生物演化的绘本电子书编制与教学研究

-227-「生物演化」的繪本電子書編製與教學研究盧秀琴國立臺北教育大學自然科學教育研究所教授摘要本研究自編生物演化的科學家故事繪本電子書，融入國小五年級自然與生活科技領域教學。採準實驗研究設計，實驗組進行繪本電子書教學，對照組進行科學家故事講述教學，以演化概念認知測驗卷、科學本質觀問卷為研究工具，比較兩種教學對學生獲得生物演化認知概念和科學本質觀的差異。研究結果顯示：科學家故事繪本電子書教學能提升學生獲得生物演化認知概念和科學本質觀；繪本電子書的故事情節、生物動畫與旁白幫助學生了解生物觀察或實驗活動，故將生物演化概念以繪本電子書教學方式進行是可行的。最後建議國小教師可組成團隊，配合國小各年級自然與生活科技領域，編製一系列符合學生需求的科學家故事繪本電子書。關鍵字：生物演化概念、科學的本質觀、繪本電子書。-228-壹、前言一、研究緣起國民小學自然與生活科技領域中，生物概念佔有相當份量的比例，生物概念中談及生物適應環境的概念發展，這是高年級的主要課題，生物演化在自然與生活科技領域中，被視為現代生物科學概念的重要基礎（教育部，2004；Passmore&Stewart,2002），而「天擇」概念是生物演化的主要概念(Bishop&Anderson,1985)。但Deadman和Kelly(1978)以開放性的晤談方式，探討11-14歲的學生學習演化與遺傳的概念，結果發現學生對於生物演化是如何發生的解釋，大多數偏向用拉馬克論者，或是自然論的概念為主，認為動物特徵的改變是由於他們「需要」、「想要」或一些動物內在的力量能幫助他們變得更好所產生的，這不符合「天擇」的生物演化概念。目前，在國小的科學課程設計中，尚無法找到讓學生可親眼體會到「短時間內生物演化」的情境介紹（顧錦濤，2001）；應有三個因素可融入生物演化的教學情境中：1.演化概念的教學必須配合學生對生命的心智發展階段，2.社會環境的資訊對於學生演化概念的形成具有莫大的影響，3.生物演化概念中生物科技的認知與態度，能培養其具備批判的科學素養（顧錦濤，2001）。Berry(1982)認為生物演化的教學機會很少，因此許多教育學者開發電腦模擬系統、角色扮演模式來讓學生體會生物演化的概念。廖麗貞、林寶英和洪振方（2000）的研究指出，將達爾文演化論發展史融入大學生命科學通識課程，以科學家傳記進行教學，能提升學生的科學本質觀及對科學的態度。有研究指出利用科學史教學，可以提供豐富科學知識發展的情境，幫助學生覺知自己觀念的過時，同時提供建構新概念的可能途徑(Schecker,1992)。陳淑媛和洪振方（1998）認為科學史的融入教學是了解科學本質的一扇窗，若能妥善運用科學史融入教學過程，必能使學生在科學史的情境下，學習到合宜的科學過程技能，瞭解科學知識建構的整個過程，進而建立富批判與創造力的科學探究模式和科學思考。但傅麗玉（1999）針對國內外七個地區的國小自然教科書所呈現的科學史料進行初步研究，卻發現台灣國小自然教科書所呈現的科學史材料不多，且存在著不少的問題。將生物演化的科學史融入教學，能夠幫助學生建構生物演化的概念，且生物演化的科學史融入教學方式也非常多樣化（陳淑媛、洪振方，1998；傅麗玉，1996；廖麗貞等，2000；顧錦濤，2001；Conant,1951;Solomon,1989），但目前尚沒有找到文獻是使用繪本電子書做生物演化的教學。繪本電子書是一種教學多媒體，其結合繪本與教學媒體的功能，將圖畫版面製作成動畫，能使生物概念具象化，清楚的解釋無法在正常情況下看到的事物與現象。將科學史編成學生能理解的故事呈現，教師引導學生思考科學家的實驗與探究結果，較能理解科學的本質和研究科學的過程技能（盧秀琴、張淑玲，2006；Bunzel&Morris,1992;Collins&Brown,1982;Doty,Popplewell,&Byers,2001）。因此，本研究嘗試自編「演化對不對？」繪本電子書-229-與課程設計，並進行繪本電子書教學，探討國小五年級學生對於生物演化的學習成效；並討論使用繪本電子書教學「生物演化」的可行性為何？二、研究目的本研究以拉馬克、達爾文和孟德爾三位代表性科學家，以生物演化的爭議為主題，自編繪本電子書與課程設計，在國小五年級自然與生活科技領域中進行教學，以探討學生的學習成效。因此，本研究的主要目的有三：1.探討「演化對不對？」繪本電子書如何製作？2.探討繪本電子書教學，國小學童認識生物演化的概念與科學本質為何？3.探討使用繪本電子書教學「生物演化」的可行性為何？貳、文獻探討一、生物演化概念教學的研究（一）生物演化的科學史概念生物是一門與人類生活息息相關的科學，它不僅含有豐富的科學概念，也包含一切自然生命的所有現象；而生物演化在生物領域中，更是一個倍受關切的課題(Passmore&Stewart,2002)。美國的NSTA(1997)將生物演化(evolution)定義為：星雲、星體、太陽系都隨著時間而產生變化，地球上的生命也是如此，生物演化是有關地球上的生命歷史之變革，演化論認為生物都具有共同的祖先，隨著時間的進展，生物演化改變會產生一些新的物種，達爾文將這個過程稱為調適的後代。達爾文是著名的生物演化學家，在達爾文之前，人們用完全不同的觀點來看世界，他們的思考受到根深蒂固的宗教信仰所把持，奉為不變的真理，直到1859年達爾文所著的「物種起源論，TheOriginofSpecies」(Campbell&Reece,2003)出版後才有了改變。物種起源論提出天擇說，其要點如下：1.自然界變異(Variationundernature)：生物物種間各有差異，這些差異會遺傳。2.物種無限繁殖(Indefinitemultiplicationofspecies)：生物過度繁殖，食物和空間均無法滿足。3.生存競爭(Struggleforexistence)：為了生存，食物和空間不足的情況下，同種個體互相競爭。4.天擇-適者生存(Naturalselection-thesurvivalofthefittest)：唯有具備某些特質，最適應環境者，才能生存，否則淘汰。在達爾文的演化觀點，個體的變異是自然發生且隨機的，天擇作用也沒有任何的規則與目的，大自然對物種中不同適應能力的個體進行選擇，並且反映在物種上，因而造就了物種的改變(Campbell&Reece,2003)。在達爾文之前對演化機制提出假說的是法國科學家拉馬克，他的著作「動物哲學」主張生物用進廢退及獲得性性狀遺傳的觀點，認為生物體的某些特徵為因應環境的變化及內在的慾望而獲得改變，而這些後天獲得的特徵可遺傳給後代，造成生物逐漸演化轉變(Campbell&Reece,2003)。用進廢退說最著名的例子便是長頸鹿的短頸祖先，為了能夠吃到非洲草原更高-230-位置的刺槐樹樹葉，短頸鹿不斷拉長脖子而變成長頸鹿，而且「長頸」可以在世代中累積和遺傳的(Mayr,1997;Starr&Taggart,1989)。在達爾文之後的奧地利科學家孟德爾，解釋了達爾文理論對於生物遺傳機制缺乏了解的疑點，孟德爾的豌豆實驗證明生物的遺傳性狀具有顯隱性，生物身上的每個遺傳特徵稱為一個性狀，是由遺傳因子控制，上一代生物的顯、隱性遺傳因子，會隨機且公平的遺傳給下一代，物種的變異性會經由有性生殖遺傳給下一代（何耀坤，2002；Campbell&Reece,2003）。（二）生物演化的教學策略綜合上述「生物演化」概念的資料，認為拉馬克的觀點是生物器官用進廢退說，即時常使用的器官會因為外在趨力而逐漸進化，不用的器官則退化，這是多數學童一直出現的想法，認為生物演化是有目的論的(Deadman&Kelly,1978;Mayr,2001)。達爾文的演化論觀點，認為個體的變異是自然發生且隨機的，天擇作用也沒有任何的規則與目的，大自然對物種中不同適應能力的個體進行選擇，並且反映在物種上，因而造就了物種的改變（Campbell&Reece,2003）。了解生物演化的教學是非常重要的，但很多研究顯示出生物演化的教學是非常困難的(Brumby,1984;Hallden,1988;Bishop&Anderson,1990)，尤其將達爾文的演化論與孟德爾的遺傳定律結合後，演化概念成了教師認為重要、但難教的單元，也是學生學習上感到困難的單元（張賴妙理，1999；Deadman&Kelly,1978;Ferrari&Chi,1998）。美國的NAS(1998)出版的TeachingaboutEvolutionandtheNatureofScience，提出八項的學習模式：1.科學探究本質的介紹；2.形成自然天擇的解釋模式；3.自然天擇的實驗室模擬；4.利用形態與生化資料來建構共祖論；5.針對化石證據提出詮釋；6.實驗模擬來體會地質年代的變化；7.以科學史、哲來探討生物演化論；8.將演化論與人口消長結合在一起。廖麗貞等人（2000）認為，如果能將科學家的個人傳記改為多位科學家簡短的學說發展個案史，並配合著相關的多媒體教學，更能提供更新鮮、有趣的教材，而使教學活動更生動，學生更會樂於學習。顧錦濤（2001）以國小三至六年級為研究對象，以融入學習角方式，透過閱讀課外讀物及資訊媒體來認識生物演化，發現學生在生物演化概念上的表現較一般教學為佳。本研究決定以拉馬克、達爾文和孟德爾三位為代表性科學家，以生物演化為主題，進行科學史融入的教學，以科學史來探討生物演化。二、繪本電子書的編製與教學（一）結合科學史的繪本電子書教學理論科學史融入教學的方式具有多樣性，如歷史個案研究(historicalcasestudy)、互動式歷史小品(interactivehistoricalvignettes)、歷史調查研究(historicaldialogs)、角色扮演、歷史對話（historicaldialogs）、探訪科學古蹟或參觀博物館、重複科學史上重要的實驗、科學家私人的傳記閱讀、-231-小組討論、富有想像力的科學史寫作等方式（Conant,1951;Solomon,1989；傅麗玉，1996）。Collins和Brown(1982)指出透過電腦動畫，學習者較能想像科學家處理問題的經過而獲得實際的經驗；在過程或現象的教學上，也能藉著動畫的設計，使概念具象化，清楚的解釋許多無法在正常情況下看到的事物及現象。Stinner和Williams(1993)則認為，以故事的方式來組織科學教學，即選擇中心概念，整理出歷史發展脈絡，以學生能理解的層次解釋科學家的工作，並發展一個敘述主要概念的故事，主要概念應根據科學史的發展來描述。Orgborn,Kress,Martin和Mcgillicuddy(1996)亦認為，說故事是一種保持兒童學習興趣的方式，以學生能理解的背景講科學的故事，能有效引導學生思考科學問題，科學教學以說故事方式進行時，應保留空間與時間讓學生思考或想像故事的後續發展，在融入科學史的過程中，教師若能提出關鍵問題，當故事講述完畢，學生就能做思考和討論。繪本電子書是根據訊息處理理論設計的，科學研究指出人類接受的資訊有80%來自於視覺，有30%的大腦皮層參與視覺解讀(Campbell&Reece,2003)；有助於資訊編碼的策略包括：區塊、舉例、影像、記憶、圖解和處理(Miller,Galanter,&Pribram,1960)。訊息處理理論就是以外在刺激引起學生的感官記憶，學生對影像加以注意後能進入短期記憶，經由理解與編碼，改變短期記憶成為長期記憶；最後，學生能在腦中經由解碼，用自己的語言說出學習的內容(Clark&Paivio,1991;Gagne&White,1978;Levin,1983)。透過訊息處理理論，學生能將得到的資訊儲存於腦中，使學習的經驗或活動儲存成一個結構單位(Mastropieri,Scruggs,McLoone,&Levin,1985)。繪本電子書即是以光碟片播放的一種教學多媒體，一般以圖畫製作成為動畫，輔以文字說明和具有故事情節的對話、旁白；強調視覺傳達的效果，能輔助學童