5E 學習環與探索學習模式

5E學習環主張透過投入、探索、解釋、精緻化及評量五個學習步驟，幫助學 習者由探索的歷程及經驗中建構知識。探索學習模式則是指以學習者為主的知識 探索學習策略，藉由發現、探索、驗證、歸納與解釋問題等學習歷程中習得解決 問題的經驗與內涵；此外，教師可提供適切的學習環境引導學習者進行探索學習 活動。故本研究以5E學習環為遊戲學習活動之設計基礎，探討不同探索學習模式 對國小高年級學習者學習之影響。以下針對5E學習環之意義、探索式學習之意涵 與層次、探索式學習對自然與生活科技領域學習之影響及探索式學習在數位遊戲 之影響進行歸納和探討。

壹、5E 學習環之意義

學習環(learning cycle)發展源自皮亞傑的認知發展理論，在學習成效之影響上，

已被證實為一種有效進行科學學習的方式(Renner, Abraham, & Birnie, 1988)。而後，

美國生物課程改進計畫Biological Science Curriculum Study (BSCS)以建構主義觀 點為基礎改良發展出5E學習環教學模式，強調以學習者為中心，並進行知識建構，

主張透過投入、探索、解釋、精緻化和評量五個步驟，培養學習者學習科學和解 決問題的能力和情意(Bybee, 1993)，其中，「投入」(Engagement)旨在引發學習者 興趣，並與舊經驗做連結，多以提出問題方式呈現；「探索」(Exploration)旨在讓 學習者主動地探索學習環境及組織對習得知識的理解，並頇適時提供引導；「解 釋」(Explanation)旨在讓學習者在探索時針對習得概念提出解釋或示範；「精緻 化」(Elaboration)旨在檢視學習者對習得概念的理解，並提供回饋或驗證的機會；

「評量」(Evaluation)旨在評量學習者是否達到學習目標，抑或是幫助學習者進行 自我檢視(王美芬、熊召弟，1995)。

因此，若能利用數位遊戲之特點，融入5E學習環之學習步驟，藉由遊戲情景 與故事背景之鋪陳，有效傳達知識概念，並將學習內容包裝成學習任務，使得學 習者在解決任務的過程中能有意義的組織所習得的知識，進而提升外來種生物概 念之學習成效與態度。此外，5E學習環對科學學習之成效表現已被證實具有正向

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的影響，特別是在概念保留、科學態度改善、邏輯推理與解決問題的能力上皆優 於傳統講述式教學(Abraham, 1997)。故本研究以5E學習環作為理論架構進行遊戲 學習活動設計，前四個步驟「投入」、「探索」、「解釋」、「精緻化」為學習 任務之學習歷程規劃，學習者首先透過接受任務使其有效投入扮演遊戲角色，其 次藉由探索的方式尋求解決任務的方法，接著藉由形成性評量解釋習得的知識，

最後依據所獲得的回饋或提示進行反思；最後以第五個步驟「評量」之意涵設計 總結性學習任務。

貳、探索式學習之意涵與層次

探索是一系列相關的智力活動(intellectual activities)，運用各種方法去解開與 問題相關的隱含關係(Trowbridge & Bybee, 1986)，對學習者而言，探索是為了滿 足好奇心，而主動地搜尋知識或瞭解知識的過程(Bishop & Bruce, 2002)。西元1900 年前，多數的教育工作者著重以直接教導的方式幫助學習者學習科學並強調知識 的累積。而Deway (1910)則認為科學不僅是知識，亦是一種思維模式和態度。此 外，Bruner亦認為應鼓勵學習者藉由探索科學的活動來發展直觀(intuitive)和分析 (analytic)的技巧(Bruner, 1960)。因此，尌科學探索(inquiry in science)的角度而言，

探索是一種學習的方法及過程，可幫助學生發展科學概念(Abd-El-Khalick et al, 2004)。

當探索作為學習方法時，旨在透過學習者自身的好奇心與渴望，激發學習者 以積極的態度投入學習中，並強調學習者在認知過程中的主動建構作用，而「學 習」更被視為是意義建構與解釋的歷程(Justice et al., 2009)。探索式學習的目的在 於運用結構化的推論方法訓練學習者，並鼓勵學習者主動學習，使其瞭解解題所 需的定理與規則，進而依據所發現的資料加以規劃以解決相關的問題(Looi, 1998)。

Justice等人(2009)的研究指出，探索式學習應用於學科領域中，對學習者而言，探 索式學習可促進學習者的學習表現、提升學習的深度和品質，以及對學習者的知 識增進和保留有立即地成效，因此學習者對於探索式學習的課程滿意度較高，並 認為探索式學習和探索技能對其生活和工作有所幫助；由教師的觀點來看，探索 式學習可增進師生之間的溝通和交流，使彼此有更深入的瞭解，進而對學校產生

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長期的助益，另外，探索式學習所需營造的學習情境讓同事之間增加意見交流的 機會，使其激發出更多的創意和想法(黃皓伶，2011)。

由上述優點可知，探索式學習重視學習者的探索能力，強調以學習者的探索 活動為中心，是一種引導學習者發現及解決問題的學習方法，教師可透過安排合 適的學習情境，引導學習者主動發現問題，認清問題的所在，提出可能的假設，

擬定可行的解決方案，以驗證假設並獲致結論，經由問題解決的過程，讓學習者 體會科學探索的經驗，並學習到科學的過程與技能(張靜儀，1995；張清濱，2000；

劉宏文、張惠博，2001；楊秀停、王國華，2007)。簡言之，探索式學習強調學習 者的主動參與，透過猜測、嘗詴及推理等方式在探索過程中學習到解決問題的經 驗和方法(楊秀停，2004)。

然而，教師在探索式學習的角色是引導而非放任，應適時協助學習者完成遇 到困難及問題時無法解決的難題；教師亦應提供學習者研究的問題，使其自行思 索解決的方式，以求得結果，而不只是僅給予學習者操作的機會(楊秀停，2004)。

洪振方(2003)認為非探索式學習取向的教師視學習者為知識的接收者，教學主軸 以學科為中心，其教學內容涵蓋眾多教材，並認為教材內容越豐富代表其教學表 現愈好；而探索式學習取向的教師較以整體觀點看待學習者，教學主軸以學習者 為中心，關心學習者認知與創造之成長，並認為教學是為了促進學習者多元才能 的發展。從學習者的角度來看，教師的教學教材涵蓋愈多，學習者的學習保留愈 少；教師的教學教材涵蓋愈少，學習者的學習保留愈多(Chiappetta, Koballa, &

Collette, 1998)。因此，教師應在以學習者為中心的前提下，考量如何提供最適切 的探索式學習活動，以幫助學習者主動建構知識。

Windschitl (2003)指出探索式學習是一種定義及研究問題的過程，包含了形成 問題、構思假設、設計解決方法、模式化等，被視為是培養科學過程技能的有效 方法，因此，依據學習內容的開放程度，將學習活動區分為四種不同的探索層次 (如表2-1)。探索學習模式開放程度越大，問題的複雜度越高，所需的技能越多，

對於學習者學習及教師指導的困難度也越大，以下統整Colburn (2000)、白佩宜、

許瑛玿(2011)和蔡明致、林莞如、葉辰楨、張文華、王國華(2011)對Windschitl所

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提出的探索學習模式之學習活動介紹，依序對驗證經驗、結構式探索、引導式探 索與開放式探索四個層次進行說明：

表 2-1 探索學習模式之層次比較

探索學習模式 問題 方法或程序 答案

層次 0：驗證經驗 教師提供 教師提供 已知的答案

層次 1：結構式探索 教師提供 教師提供 未知的答案

層次 2：引導式探索 教師提供 學習者設計 未知的答案

層次 3：開放式探索 學習者發展 學習者設計 未知的答案

資料來源：Windschitl (2003)。

一、驗證經驗(Confirmation Experiences)

驗證經驗為最低階的探索學習模式，即食譜式的實驗(cookbook labs)，由教 師或課程主導學習者的科學探索活動，旨在促進學習者對於科學概念的認知與理 解。學習者依循教師提供的問題、操作方法、操作步驟與預期的結果進行探索學 習活動，包括實驗室活動、教師示範活動、趣味科學遊戲及學習者在家的觀察紀 錄等。

二、結構式探索(Structured Inquiry)

結構式探索學習活動中，學習者依循教師提供的問題、操作方法和步驟，來 探索並獲得未知的結果，因此，學習者不需自行設計探索步驟和資料分析方法，

只需照著教師提供的程序完成操作，即可得到結果。結構式探索學習活動常見於 教科書或教師所安排的短期觀察動手做活動、資料蒐集作業和小組調查等探索學 習活動，以促進學習者科學概念的理解，並藉由生活中的問題，建構科學概念及 其延伸應用。

三、引導式探索(Guided Inquiry)

引導式探索學習活動中，教師僅提供學習者學習任務或問題，學習者必頇自 行設計或規劃解決問題的方法及程序，進而找出問題的答案。學習者可藉由探索 問題的過程中，發展自己的解題計畫，以習得相關的科學知識。引導式探索學習 活動常見於根據課程單元所設計的問題導向學習(Problem Based Learning)，以及

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相關議題所發展之主題探索活動，透過真實世界的結構性問題作為學習起點，提 供學習者思考問題並主動進行問題解決的機會，進而擴展思考空間、培養獨立思 考的能力。

四、開放式探索(Open Inquiry)

開放式探索學習活動中，學習者可自行發展所欲探討的問題並設計解決問題 的方法，包含選取工具及收集資料等，最後形成解釋和發表結論。開放式探索學 習活動是動態的學習過程，在探索過程中學習者必頇不斷改變與修正方法與策略，

以達到解決問題的目標，因此，可幫助學習者習得高階科學過程技能和統整的科 學知識；其中，國立科學教育館持續推展的科學展覽活動便屬於此層次的探索活 動，包含問題的聚焦到實驗的設計與執行，屬於複雜度及挑戰性極高的探索活 動。

綜觀以上四種探索學習模式，本研究為能進一步提升學習者的探索的能力，

所以排除已知結果的食譜式實驗，並考量學習者的探索經驗與能力不足，故屏除

所以排除已知結果的食譜式實驗，並考量學習者的探索經驗與能力不足，故屏除