理學院
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學院概況
理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系（均含學士、碩士及博士課程），及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所，另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人，陣容十分堅強，無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。
特色理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內，座落於臺北市公館，佔地約10公頃，是個小而美的校園，內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。
理學院創院已逾六十年，在此堅固基礎上，理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現，更在臺灣許多研究中獨占鰲頭，曾孕育出五位中研院院士。近年來，更致力於跨領域研究，並在應用科技上加強與業界合作，院內教師每年均取得多項專利，所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。
在科學教育研究上，臺灣師大理學院之排名更高居世界第一，此外更有獨步全臺的科學教育中心，該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務；是全國人力最充足，設備最完善，具有良好服務品質的中心。
在理學院紮實、多元的研究基礎下，學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇，無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作，均是絕佳選擇。
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Item 國際數學與科學教育成就趨勢調查2007(4/4)甲(行政院國家科學委員會, 2010-03-31) 吳心楷; 張俊彥; 楊芳瑩; 譚克平; 李哲迪; 洪志明; 任宗浩; 左台益; 張美玉; 李源順繼TIMSS 1995、TIMSS 1999(TIMSS -R) 及TIMSS 2003之後，IEA計劃再辦理國際數 學與科學教育成就趨勢調查(Trends in International Mathematics and Science Study 2007, 簡稱TIMSS 2007)。我國目前 是國際教育學習成就調查委員會（IEA）正 式會員，國科會和教育部共同支持補助參 與TIMSS 2007調查，希望經由積極參與國 際性研究計畫，為我國增添一個有利的管 道。可以進一步了解各國學生數學及科學 學習成就及其與各國文化背景、教育環境 等影響因子之相關性，以及我國學生數學 及科學學習成就與國際間之比較情形，其 結果可作為我國科學教育研究與實施參考 之使用。 TIMSS 2007 的主要調查對象為四年級 及八年級學生，共計有59 個國家參與並完 成調查工作，其中50 個國家參加八年級調 查，26 個國家參加四年級調查。國際上 TIMSS 2007 從2005 年2 月開始發展研究 調查架構與試題，我國自2005 年4 月開始 加入TIMSS 2007 國際調查工作，包括提供 命題架構意見、數學和科學試題命題、參 加專家問卷會議、試測（field test）資 料收集、實測（main survey）資料收集、 參加國際成果指標會議、國際資料分析會 議等各項工作。其中我國於2006 年4 月 19 日進行試測，實測部分於2007 年5 月 21 日至6 月8 日舉行，國中、小各抽測150 校，其中四年級有27 所較大型學校抽測兩 班，共抽測327 個班級。參與受測的學生 計有八年級共4046 位學生、四年級共4131 位學生分別完成測驗。每位受測學生需完 成問卷與題本的填答，而受測學校的校長 及教授受測班級數學和科學的教師則需配 合填寫學校問卷與教師問卷。 測驗結果：我國八年級學生科學學習 成就平均成績的國際排名為第二名，與第 一名的新加坡無顯著差異；數學平均成績 的國際排名為第一名，但與第二名的韓國 與第三名的新加坡無顯著差異。我國四年 級學生科學學習成就平均成績的國際排名 為第二名，與排名第一的新加坡有顯著差 異；數學平均成績的國際排名為第三名， 與排名第一的香港和排名第二的新加坡有顯著差異。各學科內容領域與認知領域平 均成績的國際排名分別如下： 【八年級科學部份】 生物第三名，化學第一名，物理 第四名，地球科學第一名；知識 領域第二名，應用領域第一名， 推理領域第五名。 【八年級數學部分】 數第三名，代數第一名，幾何第 一名，資料與機率第四名；知識 領域第三名，應用領域第二名， 推理領域第一名。 【四年級科學部份】 生命科學第四名，物質科學第三 名，地球科學第三名；知識領域 第二名，應用領域第八名，推理 領域第一名。 【四年級數學部分】 數第三名，幾何形狀與測量第四 名，資料呈現第四名；知識領域 第三名，應用領域第三名，推理 領域第三名。 在我國學生成就趨勢方面，與TIMSS 2003 比較，八年級數學有顯著的提昇，從 排名第四躍升排名第一；八年級科學雖持 平排名第二，但卻有退步的現象；四年級 數學雖然排名第三，但相較2003 年的結果， 亦有顯著的進步，不過相較於排名第一的 香港，仍有進步的空間；四年級科學，與 2003 的結果相比，有顯著的提昇。以整體 來說，這個成果顯示我國數學和科學教育 一直有不錯的水準，這是大家對科學教育 關心與努力的結果。 總的來說，在TIMSS 2007 的整體表現 上，我國四年級與八年級學生於科學方面 均名列第二；數學方面則分別名列第三和 第一。而與TIMSS 2003 的表現相較，我國 四年級學生在科學與數學方面及八年級學 生在數學方面均有顯著的進步，惟八年級 科學成就有下降的趨勢。我國學生在對數 理具有高正向態度和對數理具高度學習自 信心的人數比例上皆顯著低於國際平均。 在性別差異方面，我國兩年段學生不論在 數學或科學的成就上，男女生的表現均無 統計上的顯著差異。Item 國際數學與科學教育成就趨勢調查2007(4/4)乙(行政院國家科學委員會, 2010-07-31) 吳心楷; 張俊彥; 楊芳瑩; 張幼賢; 李哲迪; 張美玉; 任宗浩; 李源順; 楊瑞智; 楊文金; 洪志明繼TIMSS 1995、TIMSS 1999(TIMSS -R) 及TIMSS 2003之後，IEA計劃再辦理國際數 學與科學教育成就趨勢調查(Trends in International Mathematics and Science Study 2007, 簡稱TIMSS 2007)。我國目前 是國際教育學習成就調查委員會（IEA）正 式會員，國科會和教育部共同支持補助參 與TIMSS 2007調查，希望經由積極參與國 際性研究計畫，為我國增添一個有利的管 道。可以進一步了解各國學生數學及科學 學習成就及其與各國文化背景、教育環境 等影響因子之相關性，以及我國學生數學 及科學學習成就與國際間之比較情形，其 結果可作為我國科學教育研究與實施參考 之使用。 TIMSS 2007 的主要調查對象為四年級 及八年級學生，共計有59 個國家參與並完 成調查工作，其中50 個國家參加八年級調 查，26 個國家參加四年級調查。國際上 TIMSS 2007 從2005 年2 月開始發展研究 調查架構與試題，我國自2005 年4 月開始 加入TIMSS 2007 國際調查工作，包括提供 命題架構意見、數學和科學試題命題、參 加專家問卷會議、試測（field test）資 料收集、實測（main survey）資料收集、 參加國際成果指標會議、國際資料分析會 議等各項工作。其中我國於2006 年4 月 19 日進行試測，實測部分於2007 年5 月 21 日至6 月8 日舉行，國中、小各抽測150 校，其中四年級有27 所較大型學校抽測兩 班，共抽測327 個班級。參與受測的學生 計有八年級共4046 位學生、四年級共4131 位學生分別完成測驗。每位受測學生需完 成問卷與題本的填答，而受測學校的校長 及教授受測班級數學和科學的教師則需配 合填寫學校問卷與教師問卷。 測驗結果：我國八年級學生科學學習 成就平均成績的國際排名為第二名，與第 一名的新加坡無顯著差異；數學平均成績 的國際排名為第一名，但與第二名的韓國 與第三名的新加坡無顯著差異。我國四年 級學生科學學習成就平均成績的國際排名 為第二名，與排名第一的新加坡有顯著差 異；數學平均成績的國際排名為第三名， 與排名第一的香港和排名第二的新加坡有顯著差異。各學科內容領域與認知領域平 均成績的國際排名分別如下： 【八年級科學部份】 生物第三名，化學第一名，物理 第四名，地球科學第一名；知識 領域第二名，應用領域第一名， 推理領域第五名。 【八年級數學部分】 數第三名，代數第一名，幾何第 一名，資料與機率第四名；知識 領域第三名，應用領域第二名， 推理領域第一名。 【四年級科學部份】 生命科學第四名，物質科學第三 名，地球科學第三名；知識領域 第二名，應用領域第八名，推理 領域第一名。 【四年級數學部分】 數第三名，幾何形狀與測量第四 名，資料呈現第四名；知識領域 第三名，應用領域第三名，推理 領域第三名。 在我國學生成就趨勢方面，與TIMSS 2003 比較，八年級數學有顯著的提昇，從 排名第四躍升排名第一；八年級科學雖持 平排名第二，但卻有退步的現象；四年級 數學雖然排名第三，但相較2003 年的結果， 亦有顯著的進步，不過相較於排名第一的 香港，仍有進步的空間；四年級科學，與 2003 的結果相比，有顯著的提昇。以整體 來說，這個成果顯示我國數學和科學教育 一直有不錯的水準，這是大家對科學教育 關心與努力的結果。 總的來說，在TIMSS 2007 的整體表現 上，我國四年級與八年級學生於科學方面 均名列第二；數學方面則分別名列第三和 第一。而與TIMSS 2003 的表現相較，我國 四年級學生在科學與數學方面及八年級學 生在數學方面均有顯著的進步，惟八年級 科學成就有下降的趨勢。我國學生在對數 理具有高正向態度和對數理具高度學習自 信心的人數比例上皆顯著低於國際平均。 在性別差異方面，我國兩年段學生不論在 數學或科學的成就上，男女生的表現均無 統計上的顯著差異。Item 以教材及媒體內容探勘為基礎的大眾科學素養評測之研究(行政院國家科學委員會, 2013-07-31) 曾元顯; 張俊彥; 任宗浩本計畫旨於結合專家(教科書)及大眾(日常新聞)觀點，重新檢視我國國民與學生所需之大眾科學素養。為此目的，本計畫開發一系列更為貼近日常生活情境之量表工具，根據九年一貫自然與生活科技教科書末索引的重要科學名詞，以電腦比對新聞中出現頻率較高之科學詞彙，篩選出重要科學主要詞彙及伴隨詞彙，輔以科學新聞所關注之內容，來研發量表試題，用以評測我國學生之大眾科學素養。以此為基石，期能呈現現今學生之表現與不足之處，提供未來科學教育課程政策發展之參考。Item 3D虛擬實境學習環境的創新內容研發與學習成效評估(行政院國家科學委員會, 2013-07-31) 張俊彥本計畫嘗試整合虛擬實境(Lin et al, in press)、動作偵測和紅外線控制器等不同的新科技建置一個全新的虛擬學習環境。在這新的虛擬學習環境中，內容知識不單只是學校的基本課程內容，還包括了非制式的科學學習(Miller, 2010; Rundgren et al, 2010)。因此，結合VR和SLiM的重要研究發現，我們試著建置發展一個融入SLiM概念的虛擬學習環境（SLiM Driven Virtual Learning Environment (SDVLE)）。學生可以利用動作感應攝影機在SDVLE中瀏覽，使用紅外線控制器與環境中的物件互動。透過這樣強大的科技，試著幫助學生對於文化有更多的感知，並增進其科學知識。Item 科學教師教學信念與教學實踐關係的研究(行政院國家科學委員會, 2013-07-31) 張月霞; 張俊彥; 葉庭光教師的教學行動與教師對教學與學習所持的信念息息相關。教師的教學活動如何設計施 行及學生如何進行其學習活動，教師的信念都扮演著關鍵性的角色。本研究計畫的目的即在 探索高中科學教師對教學與學習本質的信念為何，以及此教學信念如何影響其教學活動的實 施。本研究分三年進行，主要研究主軸為（1）探究科學教師對教學與學習所持的信念；（2） 檢視教學信念與教學實踐之間的關係及交互影響；（3）探索影響教師信念形塑及改變的因素 為何。本研究將採用量表評量的量化調查方法及訪談與教室觀察的質性研究進行資料蒐集及 分析。將開發的研究工具包括調查用的「教學與學習信念問卷」及「教學實施方式問卷」以 及質性個案研究使用的「教學信念訪談問卷」。本研究計畫的重要性在於，除了以多數學者皆 已採用的以量化調查方法探索教師的自述式的教學信念外，本研究的主軸將進一步進入教學 現場以觀察及訪談的方式釐清影響教師信念發展及改變的因素以及這些發展及改變如何影響 教師教學的實踐及對其專業自我的認識。研究結果除了將有助於以實證研究說明教學信念的 研究對推動建構式教學的教育改革的成效至為重要外，研究結果亦將提出有助於調整改革方 向的建言及教師專業成長活動設計與實施的參考架構。Item 國立臺灣師範大學E世代科普傳播人才培訓計畫(人才培育)-總計畫-科普傳播進修研習課程整合計畫暨子計畫四-科學影音紀錄進修研習課程計畫( I )(行政院國家科學委員會, 2013-10-31) 吳忠信; 張俊彥國立臺灣師範大學為因應社會需求與脈動，積極培訓科普傳播人才，擬分 階段（級）辦理「E 世代科普傳播人才培訓工作課程」，本總計畫為科普傳播基礎 進修研習課程開設計畫，項下共分四個子計畫：子計畫一：動漫、繪圖進修研習 課程開設計畫；子計畫二：敘事、報導進修研習課程開設計畫；子計畫三：影音 內容創製進修研習課程開設計畫；子計畫四：科學影音紀錄進修研習課程計畫。 總計劃主持人與共同主持人具備理工醫農等科學或科學教育相關背景，多次主持 本會專題研究計畫並具領導協調能力；各子計畫主持人專長在科學與傳播等跨領 域之間，且與主持人專長形成互補。本計畫整合科學傳播之理論與實務，重視內 容轉化或內容創製之實作知能，提升研習者「以科學為敘事題材」的興趣、開發 其傳播知能與潛能、引導其認識科普傳播事業面貌或規劃科普傳播職業生涯，裨 益未來國內有足夠並具備素質的科普傳播產、官、學、研等人力。Item 從跨領域觀點探索科學學習的認知負荷 – 機制，即時偵測，與適性教學(行政院國家科學委員會, 2013-07-31) 葉庭光; 曾元顯; 李柏磊; 張俊彥; 李銘仁在科學學習過程中，學生必須運用多重感官、多種高層次能力來解決問題，這些 能力會消耗相當多認知資源。但是，人類有限的工作記憶，限制了我們在學習新 事物、解決科學問題過程中，可以運用的認知資源。當學習者的認知資源超載 (overload)時，學習也會受到影響。認知負荷理論提供了研究者在設計教學活動 時，有效降低學習者認知負荷的方向，也因此成為近年來教育心理學與科學教育 的重要學習理論。目前，測量認知負荷主要依據學習者主觀的自我判斷，並無客 觀工具診斷學習者的負荷，因此，如何有效而客觀評估學習者感受到的認知負荷， 是一個重要的議題。此外，由同卵雙生的研究指出，人類的工作記憶主要是受到 遺傳的影響(70%)，如何將遺傳與神經生理、學習環境的互動結果，納入為適性 化教學的依據，也是國際間教育神經科學領域(Educational neuroscience)的重要新 興議題。本研究主要目標有三：(1)探索認知負荷的內在機制。(2)發展個人化的 腦波儀，可即時偵測認知負荷，並運用於課堂。(3)透過對認知負荷機制的了解， 設計相關適性化學習。 我們將運用分子生物學技術、神經科學技術、以及認知心理學測驗，分析受試者 特質，並運用生物資訊技術以及類神經網路運算，預測認知負荷的機制。我們將 透過事件相關非同步/同步律動(ERD/ERS)以及時頻共同訊息法(TFCMI)，設計出 可以即時偵測認知負荷的單通道個人化腦波儀。藉由對認知負荷機制的了解，我 們將依據認知負荷機制，設計相關的適性化教學，並運用腦波即時偵測認知負荷， 了解學生的學習狀況。我們希冀藉由跨領域的整合，讓研究者深入了解與認知負 荷有關的科學學習機制，提升學生的科學學習。Item 卓越數位學習科學研究中心II：全方位的科學教育研究(單一整合型計畫)-卓越數位學習科學研究中心II：全方位的科學教育研究( II )(行政院國家科學委員會, 2012-12-31) 張俊彥; 楊芳瑩; 李忠謀; 曾元顯; 陳伶志; 陳柏琳Item 高瞻政策導向計畫-總計畫：外部評鑑(行政院國家科學委員會, 2013-06-30) 張俊彥高瞻計畫為國科會直接補助高中職進行研究性質的多年期計畫，此計畫使得我國的課程發展得以向下扎根由第一線教師領導課程開發，此項變革對我國科學教育的發展意義十分重大。為配合國科會科教處推動新興科技人才培育政策，整合與延續高瞻計畫第一期之執行成果，以進一步建構優質科技學習環境與拓展國際合作，特規劃「第二期高瞻計畫：高中、職新興科技課程研發與推廣計畫」。「國科會第二期高瞻計畫推動辦公室」已於100年 8月正式成立，目前計畫辦公室主要任務為（1）辦理計畫徵求說明及邀請專家參與管理考評；（2）建立合理的計畫管理機制以提供必要之行政支援；（3）辦理國內的推廣與交流活動；（4）辦理國際學術交流活動，藉由辦理國際研討會及前往亞洲其它國家進行學術考察，為高瞻夥伴學校之研究與發展成果升級與加值。高瞻計畫辦公室之成立具有重要的實質功能與意義，相關的推動工作包括計畫辦公室的行政運作與資源統整，以及舉辦國內外交流研討會等活動，將能有效提昇學生科學學習自信心，強化科學與科技素養融入學校教育，提升教師朝向教學研究者的專業發展邁進，以達到科技人才培育扎根於高中職科學教育的目標。Item 我國參加美國國際科技展覽會學生長期追蹤研究(國立臺灣科學教育館, 2013-07-31) 張俊彥為推廣中小學科學教育，發掘、輔導及培育我國青少年科學人才，並提升我國學生科學研究視野，自1982年起負責選拔及輔導中學生參與美國國際科學展覽會(International Science and Engineering Fair,簡稱ISEF)，至今已逾30年，共計選派205人次， 171件作品參與競賽。參賽成果豐碩，計有141名學生，共121件作品獲獎，學生表現優異，深獲國際肯定。為進一步瞭解及收集我國科教教育人才培訓、輔導及研究調查所需之資料，將對歷年來參與ISEF競賽學生進行長期追蹤研究，以作為未來辦理國際科學展覽會業務，青少年科學人才培育、選拔及輔導工作，以及建立科學教育支援機制之重要參考。