探究教學的教學問題與設計

一、教師的問題

雖然促進學生的科學探究能力已成為科學教育的核心目標，但是從相關的 實徵研究顯示，探究導向的課程或教學仍有很大的努力空間(Lee, Buxton, Lewis

& LeRoy, 2006)。Shymansky 和 Kyle(1992)與 Tobin & Gallagher(1987)的研 究指出探究式的科學課程並沒有達到促進學生與科學探究相關的高層次的思考 能力-批判思考、邏輯推理與解決問題等，尤其是理論與實務之間的銜接；例如 對於探究本位的教學，很多教師對於營造教學環境、協助學生發展恰當的科學探 究觀點有困難(Crawford, 2007)。就如同國外學者提出教師實施探究式教學所需 具備的能力與知識如下表 2-3-1。由表 2-3-1 中可得知實行探究式教學對於老師 而言，不僅僅需要具備豐富的學科知識，尚須瞭解學生的先備知識，才能適度給 予的引導，在教學過程中也必須營造良好的探究情境；種種的條件對於教師來說 確實是一項挑戰。

表 2-3-1 教師實施探究式教學所需具備的能力與知識

研究者 所需具備的能力與知識

Crawford (2000)

1.更高層次(high level)的學科教學知識(PCK)。

2.教師必須對科學本質有更深的理解。

3.還有更多的了解，在於如何指導，成為學生的良師益友，和學生 一起合作(how to coach,mentor, and collaborate with students) Keys &

Bryan (2001)

1.豐富(rich and deeply)的學科知識：教師必須具備豐富的學科知 識，這可以幫助學生釐清問題與學習主題的關係，或引導學生思考、

或陪同建構歷程與知識、或為學生探究計畫提供關鍵提示。

2.學生學習(student learning)的知識：教師必須了解學生的先備 知識(科學認知基礎、科學過程能力)的了解，甚至學生的學習習慣，

並依此提供適合的探究方向，並適時提供引導。

3.科學本質(nature of science)：教師了解科學本質有助於教師掌 握探究活動的意義，幫助教師扮演好教師在探究活動中的角色，了 解科學探究歷程的不確定性，知識的暫時性，重點在於學生探究能 力的培養，而不是科學知識的記誦或科學過程技能的操練。

表 2-3-1 教師實施探究式教學所需具備的能力與知識(續)

4.吸引學生探究(engage students in investigative practices)：

教師必須清楚區域文化的差異、學生的次文化、學習態度和學生喜 好的學習方式，能引起學生的動機，提供適當的價值吸引，學生能 力可及，營造學習情境。

整理自顏弘志(2004) 洪振方(2003)更進一步分析探究教學之相關問題，引用 Lawson(1995)分析 科學教師不使用探究式教學法的十個最常見理由如表 2-3-1。由表 2-3-1 顯示，

如何提供教師合適的教學設計，以降低或克服教師在時間與精力、教學進度、教 學習慣、主觀感受等等的問題，是探究式教學中急切需要改善的問題之一。

表 2-3-2 科學教師不使用探究式教學法的十個最常見理由

1.時間與精力 致力於發展良好的探究單元教材必須花費許多時 間，每天五節課要保持熱誠需要太多精力。

2.教學進度太慢 我們有學區規定的課程，並且必須涵蓋所有教材，

學生將無法涵蓋所有他們必須瞭解的。

3.閱讀困難 學生無法閱讀探究取向的書籍。

4.風險太高 行政單位不瞭解課室中發生了什麼事：他們會認為 我沒有在做教學的工作，我不確定如何使用探究式 教學使每一單元產生學習效能。

5.能力分班 沒有好的思考者留在普通生物班級。

6.學生的不成熟 學生太不成熟，學生浪費太多時間而無法充分學 習。

7.教學習慣 我這樣教學已經 15 年了，現在沒辦法改了。

8. 具 順 序 性 的 教 科書

探究取向的教科書使我們陷於此書籍所編列的順 序中，我無法略過任一個實驗，因為太多的新教材 呈現於其中。

9.師生的不舒適 當我無法掌控課室中正在進行什麼時，會覺得不舒 適，學生也覺得很不舒適

10.價錢太高 我的實驗室設備不適合探究，我的學區不會購買維 持探究取向所需的材料。

(Lawson, 1995；引自洪振方，2003) 另外 Tamir(1991)也認為大多數的教師並未準備好進行有效的實驗教學，除 了教師的講述教學習慣之外，主要是受限於食譜式的教學內容，即學生依據教材

或老師的規定，使用特定的步驟和方式，來驗證書本上記載的事實或自然現象。

另外陳均伊(2008)也指出教師對於探究教學的理解不足、不熟悉如何實施探究教 學，或者對於探究教學的成效抱持懷疑的態度，也是教師不願實施探究教學的重 要因素。

二、開放式、引導式或完全結構式？明示或暗示？

探究本位教學可依教師的涉入學生學習過程的程度分為開放式、引導式與 講述式；或是分為開放式(發現式)、引導式、結構式與印證式(食譜式)(顧炳宏、

陳瓊森、溫媺純，2011)。不論何種區分，基本上差別在於：(1)探究的問題與假 說：教師給定或是學生自行決定；(2)實驗設計與變因操控：由教師準備與決定 或學生自行設計；(3)解釋資料與下結論：有特定解答或非單一解答。

由文獻的分析顯示，教師適當的進行引導是達成探究教學成效的重要因素 之一。Sandoval 和 Reiser(2004)指出，進行探究學習是以解釋為導向的教學，

必須經由教師發問的方式引導學生進行學習，以日常生活中的現象為問題的脈絡，

才能連結學生的先前經驗，促進學生的概念轉變，將知識在不同情境中轉移。而 Furtak et al.(2012) 的後 設分析 結 論指出 在教師引導 的活動 (teacher-led activities)比學生主導的活動有更高的平均效應大小(effect size)，反映了學 者認為進行探究本位教學時，如果教師只是從旁觀察，缺乏結構化的教學，其教 學價值並不可靠。而國內學者楊秀停等人(2007)的研究也指出學生是具有實驗設 計能力的，只要教師給予引導，並給予合適的任務，利用小組合作力量，足以讓 學生主動進行探究的。白佩宜(2011)也提出針對不同探究能力學生，不同的探究 模式具有不同的教學成效：(1)結構式探究可以增進低探究能力學生的「實驗與 資料蒐集分析」能力。(2)引導式探究對中、低探究能力學生的「提出問題與假 說」有所助益。(3)開放式探究能增進高探究能力學生的「計畫」能力。由於本 研究的教學對象，是常態分班的國小高年級學生，研究者採取引導式探究教學。

另一方面，如同科學本質的教學強調應以明示的教學進行，才能有效提升學

生的理解與學習。Park Rogers(2009)指出在國小實施探究本位教學，學童需要 明示的教學，否則學生的學習未必有正向的效果。Kuhn (2005)、 Li 和 Klahr (2006)、Zohar(2004)等學者也建議應以明示教學的方式，引介學生學習與探究 相關的科學思考策略，才可發展學生的科學探究能力。這些研究符應了 Krajcik, Blumenfeld, Marx 和 Soloway(2000)，以及 Reiser, Tabak, Sandoval, Smith , Stinmuller & Leone(2001)認為如果課程的設計能提供「學習鷹架」，將可 幫助學生投入科學探究的學習。Li 和 Klahr(2006)、 Roberts 和 Gott(2000) 則指出，除非對於研究問題、形成假說、實驗設計、蒐集與分析資料、解釋與論 證等探究過程有關的科學思考策略進行「明示的教學(explicit instruction)」， 否則多數的學生無法在探究課程中，發展出上述的科學探究能力。

洪振方(2010)綜合探究教學的相關研究，指出文獻中很多研究不是以明示 的教學，而是以內隱教學(implicit teaching)的方式，將科學思考策略嵌於探 究活動中，例如以「你將會改變、測量、保持不變哪些變項？」的問題提示學生，

或者要求學生列出操縱變因、控制變因和應變變因，但沒有向學生說明如何進行 控制實驗的思考策略。而且近年來，學者們的研究常是選擇某一項科學思考策略 進行明示教學，其中以控制變因的研究為最大宗(Toth, Klahr, & Chen, 2000;

Zohar & Ben-David, 2008; Zohar & Peled, 2008)，但仍然缺乏使學生投入整 個科學探究過程的研究(引自洪振方，2010)。

由上述文獻分析，本研究將以「引導式探究」設計教學，並且以「明示的」

教學設計，促使對國小學童對而言是「有意義的探究學習」。 三、引導式探究教學的設計

Duggan, Johnson 和 Gott(1996)指出如果學生缺乏為什麼要蒐集資料的動 機，就難以產生明確的學習效果。因此，如何提供恰當的探究主題，是教師必須 面對的問題，也是科學教學者必須學習與反思的重要課題之一。值得我們注意的 是：探究的問題應該要能引起學生「主動探究」的「興趣與熱情」。例如 Krajcik,

Czerniak 和 Berger(2003) 在 論 述 專 題 本 位 教 學 模 式 (project-based instruction)，就指出驅動性問題(driving question)是教學的起源，此驅動問 題扮演專題探究的關鍵角色，必須具備學生(能力)可以做(Feasibility)、值得 做(Worth)、意義化(meaning；學生有興趣探索，對學生而言是有意義的)、真實 世界的情境等等。由此顯示，探究主題或問題是否能夠引起學生的興趣，是發展 教學的關鍵因素之一。陳均伊(2008)也指出探究教學須以學生為中心，考量學生 的先備知識與能力，設計學生能力所及的探究教學活動，在觀察、實驗設計與製 作模型的歷程中，發展科學探究知能，並由教學成效中發現學生樂於參與探究教 學，亦能學習相關的科學知能。。

Milne(2010)以「現象學的美學(phenomenological-aesthetic approaches)」

強調美學經驗對於國小學童投入探索自然現象時具有重要性，除了促進概念的理 解，也能發展出程序性知識(procedural knowledge)與技能。Milne(2010)以此 觀點說明讓學生產生「驚奇(wonder)」的美學經驗包含了三個面向：(1) Wonder about：怎麼會這樣？為什麼會這樣？接下來會怎樣？(2)Wonder at：相當於鑑 賞階段(appreciation phase)，學生是否覺得好好玩、很興奮？(3)Wonder whether：包含價值層面的問題，例如：我應該做(實驗)嗎？我必須做嗎？這個 重要嗎？這個有比較好嗎？

另一方面， Arcus(2003) 說明紐西蘭的科學課程發展中，促進各階層學生 的九項「傾向指標(dispositional indicators)」，包括了：對於我們的世界呈 現出好奇心、對科學有熱情與興奮、被科學相關活動吸引、對觀察或解釋等等有 驚奇感與熱情…等。

由上述文獻顯示，在教案設計方面必須考量學生具備的能力，並在教學活 動中對於學生產生吸引力與引發好奇心，是促成學生在探究式教學中達到學習成 效的最佳原動力。因此本研究以科學玩具為設計科學探究教學的素材，讓學生在

由上述文獻顯示，在教案設計方面必須考量學生具備的能力，並在教學活 動中對於學生產生吸引力與引發好奇心，是促成學生在探究式教學中達到學習成 效的最佳原動力。因此本研究以科學玩具為設計科學探究教學的素材，讓學生在