本研究旨在分析國中自然領域教科書中科學問題的認知歷程向度與探究能力之分布情形，以依據十二年國民基本教育自然科學領域課綱審定之108學年度之南一版、康軒版及翰林版第一冊和第二冊為分析對象。
本研究所採行的研究方法為內容分析法，待答問題有六點：
一、三個版本的教科書中「科學問題之認知歷程向度的總體呈現方式與比重」為何？
二、三個版本的教科書中「科學問題之探究能力內容的總體呈現方式與比重」為何？
三、三個版本的教科書中「科學問題在元件設計的認知歷程向度和探究能力呈現方式與比重」為何？
四、三個版本的教科書中「科學問題在單元主題的認知歷程向度和探究能力呈現方式與比重」為何？
五、十二年國教自然科學領域課綱之第四學習階段學習表現的「創造」、「觀察與定題」與「討論與傳達」三個向度間的關係為何？
六、PISA 2018科學能力素養架構和十二年國教自然科學領域課綱中學習表現間的符應關係，與教科書中科學問題在PISA 2018科學能力素養三個向度的百分比例為何？
經由上述探討，本研究將主要的研究發現加以歸納，作成以下結論：
一、自然科學領域教科書中科學問題的認知歷程向度多集中在了解和分析兩個層次，較少有更高層次的問題。
二、自然科學領域教科書中科學問題的探究能力向度多分布於推理論證和分析與發現兩個項目，鮮少有建立模型和討論與傳達。
三、三個版本自然科學領域教科書的元件設計略有差異，但組成相似。科學問題數量的比例在各版本間上下冊並無一致的趨勢，且三個元件皆以了解、分析、推理論證和分析與發現為主。
四、三個版本自然科學領域教科書的單元主題差異不大，科學問題的認知層次以了解和分析為主，探究能力則著重在推理論證。
五、創造、觀察與定題與討論與傳達三個向度間關係可以「以問題為中心的合作學習」教學模式呈現；創造多為擴散式問題，觀察與定題多為聚斂式問題。
六、「評估和設計科學探究」向度在三個版本均不及 PISA 2018科學能力素養的建議值的一半。

The purpose of this study was to investigate the distribution of cognitive process and inquiry ability of scientific problems in the natural sciences textbooks of junior high school. Content analysis was adopted for this study to examine three versions of junior high school natural sciences textbooks, volume 1 and volume 2, which all developed on the base of Curriculum Guidelines of Natural Sciences Domain of 12-Year Basic Education.  Six major research questions were raised: 
1.What are the "overall presentation methods and proportions of the cognitive process dimensions of scientific problems" in the three versions of the textbooks?
2.What are the "total presentation methods and proportions of the content of the inquiry ability of scientific problems" in the three versions of the textbooks?
3.In the three versions of the textbooks, what are the ways and proportions of the presentation of scientific problems in the cognitive process dimension and exploration ability of component design?
4.In the three versions of the textbooks, what are the ways and proportions of the presentation of scientific problems on the cognitive theme of the unit theme and the ability to explore?
5.What is the relationship between the three dimensions of "creation", "observation and problem identification" and "discussion and communication" in the fourth learning stage of the domain of natural sciences under the Curriculum Guidelines of 12-Year Basic Education?
6.What is the relationship between the PISA 2018 scientific literacy framework and the performance of learning in the domain of natural sciences under the Curriculum Guidelines of 12-year Basic Education and the percentage of scientific problems of the three dimensions between the natural sciences textbook and PISA 2018 scientific literacy?
The results of the study was summarized as follows:
1.The cognitive process of scientific problems in natural sciences textbooks of junior high school is focuses on two levels of understanding and analysis mainly, and fewer problems on higher levels.
2.The exploration ability of scientific problems in natural sciences textbooks of junior high school is focused on the theoretical argumentation, analysis and discovery. There is few models established and discussed.
3.The element design of the three versions of the natural sciences textbooks of junior high school is different slightly, but the composition is similar. The ratio of the number of scientific questions has no consistent trend among the various editions, and the three components are mainly based on understanding, analysis, reasoning, analysis and discovery.
4.The theme of the three versions of the natural sciences textbooks of junior high school presents little difference. The cognitive level of scientific problems is based on understanding and analysis, and the ability of theoretical argumentation.
5.The relationship between the three dimensions of creation, observation and problem identification, and discussion and communication can be presented in the teaching model of Cooperative Learning with Problem-based Learning Strategies; creation is prone to divergence problem, and observation and problem identification are inclined to the convergence problem.
6.The dimension of evaluation and designing scientific inquiry is less than half of the evaluation of PISA 2018 scientific literacy science in the three versions of the natural sciences textbook.

目次
第一章 緒論	1
第一節 研究背景與動機	1
第二節 研究目的與待答問題	10
第三節 名詞釋義	12
第四節 研究範圍與限制	13
第二章 文獻探討	15
第一節 科學素養的面向及意涵	15
第二節 科學素養的認知向度	21
第三節 科學素養的探究能力向度	31
第四節 創造力與探究式教學	52
第三章 研究方法	65
第一節 研究對象	65
第二節 研究工具	72
第三節 信度分析	80
第四節 研究流程	83
第四章 研究發現	87
第一節 學習表現之科學知識分析結果	87
第二節 學習表現之探究能力分析結果	103
第三節 「創造」層次與「觀察與訂題」及「討論與傳達」探究能力分析結果	117
第四節 PISA 2018科學能力素養與探究能力之對應	120
第五章 結論與建議	123
第一節 結論	123
第二節 建議	129
參考文獻	133
中文部分	133
英文部份	138
附錄	141
附錄1：科學問題之科學認知歷程向度分析總表	141
附錄2：科學問題之探究能力分析總表	145

 
表次
表 1-1 學習表現架構表	3
表 1-2 PISA評量主軸科目表	5
表 1-3 PISA 2015 科學能力素養向度定義	5
表 2-1 科學素養相關定義彙整表	16
表 2-2 科學素養的社會、歷史與心理面向	19
表 2-3 PISA 2018科學知識素養	22
表 2-4 PISA 2018科學評估中的認知知識的內涵	22
表 2-5 Webb認知層次（DOK）	24
表 2-6 PISA 2018評量架構認知需求級別	25
表 2-7 新修訂Bloom認知目標雙向細目表	28
表 2-8 Bloom修訂分類表知識向度之內涵及定義	28
表 2-9 認知歷程向度之內涵及定義	29
表 2-10 探究式教學之相關心理學理論	34
表 2-11 BBCT構念的理念來源與內涵	38
表 2-12 BBCT的六大核心與內涵	39
表 2-13 知識建構過程中的影響因素與內涵	41
表 2-14 探究的基本特徵和探究型態的差異性	42
表 2-15 學習表現架構表	44
表 2-16 創造性探究模式的教學核心與內涵	45
表 2-17 PISA 2018科學能力素養向度	47
表 2-18 PISA 2018科學能力素養向度與十二年國教自然領域課綱之探究能力對應表	48
表 2-19 自然科學領域教科書探究成分分析的相關研究摘錄	50
表 2-20 探討國、高中自然科學領域探究式教學成效的相關研究摘錄	51
表2-21 創造力之定義	53
表2-22 創造力相關研究之面向分析表	57
表2-23 「問想做評」創造思考教學模式	59
表2-24 小組創思法的教學模式	62
表 3-1 本研究樣本教科書中各版本教學元件之內容成分表	66
表 3-2 本研究樣本教科書中各版本教學元件之向度對應表	69
表 3-3 問題題型表格之呈現模式示例	71
表 3-4 各版本自然科學教科書問題數統計	72
表 3-5 科學問題之科學認知歷程向度分析表	73
表 3-6 科學問題之探究能力分析表	76
表 3-7 三個版本教科書中非科學問題範例	79
表 3-8 本研究評分者相關資料	81
表 3-9 自然科學教科書抽樣題目數量	81
表 3-10 自然科學教科書抽樣題目平均相互同意度與評分者信度	82
表 3-11 自然科學教科書各版本的評分者信度	82
表 4-1 自然科學教科書中科學知識之認知歷程向度問題數統計百分比	88
表 4-2 各版本記憶向度之認知過程問題數百分比	89
表 4-3 各版本教學單元及元件之記憶向度的問題數量與百分比	90
表 4-4 各版本了解向度之認知過程問題數百分比	91
表 4-5 各版本教學單元及元件之了解向度的問題數量與百分比	93
表 4-6 各版本應用向度之認知過程問題數百分比	94
表 4-7 各版本教學單元及元件之應用向度的問題數量與百分比	95
表 4-8 各版本分析向度之認知過程問題數百分比	96
表 4-9 各版本教學單元及元件之分析向度的問題數量與百分比	97
表 4-10 各版本評鑑向度之認知過程問題數百分比	99
表 4-11 各版本教學單元及元件之評鑑向度的問題數量與百分比	100
表 4-12 各版本創造向度之認知過程問題數百分比	101
表 4-13 各版本教學單元及元件之創造向度的問題數量與百分比	102
表 4-14 自然科學教科書中探究能力之各項目問題數統計百分比	104
表 4-15 各版本教學單元及元件之想像創造項目的問題數量與百分比	106
表 4-16 各版本教學單元及元件之推理論證項目的問題數量與百分比	107
表 4-17 各版本教學單元及元件之批判思辨項目的問題數量與百分比	109
表 4-18 各版本教學單元及元件之建立模型項目的問題數量與百分比	110
表 4-19 各版本教學單元及元件之觀察與訂題項目的問題數量與百分比	111
表 4-20 各版本教學單元及元件之計劃與執行項目的問題數量與百分比	113
表 4-21 各版本教學單元及元件之分析與發現項目的問題數量與百分比	114
表 4-22 各版本教學單元及元件之討論與傳達項目的問題數量與百分比	116
表 4-23 「創造」、「觀察與訂題」及「討論與傳達」分析結果統整	118
表 4-24 PISA 2018科學素養向度在評量中應占比例	120
表 4-25 PISA 2018科學素養向度在教科書科學問題中所佔比例	121

 
圖次
圖 1-1核心素養的滾動圓輪意象	2
圖 1-2 PISA 2015 科學素養評量架構	6
圖 1-3台灣PISA 2006與PISA 2015科學能力素養的表現	7
圖 1-4 Dewey思考歷程五步驟	9
圖 2-1 PISA評量的三大素養	20
圖 2-2 Bloom原架構與修訂架構的結構比較	27
圖 2-3 科學探究過程	31
圖 2-4 PISA 2018科學素養評量架構	46
圖 3-1 本研究流程圖	83
圖 3-2 本研究分析流程圖	85

中文部分

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