動手做學科學

美國在二十世紀提出一項以「動手做」為名的科學教育改革計劃，當時 科學教育提倡以學生為中心的教育思潮大為風行，各國競相以實驗教學，建 構式教學，探究教學等教學方式進行新一波的教學實驗。期待以學生為主體 的科學教學，可以均衡發展學生在科學方法、科學概念及科學態度的分項基 礎能力(魏明通，1997）。科學的學習應在真實世界的情境之下，由個人的好 奇心來引發問題和疑問。基於此一觀點，本節首先將從動手做、學科學的相 關理論開始探討，其次討論動手做、學科學的主要意涵，最後是積木教學實 際應用在動手做學科學的研究整理。

壹、動手做學科學相關理論：

一、實用主義

教育的本質是生長、生活及經驗的改造，其意義即是為了培養學生解決 實際生活問題的能力，我們應用過去的經驗為根基，現在的生活為內涵，未 來的生活為目標(林佩蔘，2002)。只有問題才能引起探究，實用主義的課程 觀認為掌握知識的過程遠比結果來的重要，教師應該以激發者的角色引導學 生在活動中獲取知識和培養能力。知識應該和生活產生連結，並將書本的知 識與實際操作結合，學生在實地操作中運用各項感官，將運思活動和操作活 動緊密的結合(張從汝，2003）。知識是具有行動性的，實驗主義主張從「做 中學」來獲取知識，從以書本為知識中心轉化為兒童生活為中心的學習。

「做中學」藉由體驗的方式，成長學生的經驗和能力，本研究根據此教 學理念設計營造適合學生實地操作的課程環境，在了解學生需求與個別差異 之下，善用積木教具，引發學生興趣，連結學生的科學知識與生活經驗，期 許達成提升學生問題解決能力的目標。

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二、建構主義

建構主義認為人類為了適應周遭環境因而創造出知識，此為經驗累積的 成果。而認知則是學習者經過實際體驗後再組織、賦與意義進而轉化為知識 的一種認知主義的建構(林生傳，1998)。學習者主動建構知識從做中學、談 中懂、寫中通等多元互動的教學方式中習得知識，而非聆聽、練習等單元單 向的任意建構(張靜嚳 ，1996)。動手做可以使學生透過思考解決問題，免除 機械式背誦的陷阱，讓學生在情境的營造下，能以輕鬆的方式，清晰的理解 科學的概念(范麗玉，1999）。而在培養問題解決能力方面，Wheatley(1991）

提出問題解決的教學模式，其中包含三個程序：工作、協同及合作群分享。

其精神也是從實作、學生合作、群體討論來建構解決問題的能力。

在建構主義學者提出的教學模式中 Driver and Oldham(1986)提出五階段 教學，包括確定探討的方向、引出學生想法、學生想法的重組、應用新的想 法、回顧想法的改變等教學流程。在教學上，也需注意以下事項：(一)重視 學習情境的設計；(二)調整教學中師生的角色；(三)強調探究學習；(四)運 用同儕力量，進行合作學習；(五)採用多元評量(周崇儒，2000)。建構主義 的教學著重於情境的營造和教師的逐步建構引導，在本研究中研究者也營造 學生積木實作的教學場域，設計學生的關卡設計單，透過學生小組的討論引 出以學生為主體的思考脈絡，教師只扮演從旁協助巡視的輔助角色。學生在 組織關卡活動時，運用小組集體腦力激盪、共同除錯，用異質化的分組方式 來提升小組成員的個別能力的差異。

三、遊戲導向學習

「遊戲」這個行為伴隨個體出現在其成長過程中，兒童為了遊戲而遊戲，

而遊戲有以下三點特徵：是一種複雜的行為，是一種兒童表達內心想法的方 式，是讓兒童藉由遊戲探索、學習、形成經驗後，做為未來生活的預習(林智 皓，2007)。Timberlake 提供建議在教師實施創造思考教學時，鼓勵學生從做 中學，嘗試ㄧ些以前所沒有做過的事，以一種遊戲的心態，來引起學生的興

趣。提供孩子不同的材料，使他們有遊戲的機會，以輕鬆的態度邊玩邊操作 這些材料(陳龍安，2006)。而在教具的準備上，教師要用實事、實物或直接 近於兒童的觀念去教，不要只用形式或符號。讓學生主動的對於事物自行觀 察、賞玩、選擇與處理(林進材，2005)。綜上所述，「遊戲」因容易被兒童所 接受，且容易維持較高的學習動機，十分符合動手做、學科學的理論概念基 礎，也適宜本研究以實作為導向所設計的教學課程。

遊戲導向教學能建構學生認知系統中各項概念的關連性，其原則有三：

(1)教師建構引導遊戲教學；(2)教師需刻意的布置遊戲來引導學生；(3)沒有 強迫性學習目標，不易看到學習成果，但堅持才會成功(蘇育任，1993)。且 遊戲教學應從教學方法、課程內容和運用教具等三方面著手：(1)教法遊戲化：

學生經由合作學習實際參與、小組討論、角色扮演及分組競賽等方始啟蒙對 學習的樂趣；(2)教材遊戲化：教材要貼近學生，讓學生有親身體驗的機會；

(3)教具玩具化：教師的教具是學生的玩具，在課程進行的過程當中，應讓學 生直接操作教具，直接從實作中習取經驗(陳杭生，1993)。

在本研究中的教案設計，由於以積木當作主要的教具，加上機關王的關 卡本有其趣味性切合遊戲教學導向所強調的重點，而實際上的教學運作，則 應考慮學生本身的個別差異，主動給予引導，並設計小型活動關卡，用動態 的教學型態釐清學生在製作關卡時會產生的迷思概念。

貳、動手做學科學主要意涵

在設計科學教學活動時，除了解釋操作程序之外，實際的動手操作是非 常重要的，實際操作有助於學生先發展動作表徵，進而發展影像表徵或形式 化的符號表徵(王貞惠，2001)。為了釐清「動手做」歷程中所產生的學習機 制，根據杜威的學習觀點與實際觀察學生行為，歸納「動手做」的學習意涵 與準則可包括五點，分別為經驗取得、經驗連續與統整、內在需求與外在環

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境的互動、問題解決與邏輯思考的練習、與學習動力的提供(朱耀明，2011)。

一、「經驗」的取得

取得「經驗」在杜威的教育哲學中是相當關鍵的一個過程。杜威認為「經 驗是所有生物在存活的過程和環境不斷的交互作用中自然產生」(Dewey, 1934)。其認為在生活中利用感官操作所取得的內容，都是經驗的材料。「動 手做」透過各項感官實地操作，捕捉人與環境互動中的直觀經驗，透過多元 感官的功能，接收感官器官所接收的各種資訊，以利大腦進行資訊的統整，

或作為提供綜合判斷的基礎。動手操作讓學習者透過觸覺感受「質感」、「溫 度」、「力」等各種直接感受，與一般講授式的上課方式相較，這些多元的 感官經驗，會更加深刻的綜合對於實體或環境的了解，可以增進學習者對工 具的運用控制、材料的氣味或硬度、加工的程序或技巧等的綜合經驗的累積。

而經驗分為初級和次級經驗，初級經驗乃是屬於直接感受經歷，次級經驗則 是運用較高級的分析歸納能力省思經驗的內容。

二、經驗間的連接與統整

杜威認為經驗之間的相互連結才是學習的重點，若每次的經驗缺乏新的 刺激，只是一些動作的重複，有可能會對類似的事件產生麻木或者輕忽的態 度，失去可塑性與原創力(Dewey,1934)。此代表動手做取得的經驗也有其標 準，他提出經驗的規準(criteria)之一為繼續性(continuity)，繼續性主要強調 經驗之間的連接和統整，每一新的經驗都奠基於過去的經驗，並對未來的新 經驗產生影響與改變，經驗就是從舊有的經驗中連結統整並且加深加廣。

三、內在需求與外在環境的互動歷程

杜威認為經驗的另一個準則是互動性(interaction)。他認為經驗是人與環 境互動的產品(Dewey,1938)。經驗由人與環境的互動產生變化，互動的結果 影響經驗的品質，個體的內在需求與外在環境條件間的適應(accommodation) 與調適(adjustment)關乎經驗的建構產生，這樣的調適過程就是互動。個體在 有規範的外在條件下，考量內在需求與本身的知識經驗能力，不斷思索、尋

求解決問題，內化產生新的經驗。在實作解決問題的歷程中取捨策略的選用，

考驗著操作者既有的知識與能力(內在需求)與外在條件的規範的相平衡。針 對不同的條件，採用不同的策略解決問題，此即為互動的歷程，也是產生新 經驗與累積豐富經驗的過程。

四、問題的分析與判斷

問題的解決過程需要比較、分析、創新、評量、判斷，這些歷程都是邏 輯思考的練習，也是挑戰本身的先備知識。當外在環境無法滿足個體內在需 求時問題隨即產生。如何解決問題，則需對問題剖析釐清，根據既有的知識 經驗或者尋求各種可行的方案，並針對各種方案，衡量考量各種因素，以找 出最佳的解決方案。杜威提倡「做中學」的教學方法，主要就是藉由工作或 活動提供學生探索與反省思考的機會(吳木崑，2009)。在執行問題解決策略 間，比對問題能否得以解決，若問題解決，則建立成功經驗；若問題無法解 決，則重新分析問題找出解決方案，直到問題的解決。在實作過程中所產生 的問題，就是促進反思的歷程與新的概念經驗的構成，而比對、找問題就是 一種不斷驗證既有知識的方法也是建立新的概念經驗的路徑。

五、明確的動手做目的

衝動(impulse)就是本能的活動，是生命的原動力，隨著環境交互作用的 方式而有各種的行為傾向(Dewey,1930)。因此，經驗的學習是滿足衝動所形 塑的各種行動或構想，構想(idea)則明確了滿足衝動的方向，產生了行動的目 的(purpose)。操作者必須透過觀察來產生構想、而歸納出具體的經驗概念知 識(初級或次級經驗)。這些新的經驗知識促進了新舊經驗的對比與反思，而 有新的決斷(judgment)，問題判斷與解決提供了再次的構想，或者針對目的

衝動(impulse)就是本能的活動，是生命的原動力，隨著環境交互作用的 方式而有各種的行為傾向(Dewey,1930)。因此，經驗的學習是滿足衝動所形 塑的各種行動或構想，構想(idea)則明確了滿足衝動的方向，產生了行動的目 的(purpose)。操作者必須透過觀察來產生構想、而歸納出具體的經驗概念知 識(初級或次級經驗)。這些新的經驗知識促進了新舊經驗的對比與反思，而 有新的決斷(judgment)，問題判斷與解決提供了再次的構想，或者針對目的