第二節 專題導向探究
一、專題導向探究的理論基礎自1980年代開始，研究發現當學生對於學習內容感到無趣或是沒有參與在學習活 動中，則學生學習的效果不佳，學習常淪於表面化無法深入，即便是成績表現佳的學 生也不例外。為克服上述的問題，Bransford, Brown 和 Cocking (1999) 精緻化John Dewey (1959)的理論，提出四個學習科學的方向形成專題導向探究的理論背景，這四個 方向分別是主動建構、情境學習、同儕互動、認知工具。Krajcik 和 Shin (2014)說明這 四個學習方向與專題導向探究的關聯:
(一) 主動建構
學生對事物理解的發展是一個連續的過程，需要讓學生以先有的知識與經驗為 基礎，加入新的經驗與想法後重新建構。當學生能夠經由主動探索周遭的世界，觀 察現象、發展新的想法、讓新舊想法產生連結，並且與他人互動，則學生可以從中 主動建構新的知識。
專題導向探究讓學生參與類似像專家參與的活動，藉由參與處理生活中真實的 問題主動建構知識，並藉由解決問題發展出學習作品。
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(二) 情境學習
科學教育中的情境學習是讓學生在真實問題的情境脈絡下，參與多元的
科學實作活動，包含項設計調查、進行詮釋、建立模型以及與他人溝通交流 ，以體驗自然現象。Krajcik 和 Shin 特別指出食譜式的實驗對於學生學習科 學的效果非常有限，因為學生不容易體會到活動的意義。當教師設計合適的 情境學習活動時，學生可以明瞭學習的價值以及他們所進行活動的意義，這 樣的學習效果也最佳。同時，在情境學習中學生學習的成果，也最容易推廣 到類似的情境當中。專題導向探究讓學生在有意義的情境脈絡下獲取知識，而且讓學生可 將所得的知識與先有知識連結，以發展出更佳、更具連結性的概念理解。
(三) 同儕互動
同儕或社會互動在學習中一直扮演重要的角色。學生藉由與他人反覆地相互分 享、使用、辯論對原理與想法的理解，可以建構深入的想法。當教師、學生、社區 成員可以一起形成學習社群，共同在情境化的活動中建構學習，會得到最好的學習 效果。
專題導向探究設計讓學生與同儕合作提出問題、產生解釋、形成結論、討論數 據與呈現成果。強調讓學生透過與同儕的互動及分享彼此的知識和理解以達成學習 目標。
(四) 認知工具
Krajcik 和 Shin (2014)說明認知工具像是圖表、電腦軟體等工具。這些工具可 以幫助學生獲取及蒐集數據或訊息，提供視覺化或資料分析的功能，讓學生可以更 便利的合作或分享訊息，讓學生可以規劃、建立或測驗模型以及讓學生可以用多媒 體的方式呈現學習成果。藉由認知工具的協助，學生比較容易看出複雜的資料中所 隱含的模式或規則，完成較為困難的學習任務。Salomon, Perkins 和 Globerson (1991)的研究指出認知工具可以放大並延伸學生的學習範圍，在學習上扮演重要的 角色。
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專題導向探究鼓勵學生可以在學習過程中運用認知工具以協助完成真實的情境 問題。
二、專題導向探究課程的特徵
Krajcik 和 Blumenfeld (2006)整理逾十年有關專題導向探究的課程，發現專題導向 探究課程有以下五項特徵：驅動問題、情境式探究、同儕合作、學習科技與作品產 出。
(一) 驅動問題
驅動問題在專題導向探究扮演組織與驅動專題活動的角色，藉由提供驅動問 題適當的情境脈絡，學生可以探索學習目標、從事科學實作，並且進行一系列連貫 的專題活動。透過尋找驅動問題的答案時，學生會發展出關於關鍵科學概念、原理 的理解。Thomas(2000) 也說明驅動問題是課程的核心，學生透過處理這些問題來 學習核心概念。
(二) 情境式探究
科學家在探索自然界現象的過程中，經常從已知的研究或理論形成假設，運 用儀器或工具進行調查，蒐集、分析與詮釋所得資料，最後根據調查結果對現象產 生解釋。科學課室雖與科學家之實驗室的功能有所差異，但科學課程情境仍應與科 學探索的過程一致。
在專題導向探究中，學生會運用所學到的新想法去探索驅動問題，而且此一 探索及調查驅動問題的歷程會維持一段時間。藉由此歷程中，學生參與各種不同的 科學實作，體驗科學探究的情境。
(三) 同儕合作
專題導向探究提供學生、教師及社區的成員相互合作進行問題的調查討論與討 論。在專題導向式探究的課程中，學生與同儕合作提出問題、產生解釋、形成結 論、討論數據與呈現成果。合作會讓學生有機會與教室內的同儕與教室外的成人相 互分享並建構科學概念以及了解所參與的學科本質。Kokotsaki, Menzies, 和
Wiggins(2016)的回顧文獻也認為「透過與同儕的互動及分享彼此的知識和理解以
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達成學習目標」是專題導向式探究的特徵之一。
(四) 學習科技
網路的發達讓學習科技可以協助將教室轉變成讓學生主動建構知識的學習環 境，例如學生可以直接從網路下載真實的實驗數據，並且與同儕合作進行資料蒐 集、繪圖、資料分析、建立模型或產出作品。學習科技可以讓學生延伸他們的學習 範圍，連結科學概念，形成較為深入且豐富的理解。學習科技也可以協助教師促進 學生的探究與學習。
(五) 作品產出
學生作品是學生所建構知識的外在表徵，要求學生產出作品可以提供學生建構 或重新建構自己的理解的機會，也會讓學生主動去操作及連結有關科學的想法以支 持他們基於觀察現象所提出之主張，產生更為深入的學習。當學生能夠發展出自己 的作品時，學生的學習效果較為豐富。
在專題導向探究中，學生從自己對驅動問題的探究與調查產出學習作品，作品 的範圍包含實體的模型、電腦的模型、書面報告、影片、圖畫等等。作品內容應包 含提出驅動問題、展現對驅動問題的新理解、發展與專題學習目標相關的理解。教 師可以透過學生所提出之學習作品，評量學生高層次認知的學習表現。學生則可運 用自己的學習作品進行交流。交流過程中所得之回饋，可以讓製作專題的學生有機 會反思或修正自己的作品。
三、專題導向探究設計「探究與實作課程」符合課綱精神
專題導向探究的理論來源依舊是 John Dewey 的「動手做科學」
、「學習向科學家一 樣的方式做科學」，歷經 1980 以來的精緻後形成目前的理論現況，使其更符合現今科 學教育的觀點。除了 Krajcik 和 Shin (2014)整理出有關專題導向探究課程的五項特徵 外，Schneider, Krajcik, Marx,和 Soloway(2002)也說明專題導向探究進行的過程，指出 學生可以透過「提問及重新定義問題」、「設計並執行調查」、「蒐集及分析資訊與資 料」、「進行詮釋」、「形成結論」以及「呈現成果」等步驟或過程來解決驅動問題。國內學者陳毓凱和洪振方(2007)介紹專題導向的教學法曾繪製專題本位學習教學模
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式圖，如圖 2-2-1 所示。
圖 2-2-1 專題本位學習教學模式圖(陳毓凱和洪振方，2007)
本文比較專題導向學習教學模式圖與課綱規劃之探究活動項目，可以發現兩者幾 可相互對應，如圖 2-2-2 所示。由於課綱為指導課程發展的上層架構，而專題導向探究 是在課堂中實際實施的教學理論，基於兩者理念一致，運用專題導向探究來設計「探 究與實作課程」能符合課綱精神。
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圖 2-2-2 專題導向學習教學模式與課綱中探究學習內容比較圖
個人經驗 生活現象 社會議題
驅動問題
形成 藉由
初始觀察與物質操弄
形成
重新發問與定義問題
假設與預測 構成
形成
構 成 基 礎
新訊息或資料的發現 有助於
建立
有助於
計畫與設計 研究或實驗之實施
解讀資料
形成
規畫與研究
建立
形成結論或產生成品
與他人分享交流
進一步
連結
促使
發現問題
論證與建模
表達分享
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四、文獻對本研究專題導向探究的啟示
(一)由圖 2-2-2 的學習進行過程可以看出，專題式學習起始於「驅動問題」，而此問題 應與學生的個人經驗、生活現象或社會議題相關，之後再經由重新發問與定義問題 形成要進行的「專題」。課程中讓學生產生驅動問題後進行探究是在整體探究過程 中的重要議題。由 Hansen（2002）對探究問題的分類－開放探究、引導探究、並 行探究、結構探究等四種方式中，開放探究以學生為中心，學生主導的程度最高。
能符合 Thomas(2000)對專題導向探究的特徵。故在課程設計讓學生自行選擇驅動 問題、設計並發展可行的研究計畫，容易引起學生的學習動機，也較能持續進行探 究計畫。
(二) 讓學生自行選擇驅動問題雖能符合專題導向探究的精神，但仍需注意 Campbell 等 人(2010)所提醒探究與科學的內容可能沒有連結。故應注意學生探究的內容應與科 學內容進行緊密的結合，此一部分從提出問題開始，即應鼓勵學生就其有興趣的科 學現象進行探究。另外，在協助學生養成科學過程技能時，也應以優秀的科學探究 實例做為範例，包含實驗的設計、數據的分析、結論的歸納等等。引導學生在選擇 題材及探究實作時，皆與科學內容緊密結合。
(三)專題導向探究活動所包含的過程技能眾多，學生有可能因為缺乏所需的技能而使得 其探究活動遭遇困難。故進行專題導向探究活動應同時考量學生是否具備後續進行 專題導向學習的各項能力，協助協助學生搭設鷹架，發展所需的過程技能。包含研 究與實驗的規劃設計與實施、資料的解讀與詮釋、形成結論與分享交流等，避免學 生無法順利進行後續學習。
(四)從上述文獻可歸納出，學生在經歷科學探究活動時，大致上可依循特定的步驟進行
(四)從上述文獻可歸納出，學生在經歷科學探究活動時，大致上可依循特定的步驟進行