探究教學

第二章 文獻分析

本章將分別討論「探究教學」、「資訊融入教學」、「學習動機」、「波的概念相 關研究」、「本章小結」等內容，以歸納出本研究之理論依據，於以下各節分別介 紹。

第一節 探究教學

一、探究教學的意涵

探究教學是讓學生透過知識探究活動來進行學習的一種教學策略，教師藉由 提出探究性的問題、提供與教學主題相關的資料等策略，引導學生主動進行假設、

探索、驗證、歸納、解釋及討論活動，目的在於訓練學生能夠運用結構化的推論 方式，鼓勵學生進行主動學習，先讓學生了解解決問題所需的方法與規則，再根 據發現的資料加以假設與規劃，以解決相關探究性的問題（Looi, 1998）。林進 材（1999）指出，探究教學是教師在教學歷程中，指導學生主動探究問題並解決 問題的一種教學方法。此種教學法中，教師和學生的角色跟傳統教學法相比有很 大的不同與轉變，在傳統教學法中，教師扮演主導的角色，學習者居於被動的角 色；而在探究教學法中，教師的角色是引導學生從事探究活動的引導者，學生是 積極的思考者。探究教學法強調以學習者的探究活動為主，培養學生高層次的思 考能力與建立正確的價值體系。張清濱（2000）認為，探究教學是一種科學的思 考方法，在學習情境中，教師引導學生去發現問題、認清問題所在、提出可能的 假設、擬定可行的解決方案、選擇最適合的方案、驗證假設並且獲致結論。探究 教學是一種歷程取向的教學方法，是經由發現而學習。翁秀玉和段曉林（1997）

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也提出教師應營造一個類似於科學家探究的學習情境，也就是以學生為中心，使 學生像一個科學家一樣，去探究、去發現、去學習。洪振方（2003）認為非探究 取向的教學以學科為中心，教師的教學涵蓋了所有的教材，而探究取向的教學以 學生為中心，教師較關心學生認知與創造之成長，探究取向的教學是為了促進學 生多元才能的發展。Gibson 和 Chase（2002）與 Hodson（1990）也指出科學教 育在教學上的改變，是將以往在傳統上著重事實記憶的學習，轉為以探究為主的 學習，學生能在此過程中尋求問題的解答，以探究為主的學習是更有效的科學學 習方式。Bybee（2006）指出探究教學應包括使學生有科學探究的能力；學生能 藉由探究教學學到什麼、使學生瞭解科學探究的本質、使學生瞭解科學知識內容；

所以學生可以在教師安排的適當情境下進行學習，並且藉由自己的建構學到知識。

Bybee（2006）同時也指出探究教學應包含科學的探究技能、有關科學的探究知 識以及合適的方式來教科學的內容。

綜合以上學者的看法，探究教學是以探究活動為工具，問題的產生與解決為 過程，教導學生知識為輔、引導學生進行主動思考為主要目的的一種教學方法。

而探究教學的目標，除了在教學過程中幫助學生獲得知識外，更要讓學生學習「如 何學習」。Bruner（1996）提到，教學生學習任何科目，絕對不是在學生心靈中 灌輸一些固定的知識。而是啟發學生主動去求取知識和組織知識。教師不能把學 生教成一個活動書櫥，而是教導學生如何思維；教學生學習如何像歷史學家那樣 研究並分析史料，從求知過程中去組織屬於自己的知識。因此，求知是自主性的 活動歷程，而非只是被動地承受前人研究的結果。

以往課室中的探究活動都半都是以實驗教學來展現，但是實驗活動並不完全 等於探究活動，實驗過程技能也不等同於探究能力，探究應產生於學生想主動且 願意追求問題真相的同時，而不是在某些特定的實作活動就能使所有學生進行探 究，也不是只有某些特定情境才能發生探究。所以，探究精神應該不只是存在於

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實驗室中，舉凡任何能激發學生主動學習意願的教學活動，都能真正地讓學生產 生探究；探究能力還需要批判、邏輯等高階思考能力，預測、解釋、推理、論證 能力，以及對整個探究過程整體理解、架構的能力。因此，在教學活動中刺激學 生思考，強化學生對整體探究架構的理解，將有助於學生提昇科學過程技能及預 測、解釋、推理等探究能力。

因此，研究者希望以符合學生生活情境的問題設計活動，激發學生學習動機，

使其願意積極參與，透過分組讓學生在科學社群中，主動探索問題、研究問題，

探究精神蘊含在探究教學活動設計中，營造探究情境，學生能從這些活動之中學 習科學，在社群的討論或是辯論過程中，激發學生主動進行探究。期能透過探究 學習環境的營造，激發學生動機，促進學生的物理學習動機和成效。

二、探究教學的模式

已有多位學者依據探究教學的理論主張與研究，發展出多種結構化的探究教 學模式，常見於探究教學相關文獻中的五種探究教學模式如下（王美芬、熊召弟，

1995；甘漢銧、熊召弟、鍾聖校，1991；歐陽鍾仁，1987）：

1. 探究訓練模式（Inquiry Training Model）：

Suchman（1966）提出的教學模式，主張學生在困惑的情境中會激起學習動 機，思考如何將有關資料組織起來，進而形成新的概念，並思考如何運用這些概 念以解釋所面對的問題，並且認清之間的因果關係。此教學模式的重點在協助學 生認清事實，建立正確的科學概念，並形成假設以解釋新接觸到的現象或事物，

且於學習中訓練學生探究問題的過程技巧（歐陽鍾仁，1987）。

探究訓練模式可分成以下五個階段（張清濱，2000；Joyce & Weil, 1992）：

(1) 問題的遭遇：由教師布置一個困惑的情境，並提出足以激發學生好奇心的問 題，且說明探討問題的步驟與規則。

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(2) 資訊的蒐集─驗證：學生就其蒐集的資訊來認清問題中的事物本質和各種情 況，並認清問題是怎麼樣產生的。

(3) 資訊的蒐集─實驗：學生引進新的要素到問題的情境中，觀察是否產生不同 的變化，並驗證每一個因果關係。

(4) 組織、擬定法則：學生對資料進行組織整理並加以解釋，並根據探討的結果 對問題提出說明。

(5) 探究歷程分析：檢討分析探究的過程，改進發展更有效的方法。

2. 科學探究模式（Scientific Inquiry Model）：

由 Schwab（1962）所提出的教學模式，其主張「學習科學就要像研究的過 程」，認為教材內容和過程方法同等重要。他提出每一個探究活動都是一個獨立 單元，都含有一個主要概念和一個甚至多個科學方法，要求學生積極參與，並練 習科學方法。此教學模式的目標在使學生能應用科學家探討科學的方法來學習自 然科學，故重點在於科學方法的訓練（王美芬、熊召弟，1995；歐陽鍾仁，1987）。 科學探究模式中，每單元的教學活動可分為四個階段（歐陽鍾仁，1987）： (1) 教師提出所要研究的範圍，並提示研究討論的方法。

(2) 學生組織問題，以便指出探究過程中技能上需要解決的困難。

(3) 學生分辨問題，指出探究過程中可能出現的困難。

(4) 學生設法排除困難以解決問題。

3. 前置組織因子探究模式（Advance Organizer Model）

由 Ausubel（1963）根據其「有意義的學習理論」所發展出的教學模式，主 張學習的教材和學習的方法，與學習者本身的認知結構要能相互配合才是有意義 的學習，並認為任何學科都有階層式的概念結構，是可以和認知結構相互配合的。

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此教學模式的主要目的在於加強學生的認知結構，因此需要在學習活動開始前，

提供一些引導性的中心概念或基本概念，稱為前置性組織因子，以作為引導性學 習的媒介，幫助學生運用其認知結構中的知識，組織新知識，而強化其認知結構

（歐陽鍾仁，1987）。

前置組織因子探究模式的教學活動可分為三個階段（甘漢銧、熊召弟、鍾聖 校，1991）：

(1) 提示組織因子：說明本單元學習目標，並提示概念、認明定義屬性，以喚起 有關的舊經驗以及背景知識。

(2) 學習活動（提供學習材料）：進行預先邏輯安排的學習活動、維持學生學習動 機，並運用組織因子以促進學習。

(3) 加強認知結構：統整新知與舊知，使和諧、促進自動而活躍的接受式學習並 且評鑑所學新知。

4. 概念達成模式（Concept Attainment Model）

由 Brunner（1996）所提出的教學模式，其主張分類的概念對於整理自然世 界萬象的知識有極大的幫助，並可避免重複學習的麻煩。他認為分類活動有「概 念形成（concept formation）」和「概念達成（concept attainment）」二種，在概念 達成的教學模式中，包含了對概念屬性的討論（王美芬、熊召弟，1995）。此種 教學模式的主要目的在於加強學生概念分析、發展及歸納推理的能力（甘漢銧、

熊召弟、鍾聖校，1991）。概念達成模式的教學活動可分為三個階段（王美芬、

熊召弟，1995）：

(1) 提示正或負例的數據指認概念給學生。

(2) 決定屬性概念定義或定理法則。

12 (3) 檢驗達成之概念是否正確。

5. 5E 教學模式：

由 Trowbridge 與 Bybee（1990）將學習環教學模式擴充後，提出以探究為基 礎的教學模式，將教學過程分為五個階段，包括：參與（engagement）、探索

（exploration）、解釋（explanation）、精緻化（elaboration）與評量（evaluation）

等五個階段。各階段的內容如下：

(1) 參與：以創造觀念衝突或類似真實生活的情境為教學活動，來引發學生學習 興趣，使學生願意主動參與教學活動，並能將日常生活的經驗與課程內容連 結，以聯繫起舊經驗。此外，教師亦可採用提問、呈現矛盾的異例等方式，

引導學生探討與教學主題相關內容。

(2) 探索：學生參與活動後，經由動手操作，建構共同的、具體的經驗，以引出 學生的想法，進行實際的活動。教師再以學生的共同經驗為基礎，給予時間

(2) 探索：學生參與活動後，經由動手操作，建構共同的、具體的經驗，以引出 學生的想法，進行實際的活動。教師再以學生的共同經驗為基礎，給予時間