探究與探究教學

壹、探究與科學探究的意涵

無庸置疑的，探究是現代科學教育的共同核心。但辨別探究（inquiry）與科學 探究（scientific inquiry）這兩個名詞卻是科學教師邁向探究教學的第一步。在1996 年的美國國家科學教育標準（National Science Education Standard）中，探究指的是 能促進學生發展科學知識及科學理解，並瞭解科學家如何研究自然世界的活動；而 科學探究指的是科學家所進行的研究工作，也就是科學家運用各種方法研究自然世 界並基於研究證據提出解釋的過程，例如地質學家研究海岸森林死亡原因的過程，

或研發新藥的過程（NRC, 1996；NRC, 2000）。接著要瞭解的是，探究的內涵為何？

包含哪些活動？

美國國家研究委員會（National Research Concil ，以下簡稱NRC）在2000年出 版 的 『 探 究 與 國 家 科 學 教 育 標 準 (Inquiry and the National Science Education Standard)』一書中指出，探究是美國國家科學教育標準的核心（NRC, 2000）。NRC 對「inquiry」一詞的內涵說明如下：

探究（inquiry）是一種多面向的活動，包含進行觀察、提出問題、檢視已

知的知識、設計實驗、使用工具收集資料、分析和解釋數據、提出答案、解釋與 預測、和他人溝通與分享結論等。（引自NRC, 1996, p. 23）。

在上述的活動中探究是一種學習目標（learning goal），也是一種教學方式 (teaching method）；NRC在定義課室探究活動的內容標準時提到，若將探究視為一 種學習目標，則探究活動的目的有三：第一、發展學生的科學探究能力；第二、增 進學生對科學探究的理解；第三、讓學生瞭解如何透過探究形成科學知識（NRC, 2000）。這裡的科學探究指的是科學家的工作方式，即科學家研究自然現象的過程。

從另一個角度來看，探究也是一種教學方法（teaching method），即教師設計一 個以探究為基礎的科學課程活動，協助學生熟悉科學探究技能並建立科學態度（NRC, 2000）。在此，探究（inquiry）的意涵也可視為「科學教室中的探究教學活動 」，

與我國科學教育白皮書中所用的「科學性探究活動」一詞意義相近。

我國教育部在民國92年所發表的科學教育白皮書中表示，科學性探究活動是我國 科學教育的核心，科學性探究活動能協助學生獲得科學知識及技能，進而運用科學 知識與技能解決問題。其原文說明如下：

「科學教育是經由科學性的探究活動，使學生獲得相關的知識與技能，養 成科學思考的習慣，依照科學方法從事探討與論證，運用科學知識與技能解決 問題，進而形成對科學本質的認識，並建立科學精神（科學態度）。（引自教育 部，民92，頁1-2）」

綜合上述觀點，在本研究中的探究指的是「在科學教室中進行的科學性探究活 動，能促進學生發展科學知識及科學理解，並瞭解科學家如何研究自然世界」；而科 學探究指的是科學家的研究工作，也就是科學家研究自然世界的過程。

貳、探究教學的意涵

探究教學即教師設計一個以探究為基礎的科學課程活動，目的在協助學生熟悉科 學探究技能，同時增進學生對科學探究的理解（NRC, 2000）。

探究教學的活動設計必須配合學生的認知能力，因此隨著各年段學生認知能力的 發展差異，教師需要安排不同形式的探究教學活動或給予不同的教學引導策略，若要 各年段詳細論述，可能會過於廣泛而失去焦點，因此為了讓教師更能把握並瞭解不同 年段探究教學的共同內涵，NRC列出了課室探究教學的五個基本特徵，這五個基本特 徵涵括在美國K-12年級的科學教室探究活動中，分述如下（引自NRC, 2000, p.25）：

一、學習者能積極投入科學導向問題（Learners are engaged by scientifically oriented questions）

二、學習者能蒐集現有資料證據，藉以發展並評估關於該科學導向問題的初步解 釋。（Learners give priority to evidence, which allows them to develop and evaluate explanations that address scientifically oriented questions.）

三、學習者能從實驗證據形成各種解釋，以回應最初的科學導向問題。（Learners formulate explanations from evidence to address scientifically oriented questions.）

四、學習者能評估各種解釋，特別是關於該科學問題的另類解釋。（Learners evaluate their explanations in light of alternative explanations, particularly those reflecting scientific.）

五、學習者能與他人溝通並說明所提出之解釋。（Learners communicate and justify their proposed explanations）

熟悉上述的特徵除了可以更瞭解探究教學的基本內涵，也可以協助教師或研究

（Questioning）

＊描述問題

a.我想要探查什麼？（以問題的形式寫下來）

＊進行假設

b.我認為可能會發生什麼情況？

設計計畫

（Planning）

＊藉由以下問題擬訂計劃（思考、討論、記錄）

a.我需要什麼資料？

b.蒐集相關資訊時，我要進行什麼程序或步驟？

c.我如何觀察和記錄結果？

執行

（Implementing）

＊搜尋資料

（Concluding）

＊提出一個結論 a.我發現了什麼？

b.這些證據支持我原來的假設嗎？

報告

（Reporting）

＊分享我的結果（非正式的）

a.我想要告訴他人關於這次探究活動的哪些事情？

＊產生一份報告（正式的）

b.記錄探究過程，以便他人學習。

c.考慮以不同的方式來展示研究資料。

綜合上述內容，探究教學是美國科學教育標準中的核心概念，科學教師應依據課 程內容及學生需求安排合適的教學引導策略，協助學生發展科學探究能力。易言之，

科學教師對於探究教學的內涵必須有清楚的認識及理解，例如對於課程活動設計、教 學策略、討論引導技巧等的理解，才能因材施教、因地制宜。因此無庸置疑的，科學 教師的探究教學概念在科學教育中扮演了關鍵性的角色。

参、探究教學模式

教學模式（instructional model）起源於觀察人類如何學習，根據皮亞傑（Piaget）

的觀點，學習開始於個體經驗的失衡（disequilibrium），即個體的舊經驗與新經驗產 生衝突（個體已知概念與觀察或經驗所得結果不符），個體必須透過與環境的互動

（interaction）來調適（adapt）或改變（chang）舊有的認知結構，使個體的經驗回復 平衡（equilibrium）（NRC, 2000）。

Karplus和Butts（1977）提出的學習環（learning cycle）教學模式就是在上述理論 的基礎上建立的，學習環教學模式包含三個階段，分別是探索（Exploration）、概念 引介（Concept Introduction）與概念應用（Concept Application）；探索指的是讓學生 進行觀察或實驗藉以蒐集新資訊（產生經驗的失衡）；概念引介指的是向學生介紹新 概念，以新概念解釋觀察或實驗結果（調適或改變認知結構以獲得平衡）；概念應用 指的是將新概念應用在新情境中以解決問題（Karplus ＆ Butts, 1977）。 學習環教學 模式重視學生在過程中的主體性，因為新概念的學得必須透過學生與環境進行有意義 的互動，例如與同學、教師進行討論或自我省思，如此學生才能重新組織、定義原有 的想法，藉以獲得對新概念的理解。因此，學習環教學模式是以有組織次序、有結構 性的教學活動促使學生重新建構概念或理解新概念。

上述學習環教學模式概念也影響了近代的探究教學模式發展，例如強調學生在學

習活動中的主體性、重視與環境的互動及教學模式的結構性等。NRC在關於探究教學 模式的說明中清楚表示，科學教師或課程設計者在設計教學活動時應考慮學習者的需 求、學習目標及學習情境等因素的差異，安排結構性的教學活動促使學生投入學習，

並彈性給予不同的教學引導以適合學生需求。因此，針對不同課程或學習者的需求，

探究教學的實施者也發展出了許多不同的模式，例如食譜式探究、結構式探究、引導 式探究、開放式探究等。Colburn（2000）曾以教師在教學活動中提供引導協助的多寡 來分，將探究教學分成四類，分別是1.食譜式探究：提供研究問題、研究方法和結果；

2.結構式探究：提供問題、方法；3.引導式探究：僅提供問題；4.開放式探究：不提供 問題及方法，研究結果由學生自行提出。上述四種探究教學模式並無優劣之分，端賴 教師如何彈性運用、因地制宜。

雖然模式名稱不同，但NRC主張不同的探究教學模式都應該包含以下五個共同 的成分或階段（components or phase），分述如下（引自NRC, 2000, p.35）：

一、安排情境使學生投入科學性問題或現象的探究中，此問題或現象要能連結到他們 已知的事實，造成學生的認知衝突，促使學生願意深入學習（Students engage with a scientific question, event, or phenomenon. This connects with what they already know, creates dissonance with their own ideas, and/or motivates them to learn more.）。

二、學生經由實作（hands-on）經驗探索各種想法，形成假設並測試，解決各種問題，

針對觀察結果提出各種解釋（Students explore ideas though hands-on experiences, formulate and test hypotheses, solve problems, and create explanations for what they observe.）。

三、學生分析並詮釋實驗數據，綜合各種想法，建立解釋模型。再與教師或其他科學 知識來源進行討論與比較，以澄清剛建立的新概念和解釋模型（Students analyze

and interpret data, synthesize their ideas, build models, and clarify concepts and explanations with teachers and other sources of scientific knowledge.）。

四、學生擴增他們對科學的理解和探究能力，並應用所學到新的情境中（Students extend their new understanding and abilities and apply what they have learned to new situations.）。

五、學生與教師共同檢視與評估，在這次的探究課程中他們學到了什麼以及他們是如 何學得的（Students, with their teachers, review and assess what they have learned and how they have learned it.）。

要注意的是，一般教師容易將上述的五個成分或階段簡化為探究教學的固定流 程，實際進行教學時，教師或課程設計者還是要考慮學習者的需求、學習目標及學習 情境等因素的差異，因地制宜，彈性調整階段並選擇合適的教學活動及引導策略。

肆、探究與科學專題製作（inquiry and science fair project）

科展專題製作（science fair project）是科學教室中進行開放式探究的最佳範例，

藉由科展專題製作能真實呈現出學生的科學探究技能（Abd-El-Khalick et al., 2004;

Colburn, 2000）。

我國教育部為提升全民科學素養、推行科學教育，委託台灣科學教育館推行科學

我國教育部為提升全民科學素養、推行科學教育，委託台灣科學教育館推行科學