第三節 第三節
第三節 實驗活動教學的相關研究 實驗活動教學的相關研究 實驗活動教學的相關研究 實驗活動教學的相關研究
一、實驗活動的重要性
實驗活動一直以來是科學教學所不可缺少的一環，而科學教育的 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，而實驗室正式提供學生一個好的機會 學習科學(張惠博, 1993)。實驗是獲得科學知識的基本工具和最佳途 徑，從科學發展史中可以發現科學知識大部分來自於自然觀察和科學 實驗，尤其是許多科學理論的演進皆取決於實驗結果之證實與啟示。
經由教師對實驗的安排，學生能藉此獲得科學知識或檢驗科學知識 (林陳涌, 1996)。實驗活動且能提供學生進行彰顯、演示與驗證他們 已知概念與定律的場所，所以優良的實驗活動可以提供學生進行知識 建構的機會(Tobin, 1990)。Tamir (1976)指出實驗活動可幫助學生培養
正確的科學態度及科學過程技能，並提出四個支持實驗教學的理由：
(一) 科學包括高度抽象及複雜的主題，未達型式操作的學生，在沒 有操作事物機會時，無法瞭解科學
(二) 實驗室的工作可以提供學生鑑賞科學之方法及精神的機會 (三) 實際之經驗增進了技能的發展，有廣泛的類化效應
(四) 學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於學習科學
國內學者許榮富和趙金祈(1989)對於科學實驗的功能也曾進行 廣泛且深入的研究，他們指出：實驗教學具有培育科學態度、理解科 學本質、發展認知能力、建立科學概念與發展科學實驗過程技能五大 功能。這與建構主義的觀點：學習就是學習者依自己既存的經驗及知 識，去解釋知識、建構知識的過程的理論基礎是相近的。Tobin (1990) 也明列出科學實驗活動具有以下六種學習功能：
(一) 具有建構主義與有意義的學習的功能 (二) 具有培養問題解決能力的功能
(三) 具有合作學習的功能 (四) 具有讓學生參與的功能 (五) 具有評量學習成效的功能 (六) 具有使教師成為研究者的功能
因此在這觀點下，我們應該給學生較多的機會，對自己所學的知
識，由較實際、直接的方式去體驗，並讓學生有時間去思考，以便能 夠真正了解它們自己在學什麼。林陳涌(1996)也認為科學理論或知識 是經由累積大量的經驗證據(empirical evidence)得到的，經驗證據即 實驗或感官觀察的結果，而科學理論或知識的驗證基本上就是檢驗科 學理論和經驗證據是否吻合。因此，實驗教學除了可提供學生進行知 識建構的機會，更能給學生具體的學習經驗，使科學的理論和概念與 實際觀察所得發生連結，所以實驗課在自然科教學上具有很重要的功 能性及地位性。因此學生在學習科學的概念或定律時必須先擁有經 驗，而這些經驗最適當的來源就是實驗活動，學生可以在實驗中瞭解 這些概念。就建構主義的觀點而言，學習就是學習者依自己既有的經 驗及知識去解釋、建構知識的過程，而一個好的實驗教學活動就可以 提供學生實際建構知識的機會(黃敏彥, 1997)。
二、實驗活動教學的模式
自 1918 年Wiley探討實驗活動教學和傳統教學的不同開始，一個 成功的實驗活動應具備哪些特質，一直以來都是研究者們亟欲釐清的 一個課題。Shulman和Tamir(1973)認為實驗活動的應具備下列特徵：
(一) 實驗活動提供學生辨認迷思概念的機會。
(二) 學生經由實驗活動可以培養出實驗技能，同時可以讓學生瞭解 科學、技學以社會之間的關係。
(三) 藉由實驗活動來發展某些技能是重要的，如操弄、探究、組織 和溝通等等。
(四) 實驗活動可以促進認知技能的發展，如解決問題、分析、推理、
評估、作決定和批判思考等能力。
(五) 學生可以在實驗室中參與實際的活動並提供學生有意義而又不 致於太困難的經驗，如此可增進學習的動機。
(六) 透過實驗活動，可以讓學生瞭解科學研究的意義，如假設、預 測、結論和建立模型等。
(七) 培養科學的態度，如誠實、接受實驗的失敗、對結果的解釋、
任務的完成、培養好奇心、責任感及自信心等。
Tobin (1990)也表示學生經由實驗活動能夠學習科學探究的方 法，進而瞭解科學本質及培養從事科學研究的態度，而好的實驗活動 可以提供學生進行知識建構的機會。Elizabeth (1990)認為實驗活動內 容應遵循下列原則：
(一) 可以學到操作技巧並且增進對儀器設備的瞭解 (二) 瞭解科學探究的意涵並且能獲得與探究相關的經驗
(三) 從事設計及動手進行實驗，獲得的資料能進一步分析及解釋
(四) 實驗活動要能適合個別差異並提供深刻的學習經驗
(五) 成功的實驗才能促進學生的學習動機，而且能體會到科學的可 控制性。
Domin (1999)則將實驗教學模式分為說明式、探究式、發現式及 問題為中心式。就實驗活動進行的方式可將這四種實驗教學模式分成 兩類，說明式和問題為中心式採用的是推理的方式，提供學生一個基 本原理以利瞭解特殊的現象；發現式和探究式的課程則屬於歸納的方 式，藉著觀察一些特殊的例子，學生自己推論出基本原理。以下就這 四種模式進行介紹：
(一) 說明式教學(Expository Instruction)
在說明式的學習環境中，教師訂出要探討的題目，並指導學生做 實驗。學生遵循教師的教導，或從實驗手冊中讀取實驗步驟，最後可 獲得自己和教師都已知道的結果，得到的結果是用來與預期的結果作 比較。說明式實驗教學，發展至目前的形式，已經符合最少的資源、
時間、空間、設備和人員的需求。
然而，說明式的課程就像食譜一樣，僅跟著一定的步驟去蒐集所 需的資料。實質上並沒有去注意實驗活動的設計或結果的解釋，被認 為是不強調思考的重要性，對概念改變是一種無效的方法，而學生對 實驗的記述往往只是照本宣科，無法產生意義的學習。但若要使學生
經由說明式學習而產生意義學習的歷程，則需要藉由教師的教學技巧 予以促成。Ausubel (1968)認為在說明式教學模式中，學生的求知心 理活動其實仍是主動的。在學習一種知識時，學生在教師提供的前導 組織引領下，嘗試運用其既有的先備知識，從不同角度去吸收新知 識，最後納入他的認知結構，成為他自己的知識。
(二) 探究式教學- 非引導式探究(Inquiry Instruction; unguided- Inquiry)
探究法可區分為非引導式探究(unguided inquiry)或稱探究式、及 引導式探究(guided inquiry)或稱發現式兩類，是以學生和教師在探究 過程中所扮演的角色為分類依據。以非引導式探究為中心的實驗教 學，要求學生發現問題、指出變因、形成假設、並根據控制變因的原 則自行設計實驗、執行實驗以驗證假設、最後歸納出結論。學生扮演 的是主動積極的角色，而教師是居於協助的地位，不給予任何指導。
非引導式探究教學法是讓學生仿效科學家的探究，將學生視為一個小 小科學家。學生由探究的過程中獲得知識並對概念、原則、模式、理 論有充分的了解。在促進學生對科學的正向態度及培養批判性思考上 有極大的助益(林寶山, 1988)。
雖然探究式教學法在自然學科的教學上極有價值，但有些教師會 發現他們未能勝任此種教學法，常無法回答學生在探究過程中所提到
的問題。這種情形與教師在大學裡欠缺研究、調查方法的背景有關。
另一種原因則是來自學生的升學壓力，使得教師重知識的傳授而輕探 究技能的教學(林寶山, 1988)。Domin (1999)也在其研究指出美國於 1960 年代曾嘗試建立探究式教學法但卻失敗，歸納其失敗的原因包 括：
1. 對於學習者的短期記憶區之需求過多
2. 沒有讓學生真正有機會去練習和發展重要的探究技巧 3. 太過強調科學過程而忽略科學內容
4. 誤將科學探究與非引導式的學生探究相提並論。
因此，以探究式教學進行實驗活動，似乎還有很值得探討的空間。
(三) 發現式教學法- 引導式探究(Discovery Instruction ; Guided- Inquiry)
發現式(引導式探究)實驗教學是以Jerome Bruner的理念為主軸。
Bruner主張在實際教學情境中，應設法安排有利於學生發現各種「結 構」的情境，而且必須讓學生自己去發現這些有價值的結構。布魯納 認為教師應鼓勵學生藉操作探索、對照、比較、尋找、矛盾、運用直 覺思考、特殊策略等發現的捷思法(heuristics)把教材的最終形式，也 就是知識，發現出來。發現式教學法的主要目的在教導學生學習的方
法，亦即在協助學生「學習如何去學」。在此種教學過程中，教師可 在學生進行探究之前，或在探究之中給予指示和引導，而後再讓學生 進行探究並自行發現答案所在(林寶山, 1988；朱敬先, 1997)。
在實驗教學上發現式與探究式教學法同屬於誘導歸納的。藉由研 究一個現象的特殊範例，學生能夠對潛藏的原理發展出一般性的瞭 解。發現式(引導式的探究)學習與探究式(非引導式的探究)學習在教 學的結果以及所做的步驟兩方面不同。在探究式實驗教學法中，學生 必須自己設計實驗步驟，而老師和學生都不知道實驗結果，但是在發 現式實驗教學的環境中，老師藉由設計好的實驗步驟，引導學生去發 現想要的結果(Domin, 1999)。朱敬先(1997)分析發現式教學法的相關 文獻，認為發現式教學法實施時會有以下問題：
1. 要使用發現教學法，必先具備一個先決條件，那就是學生必 先具有相當的先備知識與先備技能，否則無從主動從事發現 學習。
2. 因團體中各個學生智力與經驗不同，率先發現原則的資優者 的表現，往往對思想較為緩慢者造成極大的精神壓力；因而 對後者將來的學習形成不利的影響。
2. 因團體中各個學生智力與經驗不同，率先發現原則的資優者 的表現，往往對思想較為緩慢者造成極大的精神壓力；因而 對後者將來的學習形成不利的影響。