一、從OECD 2030 到新一代科學標準 (一)OECD 2030 的教育願景
隨著科技文明的發展，社會、經濟及環境也受到極大的挑戰，在社會方面全 球已面臨人口爆炸的危機， 導致土地居住、糧食不足甚至疫情如新冠病毒 (COVID-19)於全球擴散傳染的問題；經濟方面受益於科學與科技知識的進步發 展得以享受高品質的生活，卻也可能面臨過度的發展如假訊息或人工智慧所帶來 的威脅；環境則在人類無止盡的開發下面臨全球暖化或氣候緊急狀態的威脅。人 類的未來究竟該如何面臨這些挑戰？而未來的教育又應該呈現什麼內容才能使 下一代具備解決未知挑戰的素養？經濟合作暨發展組織(the Organization for Economic Co-operation and Development, OECD )發布一篇 2030 教育願景論述(The
Future of Education and Skills 2030 Project)，闡述了兩項各國皆須關注的議題：(1) 現今的學生為了生存或改變未來的世界，會需要什麼樣的知識、技能、態度與價 值？(2)而現今的教育體系又該如何有效率的發展這些知識、技能、態度與價值？
(OECD, 2018)第一個議題其實是屬於該教什麼/該學什麼的層次(what to teach/
learn)，而第二個議題則屬於如何教與學的層次(how to teach/learn)。OECD 結合 專家學者共同發展出2030 學習架構，稱為學習指南針(learning compass)(圖 1)。
圖 1 學習指南針 (資料來源：OECD, 2018 p.4)
OECD 的學習指南針需要經過重新的校準才能發展出素養，包括需要確認學 生是否有在學習關乎領域內(disciplinary)、跨領域(interdisciplinary)、程序性的知 識(procedural)及知識論(epistemic)；關於認知與後設認知技能、社會的與情緒性 的技能及身體與實踐的技能；關於有個人、在地、社會、全球的不同層面的態度 及價值觀。同時雖然以學習者為中心，卻仍需要與父母、教師、同儕、社區共同 支持。而透過素養的學習，在內圈能長出三片「負起責任(taking responsibility)、
建立新的價值觀(creating new value)、協調衝突與兩難」(reconciling tensions &
dilemas)的葉子，在外圈則在課堂的 AAR 循環裡進行預期(anticipation)、行動
(action)及反思(reflection)，而最後讓指南針對準目標 2030 的世界裡兼顧個人與 社會的幸福(well-being)，協助學習者發展成為「全人」(whole person)。
(二)新一代科學標準
美國近代的科學教育經歷了由全美科學教育改進學會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)所發展的 Project 2061 提出「全民的科學」
(Science for All American)，及由國家研究委員會(National Research Council, NRC) 公布的《國家科學教育標準》(National Science Education Standards, NSES)目標旨 在提升全民科學素養(邱美虹，2000)，然而科學教育仍存在許多改進空間。如在 各階段(K-12)的科學教育，仍較缺乏連貫與一致性，且課程標準不但充滿細節知 識也過於零碎，使科學課程招致膚淺的批評(a mile wide and an inch deep)(NRC, 2012)，同時也由於科學、工程與科技遍布於現代社會的每一面向，而這三者同為 人類面臨現在及未來挑戰所需要的關鍵鑰匙，因此在這樣的社會背景之下，於 2011 年由美國國家研究委員會(NRC)主導發展 K-12 科學教育架構書(Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas)，基於 科學與科學學習的研究結果，確認幼稚園到高中各階段的學生所需要學習的科學 內容，隨後經各州來自科學、科學教育、高等教育及工業領域等不同背景的專業 委員的共同發展，為自然科學領域制定出了《新一代科學標準》(The Next Generation Science Standards, NGSS)(張佳琳，2013)。
《新一代科學標準》(NGSS)的首要目標在於確保經歷完整的 12 年科學教育 後，所有學生都能對科學感到好奇且能欣賞科學之美，並使學生能擁有足夠的科 學及工程知識能參與公眾相關的議題討論，對於日常生活中所接收與科學或科技 相關的資訊也能更為謹慎，以及未來的職涯發展裡也能因為科學的學習而有所助 益。為了達至此目標，新世代科學標準(NGSS)最大的任務即是當學生處在一個充 斥科學與科技高度發展的社會時，他們該如何準備及學習才能回應自己的生命及
社會中所扮演角色的議題(NRC，2012)。因此在規劃這個標準架構時，提出 K-12 的科學教育需要涵蓋的三個主要面向：科學與工程實作(Science and Engineering Practices)、跨科概念(Crosscutting Concepts)、領域核心觀念(Disciplinary Core Ideas)。 這三個面向是為了使學生在科學及工程方面的學習能有意義，且需要被 落實於課綱、課程、教學及評量中。
科學與工程實作(Science and Engineering Practices)主要藉由八種實作讓學生 能了解科學知識的發展及工程師的工作，同時理解工程與科學之間的連結，更重 要的是，透過實作的方式來使學生能理解跨科概念及領域核心觀念。八種實作包 括：(1)提問與定義問題(Asking questions and defining problems)；(2)開發與使用模 型(Developing and using models)；(3)規劃與執行調查(Planning and carrying out investigations)；(4)分析與解釋數據(Analyzing and interpreting data)；(5)使用數學 和運算思維(Using mathematics and computational thinking)；(6)建構解釋和設計解 決方案(Constructing explanations and designing solutions)；(7)從證據中形成論證 (Engaging in argument from evidence) ； (8) 獲 取 評 估 和 交 流 資 訊 (Obtaining, evaluating, and communicating information)。
而為了幫助學生建立一個組織性的框架以連結各領域概念基礎，第二面向的 七 項 跨 科 概 念(crosscutting concepts) 便 成 為 重 要 的 角 色， 包 括 (1)模 式 / 型 態 (Patterns)；(2)因果關係(Cause and effect)；(3)尺度、比例及數量(Scale, proportion, and quantity)；(4)系統與系統模型(Systems and system models)；(5)能量與物質的 傳輸、循環及守恆(Energy and matter: Flows, cycles, and conservation)；(6)結構與 功能(Structure and function)；(7)改變與穩定(Stability and change)。這七項跨科概 念能應用於科學的各領域裡，同時也提供一個路徑與面向三的領域核心概念做連 結，而領域核心概念分屬四個不同的領域，物理科學(Physical sciences)、生命科 學(Life sciences)、地球科學(Earth and space sciences)以及工程、科技與科學的應
用(Engineering, technology and applications of science)，要成為這四個核心領域則 須有四項條件：(1)不同學科中的重要原理與原則；(2)能成為理解及探究更深入 複雜問題的工具；(3)能與學生的興趣或生活中的經驗連結的知識；(4)具有深入 淺出能發展為適合各不同階段供學生學習(NGSS Lead States, 2013)。
從OECD 2030 Project 的教育趨勢到美國《新一代科學標準》(NGSS)的引介，
能發現教育的改進方向不斷扣合世界的需求，回應著解決未來挑戰及問題所需具 備的知識、能力及態度。接著將視角轉換至臺灣近年所發展的108 新課綱，其中 也能窺見透過課綱回應世界潮流及在自然領綱中如何回應社會真實的問題。
二、新課綱中自然領綱的探究與實作 (一)連貫總綱的精神於自然領綱
臺灣於民國100 年即宣示啟動十二年國民基本教育，同年 9 月行政院也正式 核定「十二年國民基本教育實施計畫」，明訂民國103 年 8 月 1 日全面實施。十 二年國教本於全人教育的精神，將學生視作終身學習者，以「自發」、「互動」、
「共好」的理念，結合「啟發生命潛能」、「陶養生活知能」、「促進生涯發展」、
「涵育公民責任」四項總體課程目標，期待能落實全人教育的理想 (教育部，
2014) 。此與 OECD 所強調的素養導向教育、全人教育的精神及營造個人、社會 的幸福感理念相符(楊俊鴻，2018)。
同時為落實十二年國民基本教育的理念及目標於各教育階段及各領域/科目 間，則以「核心素養」做為課程發展主軸，連貫總綱與各領域綱要之間的統整。
十二年國民基本教育的核心素養分為三大面向：「自主行動」、「溝通互動」、「社 會參與」，三大面向之下又再細分為九大項目：「身心素質與自我精進」、「系統思 考與解決問題」、「規劃執行與創新應變」、「符號運用與溝通表達」、「科技資訊與 媒體素養」、「藝術涵養與美感素養」、「道德實踐與公民意識」、「人際關係與團隊
合作」、「多元文化與國際理解」(圖 2)。考量領域/科目的理念及目標，則以上列 的核心素養為內涵，再發展出各領域/科目的核心素養及各領域/科目的學習重點 (圖 3)(國家教育研究院，2014)。學習重點由「學習表現」與「學習內容」兩向度 組成，需要落實於課程設計、教材發展、教科書審查及學習評量等，並配合教學 加以實踐。
圖 2 核心素養的滾動圓輪意象
資料來源：十二年國民基本教育課程綱要總綱(p.3)
圖 3 核心素養在課程綱要的轉化及其與學習重點的對應關係 資料來源：國家教育研究院，2014 (p.8)
自然科學領域課程在十二年國教的基本理念引導下，訂定了五個課程目標，
包括能使學生對自然科學具備好奇心與想像力並發揮理性思維的「啟發科學探究 的熱忱與潛能」；使學生具備基本的科學知識、探究與實作能力及科學態度，以 期能在生活中溝通、參與社會問題的解決及對科學相關資訊能有所反思的「建構 科學素養」；使學生能養成對科學的正向態度、興趣及運用科技解決問題的「奠 定持續學習科學與運用科技的基礎」；使學生能從欣賞大自然到付諸行動關懷人 文環境的「培養社會關懷和守護自然之價值觀與行動力」；使學生具備科學知能 以「為生涯發展作準備」(國家教育研究院，2017)。而為了邁向五個目標，自然 領綱規劃的「探究與實作」課程，則成為實踐前述理念相當重要的關鍵。
自然領綱規畫探究與實作課程於高中教育階段佔部定必修學分數三分之一，
同時也明定於國中教育階段需於每個學期至少包含一個跨科單元，實施跨科主題 整合的探究與實作學習內容。課綱中同時明訂七項跨科概念作為統整學生的學習 經驗，其分別列屬於三個自然領域的學習課題：自然界的組成與特性的「物質與 能量」、「構造與功能」、「系統與尺度」；自然界的現象、規律及作用的「改變與 穩定」、「交互作用」；及自然界的永續發展「科學與生活」、「資源與永續性」。這 部分與 NGSS 第二面向的七項跨科概念(crosscutting concepts)其實相當一致，透 過跨科概念及科學性社會議題，並以探究與實作作為途徑進行學習，學生能涵養 科學的核心概念、探究的能力及科學態度，成為具備科學素養的公民(國家教育 研究院，2017)。
(二)自然領綱中的探究與實作
108 新課綱捨棄九年一貫中對於十項基本能力及能力指標的論述（教育部，
2001），而是規範學習重點為「學習表現」及「學習內容」，以期在教學現場能能 整合知識、能力發展出核心素養，並於真實脈絡中學習(洪詠善、范信賢，2015)。
而自然領域中的學習表現預期學生能在面對科學方面的問題時能展現科學探究
的能力與態度；學習內容則為探究問題的過程中重要的知識起點，且也是認識人
能的結果，提出想
學新 知與想法，
目前也於中央大學科教中心網頁留下研習資料以供查詢。教育部也委託臺灣科學
目前也於中央大學科教中心網頁留下研習資料以供查詢。教育部也委託臺灣科學