5E 探究學習環

建構主義學習理論(Constructivist theories of learning)中的探究學習(inquiry based learning)常被用來進行教學實驗。由於建構主義的整體概念龐大且複雜，無 法從單一面向就能對其有完整的理解，因此本節先說明建構主義學習理論的意義，

再探討探究學習的意義和意涵，進而分析探究學習的教學策略和教學模式，最後 從中歸納出探究學習應用在物理實驗教學上的可行性和可能影響。

壹、建構主義的理論基礎和意義

在過去幾十年中，建構主義已然成為主流的學習理論(Phillips, 2000;

Richardson, 2003)。建構主義有許多類型，其中共同的議題皆視學習為學習者主 動建構知識、創造意義的歷程(Phillips, 2000)。建構主義主要的目的在於瞭解發 展過程中，各式活動如何引發學習者的自主學習，以及在學習的過程中，教師 應如何適當的扮演支持者的角色，其起源基於Piaget 認知建構理論，探討如何 提供有具體經驗的學習環境，幫助學生建構知識，以獲得知識和認識知識的本 質。建構主義主張把教學過程的核心由知識傳述者轉移到知識學習者本身，使 學習者藉由直接參與的方式去發現與理解其學習(DeVries, Hosteller & Watson, 2002)。從建構的觀點來看，知識是學習者主動將真實世界與先備知識作聯結，

進而產生新的意義的一種建構過程(von Glasersfeld, 1991)。

貳、建構主義與探究教學

探究教學的意涵就是在學習的過程中，由學生自己去發現問題，並且藉由模 擬科學家的科學探究歷程，解決自己的問題，讓學生學習如何去建構屬於自己的 知識。而建構主義則主張探究是學習者投入解答問題、解決真實問題或衝突議題、

或探究個人興趣時的調查研究過程。建構式教學對學習者的動機有以下三點益處 (Blumenfeld, 1992; Hickey, 1997; Pintrich & Schunk, 2002)：1.透過課堂上教師與學

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生的討論及探究，幫助學生建立自我效能 (Pintrich & Schunk, 2002)；2.經由深層 理解對知識產生新的意義，促進學生的學習興趣；3.與真實世界作聯結，促使學 生察覺認知價值與學習任務的重要(Newmann, Marks, & Gamoran, 1996; Resnick, 1987)。

Herron (1971)依據探究問題、操作程序以及解答的提供與否，提出探究開放 程度的四個層次，分別為驗證層次、引導式探究層次、開放引導式探究層次、以 及開放性探究層次。

(一) 第 0 層次：為驗證層次(confirmation/verification)，問題、操作方法、操 作步驟以及答案均提供給學生，學生僅依步驟進行操作，目的為驗證已知結果。

(二) 第 1 層次：為結構式探究(structured inquiry)層次，僅提供問題以及操作 的方法及步驟，學生只需依步驟去進行操作，就可以得到結果。

(三) 第 2 層次：為引導式探究(guided inquiry)層次，由教師給予問題，學習 者須使用自己設計或選擇的步驟解決問題。

(四) 第 3 層次：為開放性探究(open inquiry)層次，學生探索與主題相關的問 題，所探究的問題是由學生在選擇、設計的程序中所產生的。

引導式探究的層次只提供學生任務(問題)，而讓學生自行選用實驗器材進行 實驗設計、操作，並提出解答。學生探索教師所展示的問題，但學生必須自己設 計或選擇步驟去解決問題，以學得其中的相關知識。探究並非只有一種型式，可 將科學探究想成直線，一端為傳統、直接講述式，一端為開放式探究，引導式探 究是介於傳統講述與開放探究之間的探索形式(Furtak, 2006)。研究發現，在進行 引導式探究活動時，教師常太快給學習者解決的方法或原理，然而，學習者如能 自行發展形成知識的話，應該會比直接由教師告訴他們還要好(Furtak, 2006)。由 上述可知，解說演示教學與引導探索教學皆能有效幫助學習者學習。前者以教師 為主，將學科內容傳授給學習者；後者以學生為主，採學生主動探究、建構知識 技能。本研究依據建構主義的精神，融入探究教學歷程，設計兩種探索式教學模 式「先探索後學習」(Play-Learn)和「先學習後探索」(Learn-Play)，探討不同數位

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學習環境中的學習者在不同探索式教學模式下之單極馬達實驗學習成效與動機 表現。

參、5E 探究學習的定義與意涵

Trowbridge & Bybee (1990)在美國BSCS (Biological Science Curriculum Study) 中提出以建構主義觀點為基礎所發展的5E學習環教學模式，其教學階段包括：

參與(Engagement)、探索(Exploration)、解釋(Explanation)、精緻化(Elaboration)、

評量(Evaluation）(Trowbridge & Bybee ,1990)。

圖2-2 5E學習環教學模式(引自黃鳳琴, 2002)

5E學習環教學模式特色乃針對學習者的心理認知能力出發，透過學習活動 引起學習興趣。學習者在學習中主要透過自行建構知識、解釋所學習得新的概 念，教學者同時引進新名詞或做概念澄清，使學習者了解新概念應用於不同情 境的方式。評量可以設計於整個教學活動歷程中，並非獨立學習情境外另加施 行紙筆測驗，了解學習者知識建構與迷思概念改變(林曉雯, 2001)。5E學習環教 學模式之內容如圖2-2所示。

探索(Exploration) 評量(Evaluation)

精緻化(Elaboration) 主動

原則

適應 原則

發展 原則

參與(Engagement) 解釋(Explanation)

教材內容 教學情境 教具媒材 教學方法

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在科學教學的領域中，使用5E學習環的教學模式能達到正面的成效，在探 索過程中能讓學習者去把科學的相關技能加以整合應用(Lati, Supasorn, &

Promarak, 2012)，此外，以5E學習環進行教學亦能幫助學習者知識概念的保留 (Fazelian, ebrahim, & Soraghi, 2010)。在科學學習的過程中，探索階段可以針對 學習者自己不清楚的地方加以釐清，在探索過程中不斷地發現問題、驗證問

Engagement

引導學習者投入並激發學習 者的興趣與好奇心。

以故事情境引導學習對實驗遊戲 的環境產生好奇心。

探索 Exploration

讓學習者進行調查、探索觀 念，建立一般經驗基礎。

透過數位學習環境輔助實驗建立 磁鐵磁力線的基本概念

解釋 Explanation

鼓勵學習者基於先備知識與 探索的經驗來做合理解釋。

經由數位學習環境讓學習者動手 組裝單極馬達以連結探索經驗。

精緻化 Elaboration

讓學習者將他們所領悟到的 Evaluation

鼓勵學習者評量他們所學到 的概念或能力，並提供教師 評鑑學習者進步的狀況。

以總結性的遊戲任務來瞭解學習 者能否妥善應用這些知識概念。

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「擴增實境」及「數位模擬」 ，再根據不同教學模式分為「Play-Learn」及「Learn-Play」。本研究參與者共 108 人，剔除未全程參與者 3 人後，有效樣本為 105 人，

其中「數位模擬-Play-Learn」23 人，「數位模擬-Learn-Play」24 人， 「擴增實境-Play-Learn」30 人，「擴增實境-Learn-Play」28 人。合計各組人數擴增實境學習環境組 58 人，數位模擬學習環境組 47 人，Play-Learn 教學模式組 53 人，Learn-Play 教 學模式組52 人。各組分配情形如表 3-1 所示。

表3-1 教學實驗分組及各組人數分配表

探索式教學模式 數位學習環境

先探索再學習 (Play-Learn)

先學習再探索

(Learn-Play) 合計

數位模擬 23 24 47

擴增實境 30 28 58

合計 53 52 105