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位於新北市的豫章工商是教育部評選為「優質化高職」的學校，但是說起學生的基本科學程度，卻讓該校物理老師吳東明直搖頭。每次他播放介紹簡單科學知識的影片「怪頭博士」（Beakman’s World），大家都看得興味盎然，但是當他想接著介紹其中的科學原理時，大多數同學卻一臉茫然。
圖片出處：《科學人》雜誌2012年第130期12月號。攝影：陳國瀚（感謝台北市靜心中學協助拍攝）
類似的場景也發生在宜蘭縣復興國中。今年剛退休的理化老師方琮民指出，有些學生在實驗課堂上可以動手做得很高興，但是習題、考卷卻答不出來，因為他們的科學基礎沒打好，也缺乏推理、演繹、計算的能力。
屏北高中幾位老師指出，國、高中數學和科學課程（尤其是物理）缺乏基本觀念的釐清，有些抽象規則並非人人都可以想通，應該只教最基礎的原理與原則，並且要澈底講清楚。北一女中物理老師簡麗賢也認為中學教育應該強調概念就好，若教了太多複雜的計算，會讓學生產生「科學就是計算」的錯誤印象，不但無助於培養學生的演算能力，反而使他們對科學卻步。
除此之外，現在的國、高中數學和科學課程教了太多過於專業的知識，對於生活中所需要的常識反而不足，例如很多學生熟記番薯與馬鈴薯生物學上的特性，卻無法從外觀來辨別，考試能答題，上市場卻會買錯菜。課本知識和生活經驗無法產生連結，是導致學生缺乏學習興趣與動力的原因之一。台中市光正國中數學老師陳美伶舉例指出，國一數學所教的因倍數，對大多數學生只有考試解題的意義，但如果老師在教學時能將因數和生活做連結，例如當眾人分食一盒糖果時，因數就可以派上用場，這種活潑的教學方式不僅能吸引學生的興趣，也能讓學生了解數學和生活其實是息息相關的。
偏差的課程與升學考試制度
在這些中學老師眼中，台灣的國、高中生沒有學好基本的科學概念，也不知道學習科學對自己的將來有何用處，卻被硬塞了太多很可能用不到的知識、做了太多複雜的計算題。究其根源，問題出在於課程設計與升學考試制度。
以普通高中的數學和科學課程為例，台灣師範大學生命科學系名譽教授鄭湧涇指出，高中教育偏重高深的知識，重要原因之一是根據教育部的規定，高一、高二的課程目標是培養國民基本能力，高三則是為升大學做準備；然而大學指定科目考試偶爾考到艱深的知識或複雜的計算，使得高三數學、科學課程隨之提高難度與份量，原本應培養基本能力的高一、高二課程為了和高三銜接，也跟著變得多又難。
國內科學教育也一直有個迷思，就是只強調科學知識，卻忘了科學除了知識以外，還有思考和探究。只重視知識層面，加上內容太多又太難，造成學生無法理解，只能硬記，大多數文組學生上大學之後，很快就將這些科學知識拋諸腦後；而理組學生則面臨僅有片段知識、缺乏科學脈絡的理解和概念整合的困境。台師大生命科學系教授林陳涌舉例指出，國中生物課程包含「演化論」，但為數不少的非生命科學系大學生都講「進化論」，足見學的時候並沒有真正弄懂。鄭湧涇以他自己教大一普通生物學的經驗為例：有些明星高中畢業的學生表示上課的內容在高中都學過了，但期末被當的也是這些人，因為這些學生學了零星的知識便足以應付升學考試的選擇題，但無法回答他所出的申論題。
除了課程設計，更糟糕的是長期以來升學考試也只測驗知識的程度，造成老師的教學目標完全扭曲。多年來負責培訓台灣參賽國際物理奧林匹亞競賽選手的台師大物理系退休教授林明瑞指出，「最簡單有效」的教學方法，就是老師直接教一個定律、定理，然後讓學生開始做習題，這種教法可在短時間內傳授科學知識，卻無法教導學生真正學會科學。
國際評量揭露的台灣問題
台灣學生在國際數理競賽的表現一向很傑出，各項奧林匹亞競賽都是獎牌的常客，甚至物理還多次榮獲世界第一。但除了這批經過挑選、特別培訓的資優生之外，大多數的中學生表現如何？現有的教育方式造成了哪些問題？
從台灣學生參加「國際學生能力評量計畫」（Programme for International Student Assessment, PISA）的結果，可以看出一些端倪。PISA是由經濟合作與發展組織（OECD）發展出來，針對閱讀、數學、科學三個領域的素養進行分析，從2000年開始，每三年針對參與國家中即將完成或剛完成基礎教育的15歲學生進行評量，評量的重點不在他們對知識本身的嫻熟程度，而是透過包含生活情境的試題，來了解他們在學校所習得的知識和技能，能否因應未來世界的變化、能否解決將來生活上可能遭遇的問題。後來PISA的評量結果逐漸成為各國朝向科技化、現代化發展時，制定教育政策、進行教育改革，甚至分配資源的參考指標。
參加PISA的國家，從2000年的32國增加到2012年的64國，顯見其評量意義逐漸受到國際重視。台灣學生參加了2006~2012年三次評量，在科學素養方面，2006年的平均分數是532分，為世界第四，落後於芬蘭、香港與加拿大；2009年分數降低為520分，名次則下跌到第12名，芬蘭、香港仍居前，首次參加的上海則躍居第一名；數學素養方面，台灣2006年排名第一，平均分數為549分，2009年平均分數為543分，排名掉到第五，落在上海、新加坡、香港、韓國之後。2012年的成績尚未公佈。
2006年評量的主要領域為科學。根據這一次評比的細部分析，台灣學生解釋科學現象的能力在全世界排名第三，但科學舉證能力卻排名第八，形成科學議題的能力更只有第17名。此外，台灣學生的科學知識雖強，然而關乎科學本質的探究與解釋能力卻有一段落差，而鄰近台灣的香港、韓國和日本學生在這方面的差距則不大。在面對科學的態度方面，台灣學生的學習興趣約略與國際平均相當，然而對學習科學有自信的比例卻遠低於國際平均。
接受PISA評量的學生主要是國三和高一，根據學者詳細檢視台灣和德國學生的表現發現，台灣國三學生的表現優於德國，但高一卻嚴重落後，這顯示在國三至高一這一年間，德國學生持續進步，台灣學生卻在經歷過升高中的考試後，學習就停滯下來。
從2006年的世界排名第四下降到2009年的第12名，原因主要是許多參與國都針對PISA的評量結果中所顯現自己國家的教學缺失進行改革。而從台灣參加PISA評量的結果分析則可發現，台灣的中學科學教育所面臨的主要問題包括：過於偏重知識、升學至上的教育方式造成學生為考試而念書、缺乏形成科學議題及科學舉證的能力、探究與解釋科學的能力弱化、對科學課程的自信心不足等。這讓許多關心教育的人士憂心忡忡。
中央研究院院士曾志朗表示，數位化為教育和科學研究帶來了巨大的改變，也加快了改變的速度；而人類文明的進展除了個人對知識的好奇心和興趣，往往是為了解決問題以因應世界的變化。目前國際上大多數國家都同意美國正在推行的「科學、科技、工程、數學」（science, technology, engineering, mathematics, STEM）教育計畫，以及PISA所評量的項目（閱讀、科學、數學），確實是學生應付未來世界的核心能力，也確實可以預測一個國家完成科技化的可能性，包括中國、美國、英國、新加坡、香港、澳洲、紐西蘭等，都據此訂定素養指標，並設計新的課程，希望能提升國家的競爭力，只是各國根據自己的文化與國情，在重點和內容上稍有差異。在科學方面，台灣學生背誦的知識很好，基礎能力很強，但缺乏將不同領域的學問連結，或是把熟記的知識應用出來的能力，必須做一些改變，好讓我們的學生能夠適應未來的世界。
由知識取向轉為素養導向
教育部今年5月成立了「提升國民素養專案計畫辦公室」，由曾志朗出任召集人，提出由知識取向轉為素養導向，希望能導正台灣中學教育的大方向；經過諮詢委員會的討論，暫定分為語文、數學、科學、資訊、教養五組，以及明年度即將成立的師培小組。中央大學學習與教學研究所教授柯華葳是副召集人，她解釋現在之所以要加強培養孩子的素養，不是因為台灣學生的素養不好，而是未雨綢繆，畢竟整個世界都在快速變化，台灣一定要跟著這種趨勢一起往前。
國立自然科學博物館館長孫維新認為，科學素養就是邏輯思考的生活態度。他經常拿「立蛋」做為上課和演講的開場：許多民眾相信只有端午節中午才能立蛋，甚至有大學教授猜想立蛋跟端午節那天地球、月球、太陽的位置有關；其實根據邏輯推理就知道隨時都可立蛋，只是「大家只在端午節中午立蛋！」形成一種人云亦云的民間傳說。
信任科學也是科學素養的一環，不信任科學的結果往往是盲從或迷信。中央研究院數學所研究員李國偉表示，台灣社會有許多人對於未可知或突發的事情缺乏整體認識，只好訴諸迷信。如果有了科學素養，就不會自己嚇自己，可以處之泰然。他提到「2012年12月21日是世界末日」，其實只要有一點科學素養，就可以判斷這種預言其實不值得大驚小怪。不過科學素養也不是否定所有事情，例如買彩券時可以特別偏愛某一個號碼，不必刻意否定這號碼給自己心理上的滿足，但應知道「中獎與否有其數學根據」。孫維新也強調「科學必須講求實證」，他規劃以921地震教育園區內的高壓電塔做為教育展示的道具，在園區各處佈置磁力計，讓民眾實際看到電塔周邊的磁場變化，「若能親眼看到磁力計顯示的偵測數字，遠低於政府所制訂的管制規範，應可判斷、相信自己是安全的，當然也就不會輕信謠言！」
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