科學師資培育的理論觀點

亞太科學教育論壇, 第十一期, 第一冊, 中文前言(二零一零年六月)
郭重吉
科學師資培育的理論觀點

當代科教學者對科學教育的理論觀點

近數十年來，科學教育的實務、研究和理論，深受科學史、科學哲學、認知心理學、教育社會學、質的研究法、心理計量理論與技術以及網路資訊科技的發展，而有長足的進展。Bransford, Brown,與Cocking編著的How People Learn (National Research Council, 2000)這本專書中指出，有關學習的最新科學研究的特徵之一，是強調經由理解而進行學習 (learning with understanding)，也就是將焦點放在認知的過程。他們強調可以將人視為目標導向的行為者(goal-directed agents)，自己會主動追求資訊。學生進入正式教育體系時，本身已經具備一些先前的知識、技能、信念和概念，學生注意環境的哪些方面，如何組織和解讀這些資訊，都深受其影響。這也就影響他們記憶、推理、解決問題和求取新知的能力(NRC, 2000)。該書也提及，近代學習理論的一項基本宗旨是，不同的學習目標，需要不同的教學方法來配合；至於新的教育目標，則需要在學習機會上有所改變。設計學習環境，則與在學習、轉化和能力表現的過程中特別重要的一些議題有關。而這些過程則深受學習環境是否以學生導向、知識導向、評量導向和社群導向的程度影響(National Research Council , 2000)。

以學習者為中心的環境：強調有效的教學是從學習者對學習情境所帶來的原有知識開始，這包括文化實踐和信念，以及對於教材內容的知識。

以知識為中心的環境：注重的是思考和解決問題能力需要容易提取和加以適當運用的知識。

支持學習的評量：強調形成性的評量，提供機會讓學生修正和改進他們思考和理解的品質，以及評量必須和學習目標相互呼應。

以社群為中心的環境：強調學生在家、社區活動中心、和課外的俱樂部的活動，都可對學生的學術成就產生重要的影響。

以 “How People Learn” (National Research Council, 2000)這本書為基礎，針對自然科學的教與學，在National Research Council (2005)特別指出下列三個原則：

1. 學生對於自然界究竟是如何運作有一些原先就有的體認、看法和構想，而他們是帶著這些來到教室的。教師在進行教學時，如果未能使用學生原先就知道的，則學生可能無法掌握教師所教的新概念和資訊，或是，學生可能為考試而學習，一旦在教室以外的情境時，則又回到他們原有的想法。

2. 學生探究能力的培養有賴：

(1) 對於基本事實知識的充分了解。
(2) 對於事實和想法的理解，是在一個概念架構的脈絡中進行。
(3) 以有利於擷取和應用的方式，來組織知識。

3. 採用強調後設認知的教學方式，有助於幫助學生經由設定自己的學習目標而學會如何控制自己的學習，並監測自己在達成目標上的進展。

針對中小學科學教育的目標，National Research Council (2007)在Taking Science to School: Learning and Teaching Science in Grades K-8的專書，指出以往的研究經常把精熟科學的知能和表現(Proficiency in Science)視為由彼此獨立的知識和能力組成，但其實理解科學是多方面的。當今的研究顯示，對某方面科學知能的獲得，是與在其它方面的知能密切相關(例如，一個人在熟悉的領域會有較好的推理能力)。因此，該書中強調當前中小學比較寬廣的科學學習目標，應包括下述彼此纏繞在一起的精熟科學的四股知能和表現：

知道、使用與詮釋對自然界的科學的解釋；

提出並且評鑑科學的證據和解釋；

理解科學知識的本質和發展；

積極而有成效的參與科學實務(scientific practices，或譯為科學實踐)和對話方面的活動。

在National Research Council (2007)的書中強調對幼稚園到八年級學生的科學教育，應該建立在由過去30年在認知和發展心理學以及科學教育方面的研究，對孩童如何學習科學所提供的新洞察力和新的體認之上。基於這些對學習的洞察力，我們需要在科學教育的標準、課程、教學和評量方面做一些改變，讓他們是環繞著精熟科學的四股知能和表現組織而成，並且用逐漸增長的方式，讓學生跨越幼稚園到八年級建立起科學核心概念或想法。有關標準、課程、評量、教學和教師專業發展的構想、設計和實施，應該被當作為一個彼此符合、相互一致的系統來進行。

針對中小學學生科學認知與學習的評量的發展趨勢，近年來亦有許多專書分別從評量的角色與功能、評量的目的與類型、評量的原理和科學學習評量的研究等方面加以探討。從系統化的教育改革的角度而言，在國家科學教育標準(National Research Council, 1996)描述的願景中，指出評量是在科學教育系統上面的一個主要回饋機制。例如，對學生而言，評量的數據可提供關於他們達成教師和父母預期的回饋；對教師提供關於學生學習情形的回饋；對整個學區提供教師和學程的有效性的回饋，而對決策者則提供政策運作情形的回饋。回饋將刺激在政策上的變化並導致在科學教育系統的改變，引導教師專業發展，並且鼓勵學生改進他們對科學的理解。National Research Council (2006)在Systems for State Science Assessment一書中報導，他們組成了一個科學學習成就測驗設計委員會，邀集許多知名專家學者一起研究，強調以系統的取向來進行有關評量方面的設計、發展與實施。圖1所示為科學教育系統的示意圖(National Research Council, 2006)。

圖 1：科學教育系統示意圖 (譯自National Research Council, 2006)

綜合上述文獻，晚近科學教育學者和學術團體，對於科學師資培育的目標，可以歸納為：科學師資機構應提供教師發展知識、技能與教學方略(teaching approaches)的機會，使其能夠為學生創造更佳的學習機會。這方面的重點包括：提供教師深入了解數理概念和教學法的學習機會；加強教師的學科教學知識(PCK)─了解學生的學習歷程和困難，並且具有能夠在教材和教法上面加以因應的知識；以及增進教師在選取教材內容、設計與實施課程、營造教室學習氛圍方面的能力。