議題探索啟動跨域學習力
109年03月09日
【本報導由科學教育研究所 許瑛玿教授研究團隊提供】 現今科技與科學快速發展以及經濟全球化的浪潮下，衍生出一些跨領域的社會性科學議題（Socio-Scientific Issues, SSI），這些議題複雜度高，常造成學生學習上的困難。許瑛玿教授研究團隊研發多元鷹架嵌入的社會性科學議題的數位教材（例如：水庫興建、海岸變遷、綠建築、焚化廠的興建等），經由在中學進行教學來收集研究資料，深入探討影響學生學習社會性科學議題的因素，並進一步分析小組成員的互動如何影響學生對議題的理解、推論與決策等能力的發展。為能培養學生對社會性科學議題發展多元觀點和溝通的能力，本團隊實施SSI數位教材教學時皆以小組合作甚至跨校組隊方式來進行，透過話語分析和序列分析統計方法，剖析學生的小組溝通類型和其決策表現間的關聯性，來作為教師營造課室內小組合作學習環境的參考。本團隊所研發的SSI數位教材可有效促進學生發展證據導向的科學性論述和決策能力，故研究成果可以提供各級學校實施108年新課綱素養導向學習和議題式教學的參考。 現今科技與科學快速發展以及經濟全球化的浪潮下，衍生出一些無可避免的社會性科學議題(Socio-Scientific Issues, SSI)，舉例來說，基改食物安全性、氣候變遷對環境的衝擊、能源使用與永續發展等，這些社會性科學議題大都是跨領域的主題，通常所涉及的知識範圍大且包含複雜的變因，因而造成學生的學習困難。教師在教學時，若能以系統性框架來引導學生深入剖析社會性科學議題並進行證據導向推理，將有助於學生理解議題，進而發展出具科學性的論述。這樣的跨域學習經驗，不僅可以培育學生面對議題時所需的問題解決能力和公民素養，也呼應許多國家的教育政策和強調素養導向的教育改革目標 (例如：美國NGSS、台灣108年新課綱等)。 國內外 SSI 教育相關研究近年來蓬勃發展，值得一提的是歐盟執行的PARRISE (Promoting Attainment of Responsible Research & Innovation in Science Education) 計畫，提出「探究導向的社會性科學議題教學取向Socio-Scientific Inquiry-Based Learning (SSIBL)」，期能培養出具參與社會性科學議題論辯能力的公民。在此SSI教與學的研究趨勢下，許瑛玿教授研究團隊邀請中學教師參與SSI數位教材的設計，並協助中學教師精進SSI教學能力，因此，研究團隊以教學現場的教師和學生需求為考量，研發並推廣SSI數位教材。SSI數位教材實施後，邀集合作教師討論實施情形及提供SSI數位教材修改建議，經多次教學實驗重複「設計-施測-分析-修改設計」步驟後，精緻化SSI數位教材並歸納出設計準則，冀能有效地將理論落實於教學實務現場。 綜合文獻和教學實務，許瑛玿研究團隊提出SSI數位教材設計準則，包括：(1) 選擇SSI議題並呈現出此議題的兩難處；(2) 提供多元鷹架：文字提示鷹架和視覺化鷹架支持學生辨識議題、釐清想法，進而發展高層次思考能力(如: 證據導向推理、決策能力、批判思考能力等)。其中，視覺化鷹架(參閱圖一水庫興建、圖二海岸變遷)可讓學生依據自己的臆測或想法查詢、整理、運算科學資料做為測試想法的證據。配搭圖層的設計連結數個空間分布的數據，讓學生透過統整多種資料來建立不同資料或證據間的關連性，可有效降低學生的認知負荷而聚焦於高層次的推理和批判思考。故視覺化鷹架設計的主要目的在於讓學生經由探索科學數據資料和資訊來建構對情境的理解以及釐清問題的範圍。(3) 鼓勵不確定性的討論：引領學生找尋有用的資源來理解造成不確定性的原因並進行證據導向的推理，可協助學生理解社會性科學議題，並提出解決該議題及其衍生問題的可能方案。 圖一：水庫興建數位教材 圖二：海岸變遷數位教材 基於上述的設計準則，許瑛玿教授研究團隊已研發數個多元鷹架嵌入的SSI數位教材 (例如：水庫興建、海岸變遷、焚化廠的興建等)，並將SSI數位教材建置在CWISE課程管理平台(http://cwise.gise.ntnu.edu.tw/)，CWISE平台修改自美國加州大學柏克萊分校Dr. Marcia Linn研究團隊的WISE平台(https://wise.berkeley.edu/)，並經由雙方長期合作和互訪不斷強化CWISE課程平台的功能。更值得一提的是此平台可記錄學生學習歷程，做為優化教材和追蹤學習行為改變的參考。CWISE平台已經架設於國立台灣師範大學多年，提供科學教育學者和中學教師作為研發和客製化數位教材之用。 許瑛玿教授研究團隊進入中等學校實施教學實驗收集研究資料，檢視學生學習社會性科學議題(SSI)時的學習歷程及學習成效。為能促進學生發展出對SSI的多元觀點，教學實驗皆以小組合作甚至跨校組隊方式來進行，研究團隊利用系列分析統計技術來分析小組合作過程的對話和課程平台紀錄到的學生學習行為資料，嘗試了解小組成員互動如何影響學生對議題的理解、推論與決策。一系列的研究發現，SSI決策課程能有效提升學生的推理和決策能力。若學生能在小組學習過程中正確釐清任務需求並訂定較具體的目標與策略，則可展現出較高的推理和決策表現。本團隊致力於研發可促進學生跨域學習的SSI數位教材，並提出有效的分析技術作為探討小組溝通對問題解決和決策能力發展的影響。 許瑛玿研究團隊近年來多方拓展國際合作的觸角，正與美國北卡大學合作發展SSI教學的教師專業成長指標，也積極與澳洲 Deakin大學共同執行跨國合作計畫。期能從課程研發和教師專業成長多個研究面向，深入探討SSI教學如何有效地提升學生批判思考、問題解決等21世紀公民所需的能力。 已發表相關研究之期刊論文： Fang, S.-C., Hsu, Y. S., & Lin, S.-S. (2019). Conceptualizing Socioscientific Decision Making from a Review of Research in Science Education. International Journal of Science and Mathematics Education, 17(3), 427-448. Chang, H.-Y., Hsu, Y. S., Wu, H.-K., & Tsai, C.-C. (2018). Students’ development of socio-scientific reasoning in a mobile augmented reality learning environment. International Journal of Science Education, 40(12), 1410-1431. Hsu, Y. S., & Lin, S.-S. (2017). Prompting students to make socioscientific decisions: embedding metacognitive guidance in an e-Learning environment. International Journal of Science Education, 39(7), 964-979. Hsu, Y. S., Wang, C.-Y., & Zhang, W.-X. (2017). Supporting technology-enhanced inquiry through metacognitive and cognitive prompts: Sequential analysis of metacognitive actions in response to mixed prompts. Computers in Human Behavior, 12, 701-712. Chang, H.-Y., Hsu, Y. S., & Wu, H.-K. (2016). A comparison study of augmented reality versus interactive simulation technology to support student learning of a socioscientific issue. Interactive Learning Environments, 24(6), 1148-1161.