第二章 文獻探討
第三節 實驗教學
本節共分成四部分，將分別就實驗教學的重要性、實驗教學的目標與功能、
實驗教學的困難以及實驗教學的模式做分析探討。
一、實驗教學的重要性
在 1910 年，杜威倡導「做中學」，使得實驗室的發展在科學教育的改陏中前 進了一大步。各國均以提倡實驗教學或探究教學這種以學生的活動為中心的科學 教學為目標，期望使學生在科學概念、科學方法及科學態度都能帄衡發展（魏明 通，1997)。由此可知實驗活動在科學教育中的重要性。
中小學九年一貫課程中，自然與生活科技領域包含了科學活動的範圍，其部 分基本理念與實施要點如下（教育部，2000）：
（一）深層瞭解事物的變化因果法則，應用於日常生活上。
（二）教學著重以探究及實作的方式進行，提供豐富、開放、統整的學習經驗。
（三）教材的編選有彈性的空間，注重連貫性，掌握統整的原則，內容力求生活 化、趣味化與現代化。
由以上可知現行的九年一貫課程目標，強調要以生活化的實作活動內容來幫 助學生學習科學，培養學生科學興趣。
Tamir（1976）認為有四個理由支持實驗室教學(引自楊惠如，2008)：
(一)科學包含高度抽象及複雜的主題，因此初級或一些未達形式操作的高中學生，
在沒有具體事物操作機會時，會無法了解其含義。
(二)實驗室的工作可以給予學生鑑賞科學的方法及精神。
(三)實際的經驗可增進技能的發展，連帶可有廣泛的類化效應。
(四)學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於科學的研習。
而 Hickman 在探討皮亞傑和布魯納兩人的學習理論對科學教育的影響時，
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也討論了各種教學方式所產生的效應時，他強調實驗教學的特性如下（引自楊秀 霞，1999）：
（一）對於具體操作時期的學生而言，實驗是必頇的。
（二）當將各種符號轉化成具體的模式時，實驗是十分有效的。
（三）個化的實驗經驗，可幫助學生獲得並熟練各種操作技能。
（四）實驗可以增進學生人際關係的調整、學習科學的興趣、適應工作的條件、
引起動機等。
二、實驗教學的目標與功能
實驗教學在科學教育上有其應有的功能，這些功能是其他教學法難以達成的。
科學的本質之一是具有可重複性，而國中小學生的認知發展仍為具體操作期；因 此，國中小的自然科學均強調學生應該親自觀察、親自動手做。這種強調實驗的 情況在邏輯實證主義下蔚為風尚：希望學生藉由實驗所得的經驗來獲得或證實科 學知識、培養科學態度及科學素養，也因此實驗在自然科教學中一直佔有重要的 角色（龍慧真，2001）。
Millar 提出實驗教學的功能如下（林陳湧，民 84）：
（一）應用實驗活動的進行，使學生瞭解某些抽象概念的意義。
（二）實驗教學可以使學生學習科學研究歷程中的實用技術及一般策略。
（三）實驗使學生能有嘗詴問題解決的方式。
（四）實驗教學可以避免學生形成知識論上的偏失。
Anderson（1968）也對實驗室教學的目標及功能分別提出說明：
（一）實驗室教學目標
1. 培養學生瞭解人類在科學領域的知識及強化學生智力與審美的理解能力 2. 培育可以轉移到解決問題的探究能力。
3. 幫助學生模仿科學家的角色。
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4. 幫助學生科學知識的成長及瞭解科學理論、模型的暫時性。
（二）實驗室的教學功能 1. 學習科學的本質。
2. 學習解決問題的技能。
3. 學習操作的技能。
4. 學習科學的概念及原理。
5. 發展學生的興趣、態度及價值觀
整理幾位學者對實驗教學的看法，可以歸納出實驗教學的目標及功能大約有 下列幾項（龍慧真，2001）：
（一）學習科學概念 （二）發展認知能力 （三）學習科學過程技能 （四）理解科學本質
（五）培養正陎的科學態度 （六）發展良好社會態度 （七）引起對科學的興趣 （八）學習如何應用科學原理 （九）發展對科學的鑑賞能力
三、實驗教學的困難
實驗教學雖在科學教育中佔有非常重要的地位，然而在實際的教學現場，要 落實實驗教學卻陎臨著許多問題，其成效也會受到一些因素影響，而使得效果受 到質疑，甚至有 53.19%的教師表示他們無法完全正確指導學生實驗技巧(黃寶鈿、
劉靄雯，1993)，以下段落所指的實驗教學即以理化實驗教學為主。
造成教師帶學生進實驗室的意願低落或是使得實驗教學效果不彰的原因大
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概有下列幾項(黃寶鈿、劉靄雯，1993)：
（一） 教師本身對教材或器材不熟悉
（二） 設備不足
（三） 時間不足:一堂課 45 分鐘太短或是趕課
（四） 人數太多，不易掌控
（五） 學生配合度差，實驗室秩序難掌控
（六） 硬體設備不足，專人管理支援不夠
（七） 教材實驗設計不良
（八） 教師本身對實驗教學的傾向不高
江新合（1994）針對國中理化教師進行訪問調查，從訪問資料中顯示，理化 實驗教學有以下的共同特徵：
(一)做實驗主要目的是驗證所學的理論，因此都是上課後再做實驗或示範實驗。
(二)通常直接在教室內講解實驗結果。
(三)為了節省更多的時間讓學生學習更多的其他科學知識，因此常以食譜式的 教學法進行實驗（即實驗步驟、裝置、目的及紀錄表格等均設計完備）。
四、實驗教學的模式
在整個科學教育的歷史，實驗教學盛行四種不同的風格，亦即：講述式、發 現式、探究式、問題本位式的實驗教學（Domin,1999）。這些風格可以三種描述 來加以區分，即結果、方式、步驟，如表 2-3-1。
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表 2-3-1 實驗教學模式（引自 Domin,1999）
模式
描述
實驗結果 活動方式 實驗步驟
講述式 已知的 推理的 教師給予
探究式 未知的 歸納的 學生產生
發現式 已知的 歸納的 教師給予
問題本位式 已知的 推理的 學生產生
在講述式教學中學生及老師都已知道預期的結果，而在發現式和問題為中心 式的活動中則只有老師知道預期的結果，至於探究式的實驗活動則學生和教師都 未知預期的結果。實驗活動進行的方式也可分成兩種，講述式和問題本位式採用 的是推理的方式，提供學生一個基本原理以利瞭解特殊的現象。發現式和探究式 的課程則屬於歸納的方式，藉著觀察一些特殊的例子，學生自己推論出基本原理。
探究式和問題解決式需要學生去設計他們自己的實驗步驟，在講述式及大部分發 現式的活動中則會將步驟提供給學生(Domin,1999)。
（一）講述式教學（expository）
最普遍也最為人批評的實驗教學風格就是講述式教學，又稱為傳統式或驗證 式教學。在講述式的學習環境中，教師訂出要探討的題目，並指導學生做實驗。
學生遵循教師的教導，或從實驗手冊中讀取實驗步驟，最後可獲得自己和教師都 已知道的結果，得到的結果是用來與預期的結果作比較。講述式實驗教學，發展 至目前的形式，已經符合最少的資源，時間，空間，設備和人員的需求。
然而講述式的課程就像食譜一樣，只是跟著一定的步驟去蒐集所需的資料。
實質上根本沒有去注意實驗活動的設計或結果的解釋，被批評為不強調思考的重 要性，對概念改變是一種無效的方法，而學生對實驗的記述也是不切實際的，事
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實上並沒有產生任何有意義的學習(熊召弟、王美芬，民 84；Domin,1999)。
Tobin（1990）對於描述闡述式實驗教學有如下說明：雖然教師似乎重視實 驗活動，但採行的做法並不增進規劃的學習形式。大部分的實驗只是想要去確認 一些已經被處理的原理。學生通常被要求依照食譜做，去達到預定的結論。如此 一來，實驗的認知要求傾向偏低。
（二）發現式教學（discovery）
發現式教學是以啟發的方式來教學，要求學生提出自己的研究問題，沒有使 用實驗手冊，教師提供最少的引導，學生扮演發現者的角色。Schwab（1962）
主張，在課室教學前學生應分享實驗經驗，學生的實驗手冊「應指向可被發現問 題的隨意和開放材料來取代」。發現式實驗教學方法為「學習解決問題的各種技 巧的必要條件」，發現式實驗活動學習，意指將學生獲得的資訊個人化，使得更 具意義且能保存的更好（吳文宗，2004）。
發現式（引導式探究）和探究式（開放式探究）實驗教學的方法都是歸納法。
藉研究現象的特殊例子，學生得以發展對基本原理的一般性了解。歸納法學習的 擁護者強調，直接經驗學習的價值以及自行發現的動機價值；歸納活動被譽為可 引領學生邁向科學研究的領域，且可以演示科學尋求證據的過程。
發現式學習與探究式學習在教學的結果以及所做的步驟兩方陎不同。在探究 式實驗教學法中，學生必頇自己設計實驗步驟，而老師和學生都不知道實驗結果，
但是在發現式實驗教學的環境中，老師藉由設計好的實驗步驟，引導學生去發現 想要的結果（Domin,1999）
發現式實驗教學最明顯的缺點是花費時間。發現式實驗教學不只在哲學思維 上不夠完備，而且在教學上也窒礙難行：
1. 「你無法發現在概念上沒有準備好的事物，你不知道去看那裡？如何去看？
或當你已發現它時要如何去認知它？」。如果教師指出所要的結果，這是不是構 成發現式學習？
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2. 期望一群學生同時去發現相同原理也不切實際，更可能的是，只要一位學生 發現到某一原理，其他的學生立刻獲得同樣的資訊，這就和闡述式實驗教學課程 相同。
3. 發現教法之使用，必先具備一個先決條件，那就是學生必先具有相當的先備 知識與先備技能，否則無從主動從事發現學習。
4. 因團體中各個學生智力與經驗不同，率先發現原則的資優者的表現，往往對
4. 因團體中各個學生智力與經驗不同，率先發現原則的資優者的表現，往往對