模擬實驗對實驗技能的影響

一、 實驗技能是科學過程技能中的重要能力

科學過程技能是科學家必備的技能，也代表處理與解決問題的能力。美國科 學促進會（AAAS）自一九六一年接受美國國家科學基金會（NSF）的資助，經 九年的研究、實驗教學及修訂，公佈了「科學－活動過程教學」（Science - a Process Approach, SAPA）。

AAAS 提出的科學過程技能包含八個基本過程技能及五個統整過程技能（魏 明通，1997）：

z 基本科學過程技能：包含觀察、應用時間或空間的關係、分類、應用數 字、測量、傳達、預測、推理等八個科學過程。

z 統整科學過程技能：包含控制變因、解釋資料、形成假設、下操作型定 義及設計實驗。

在科學過程技能中，魏明通（1997）認為實驗包括了所有基本過程與統整過 程的綜合能力。實驗室活動又可分為基礎與進階實驗技能，Wilson 與 Redish

（1993）指出基礎實驗技能包含儀器操作、測量、收集與處理數據和呈現結果的 能力；而進階實驗技能屬於創造性的技能，包含定義問題、提出假設、設計實驗、

分析與評估等能力。

二、 測量是實驗技能中的重要基礎能力

測量是科學探究活動中必須具備的技巧之一。科學實驗活動中，能夠進行準 確與精細的測量是一項重要的基礎能力（Haza, 2006）。學生可以藉由在實驗過程 中準確測量與清楚描述測量結果，獲得實驗操作技能與自信心（Escobar 等，

1992）。應用測量的技巧，學習者能夠測量物體的長度、體積及其他特性，並能 夠由最大到小順序排列，訓練使用手指間距離、腳步長度、一杯水的體積等任意 所指定的單位從事測量。測量的技巧不但需要適當選擇各種測量工具，而且要能 計算測量所得而能夠判斷什麼時候可用近似測量來代替精密測量（魏明通，

1997）。一般而言，測量的學習必須包含：（a）能夠識別測量裝置的尺度，（b）

能夠評估使用不同測量尺度的時機，及（c）能夠適當的記錄測量數據的有效數字。

三、 準確測量可提升實驗技能

在實驗活動中，正確操作儀器與準確測量對學生是非常重要的。學生在實驗 過程中可以藉由準確測量各種物理量、確認影響測量準確度的因素、操作各種儀 器與測量工具和清楚描述觀察與測量結果，獲得實驗操作技能與自信心（Escobar 等，1992）。

然而，在實驗過程中學生可能因為（a）測量工具因校正時疏忽造成顯示刻度 不正確，（b）溫度、壓力等環境的因素使刻度的數值產生變化，及（c）不正確 的操作或錯誤的觀測方法等因素而產生測量誤差（黃福坤，2004）。

綜合學者們（Haza, 2006；黃福坤，2004）提出準確測量的方法，包含：（a）

改良儀器：使用較精確的儀器。測量儀器的精確度是指它所能測量的最小單位。

單位愈小，精確度愈高；（b）控制實驗環境，以確保每一次的測量都在相同的 條件下；（c）增加測量次數：反覆相同的測量，以獲得較好的平均值；（d）正 確的操作儀器；和（e）使用正確尺度來讀取數據。

四、 運用模擬實驗提升實驗技能

透過電腦模擬實驗可以讓學生了解測量方法與儀器的操作，練習實驗操作技 能，並學習處理實驗數據的技能（Tlaczala 等，2006；Van Der Meer & De Bruijn, 2000），並讓學習者在短時間內反覆練習數據測量與實驗操作流程，提升實驗技 能（Alessi & Trollip, 2003）。

可以直接改變接線方式與測量範圍，藉由訊息的回饋對數據的讀取與分析更加了 解。藉此探討教師在實體實驗前運用模擬實驗輔助教學，對學生在實體實驗後的 實驗技能之影響。