實驗活動教學的功能、實施策略與專題製作

壹、實驗活動教學之相關研究

Bolsser（ 1981） 、 Bates（ 1982） 的 研 究 中 提 到 ： 教 師 與 學 生 皆 認為課程中，操作性實驗在教學活動上是不可或缺的，實驗活動課程 的教學過程是學校在科學教育及技術教育中，不可分割的一部份。

Hofstein & Lunetta（1982）的研究 中提到：實驗教 學活動在 學校 教學中佔有一席之地，學生可從實驗教學中獲得觀察及操作的能力 ， 並有助於學生的智力發展、探討與解決問題能力的實質提昇。

Tobin（ 1990） 曾 提 及 ： 實 驗 活 動 在科 學 教 學 中 已 有 一 段 很 長 的 時間，幾乎被視為科學教育中重要且神聖的一環，實驗活動在科學教 育上 是 非 常重 要 的， 好 的 實驗 活 動可 以 提供 學 生 進行 知 識建 構 的機 會。

許榮富、趙金祁（1987）認為：大多數科學、技術教育研究皆認 為實驗活動是科學、技術教學所不可缺少的一環。

金佳龍（1997）認為：相信透過實驗活動能讓學生真正體驗科學 建構與驗證過程，而能培養科學興趣、態度及學習科學、技術方法，

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且能讓中學生學習形式運思分析思考之技能，並提供知識建構的機會 幫助學生進行有意義的學習。

由此可知太陽能車製作是一門首以實驗為主之技術科學，學生經 由參與以探究為中心的實驗活動，培養科學興趣，熟悉科學方法，增 進個人解決問題自我學習、邏輯推理等高層次抽象思考能力，進而進 行專業設計活動。

貳、實驗活動教學提供學生建構知識之相關研究

Deway（1916）指出：科學之技 術 教育最重要 的不是科 學知識 的 灌輸，而是態度的培養，例如提昇科學興趣與能力甚至對科學本質的 體認 ， 而 科學 實 驗活 動 教 學不 但 是科 學 的特 色 ， 也是 科 學教 學 的核 心。

Bruner（1961）強調：要 透過實驗 活 動，讓學生 學習科學 及形式、

分析的思考方式，以俾於新知識的建構。

Piaget（1969） 認為 ：實 驗 活動 的 過程 對 所有 年 齡的 學 生都 很重 要，唯有經歷實驗歷程，學習者才能獲得抽象形式運思中思考所需要 之技能，更重要的是實驗通常可使人產生新的想法 。

Friedler（ 1990） 認 知 心 理 學 的 論 點 指 出 ： 對 於 科 學 概 念 所 面 臨 的教學問題時，以學者曾提出就被當成事實來教授，使得學生只透過 抽象語言來瞭解，事實上科學是由探索行動與操作組成的，也等於說，

實驗活動在於科學教學上是非常重要的。

Tobin（ 1990） 強 調 ： 實 驗 活 動 提 供學 生 真 正 了 解 的 學 習 方 法 ， 藉著做科學工作從事建構知識過程，透過實驗活動可以提供學生建構 知識的機會。

許榮富、趙金祈（1988）認為：基 本上實驗活 動提供學 生進行 彰 顯、演示與驗證他們已知的概念與定律的功能。

張惠博（1993）對實驗目標的看 法 是：透過實驗活 動，可以讓 學 生體驗並學得驗證邏輯的科學方法、科學態度與科學精神，學生能夠

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經由實驗活動學習科學探究的方法，進而瞭解科學本質及學習從事科 學的態度。

洪振方（1997）認為：不論是屬於 何種典派的 教學觀，都強 調透 過實 驗 之 活動 教 學能 讓 學 生真 正 的體 驗 科學 知 識 理論 之 建構 與 驗證 過程。

由上述可知科學、技術課程重視 從 實驗活動中，來提供 學生探 究 與發現的機會，培養科學精神、科學方法與科學本質，並透過實驗活 動的經驗來增進技能的發展，學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於 科學探討、助於專業技能之態度養成與技術精進。

參、實驗活動教學之演進與功能

Tamir（1976）綜合學 者意見 提出 支持實驗活 動的四大 要素（ 引 自許榮富、趙金祁，1987）：

（一）科學概念包 括較為 複雜的主 題，初級及一些未達形 式操作 期 的中學生，在沒有 具體事物 操 作機會時會 無法了解 其含意 。 （二）實驗活動的 工作可 以予以學 生 鑑賞科學之 方法及精 神。

（三）實際之經驗 增進技 能的發展 ， 連帶有廣泛 的類化效 應。

（四）學生一旦喜 歡實驗 活動，將更 有興趣於科 學與技能 方面的 研 習。

Simpson ＆ Anderson（ 1981） 也 曾將 實 驗 室之 功 能 綜合 歸 納如 下（引自洪姮娥，1984）：

（一）教導認識科 學和技 術的本質 － 幫助學生了 解科學與 技術之 不 同及其唇齒相關之 特性，以 及 科學內涵與 本質。

（二）學習解決問 題的技 巧－藉由 學 生對物質的 處理，培養其解 決 問題及思考技術等 能力。

（三）學習操作技 巧－藉 由實驗活 動 而接觸處理 真實材料 的機會 ， 正可訓練操作技巧 。

（四）學習主要觀 念和原 理－幫助 學 生組織事實 及現象，且經過 實

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驗活動踏實的訓練 和經驗，使 學生較能掌 握觀念原 理及原 則 之關係。

（五）發展興趣、態度和價值觀－在實驗活動充滿有趣與挑戰的環 境中，可使學生發展科學興趣，以及處理科學與人生的科學 態度和人生觀。

Hofstein 及 Lunetta 回 顧 實 驗 活 動 在 科 學 教 育 的 角 色 及 演 進

（Hofstein＆ Lunetta,1982）歸納如下（引自杜元貴，2005）：

（一）十九世紀， 實驗活 動本是用 以 增加物質與 概念經驗 為主。

（二）在1910年後，由於 教育改革 活 動，普遍的 對科學教 育本質 造 成衝擊，尤其是對於實驗活動在科學教育的角色。

在Dewey提倡「做中學（learning by doing）」的學習理 念 下 ， 教 科 書 及 實 驗 活 動 手 冊 開 始 朝 向 較 為 實 用 的 方 式 編 製。

（三）第一次世界 大戰後 ，實驗活 動 被用以驗證 所傳授的 專業知 識。

（ 四 ） 在 1960年 代 以 後 ， 新 科 學 課 程 實 施 ， 重 視 從 實 驗 活 動 中 ， 培養高層次認知的科學過程技能，藉由實驗活動提供學生探 究與發現問題的機會，給予學生感受科學精神、科學方法、

問題解決、分析、推論，並提供學生瞭解科學本質。

學者Millar（1989）曾指出實驗教學活動的三種功能：

（一）教師藉由實 驗教學 活動，幫助 學生了解科 學與專業 技術的 概 念以及理論意義。

（二）實驗教學活 動可以 使學生學 習 到科學研究 歷程中的 實用技 術 及一般策略。

（三）實驗教學活 動使學 生有機會 嘗 試解決問題 的方法，了解解 決 實際問題不能固守一套刻板的思考模式。

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許榮富、趙金祁（1988）認為：實驗教學不但能發展科學實驗過 程技能，而且在實驗活動過程中，可以培育科學態度，理解體驗科學 本質、發展更高的認知能力，建立科學概念與發展科學實驗技能等五 大目標及功能。

肆、實驗活動的教學策略

張惠博（1993）認為：科學教育的 重要功能之 一在於，提供 合適 的機會讓學生認識科學，學習科學，進而應用科學知識於日常生活中，

而實驗活動正式提供學生一個好的機會學習科學，並歸納許多學者有 關實驗教學策略的觀點，提出主要的實驗教學重點，摘要如下：

（一）實驗活動前 簡介與 討論

1.實驗活動的內容要 加以說 明清楚 。 2.說明或示範合適的 實驗步 驟。

3.確定學生對實驗活 動已經 瞭解。

（二）實驗活動中

1.確實督導並瞭解每 一組之 實驗進 度。

2.要把注意力投注於 少數組 別或某 一部份學生 。

3.實驗開始後，盡快瞭 解每一 組之 進展狀況，是 否開始以 及方向 是否正確。

4.準備若干問題用以 檢驗學 生操作 上及方向是 否正確。

（三）實驗活動後

1.準備一些問題幫助 學生對 實驗作 總結及分析 。 2.對每一個實驗應做 歸納性 說明。

伍、實驗活動教學對學生學習成就之相關研究

實 驗 是 否 能 幫 助 學 生 學 習 科 學 一 直 是 科 學 與 技 術 教 育 學 者 關 心 的焦點：

Simpson and Anderson（1981） 認 為：學生在 忙碌的實 驗中有 更 多的思考，通常這實驗會越有意義（歐陽鐘仁，1990）。

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Tobin（ 1982） 研 究 指 出 ： 在 現 實 物質 環 境 中 ， 科 學 過 程 技 能 可 以提供一種途徑，以幫助學生解決問題並發展科學概念。在部分實證 研究中發現，教師指導學生實際操作的教學模式，是可以增進學生科 學過程的能力。

Friedler & Tamir（1984）的研究 中 指出：學生的潛 能無限，且 實 驗活動往往是喜愛科學的主因，在傳統的食譜式實驗中，學生只是根 據步驟而無意識的操作實驗，更進一步指出許多中學生都缺乏觀察、

定量計算、實驗設計和推論等基本操作技能的發展，原因之一是缺乏 或不適當的實驗前後討論工作，然而這是將實驗操作與理論概念連結 的必要基本步驟。

Millar（1989）；Larochelle & Desautels（1991）認為：要讓 學生 在投入實驗活動的時候，不但能運用大腦，也能了解實驗和理論之間 的關係，探討教材與改進教學是必要的。同時，也要了解學生進行實 驗活動的方式，以此為基礎，方能雙管齊下有效地引導學生了解實驗 活動的本質。Tobin（1990）研究發現：學生在50 ％以上的時間從事 不明顯的學習工作，只有20％及5％的時間是在做一些比較明顯的計 畫或思考運作的工作，另外分心時間佔約有30％，雖然學生可以由聽、

看學習到新東西，但若能再加強學生的參與程度，學習的效果將更為 提升。

Lehman（ 1990） 也 建 議 ： 往 後 的 研 究 應 該 朝 向 減 少 學 生 花 費 在 相關實驗過程的確認上，而增加學生在分析資料與實驗活動前後討論 的時間，這樣可能使實驗教學活動更有效率。

Lucas & Roth（1996） 的研究中 指 出：學生喜 歡開放式 實驗， 對 於傳統式教學步驟，學生學習興趣較低，且實驗的過程方法都變成無 意義，無法有效培養學生的過程技能。

White（ 1996）指 出 ： 實 驗 活 動 雖有 助 於 學 生 發 展 操 作 技巧 ， 但 是卻無助於讓學生了解實驗和想法或理論之間的關係，提出質疑的看

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法，指出實驗探究活動，不但無助於學生在科學知識或技能的學習，

而且學生常常是在不瞭解實驗的本質或目的下進行實驗活動，指出學 生在做實驗時，常常總是帶著合乎課本的邏輯理論而制式化的尋找出 一定的實驗結果，批評學生做實驗只用手不用大腦。

而且學生常常是在不瞭解實驗的本質或目的下進行實驗活動，指出學 生在做實驗時，常常總是帶著合乎課本的邏輯理論而制式化的尋找出 一定的實驗結果，批評學生做實驗只用手不用大腦。