探究學習活動與科展製作

壹、探究的意涵

「探究」代表科學教育的本質（Keys & Bryan, 2001）。 Anderson（2002）指出「探 究」在科學領域延續十年之久，並是科學教育者持續重視的，將「探究」當作良好的科 學的教學與學習的特質，而透過美國國家科學教育標準（以下簡稱NSES），「探究」

被視為能發展能力和知識的好基礎。NSES中指出，促進「探究」是教科學的中心策略

（NRC, 1996）。

「探究」的定義是學生在活動中發展他們的知識和科學想法和理解，以及理解科學 家如何研究自然世界（NRC, 1996）。Anderson（2002）也指出「探究」的這個定義反 映出理解科學知識怎樣進行。另外，NSES內容還指出：

「探究」是一種多元的活動，包括做觀察，提出問題，研究書籍及其他 來源資料，看看什麼是已知的，規劃調查，審查什麼是已知的實驗證據，

使用工具來收集、分析和解釋數據，提出答案、解釋、和預測，與溝通結 果。探究需要定義假設，用批判和邏輯思考和考慮選擇解釋。（NRC, 1996, p. 23）

NRC在2000年特別出了「Inquiry and the National Science Education Standard」一書，

指出「探究」是NSES的中心，「探究」結合「科學」和「教室」於科學教育中，期望 提高學習品質，讓學生建立好奇心、獲得探究技能、發展科學思想的知識和理解科學 家的工作。

也有學者說「探究」是密切調查在尋求發現，學生去瀏覽、比較、調查和重複他的 行動，試圖去發現，也就是發現的過程（Prairie，2005）。還有學者認為「探究」既是 一種思考的歷程，也是一種蒐集資料的過程；既是一種了解事務的過程，也是一種建 構內在知識體系的方法（洪文東，2007）。

學者Duschl（2004）更指出「探究」在科學教育的特性包括科學過程、科學的方法、

實驗方法、解決問題和構想出問題並制定假設、設計實驗、收集與分析數據，且得出 結論，還有所產生的概念的理解、檢查科學解釋的限制、方法策略、知識作為「暫時真 理 」 、 實 際 工 作 中 尋 找 和 探 索 的 問 題 、 獨 立 思 考 、 創 意 發 明 能 力 和 實 踐 活 動

（Abd-El-Khalick et al., 2004）。

對於探究用在學習的方面，NSES中指出「探究」用在學習的內容：

學科科學包含廣義的自然科學、生命科學、地球和太空科學，主要著 重在所有學生知道、理解和使用的科學事實、概念、原理、理論和模式。

探究是廣於「科學是一種過程」的，有學生學習的技能，例如觀察、

推理和實驗，而新的觀點則是包含「科學過程」，需要學生結合科學過程 和科學的知識，在他們要使用科學理論和批判的思考來發展他們對科學的 理解，在探究中幫助學生去發展：科學觀念的理解、評鑑在科學中我們所 瞭解的「我們如何知道」、自然科學的理解、技能必須變成有關自然世界 的獨立探究和在科學中支配使用技能、能力與態度聯結。

在教學的脈絡中，探究似乎被用在多種的方式，但不包括仔細的去區別差異，它被 視為兩者，一種是教學模式和一種是學習活動（Anderson, 2002）。我們可以這樣看，

當探究實施於教學脈絡中，以教師的角度來看，是探究教學活動，以學生的角度來

看，是探究學習活動。顏弘志（2004）指出「探究活動」是科學教學的中心策略，其目 的在強調科學能力的培養，而探究教學可以說是美國科學教育的新目標，並認為NSES 中指出以探究為基礎的教學將是學生學習科學知識的有力的手段，所以教師在與學生 互動時，應聚焦和支持「探究活動」。

綜合上述學者的觀點和NSES的探究的意涵與探究學習內容標準，探究教學是一個 科學學習的情境，它也是一個教學或學習的策略，而探究學習包含三個層面：

(一)學習科學相關的內容：包含學生所應該知道的科學原理、知識內容與概念。

(二)學習動手做科學：從過程中學得過程技能、創新思考與推理能力。

(三)學習科學相關的態度：科學當作是人類活動、理解的方式。

貳、探究活動的歷程

Crawford（2000）認為以探究為基礎的科學活動與動手做實驗式不同的，因為以探 究為基礎的科學活動是在真實情境下進行的學習歷程。在成功的科學教室，學生常常 以探究開始一個新的活動，學生想出一些問題並設計出一些方法去解答他們的疑惑，

收集資料並決定如何去呈現它，他們組織資料並產生知識，且需驗證他們所獲得之知 識的可信度。在探索的過程中，學生彼此解釋並論述他們的成果，以及學習去處理一 些問題，如儀器的限制，或是回應教師、同學所提出來的問題。學生評估他們努力的 成果，他們對所收集的資料進行鑑定、再次檢驗，如果有需要的話，就收集更多的資 料，歸納他們的發現並寫成報告。他們向班上其他同學報告計劃和發表研究報告，並 接受他人建設性的評論（NRC, 1996）。

有學者將探究活動的歷程分出幾個階 段，按照階段來進行教學，如Mintzes、

Wandersee 與 Novak（1999）以問題為探究的開始，將探究活動分為四個階段：

導入階段（Precursor Phase）：提出與精煉問題

計畫階段（Planning Phase）：發展計畫去回答問題 實行階段（Implementation Phase）：分析資料

終止與延伸階段（Closure and Extension Phase）：寫報告

而Palincsar、Magnusson 與 Vincent（2002）的研究指出探究應該是以引起學生興趣 開始，是一個不斷的循環歷程，共分為五個階段進行。

第一階段：引起學生興趣開始

第二階段：進入預備探究階段，包括解釋與設計、確定問題、方法與材料 第三階段：進入探究階段，探究完後在小組內溝通分享、與預備報告 第四階段：當小組有了共識之後，再提出主張與證據

第五階段：進行報告，向全班進行解釋與其經驗間的關係

Lee, Buxton, Lewis 與 LeRoy（2006）為支援學生探究學習，為使探究過程明確，允 許在探究中開放讓學生決定，以促進學生主動性和為自己學習的責任感，依探究學習 歷程提出探究架構，如表2-1-1所示。框架中的圖作為參照點，幫助學生思考和組織自 己的探究。

表 2-1-1 探究架構 形成問題

（Questioning） 確定問題

什麼是我想要找到的？[寫下問題的形式]

做假設

我想到什麼將發生？

設計計畫

（Planning） 做一個計劃說明這些問題[思考、說明、寫下]

什麼資料是我所需要的？

什麼程序或步驟將使我取得正確的資訊？

我將如何觀察和記錄結果？

執行 （Implementing） 搜尋資料

執行我的計畫，需要什麼資料？

接著[續]程序

執行我的計畫需要什麼步驟?

觀察[查看]和記錄結果

在我執行我的計畫後發生什麼？

我觀察到什麼？

我如何顯示我的結果？[用圖、圖表、表]

寫結論 （Concluding） 畫出結論

我發現出什麼？

我的證據支持我的假設嗎？

報告 （Reporting） 分享我的結果[非正式的]

我想要告訴其他人什麼活動？

產生報告[正式]

記錄我做什麼是其他人能學的 考慮不同方式去表示我的知識[信息]

探究學習除了是以學生為主的探究活動，還讓學生在真實情境下進行探究學習的歷 程。依照探究活動是以學生學習為中心的教學活動，與探究歷程階段來看，探究起源 於問題，為了尋求問題的答案而設計計畫，實作而得知數據資料分析後，分享與呈現 報告，綜合上述，整理NSES和研究者所提出的探究歷程階段，如表2-1-2所示。

表2-1-2 探究架構整理表 NSES（NRC, 1996） Mintzes、Wandersee

與 Novak（1999）

Palincsar、Magnusson 與 Vincent（2002）

Lee、Buxton、Lewis 與LeRoy（2006）

以探究開始一個新

發現Lee、Buxton、Lewis 與 LeRoy（2006）所提出的形成問題、設計計畫、執行計 畫、寫結論和報告的五個階段能符合NSES所描述的學生的探究學習歷程，也涵蓋所列

活動去解決問題。Colburn（2000）對探究活動的分類是食譜式探究：提供問題、方法和 結果；結構式探究：提供問題、方法；引導式探究：僅提供問題，其他開放，或開放 式探究：將問題、方法、結果都開放。Herron（1971）依Schwab的三層次科學探究活 動，再提出在基礎階層之前的零階層，也就是研究問題、方法步驟和答案都提供給學 生。而國內學者洪振方（2003）有不同的分類方式，他提出的探究活動分類，不僅將探 究問題的開放性以師生導向來論，過程和結果的開放性以開放性與否來論，更提出是 否給學生引導或鷹架的新思維--有結構性與否，共三維分類：第一個向度是教師導向相 對於學生導向，分別與程度在於探究問題的提出是教師或學生；第二個向度是開放式 相對於封閉式，分別在答案與解題的路徑只有一個就是封閉式，有很多可能的答案與 解題的路徑就偏於開放式；第三個向度是非結構式相對於結構式，分別在是否給予學 生引導與設計好具有組織的活動。因為所選擇每一向度的導向不同，教師的教法就會 受到影響。研究者依據Schwab對探究活動的分類，整理其他學者所提出的，將探究活 動的歷程依開放程度來分出探究不同層次，零階層為等級「0」，基礎階層為等級「1」，

中間階層為等級「2」和高層度階層為等級「3」，並以是否提供問題為「形成問題」，

方法為「設計計畫」，步驟為「執行計畫」，結果為「結論」，再以師生互動中是以教 師或學生為主為「師生互動」整理如表2-1-3：

表2-1-3 探究活動的開放層次

等級 形成問題 設計計劃 執行計畫 結論 師生互動 名稱 0 給予 給予 給予 給予 教師 食譜式探究 1 給予 給予 給予 開放 教師 結構式探究 2 給予 開放 開放 開放 師生 引導式探究 3 開放 開放 開放 開放 學生 開放式探究

參、科展製作與探究活動

澳洲學者Treagust 在 2001 年國際科學教育會議中指出探究最好的例子是「科學展 覽」（science fair）這種的科學競賽（Abd-El-Khalick et al., 2004）。而科學展覽專題活動

（science fair）是在科學教室中最常見的開放式探究活動（Colburn, 2000; Bell, Smetana

& Binns, 2005）。在國內，國立台灣科學教育館於民國四十五年創建，負責推動中小學 及大眾科學教育之工作，自民國四十九年創設「中小學科學展覽」，是重要的科學競賽

& Binns, 2005）。在國內，國立台灣科學教育館於民國四十五年創建，負責推動中小學 及大眾科學教育之工作，自民國四十九年創設「中小學科學展覽」，是重要的科學競賽