探究之意涵與相關研究

一、探究的理論沿革

DeBoer(1991)曾說：「若要用一個字來描述 1950 年代後，這三十年來的科 學教育目標，這個字應該就是探究(inquiry)了」。 由於西元 1957 年蘇聯的第一 顆人造衛星發射成功，引發 1960 年代美國科學教育改革風潮，中小學課程如

ESS(Elementary Science Study)、SCIS(Science Curriculum Improvement Study)、

SAPA(Science — A Process Approach) 都是此時研發出來的。這三種課程主 要不同點在於內容、範疇及順序，但三者均強調科學探究過程的本質(洪振方，

2003)。

1980 年前的探究教學理論基礎有：(李明堂與郭明堂，1995；洪振方，2003) 1. Socrates 產婆法

2. Dewey 思維術

3. Gestalt 心理學和場地學習論 4. Bruner 學習論

5. Ausubel 發現學習 6. Piaget 認知發展論 7. Gagne 學習理論

Socrates 詰問法是由老師向學生提出一些引導式的問題，再由學生的回答中 引導出其他問題，透過此種層層詰問的方式，使學生逐漸釐清自己的觀念，進 而協助發展出自己的理論以進行推論，這樣的方式其實已略具探究法的雛型(甘 漢銧、熊召弟、鐘聖校，1991)。Bruner 的學習理論對探究教學的影響極大，尤 其是探究導向的自然科課程(林寶山，1994)。Gagne 早期的作品也強調「探究」

方法，他對小學科學的貢獻尤大。他的科學過程方法課程，就完全是用來培養 學生的科學過程既能(如觀察、分類、交流)這些過程技能的理念就是來自於 Gagne 的學習層階(洪振方，2003)。 至於 Piaget 的認知發展理論提供設計學習 環的探究式教學法的基礎，希望學生能經現象探索→概念引介→概念應用三個 階段，進行科學學習(歐陽鍾仁，1988)。

1950 年代美國科學教育改革就已經了解科學認知的傳授是不足夠的，主張 培養學生科學的探究，但由於受到實證主義知識論的影響，大部份的科學家普

遍相信世界存有一個絕對的真理，而發現真理最好的方法就是科學探究活動(顏 弘志，2004)。因此在 1960 年代的美國科學過程改革中，課程重點是科學過程 技能的培養，指出科學家從事科學探究的基本能力是「觀察」、「分類」、「傳遞」...

等十三項科學過程技能。這時的科學探究教學基本上就等同於在培養這十三項 過程技能。

到了 1990 年代，探究教學的內涵已產生蛻變，不強調「演示和證明科學內 容的活動」、「作為探究和實驗的科學」及「學生只將想法和結論告訴教師」，而 是強調「調查和分析科學問題的活動」、「作為論證和解釋的科學」及「將想法 和結論與同學公開交流」(NRC，2000)。

二、探究的意涵

探究是什麼？根據美國國家研究委員會(NRC，1996)出版之【國家科學教 育標準】 (NESS)中的定義「探究是科學家們以各種不同方式對自然世界進行研 究，並根據所得到的證據提出解釋」。同時該份文件也提到，探究也是「指那些 學生用來發展知識、理解科學概念，並了解科學家如何研究自然世界的活動」。

換言之，探究不單只是科學家為瞭解自然世界現象所從事的活動，同時也是學 生如何學習科學的重要方法。

美國 Project 2061 主張，科學教育應該和科學探究精神一樣，也就是說「科 學探究的方法主要強調學生應該從一個現象的問題開始，主動參與，進而提出 假設，再根據假設收集並分析證據，設計研究與進行研究的過程，而非只是學 習自然現象的答案而已」(AAAS，1989)。

Gagne 認為探究是以「問題解決」的模式，面對新的現象，在思考上從事 解決的活動。而此類思考起自於系統之觀察，再進行測量的設計，準確的區別 現象觀察及推論，以提出一般化的解釋，最後再下具體、合理的結論(黃湃翔，

1995)。Lederman(1986)指出探究是科學家尋求問題解決之系統取向。Papas 和

Tepe(2002)認為探究是學習者投入解決問題、解決真實問題、衝突議題或探索個 人興趣時的調查研究過程。Keller(1985)認為 Dewey 將探究視為是一種「探究者 與探究問題之間的對話關係」，而這樣的關係是「動態的客觀性」，也就是說探 究本身是一種動態的歷程。美國國家科學教育標準(NRC，1996)中也提及，探 究是一種多面向的活動，它包括觀察、發現問題，尋找書中及其他的相關資料，

來釐清問題，設計實驗，根據實驗的證據檢視過去的研究成果，使用工具去收 集、分析和解釋數據，提出可能的解答，解釋與預測，並溝通結果。探究需要 確認假設，運用批判及邏輯思考，並提出可能的解答。Hofstein 和 Mamlok(2001) 指出，探究是科學家們研究自然界所使用的方法、提出問題與解釋，以及他們 在研究自然界時，所提出對於週遭世界包含證據的解釋。

Bybee(2000)指出美國國家科學教育標準(NESS)的「探究」有兩種意涵：一 是將「探究」視為一種內容的理解(content understanding)，學生能夠建構概念、

創造意義以及解釋他們的經驗；二是將「探究」視為一種技能和能力，包括認 明與提出問題、形成假說、設計與執行實驗、修訂解釋、科學論證的溝通與辯 護等等。

Abd-El-Khalick 等人(2004)更將科學教育中的「探究」區分為「方法與目的」

(means and ends)。以「方法」而言，探究可視為一種教學方法，其目的在達成 學生對科學內容的理解；而「目的」是將探究視為教學目標或成果，讓學生習 得如何進行探究(how to inquiry)。

國內學者歐陽鐘仁(1987) 認為「人類找尋問題與解決問題的過程」就是一 種探究。王美芬和熊召弟(1995)認為探究是一種思考的方式，是一種尋找資料 的過程，一種了解事物的過程。學生經由探究的過程，練習科學的方法。在探 究的過程當中，不但可以發現問題，也可以尋找解決問題的方法。洪振方和賴 羿蓉(1997)認為「探究」是一種發現問題與解決問題的循環過程，而非僅是提

出假說、進行實驗驗證、形成結論此一簡單的過程而已。在探究過程中，需要 將自己的實驗結果提出與他人討論，且由不同人的批判過程，最後產生一個最 有效解決問題的理論。洪文東(2004)從問題解決的觀點認為，科學探究是從問 題的發現開始，經由探討的過程尋求問題的解決，在探討的過程中涉及科學過 程技能，科學概念知識與科學態度之綜合運用，以求得問題的解答。高慧蓮(2005) 科學探究是科學家用來研究自然界並獲取知識的一種有系統的方法。它包括科 學家如何形成科學知識的過程，科學探究過程所使用的科學過程技能，以及人 類在科學探究過程中解決問題及邏輯思考。

三、 科學探究的能力

Kim 和 Hannafin(2004)認為科學探究是強調學習應致力於高層次的問題解 決，以學生的學習目標為導向，學生能自行選擇問題和解決方法。藉由科學探 究，學生會根據證據的質量來產生、測試並且調整研究假設，科學探究需要老 師和學生雙方都能熟悉方法和技能，由此可知科學探究能力的重要。

美國科學教育標準(NRC，2000) 對科學探究能力的內容標準，其中包含 K-12 年級分為三階段，分述如下：

(一) K-4 年級

1. 提出週遭環境中有關物體、生物及事件的問題。

2. 計畫和進行一個簡單的調查活動。

3. 使用簡單的設備和工具來收集資料及延伸感官的範圍。

4. 使用資料來建構一個合理的解釋。

(二) 5-8 年級

1. 界定可以透過科學調查活動來回答的問題。

2. 設計和進行一個科學的調查活動。

3. 使用適當的工具和技術去收集、分析以及解釋資料。

4. 使用證據發展出對科學的描述、解釋、預測和模型。

5. 會以批判性和邏輯性的思考來建立所得的證據和所提出的解釋之間的關係。

6. 會辨認和分析另類的解釋和預測。

7. 會傳達科學的步驟和解釋。

8. 會利用數學在科學探究的所有面向上。

(三) 9-12 年級

1. 界定引導科學調查的問題和概念。

2. 設計和進行科學的調查活動。

3. 使用科技和數學以增進調查活動和傳達訊息。

4. 會使用邏輯和證據來制定和修正科學的解釋和模型。

5. 會辨認和分析另類的解釋和模型。

6. 會傳達和答辯科學的爭辯。

Lederman(1986)指出科學探究包括觀察、應用時空的關係、分類、應用數 字、測量、傳達、預測、推理、形成假設、控制變因、下操作型定義、解釋資 料、實驗等十三種科學技能。同時還結合科學過程技能與科學知識、科學推理、

批判性思考以發展科學知識。

張惠博(1993)認為科學探究的主要意義在於以知識的尋求來取代知識的獲 取。然而長久以來，中小學生在科學的學習上都是以獲得知識為主要目標，因 此忽略了探究的重要，造成學生在科學探究能力上的不足。有鑒於此，我國積 極推動的國民教育九年一貫課程中的自然與生活科技學習領域，一再強調科學

探究能力培養的重要性。在基本理念中即提到，教師應「經由科學性的探究活 動，使學生獲得相關的知識與技能，且應經常依照科學方法從事探討與論證，

培養學生運用科學知識技能以解決問題的能力，並提升學生的科學素養」(教育 部，2003)。在九年一貫課程總綱中也對「主動探索與研究」基本能力做了以下 定義：激發好奇心及觀察力，主動探索和發現問題，並積極運用所學的知能於 生活中。在自然與生活科技領域，此項基本能力的培養，其學習活動應建立在 對自然現象的好奇及意圖推究其真相的基礎上，運用觀察、收集資料、比較、

分類、統整、歸納、研判、推理等方法來獲得知識及技能(教育部，2000)。

洪文東(2007)依據教育部公佈之九年一貫「自然與生活科技」學習領域內 容，考慮科學素養八項能力指標，並納入科學探究相關的三個重要指標，將小 學階段科學探究能力定義如下圖 2-3-1。依圖所示，首先將科學探究能力先分為 三大類，分別為：科學過程技能、科學與技術認知知識及科學思考智能，之後 再分成十個科學探究能力的細項，如圖 2-3-1。

在國科會的研究計畫「九年一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之 培養」中，研究小組根據 NRC(1996)及九年一貫課程綱要(教育部，2003)等文獻，

在國科會的研究計畫「九年一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之 培養」中，研究小組根據 NRC(1996)及九年一貫課程綱要(教育部，2003)等文獻，