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計畫內容

研究計畫內容

(一)近五年之研究計畫內容與主要研究成果說明。

    本子計畫為高瞻計畫之核心,即高職端。主持人係花蓮高農校長,具有實質行政領導經驗。

共同主持人任職東華大學課程系科學教育碩博士班,負責高職端與大學端之聯繫工作,具有實際執行大型整合計畫之經驗,近五年獲得專題研究計畫補

助及研究成果如下:

1. 臺灣參加Program for International Student Assessment (PISA) 2006計畫(III)甲 (9506 ~ 9612) (NSC95-2522-S110-001)

2. 臺灣參加Program for International Student Assessment (PISA) 2006計畫(III)乙 (9506~ 9712) (NSC95-MOE-S110-001)

於上述兩項計畫擔任共同主持人,協助主持人林煥祥教授完成2005Field Trail2006main study之施測。主持閱卷(coding)及資料處理工作,並代

表主持人於2005/10/22~30赴澳洲(Mildura, Australia)出席PISA NPM meeting2006/02/18~27赴西班牙(Lanzarote, Carary Island, Spain)參加

Coder Training Meeting。目前於PISA科學情境式測驗推廣計畫中擔任講員。出版著作:

     李 暉2008)。受測結果與其他國際測驗之比較。輯於林煥祥主編之臺灣參加PISA 2006成果報告(頁194-216)。花蓮市:國立花蓮教育大學。

     李 暉、劉聖忠(2010)。PISA 2006的測驗設計與試題發展。輯於國家教育研究院籌備處主編之測驗及評量專論文集題庫建置與測驗編製(第二章)。台

     北:國家教育研究院籌備處。

3. 區塊研究---部落有教室,教室在部落:總計畫?/B>參與原住民族數理教師實踐地方本位課程之研究 (9508 ~ 9807) (NSC95-2522-S126-002-MY3)

4. 區塊研究---部落有教室,教室在部落---從地方本位之觀點參與花蓮地區原住民族國小自然科教師之專業發展與教學(I) (9508 ~ 9807) (NSC95-

2522-S259-002-MY3)

上述兩項研究計畫係同一整合型計畫之總計畫及其中一個子計畫,本人同時擔任總計畫共同主持人與子計畫之主持人,執行期間三年。產出期刊論文四

篇(含二篇SSCI),研討會論文國內5篇,國際12篇,計17篇(詳見國科會個人網頁著作,此處從略)。

     顏瓊芬、林妙徽、李 暉、蕭 戎(2007)。回歸地方的國際趨勢原住民族科學教育的地方本位觀點。台灣人文生態研究,91),1-22

     林妙徽、顏瓊芬、李 暉2008)。原住民族科學教育之困境與未來展望。台灣人文生態研究,101),89-122

     Chang, J. M., Lee, H.* & Yen, C. F. (2010). Alternative conceptions about burning held by Atayal indigene students in Taiwan.

    International Journal of Science and Mathematics Education, 8(5), 911-935. (SSCI).

     Lee, H., Yen, C-F. & Aikenhead, G. (in press, accepted 2011). Indigenous elementary students?science instruction in Taiwan: Indigenous

     knowledge and western science. Research in Science Education. Publish online at 2011/6/29. (SSCI)

5. 部落教室-原住民族小學地方本位數理課程與科普活動之發展與實踐-部落教室---發展地方本位課程以促進原住民族學校科學師資之專業發展(I)

(9808~ 9907) (NSC98-2511-S259-003)

6. 部落教室-原住民族小學地方本位數理課程與科普活動之發展與實踐-部落教室---發展地方本位課程以促進原住民族學校科學師資之專業發展(II)

(9908~10007) (NSC99-2511-S259-001)

7. Gaya與科學的對話-原住民族國小「水與土地」課程之發展與實踐 (10108~10407) (NSC 101-2511-S-259 -004)

於上述三項計畫中擔任主持人,延續之前之原住民族學生地方本位課程與教師專業發展,除了國際合作有長足進展之外,並將研究發表逐漸走向國際

化。因時程因素,期刊論文正在積極撰寫中,預計至少可完成二篇論文投稿,而目前已產出研討會論文國內2篇,國外8篇,共10篇。並自2009年起每年

皆在NARST年會與國際學者共組symposium發表成果。

     其他擔任共同主持人之計畫共六項,未避免重複計算成果,此處從略。

 

(二)研究計畫之背景及目的。

1. 研究之背景與目的

    《技職教育白皮書》指出,技職教育必須能教導學生在學習過程中創造與應用知識,才能提昇產業的生產力與國家的競爭力。教育部長蔣偉寧亦表

示,教育不能只聚焦學科能力,團隊合作、溝通協調、創造力、文化素養等多元能力,才是競爭力關鍵。而欲達此目的,首先要培養學生的創造思考能

力,這可以在技職課程融入,形成以專業知識為基礎的創造思考學習活動。除了課堂學生互動的討論、分析及日常作業練習採用問題導向的學習方式

外,也可以經由專題製作或創意競賽來激發學生的創造思考能力。而探究導向的教學也已成為實務界中教師專業成長的重點(Cox-Petersen, 2001;

Crawford, 2000; Keys & Bryan, 2001)。

    洪振方(2003)根據教育部提出的《國民中小學九年一貫課程綱要》與《創造力教育白皮書》兩份文件,以及國科會的《科學教育白皮書》指出,

今後科學教學與學習強調之重點,在於以「科學探究」為學習活動、以「問題解決」為學習核心、及以「創造力」的培養為鵠的等三個向度。並建議以

其發展之創造性探究模式(CIM)進行教學,以提昇學生的探究能力。

    台灣地狹人稠,可用資源有限,故於發展農業同時應配合規劃實施農業環境保護措施,以確保環境保護、生態平衡及農業永續經營三嬴局面。有機

農業係遵守自然資源循環永續利用原則,不允許使用合成化學物質,強調水土資源保育與生態平衡之管理系統,並達到生產自然安全農產品目標之農業

(李蒼郎,2004)。

    近年來,由於國民所得的提升與環保意識的抬頭,國人現對於農產品的要求不只是量與口感,更要求安全與健康,此亦為有機農業蓬勃發展的主

因。台灣東部地區擁有與西部地區隔絕的地理優勢,低污染的土地與空氣,充沛的農業勞動力,多元的人文資源,配合豐富的觀光與生態資源,相當適

合發展有機農業。台灣在九十八年將有機農業納入規範,訂定中長程發展計畫,當年度全台有機農作物約二千四百公頃,至去年(100年)度已倍增至五

千公頃,其中,花蓮縣有機作物面積最大,至今年度通過有機認證的面積達到一千零四十三公頃,約佔全國的百分之二十。

    有機農產品是遵循自然法則,合乎自然生態體系,運用自然資源所生產之食品,經常攝食身體必然健康長壽。一般栽培為求高產,往往會施用過多

化學肥料,尤其是氮肥過量施用,造成食用地下水或蔬果中硝酸鹽、亞硝酸鹽之累積,對人體有不良影響。

    花蓮在台灣屬於較偏遠之地區,與都會區原本就存在著城鄉差距。高職學生是以培養實作技術為主,相較於一般普通高中生,接觸到新興科技的機

會更少,但卻站在實業工作的尖端,是產業升級的第一線工作者,因此須要更多的機會參與新科技知識的吸收,以及熟悉科學探究的方法。故本計畫旨

在結合大學研發之創新科技,融入高職課程中,一方面培養學生新興科技知識與科學探究能力,另一方面促進高職教師科學探究之專業發展。以期對以

有機農業為特色的花東地區提供人力與技術上實質的效益。研究問題包括:

  • 高農科學教師對於探究導向學習之理解為何?
  • 藉發展與實施探究導向課程,對於科學教師的專業發展有何影響?
  • 高職學生經由探究導向學習後,探究能力是否顯著提昇?
  • 高職學生經由探究導向學習後,對科學的態度是否顯著提昇?
  • 大學與高職的合作模式,對於促進教師與學生之成長有何助益?

2. 重要性

(1) 協助高職研發創新特色課程,改進科學教育現況。

(2) 培養高職學生能主動探索之科學研究能力。

(3) 經由課程發展促進教師專業成長。

               (4) 深植在地有機農業基礎,為地方發展奠基。

3. 文獻探討

(1) 探究導向的學習(inquiry-based learning

    王晶瑩(2011)指出,科學探究一直是國際科學教育領域的熱點問題。在美國國家科學教育標準(NSES)之前,國際科學教育界將科學探究作為實

驗和科學方法來學習科學知識,後來逐漸將其視為教學方式來發展科學概念;而NSES中的科學探究是作為內容、能力和教學策略的內涵;NSES之後的科

學探究是作為一種科學勝任力的意義來理解的。科學探究涉及的範圍很廣,既指現代科學如何進行的基本原則,與科學本質密切相關的科學知識發展的

過程和思維方式,還指教與學的過程。

    事實上,從Dewey1909年提出科學方法和思維的重要性,迄今已超過一個世紀,人們對於科學探究的追求在這期間從未或歇,從機械、靜態的「啟

蒙理性」到經驗本質的「探索與實驗」,如今科學的「發現情境」和「辯護情境」的界限逐漸模糊;科學日益具有解釋與辯護的性質,它是一種動態變

化且情境關聯有證據的思想。美國《國家科學教育標準》強調將科學探究作為教與學的方式、課程內容的雙重意義;標準之後的科學探究兼顧「識別科

學問題」、「科學地解釋現象」和「使用科學證據」三個基本維度,並以科學勝任力為核心。「以科學探究為核心」已經成為國際基礎科學教育的共

識,各國科學教育改革一直提倡探究式教學,其目的在於通過真實情境的探究過程來生成科學知識和技能,認識科學的本質,從而培養必要的科學素養

(王晶瑩,2011)。

    如前所述,探究教學由來已久,但隨著時空背景不同,所著眼之處亦有所差異,然一些基本原則即便於今日仍有值的借鏡之處。以學生從事探究活

動而言,由淺入深,由易而難,仍是當前培訓學生的向度之一。Herron (1971)提出探究活動的四個階段:

階段一:確認式探究(Confirmation Inquiry

        學生透過活動對於某個原則加以確認,而他們已事先知道結果。

階段二:結構式探究(Structured Inquiry

        學生針對老師提出的問題,透過一個既定的程序進行調查。

階段三:引導式探究(Guided Inquiry

        學生針對老師提出的問題,設計或選擇與執行調查程序。

階段四:開放式探究(Open Inquiry

        學生探討自己所提出的問題,設計或選擇與執行調查程序。

換言之,在問題、方法和答案三方面,視「指定」抑或「開放」定出探究活動之等級。這點對於評估學生的探究能力,不失為一實用之指標。

另一方面,在美國國家研究委員會(NRC)出版之《國家科學教育標準》(1996)中,強調進入廿一世紀的科學教育改革的重點(見表1),並特別指出

當前探究導向教學與以往探究式教學所著重的要點有所不同(見表2),說明了探究式教學的內涵與特性。

              表1 科學內容標準的重點改變(NRC,1996,p.113)

不強調

更強調

了解學事實和訊息理解科學概念和培養探究能力
單純學習有關學科(物質科學、 生命科學和地球科學)以科學探究、 技術與從個人和社會的角度所見的科學及科學的歷史和本質等為背景來學習科學
把科學知識和科學過程分開把科學內容的所有方面綜合在一起
涵蓋許多科學主題研究某些基本的科學概念
將科學探究作為一組過程將科學探究作為教學策略、能力、和有待學習的概念

 

              表2  促進探究方面的重點改變(NRC,1996,p.113)

不強調

更強調

演示和證明科學內容的活動調查和分析科學問題的活動
限制在一定課堂時間內的調查研究延續相當長時間的調查研究
過程技能與情境無關與情境相關的過程技能
強調諸如觀察和推理之類的個別的過程技能運用多種過程技能,例如操作、認知和程序性的技能
得出答案運用證據和策略來發展解釋及修改解釋
作為探究和實驗的科學作為論證和解釋的科學
對有關科學內容的問題給出答案交流對於科學的解釋
在沒有對結論進行辯護的情況下由個人或小組對數據進行分析和綜合通常由小組對結論進行辯護之後,才對數據進行分析和綜合
為了騰出時間學習大量的內容,只進行少量的調查研究為了培養理解力和能力、了解探究的價值和科學內容的知識而進行大量的調查研究
以實驗結果作為探究的最後ㄧ步將實驗結果應用於科學論證和解釋
材料和設備的管理概念和訊息的管理
學生只將想法和結論告訴老師將想法和結論與同學公開交流

基於上述相關原則,NRC復於2000年出版《探究與國家科學教育標準》一書,指出探究式教學有以下的五個共同階段(NRC, 2000):

階段一:使學生接觸問題、事件、或現象,藉機製造衝突事件;

階段二:經由形成假說與測試假說的過程,以探討所提出的解釋之合理性;

階段三:分析及詮釋實驗數據,綜合各部分的想法,建立模型;

階段四:應用所學到新的情境;

階段五:回顧與評估學到什麼及如何習得。

    Lawson (1995)強調欲在課室中實施探究式教學,需要考量三個決定性的要素:(1)教師必須瞭解科學探究的本質;(2)教師必須對特定學科的結構有

足夠的瞭解;(3)教師必須熟練探究式教學的策略。洪振方(2003)根據Triffinger, IsaksenDorval (1994)所提出的創造性問題解決模式(CPS),

加以類比及轉移至科學探究的模式,而發展出可以培養學生探究過程、創造思考、以及問題解決等能力的「創造性探究模式」(CIM),其內容表徵如圖

1

                                圖1 CIM 的循環模式(洪振方,2003

 

而其內容包括:

A. 「探索」成份

(a)「形成問題與假說」:從事觀察並使用先前的探究結果及理論產生有效的問題、發展假說、進而做預測。

(b)「設計研究和產生數據」:下操作型定義和控制變因、選擇適當的方法、進行實驗或調查研究、及蒐集數據。

B. 「解釋」成份

(a)「詮釋數據」:處理和分析數據、辯識型態、和做推論。

(b)「建立論證」:連結實驗結果到假說或理論架構以建立解釋、做新的預測、以及形成通則。

C. 「交流」成份

(a)「說服」:說服同儕社群接受探究發現的效度與重要性。

(b)「辯護」:用批判的方法做判斷、經由比較來評價、以及為知識主張做辯護。

D. 「評價」成份

(a)時時評價探索、解釋、及交流等工作及計畫之可行性。

(b)回顧與評估在探索、解釋、交流、及評價過程中學到什麼及如何習得。

本計畫於發展探究導向教學活動和評估學生探究能力時,即採上述原則做為發展之基石。

(2) 科學教師的專業發展(professional development

由於98課綱的實施影響層面深遠,不僅廣及學校、教師與學生,甚至家長與整個社會均受影響。本計畫參考美國數理教師專業發展標準(NRC,

1996),強調下列教師專業發展標準的基本理念:

  • 專業發展為教師是一個持續的、終身的學習與成長過程。

教師之間的討論、觀摩與合作是促成專業發展的重要因素。專業發展的挑戰在於創造良好的合作學習情境。在此情境中專家初期

的參與、協助與後續的指導、支持意識有利教師專業成長的因素。

  • 專家初期的參與、協助應配合教師當前實際教學的需求,並且要和教師的能力、原有的經驗相連結。
  • 專業發展要由特殊技能訓練的舊觀點,轉為強調學習、創造、反省、思考的專業成長。
  • 推廣到全校的過程,必須注意專業發展要有機會清楚而且適當的連結到學校教師的實際工作上。

Loucks-Horsley(1998)提出五項有效的專業發展原理:

(1)專業發展的經驗必須以所有的學生及其學習為核心。

(2)卓越數理教師所具備的獨特知識必須藉其專業學習經驗發展而來。

(3)引導學生學習進步的原理,也適用於促進教師及其他教育學者的專業學習。

(4)專業學習內容的的來源,包括教師存之於內及源之於外的,也包括研究與實務兩方面。

(5)專業發展必須符合並支持以系統為基礎的改變,以促進學生學習。

並基於這五項原理建構下圖之專業發展架構:

 

 

                          圖2  教師專業發展架構圖

 

此一架構的計畫與行動之過程由設定目標、計畫、執行、反思四部分組成循環程序,並於此過程中引入四項重要的考慮因素:

  • 現有的知識與信念基礎包括學習、教學、數學與科學的本質、專業發展以及改變過程等方面。
  • 教師教學與學生學習的情境分析。
  • 注意關鍵性的議題,以協助教師排除可能產生的疏忽而邁向成功。
  • 結合十五項發展學習策略,使不同時間與不同方式之發展皆達成所期望的學習

上述Loucks-Horsley(1998)所發展之十五項教師專業發展策略分為五個面相:

面相一:參與探究(Immersion)

(1)參與探究與解決問題(Immersion into Inquire and Problem Solving)

教師實際參與學生的學習,諸如以探究為基礎的數理研究活動。

(2)參與數理研究的世界(Immersion into the World of Mathematics and Science)

參與數理學家的日常工作,以增加經驗,經常是實驗室、工廠、博物館中,完整的參與研究活動。

面相二:課程設計(Curriculum)

 

(1)課程實施(Curriculum Implementation)

將特定的教材實施於教室中,並藉以學習、使用及精鍊用法。

(2)課程單元替換(Curriculum Replacement Units)

進行能夠充分表達某一主題的單元教學,以闡述有效的教學技巧能。

(3)課程發展與改編(Curriculum Development and Adaptation)

研發新的或量身裁製現有的教材與教學策略,以適應學生的需求。

面相三:檢討實務(Examining Practice)

(1)行動研究(Action Research)

藉由參與教學研究計畫來審視教師的教學與學生的學習。

(2)個案討論(Case Discussions)

審視撰寫的扎記或教室事件的影帶,就其中疑問與議題加以討論。

(3)審視學生的工作與想法,並予評量(Examining Student Work and Thinking, and Scoring Assessments)

小心的審視學生的工作以瞭解他們的想法,以確認教學策略和教材的適當性。

面相四:協同合作(Collaborative Work)

(1)研究團體(Study Groups)

在小組認同的主題中參與常規的合作互動,安排機會去檢視新訊息,對教室實務進行反思並分析所得的資料。

(2)教練與師徒制(Coaching and Mentoring)

與其他教師一對一的工作,經由多樣的活動來改進教學和學習,包括教室觀察與回饋、問題解決以及共同規劃。

 

(3)與業界、學界建立夥伴關係(Partnerships with Mathematicians and Scientists in Business, Industry, and Universities)

參與實務科學家或數學家的工作,以提昇教師的內容知識、教學素材與靈活的運用。

(4)專業的網絡(Professional Networks)

建立人際網絡,經由電子媒介與其他教師探究有興趣的主題,進行分享目標以及表達一般的問題。

面相五:進行交流(Vehicles and Mechanisms)

 

(1)講習會、研究所、課程、討論會(Workshops, Institutes, Courses, and Seminars)

就所熱衷的主題,安排有組織的講習,包括數學與科學的學科內容,以及向更專業的其他人學習。

(2)專業發展所需的技術(Technology for Professional Development)

使用多樣化的技術幫助學習,諸如:電腦、電子化通訊、攝影、光碟等。

 

(3)培養專業的師資培育者(Developing Professional Developers)

建立教師教學知能所需的技能和深層的理解,從而創造學習經驗。

  Loucks-Horsley(1998)指出,上述十五項策略,有助於教師專業發展者便於設計與推動其研究計畫,雖然這些策略也包含了一些進修課程,但較之過往之在職進修課程更具延伸效果,在這些策略中做適當的選擇,將提供教師在不同的知識領域和技能,以及多樣的情境中成長的機會。   

  本子計畫藉長期培養教師信念以達其專業發展之目的,在架構上採行Loucks-Horsley(1998)所提出的參與探究(Immersion)、檢討實務(Examining Practice)與協同合作(Collaborative Work)三個面相。內容則包括:(1)參與探究與解決問題、(6)行動研究、(7)個案討論、(9)研究團體、(10)教練與師徒制等五項主要策略。並與子計畫一、二具相關性,研究過程及不同階段之結果可相互支援,一方面對於本子計畫之理論建構具有相當助益,另一方面則可彙整經驗與結果,提供總計畫整合,根據實際狀況配合其他理論的結合予以理論化,以提出適合大學與高職合作之教師專業發展策略或模式。

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