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研究生: 黃秋瑞
Rachel Huang
論文名稱: 以科學史教材協助高中教師瞭解克卜勒定律概念發展之效益研究
On the Effectiveness of Using Science History to Enrich the Understanding of Kepler’s Laws by Senior High Physics Teachers
指導教授: 譚克平
Tam, Hak-Ping
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 科學教育研究所
Graduate Institute of Science Education
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 159
中文關鍵詞: 克卜勒定律科學史
英文關鍵詞: Kepler's laws, science history
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:207下載:18
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  • 本研究目的為探討 (1) 研究者所設計的以克卜勒定律為主題科學史教材是否協助教師認識克卜勒理論發展方面的相關科學史。(2) 藉著對相關科學史的認識,來豐富教師對克卜勒科學家形象的詮釋。並探討教師在閱讀完教材後,(3) 在教學內容安排方面的改變為何,以及 (4) 在使用科學史進行教學之態度方面的改變為何。
    本研究以準實驗研究設計為主,再輔以半結構晤談方式。研究對象為台北市高中物理教師與實習教師等共18位教師。所收集到的前、後測資料則以描述性統計方式進行分析。
    研究結果顯示所設計的科學史教材, (1) 能協助教師對克卜勒定律相關科學史達成基本的認識,過半數教師也能舉例說明「數學簡單性」觀點對克卜勒發展理論的影響。 (2) 閱讀教材後,教師從原先將克卜勒詮釋為「努力不懈的呆板數學家」,改變為「有豐富創造力、信仰虔誠的數學科學家」。(3) 相較於閱讀前教師甚少運用科學史材料教學。在閱讀教材後,教師最多提到教材中有關「科學家的信念」、「理論發展過程」以及「理論的貢獻」方面的內容可使用於教學上。(4) 閱讀教材後,教師同意「科學史能幫助理解概念」的人數增加,並且同意若能簡化本科學史教材,應能作為「引起學生學習興趣」、「了解何謂科學」的合適材料,也認為克卜勒貢獻應介紹讓學生知道。但教師仍覺得科學史有瑣碎的缺點。

    The purpose of this study is to (1) employ study materials designed by researcher about science history of Kepler’s laws to assist senior high physics teachers in knowing science history of Kepler’s laws, and (2) in enriching teachers’ cognition about Kepler. (3) Find the change of teachers’ arrangement of instruction. (4) Find the change of teachers’ attitude about using science history to instruction.
    The research methods include questionnaires, and interviews. Eighteen teachers from Taipei participated in this study. The data is analyzed in describing statistics.The results of the research show:
    (1) the study materials can assist teachers to know compendious science history of Kepler’s laws, and half of teachers can give examples to explain that ‘simplicity’ influence Kepler ‘s theory.
    (2) After reading the study materials, teachers’ interpretation of Kepler’s sciencist image changed from Kepler is a and mechanical mathematicist working-hard to Kepler is a scientist having abundant originality and a scientist having a strong faith.
    (3) After reading the study materials, teachers agreed the content of the study materials can be used in instruction. Specially, They mention the content about belif of sciencists, the course of theories’ development, and the contribution of sciencists’ theory.
    (4) After reading the study materials, the amount of teachers agreed that science history can assist concept’s understanding increased.And they also agreed the study materials can bring about the motive to learning and help students to know ‘science’ if the study materials can be simplified. They also agreed that Kepler’s contribution should be teached. But teachers still feel science history is too muitifarious.

    第壹章 緒論 1 第一節 研究動機 1 第二節 研究目的與問題 6 第三節 名詞解釋 8 第四節 研究限制 10 第貳章 文獻探討 12 第一節 國內以克卜勒行星定律為主題的研究 12 第二節 非惠格式觀點的科學史觀 13 第三節 相關科學史文獻 15 第四節 避免誘人細節效應 38 第參章 研究方法與設計 41 第一節 研究設計 42 第二節 研究樣本 43 第三節 研究工具 45 第四節 研究程序 59 第五節 資料蒐集 62 第六節 資料分析 63 第肆章 研究結果與討論 64 第一節 教師對相關科學史的認識 65 第二節 教材影響教師詮釋克卜勒與哥白尼科學家形象 89 第三節 教材對教師安排教學內容之影響 110 第四節 教師使用科學史進行教學的態度之改變 119 第五節 在「教材滿意度」調查問卷的作答情況 125 第伍章 結論與建議 128 第一節 結論 128 第二節 建議………………………………………………………………………....135 參考文獻…………………………………………………………………..138 附錄 A 研究進行前給教師的一封信 141 附錄 B 閱讀作業 143 附錄 C 教師在克卜勒定律基本概念的瞭解之調查問卷. 146 附錄 D 教師對相關科學史的基本認識之調查問卷….. 148 附錄 E 教師對使用科學史進行教學之態度調查問卷……………….….150 附錄 F 教師安排教學內容之調查問卷 153 附錄 G 教師對科學史教材滿意度調查問卷…………...………………...157 圖次 圖1:克卜勒以磁力解釋行星軌道 14 圖2:托勒密地心模型 21 圖3:哥白尼日心體系 23 圖4:哥白尼與克卜勒構想行星運動模型的差別 25 圖5:克卜勒火星暫代性假說 28 圖6:距離規則 - 遠近日點速率與距離之關係 31 圖7:行星軌道落在卵形與圓之間 32 圖8:距離規則等同於面積定律 33 圖9:本研究的基本架構 42 圖10:實施程序 60 圖11:研究程序 63 圖12:「教師對相關科學史的基本認識」問卷前、後測作答情況 66 圖13:閱讀組教師在「教師對相關科學史的基本認識」前測答對情況 67 圖14:未閱讀組教師在「教師對相關科學史的基本認識」前測答對情況 67 圖15:閱讀組教師在第一課閱讀作業的作答情況 71 圖16:閱讀組教師在第二課閱讀作業的作答情況 71 圖17:閱讀組教師在第三課閱讀作業前3題的作答情況 71 圖18:兩組教師在「教師對克卜勒定律基本概念的了解」前後測回答情況 87 圖19:閱讀教材前教師如何向學生介紹克卜勒 (閱讀組VS未閱讀組) 90 圖20:閱讀教材前教師如何向學生介紹克卜勒 (實習VS資淺VS資深) 91 圖 21:閱讀教材前教師如何向學生說明克卜勒為何能成功發展行星理論(1) 92 圖 22:閱讀教材前教師如何向學生說明克卜勒為何能成功發展行星理論(2)….92 圖 23:教師在前測2-3的作答情況……………………………………………………95 圖 24:閱讀組教師在「如何對學生介紹克卜勒」前後測作答情況…………..…...102 圖 25:閱讀組教師在「如何向學生說明克卜勒為何成功」前後測作答情況…….103 圖 26:兩組教師在前測2-2的作答情況 107 圖 27:閱讀組教師在「哥白尼反對地心說理由」2-2前後測作答情況 108 圖 28:閱讀組教師在第三課閱讀作業4與後測3-3的作答情況 109 表次 表 1:卵形假說下所計算出來的真偏角與觀察值之比較 32 表 2:各行星角速率的和諧比率 35 表 3:克卜勒的比對工作 37 表 4:教師的基本個人資料 44 表 5:科學史教材內容大綱與教學目標 46 表 6:預試後對科學史教材內容所做的修改 49 表 7:教學目標與閱讀作業之間的配合 50 表 8:「教師在克卜勒行星定律基本概念的了解」之前、後測題目 52 表 9:「教師對相關科學史的基本認識」施測的重點內容 53 表 10:閱讀前後教師如何安排教學內容之調查問卷設計 56 表 11:閱讀前「教師使用科學史教學之態度」調查問卷設計 58 表 12:實施程序 61 表 13:自認閱讀過相關科學史的教師在前測作答情況 68 表 14:閱讀組教師在閱讀作業的回答之編碼表 72 表 15:閱讀組教師在各課的閱讀時間VS答對題數 75 表 16:閱讀教材後教師對哪一課教材內容較覺有趣VS收穫為何 77 表 17:教師是否知道克卜勒持「數學簡單性」觀點發展行星定律 81 表 18:教師在前後測「克卜勒定律基本概念的了解」答題錯誤的情形 88 表 19:閱讀組教師在有關詮釋克卜勒科學家形象前後題目上的改變 104 表 20:閱讀組教師詮釋克卜勒為科學革命重要科學家的原因 106 表 21:閱讀教材前教師在克卜勒定律主題的教學內容安排情況 112 表 22:教師在克卜勒定律主題上的教學困難 114 表 23:教師對現行教科書的建議 115 表 24:教師認同哪些科學史內容可用於教學上 116 表 25:「教師對使用科學史進行教學之態度」前測調查問卷中的回答情況 120 表 26:教師對科學史教學功能的期望 121 表 27:「教師對使用科學史進行教學」問卷前、後測的回答 122 表 28:閱讀組教師在「教材滿意度」調查問卷的回答情況………………………127

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