建構主義與 5E 學習環教學模式

一、 建構主義的理念

建構主義對科學知識的發展的基本理念是：「知識是人所建構出來的，感官 知覺所查覺到的訊息最主要的是決定人們已有的知識、信念和理論，因此觀察和

理論是密切相關的」（郭重吉，1992）。Linn（1987）也指出在建構主義知識論 的主張下，學生的角色已由原來被動消極的知識接受者變成主動積極的知識建 構者，且科學教育學者也逐漸接受學習即概念改變歷程之觀點。換言之，建構 主義將科學的學習視為一種概念的轉變，強調知識是由學生主動建構的，學生的 先備知識會影響之後的學習，並支配學生對於知識的再建構及外來刺激的訊息處 理，但若是為錯誤的先備知識，則會妨礙正確學習的進展。

Staver（1998）提出知識不是被動的接受或吸收，是個體或社群主動建構 的，並且個體或社群在建構知識時是以語言為基礎的社會互動為重心，語言用

規劃 行動 觀察 反省 修正

圖 2-1-1 行動研究步驟

以闡述認知是具有功能的、具有適應性的，而且語言的目的是用以溝通個人的 經驗世界與社群的知識體系。然而今日的課室教學卻未必真正奠基在建構主義 下進行，因此我們必頇釐清傳統教學，與建構導向教學方式的差異處。在傳統 教學法中，教師是主動的知識傳授給學生，學生是被動的學習者。教師由正確 概念開始單向講授、示範，讓學生學習，而學生只需熟記正確的概念及熟練運 算式。這樣的教學法以教師為教學主體，學生是次體，並強調驗證已知的自然 定理或定義，其評量重點是以正確的運算科學問題為評量標準。在建構教學法 中，學生是主動建構的學習者，教師是協助者。教學設計是以學生的先備經驗 概念開始，著重學生內在經驗概念與正確概念間的差異與衝突，藉由互動式小 組討論，讓學生之間彼此辯證、討論、修改其概念，以幫助學生建構自己的知 識。這樣的教學法強調學生自己的先入經驗，且教師與學生是帄行的互動關 係，其評量重點是以學生起始的先入概念為基準，採多元化的評量標準（樊雪 春， 1998）。

經由上述可知，在進行建構主義教學時，教師的角色必需改變，從以「教 師為中心」的教學方式，轉變為以「學生為中心」，不再是由教師單向強壓式 的灌輸知識給學生，學生也不是被動的接受知識，而是教師必需重視學生學習 前的先備知識，透過教學情境的設計，促使學生、教師和同儕間的互動，以促 進學生有意義的學習。

二、 建構主義式的科學學習活動

以建構主義出發的近代教學模式也一再地強調了解學生的先備知識的重 要性，鼓勵學生應用知識，以強化調適。建構教學中教師的角色是知識的中介 者，需要設計教學環境、維持教學氣氛、提供教學內容、輔導學生學習，而不 只是單單傳授知識而已。在知識的建構中，學生必頇是個「主動參與者」，且 有能力可以與他人分享。建構教學強調學生在學習中主動的必要性，以致於學 生得以建構知識、檢測其經驗、整合所學，並且能更精緻化的理解。對科學教 育最大的影響在於「學習者主動建構的過程」和「重視學習者原有的想法」（曾 燕玲，2006）。

許多的科學教育研究者根據建構主義對於學習的觀點提出不同的教學策 略與教學設計模式以促進學習者的學習，例如：許良榮、劉政華（2004）在中 小學生之溶解概念的形成與發展的研究中使用「POE教學策略」；吳穎沺、蔡 今中（2005）在建構主義式的科學學習活動對國小高年級學生認知結構之影響

－以「電與磁」單元為例的研究中使用「衝突圖」；盧秀琴、 黃麗燕（2007）

在國中「細胞課程」概念改變教學之發展研究中使用「 5E學習環教學模式」，

這些研究結果都顯示所使用的教學策略可以有效的促進學習者的學習。其中 5E 學習環是由 Bybee 和 Landes （ 1988 ） 所 提 出 ， 分 為 五 個 階 段 ： 投 入

（Engagement，簡稱 E1）、探索（Exploration，簡稱 E2）、解釋（Explanation，

簡稱 E3）、精緻化（Elaboration，簡稱 E4）與評量（Evaluation，簡稱 E5）。

5E學習環教學模式正是本研究要使用的教學模式，故以下尌針對 5E學習環教 學模式來做討論。

三、 5E 學習環教學模式

1980年代，由美國生物科學課程之小學課程展出來的BSCS課程是屬於建 構式的教學模式，分為投入、探索、解釋、精緻化、評鑑五個階段（Bybee &

Landes, 1988），其教學建議如下（引用自林曉雯，2000）：

1. 投入（Engagement）

在這個階段中，主要是要引導學生投入學習課程的主要概念。激發學 生的學習興趣與好奇心，及探知學生先備知識的瞭解情形與能力。

2. 探索（Exploration）

這個階段的目的是提供機會讓學生藉由調查、探討某一觀念，以建立 一般的經驗基礎，及分享先備知識，然後學生基於先備知識與新的經驗，

澄清並且提出解釋。教師在促成此這一個過程時，需要以問題為核心，評 量進展、仲裁差異意見、挑戰學生澄清他們的解說。

3. 解釋（Explanation）

教師要鼓勵學生基於先備知識與探討經驗做合理的解釋，協助學生組 織，並且澄清說明，使學生的觀點能接近科學家的觀點；從所探討的實驗

中提供學生使用操作型定義，發展相關的科學名詞的經驗，以加強學生對 的知識的瞭解。

4. 精緻化（Elaboration）

這個階段的目的是讓學生將所領悟到的概念應用或轉移到不同的情 境中，重點放在學生能將學到的概念應用於日常生活與事件上，或可以將 類似的過程和概念與其他科目互相連結。

5. 評量（Evaluation）

這個階段的目的是鼓勵學生評量所學到的概念或能力，並提供教師評 鑑學生進步的情形的機會，使學生重複學習環的不同階段，以促進其概念 與技能的成長與進步。

基於上述，在本研究中研究者嘗詴以 Bybee 和 Landes（1988）所提出的 5E 學習環教學模式的五個階段（如圖 2-2-1 所示），設計課程單元教學活動來 進行研究。此外，5E 學習環教學所進行的循環模式中，在教學中如有需要時，

可以在教學設計中再次進行探索、解釋等過程，來幫助學生進行學習（黃松源、

王美芬，2001）。

投入 探索 解釋 精緻

化

評量

圖 2-2-1 5E 學習環教學模式

關於 5E 學習環教學模式中老師及學生在各個階段活動（引用自林曉雯，

想…?的問題，並提醒學生其它可能的解 釋方式。

評量

（E5）

1. 觀察學生如何應用新的概念和技能，來 解決日常生活中所遭遇的問題，及尋找 學生改變想法和行為的事實。

2. 允許學生評量自己和整組的學習活動 或過程技能。

3. 提出開放性的問題來評量。

1. 能將所學習到的新知識運用 於生活之中，自己來解決所 遭遇的問題。

由上述可知， 5E學習環教學模式以活動引起學生學習興趣，讓學生以建 構方式合作動手做活動來探討概念，然後讓學生以所學習的概念做解釋，此時 教師引進新名詞或做概念的澄清，然後讓學生以新學得的概念應用於不同的情 境或與其他科目做連結。評量是指在教學活動過程中的形成性評量，教師評鑑 學生知識的進展或迷思概念的破除，而學生也可以以自評、互評的方式評量自 己或同組成員的知識、概念和能力。換言之， 5E學習環教學模式強調不以教 師講述來灌輸科學概念，而以實驗或活動來引導學生去主動參與、發現現象、

探索問題；學生從教師的教學活動中所學到的技能，主要是決定於學生親自觀 察且實際參與的活動或操作的實驗，學生在教師所給的情境下，利用其可用的 資源來建構知識。因此，教師應該提供學生建構知識的教材或資源，並引導學 生去主動建構知識，且擴展學生的學習領域（林佳儀，2008）。

四、 5E 學習環教學模式相關研究

Lawson, Abraham 和 Renner（1989）認為學習環教學策略有助於鼓勵學 生發展「對科學」與「科學的教學」的正向態度。學生在學習環教學策略教導 之下，在各項活動都能親自操作，對學生學習概念有顯著的幫助。此外，學生 能檢視自己，並增進同儕之間在互相討論、交換意見與共同蒐集、交換資料的 機會，促進了學生對學習內容瞭解、提高學習的興趣，並且能發現他人的優缺 點，並增進同學之間的感情（古士宏，2006；曾燕玲，2006；林建隆、徐順益，

2007），對於具體操作期的學生而言，也有助其心智發展（Schneider ＆ Renner, 1980）。

教學者使用學習環教學策略能有效的改善教學品質，且能了解學生的想法 及尊重學生的意願，並提升學習效果（古士宏，2006）。在學習環教學策略中，

教師只是在小組間觀察，並對學生提出鼓勵，及適時的提供刺激及協助

（Lawson, Abraham ＆ Renner, 1989），此外，教師在課程中，也可以看見學 生的學習歷程，並能了解學生的學習狀態，可以對學生做個別的提醒與提示（劉 伊真，2008）。

Kaynar, Tekkaya 和 Cakiroglu（2009）與 Ceylan 和 Geban（2009）發現 接受 5E學習環教學策略的學生比接受傳統的講解式教學法的學生，在概念的 學習上成效更好。此外，接受學習環教學策略的學生也比接受慣用教學法的學

生對修習的內容成尌與概念保留方面要來得好（Schneider ＆ Renner, 1980）。

劉伊真（2008）則發現使用「 5E學習環教學模式」的學生在科學學習動機的 表現優於使用「傳統教學模式」的學生，且多數學生對於使用 5E學習環境進 行科學學習持正面態度，認為有助於科學學習，而且可以增加同儕互動與知識 交流的機會。林佳儀（2008）指出利用「 5E學習環教學策略」所設計的探索 活動及實驗比「傳統講述式教學法」更能提高學生在課堂上的參與；學生在經 過探究活動之後，可以建構自己能接受且能應用的知識，除了改善學生持有的

劉伊真（2008）則發現使用「 5E學習環教學模式」的學生在科學學習動機的 表現優於使用「傳統教學模式」的學生，且多數學生對於使用 5E學習環境進 行科學學習持正面態度，認為有助於科學學習，而且可以增加同儕互動與知識 交流的機會。林佳儀（2008）指出利用「 5E學習環教學策略」所設計的探索 活動及實驗比「傳統講述式教學法」更能提高學生在課堂上的參與；學生在經 過探究活動之後，可以建構自己能接受且能應用的知識，除了改善學生持有的