第一節 專題導向探究組結果分析
四、 專題導向探究組實作課程發現
本研究之目的為設計專題導向的探究與實作課程。在進入專題學習之前，
先以鷹架課程協助學生發展探究專題所需能力，並讓學生自行選擇開放式問題 進行探究。在課程結束後研究者晤談學生，晤談內容針對學生探究歷程做進一 步了解外，也針對學生對課程在探究過程能夠產生的協助做探詢，結果有以下 幾項發現:
1. 學生對於開放式問題探究，會體會到問題的複雜與不確定性
八組中有一組的學生無法完成作品，顯示學生在開放式問題經常會遭遇到 困難，這也是教師在設計此類課程須注意的地方。由於探究式的活動提供學生 研究真實的科學問題，所以學生有機會類似科學家一樣體會到真實問題的複雜 與不確定性，但也因此比較容易感受到挫折(Brickman, Gormally, Armstrong &
Hallar,2009)。
本研究中未完成作品的學生組別，由於無法釐清所欲探究問題的變因控 制，無法得出結果而想更換題目，最後因為時間不足無法完成作品。其他組別 的學生在晤談中，也提到在探究過程遭遇的困難
Q: 在探究的過程中，覺得最困難的部分是什麼?
S1: 就是我們發現有更多變因在之前構思的時候沒有想到，然後造成我們後續做實驗，不管
是分析數據或者是進行實驗都會都會有困難，量測數據都有困難。
S2: 因為做出來的結果跟預期都不一樣。可能是因為有一些沒有想到的細節。
S7: 一開始我們設計實驗，因為我們一直找不到那個水面覆蓋物，本來想用BB彈，但是發 現
BB彈會沉下去，上網去找了那種抽籤用的塑膠小球，發現那個價格其實還蠻高的，後 來我們就用保麗龍球來代替。所以當時主要是在設計實驗出現一些問題…，這是最困 難的部分。
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Edelson, Gordin, & Pea(1999)提到學生在進行真實問題的探究，需要有比傳統學 習更高的學習動機，否則也會因易受挫折而不投入學習活動之中。由於開放式 探究的問題是學生自己選擇的問題，應有較強的動機。本研究的結果顯示，多 數(7/8)組別的學生，能透過組內討論克服挫折，完成作品。但學生必須具備足 夠的探究調查技巧以及科學背景知識，同時能夠組織和管理複雜及延伸性的學 習活動，才能克服真實探究問題的挑戰。
2.
對於要探究的問題 學生能夠掌握控制變因實驗方法的設計學生在經過前三周的課程訓練後，多數皆能運用控制變因的方法設計實驗。
學生能夠分辨要操縱的變因、要控制的變因以及會相對應改變的應變變因。特別 是在控制變因的掌握上，學生能夠自己設計或使用儀器去確保變因獲得控制。例 如「紙飛機材質及角度對飛行的影響」以及「探討套圈圈發射器的發射角度與距 離的關係」的兩個小組都設計發射器，以控制發射紙飛機及圈圈的力量。
圖 4-1-1 為「紙飛機材質及角度對飛行的影響」組別所設計之發射器，本組 學生發現若無法控制每一次紙飛機發射的力量，則無法討論材質及角度對飛行的 影響。因此學生設計發射器以控制發射的力量。發射器使用的方法為將橡皮筋往 後拉，再將不同材質所製作的紙飛機放入發射器中，利用橡皮筋的彈力帶動木板 將紙飛機射出。進行實驗時，只要控制橡皮筋拉長的長度，就可以控制紙發機飛 射的力量。圖 4-1-2 為套圈圈發射器，其目的與原理大致於紙發機飛射器相同。
圖 4-1-1 紙飛機發射器 圖 4-1-2 套圈圈發射器
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另外在「不同材質的曲面會不會影響到集波器集中 Wi-Fi 訊號的效果」這組，
學生也認知到材質是操縱變因、曲面是控制變因，所以要把控制各曲面一致，晤 談資料中，學生說明他們的實驗設計:
Q:請簡單說明你們這組探究的歷程。
S1:集波器我們第一個想到的是它的曲面，然後可能它跟發射端的距離，這些都要先訂好。集
波的曲面、材質和大小，這些都是我們可以討論的…我們就直接看他的圓弧、看他的C 點，然後直接把它平行的射出去。讓他是被計算好，每一個實驗都是一樣的距離和一樣 的曲度。主要是看材料不同產生的效果
圖4-1-3 用銅箔製作的曲面 圖4-1-4 用載玻片製作的曲面 圖4-1-3及圖4-1-4為本組學生所製作之不同材質的曲面，學生將不同的材料
貼在紙模上以製作不同材質的曲面，藉由控制紙模的大小以確保曲面大小一 致。如此可在曲面大小固定的情形下，討論不同材料做成的反射面對wi-fi訊號 強度的影響。
對於非直觀可以量測的應變變因，學生也注意到將變因量化且運用儀器來 進行量測。例如「不同種類的洗衣粉和肥皂的去漬功效及清潔力比較和成份分 析」這組，學生在設計實驗時，必須對於應變變因－去漬功效及清潔力進行定
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義並且找到可以具體量測的方法，晤談資料中，學生說明他們的實驗設計:
Q:在探究的過程中，覺得最困難的部分是什麼?
S4:當時想說要用什麼方法來看他的去汙能力如何，後來想到用透光計來看，用手機的透光 計來看。
研究結果顯示，完成作品的七個小組都能掌握控制變因實驗方法的精神進 行實驗設計，惟探究過程中仍會發生有些變因是學生在設計之初未曾考慮，學 生需要依實際的情形進行修正。
3.
學生認為開放式問題探究 專題導向學習在實驗設計幫助最多本項研究在學生完成的三周實作探究與一周的成果發表之後，對學生進行 晤談。除針對學生探究歷程做進一步了解外，也針對學生對課程在探究問題能 夠產生的協助做探詢，結果有六組的學生認為在實驗設計方面得到最多協助。
以下摘錄學生在晤談時的說明:
Q:這一門課程對你們在探究問題上提供最大的幫助是在那些地方?
S2:不會不知道接下來要做什麼，這很重要，以前沒有這樣探究問題。
S1:在設計實驗的方面。覺得設計實驗統合了很多的就是不同的發現或是能力。比如說你一開 始要找理論、文獻啊，然後你才有辦法去設計這個實驗。
S6:我覺得就是更加了解做實驗的時候，就是教導我們要如何來做一個實驗，更加仔細的把實 驗做到更好，而不要受到外在因素的影響。幫助我們在那個看到觀測結果的時候，以及那 個一些推論的時候，我們可以更加有一個邏輯性。
雖然高中學生受限於其學科背景知識，在有限的時間及能力下，僅能對生 活周遭現象進行簡單的探究。但從學生的回饋來看，學生在課程結束後對於如
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何設計實驗進行科學探究已具備初步概念。