一、探究學習之演變及重要性
在西元1900年前，大多數的教育學者將科學視為知識的整體，學生經由直接的教學 來學習科學知識。到了1950和1960年代，以探究作為科學學習的方法開始逐漸取代傳統 的教學。SAPA、ESS、SCIS這三個由美國國家科學基金會所支持的小學科學課程，都 很成功的發展且強調科學探究的本質，此時所提倡的探究學習，主要在於強調讓學生能 夠透過實驗去培養科學過程技能，希望學生在「動手做」之中去學習科學概念（洪振方, 2003）。然而，要讓學生學習每個科學理論時，均透過實驗的方式，教師勢必要花許多 的時間，因此，到後來礙於課程時間限制，教師們便傾向於食譜式的實驗教學；而在相 關科學教育研究上，此時也以方法論的量化研究為主，這樣的研究對於學生的學習和實 驗經驗間呈現出過分單純的對照，因此造成不當的控制、評量方法和教學目標不一致…
等缺點（Hofstein & Lunetta, 2004）。故在科學教師對食譜式實驗活動，提供明確地目的、
步驟及實驗結果之功效產生更多批評時，新的探究式教學策略在最近幾年逐漸成為科學 教育之主流。因此，如何讓學生在科學學習過程中建構出科學概念便是科學教育重新思 考之方向。
自1990年後，國內外的科學教育研究由科學本質（王靜如、周金燕和蔡瑞芬, 2006; 林 陳涌, 1996; 鄭淑妃、劉聖忠和段曉林, 2005; Lederman et al., 2005; Pegg & Gummer, 2006;
Schwartz, 2007）、概念建構（Lawson, 1995）、科學素養（劉宏文和張惠博, 2001）等 觀點，提供了當今中外科學教育界探究式教學推展的條件與基礎。此時，所提倡的探究，
和1950年代最大的不同在於著重學生對科學的理解以及藉探究的結果去獲得科學知識
（NRC, 2000）。科學教育學者們認為應該由哲學及認識觀等多種向度去看學生的探究活 動，才能了解學生是如何建構知識及進行學習，並設計探究科學的途徑去促進學生的學 習，故在此階段中，期望以探究學習的方式去幫助學生建構對科學概念的理解，或發展 有關科學本質知識、科學知識及技能（Abd-El-Khalick et al., 2004; Schwartz et al., 2004）。 也就是使學生的知識和真實情境相結合，著重於學生科學想法的呈現，而不單單在培養 學生的科學技能（NRC, 1996）。
在美國國家研究委員會（NRC）在1996出版的《國家科學課程標準》（the national science education standards）中，於探究方面比以往更強調探索（exploration）、解釋
（explanation）與交流（communication），且重視探究活動中的思考過程。因此，較多 強調有較長時間的調查研究活動、讓學生進行論證及科學解釋，進行瞭解科學內容知 識、發展理解能力的探究活動等（NRC, 1996, p.113）。
之後，美國國家研究委員會（NRC）又在2000年針對「探究」部分出版了《探究與 國家科學教育標準》（inquiry and the national science education standards），此與1996年 版本相較，1996年較強調每一階段科學課程中，學生應達到何種科學能力及科學理解，
但在2000年時則較著重於協助教師、專家和一些希望瞭解此標準的人去設計出可實行的 探究方案之資料，包含有關探究的背景、相關研究、有價值的科學教育學者之探究相關 文章的摘要、相關人士(老師、專家、家長等)的活動、提供相關資源的目錄資料等，有 具體而明確的操作型定義，以供教學者參考使用。而學習者也就可以透過教學者藉此設 計出之明確的探究鷹架，進行探究學習，並澄清自己的探究觀點。
在國內，游淑媚（2002）指出台灣目前的教育環境給與學生的多是脫離實際環境且 抽象用不到的知識，要使知識與學習情境結合，必須由學校提供機會，讓學生可以去經 歷像是科學家進行探究的真實探究環境。而黃鴻博（2000）亦提出科學探究活動讓學生 有機會由實際學習與生活過程中發現問題、收集資料、澄清問題、提出研究假設、設計 實驗（調查）、進行實驗（收集資料），進而解決問題，獲得結論並將成果展現出來，這 樣過程對學生而言是充滿教育的意義與價值。Tuan 亦於關於各國探究發展的報告中指 出台灣的科學教育改革中，新的課程標準強調學生應該發展探究和研究的能力，包括應 用「科學方法，像觀察、收集資料、對照、分類、整合、總結、判斷和推論去建構科學 概念…[和]獨立的思考和問題解決能力」，也就是，探究要能從精確的實驗室環境到較少 人為建造的環境中，例如每天生活所面臨的問題上（Abd-El-Khalick et al., 2004）。
綜合上述，可知探究式學習可以促進學生發展理解科學的能力，並透過實際情境之 經驗，使學生能夠真實體會，並建構出相關的知識。故研究者採用探究式學習做為學生 進行生物學習之方式，讓學生在真實的自然環境中去體驗、觀察，進而澄清科學本質、
科學探究等觀點。
二、探究學習之教學模式
Anderson（2002）指出，探究教學沒有明顯的操作型定義，因此不同的學者所提出 的探究教學模式也不太相同，而學生所進行之探究學習也就不同。下面分別介紹各種探 究教學模式。
1.探究層次
Herron（1971）將科學探究針依照教師是否提供學生研究問題、操作流程以及解答 這些部分之開放程度，區別成確認、結構性探究、引導性探究、開放性探究四個層級如，
表2-1-1 :
表2-1-1：Herron 所提出之探究層次（Herron, 1971）
探究層次 說明
Level 0
確認(verification)
教師給予學生問題、操作方法、操作步驟 以及答案，學生依步驟操作來驗証結果，
確認及理解定理。
Level 1
結構式探究(structured inquiry)
教師給予學生探究問題、操作流程及步
開放性探究(open inquiry)
學生針對與主題相關的問題進行探索，從 探究的問題的形成、探究流程的設計都由 學生自己設計或選擇。
後來，Hegarty-Hazel（1986）又加上了「實驗器具」，因此又將引導性探究部分細 分成兩個次層次，如下表2-1-2：
表2-1-2：Hegarty-Hazel 所提出之探究層次（Hegarty-Hazel, 1986）
探究層次 說明
引導式探究(guided inquiry)
教師給予學生探究問題、操作流程及 步驟，學生步驟進行探究，即可得到 原本未知的結果。
Level 2a
開放引導式探究(open guided inquiry)
學 生 依 教 師 提 供 之 問 題 及 實 驗 器 具，自行設計操作流程或步驟，從中 學得相關的科學知識。
Level 2b
開放引導式探究(open guided inquiry)
學生依教師提供之問題，自行決定使 用之實驗器具，並設計操作流程或步 驟，從中學得相關的科學知識。
Level 3
開放式探究(open inquiry)
學生針對與主題相關的問題進行探 索，從探究的問題的形成、探究流程 的設計都由學生自己設計或選擇。
Staer，Goodrum 和 Hacking（1998）則將 Herron 和 Hegarty-Hazel 所提出的探究 層次加以比較，列出如下表2-1-3：
Windschitl（2003）則針對科學教育學者提出不同的探究層級，整理出如下表2-1-4 之「證實性探究（confirmation inquiry）」、「結構性探究（structured inquiry）」、「引導式 探究（guided inquiry）」和「開放或獨立探究（open or independent inquiry）」等四個探究 層次。
表2-1-4：Windschitl所提出之探究層次（Windschitl, 2003, p.114）
探究層級 開放程度
證實性探究
（confirmation inquiry） 最低
層級 「食譜式實驗」；學生跟著指定的步 驟去進行的已知的科學原理。
結構性探究
（structured inquiry）
教師提供一個學生不知道答案的問 題，學生根據提供的步驟去完成探 究。
引導式探究
（guided inquiry） 教師呈現學生一個問題去研究，但是 把解決問題的方式留給學生。
開放或獨立探究
（open or independent inquiry） 最高
層級 教師允許學生去發展他們自己的問 題和設計自己的研究。
2.五E學習環教學模式
此模式由美國BSCS科學課程發展出來，其所包含的階段如下表2-1-5：
表2-1-5：五E學習環教學模式（BSCS, 2006, p.2)
階段 說明
投入(engagement) 引起學生的回應，從中發現學生對概念的認 識與想法
探索(exploration) 提出探討的問題，引導學生藉由親手做的經 驗去探究他們的想法。
解釋(explanation) 學生盡力分析探究活動資料，並鼓勵學生以 自己的話解釋概念。
精緻化(elaboration) 鼓勵學生將學習之概念擴展，應用於其他的 情境中。
評量(evaluation) 了解學生學習後對概念理解之情形。
3.創造性探究模式
由洪振方（2003）所提出之「創造性探究模式（creative inquiry model, CIM）」，
共包含「四成分六加二階段」，如下表2-1-6及圖2-1-1：
表2-1-6：創造性探究模式（洪振方, 2003）
成分 階段說明
探索成分
(1)「形成問題與假說」：從事觀察並使用先前的探究結果及 理論產生有效的問題、發展假說、進而做預測。
(2)「設計研究和產生數據」：下操作型定義和控制變因、選 擇適當的方法、進行實驗或調查研究、及蒐集數據。
解釋成分 (1)「詮釋數據」：處理和分析數據、辨識型態、和做推論。
(2)「建立論證」：連結實驗結果到假說或理論架構以建立 解釋、做新的預測、以及形成通則。
交流成分 (1)「說服」：說服同儕社群接受探究發現的效度與重要性。
(2)「辯護」：用批判的方法做判斷、經由比較來評價、以及 為知識主張做辯護。
評價成分
(1)時時評價「探索」、「解釋」、及「交流」等工作及計 畫之可行性。
(2)回顧與評估在「探索」、「解釋」、「交流」、及「評 價」過程中學到什麼及如何習得。
圖2-1-1：CIM的循環模式（引自洪振方, 2003）
4.NRC探究學習的五個共同階段
NRC（2000）則提出了科學探究學習的五個共同階段，如下表2-1-7：
表2-1-7：探究式學習的五個共同階段（NRC, 2000, p. 35）
階段 說明
階段一 學生接觸科學問題、事件或現象。連結他們已知的並去製 造不一致的想法，以刺激他們學習更多。
階段二 學生藉由親手做的經驗去探究他們的想法，形成假說並進 行試驗，解決問題和對他們觀察到的提出解釋。
階段三 學生分析並解釋資料，綜合他們的想法，建立模式，並與 老師或其他科學知識的來源說明他們的概念和解釋。
階段四 學生擴展他們新的理解和能力，並在新的情境應用他們已 經學習到的。
階段五 學生及老師去回顧並評量他們已經學習到的，以及是如何
階段五 學生及老師去回顧並評量他們已經學習到的，以及是如何