從事研究過程及
   重要學術研究成果
近五年內研究計畫

專利

學術交流

 

2013年2月,本人於Brain & Cognition期刊發表的COMT相關研究登上The New York Times Sunday Magazine,並成為當日《紐約時報》線上版轉寄文章排行榜第一名,國內多家媒體也曾爭相報導(如:中國時報A3焦點新聞)。值得一提的是,1907年至今於The New York Times雜誌中,關於臺灣的報導約3000篇,之中與研究相關的報導約300篇,又其中與科學或科技相關的報導有5篇,5篇報導中僅有2篇提到研究者姓名,本人即為其中之一。2009年本人也曾接受New Scientist雜誌專訪並製作成線上報導,累積數十年的跨領域研究能被紐約時報等國內外重要媒體報導是本人在學術生涯中的亮點(Highlight)。目前本人仍持續在這個領域務實前進,相關研究發表在Scientific Reports, Neural PlasticityPLOS one等期刊。

 

本人長期以來致力於創新科技輔助科學學習,並堅信「科技因應學習者而發展,而非因應科技而科技」。因此深入分析與探討問題解決的教學模組、學習成效與另有架構之影響,將研究成果融入電腦輔助教學與學習的設計架構中,並據此架構探究剖析學生運用電腦輔助學習的策略與方法(含教學、評量、動畫輔助等操作)及其學習成效。這一系列的研究成果獲得2003年行政院國家科學委員會傑出研究獎的肯定,該系列研究成果已超過22篇論文發表在SSCI等級的期刊,其中超過半數文章屬教育領域排名前20%的第一級期刊。整合先前系列研究的成果,本人進一步開發雲端教室系統(CloudClassRoom,CCR),並在靜悄悄、內斂的亞洲教室文化環境中,有效運用智慧型行動裝置促進課堂互動與主動學習。截至2016年底,已有近1萬5千位師生註冊 CCR 帳號,逾12萬人次的師生 CCR 互動記錄。探討CCR使用的理論回顧與評析論文,已登在教育領域排名前5%的第一級期刊中。本人亦戮力於研發成果的國際推廣,迄今,在美國、英國、法國、日本、韓國、越南、澳門等地皆有教師利用CCR進行課堂教學,甚至有英國的教師自主運用CCR進行教學與研究,可見本人研發成果的實用性。


評估學習者的高層次問題解決能力,向來被認為是極為重要,但難以克服的教育議題。本人曾苦思如何改進傳統評量中側重考試成績與大規模施測之缺點,這個想法在獲得人工智慧中的機器學習、自然語言處理等技術的協助下,開啟新的方向。本人研究團隊開發地球科學領域開放式測驗的自動評分技術,研究成果顯示此技術的可信度接近於人工閱卷水準,可應用於數位學習環境中的即時自動評分與教學回饋。此研究除獲選為行政院國家科學委員會50周年50個重大科學研究成就的肯定(『科學50』─國科會50科學成就)之外,本人亦於2009年第二次獲得國科會傑出研究獎的殊榮。


從教學與學習的角度觀之,教學與評量主要在教室中進行、完成,但「教室學習環境」的研究難度又更高,其中涵蓋了課程內容、學習者、教師、教學、評量、學校行政以及其他複雜因子等。因此,本人了解到,一味強調學生為中心的學習,或僅引進建構主義理論,實際上並無法真正改進「所有學生」的學習成效。教師若能事先掌握學生特質,確認課程目標在於發展學生的哪一種能力,從而在傳統與開放的兩端中取得一個平衡點,將很可能是提升學生學習的關鍵。該系列研究成果發表於美國教育類頂尖期刊(Science Education)中,在研究論文裡提出的「學習環境偏好與實際落差」獲審稿人評為超越先前數十年「學習環境」之研究。這一系列研究成果已超越先前「學習環境」之研究,超過8篇論文發表在SSCI等級的期刊,超過半數文章屬教育領域排名前30%的第一級期刊。


當政府昭示了推行十二年國民基本教育的決心之後,本人即反覆思量,如何幫助學生在經過中等學校的訓練之後,可以/願意將科學的能力運用在解釋/處理日常生活面臨的問題。過去科學教育學者在制訂課綱時,總是時時刻刻評估如何幫助學生在中學階段習得充分的科學素養。在資訊流通以驚人速度成長的同時,本人深切體認到,著眼於未來的數十年,或更短的將來,我們很可能見到驚人的資訊流通量衝擊學生。在此同時,我們將面臨幾個問題:(1)教學內容的知識量已經不是首要,如何協助學生處理資訊、運用跨領域素養解決問題可能成為重要的教學方向。(2)師資培育機構或在職教師因應此潮流,除了充實自我的跨領域素養,也需提升如何引導學生習得資訊管理、解決問題等能力的專業。有鑑於此,自2009年始,本人即積極與國內外學者交流。


為了有效提升學習者科學素養與跨領域解決問題的能力,首先應定義的是「課綱中的重要概念多與日常生活中的哪些事件連結」。若我們屏棄生硬的知識傳授,以日常生活事件為教學主軸,將可以翻轉科學課程內容,幫助學習者以更貼近生活的方式,以跨領域的知識解決問題。因此,本人在國際間首次提出以我國中等學校科學教科書索引作為科學詞彙基礎,運用資訊科技自動比對技術,搜尋並篩選出臺灣新聞媒體中最常出現之科學概念詞彙,依據此結果開發「媒體中科學素養量表(SLiM, Scientific Literacy in Media)」並進行調查,反映當今社會大眾可能具備的公民科學素養。本研究成果已獲排名前 15%的SSCI等級期刊之肯定,技術細節刊登於2010年的Computers & Education (2015 SSCI IF = 2.881,9/231 in education & educational research),量表開發與預試結果亦刊登於2010年Public Understanding of Science (2015 SSCI IF = 1.904,3/44 in history & philosophy of science and 12/79 in communication)。在科普傳遞的過程中,科學與傳媒經常是互斥的,我們如何透過傳媒,傳遞出同時具有科學的客觀性,與具有觀眾興趣特質的媒體,需要有科學教育者的居中整合,相關論文於2015年刊登於Science Communication(2015 SSCI, IF = 1.82,14/79 in Communication)。更多後續研究除了正在進行並預備投稿外,目前已有多位美國、瑞典與中國大陸等國際學者表達與本團隊合作的意願。另外,本人也已申請數項跨國合作計畫(如美國的NSF以及瑞典的Swedish Research Council (VR)),盼能推廣此創新研究的構想。此系列研究於五年來已有6篇SSCI等級期刊發表,其中4篇刊登在教育領域排名約20%的第一級期刊中。


本人與國內最大收視新聞頻道TVBS 55共同合作的科學新聞製播計畫,是以新聞專題報導方式呈現。『科學不一樣』科學新聞將高品質、極短篇、與定期播放的科學新聞,融入科學教育與課程設計的元素,以精簡至每集九十秒的科學主題及科學原理呈現,並融入當代或近期所被大眾普遍關心且與科學有相關之議題,由臺灣人普遍持有之觀點切入,著重臺灣科學家之研究發展與訪問,希能提昇全體公民對科學的素養與熟悉程度。播放後,成果豐碩,AGB尼爾森收視分析指出,『科學不一樣』之收視族群平均介於1.1-1.5,接近30萬人/每集。目前,超過200集的製作之總觸達人數已突破六千萬人次以上(此為電視收視率,透過Youtube之播傳則無遠弗屆)。除在臺灣科學節目史上從未獲得如此高收視率之外,相關研究成果也獲刊登在國際科學傳播類頂尖期刊,Science Communication (Wu, et al., 2015).


同時,為了提升科學教師在未來教室的環境中,能有效運用數位科技引導學生進行科學學習的能力,自2012年始,本人的研究團隊運用認知師徒制的理論架構發展了MAGDAIRE(臺語譯音:賣擱疊ㄉㄟˋ啊)創新教學模組(Modeling analysis, guided development, articulated implementation, and reflective evaluation)。此教學模組以課程設計與實作為導向,結合有別於傳統科學師資培育的科學教材內容與教學法,不但有效提升職前的科學教師對應用科技的信心與能力,更強化教師將科技融入於教學反思能力的心智習慣,使得職前科學教師在增進科技教學內容的同時,又能進一步將理想化的科技融入教學模式整合進課堂教學環境中。目前的研究成果已有2篇發表於教育領域排名約前15%的優質期刊。同時,實際的推廣活動也已經推展。

 

本人嘗試推動一個全新的未來科學學習藍圖,很可能在某種程度上需要打破目前科學教育中,數學、物理、化學、地球科學的界線,需要各科學者/教師共同以跨領域統整的思維來共同努力。至今才剛起步,尚微不足道的成果,很榮幸仍能受到認同,獲得教育部學術獎及第三次國科會傑出研究獎的肯定。利基於過去的努力以及國家的栽培,本人將更努力於推展全民的科學素養。回顧臺灣教育研究的整體氛圍,已從追求「國際學術論文的發表量」,逐漸將「論文質與量並重」設定為新標竿。在此同時,本人更不忘教育研究的初衷:「讓更多人獲得更好的教育機會」。此初衷持續體現於本人在科學課程改革(可見於本人力圖將制式課程與大眾生活中的科學詞彙進行連結)、科學知識的傳播(可見於本人與TVBS電視台合作拍攝之科普系列短片)、科學學習環境改良(可見於本人對於創新科技,例如CCR雲端互動系統,融入科學教室的推廣)等多方面的努力。本人持續將研究成果轉化為現實生活中可應用的資源,期望讓更多國民獲得更好的學習機會,進一步提升學習過程與成果的品質。