第二章 文獻探討
第四節 5E 學習環
ㄧ、學習環之發展
學習環已不是新名詞，學習環之理念最早在1962年由J. Myron Atkin及Robert Karplus提出，其發展一套 “guided discovery”（引導發現）的教學法，他們將學習分為 “發 明-新觀念的起初引入”（invention-the initial introduction of a new concept）、“發現-驗證”
（discovery-verification）及“擴充”（extension）。此時，尚未有“探索”（exploration）或“學 習環”（learning cycle）這些名詞。同年夏天，Karplus到教育服務中心的小學科學教育部 門工作，他發現兒童需要時間去探究一個實驗，探究之後才進行“發明”（invention）與“發 現”（discovery）。1967年，Karplus與Thier出版一本著作，書中以布魯納的發現學習理論 為 基 礎 ， 提 出 一 套 三 階 段 之 教 學 步 驟 “ 探 索 ”-“ 發 明 ”-“ 發 現 ”
（Exploration-Invention-Discovery），此三階段教學步驟在1970年代中期SCIS課程完成 時，以“learning cycle”這個名詞出現於教師手冊中，學習環教學模式正式被提出（許榮 富、楊金文、洪振方，1990；姚珩，1994）。期間經過多位學者的修改，雖然在名稱上
有所不同，但在內容及基本觀念上是相同的（鍾聖校，1998）。今將其整理如表2-4-1（參 考鍾聖校，2000；許順欽，2003）：
表 2-4-1 學習環之發展沿革
年代 學者 學習環之名稱
1967 Karplus & Their
探索 發明 發現
1977 Karplus & Lawson
探索 概念引介 概念應用
1979 Erikson
經驗 發現異例 重整概念
1981 Novick & Nussbaum
呈現別種概念想法 製造概念衝突 鼓勵認知調適
1983 Renner et. al.
經驗 詮釋 概念深入
1984 Smith & Good 等
經驗 詮釋
表2-4-1 學習環之發展沿革（續）
1988 Lawson et. al.
探索 名詞引介 概念應用
1989 Carin & Sund
探索 概念引介 概念應用
1991 Hackett
導入 探索 發展 應用
1993 Bybee & Landes
投入 主動探索 解釋說明 精緻化 評量
1994 Westhrooks & Rogers
解釋 驗證假設 設計實驗
Karplus在1967提出學習環三階段後，由於許多教師對“Invention”、“Discovery”這兩 個階段在真實的教育情境中代表的真正意涵有所疑問，因此在1977年，Karplus將學習環 三階段改為 “探索- 概念引介- 概念應用”（Exploration-Concept Introduction- Concept Application）。 A. E. Lawson在1988年對此學習環第二階段提出質疑，Lawson認為教師 僅能引介“名詞”（Term），不能教導“概念”（Concept），因此其將學習環第二階段改為“名 詞引介”（Term Introduction），並發展「概念形成與改變的一般化模式」，將學習環分成 三大類，分別為描述型學習環、經驗外展型學習環、假設演繹型學習環（許榮富、楊金
（1）描述型學習環
師生僅描述其觀察到的現象，並未對現象作進一步的解釋。
（2）經驗外展型學習環
利用學習者已有的先備知識，在概念探索階段提出和其先備知識有關的因果問題，
學習者藉類比推理以轉換原有概念到新情境中。
（3）假設演繹型學習環
使學童使用高層次的推理能力或過程技能，學習者就該因果問題提出假設，進而收 集資料、嘗試驗證。最後這些概念及推理模式在新情境中再被應用。
學習環是一種很有彈性的教學模式，在不同階段可使用不同的教學策略與學習型 態，例如討論、實驗、講解、閱讀、影片欣賞等，但必須注意的是，學習環各階段的學 習型態可以任意變換，但各階段的順序卻不能任意改變，甚至刪除其中之一，若學習環 的順序改變或任一階段被刪除，此教學模式即非學習環。
二、5Ｅ學習環之內涵
美國生物課程計畫(Biological Sciences Curriculum Study，簡稱BSCS)小學課程在 1980年代修改三階段學習環理念，發展出五階段學習環模式，分別為投入、探索、解釋、
精緻化和評量，此具有建構主義特性之五階段學習環教學模式即是所謂的「5E學習環教 學模式」（熊召弟等譯，1996）。今將5E學習環教學模式之內容整理如下（林曉雯，2001；
黃建彰，2006；Bybee & Landes，1988）：
1、投入（engagement）：教師以活動或問題引起學生好奇心與反應並與學生舊經驗作 連結，使學生有興趣主動參與教學活動，除此之外，教師也能透過問題或活動了解 學生的先備知識。
2、探索（exploration）：學生參與活動後，教師需提供機會與時間讓學生進行探索活動，
E3：解釋（explanation）
【提出解釋，學習新概念】
E5：評量（evaluation）
E4：精緻化（elaboration）
【應用新概念】
E2：探索（exploration）
【學生探索，澄清概念】
E1：投入(Engagement)
【連結舊經驗、發現問題】
的想法為基礎，幫助學生澄清概念，並介紹正確的科學概念或技能。
4、精緻化（elaboration）：讓學生將學得的新概念應用於新的情境或問題中，並將科學 概念與過程技能應用在日常生活與事件中。
5、評量（evaluation）：教師評量學生進步情形，也鼓勵學生自評他們學到的概念或技 能。並提供學生應用科學概念或技能的機會，也可使學生重複學習環不同步驟，以 促進其概念與技能之成長。
其活動流程如下圖所示（游淑媚，1996；引自黃松源、王美芬，2001）：
圖 2-4-1 「5E 學習環教學模式」流程圖
圖中虛線部分是指在投入、探索、解釋、精緻化及評量五個階段後，再次循環探索、
解釋、精緻化過程等階段，亦可在進行投入、探索、解釋、精緻化四個階段後，即再次 重覆探索、解釋、精緻化過程等步驟以達成教學的目的，也就是說，在一個新概念的教 學中，教學者可視學生的學習情形不斷重複學習環的教學步驟，以達學生自行建構知識
的目的（黃松源、王美芬，2001）。除此之外，在每個主概念下細分的小概念學習時，
可不需完整經歷學習環五階段，但階段順序不可更改。在 5E 學習環的每個階段中，教 師及學生都有其要做的事，說明如表 2-4-2：
本研究的目的之ㄧ為「瞭解各版本教科書電磁學單元活動在 5E 學習環階段的符合 程度」，教科書為教師上課時引導學生學習的工具，因此各版本教科書的文字敘述多為 教師引導學生討論、操作之用語，綜觀現今各版本教科書可以發現，教科書多以簡單的 文字和語句呈現內容，在這樣的情況之下，教師在教學時很難掌握出版商在編輯教科書 時真正想表達的內涵或用意，因此出版商會編印一本教師手冊，內容中詳細說明教學流 程及注意事項，以供教師教學之參考與使用。從上表可知，學習環各階段老師有其應做 的事，基於此，教科書或教師手冊如能在文字、用語與內涵的呈現上符合其理念，也就 能符合學習環各階段的要求。
表 2-4-2 5E 學習環各階段教師及學生應做的事
表2-4-2 5E學習環各階段教師及學生應做的事（續）
資料來源：BSCS(1997). Biology: A Human Approach。BSCS 版權所有，Kendall/Hunt 出 版公司出版。引自 Llewellyn, D. (2005)
三、5E學習環與科學探究之關係
實作方式來進行」。由此可知，科學探究在學校科學課程中具有一定程度的重要性（洪 振方，2003），然而欲使學生培養科學探究之能力，教師的教學方式亦需改變，也就是 說，傳統的講述式教學法需要重新被審視與改革，以期符合探究之精神。教科書是教師 在教學上重要的教學工具之一，因此教科書之編輯方式若能符合探究之精神，將有助於 探究教學之落實。
在1990年之前，多數的教育學者認為科學由知識所組成，因此藉由教學可以將這些 科學知識傳授給學生。在1909年，美國著名的教育思想家John Dewey對此觀點提出批 判，他認為科學教學太過強調訊息的累積，卻欠缺科學即是思考的路徑及心智態度這方 面的教育。因此，Dewey（1910）認為，學生學習科學不僅是學習知識，同時也應學習 過程或方法，然而Dewey所強調的過程或方法即是今日我們所謂的科學探究。
在探究與全美科學教育標準（NRC，2000）一書中指出，探究取向的科學教育應 包括下列五個階段（陳均伊、張惠博，2008。洪振芳，2003）：
（一）階段一（發現問題）：使學生接觸問題、現象或事件，藉機製造與其想法衝突之 事件。
（二）階段二（試驗）：學生經由動手操作的過程，檢驗假說、解決問題，並探討所提 出的解釋之合理性。
（三）階段三（結果分析）：學生分析數據並詮釋實驗結果，綜合想法，建立模型，藉 著教師或其他來源的科學知識，澄清概念與解釋。
（四）階段四（解釋與應用）：學生能將所學及理解應用於新的情境之中。
（五）階段五（評鑑）：學生自我評估或教師評鑑學生所學，及如何習得。
在上一節的討論中提到 5E 學習環教學模式的五個階段及其內容，研究者今將美國 國家研究委員會（NRC）所提出的探究教育五階段與本研究所採用 5E 學習環教學模式 五階段兩者間的關係，整理如圖 2-4-2：
NRC 探究教育五階段 5E 學習環教學模式五階段
圖 2-4-2 NRC 探究教育五階段與 5E 學習環教學模式五階段關係圖
由上圖可知，本研究所採用的5E學習環教學模式五個階段和美國國家研究委員會
（NRC）所提出的探究教育五階段，雖然在名稱上有所不同，但內容本質上卻是相同的。
因此，在1980年代由BSCS發展出來的5E學習環教學模式五階段即使歷經時代的變革，
仍為一符合探究精神之教學法。
四、5E學習環教學模式在自然科課程之相關研究
（一）5E學習環教學模式在自然科課程之應用
階段一：發現問題階段二：試驗
階段三：結果分析
階段四：解釋與應用
階段五：評鑑
階段一：投入
階段二：探索
階段三：解釋
階段四：精緻化
階段五：評量
教學的一種工具，它利用一組精心安排的基本概念，也就是幾個主要的變量來解釋課堂 教學裡的師生活動（吳棠，1992）；教學模式也是一種可以用來設置課程、設計教學材 料、指導課堂或其它場合的教學計畫或類型（趙中建等，1992）。因此，教學模式常被 用來發展課程，對於學習環在課程設計上的應用，已有許多國內外學者進行相關研究，
研究者整理近五年內國內有關學習環在科學教育課程上之研究有：
許順欽（2004）以國小四年級學童為研究對象，探討以操作科學玩具進行毛細現象 單元的學習方式，並結合Hackett的「導入、探索、發展、應用」四階段學習環理論及創 造性問題解決的教學策略，是否可以促進學生創造性問題解決能力的研究中發現：以科 學玩具輔助教學與結合創意思考教學的學習方式，可以促進學生創造性問題解決的能力
許順欽（2004）以國小四年級學童為研究對象，探討以操作科學玩具進行毛細現象 單元的學習方式，並結合Hackett的「導入、探索、發展、應用」四階段學習環理論及創 造性問題解決的教學策略，是否可以促進學生創造性問題解決能力的研究中發現：以科 學玩具輔助教學與結合創意思考教學的學習方式，可以促進學生創造性問題解決的能力