本節是討論國內外一些教學法，希望藉由探討一些重要的教學法能 對於設計新的教學法有所幫助。本節第一單元討論實驗室教學法，第二 單元討論 DOE 教學法，第三單元討論 5E 教學法。
一、實驗室教學法
「實驗教學法」或稱「循環學習法」（Learning Cycle），是以實 驗或現象來引導學生注意、觀察與思考（Exploration），接著由老師 介紹必要的概念和關鍵名詞來詮釋（Term Introduction），最後為擴 充應用這些新的觀念來解決週遭一些新問題（Concept Application）。 （1）實驗教學的特性
Hickman 探討皮亞傑和布魯納兩人的學習理論對科學教 育的影響，討論各種教學方式所產生的效應時，強調實驗教 學的特性如下：（鄭挺穗，民 84）
1. 對於具體操作時期的學生而言，實驗是必須的。
2. 當將各種符號轉化成具體的模式時，實驗是十分有效的。
3. 個化的實驗經驗，可以幫助學生獲得並熟練各種操作技 能。
4. 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。
（2）實驗教學的功能
實驗教學在科學上有其應有的功能，這些功能是其他教 學法難以達成的。Millar 提出實驗教學的功能如下：（林陳 湧，民 84）
1. 應用實驗活動的進行，使學生瞭解某些抽象概念的意義。
2. 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。
3. 實驗使學生能有嘗試問題解決的方式。
4. 實驗教學可以避免學生形成知識論上的偏失。
（3）實驗教學的內涵
在科學教育上，教學方法大致被分為兩種，一為直述式 教學法（Dictation）：將科學概念和原理直接灌輸給學生之傳 統教學法。二為探討式教學法（Inquiry）：建立在發現之上，
學生要像專業科學家一樣，用科學方法去探討問題。或於其 下再細分為發現式探討問題、理性式探討教學和實驗式探討 教學（Inquiry by Discovery，Rational Inquiry，and Inquiry by Experimentation）。而所謂發現，就是一種特殊設計的學習活 動，使學生能在適當的學習情境中，運用其心智，以發現新 的概念或原理。有時「探討」與「發現」常不作區別。循環 學習法不以老師講述來灌輸科學觀念，而以實驗帶領學生去 發現問題、探討問題，自然是屬於探討式教學法的一種。由 於每當欲向學生引進重要的科學概念時，均以此三段層次，
逐步牽引，當學生完成一新概念的學習時，再以相同的三個 法，去學習下一個概念，如此一步步地，擴充循環下去，為 自己建立起完整的科學思想架構，故謂之循環學習法。又由 於在初探層面中，是以操作實驗、觀察現象為主，在術詞介 紹層面則是欲給此實驗結果合理詮釋，而在概念應用層面 上，則為擴充此觀念於其他的實驗或可觀察的現象上。全部 層面都以實驗和現象為其導源、基礎、主幹與依歸，故且以
實驗教學法（Inquiry by Experimentation）名之。
初探－實驗教學法的第一個層次：在此層面中，學生藉著對 新的情況下所引起的反應來學習，並在最少的指導 下，探討新的材料與新的觀念。在摸索或操作當中，
要讓他們體會一些新經驗，一些無法引用他們過去慣 常使用的思考方法所可解決的問題或困惑，另外此活 動還要導向對現象中規律性圖像的辦認。
術詞介紹－實驗教學法的第二個層次：在此層次中，引：進 一些新名詞，如氣壓、分子模型、焦距……等等，
一些可以用來詮釋或直接聯繫在初探層次中所發 現的圖像模式。此術詞可經老師、教科書、影片 或其他媒體來介紹。在此專門術詞被介紹給班上 前，學生們應受鼓勵，儘可能多去辦認或形成圖 像，但期待學生們能發現出所有複雜的科學圖 像，則是不夠切實的。
概念應用－實驗教學法的第三個層次：最後學生應用新的術 詞或思考圖像到更多的例子上，這是擴大學生利 用新觀念能力所必要的。若無各式各樣的應用，
這些概念可能仍滯留或被限制在當初所定義或討 論的例子上，多數的學生因此無法從具體的例子 加以抽象，推廣至其餘狀況。應用的活動可協助 那些概念組織力較慢的學生，或未能將老師最初 的解釋與他們自己的經驗做適當和充分銜接的學 生。
（4）實驗室教學
Anderson(1968)和 Simpson(1971)對實驗教室教學的目 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。
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、 實驗室的教學方式 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. 學習科學的概念與原理。
5. 發展學生的興趣、態度與科學觀。
二、DOE 教學法
（1）學習的困難與動機
1.前備知識(preinstructional knowledge)的探討：
在學生進入教室之前，學生的腦海裡不是空白的等著老 師灌輸新的知識，而是已經帶著根深蒂固的先前「經驗」
(firmly embedded theories)，像是「重球會比輕球先著地」、「物 體不受力就一定會靜止」等等來學習，以致於發生學習上的 困難。在物體移動的描述中，研究的結果發現大部分的人會 根據「經驗法則」，較傾向亞里斯多德而非牛頓的觀點。就像
亞里斯多德的世界觀「透過觀察大自然的過程，以演繹、推 論所產生的觀點，肯定了感官經驗在認知上的價值，但以近 代科學的觀點來看，其嚴謹性較為不足(科學方法新論 p.304u)。」由積極面說：這種前備知識(preinstructional knowledge)與正規觀點(canonical view)之間的衝突 (conflict)，也正是引發學習動機的有力之處。
2. 陳述性知識(declarative knowledge)
○1 陳述性知識：
a.事實(facts)(例如海平面的重力加速度=9.8 m/s) b.概念(concepts)(加速度)
c.主張(proposition)(加速度與的淨力成比例)：通常發生在 兩個概念之間
d.理論(theories)(只有透過力的作用運動才會發生)：可以 用現象及事件來解釋陳述性知識
○2 陳述性知識中有兩個重要特徵：
a.元素(elements)：概念、主張、方案(schemata) b.組織架構(structural organization)：
往往這些概念結構的特徵沒有被明確的標示出來，因此陳 述時常發生模糊的現象。
（2）DOE 探測流程
1.基於以上對學習困難的分析，發展出一個探測的流程：
演示(demonstrate) 觀察(observe) 詮釋(explain)，
簡寫成 DOE。
2.DOE 的流程分成三個部分
(1) 簡單的描述或示範儀器操作方式
(2) 提出問題：a. 預測實驗的結果；b. 說明預測的依據 (3) 觀察演示完畢後，學生需描述事前預測與觀察結果的衝
突點
（3）DOE 教學策略
○1 多樣化例子的對話(interactive dialogues using multiple instances)：
主要在建立學生物理思維的基模及物理定律的涵義的認識。
○2 多樣化對話的呈現(interactive dialogues using multiple representations)：
著重在物理性質的分析、釐清概念。
○3 概念上的對應(ideational confrontation)：
利用相同的物理概念引用到每一個事件，以引導學生發現其 共通性。
○4 問題性質上的分析(qualitative analysis of problems)：
透過方法分析問題的結構。
○5 教學上(instructional issues)主張技巧：
(a) 注重物理問題及性質相關的分析，若利用實驗形態必須在 實驗架構中討論一些基礎觀念。
(b) 考慮科學的陳述，可利用適當的比喻來呈現其架構。
○6 「實驗經驗」所扮演的角色(role of laboratory experiences)
在一般實驗活動中，學生遵守某些步驟取得資料、分析結果，
目的在印證物理的定律。Gagne and White(1978, p.214)主 張實驗可連接「想像力」與「前備知識」，在某些特定的事件 及原則中，延長了學生的想像力及記憶。
○7 比喻的角色和形式(analogies in instruction)
利用比喻的方式解釋一個不容易被分析的問題時(例如電流 vs. 水流)，可簡化問題、浮現概念，但要特別注意其潛在危 機，比喻不當或過度延伸反而造成該概念的混淆。
Gentner(1980)主張比喻方式的學習常會忽略了事實的呈現，
於是提出應用「比喻」要有：
(a) 要清楚明確(clarity)比喻與事實之間共同具有的「特質」
要相當，要具有相同的功能。
(b) 抽象的(abstractness)是概念、關係等抽象性的同質。
(c) 豐富性(richness)此共通「特質」在兩者之間居於主要地 位，且可用來預測相當多共通的性質。
(d) 組織性(systematically)預估的延伸，可以顯現出另一個系 統的延伸。
三、5E 教學環
Landes（1988）和 Bybee（1997）提出的 5E 教學模式強調知識 的主動建構，並且在教學設計上必須與學生的先前知識加以連結，
強調情靜脈絡等要點，因此可做為教案的設計依據。Bybee（1997）
所提出的 5E 教學模式五個階段分述如下：
1.參與(engagement)階段：本階段主要引起學生的學習動機，並讓 學生確定未來探討的方向，在整個教案中扮演學習任務的起始階
段。
(一) 教學目的－
培養學生基本的實驗技巧以及理化概念，激發學生的 學習興趣，以預先設計的活動或是任務將學生過去和現在 的學習經驗加以連結，並使學生了解下一階段任務，準備 進行以學生為主的探究活動。
（二）教學方法－
a.實驗活動 b.教師的示範 c.錄影帶
2.探索(exploration)階段：學生投入活動後，須有足夠的時間進行 探索，經由動手操作，建構共同的、具體的經驗，以引出學生 的想法。教師應以學生的共同經驗為基礎，給予充分的時間與 機會，協助學生進行探索，並從中學習科學概念與過程技能。
（一）教學目的－
促使學生將原先舊有的想法和新知識連結，以問題引 導學生思考並構思如何解決。學生在解決問題的過程中，
基於過去的經驗，對所學習到的新概念、過程和技能能夠 重新建構。
（二）教學方法－
a.實際的活動 b.分組討論 c.分組報告
3.解釋(explanation)階段：將學生置於衝突情境，使學生察覺到和 自己原先觀念不同的科學觀點，而能以此種科學的觀點來修 正、擴充或取代原先的想法。
（一）教學目的－
本階段希望藉由學生所形成的科學知識及概念，做為 經驗上的基礎，讓學生在對問題進行解決的過程中，基於 過去的這些經驗基礎，對所學習到的新概念、過程和技能 能夠重新加以確認而進行發展。藉由小組的相互報告及討 論，將學生置於衝突情境，並透過實際的活動和分組討
本階段希望藉由學生所形成的科學知識及概念，做為 經驗上的基礎，讓學生在對問題進行解決的過程中，基於 過去的這些經驗基礎，對所學習到的新概念、過程和技能 能夠重新加以確認而進行發展。藉由小組的相互報告及討 論，將學生置於衝突情境，並透過實際的活動和分組討