5E 學習環教學模式

第二章 文獻探討

本研究旨在探討 5E 學習環教學法應用於自編全球暖化教材教學後，其學生態 度與行為改變之情形，於本章中共分四節來分析相關文獻，分別為 5E 學習環教學 模式、九年一貫課程與全球暖化相關探討、新生態典範及環境行為等部分來進行討 論。

第一節 5E 學習環教學模式

一、學習環教學模式：

學習環教學模式的整個概念最早可追朔至 Robert Karlpus 於 1960 年代時期美國 加州柏克萊大學所進行的 SCIS(science curriulum improvement study)課程。當時 Karlpus 發現他對孩童科學課程發展與孩童對自然現象的解釋與思考方式非常有興 趣，於是開始發展一些結構模式嘗試解釋孩童學習科學的想法。直至 1967 年，Karplus 與 Thier(1967)在不斷研究後將學習環建立為一連續性的三個層面，包含探索 (exploration)、發明(invention)以及發現(discovery)三層面，形成最早期的學習環模式 (Brown & Abell，2013)。在此時，探索階段意指學生對現象會產生最初始的經驗，

學生將對新的現象產生認知並開始有了解，發明階段則指學生將被引入對於所學習 的物件有新的相關概念，於是學生在舊經驗上便有了新的想法，而發現階段則意味 學生可應用概念與新的敘述在相關的新情況下，同時學生在新的情況下便將所學做 了轉換加以應用(Bybee et al.，2006)。

隨後，於 1970 年代 Karplus & Lawson(1965,1967)在美國科學課程改善研究 (science curriculum improvement study，SCIS)中提出了概念引介(concept introduction) 與概念應用(concept application)來取代發明與發現兩詞，形成探索、概念引介、概念 應用三階段的學習環，並且認為若教學者正確使用學習環，可協助學生發現他們的 先入概念或迷思概念，此學習過程不僅可以改進學生的概念知識，且將增進學生產 生推理建立新的科學知識之能力。而關於此三階段的學習環模式中的各階段內涵，

將整理分述如下(張維倫，2011；許育彰，2012；曾燕玲，2006；Karplus & Thier，

1967)：

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(一)探索(exploration)階段：

教師針對想要教導的概念及想培養的科學方法，設計教學情境，以學生為中心 進行探索活動。教師在學生進行探索之前，只是簡單地賦予一項任務，抑或是提出 一個問題，創造方法去引起學生的學習，讓學生對學習過程中教師的示範或是特殊 事件產生興趣及好奇心，進而探索活動。同時，學生可能和同儕討論，有意見的交 換而獲得一些初步結果，向教師提出在示範或特殊事件中他們無法理解的問題。另 教師部分，則無需給予學習者的提問完整的回應，應將教學過程注重於是否讓已學 生獲得或建立探索的經歷與體驗。

(二)概念引介(concept introduction)階段：

教師將學習者探索階段的經驗、初步結果，加以整合，以教學者為中心的模式，

對過程中即將學習的原有原理、公式、現象等，伴隨推理引導等方式加以說明並對 新的科學概念、原理定義之，促使學習者產生新的經驗。在這一階段，教師發揮了 主導的作法，讓學習者經過教學者說明後，由舊經驗中自行建立出對新概念的理解，

也因相較傳統教學法中直接給予概念的歷程多了前一階段歷程，即觀察、預測、探 索等，而有更完整成熟的科學概念。

(三)概念應用(concept application)階段：

概念應用階段時，仍以學習者為中心。教學者僅提出一個或數個新的情境或問 題，學生須將概念引介階段中產生的新知識，應用到新的問題情境，擴展此概念的 應用性並解答教學者提出的問題。如此活用新知識的過程，即能達成學習者將習得 的原理更加鞏固在心中，而達到學習的效果。

基本的學習環模式是一種很有彈性的教學模式，教師可在不同的階段使用不同 的教學形式，舉凡演示、討論、講述、操作實驗等，都能讓學習環教學更加有意義。

在此發展演變下，到了 1980 年代中期左右，美國生物科學課程研究(BSCS，biological science curriculum study)將原本的學習環面向進行擴展與修正，以增加新課程的內容 結構與經驗發展的專業，而產生更新的學習環模式。將原本三個層次面向的學習環 增修為以建構主為基礎觀點的五個層次面向，成為 5E 學習環，其中教學階段包括

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參與(engagement)、探索(exploration)、解釋(explanation)、精緻化(elaboration)和評量 (evaluation)等五階段。整個學習環的發展自 1960 年代發展初期至 1990 年代發展期 間不斷產生變革，將其細項學習環名詞面向整理如表 2-1-1： 資料來考驗，以再挑戰學生的原有概念或促使學生獲得新概念(Brown & Abell，2013；

Marek，2008)。

Karplus&

Lawson

Erikson Novick&

Nussbaum

Renner et

修改自歐建榮(2013)，p12。

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二、5E 學習環模式：

於 1980 年代中期，美國 BSCS 從建構主義觀點將學習環面向擴增，認為學習知 識的過程必須是不斷建立在已學習或已有經驗的現況下再發展新的知識，是一循序 漸進的過程，而關於此學習過程中各階段的內涵，將整理簡述如下(Bybee，2006、

2009)：

(一)參與(engagement)階段：

教師或課程任務已評估學習者所具有的先備知識，利用片段的活動促進學習者 產生好奇心和激發他們的學習動機，在所給予的活動或情境下產生一個或數個新的 概念。課程中所提供的片段活動應能促使學習者過去和現在的經驗之間產生連接，

將先備知識結與當前活動的學習成果重新組織，使學生對學習活動有新的思維。

(二)探索(exploartion)階段：

探索經驗的過程提供學習者在共同的活動基礎下，對其目前已有的概念（如：

誤解）、過程和技能，產生自行辨別和觀念變化的歷程。學習者可以完成課室中的實 驗活動，幫助他們利用已有的先備知識來產生新的想法，探討問題的可能性，並能 設計和進行初步調查。

(三)解釋(explanation)階段：

在第三階段，教師提供機會來讓學習者展示專注於第一階段(投入)和第二階段 (探索)的經驗，表達學習者概念理解、熟悉技能或行為的過程。除對學習者提供表 達想法的機會外，這一階段還為教師提供直接引入一個概念、過程或技能的機會。

在學習者解釋對於某個概念的理解後，教師或課程中的說明可引導學習者的想法走 向一個更深入的層面，這是在解釋階段中重要的組成部分。

(四)精緻化(elaboration)階段：

一旦學習者在第三階段中由課堂活動中獲得初步的概念理解後，可能仍對學習 內容存有迷思概念(misconceptions)，或是對探索經驗只有部分片段的理解。故為使 學習者釐清概念，教師在此階段可給予挑戰或任務使學生能在概念理解和技能增進 上有修正而更清晰。通過此階段的新經驗，學生理解的發展將更深入更廣泛、技能 則更足夠純熟的，並且能在未來應用到其他活動項目上。

(五)評鑑(evaluation)階段：

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(engagement)

1.引起學生的好奇心與興趣

(exploartion)

1.鼓勵學生一起操作、學習，而非 (explanation)

1.鼓勵學生用自己的語言、先前的 (elaboration)

1.提供學生使用先前所接受的定義

13 向的學習態度亦顯著優於一般教學法或是未接受 5E 學習環模式的學生(Pulat，2009；

陳俊宏，2009；楊志隆，2010；林琬縈等，2010；楊清智，2012)。由此可知 5E 學 習環的教學模式能有效提升學生學習成就，並能同時讓學生對科學以及學科的態度 (evaluation)

1.觀察學生如何應用新的概念來解

整理自張維倫(2011)和 Bybee(2006)的研究。

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(三)解釋階段(E3)：

教學者藉由長期科學觀測資料，加以向學習者解釋暖化現象的產生因素，

使對暖化與溫室效應的概念與現象有更加深加廣的了解，並輔助學習者從核心 概念建立具系統性且有組織的概念階層。

(四)精緻化階段(E4)：

學習者藉由教學者引導與設計的問題進行討論並且分析、研判，過程中學 習者將解釋及探索階段所吸收的知識再加以修改，而將暖化現象的概念更加以 精緻化，改變學習者原有的信念。

(五)評鑑階段(E5)：

學習者自省反思全球暖化概念學習的過程所習得的知識與概念，而教學者 在不同階段中以口頭問答、學習單、或學習者課堂主動表現與參與度等多元評 量方式給予學習者正向評量與回饋。

本研究希冀透過上述不同階段的教學模式，讓學習者在學習全球暖化的環境議 題上能更有收穫，且對全球暖化的態度有更正向的表現。

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