緣起

隨著知識經濟、社會快速變遷發展之下，擴展終身學習與多元教育場域，並建立學校內外的學習網絡成為教育一大目標，博物館亦普遍存在著「教育」功能重於其他展示、研究、收藏功能之上（李麗芳，1997）。

然根據張自立和陳文華〈2006）探討教師實際利用國立臺灣科學教育館（簡稱科教館）進行教育活動或相關資源之調查結果發現，多數教師認同教師可以利用科教館資源來發展其課程，但真正利用的次數並不多，因為他們認為自己對這些資源不熟悉且沒有參加過科教館相關的訓練，也認為科教館的資源或活動有時無法與學校課程搭配，因此使用的動機常是配合校外教學或部分主題可配合學校課程時才會前往，並傾向由解說員帶領學生參觀。因此，期待透過共同合作以促進教師能更有能力與意願主動帶學生在科教館內進行學習，有效提升雙方在科學教育的意義。

為提高參觀科教館老師、學生及會員等的科學學習成效，科教館「常設展區自主性學習地圖建置與運用」計畫(以下簡稱本計畫)以建構科學概念圖作為輔助中小學教師們妥善規劃有意義的科教學習活動之參考。其先以「人體的奧秘」、「探索物理世界」與「探索化學世界」三大展示區為範疇建立科學概念圖；進而分析自然領域課程綱要與教科書作為不同學習階段學生科學素養的掌握與銜接，將其與現有常設展品作連結並依不同年級難度分層；而後依概念發展的邏輯順序串連各個展品，連結形成不同路線的學習地圖。最後亦發展相關的學習單與評量試題作為自主學習之檢測。

整體而言，透過將科教館常設展品中之科學概念有系統的統整與分類，既可豐富教師的教學，亦可作為自主學習者的引導，提高其了解科學概念。亦可透過科教館所設計的學習單與評量試題，掌握個人科學概念的學習狀況，參觀歷程將不再只是展品的參觀過與否，而是對於科學展示意涵理解的歷程。此外，建構學習地圖之時，亦可了解那些展品所涵蓋的科學概念可作為延伸學習之參考，若未與教科書或其他展品內容連結，可作為未來調整之參考。根據以上動機，本計畫推動之目標在於：

一、分析現行中小學的自然科學領域知識與展品之科學概念之關聯，強化科教館與學校教學的連結與應用。

二、整理科教館生物、物理、化學常設展中所傳遞之概念知識，藉由概念圖形成系統化之知識脈絡，串連形成學習路線，並設計成學習地圖。

三、發展與常設展內容相關的評量試題與輔助學習之學習單，並整理可作為延伸學習的展品，形成後續學習輔助、成果檢核，甚至日後建置學習平台之參考，強化科教館的教育意義。

四、邀請中小學學生進行體驗並給予回饋，作為修正之參考。

 規劃重點

一、設計理念：學習、概念形成與概念圖建立

1960年代認知發展理論興起，Piaget提出學習者會主動建構知識，並發展出一套個人因應環境的基模，進而用以學習與解釋新的刺激與經驗（莊嘉坤，1995）。從認知發展的歷程分析，個人在認知學習的過程中把自己的經驗與所接觸到的知識加以結合、分類與統整，形成一個重要的概念，並在知識不斷擴充與學習中，形成自己的知識系統，這對於科學概念與知識的建構尤為重要。

為使學生建立自己的認知結構，有意義且深度的學習是必要的，深度的學習可引導學生尋求意義、尋找概念之間的關係，並整合新學到的知識，放入自己的知識結構和經驗中。透過深度學習，學生的學習成果能更好地保留並學習到如何應用知識（Booth, Luckett, & Mladenovic, 1999）。其中，美國學者Novak與Gowin（1984）提出概念構圖（concept mapping）的理念，學習者可在概念的學習中進行階層性的分類，並將兩兩概念間的關係以聯結、命名，其中把最重要或最概括的概念放在圖的上方，而次概括的概念則放在下面，概念之間還有並行的階層關係，使得概念圖之間有上下及左右的關係，形成有意義的網狀結構，這樣的結構可在師生討論下幫助學生不斷釐清個人的想法，亦可促進其後設認知思考，在教學與評量上都可有效運用（余民寧，2002）。

對於科學領域的教學而言，概念圖則是一個很重要的教學設計與教學策略。其以命題（propositions）的形式將概念以適當有意義的語詞連起來，形成一個可利於學習的架構，包含組織一個教學活動或是一個單元的教學計畫，不僅包括教學設計內容，同時還包括教學活動的內容，相關教學實驗亦發現對學生高層思考能力與情意態度上有所提升（于曉平、吳育雅、孫譽真，2016）。運用在科教館的科學概念建置中，其3至5樓常設展包含生命科學、物理與化學展示區，展品有許多不同的設計理念及展示目標，相同的主題概念可以延伸出許多不同的活動概念及子活動概念，甚至跨領域的與不同知識領域進行連接，因此同樣主題概念建構出的科學概念圖也不盡相同。以館內常設展3樓「人體的奧妙」展示區為例，可將人體不同系統介紹之各個展品作主題及領域分類，以及學習難度分析，建構出可以進行脈絡性教學及學習的架構。

透過科學概念圖的建構為基礎，發展成學習路線與學習地圖，進而透過學習單與評量試題的檢核，幫助參觀者加深科學概念，提高來科教館的學習體驗。科學概念圖可使館員統整、瞭解概念，也可讓觀眾清楚的知道概念的階層關係與連結，館員在規劃主題導覽及活動設計時，可藉由科學概念圖的交叉連接產生新的橫向思維，這是產生新知識的重要一環，搭配延伸閱讀，可將概念延伸至科教館的系列主題影片、科展優勝作品、科學研習月刊等數位資源，建構屬於自己的科學概念。

就未來長期發展而言，學習者的自學歷程有助於進行個人化的學習成效、跨領域學習及客製化服務之推薦，未來結合會員系統，會員可將個人的學習歷程加以紀錄，並可自訂感興趣的知識內容領域，進行多樣化的學習，系統則可收集到個人所參與的展場活動、數位學習或於服務整合系統上瀏覽之相關行為紀錄，建立更完善的社會教育服務系統。

二、主要執行內容 根據科教館「常設展區自主性學習地圖建置與運用」之整體架構（如圖1），執行重點說明如下（于曉平，2019）：

1.科學知識概念與原理資料
以3F常設展的生命科學之「人體的奧秘」及5F常設展物理之「探索物理世界」、化學之「探索化學世界」三區所有展品的文案加以整理，連結現有的自然領域課程綱要與教科書內容，整理每件展品適合國小低年級、國小中年級、國小高年級與國中那一學習階段的學習內容，或可作為延伸學習之參考。


圖1. 科教館「常設展區自主性學習地圖建置與運用」整體架構

2.概念圖
以三區展品文案所包含的科學知識為基礎，繪製成概念圖，並將其與現行中小學學生科學概念加以連結，建構以科教館常設展品為核心的科學概念圖。

3.推薦學習路線
依生命科學、物理、化學等領域發展出四種(國小低年級、國小中年級、國小高年級與國中)程度的推薦學習路線，路線上會有展品與延伸學習展品之連結，總共包含12條推薦學習路線。每條路線體驗時間以不超過1小時為主，亦可依體驗者之需求，發展出1小時、2小時、3小時或以上相互結合的推薦學習路線。

4.自主性學習地圖
根據四種學習程度(國小低年級、國小中年級、國小高年級與國中)之學習路線繪製出四張自主性學習地圖，其內容包含展品名稱與文字說明，亦提供可延伸學習的展品項目或跨學科的交叉連結路線。

5.科學學習路線學習單
根據本計畫所提供之展品文案所內含的科學概念，設計包含有關生命科學、化學科與物理科等不同領域或跨領域之開放性問題學習單，用以配合學習路線使用，作為學生或是參觀民眾的學習歷程記錄。

6.科學概念評量題
分析常設展區展品內容後，編寫四種不同學習程度者(國小低年級、國小中年級、國小高年級與國中)的評量試題，每展品視其內容狀況分析可作評量之內容，供後續參觀常設展區者自主學習成效檢核之參考。

7.體驗者的回饋資料蒐集
學習路線與學習地圖建置完成後，邀請中小學學生進行體驗並提供回饋，再徵得其同意後，利用問卷等方式蒐集體驗者對於推薦學習路線與學習地圖、科學路線學習單的意見，並依此進行後續的修正。

8.延伸學習展品
針對未放入推薦學習路線的展品補充說明原由或依據後，挑選可作為延伸學習之展品，並將未來館內相關活動及講座、課程做連結。

9.建置歷程發表或交流分享
將本計畫整個建置項目完成以及蒐集體驗者回饋後，撰寫一篇關於本案的建置歷程，並將此發表於科學研習月刊或科學教育論壇、交流或是分享會。

 研發歷程

一、研發流程

1.邀集三大團隊，包含由學者專家與現場資深教師組成之編輯小組15人、內部審查小組6人，召開共12場編輯小組會議與4場審查小組會議（見圖2、3）。


圖2.編輯小組會議


圖3.內部審查小組會議

2.分析自然科學領域課程綱要與教科書作為不同學習階段學生科學素養的掌握與銜接。

3.發展常設展區之科學概念圖。

4.依概念發展的邏輯順序串連各個展品，研擬出適合不同學習階段學生學習的16條學習路線。

5.配合不同之學習路線，發展出以問題導向為主的開放性學習單共16份，用以引導學生進行更高層次的思考。

6.發展各組之各科及跨領域學習單，並交由美術組規劃。

7.撰寫未納入學習路線/地圖之說明表件及延伸學習展品數。

8.設計各科及跨領域之評量題(450題)。

9.辦理體驗活動說明會與進行為期一至兩週的體驗。

10.統計評量題施測結果與分析回饋資料。

11.調整建議修正的學習地圖。

二、研發成果

1.科學領域課程綱要與常設展科學概念知識的相關分析
為了解目前三大常設展區展品所涵蓋的科學知識概念與學校自然或相關領域的關聯，先行分析2008年九年一貫自然與生活科技領域、健康與體育領域，以及12年國民基本教育課程綱要（簡稱108課綱）自然科學與生活領域綱要的內容，以作為後續規劃與區分學生國小低、中、高年級與國中等教育階段（或稱之為第一至第四學習階段）之依據。
其中，以108課綱為例（詳見表1），以生命科學展區所涉及的包含生活領域第一學習階段與自然科學領域第二至四階段的學習內容。相較於2008年九年一貫課程時所設定的能力指標，108課綱學生在第一至第三學習階段所需的學習內容變得較為簡略與單純，教師規劃課程時亦應特別留意。

表1. 三大常設展區科學知識概念與108課綱的關聯(以生命科學為例)

2.科學概念圖的發展
在第一階段與第二階段近三個月的討論與修正，完成物理、化學、生命科學各四個學習階段共12項科學概念圖。其中，愈高學習階段的概念圖愈密集（見圖4）。此外，配合跨領域的設計，亦規劃有物理與生命科學第一、二學習階段「聲音與聽覺」、化學與生命科學第三學習階段「消化系統」、物理與化學第四學習階段「奈米碳家族」、物理化學與生命科學第四學習階段「光的三原色」等4條跨領域的科學概念圖（見圖5），以此作為科學館常設展所包含之科學概念的彙整。


圖4.生命科學第三階段概念圖


圖5.「聲音與聽覺」第一、二階段概念圖

3.自主性學習地圖（包含學習路線與學習單設計）
在近三階段歷時九個月的討論與修正，完成相關之12條學習路線、12份學習單（見圖6）與12份自主性學習地圖（見圖7），搭配跨領域的設計，亦規劃有4條跨領域的學習路線與學習單、學習地圖等供參考。


圖6.物理第四階段的學習單


圖7.生命科學第一階段的學習地圖

4.常設展概念評量題
為提供學習者自我檢核，依據不同難易度、推薦度、學習階段、科目共設計有450題評量題，包含物理220題、生命科學180題、化學150題，國小低年級與中年級的評量題標示有注音(學習單與回饋表亦同)，方便學生閱讀。

5.體驗活動的進行
為使自主性學習地圖的規劃得到更詳盡的回饋建議，共邀集有臺北市、新北市、桃園市與臺中市等12所國中小、高中，以及自學團體共537名學生參與體驗，包含陪同前往的教師與家長共30餘位共同參與（見圖8、9），協助進行學習地圖的體驗並協助填寫學習單、回饋表與評量題等部分，其餘陪同的教師與家長亦協助填寫回饋表以瞭解其想法。體驗學生與師長都提供許多寶貴的意見供研究團隊修正。


圖8.體驗活動家長說明會


圖9.學生在體驗活動過程中參考學習單指引認真學習

 結語

為使現行所規劃的自主性學習地圖能廣為使用，因此建議：

一、與科教館的OTT平台結合
可將自主性學習地圖數位化呈現，在互動式數位看板讓民眾進行各區地圖查看。目前科教館的OTT平台是說透過互動式數位看板，讓民眾主動點選選單找尋想要的科教館資訊，另外透過掌握民眾的特徵來自動推播可能感興趣的資訊。民眾亦可以透過互動式數位看板點選學習路線或延伸學習路線，透過QRcode將路線將路線顯示在手機上，依照手機所指示的學習路線規參觀常設展。至於走完路線的民眾於體驗後想要自我檢測學習狀態時，可以在互動式數位看板點選登入會員後點選所體驗的路線，並進行評量題測試，並可立即得到回饋。可藉此鼓勵民眾成為科教館會員。

二、與物聯網(IoT)的結合
物聯網可以做為近代物理等不同概念之延伸學習。IoT物聯網有遊戲機台，關卡分成4關但中間會有幾個命運格，採到需要回答相關的選擇問題，用手機掃QRcode登入參賽，擲骰子決定前進格數，如同大富翁遊戲般，增加看展者的學習興趣。未來亦可舉辦學習路線與物聯網遊戲機台結合的活動，讓參觀民眾在遊戲中學習。在評量方面，可搭配物聯網遊戲機台的主題與命運關卡，因原本關卡即為單選題，與常設展評量題設計一致。因此可將不同難度的評量題置於遊戲機台中，可透過答題的正確與否推薦民眾參觀常設展之學習路線，強化尚未能充分理解的科學知識概念。

至於概念圖的發展，可在常設展展品調整或增刪時進行修正，以作未來常設展區所涵之科學概念參考，亦可與結合科教館未來預計推動的科學教育活動結合，探討相關科學概念知識的學習範疇與相關研究。