判断不是很稳定或已经持有特定的主张;其二是题干的叙述可能具有引导受试教师之填答的效应;第 1 7 题中: 「…无实用价值,不需要在科学教学中出现」的描述可能不恰当地提供了价值判断,这是未来研究亟需检讨改进的.此外,第 1 题有关小学科学课程是否只应呈现目前被科学界认同的科学理论,有 11 人(28.0%) 持赞同态度,显示虽然大多数受试教师倾向同意科学史有助於学生的概念澄清或学习 (例如第 3 , 24 , 14 , 34 题),但是对於过时科学理论是否应该呈现於小学的教学,有不少受试教师 抱持保留态度.
   (四),教师对「科学史教学是否影响学生科学信念」之观点
   本向度共有 9 题(表四),除 25 , 30 , 35 , 15 四题为正向题,余为反向题.除第 2 题以外,其余各题之平均得分均大於中间分数,显示教师趋向於同意在自然课中教导科学史不会影响学生科学信念.第 25 , 30 , 35 三题及 9 , 22 , 10 , 32 四题反向题得分(调整后)分配相当接近,各题正向得分的比例 均大於 74%以上.第 15 题填答 「同意」 「非 及 常同意」的百分比为 95.3%,标准差在 .37 以下,是本问卷所有问题中教师态度最为一致的向度,显示教师认为教导学生了解科学家的不当行为可供学生反省思考,帮助学生澄清价值均持相当正面的看法.而第 2 题教师的填答较为分歧(SD = .69),正,负向态度分配平均,各约 50%,此现象是否为题干叙述已经隐含价值判断( 应以 " 积极正面
   表四「科学史教学影响学生科学信念」选答项目分配表
   " ..... ) 或是教师持有特定的观点是值得更深入探讨问题之一.
分平均值接近中间分数,显示教师认为使用 科学史的教学会占用较多教学时间,但应该 能在正常授课时间内完成.第二为「师生负 荷」 (11 , 8 题),此部分填答的分配比例也大致相同,平均得分略高於中间分数,为本向度得分较高的部分,显示受试教师倾向认为引用科学史的自然课程应不会增加师生太多负荷.第三为「教师专业」 (31 , 16 题)2 题皆有 37 人(86.0%) 以上的教师认为自己缺乏科学史知识以及将科学史运用於自然科教学的知能.第四为「教学资源」 , 33 , 13 (5 题),此部分填答的分配比例较为歧异,平均分数均低於中间分数,同意科学史的教学资源与教学范例不易取得的教师都在 2 3 人
   ( 五) ,教师对「现有的科学史教学资源」之观点
   本向度共有 9 题,除 26 题为正向题,余为反向题.其中正,反向题的决定方式是; 得分越低,表示教师对於该项问题倾向於越多困扰或越需要该项资源.亦即分数越低表示该项资源越为缺乏或不充足.由表五的统 计显示除了第 26 , 11 , 8 等三题得分高於中间分数以外,其余各题得分均低於中间分数,显示教师趋向於认为自然课中的科学史教学资源不足.此项度的题目可再细分为四个部分:第一为「时间」 (20 , 26 题),得
(58.2%) 以上,且第 13 题全部填答的教师均同意目前自然科的教学指引应该增加科学史的资料. 学史发展是否平行以及过时科学理论的教学价值」,「教科学史是否影响学生的科学信念」倾向於正向态度,显示受测教师同意科学史所扮演的角色.虽然这对尔后九年一贯
   五,结论与建议
   上述的分析结果呈现的是一种描述性的,初步的教师之态度倾向,尚不具有代表性,不宜做为一种推论结果.但是从本研究也发现不少未来研究或课程发展值得参考的现象,在本研究所区分的五个向度中,其中四个向度:「科学与历史两者是否相容」, 「科学史之教学功能」,「学生科学概念与科表五「科学史教学资源」选答项目分配表
课程 --「自然与生活科技学习领域」中「科学与人文」的实施应有某种程度的助益.但是第五个向度「教师对现有的科学史教学资源之观点」,显示受测教师认为科学史教学的相关配套资源较为不足.另一方面;参照九年一贯课程暂行纲要(民国 90 年 1 月版) 「自然与生活科技学习领域」附录一「自然与生活科技」学习领域之教材内容要项中「科学与人国小自然科教师对科学史教学的态度之初探研究 文」主题分为:520 科学的发展, 521 科学美 学, 522 科学伦理三个次主题.这是本次课程改革值得肯定的部分,也可视为新课程纲要的特色.但由此也延伸出几点问题,第一由谁来编写科学史课程第二教师是否具备科学史教学的知能教学的相关资源是否足够在纲要中「自然与生活科技学习领域」附录一后附记:「永续发展」课题中「科学与人文」主题所提示之教材内容应以融入的方式,纳入其他个主题中.历次科学教育的课程修订,著重的是科学产物,科学过程,而科学情境是比较忽略的主题.林陈涌(民 89) 回顾我国的课程发展指出:科学本质,科学态度,思考智能,科学应用这些东西在每次教育改革时都会被提出,但最后落实到教科书课程中就全部不见了.因此;如何透过各学域的学者专家及现场教师间的对话凝聚共识,将「科学与人文」主题的精神确实融入其他主题中,而非在「融入」后被稀释甚至消失,是课程改革中需格外注意的. 一个新课程改革的成功除了课程实体的改革外,教师及社会大环境的配合是不可或 缺的因素.傅丽玉(民 85)指出英国的国家科学课程(National Science Curriculum)公布实施后,首先遇到的就是教师缺乏科学史背景,以致课程无法落实.对照本研究中的 第五个向度,其中与「教师专业」 (表五, 31 , 16 题)有关的填答,显示多数教师认为自己缺乏科学史知识也缺少将科学史运用於 自然科教学的认识. N i e l s e n & T h o m s e n (1990)的研究以丹麦为例指出,丹麦国会提出国家物理课程法案,包括五个要点其中「物理学家的世界观」及「物理学的历史和哲学」是与科学史直接有关的.这样的课程取向对教师,物理学家,历史学家和哲学家来说是艰钜的任务,他们组成一个团体.采取了一些措施:第一点必须使一般的物理教师相信,物理学史是有趣的而且学生能得到益处,第二点让教师知道在教室使用科学史的实例,第三点必须说服教师,使教师相信他们有能力使用历史-哲学取向的教学而不会有问题.本研究显示对科学史在自然科教学的前四个向度多数教师持正向的态度,符合上述第一点的叙述;第二,三两点则是值得我国做为借镜的.此外他们制作了一本教师指引,第一章介绍历史-哲学取向的物理学,第二章详细介绍主要的流源,其余五章详细介绍不同个案(引自 Matthews , 1994).这部分是国内目前最为缺乏的,对照本研究的第五个向度,其中与「教学资源」 (表五, 5 , 33 , 13 题)有关的填答,显示多数教师认为科学史的教学资源取得,教学范例及教学指 引均缺乏,且第 13 题呈现全部填答的教师均认为目前自然科的教学指引应该增加科学史的资料,这是新课程所面临最迫切亟待解决 的问题之一. 我国将科学史用於自然科教学尚属於学院内的研究,大多仍在起步阶段.依据本研究结果显示教师大多能接受科学史教学的理念,使科学史落实在教学层面提供了良好的有利因素.但是在其他外在环境的配合上仍须更加努力,例如(1)在依据纲要编辑课文时应掌握科学史融入的内涵;(2 )学科专家,科学史学者,教育学者及现职教师的共同投入;(3)於师资培育过程及在职教育中培养教师科学史相关知能;(4)建立相关教学资源等,以期教师能胜任此新领域的教学,这些都是值得科学教育界投入长期的关切与努力. 刘广定(民 86):科学史与科学教学.科学教育月刊,第 203 期, 16-20 页. American Association for the Advancement of Science (AAAS). (1993). Benchmarks for Science Literacy. ERIC Document Reproduction Service No.ED399180.
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