113 年 國立嘉義大學教育學系數理教育碩士班《科學教育概論》

本題主要在探討十二年國教自然科學領域中「學習表現」下的「探究能力」中的「思考智能」之「想像創造」概念，包含其內涵、促進方法及評量方式。

核心觀念：

1. 學習表現與探究能力： 理解十二年國教課綱中學習表現的架構，特別是探究能力的組成。
2. 思考智能： 認識思考智能中的「想像創造」子項。
3. 科學教學策略： 掌握如何在國小自然科學教學中培養學生的想像創造力，並進行評量。

解題說明：

(一) 「想像創造」的內涵 (5分)

「想像創造」是思考智能中的一個重要面向，其內涵可以從以下幾個角度理解：

• 生成新想法或概念： 學生能夠跳脫既有框架，提出新穎、獨特、非傳統的想法、概念或解決方案。這不只是單純的聯想，而是有目的地產生新的可能性。
• 連結與重組既有知識： 能夠將看似不相關的知識、經驗或事物進行連結，並加以重組，形成新的意義或應用。
• 情境化與預測： 能夠在特定情境下，運用想像力預測可能發生的結果，或設想不同的情境。
• 多元視角： 能夠從不同的角度、觀點來思考問題，不拘泥於單一的解釋。
• 具體化抽象概念： 能夠將抽象的科學概念，透過想像力轉化為具體的圖像、模型或情境。

綜合來說，「想像創造」指的是學生在面對科學問題或情境時，能夠運用心智能力，生成新穎、有價值的想法、連結既有知識、預測可能性，並從多元視角切入，以解決問題或深化理解的能力。

【答案】 「想像創造」內涵包含生成新想法、連結與重組知識、情境化預測、展現多元視角，以及具體化抽象概念等。

(二) 促進學生進行想像創造的教學任務與引導語句 (10分)

在國小自然科學領域，可以透過以下具體的學習任務和教師引導語句來促進學生的想像創造：

情境設定： 假設教學單元是「水的循環」。

學習任務一：發想「水」的奇幻旅程

• 任務內容： 請學生想像自己變成一滴水，從海洋出發，經歷蒸發、凝結、降雨、河流等過程，並在旅程中遇到各種有趣的事情。可以畫出來，也可以寫成故事。
• 教師引導語句：
  • 「如果妳/你是一滴小水滴，妳/你最想去哪裡旅行？會遇到什麼樣的朋友呢？」
  • 「除了課本上說的那些過程，妳/你覺得水還可以變成什麼樣子？或者，水在旅行的時候，會不會有什麼魔法發生？」
  • 「想像一下，如果妳/你變成一滴水，在雲裡的時候，會不會跟其他水滴們玩遊戲？或是，在河流裡，會不會跟魚兒們說話？」
  • 「妳/你覺得，一滴水在旅途中，還有哪些我們沒想到的可能性？」

學習任務二：設計「節水」的創意方法

• 任務內容： 學校的水龍頭常常滴水，浪費了很多水。請大家發揮創意，設計一個能讓大家更愛惜水、更有效利用水的方法或小工具，並畫出設計圖。
• 教師引導語句：
  • 「除了關緊水龍頭，妳/你覺得還有什麼更有趣、更厲害的方法可以省水嗎？」
  • 「如果我們要發明一個『省水小幫手』，它應該長什麼樣子？有什麼特別的功能？」
  • 「想像一下，如果家裡的水龍頭會自己說話，牠會提醒我們什麼？或者，我們可以怎麼跟水龍頭互動，讓它更『懂事』？」
  • 「有沒有可能把我們用過的水，再利用在別的地方？妳/你腦中有什麼奇妙的想法嗎？」

學習任務三：改造「水循環模型」

• 任務內容： 課本上介紹了水循環的簡易模型。請學生分組，利用回收的材料，設計並製作一個更酷、更能展現水循環奧秘的立體模型。
• 教師引導語句：
  • 「除了用塑膠袋和杯子，我們還能用哪些廢棄物，做出一個更像真的水循環模型？」

本題旨在探討十二年國教強調的科學探究、實作與跨領域整合，並聚焦於 STEM 教育。要求考生能設計一個國小自然科學的 STEM 活動，並說明其中各個學科領域的學習目標與評量方式。

核心觀念：

1. STEM 教育理念： 理解 STEM 教育強調的跨領域整合、問題解決導向、探究與實作。
2. 課程設計： 能夠將科學概念轉化為具體的 STEM 活動。
3. 學習目標與評量： 針對不同學科領域，設定合適的學習目標，並設計有效的評量方法。

解題說明：

(一) 設計國小自然科學領域的 STEM 活動 (13分)

概念主題： 浮力與沉體 (參考國小自然科學教科書常見單元)

活動名稱： 「造船大挑戰：讓重物漂浮起來！」

活動目標： 透過動手做，讓學生理解浮力原理，並運用工程思考，設計能承載重物的船隻。

活動流程：

1. 引導與問題提出 (科學認知)：

   • 教師展示一些不同材質和形狀的物體（例如：鐵塊、木塊、塑膠塊、空寶特瓶、實心寶特瓶），讓學生猜測哪些會浮，哪些會沉。
   • 提問：「為什麼有些東西會沉下去，有些卻能浮在水面上？有沒有辦法讓很重的東西（例如：鐵塊）也浮起來呢？」引導學生思考物體的密度、體積與浮力之間的關係。

2. 知識探究與原理學習 (科學探究)：

   • 教師簡要介紹浮力的概念（阿基米德原理的精神），說明物體在水中受到的向上推力與其排開水的重量有關。
   • 進行簡單的實驗：讓學生觀察相同重量但不同體積的物體（例如：同質地的黏土，搓成實心球與空心碗狀），比較其在水中是沉是浮。引導學生發現，物體的「平均密度」或「形狀」是關鍵。

3. 設計與工程思考 (科技與工程)：

   • 挑戰任務： 「請你們利用提供的材料（例如：保麗龍板、紙板、寶特瓶、膠帶、鋁箔紙、吸管等），設計並製作一艘小船，這艘船必須能夠承載指定重量的重物（例如：數個銅板或小鐵塊），並且成功在水盆中漂浮。」
   • 設計階段：
     • 教師引導學生進行腦力激盪，思考怎樣的船體結構最能產生足夠的浮力。例如：船的底部面積大小、船艙的容積、船的材質選擇等。
     • 鼓勵學生畫出設計草圖，標示出船的各個部分和預計使用的材料。
     • 提醒學生考慮船的穩定性，避免翻覆。

4. 製作與實作 (科技與工程)：

   • 學生分組進行船隻的製作，依據設計圖施工。
   • 教師在旁提供協助，但不直接給予答案，鼓勵學生嘗試不同的結構和組合。

5. 測試與評估 (工程評量與數學應用)：

   • 將製作好的船隻放入水盆中，逐步增加重物，測試其承載能力。
   • 記錄每艘船最多能承載多少重量。
   • 觀察船隻的穩定性、是否漏水等。
   • 若船隻失敗，引導學生思考失敗的原因，並進行修改（迭代設計）。

6. 反思與分享 (科學態度與溝通)：

   • 各組分享其設計概念、製作過程、遇到的困難及解決方法。
   • 討論哪種設計最成功，原因為何？
   • 連結回科學原理：為什麼他們設計的船能承載重物？（例如：較大的船體排開更多水，產生更大浮力；較輕的材質讓船的整體平均密度小於水）。

【答案】 以「浮力與沉體」為概念主題，設計「造船大挑戰」STEM 活動，包含引導、探究、設計、製作、測試與反思等環節。

(二) 各學科領域的學習目標與評量方式 (12分)

針對上述「造船大挑戰」STEM 活動，各學科領域的學習目標與評量方式如下：

1. 科學 (Science)

• 學習目標：
  • 學生能理解並解釋物體沉浮與浮力原理（阿基米德原理的精神）。
  • 學生能了解船的形狀（例如：碗狀、空腔）如何影響其平均密度，進而影響沉浮。
  • 學生能認識到科學知識是解決問題的基礎。
• 評量方式：
  • 形成性評量：

本題探討將科學家故事融入科學教學的應用，要求考生說明藉由科學家故事可以教授的科學內容，以及這些內容如何與「科學素養」的目標連結。

核心觀念：

1. 科學家傳記的教育價值： 理解科學家故事不僅是個人經歷，更是科學發展史、科學方法、科學精神的體現。
2. 科學教育目標： 掌握「科學素養」的核心內涵，包括科學知識、科學探究、科學態度、科學與社會的關係等。
3. 課程設計連結： 能夠將具體的科學家故事，轉化為有教育意義的科學內容，並與科學素養連結。

解題說明：

(一) 藉由科學家故事教授的科學相關內容 (15%)

選擇一位科學家，例如：瑪麗·居禮 (Marie Curie)，作為延伸教材。透過她的故事，可以教授以下與科學相關的內容：

1. 科學知識的學習與應用：

   • 放射性與放射性元素： 介紹居禮夫人及其丈夫皮耶·居禮發現的放射性元素（釒、鐳）的性質、發現過程，以及放射性的概念。
   • 原子結構與核物理的基礎： 她的研究為後續對原子結構和核反應的深入理解奠定了基礎。
   • 醫學應用： 介紹放射性在醫學診斷（X光）和治療（癌症治療）上的應用，以及她在第一次世界大戰時推動「流動X光機」（Petites Curies）的貢獻。

2. 科學探究的歷程與方法：

   • 嚴謹的實驗設計與操作： 描述她如何從大量的瀝青鈾礦石中，經過複雜且艱辛的化學分離程序，提煉出極微量的放射性物質。這展現了實驗的耐心、細緻與技術。
   • 觀察與數據分析： 強調她如何透過持續的觀察和精確的數據記錄，發現新的元素和現象。
   • 面對困難與挑戰： 描述她和皮耶在簡陋實驗室中，克服資金、設備、身體損害（輻射暴露）等困難，堅持研究的精神。
   • 科學合作與傳承： 雖然她的研究多為獨立或與丈夫合作，但她的研究成果也啟發了後來的科學家，並促進了科學社群的交流。

3. 科學精神與態度：

   • 對知識的熱情與好奇心： 驅使她不斷探索未知，即使面對危險也未曾卻步。
   • 毅力與堅持： 在極端艱苦的條件下，數年如一日地進行實驗，展現了驚人的毅力。
   • 誠實與客觀： 嚴謹地記錄實驗結果，不誇大、不偽造。
   • 無私奉獻與服務精神： 在戰爭時期，她將科學知識用於救助傷患，展現了科學家對社會的責任感。
   • 獨立思考與批判精神： 即使面對當時主流的觀念，她也堅持自己的研究方向。

4. 科學與社會的互動：

   • 科學發現對社會的影響： 放射性的發現如何改變了人們對物質世界的認知，並催生了新的技術和應用（醫學、能源）。
   • 科學家的社會責任： 討論科學研究的倫理問題，例如輻射的潛在危害，以及科學家如何平衡研究與社會責任。

本題旨在探討建構主義中的兩個重要分支：「個人建構」與「社會建構」，要求考生闡述其核心內容，並連結至自然科教學的實踐。

核心觀念：

1. 建構主義 (Constructivism)： 理解學習者主動建構知識的基本理念。
2. 個人建構主義 (Individual Constructivism)： 關注個體心智如何運作以建構知識。
3. 社會建構主義 (Social Constructivism)： 關注社會互動在知識建構中的角色。
4. 教學應用： 將理論應用於實際教學情境，特別是自然科學教學。

解題說明：

(一) 「個人建構」和「社會建構」強調的主要內容 (15%)

建構主義認為學習者並非被動接受知識，而是主動建構其對世界的理解。在此基礎上，個人建構主義和社會建構主義分別從不同角度闡述了知識建構的過程。

1. 個人建構主義 (Individual Constructivism)：

• 代表人物： 讓·皮亞傑 (Jean Piaget)
• 強調內容：
  • 個體的主動性： 強調學習者是知識建構的主體，透過與環境的互動（同化與調適）來建構個人意義。
  • 認知結構的發展： 學習者透過既有的認知結構（基模，schema），去理解新的經驗。當新經驗與既有結構不符時，會產生認知失調，進而透過調適（accommodation）來修正或建立新的基模，以達到平衡（equilibration）。
  • 經驗與內省： 知識的建構主要來自於個體直接的經驗、觀察、思考和內省。學習是個體內部認知歷程的結果。
  • 個人意義的建構： 每一個學習者都會根據自己的經驗、背景和認知結構，對同一資訊或情境產生獨特的理解和意義。
  • 階段性發展： 皮亞傑認為兒童的認知發展是經過一系列連續的、普遍的階段（如感覺動作期、前運思期、具體運思期、形式運思期），每個階段都有其特定的認知能力和思維方式。

2. 社會建構主義 (Social Constructivism)：

• 代表人物： 維果茨基 (Lev Vygotsky)
• 強調內容：
  • 社會互動的重要性： 強調學習是發生在社會情境中的，知識的建構離不開與他人的互動，例如與教師、同儕、家長或更有知識者（More Knowledgeable Other, MKO）的交流。
  • 語言與文化工具： 語言（包括口語、文字、符號系統）和文化工具（例如：計算工具、地圖、科學儀器）在知識建構中扮演核心角色。透過語言，個體能夠表達、溝通、協商意義，並內化社會的知識和思維模式。
  • 最近發展區 (Zone of Proximal Development, ZPD)： 指個體獨立解決問題的能力與在更有知識者引導下能達到的潛在發展水平之間的區域。學習發生在 ZPD 內，透過鷹架 (scaffolding) 提供的支持，學習者可以掌握更複雜的知識和技能。
  • 協同建構意義： 知識並非完全由個體獨立建構，而是透過社會協商、討論、合作來共同建構和協商意義。
  • 文化與歷史的影響： 個體的認知發展和知識建構深受其所處的文化和歷史背景影響。