第一章 緒論
第一節 研究動機與背景
基於對科學教育工作的熱愛，並解決在教學崗位發現的問題，希望藉由本 研究了解高一學生在不同類型的探究活動中，科學探究能力改變的情形。研究者 於現行高一基礎地球科學課程中進行探究式課程，藉由提供學生提出問題、設計 實驗、實地觀測、分析資料及解釋結果的機會，試圖探討學生的科學探究能力及 地球科學教室學習環境偏好如何受不同探究方式的影響，並且調查學生對於探究 活動的觀感，以作為未來相關課程研發的參考。本章內容包含「研究動機與背 景」、「研究目的與待答問題」、「研究的重要性」及「名詞釋義」。
第一節 研究動機與背景
研究者個人在地球科學教學崗位已經 13 年。每學年初，當學生們組隊報名 校內科展競賽時，總觸發對科學探究的一些想法。來訪的學生們會問，「我該做 什麼題目」？而且努力了許久，還是想不出生活上有什麼可以探討的地方。即使，
老師把問題送到面前，「要怎麼開始？」「方法是什麼？」這些學業成績優良的學 生，其科學探究能力卻不成正比。然而，科學探究能力才是帶得走、能解決生活 問題的重要技能，也是一般學生選修自然科學的學習目標。
在95 學年度高級中學新課程地球科學綱要目標提到，「為培養具備『地球科 學』基本素養（包括知識、思維和技能、態度）的現代公民，促進生涯發展，普 通高級中學「基礎地球科學」課程目標如下：一、使學生具備地球科學的重要基 本知識，並能了解或關心日常生活中有關地球科學的報導。二、使學生在日常生 活中能夠活用地球科學的知識和方法，並發展解決問題的能力。三、使學生對地 球科學及環境等相關議題產生興趣與學習意願，並能主動關心和珍惜地球環境。」
(教育部，2004)由目標二，活用地球科學的知識和方法，發展解決問題的能力，
即為發展科學探究初級能力。
在97年1 月24 日發布的普通高級中學必修科目「基礎地球科學」課程綱要 之實施要點中，對基礎地球科學的教學方法說明如下：教學方法應以達成課程目
標為依歸，故建議教師廣泛運用各種教學策略及選用適當的教學方法進行教學。
除課堂講授與演示外，教師應配合不同教學主題，適度採用不同之教學方法，如 引導學生進行觀測、調查、探究、小組討論、上台報告、問題解決、戶外參觀、
小組合作學習、遊戲或競賽、表演或公聽會等等，使教學過程生動多變化(教育 部，2008，273頁)。
為了發展學生的科學探究能力，教師應當發展科學探究教學活動，引導學生 於課堂上進行探究活動。 科學探究有多種面貌及方式。文獻關於科學探究可的 開放程度可分為以下幾種等級：
1.根據劉宏文(2001)及 Herron（1971），可分為 0-3 等級，如表 1-1.所示：
表1-1.1 科學探究的等級
等級 問題 方法 答案
0 指定 指定 指定
1 指定 指定 開放
2 指定 開放 開放
3 開放 開放 開放
2.根據 Hegarty-Hazel(1986)修改 Herron 的科學活動層次，分為 5 個層次，如表 1-1.2 所示：
表1-1.2 科學活動層次
層次 問題 實驗器材 步驟 答案 一般稱謂
0 給予 給予 給予 給予 驗證式
1 給予 給予 給予 開放 引導式探究 2a 給予 給予 開放 開放 開放式引導探究 2b 給予 開放 開放 開放 開放式引導探究
3 開放 開放 開放 開放 開放式探究
3.根據 Tamir(1991)、Colburn(2000)，可分為四等級，如表 1-1.3 所示：
表1-1.3 科學探究活動的分級與內涵
等級 科學探究活動的內涵
第一級 食譜式實驗
教師提供學生研究問題、研究方法、研究器材，並且告知學生預 定的實驗結果，學生按指示操作實驗。
偏向以教師為主的學習。
第二級 結構式實驗
教師提供學生研究問題、研究方法、研究器材，但是未告知學生 預定的實驗結果。
偏向以教師為主的學習。
第三級 引導式實驗
教師只提供學生研究問題、研究所需器材，要求學生自行設計研 究、發展方法以解決研究問題。
未告知學生預定的研究結果。
教師從旁輔助。
第四級 開放式實驗
從研究問題的形成、研究方法及所需器材皆由學生自行提出，而 從研究過程中歸納出研究結果。
偏向以學生為主的學習。
學生參加科學展覽，即為完成開放式實驗的探究過程，為最高級的探究活 動。但科學探究並非直覺或自然形成的產物，而要經過一再地探索，歷經科學探 究的過程，因此，科學教育就是要讓學生經歷科學探究的過程。
在國外進行的 GLOBE、Journey North 及 Green 課程，都是秉持「學生即是 科學家」的信念。「學生被問到有如科學家該要回答的問題，這些問題都是真實 世界的環境問題。學生被訓練得要用一系列的計畫案去收集資料。」
(Mintzes,Wandersee,&Novak,1998)。
研究者參考以上理論基礎，即著手設計探究式教學活動的課程，以讓任教的 高二學生有機會提升科學探究能力。然而，面對這些社會組趨向的高二學生，那 一種類型的探究活動是比較有效的呢？因為在設計課程時發現了這個問題，於 是，95 學年度第二學期即設計了三種探究方式的活動(結構式、引導式、開放式)，
隨機選擇班級進行，但限於課程進度壓力無法收集資料以對探究活動前後的科學 探究能力改變情形進行分析。96 學年度，研究者嘗試在高一基礎地球科學課程 中安排進行探究活動，並收集資料進行本研究。