研究動機與背景

第一章 緒論

本研究旨在探討高二學生在經歷不同探究式教學後，對其學習環境偏好、地 震學態度、地震學成效的影響為何。本章包含「研究動機與背景」、「研究目的與 待答問題」、「研究的重要性」、「名詞釋義」。

第一節 研究動機與背景

筆者從自身經歷觀察到教學現場中教師存在著一些關於科學課程的疑惑，諸 如：「教地球科學這門課，僅是教學生地球科學課程的單元內容而已嗎？」「學生 在課程中對於地球科學這門學科的學習態度是否有提升呢？」而無庸置疑的是，

現行大學學科能力測驗為高中生在升大學時必需面臨的重大升學考試，因此，列 在學測自然科下的地球科學，理所當然成為學生必須應該學會的重要科目之一。

但往往也肇因於此，學生在地球科學的學習上僅關注於學習成就測驗的結果－成 績的好壞，而不是在乎在學習地球科學的過程中，建立了什麼重要的科學概念，

或是學會了哪些科學過程技能或探究能力，而培養良好的科學學習態度也就在升 學壓力的情況下被犧牲忽略了。

地球科學實為包含多個學門的科學，包含了四大學門：海洋、地質、大氣及 天文，若採用傳統的課程教學方式進行講述教學，僅一一介紹地球科學各學門的 重要科學概念，如何能讓學生真正學會這些重要的科學概念，進而應用在實際的 生活中呢？傳統的課程教學，就著教科書的文字與圖片，如何能讓學生實際感受 真實世界中地球科學的動態呢？又怎麼能提升學生面對地球科學的態度呢？

「探究」一詞常出現在科學課程的教學與學習之中。探究教學的著重點在於 教師的教學目標應包括讓學生在學習的過程中參與探究的過程(Buck, Bretz, &

Towns, 2008)。而 The National Science Education Standards 的核心概念中，認為 探究教學是一讓學生主動參與投入學習過程。在學生投入學習的過程中，學生必 須自己去分析相關數據資料、運用批判思考能力來回答科學問題(Bell, Smetana,

& Binns, 2005)。普通高級中學必修科目「基礎地球科學」課程綱要中，實習活

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動性質包含觀測、參觀、分析、探討、實驗活動；預期學習成果也提及須涵蓋基 本與統整的科學過程技能。因此，透過科學教學中的刻意安排的「探究」，能培 養學生在「探究」的學習過程中，形塑具備分析、判斷的科學思考能力。

從文獻的閱讀中可知，教師對於探究的認知與理解會影響探究課程的建立，

以及影響學生的探究學習(Anderson, 2002)。因此，教師若欲於科學教學中安排 學生參與探究學習時，教師必須先對探究教學有清楚的了解。教師對於探究教學 有清楚的了解之後，在科學教學中探究課程的設計安排就能得當，學生的科學學 習也才能收穫更多。另外，探究學習的重點在於學生做了什麼主動的學習過程 (Anderson, 2002)。台灣傳統常見的教學環境中，多半由教師設訂教學目標，並 透過講述式的方法呈現教學。在傳統教學環境，教師關注的重點經常在於傳遞科 學概念給學生，讓學生進行這樣的被動式學習，事實上是與探究學習的精神背道 而馳。而科學探究為科學家提出對自然世界疑問，科學家基於證據並透過各種方 式，進而提出對疑問的解釋，若在學生的學習的過程中，能自發性的去發現問題，

並透過各種科學方法去尋求問題的解答，意即該學生在此學習過程中進行了科學 探究。

學者對於教學中探究活動的層次，有不同的定義。探究活動可以依據教師在 教學中所扮演的角色與學生自主學習程度高低作不同程度的劃分。例如，形態上 有由教師完全掌控整個學習活動的食譜式探究；有教師作為引導者，提供學生不 同程度的自主性進行學習活動的結構式探究與引導式探究；有教師僅作為輔助角 色讓學生自主進行學習活動的開放探究(Bell et al., 2005; Buck et al., 2008;

Jarrett, 2009; Pizzini, Shepardson, & Abell, 1991)。

究竟哪一種形式的探究教學對學生最有幫助，至今學界意見仍舊分歧。由於 學習者所處之文化背景、知識上的差異，不同的學習族群、個體可能適合不同的 探究活動。文獻指出，學生的學習成效在較結構的探究環境，表現比較開放的探 究環境佳。此外，較開放的引導式探究教學需花費較多的時間讓學生思考，學生

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需有先備知識或是經歷過較結構的學習經驗才能有效學習。較開放的引導式探究 教學中，每位學生的學習速度大不相同，對於教師掌控教學進度與維持以學生為 中心的探究環境而言，是一件極具挑戰的事情(Furtak, 2006)。而較結構的探究 式教學由教師控制教學目標、材料，事先設計與安排的活動引導學生思考，學生 較易獲得必要的學習，思考方向不會那麼發散或是缺乏教師回饋而感到迷失與挫 折，學生之間的討論、資料分析，一直到解釋問題的過程，學生能學習到探究的 精神，學習比較開放的探究更有效，學後保留的時間也較長(Kirschner, Sweller, &

Clark, 2006; Klahr & Nigam, 2004; 顧炳宏, 陳瓊森, & 溫媺純, 2011)。但也有 研究認為較開放的探究教學比較結構的探究教學來的佳，尤其是在高階的思考能 力如應用、分析、評鑑等面向。較開放的探究教學能協助學生從結構式探究遷移 到開放式探究，較能發展批判思考及科學思考能力

(Berg, Bergendahl,

Lundberg, & Tibell, 2003; Sadeh & Zion, 2009)

那麼，究竟何種探究式教學較適合台灣學生學習，能帶來較佳的學習成效 呢？

目前台灣的科學教科書中存在許多高度結構如食譜般的學習活動，學生從這 類學習活動中不易基於自身所具備的科學概念，自主形成欲探討的問題或假說，

也沒有機會自己設計問題進行問題解決的流程，也沒有機會與同學分享問題以及 回答問題。高度教師中心且如食譜般的學習活動，不若其他探究學習活動具有較 多優勢(Edwards, 1997; Pizzini et al., 1991)。

完全開放的真實探究學習活動雖然具有較多讓學生可以自主學習的優勢，但 台灣學生從小到大的學習多處於由教師主導學習，學生被動學習的課室環境。從 這樣的環境中成長的台灣學生，在進行完全開放的探究學習活動時，讓學生心中 原來認為教師的角色是傳遞知識者，全然轉換為知識的引導者，學生因而必須從 原本的被動學習改變為完全自主學習。學生在短時間內可能反而無法適應這樣的 學習型態轉變，而無法獲得完全開放的探究學習活動優勢。

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另外，在學生探究的過程中，由教師提供部分的「鷹架」是必要的，過多的 教師引導會使得學生的學習完全傾向教師，完全的開放則易流於學生自己茫然摸 索問題，學生反而無法有效學習到原先教師為學生預設的學習目標。教師在進行 探究活動之前，應需充分考量學生能力、學生成熟度以及該課程的教學目標，由 教師提供學生明確引導的探究活動，可漸進提升探究活動層次，由結構式探究經 引導式探究到開放式探究的調整改變，能讓學生學習更具優勢(Bell et al., 2005;

Donaher, 2012; Edwards, 1997; Eick, Meadows, & Balkcom, 2005; Jarrett, 2009; Tamir, Stavy, & Ratner, 1998)。因此，教師的身分也應隨著教育環境由傳 統教學轉變為探究教學的改變而改變，教師在教學現場中不再僅是只扮演單一固 定的角色。教師在傳統教學中猶如知識的傳遞者，將重要的科學概念、事實、原 理原則等，一一說給學生聽；教師在探究教學中則猶如知識的促進者，透過各種 方式引導學生建構知識(Crawford, 2000)。

基於上述，考量台灣的教學環境，食譜式探究教學與開放式探究教學的兩種 科學探究教學中，前者太過偏向教師主導，教師提供的「鷹架」過多，而後者又 太過偏向學生自主，教師提供的「鷹架」過少。教師提供「鷹架」的過與不及均 不佳。在結構式探究教學與引導式探究教學的科學探究課程中，教師扮演引導學 生進行科學探究的角色，教師提供了不同程度的部分「鷹架」。此兩種探究式教 學和開放式探究教學相較，提升了教師主導教學的面向；和食譜式的探究教學相 較，則提高了學生自主學習的程度。結構式探究教學與引導式探究教學應可提供 一改善教學實務所面臨的問題，提供教師與學生一種不同的教學以及學習方式。

結構式探究教學和引導式探究教學兩者的差異是，在結構式探究教學中，學 生無法參與設計研究問題的實驗步驟與流程，學生會被教師所設定的實驗步驟與 流程侷限思考與討論方向，導致無法和小組成員進行腦力激盪，討論不同的實驗 方法與步驟是否能獲得所需解決研究問題的資料，以及小組成員所提出之實驗方 法與步驟的優缺點；也無法將學生自己對科學概念原理原則的了解應用在實驗步

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驟與流程的設計上(Minner, Levy, & Century, 2010; Pizzini et al., 1991)。此兩種 探究教學分別提升學生不同面向的探究能力(白佩宜, 2009)。

另外，關於不同探究式教學對學習者的影響有不一致的現象，很有可能是因 為過去的研究忽略了學生對學習環境偏好的影響。許多過去研究指出，教師所形 塑的科學學習環境對學生學習科學的重要性不可忽略(Tsai, 2000) 。而學生對學 習環境的感覺與期望也會影響學生如何去學習與學生接續學習的品質(Könings, Brand‐Gruwel, & Merriënboer, 2005; Vermetten, Vermunt, & Lodewijks, 2002)。因 此，教師教學若能考量並提供學生理想的學習環境，教師與學生的教的學都將更

另外，關於不同探究式教學對學習者的影響有不一致的現象，很有可能是因 為過去的研究忽略了學生對學習環境偏好的影響。許多過去研究指出，教師所形 塑的科學學習環境對學生學習科學的重要性不可忽略(Tsai, 2000) 。而學生對學 習環境的感覺與期望也會影響學生如何去學習與學生接續學習的品質(Könings, Brand‐Gruwel, & Merriënboer, 2005; Vermetten, Vermunt, & Lodewijks, 2002)。因 此，教師教學若能考量並提供學生理想的學習環境，教師與學生的教的學都將更