本研究的教學模式和課程設計主要是依據專題導向學習(project-based learning) 和幼教領域中的方案取向（或稱專題取向project approach）為主，並融入德國小科 學之家的探究環。以下闡述此三種教學模式或教學取向的特徵。
專題導向學習(Project-based learning)
專題導向的學習促使學生探討他們認為有意義和感興趣的問題，從而激發他 們對世界的好奇心。通過探討活動，學生可以運用領域核心概念(disciplinary core ideas) 、 科 學 和 工 程 實 務 (scientific and engineering practices) 以 及 跨 領 域 概 念 (crosscutting concepts)來理解觀察到的現象，或是找出解決問題的方法(Krajcik &
Czerniak, 2018)。專題導向學習讓學生可以積極的學習科學，除了可以提高學生對 世界的好奇心，也可以幫助他們了解科學本質，並發展他們的思維能力、創造力、
與他人合作和蒐集訊息的能力，以及提升他們的科學過程技能(Can et al., 2017;
Krajcik & Czerniak, 2018; Kubiatko & Vaculová, 2011)。
Krajcik 和 Czerniak(2018)提出專題導向學習的幾個基本特徵：
1. 建立與學生生活的關聯(Establishing relevance to students’ lives)：專題導向的學 習應該與學生的生活息息相關，而驅動問題可以將問題與學生的生活和文化 經驗作結合，並維持學生的參與度。在專題進行中，驅動問題有助於學生組織 和推動各種活動，而教師和學生也會針對驅動問題進行詳細的闡述、探索和回 答。驅動問題(driving question)包含幾個特性：（1）驚奇感(sense of wonder)：
驅動問題會激發學生的好奇心和對某些現象的興趣，並促使學生思考，以產生 更多問題。（2）可行性(feasible)：學生可以藉由設計和進行探討活動回答問題。
（3）有價值的(worthwhile)：問題與科學家的實際行為相關，並涵蓋很多科學 概念，甚至可以延伸出更深入的問題。（4）情境化(contextualization)：問題具 有實際意義，並與學生的實際生活相關。（5）道德的(ethical)：學生回答問題 的方式不會危害任何生物或環境。（6）延續性(sustainable)：問題能促使學生仔 細探索自身的想法，並隨著時間找出問題的答案。
2. 學 生 進 行 科 學 與 工 程 實 務(Students engage in the practices of science and engineering)：探討活動是科學的本質，同時它也促使學生參與科學實務。探討
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活動不同於傳統科學課程單向式直線傳遞，應該是複雜的交互作用，故以探查 網(investigation web)的方式呈現，而探查網也代表了各種科學實務。圖 2-3-1 呈 現 探 查 網 的 組 成 ， 包 含 初 步 探 索(messing about) 、 獲 取 訊 息 (obtaining information)、提問和完善問題(asking and refining question)、構建和評估模型 (constructing and evaluating models)、規劃和設計回答問題的方法(planning and designing how you will answer your question)、進行實驗性工作(conducting the experimental work)、分析和詮釋資料(analyzing and interpreting data)、以證據和 科 學 原 理 建 構 解 釋(constructing explanation using evidence and scientific principles)、以論證支持立場(using argumentation to support your position)和分 享想法(sharing your ideas)。
3. 與他人協同合作以尋找解決方法(Collaborating to find solutions)：學習是發生在 社會脈絡下，所以教師、學生和其他相關人員要協同合作，進行探討活動，共 同探索問題。學生與他人合作，理解蒐集到的資訊，以此作為證據提出宣稱或 是發現。而網路的普及讓學生的學習不再侷限於教室內，透過網路，學生可以 與全世界不同領域的專家進行交流，蒐集與共享更豐富的訊息。而協同合作注 重成員間的高平等性(equality)和高相互性(mutuality)，也就是成員都能提供相 當的知識和能力，以及為共同的目標或問題而努力。
4. 使用科技技術學習科學(Using technology tools to learn science)：科技技術可以 幫助學習環境更加真實適時地的使用科技技術有助於學生積極建構知識。例 如學生可以使用電子溫度器測量連續溫度以觀察天氣的變化，也可以透過網 路上下載衛星雲圖以預測天氣。
5. 創作作品(Creation of artifacts)：學生會呈現作品以解決驅動問題和展現所學。
創作和分享作品有幾個目的：（1）作品能夠真實呈現，並且具有激勵作用。（2）
作品可以幫助學生形成和展現理解。（3）作品可以紀錄和展現整個探討活動中，
學生學習到的知識。
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圖2-3-1 探查網(Investigation Web)
（譯自”Teaching science in elementary and middle school : a project-based approach (5rd ed.)”by Krajcik, J. S., & Czerniak, C. L., 2018, p.136）
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方案取向
(Project approach)
方案取向是針對一個主題進行深入研究，致力於探索教師、或幼兒、或師生共 同提出的問題的答案。方案的目標是希望幼兒學習更多有關該主題的知識，而不僅 只是尋求問題的正確答案(Katz, 1994)。在方案進行過程中，教師要幫助幼兒提問、
尋求解答或引起他們主動探索的動機。而幼兒也會發現需要解決的問題隨之增加，
幼兒必須解決數學的問題或進行科學性思考，察覺到數字的功能數量的概念。幼兒 們在方案課程中通常最後會呈現出建構的模型、繪製圖表、並創造遊戲的環境，這 些活動通常提供幼兒運用測量、計算及繪製圖表等解決問題策略之豐富經驗，在解 決問題的過程中，幼兒們對形狀、區域、距離及音量等數學概念變得相當敏銳(林 育瑋等人, 2012)。
圖2-3-2 呈現方案發展的三個階段(林育瑋等人, 2012; Katz, 1994 )：
1. 第Ⅰ階段，開始(getting started)：探索的主題內容要與幼兒的生活經驗密切相 關，也就是幼兒感興趣和熟悉的題目。主題的形成可以是透過和幼兒討論，或 是教師引導幼兒提出。另外，教師必須注重和幼兒之間的共同經驗(common experience)，依據和主題有關的當地資源，以及幼兒獲得第一手經驗的可能性 來評估主題的可行性。一旦選定主題後，教師可以協助幼兒繪製網路圖(webs)、
概念圖(concept map)或清單(lists)，或是進行角色扮演(dramatic play)等，以幫 助幼兒釐清想法。在此階段，幼兒要針對主題，提出希望透過第二階段得到答 案的問題。
2. 第Ⅱ階段，發展方案(developing the project)和探討(investigation)：當幼兒確定 某個想法，知道自己想要什麼，而且教室裡也已準備好各種資源及設備時，就 可以開始正式發展方案。此時教師可以重新檢視幼兒的網路圖，藉由調整主題 中符合孩子最感興趣的部分，來強化幼兒的投入。幼兒在此階段主要進行探討 活動，包含田野調查、實地參訪和專家來訪做準備，幼兒可藉此蒐集第一手資 料。在進行探討活動的過程中，幼兒可以藉由觀察獲取新想法、建模、探索和 進行預測。待探討活動結束後，教師引領幼兒進行回顧和討論。
3. 第Ⅲ階段，結束方案(concluding the project)：當討論逐漸告一段落後，教師要 引導幼兒計畫和進行高峰活動(culminating the project)，引導幼兒聚焦到主題 上，以各種方式（作品集、報告、戲劇…等）展示與分享進行方案的過程。
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圖2-3-2 方案發展的階段
資料來源：Helm, J. H., & Katz, L. G.(2012)。小小探索家－幼兒教育中的方案取向 Young Investigators: The Project Approach in the Early Years（林育瑋、洪堯群、陳 淑娟、彭欣怡、陳怡婷譯；第二版）。華騰文化。（原著出版年：2010），頁 26。
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方案取向很類似科學探究過程，但是它的主題並不一定僅侷限在科學議題上，
而且更重視整體過程與幼兒的產物（作品集、實體），不會詳細去探討幼兒在整個 方案進行過程中使用的能力（林育瑋、洪堯群、陳淑娟、彭欣怡、陳怡婷, 2012）。
探究環(Inquiry cycle)
德國最大的早期教育非營利基金會Haus der Kleinen Forscher（小科學之家）致 力於推廣學前的STEM（科學、科技、工程與數學）教育，以此增強兒童的未來能 力，並使他們能夠以可持續的方式行動。基金會與當地機構合作，提供全國性的教 師專業發展計劃，試圖改善教育機會，並引發兒童對於科學、科技、工程與數學的 興趣。參與此計畫的兒童年齡從 3 歲到 10 歲，並有許多國家效仿，例如澳洲的 Little Scientists (2000)。
該計畫的教學方法結合了幼兒教育、發展心理學、教學法和學習研究領域的現 代研究成果，進一步提出的探究環可以幫助教師和教育工作者陪伴孩子進行探索 和探究。在科學中，通過進行系統且有針對性的搜尋來獲得問題的答案和現象的解 釋。孩子們亦是如此，以系統、基於探究的方式探索世界，以自己的問題和令人困 惑的觀察為起點。雖然在某種程度上，兒童的探究過程與成人研究者的搜尋過程相 似，但是，兒童和成人在對自己的行為的認識水平以及進行方式的系統上有所不同。
所以，透過探究環，教師知道如何與兒童進行探究活動，並就科學現象進行對話。
探究環是一循環性的流程，如圖2-3-3 所示，包含六個部分：
1. 提出有關自然世界的問題(Ask questions about the natural world)：兒童基於興趣 而提出問題，這樣的問題在探索和探究過程中有著重要地位，因為兒童只有在 面對自己真正感興趣的情況時，才會主動觸發學習。
2. 匯集想法與假設(Collect ideas and assumptions)：兒童應該考慮他們對選定的主 題有什麼想法和假設，教師可以透過提問測試他們的先備知識，新、舊知識必 須結合在一起，否則，會容易造成錯誤的概念，而教師也要認真對待兒童的想 法並讚賞他們，並提出問題、澄清想法，以激發孩子們的思考。
3. 嘗試並參與探究活動中(Try things out and conduct inquiry activities)：兒童要找 尋合適的方法測試蒐集到的資訊和之前的假設，而教師應該給予兒童計畫探 究活動的機會和時間。
4. 觀察與描述(Observe and describe)：在學習過程中，重要的是要讓兒童能夠積
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極提高對所學內容的認識，所以請兒童仔細觀察過程並準確描述它們。
5. 紀錄結果(Document results)：紀錄有助於兒童以後回憶某些經歷，並反思自己 的學習過程，教師也可以透過兒童的記錄了解他們的學習歷程。
6. 討論結果(Discuss results)是指回到最初的問題和兒童的先備知識，教師與孩子 討論探究活動的過程和結果。在這一個階段通常不會完整的完成探究過程，因 為已經出現的其他問題導致需要更詳細的探討和假設，所以再次開始一個新 的探究環。
圖2-3-3 探究環(Inquiry Cycle)
（譯自Haus der Kleinen Forscher (2018) https://www.haus-der-kleinen-forscher.de /en/practice/inquiry-cycle-method）
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小結
綜合上述三種以探究為取向的教學模式或教學取向，研究者整理五項特徵：
1. 以學生/幼兒為中心：專題導向學習注重與學生實際生活經驗的連結；方案取 向的主題是依據幼兒的興趣；探究環則是以幼兒感興趣的問題為起始。在進行
1. 以學生/幼兒為中心：專題導向學習注重與學生實際生活經驗的連結；方案取 向的主題是依據幼兒的興趣；探究環則是以幼兒感興趣的問題為起始。在進行