科學史融入自然與生活科技教學的應用

江蘇省南通師範學校的陳健教授曾發表一篇文章，他認為學生和科學家所從事的活動和思維過程有許多相似之處，因而從事科學教育的教師必須了解科學史，在教學過程中滲透科學史，才能使學生認識探究過程的曲折和樂趣，學會科學的方法。拉塞福（F.J.Rutherford）曾於1964年指出：教師應當具備較高的科學史和科學哲學素養，否則不能認為他能勝任探究科學的教學。他並對科學史及科學教育的關係做了一些重要的註解：

1. 科學史中內蘊豐富的精神資源

1. 科學史本身就是一部創新史。

2. 科學教育中應著力引導學生標新立異、敢持己見，培養思維的多向性和批判性。

3. 培養學生善於合作的意識，溝通的能力，及尊重他人的成果。

4. 了解科學家通過重複他人的實驗來驗證其結果，因此對問題、步驟、證據、提出的解釋，及對其他解釋的評價進行明確清晰的描述，除使自己的研究經得起質疑外，也為其他科學家用這些解釋來研究新問題提供機會。

5. 科學探究學習中通過成果交流，使學生在科學方法上得到充分的鍛鍊。

2. 科學教育要滲透歷史的觀點

1. 科學家的成果要放在特定的歷史背景下評說。

2. 歷史的發展有承接，科學發展也一樣。

3. 滲透歷史觀使學生以史為鏡，更好地認識科學事業的前景。如歷史上許多重大的科學發現、科學成果剛出現時，總是遭到誤解、反對。

除陳健教授之外，中外的許多研究都證實在學習科學史的歷程中，不管老師或者學生，都很容易得到共鳴，因為在學習中會發現：原來我們對自然界或其他概念建立的過程，其實跟歷史上的科學家如此神似。而身為一位教師，在回頭審視教與學的歷程時，也對學生何以會有執著的想法有了理解，那就是：概念並不來自於告知或傳述後的理解，而是心中原就有的認知；如何在科學史教學中讓學生體悟到正確的概念，甚或揚棄錯誤的想法，是進行科學課程中要掌握的原則。

然而科學史的學習，不論在教學活動上或及教材呈現上，甚至評量活動中，教師本身就要對科學具有專業，明白科學概念的關鍵點何在，才知道如何引導學生進行探究。

科學史融入教學之探討

身為教學第一線的小學教師觀點來看，科學史融入教學時，短篇幅的故事內容及師生互動的討論方式，很適合國小階段的學習。過去，教師們在選擇教學策略時，多從教學者的眼光出發，往往忽略學生究竟以何種觀點來看待教師的教學，甚至也較少去探討學生如何建構自己的想法，因此透過有效的師生互動，教師們還可以適時調整、修正教學策略，以獲致有效的教學成果。當然，在進行科學史融入教學時，也應注意安排學生回饋的機制，這個回饋的機制最好能在一個安全的環境下，讓學生適時的、完整的表達自己的想法。教學活動之後的學習日誌、繪圖創作，其實都是不錯的方式。

依多元智慧的理論，學生的學習類型並不相同，有的要透過視覺學習，有的擅長聽覺學習，有的必須藉由操作來學習，因此教學採用多元方式，才能符合不同類型的學生學習，這一點和Solomon的觀點一致。基於上述的理念，筆者以國小五年級自然與生活科技課程之教材內容為依據，編寫適合五年級學童學習的科學小故事，然後將故事內容、素材編製成powerpoint簡報型式呈現，透過師生互動討論的模式，實際融入自然與生活科技課程的教學之中，並指導學生在科學故事教學後，以寫作或繪畫的方式重述故事及對故事的想法，讓筆者有機會能透過學生的觀點改進本身的的教學策略。

我的科學故事設計

1. 蒐集科學故事材料

在此準備階段，首先從五年級自然與生活科技課程上、下學期八個教學單元，合計三十五個教學活動中，分析各單元活動的目標及主要之科學概念，進行各單元相關科學故事的資料蒐集，最後篩選出適合五年級學童的故事主題。

三、科學故事內容選擇標準

根據Solbes和Traver（2003）科學史內容選擇的八項標準，筆者列出科學故事選擇標準如下：

（一）能配合教學單元的相關概念與內容。

（二）能提供重要的問題給教師設計教學情境（如起始問題、一系列假設、解決問題），讓學生重建科學知識。

（三）能展現重要科學概念的發展過程（如日心說到哥白尼的地心說；光的微粒說到波動說），讓學生了解科學家研究的動機與目的、不同科學家的想法（即相互競爭的理論）、促成概念轉變的重大危機、科學家的研究方法、創意與想像力、遭遇的困難等。

（四）能展現科學知識的特性（如假設性、耐久性、暫时性、侷限性）。

（五）能讓學生了解科學研究通常是以團隊及接力的方式進行，所以是由許多人（男性與女性、世界各國）共同努力的結果，不是少數天才、且大多是男性科學家而已。過程中不同的科學家或團隊常會有不同甚至相反的想法，但最後的想法應是收歛與一致的。

（六）對於女性及世界各國科學家(即使沒有深厚科學基礎的)對科學的貢獻能提供適當的評價，同時說明各國科學家在研究時可能遭遇的阻礙。(即從多元文化的觀點來教科學)

（七）有助於說明未來人類可能面對的問題(如人口成長、污染‧自然資料耗竭、武器製備、貧窮、飢荒、疾病等)，及科學在解決這些問題上扮演的角色。

（八）能提供例子說明科學家與技術家的社會責任。如愛因斯坦等在冷戰時期對於號無節制與不理性的濫用科學因而危害世界和平提出警告。(如：目前科學家的研究也顯示放射性物質的危險性、尼古丁及許多物質可能致癌、CFC破壞臭氧層、CO₂增加溫室效應等，而如何解決上述的問題仍需仰賴許多科學家的研究結果)。

（九）有助於說明科學的價值觀對於人類未來發展之貢獻(如優生學、種族歧視

等)，傳遞我們的世界是奠基於理性與批判的概念(如對於偽科學—占星學、UFO的信仰等的批判)及我們只有一個地球的概念。

（十）能體現科學、科技與社會的互動與關聯（STS）。

四、編寫科學故事

在資料蒐集完成後，為使故事教學在不影響課程之下，同時能達到科學本質

目標，因此經過一番篩選，擬訂了各單元教學的故事主題：

五上

第一單元：太陽與四季---觀影知天地（一行的太陽觀測與日蝕預測）

第二單元：植物的繁植---代代相傳的生命（孟德爾的遺傳規律）

植物的基因改造

第三單元：戴眼鏡為什麼可以矯正視力---光的本質（持續300年的波動說

和微粒說爭議）

美麗新視界（雷射光與視力矯正）

第四單元：山河大地---土石滾滾流

五下

第一單元：我們來看星星---伽利略與天文望遠鏡

發現新行星

第二單元：酸與鹼---變色的花（波義耳的酸鹼指示劑）

侯德榜製鹼

第三單元：動物的生活---物種源始（達爾文的演化論）

複製鼠風雲（伊耳曼西的故事）

猿類和人類的界限何在？

第四單元：巧妙的施力工具---電梯

五、故事教學的方式

筆者參考Wandersee1995年所提出的「互動式歷史小品文」的互動理念模式，發展將科學故事融入自然與生活科技課程之教學方式。在進行故事教學時，以多媒體素材配合相關圖片展示來陳述科學故事，故事進行中以中斷提問型態，引導學生討論故事背後所隱含之科學本質觀點，並在故事教學完畢後，指導學生透過文字寫作、海報設計、繪畫或卡通等藝術創作形式，重述科學故事始末或片段，並鼓勵學生利用圖文並茂的方式陳述自己對故事內容的看法或感受。

六、科學故事的教學計劃

本教學是採故事融入原有課程的方式進行，所以必須選擇適合融入的單元活動做為進行故事教學的時機。以「美麗新視界」的故事為例，即配合五上第三單元第五個教學活動--「視力保健」進行，由於視力保健的教學目標之一為「以聚焦觀點來體認眼鏡配戴位置須正確」，因此本故事就以調整眼睛對焦的科技～雷射光的發展史為故事主題，進行教學活動。亦即希望在故事教學之中，也能協助達成原課程之教學目標。也就是說，故事教學的活動均能在自然與生活科技課程內完成，並不須要外加節數，亦不會影響原有課程之教學內容及進度。

科學故事教學之後

我一直認為互動是教學的基本要領，透過互動與討論，老師才有機會釐清學生所學的是否即是老師所教的，在編寫故事的歷程中，筆者本身也受益頗豐，當面對一堆故事材料時，有時實在很難取捨，特別是同一個故事主題，卻有不同的故事發展，在教學之後，看到學生琳瑯滿目的心得和想法，一一呈現在學習日誌中，我看到學生知識的成長，也看到他們越來越懂得如何發表自己的想法，透過語言，透過文字，也透過圖像，給予我極大的回饋。

從科學史中尋求材料，完成短篇的科學故事，繼之安排在單元教學活動中，實施以來，不論從教學現場實地觀察或從學生的學習日誌分享中，都發現到學生確實對不同型式的學習方式，產生了興趣，除了興趣之外，他們對科學知識的背景也大為增長，從以前覺得自然科學只在做實驗時好玩之外，轉為認同科學能引人入勝，其實以我本身的觀點來看，也許不必貪求太多，如果故事的教學能夠吸引學生學習課堂知識，對於是否能達成艱澀的科學本質、科學素養，又有什麼關係？

參考文獻

1. 中文部份

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翁秀玉、段曉林（民86）：科學史對國小六年級學生理解科學本質之成效。科學教育研究與發展，8，頁28-41。

陳淑媛、洪振方（民86）：融入科學史之教學對學生了解科學本質之影響。科學與教育學報，第2期，頁121-150。

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劉錫忠（民91）提昇國中生對科學本質理解之行動研究。國立彰化師範大學科學教育研究所碩士論文（未出版）。

顏玉萍（民93）：科學史融入國小自然科教學之行動研究—以『看星星』為例。國立臺中師範學院自然科學教育研究所碩士論文（未出版）。

2. 英文部份

Matthews, M. R.（1989）. A role history and philosophy in science teaching. Interchange, 20（2）, 3-15

Solbes, J., .Traver, M.（2003）. Against a negative image of science：History of science and the theaching of physics and chemistry. Science&Education, 12, 703-717.

Solomon, J., Duveen, I., Scot, L., & McCarthy, S.（1992）. Teaching about the nature of science through history：Action research in the classroom. Journal of Research in Science Teaching, 29（4）, 409-421.

Solomon, J., Duveen, I., Scott, L.（1994）. Pupils’ images of scientific epistemology. International Journal of Science Education, 1（3）, 361-373.

附錄 故事教學活動示例一

伽利略與望遠鏡教學活動設計

海報大作戰

小朋友，聽完了伽利略與望遠鏡的故事，你知道日月星辰的運行是怎麼一回事嗎？伽略利的想法和當時的人們並不一樣，假設你們是伽利略的好朋友，想幫他做海報宣傳並支持他的說法：月亮表面並非光滑平坦，星體們也不是繞著地球運行的，請大家分工合作，完成後把海報張貼起來吧！

範例圖示：

附錄故事

伽利略與天文望遠鏡 配合五下第一單元

【西元1564--1642】

能力指標：

3-3-0-1能由科學性的探究活動，瞭解科學知識是經過考驗的。

3-3-0-4察覺在「以新觀點看舊資料」或「以新資料檢視舊理論」時，常可發現出新問題。

能力指標分析：

一、地心說可以解釋日月星辰東昇西落的現象。（實用的考驗）

二、日月星辰的運轉是固定的自然現象，人們卻有不同的解釋，此時天文望遠鏡的的觀測找出新資料（月球的凹凸、木星的衛星、銀河的組成、太陽的黑子與斑點等）可以發現舊理論（地心說）的問題，並提供解決的線索。

三、透過日心說最終取代地心說的討論，可了解及顯示科學知識是經過考驗的。

故事內容：

在十七世紀以前，人們對於天象的觀察只能用肉眼去看，不像現代有天文望遠鏡以及太空船升空來協助觀察。眼見太陽、月亮以及眾多星辰東昇西落，大多數人都抱持著天上星體是繞著地球運轉的觀念，這也就是自西元前一世紀流傳下來的托勒密的地心說。對於1542年哥白尼提出的星辰是繞著太陽轉動的日心說，相信的人是少之又少，而且是嚴重觸犯教廷的事。

伽利略是義大利的科學家，對於研究物理學和天文學有相當高的興趣。西元1609年，伽利略聽說荷蘭眼鏡商因為工作坊裡的幾個童工將兩個透境疊起來看窗外的景物，發現景物變近了，因此發明了望遠鏡。平常就愛觀測星相又愛動手製作儀器的伽利略，想到這樣的好東西可以讓天上的小星星更容易看清楚，馬上自己動手磨鏡片，製作了第一部的天文望遠鏡。並且逐步改良，從原本放大3倍，到後來可以放大到33倍。他用望遠鏡來觀測夜空，發現了月球表面是有山有谷、凹凸不平的，木星有四顆衛星繞著它運轉，銀河實際上是由很多星星組成的…，用來觀測太陽，發現太陽黑子、太陽的大斑點以及太陽也有自轉的現象。

討論一：你認為「地心說」為什麼會被接受？

因為伽利略的發現違背了當時「聖經」以及傳統的亞里斯多德、托勒密地心說等思想。當時有很多學者也不肯相信他的觀測結果，帕多瓦大學的教授們拒絕去看伽利略的望遠鏡，他在比薩大學的同事甚至說伽利略是「用巫術將新的天象給咒下來的」，還有人說是因為玻璃片產生的幻影，因為把玻璃片取下來，就看不見月亮的凹凸和太陽的斑點。伽利略的發現雖然在義大利本國無法被接受，但是在歐洲卻也造成了相當的轟動，有許多科學家也是贊成伽利略的想法的。伽利略將他對天象的觀察寫成了「星際使者」和「太陽黑子的書信」兩本書，並在書中宣稱他看到了行星繞著太陽運行，打破「地心說」主張的「地球是宇宙的中心」觀點，有力的推動了哥白尼的日心說。

討論二：日月星辰的運轉是固定的自然現象，如同「日心說」和「地心說」的情形一樣，你會接受哪一派的說法？為什麼？

在這種狀況下，天文望遠鏡能夠提供什麼幫助？

西元1616年羅馬教廷感受到「日心說」的威脅，把哥白尼的【天體運行論】列為禁書。

伽利略後來把他的想法寫成了一本書【關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話】，這本書表面上是用中立的態度讓兩種理論互相辯論，實際上提供了機會為哥白尼體系辯護，這本書1632年出版了六個月就被羅馬教廷禁止了。西元1633年羅馬教廷命令伽利略簽寫「悔過書」聲明放棄哥白尼的學說，並判處他終生軟禁---在他佛羅倫斯的家中。一直到1983年，羅馬教廷才承認錯誤，宣布為伽利略平反，這已經是350年後的事了。

討論三：「日心說」提出後經過了三、四百年才被完全的接受，你認為最大的原因是什麼呢？

科學知識是如何被承認或接受的呢？

現在大家都知道地球並不是宇宙的中心，太陽也只是太陽系九大行星的中心，從地心說到日心說，以至於更新的學說…，你是否期待更新的發現呢？

資料來源:

1. 科學的故事~解開千年來偉大科學的面貌，張光熙、宋加麗著，好讀出版社。

2. 開創大師人物傳~天文大師—伽利略，故鄉出版社。

3. http://w3.estmtc.tp.edu.tw/kid0405/space/參考資料/天文-伽利略

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