科学教师教学专业知能与专业成长

1、科學教師教學專業知能與專業成長王國華國立彰化師範大學科學教育研究所教授教師的定位應是一種專業人，有能力來推動國家教育%1. 配合教育改革，教師需要提升專業進入二十一世紀，世界各國為了保持在世界上的競爭力，都提岀教育改革以提升其人力 素質的規劃。我國近年來也進行很大規模的教育改革，自民國九十一學年度起，正式實施九 年一貫課程。由於九年一貫課程係以課程綱要取代課程標準，降低對課程實施的規範 與限制，以落實課程鬆綁之教育改革目的，讓教師在規劃課程上有更大的自主空間。也由於 老師的自主空間增加了，所以面對的教學問題也增加了，例如需要比以前花更多時間和心力 去設計和發展適合學生的教材、教學、和評量等等。

2、因此，在面臨這樣的改變時，教師就必 須不斷地學習，充實專業，才能配合政府政策推動改革，也就是教師要認清自己的角色及使 命，以一個專業人的身分來關心社會、推動教育改革、和監督政府的教育政策。什麼是教師的專業知能？很多學者提出不同的看法，不過大多在教師的知識體系、專業 技能、和態度與信念上，例如shulman ( 1987 )和多位追隨者將教師專業內涵的焦點放在教 師的必備知識上，而tamir ( 1990 )則特別將知識與技能分開，強調教師要有教學專業技能，雖然後來許多學者又將知識與技能合起來統稱為知能。kennedy和barnes 應具備基本的知識與能力之外，還應有反省與問題解決的能力，才足以

3、勝任教育的工作。本 文所謂的教師專業知能則以shulman的理念為基礎，並涵蓋教師的專業技能和態度信念，而 且著重於教學專業知能。(1994 )則強調教師價值的重要性，parkay與stanford ( 2000 )則認為一位專業教師除了%1. 教師教學專業知能的內涵那麼要配合政府政策，兼顧自己教學的自主空間，達到教育的理想，老師需要具備什麼 專業呢？雖然目前對於老師所應具備的專業，還沒有一致的意見，不過，已經有一些學者提 出教師要實施有效教學應該要有的知識和能力的看法，其中最具影響力的看法，就是舒曼(shulman, 1986,1987)提岀的下列七項教師需具備的知識：()學科內容知識(co

4、ntent knowledge):即學科領域中的概念及架構。(%1) 一般教學知識(general pedagogical knowledge):包括班級經營與組織之原 則及策略。(%1) 課程知識(curriculum knowledge):即對教材與課程的理解。(%1) 學科教學知識(pedagogical content knowledge):融合學科內容與教學方法 的知識，是教師自我專業理解的特殊型式。(%1) 學習者特性的知識(knowledge of learner and their characteristics):對學生已 有的知識與概念的理解。(%1) 教育情境知識(kno

5、wledge of educational contexts):對如何將社區和文化融 合在小組或班級的活動中，以及在校園的管理與資源裡的理解。(七)教育的目標、目的、價值及教育哲學與歷史的知識(knowledge of educationalends, goals, purposes, values, philosophy, and hi story) o後來舒曼和其追隨者對這7種知識又有一些深入的探討，其中又以學科教學知識 (pedagogical content knowledge ,簡稱pck)更受到注意。pck是一位教師實施有效教學的知 識，教師須考慮教學目標，然後依據學生的不同能力和

6、興趣，選取學生最容易了解的類比、 等等，讓學生了解所要學的概念內容。另外，舒曼認為pck是以學科知識為基礎所衍生出之 知識，是有別於純粹的學科知識和一般的教學的知識，因此，後來很多學者都跟隨舒曼的看 法，去探討pck是如何衍生出來的。根據學者們的看法，基本上，大家都同意pck是一種 融合的知識，在教學當中使用。至於是哪些知識的融合？大家的看法多少有些差異，不過大 致是由教師的學科內容知識、一般教學知識、課程知識、學習者特性知識、教育情境知識、 和教育目標知識中的其中幾項所融合形成的。其中grossman (1990)的看法較為簡潔，認為形說明、示範、模型、實物、模擬、問答引導、或問題討論pck

7、 是學科教材知識(subject matter knowledge,簡稱 smk)、教學知識(pedagogy knowledge, 簡稱pk)、和教育情境知(context knowledge)所共同融合轉型而成的(引自magnusson,krajcik, &borko, 1999)。學科教材知識是指老師對所敎學科內容的理解，還可以再細分為對學科實質性知識(substantive knowledge)和學科章法性知識(syntactic)的理解，所謂學科實質性 知識就是指某一特定學科中所含的概念、原則、定律、和模式等等，例如生物學內的細胞、 染色體概念和遺傳法則等等；所謂學科章法性知

8、識是指某一特殊學科領域中科學家所持的共 同一致觀點、規範、派典、和建立新知識的方法，以生物學為例，生物學家都同意以達爾文 演化論、近代遺傳學與分子生物學的方法來解釋生命現象，和建立新的生物學知識，生物老 師就要有這樣的理解。另外，所謂的教學知識是指教師對教室管理、教學原理、學習和學習 者、和教育目標等等的理解。教育情境知識是指教師需要對學生、學校、地方、和國家等等 的人事時地物等情況有所了解，才能善用社會資源、調整自己教學，完成自己所應負的責任 和義務。而在科學教學上 magnusson, krajcik,和 borko(1999)將 grossman( 1990)的 pck 界定擴了解學生對

9、科學的理解之知識展為五種成分，包括科學教學取向、科學課程的知識和信念、 和信念、科學教學評量的知識和信念、和科學教學策略的知識和信念。magnusson等人對於pck的五種成分的詮釋如後科學教學取向指的是老師對教某特定年級的特定科學內容教學目標的理解，而引導他所 做的教學決定。例如，在敎國中生物的光合作用單元時，老師要用何種導向的方法來教學， 取決於老師對這個單元教學目標的理解。科學老師的教學取向範圍很廣，可以從以傳輸學科 內容為導向的教學，注重科學過程的教學，到最近科學教育強調的探究導向的教學。所謂教師的科學課程的知識有兩種，其一指的是老師對國家或縣市對特定科學課程所制 定的課程和教導方法的

10、規定之理解。以我國為例，主要是以教育部所頒定的課程綱要(過去 為課程標準),老師是必須理解的。其二指的為老師對特定的國內外科學課程之理解，例如過 去美國曾經發展的 bscs(biological science curriculum study),最近的 project 2061 , ss&c(scope, sequence, & coordination),以及我國九年一貫課程，老師對這些課程的目標和 教材都應該有所理解的。magnusson等人所謂pck的第三種成分，是指教師了解學生對科學的理解之知識，也包 括兩種類別，第一是老師必須了解學習某一特定單元的必備認知能力和技能

11、，面對不同能力 和知識背景的學生，知道用什麼方法幫助他們。例如學生在學習遺傳單元，缺少細胞分裂的 概念，對遺傳分離法則會感覺困難，老師必須先在細胞分裂及染色體的基本概念上給與學生 適當的基本背景知識，以協助他們理解。第二，老師必須知道學生學習的困難，通常太抽象 和學生生活脫節的概念，學生無法有效思考解題，以及學生先備知識中存在的迷思概念，都 是可能造成學生學習困難的原因。能夠知道有效的教學策略，如概念改變教學策略，來幫助 學生克服困難。簡言之，老師對學生學習科學的了解，是老師所應該具備的知識。pck的第四種成分為教學評量的知識，是指老師能夠使用適當的評量方法，了解學生學 習的過程和結果，以便作

12、為教學改進的參考。目前科學學習結果的評量，大部分都以評量學 生的科學素養為主，包括評量學生對科學概念的理解，評量學生對科學本質的理解，評量學 生的科學探究能力，以及學生的科學推理能力等等。老師要評量學生的這些理解，必須熟悉 各種不同的評量方法，並能透過這些方法，收集學生學習的訊息，以及分析評量的結果，以 便了解自己教學的效益，並反省改進自己的教學。簡言之，老師所應該具備的評量知識包括 對教學目標的認識、多種評量的方法、評量的實施、評量的分析和解釋、以及藉由評量結果 反省教學等等的知識。最後，pck的第五種成分是指老師的科學教學策略知識，magnusson等人認為而且認為其中以科學教學策略的知識

13、較容易在教學中展現。大致上分成學科教學策略和特定主題的教 學策略兩種。學科教學策略是指在科學教學時，能夠突顯科學這個領域本質的教學模式，它 們由三或四階段的教學序列組成。在科學教育領域，最為人所熟知的特定學科教學策略(specific teaching strategy)是學習環(learning cycle)，是由探索 exploration -術語引介 term introduction 概念應用concept applicationj三階段教學策略組成。學習環已被應用於發現和 探索導向的教學，而且也用於概念改變導向的教學。近來發展出更多策略,(例如生成學習模型、概念改變策略、引導探究)，

14、增加階段性的設計以支持概念改變。另外，特定主題的教學策略(topic-specific teaching strategy)包括表徵和活,此類pck意指為了促進學生學習，教師表徵特定內容或原則之方法的知識，也包括一位教師創造表徵的能力去幫助學生發展特定 概念或關係之理解。通常教師都能以圖示、例子、模型或類比來表徵，一位有效的教師必須 判斷在特定教學情境下，何時使用表徵？用哪一種表徵？會有助於支持和延伸學生的理解； 而知道或創造科學概念的表徵以幫助學生的理解，必須仰賴與此概念相關之學科內容知識。但是，即使具有豐富的學科內容知識，並不保證能夠轉變為有助於學生理解標的概念之表徵, 或教師將熟練去決定

15、教學法何時使用於特定的表徵最好。特定主題活動(topic-specific activities)指關於可以協助學生理解特定概念與關聯性的活 動的知識。例如：問題、示範、模擬、調查或實驗。亦即關於特定概念或關聯性之活動表徵、 信號或被澄清之重要訊息，例如用以協助中學生了解溫度與熱量區別的活動。研究指岀，資 深的教師比新手教師擁有更佳之特定主題活動知識。有經驗的教師在教授特定化學概念時， 示範方式更為多樣化；比較容易發現錯誤和容易產生誤導的陳述；較能認知到示範活動的複 雜性，並以較簡單的方式呈現，以增加學生的理解。然而，具有經驗並不保證教師能夠了解 概念學習上強而有力的活動。由以上的說明，可以知

16、道pck的所有組成部分都扮演pck整體結構的一部分功能。若 各部分缺乏連貫性，將使pck發展與運用發生問題。増加單一成分的知識無法影響整體教學 實務，各成分之間以高度複雜的方式互動，了解特定部份無法作為整體教學的預測o 了解pck 的重要組成和各組成之間如何互動以影響教學，二者同等重要。舒曼和其學生們所提倡的pck觀念，近來也逐漸受到科學教育學者的重視，美國科學教學研究學會(national association for research in science teaching,簡寫為 narst)專文research matters - to the science teacher(coc

17、hran, 1997)x美國國家研究審議委員會(nationalresearch council,簡寫為 nrc)提出的國家科學標準(national science education standards,nrc, 1996)和美國國家科學促進會(american association for the advancement of science,簡寫為 aaas)提出的科學素養里程碑(the benchmarks for science literacy, aaas, 1993)都極力 倡導pck在科學教學上的重要性。教師有什麼樣的知識，應該就會展現岀什麼樣的能力。能實施有效教學的教師，

18、大多具有專精和統整的知識，並且知道在特殊情形或條件下，如何做好教學設計和學習引導，讓不同程度的學生發展和理解科學知識科學事務。反之，一位教師若只有片段的知識，也缺乏左 當的教學思考和決策，那麼其教學往往容易失敗的。三、教師專業知能的成長那麼老師要如何才能獲得以上所說的這些專業呢？獲得專業就是一種成長的過程，學者 稱為專業成長過程。由於研究角度或觀點的不同，學者們所提岀的專業成長內涵亦有差異。 kagan ( 1992 )對專業成長的定義是，教師隨著時間的流逝，在其教學的行為、知識、心像、 信念以及看法上的改變。另外，kagan也指出專業成長至少包含五個成分的改變：後設認知 的增加、學生知識的增

19、加、注意力的轉移、標準程序的發展、問題解決技巧的成長。陳美玉 (1999 )認為教師專業成長是教師能透過各種反省的形式，促使其個人的信念、實務理論與 教學行為等，產生有意義的、實質的改變。周崇儒(2000)則認為教學不只是知識與技能的傳 授，更是人際互動的影響，教師專業成長的內涵應是廣泛多元的，包含課程、教材、教法、 輔導、評鑑、班級經營、人際溝通等，涵蓋認知、技能和情意的層面。因此，他認為專業成 長是教師在專業領域中不斷追求知識、技能、態度與觀念成長或發展的歷程。從這些觀點可知，專業成長所包含的面向很廣，有課程、評量、教學、班級經營、人際 溝通、自我反思等，只要於實務教學中所面臨的各個層面都

20、是專業成長的內涵之一，因此 若要評判教師專業成長，則必須從多元的角度來了解。那麼老師的專業成長需要到什麼程度，才有能力來推動有效的教學呢？雖然這是沒有一 定的答案，也很難取得學者專家的共識)但是,從美國國家研究協會(national research council, nrc)明列的教師專業成長標準，可以了解符合當前潮流所趨的教師專業成長。全美科學教育標準(national research council ,|nrc|, 1996)對於教師專業成長分為四個 範疇來探討，而且在這四個範疇之下明確列出應達成的標準，以下將依其四個範疇分別說明 其標準的內容，了解教師專業成長應著重那些層面，其中前三

21、項在牽涉老師應該要了解如何 學習科學(learning science),要了解如何來教科學(learning to teach science),以及老師要有終 身學習的知能(learning to learn),第四項則在說明要讓科學老師專業成長的方案所必須的標 準：(一)專業成長標準a科學教師要有很好的科學學習經戈才能教學生如何學習科學。老師必須有從探究的觀點與方法來學習基本的科學內容的學習經驗，這些經驗要包括：1.讓老師有機 會主動探索科學現象，並經由研究科學、詮釋結果，得到和目前科學發現一致的經 驗。2.讓老師能討論科學上重要的、感興趣的議題、事件或問題。3.介紹教師科學文 獻、媒體

22、與技術的資源，以增廣教師可以進一步接觸科學的知識與能力。4.學習經 驗必須建立於教師對目前科學知識的理解、能力與態度之上。5.必須有讓老師在探 究學習過程中，能持續地反省對科學過程和結果的理解經驗。6.鼓勵與支持教師們 相互合作的學習經驗。（二）專業成長標準b科學教師必須有對科學、學習、教學與學生的統整性知識，及應用這些知識於科學 教學上的經驗，因此教師所必須的科學教學的學習經驗，必須包括：1.將科學與科 學教育的各個面相，適切地加以連結與統整的經驗。2.將發生在各種場所的有效科 學教學明示和模式化，並允許教師可以真實的演練，以擴增其在適當情境的知識與 技能。3.重視教師學習的需求，讓他們能在

23、目前所知的科學內容、教學與學習知識 之基礎上，繼續提供他們學習的機會。4.使用探究、反省、詮釋、模仿、引導練習 等方式，建立他們對科學教學的理解與技能。（三）專業成長標準c專業成長活動必須建立教師對終身學習的了解與能力，提供以下這些機會，有助於 達成此目標：1.提供可以定期或經常的機會，讓教師個人或同事間彼此可以檢視與 反省班級與教學實務。2.讓老師有機會可以獲得教學回饋，並理解、分析及應用這 些回饋來改進教師們的實務。3.讓老師有機會可以學習與使用各種反省工具與技 術，例如：同儕教導、歷程檔案與日記。4.支持老師並提供機會，可以和指導教師、 指導教授、專精教師與資源教師，來分享教師專業。5讓

24、老師有機會了解與接觸目 前教育的研究以及實務性經驗的知識。6.讓老師有機會學習與運用研究的技能，創 造有關科學及科學教學與學習的新知識。（四）專業成長標準d職前與在職教師專業成長方案必須要有一致性與統整性，良好的專業成長方案應該 要有以下的特徵：1.專業成長方案的目標是建立在科學學習、教學與教師成長的願 景上，且與全美科學教育標準一致。2.專業成長方案必須在各方面具有統整性與協 調性，使得教師的理解與能力可以持續增進，並能在很多不同情境可以實踐。3.專 業成長方案可以依個別的、團體的興趣，以及不同經驗、專長與精熟程度之教師的 需求而有不同的選擇性。4.在實行方案方面，須要人們之間的合作，包括教

25、師、師資培育者、教師會、科學家、行政人員、決策者、專業人士與科學組織、家長與企 業界人士，而且完全的尊重每一個人的觀點與專業。5.對於學校環境的歷史、文化 與組織要加以認識。6.尊重和參考所有參與者的觀點以及運用多種策略，持續對方 案進行評鑑，以直接提供改進與評鑑。簡言之，教師專業成長標準包括充實學科知識、整合與應用學科與教學知識、建立終身習的能力，以及提供具連貫性的專業成長方案。此四個範疇彼此之間互有關聯，教師專業 成長可藉由終身學習來豐富其教學知能，教師具有豐富的學科知識與教學知識，以及整合運 用這兩種知識的學科教學知識等，其專業知能得以成長，而專業成長方案即可提供教師終身 學習的機會，由

26、此可發現終身學習是教師持續專業成長的動力核心，專業成長方案是提供教 師專業成長的機會來源，而教師的知能的提升是專業成長的目的之一，所以為達教師專業成 長的目的，教師能否終身學習將是其關鍵因素。參考文獻周崇儒(2000卜促進教師專業成長策略之分析。中等教育，51(5) , 74-84o陳美玉(1999 )o教師專業學習與發展。台北市：師大書苑。american association for the advancement of science. (1993) benchmarks for science literacy. new york: oxford university press.c

27、ochran, k. f. (1997) pedagogical content knowledge: teachers1 integration of subject matter, pedagogy, students, and learning environments. research matters - to the science teacher, no. 9702. national association for research in science teaching publications.grossman, p. (1990). the making of a teacher: teacher knowledge and teacher e