「探究」這個詞代表了一個藉由進行調查來尋找、探索與獲得資訊的過程。
而在美國國家研究委員會所釋出的科學教育標準當中，就提及主動探究學習方式 是培育科學素養的方法，「動手活動」（hands-on activities）與「動腦經驗」 （minds-on experiences）是非常重要的，因為「科學學習是學生做，而非別人做給他們看」
（NRC; 1996, p. 20）。對於探究的定義 Minstrell （2000）概括出下列：激勵好奇 心、學習動機的教學方式、動手與動腦活動、操作不同的事物來研究特定的現象 以及由學生形成問題。
而「探究」這樣的活動最早是由約翰杜威（John Dewey, 1910）建議要編列 在課綱之內，因為課程太注重在事實之上，而沒有重視科學中的思考與態度的面 向，因此杜威建議探究與實作需要做的六步驟：感知令人疑惑的問題、確認問題、
形成暫時性的假說、測試假說、用實驗來審視假說，最後用行動執行解決方案
（Barrow, 2006）。由美國國家研究委員會所發布的國家科學教育標準（National Science Education Standards, NSES）中，將探究做了解釋與定義「探究是學生的 活動，用來建構與學習科學知識，同時也了解科學家們是如何探索大自然。探究 是一個多面向的活動，涉及觀察；提出問題；檢視書籍和其他來源以確認資訊；
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計畫科學調查；藉由實驗證據來驗證資訊；使用工具來整合、分析並解釋數據、
提出答案、解釋和預測，並能與他人交流實驗成果 （NRC, 1996, p. 23） 。進一 步指出執行探究活動的能力，包括：
1. 辨別問題與概念以幫助執行研究（identify questions and concepts that guide investigation）
2. 設計與執行科學研究（design and conduct scientific investigations）
3. 使用合適的技術與數學來改善研究與溝通（use appropriate technologies and mathematics to improve investigations and communications）
4. 運用邏輯與證據來形成與修正科學解釋或模型（formulate and revise scientific explanations and models using logic and evidence）
5. 辨認與解析不同的解釋與模型（recognize and analyze alternative explanations and models）
6. 溝通與辯護科學論證（communicate and defend a scientific argument）
因此學生在進行探究時，這可以幫助他們發展批辦性思考與科學論證能 力，同時讓他們對於科學有更深層的認識（NRC, 2000）。
二、 臺灣的探究與實作
在自然領綱中提及自然課程內容必須含有探究本質的實作活動、跨科的學 習素材和多元的教法與評量方式，用來培養學生自主行動、表達、溝通互動和 實務參與的核心素養（教育部, 2015）。藉由探究與實作的方式，學生可以獲得 科學探究歷程與問題解決的環境與機會；促進正向科學態度和提升科學學習動 機；培養科學思考與發現關鍵問題的能力；探索科學知識發展與科學社群運作 的特徵，藉此學生可以更進一步的了解科學本質（教育部, 2015）。
因此我們可以知道，108 課綱精神之下的探究與實作課程並不是單純的實驗 課，也不是利用新奇有趣的科學遊戲來提高學生的學習興趣。而是讓學生能夠從 生活周遭、生活情境之中找到科學性的問題，再藉由解決問題的方式中體驗、學
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習科學探究歷程。探究與實作課程的學習重點共有「探究學習內容」和「實作學 習內容」兩部分，「探究學習內容」分為四個主要項目：發現問題、規劃與研究、
論證與建模、表達與分享；「實作學習內容」為則是外顯的學習表現、可操作的 科學活動，例如：觀察、測量、數據蒐集與分析、歸納與解釋、做出結論等 （教 育部, 2018, p. 40）。
因此在自然領綱中對於科學學習的方法再三要求各階段應使用「探究與實 作」的方法讓學生主動探索、操作及論證能力、從既有經驗激起學生的好奇心 與主動學習的意願。在認知能力中第四學習階段－國中，便開始有具體的描述
「科學探究」所需具備的能力，也於高中教育階段增加自然科學探究與實作課 程且為自然科學領域必修學分數三分之一（四學分）。這樣的改變在我們的科學 課程中是首次訂定以科學探究與實作為高中課程的重要訴求之一。
在探究能力的學習表現部分，主要希望培養學生的「思考智能」與「問題 解決」的能力，而每個面向再各有 4 個子項 （教育部, 2018）。思考智能強調心 智運作的方式與功能，包含想像創造、推理論證、批判思辨與建立模型四個部 分；而問題解決強調類似科學家處理問題、提出解決方案的歷程，包含觀察與 定題、計劃與執行、分析與發現與討論與表達四個部分。
由上可知探究能力的學習表現方面，108 課綱培養學生手腦並用、展現思考 智能與問題解決的能力。破除過去強調知識面向的學習，改為著重於知識的運用，
透過實作來了解科學知識與技能的價值與重要性。
三、 美國的探究與實作
科學探究、工程設計和科技發展是相互依存的，因此 NGSS 藉由實作任務希 望學生除了動腦思考更希望他們能夠動手去完成任務，一來可以幫助學生發展與 建構知識之外，更能了解科學家們的研究及解決問題方式。
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在實作方面，NGSS 延續 NSES 對於探究的定義－模仿科學家與工程師們的 研究歷程，歷程分為三個階段，第一階段為「調查」，主要是希望學生能夠在探 究活動中根據在真實世界所觀察到的現象來提出問題、設計實驗並且收集資料及 測驗解答；第二階段為「評估」，需要利用批判性思考、想像力、論證、建模等 來分析解釋或是提出可行的解決方案；第三階段為「發展解釋與解答」根據上一 階段的結果更進一步的去分析、辯論及評估（如圖 2.1）。
透過這三大階段，NGSS 的「科學探究」進一步細分以下八個步驟來協助幼 稚園至 12 年級的學生進行更深層、更實際的學習，這八項分別是提出疑問（科 學上）並定義問題（工程上）、發展與使用模型、計畫並執行研究、分析與詮釋 數據、運用數學及計算思維、建立解釋（科學上）並設計方案（工程上）、從證 據中形成論述、蒐集、評價、溝通資訊 （NGSS Lead States, 2013, p. 48）。另外，
學生形成科學意識的實作當中，他們必須將既有的素樸概念轉換成有科學根據的 概念。同時，在科學課堂中學生也需要大量的閱讀、寫作、實體成果的呈現，並 經由交流意見、討論與辯論精進他們對探究活動所下的結論。
可以從上述得知，NGSS 提出的探究與實作架構是強調科學家與工程師進行 圖 2-1. 科學家與工程師的探究歷程（NRC, 2012, p.45）
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探究過程的實作與實務行為。藉由實作結合 NGSS 的領域核心概念以及跨科、跨 領域概念讓學生在整個探究歷程中能夠去探索、檢驗、提出解釋與解決方案。而 NGSS 強調三大面向的整合，其學習目標偏重於知識的應用（knowledge-in-use）， 因此在評量上必須先解構 NGSS 的三大面向才能發展出好的評量(Harris, 2016)。
四、 臺灣 108 課綱與美國 NGSS 的異同
從上述資料可以發現臺灣的 108 課綱與美國 NGSS 在許多面向都非常的相 似，而根據李驥和邱美虹（2019, p. 27）針對探究與實作學生能力表現的比較過 後有下圖的發現。
從上圖可以發現臺灣 108 課綱與美國的 NGSS 是相符合的，在許多細項可 能相互包含，如美國 NGSS 中的「從證據中形成論述」就包含了臺灣的「推理 論證」、「批判思辨」以及「分析與發現」，而臺灣的「計劃與執行」則包含了美 國的「建立解釋並設計方案」和「計畫並執行研究」。
圖 2-2. NGSS 與 108 課綱的探究與實作表現之比較
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