第一章 緒論
第一節 研究動機
第一章 緒論
本章分為研究動機、研究目的與待答問題、名詞釋義、以及研究範圍與限制等 四節分別介紹，各節內容分述如下。
第一節 研究動機
教學與研究是一種不斷省思與成長的互動歷程，研究可以促進教學的成長，
教學可以引發研究的省思與創新。因為傳統式教學很難有效地刺激學生思考，可能 問題是學生很少有機會去檢視先前概念，很少涉及理論與現實生活的連接。研究者 在國中任教近十六年的經驗中，常發現學生對於基本的科學語詞或自然現象，缺乏
「科學解釋」的能力，例如以單擺單元為例，每次單擺擺動次數所測量時間是否有 等時性，學生不瞭解何謂週期？為何會有週期？也發現學生可能瞭解所謂的「週 期」、「不同擺長的週期不一樣」，但是對於透過單擺實驗所測得不同擺長單擺的週 期時間為何會不一樣？為什麼改變擺錘重量及擺角所測得週期的時間也有所不 同？學生常無法提出合理的、合邏輯的解釋，因此引發研究者思考如何探索學生的
「科學解釋」能力之動機。
美國的科學教育標準《 National Science Education Standards 》（NRC, 1996）即建 議應教導學生「評估證據與考量邏輯以決定最佳的解釋」。相關研究文獻中針對學 生「科學解釋」的能力進行探究的研究並不多（許良榮，2006），但是可以發現學生 的科學解釋能力有待提升。例如 Sandoval & Reiser（2002）發現學生在「設計實驗」
與「結果解釋」有很大的困難，而其困難經常是由於學生對實驗活動的瞭解不足，
以及綜合判斷能力有待加強。姜滿（1993）的研究則發現學生在科學解釋的問題包 括：前後矛盾、不連貫、非邏輯的推理 … 等等。謝州恩（2004）的研究則指出學 生的科學解釋困難，包括：(1)科學術語的運用難；(2)較不使用證據；(3)過程或機制 的描述不清楚 … 等等。由此顯示學生的科學解釋能力，是值得科教學者重視的一 環。
提昇學生的科學解釋能力，「預測－觀察－解釋」（Predict-Observe-Explain, POE）
是值得努力的研究方法之一。根據 Bruce（2000）的研究顯示，因為書寫 POE 活動 單需要時間，因此 POE 策略可協助學生們慢下腳步去思考他們正在做什麼？想什 麼？POE 可以呈現學生整體學習活動的歷程紀錄，以做為進一步研究或形成性評量 的基礎。由此顯示 POE 教學策略不僅在於評估學生的理解內涵及原有概念，同時也
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具有深入探索學生如何進行自然現象的解釋與說明之價值。國內學者如邱美虹與林 秀蓁（2004）、許良榮（2005）等也以 POE 教學策略來提升學生解釋能力，教學中 著重小組合作、分組討論及發表實驗結果進行 POE 活動，且獲得相當正向的成效能 讓學生易於理解學習課程內容的概念。
本研究設計與「單擺」有關的 POE 教學活動，讓學生以小組合作的方式進行預 測、觀察與解釋，企圖以此探討學生對於單擺現象教學中進行討論的態度及此教學 對於學生科學解釋能力的影響。
第二節 研究目的與問題
一、 研究目的
探討學生能在小組合作的POE教學情境中，透過老師的各種引導中，對於學生 關於科學討論之態度及科學解釋能力之影響。期待學生能在科學態度及解釋能力的 提昇後，能更明智的進行討論與決策。
二、 研究問題
(一)比較接受單擺現象之「POE教學」與「傳統教學」的國中九年級學生有關科學討 論態度有何不同？
(二) 比較接受單擺現象之「POE教學」與「傳統教學」的國中九年級學生其科學解 釋能力有何不同？
第三節 名詞釋義
一、POE
POE 策略在開始教學活動之前，先要求學生以小組方式針對所呈現的實驗情 境進行結果預測（Predict），並說明依據的理由，接下來進行實驗操作，要求學生觀 察（Observe）並描述結果，最後請學生比對先前的預測與實際的觀察不一致的部分，
提出解釋（Explain）說明（謝州恩，2005）。藉此探討其對單擺現象，以擺錘的質量 及擺角不同這兩個概念是否影響週期的討論態度及科學解釋能力的情形。
二、對討論之態度
本研究運用分組討論為學習工具，使學生接觸單擺現象的問題進行 POE 學習，
依據林曉雯、劉永瑞、謝玟倩（2015）的觀點將科學討論的態度定義為「科學課中 我怎樣進行討論」、「科學課中參與討論讓我學到如何討論」、「科學課中參與討 論讓我學到如何進行科學探究」、「我喜歡科學課中的討論活動嗎？」四大面向來
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作科學討論的態度函意，並以三位學者發展之問卷收集學生資料，以學生在此問卷 得分進行比較。
三、科學解釋能力
在科學探究活動中，科學解釋的建構是很重要的一環，是指對自然世界中發生 的事件或現象如何及為何發生做出說明(Chin & Brown, 2000)。學生必須將其所學的 科學想法和所得到的證據、連結先備知識或先前經驗，才能對科學內容有更深入的 理解(Kuhn & Reiser, 2004)。本研究依據Reiser, Tabak, Sandoval, Smith, Steinmuller &
Leone（2001）的觀點（引自謝州恩，2005），將科學解釋能力定義為「指示因果關 係」：指出數據圖形，推理變數間的關係、「形成假設」：指出實驗敘述，確認待驗 證的假說、「使用證據」：指出對證據的了解及選擇、「 活 動 設 計 說 明 」：指出 設計解釋主張的實驗及「 圖 表 協 助 解 釋 」：指出數據表格，轉換成圖形之能力，
五大面來作科學解釋函意，並以自編問卷得分進行比較。
第四節 研究範圍與限制
本研究採用準實驗研究法，研究對象為屏東縣東港鎮某國中九年級學生兩班學 生共52人。兩班分為實驗組及對照組，實驗組採用POE教學法；對照組採用傳統教 學法，僅適用於國中九年級學生。
資料收集方法之範圍與限制為如下：
一、研究樣本
本研究以研究者所任教之屏東縣某國中九年級的學生為研究對象，自九年級學 生中選取兩班學生做為研究對象。為避免影響任教學校之現有的教學情境及學校作 息，本研究者即為兩班學生之實驗教學者，而本研究採隨機分派方式決定其中一班 為實驗組，進行 POE 教學，是指上課的過程中，教師僅作引導者；另一班為控制組，
接受傳統教學。實驗組與控制組兩班學生的學習程度相近。由於實驗組學生人數為 26 人與控制組學生人數為 26 人，學生人數共 56 位學生，故樣本數少，故進行研究 推論時須注意此研究限制。
二、研究時間
本研究之實驗教學時間為 12 節，每週共二節課，這期間會遇到學期考試週，
再加上學校的活動等因素，並非每週都能如期進行教學實驗，進行實驗教學時間共
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六週，因此，在有限的教學研究時間，對於資料的蒐集上，例如：實驗觀察紀錄的 次數、小組討論的次數等方面資料的蒐集比較有限，對於研究結果的呈現恐有其限 制在。
三、研究方法
本研究採用準實驗研究法，進行量化及質化資料的蒐集與分析。在質的研究方 面，以觀察教學者本身的上課情形與學生學習的情況，為避免研究者本身的偏見，因 此透過觀察數據紀錄、學生學習單、學生小組討論等資料進行分析，使得研究結果的 呈現更加真實，但研究者本身即為研究工具，資料的分析與詮釋會多少受到個人主觀 的因素，而造成研究限制之存在。
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第二章 文獻探討
全章共分四節，第一節為科學探究中的相關意涵 ；第二節 POE 教學；第三節 為科學解釋；第四節科學討論態度，茲分別敘述如下。
第一節 科學探究中的相關意涵
一、探究與科學探究
探究(inquiry)就是尋找問題、解決問題的過程，因此探究學習是指學生主動參與 獲得知識的過程，而非教師把現成的答案提供給學生的一種學習模式，藉以培養研 究自然所需的探究能力，以形成認識自然科學概念的基礎，同時也培養探求未知自 然積極的態度(王美芬，2006)，從科學知識的發展來看，科學家對人類生活環境中的 種種現象感到好奇，以運用不同的方式去研究自然世界，並提出解釋，然後創造科學 知識的歷程，就是一種探究。所以探究是人類與生俱來的本能，在環境中為了求生存 尋找問題和解決問題的過程。探究學習視為一種廣泛的學習方式， 當代學者 Treadwell (2010)在論述新課程典範改革時，即具體指出為了能達到漸增式理解 (increasingly understand) 的教學目標，由知識到理解過程，必須透過探究學習和靈敏 提問，以建立理解性的概念架構，強調探究學習是課程典範的核心元素，而探究的 終極目標不僅在知識的逐步理解，重要的是能 引入想像教學或思考，將最終目標 導向創意與創新。
美國國家研究委員（National Research Council,簡稱NRC）認為認為學生探究能力 的培養，應該包括六方面：確認探究的問題及概念、設計及從事科學調查、使用技 術及數學以改善調查及溝通、形成及更新科學解釋及使用邏輯及證據的模式、確認 及分析另有解釋及預測、與他人溝通及防禦科學論證（NRC, 2000）。
一般的探究就是出自好奇、提出問題、試著自己找到答案解決問題， 而科學 探究屬於探究的一部分，是對自然現象或問題進行有系統的研究，有別於一般的基 礎探究過程，科學探究強調系統性，從問題的發現開始，到研究過程的設計、資料 收集、解釋分析以及結論的引出，皆須結構性的方法與嚴謹的求証（方郁斌，2007）。
而科學探究最主要的特質就在於論辯過程的邏輯性，以及作為證據的信度（reliability）
與效度（validity）的檢驗（劉宏文，2001）。
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美國國家科學教育學會(National science Teachers Association,簡稱 NSTA,2005)也提 出，科學探究的歷程正是科學家如何去 理解這個自然世界的運作的過程。科學探究 歷程有助於學童理解科學知識，在過程中學生必須學習如何問問題以及使用證據來解
美國國家科學教育學會(National science Teachers Association,簡稱 NSTA,2005)也提 出，科學探究的歷程正是科學家如何去 理解這個自然世界的運作的過程。科學探究 歷程有助於學童理解科學知識，在過程中學生必須學習如何問問題以及使用證據來解