第三章 研究方法
第三節 研究教材教學設計
本研究之教學設計，乃為結合學生目前所學之理化課程內容，同時透過教學活動以 提升學生的科學探究能力為目標。Oliva (1992)認為教學策略泛指教師運用提供教材的 方法、程序與技術，在教學上採用的策略通常是並用多種程序與技術。教學策略亦可再 區分為教師取向的直接教學，和學生取向的間接教學(張春興,1994；Frazee & Rudnitski, 1995)。兩種取向的教學策略各有優點，若教學目標侷限於期望學生學到書本知識，教 師取向的直接教學是較佳的選擇。若教學目標是期望學生學到較廣的能力與氣質，學生 取向的間接教學則是較佳的選擇(張春興,1994)。在科學探究能力教學方面，NSES(1996) 指出科學探究是一個學生主動的學習過程，透過讓學生自己去做，能對學習如何進行研 究有所了解，亦即設計以學生為主體的探究活動，能夠提升學生的科學探究能力。而洪 振方(2010)曾指出在科學知識與邏輯基礎都較薄弱的狀態下，要求學生直接以高層次能 力思考，有其難度存在。是故必先提升學生的科學知識與基本探究能力，以期讓學生能 夠自主進行開放性探究活動。
基於上述理由，本研究乃將教師取向的 POE 教學活動及學生取向的 POEI 實驗設計 活動結合，形成 POE-Inquiry 教學策略。透過教師設計序列性 POE(許良榮,2005)教學活 動進行單元教學，在兩個連續的 POE 實驗之間，僅改變一項變因，讓學生藉由預測-觀 察-解釋步驟學習理化學科概念，並在兩個 POE 活動結束後進行選擇變因練習，同時依 據所選變因提出這兩個實驗所要探討的科學問題，藉此讓學生先行熟悉相關科學探究技 巧。接著再讓學生進行以學生為主體的 POEI 實驗設計活動，透過教師給予研究主題情 境後，讓學生自行提出問題，選擇變因、設計實驗，接著預測實驗結果、實際操作、觀 察並紀錄結果，最後進行實驗結果的解釋等步驟，讓學生結合自己的生活經驗與知識，
自行操作實驗以了解科學探究的歷程與方法，藉以增強學生的科學探究能力。
林進材（1991）指出，教學策略是指能幫助學生瞭解課程內容，達成既定教學目標 的有效方法。是以 POE-Inquiry 教學策略，即是結合理化課程內容，期望透過教師為主 體的 POE 教學活動及以學生為主體學習的 POEI 實驗設計活動，達到提升學生科學探究 能力的教學策略。茲將本研究設計之 POE 教學活動及 POEI 實驗設計活動各流程步驟進 行說明：POE 教學活動之教師任務與學生任務如表 3-3-1；POE 教學活動學習單示例如表 3-3-2。POEI 實驗設計活動之教師任務與學生任務如表 3-3-3；POEI 實驗設計活動學習 單示例如表 3-3-4。POE 教學及 POEI 實驗設計活動之教案示例，如附錄二、附錄三。
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變因之間的關係。當兩個 POE 實驗結束後，在「提問高手」步驟中，請學生選出這兩個 實驗的操縱變因、控制變因以及應變變因項目，並根據所選的變因來提出這兩個實驗所 要回答的科學問題，藉此訓練學生的選擇變因及提出問題能力。POE 教學活動學習單示 例如表 3-3-2 所示。
表 3-3-2：POE 教學學習單示例
活動一：波動世界
班級 座號 姓名
< IQ 實驗室-彈簧振動觀察一 >
將彈簧擺在地上，水平拉開，一端固定，另一端左右擺動(以 操作者而言)，使彈簧產生一個向前進的波，如教師示範所示。
現在，在彈簧中間綁上一條絲帶，代表該點的彈簧，再使彈
簧產生一個向前進的波，請問在彈簧中間的絲帶會如何運動呢？
我的預測：
絲帶會
□原地左右移動，但前 後位置不動
□原地前後移動，但左 右位置不動
□隨著波向前移動
我的預測理由：
.
實際觀察絲帶和彈簧的運動，將你所觀察到的結果記錄下來，並根據 觀察到的結果提出解釋。(寫得越詳細清楚越好喔！)
我的觀察：
是否和預測結果相同 □是 □否
我的解釋：
證據：
推理：
主張：
後
左 右
前
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< IQ 實驗室-彈簧振動觀察二 >
接續上個實驗，改將彈簧前後擺動(以操作者而言)，波前進
的方向是向前方移動，請問在彈簧中間的絲帶會如何運動呢？
我的預測：
絲帶會
□原地左右移動，但前 後位置不動
□原地前後移動，但左 右位置不動
□隨著波向前移動
我的預測理由：
實際觀察絲帶和彈簧的運動，將你所觀察到的結果記錄下來，
並根據觀察到的結果提出解釋。(寫得越詳細清楚越好喔！)
我的觀察：
是否和預測結果相同 □是 □否
我的解釋：
證據：
推理：
主張：
從前面兩個實驗中，請將 保持一樣的條件(控制變因)打；改變的條件(操縱變因)打；
觀察的現象(應變變因)打◎：
□彈簧的材質 □彈簧的長度 □絲帶的材質 □彈簧振動的方向 □絲帶振動的方向 利用操縱變因和應變變因，寫出上面兩個實驗所要探討的科學問題：
提問高手前
後
左 右
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POEI 實驗設計活動(學習單示例如表 3-3-4)，由教師在「IQ 博士實驗室」之引文介 紹給予學生本次活動欲探討的科學主題情境(問題)後，請學生根據此情境(問題)思考可 能會影響的各項變因，寫在「思考變因」欄位中，藉以幫助學生產生關於此情境的科學 問題。
學生根據主題情境，選擇一個會影響此科學情境(問題)的變因來提出要研究的科學 問題，寫在「研究問題」中，此研究問題須明確指出變因關係；接著根據所提出的研究 問題寫下此實驗的「操縱變因」、「控制變因」以及「應變變因」內容。因學生乃初次接 觸開放式探究實驗，故僅讓學生設計一次操縱一個變因的實驗即可，但同時也鼓勵學生 視自己的能力而定，亦可一次操縱兩個以上的變因，進行實驗設計。決定變因項目後，
便可著手進行實驗設計，寫出所要用到的「實驗器材」，可使用教師提供的器材或是在 教室現場中可使用的物品作為實驗器材；在「實驗設計與步驟」中寫下要實驗進行的步 驟，以及要觀察的結果；等實驗設計完成後，可和老師做討論，檢查所設計的流程是否 可行或是可能遇到的問題，以進行修改；若流程可行，即可進行預測動作，對自己設計 的實驗進行結果的預測並提出預測理由，寫在「預測結果」及「預測理由」中；完成預 測後便可著手進行實驗操作與觀察，學生根據自己設計的實驗步驟進行實驗，將實驗結 果以表格形式寫在「實驗紀錄」中，表格內容由學生自行設計，紀錄越詳細越好；等實 驗記錄完成後，在「實驗結論與解釋」中進行結果解釋，學生須運用實驗紀錄的結果作 為「證據」，依此證據結合先前經驗或科學原則進行「推理」，歸納或辨識資料的分布趨 勢，提出「主張」，並呈現變因之間的關係。(本研究設計之結果解釋流程為運用證據，
產生推理以提出主張，乃因實驗流程為讓學生經由實驗結果歸納出結論而提出主張，並 非是根據主張而設計實驗，因此將主張順序放置在最後，讓學生根據實驗結果歸納出資 料趨勢，並呈現變因關係之主張。) POEI 實驗設計活動學習單示例如表 3-3-4。
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表 3-3-4：POEI 實驗設計活動學習單示例
主題四：聲音的反射
班級 座號 姓名
※思考變因：我認為 會影響回聲的大小。
實驗設計 研究問題
操縱變因
控制變因
應變變因 實驗器材
實驗設計 與步驟
1.
2.
3.
實驗設計完，先給老師看一看，討論一下再實際操作實驗喔！
有一天，小明去麥當勞買午餐，之後再去咖啡廳買下午茶。他發現，這兩間店的大小一 樣，放的音樂也一樣，人潮也差不多，可是感覺上麥當勞的聲音比咖啡廳吵雜許多。他觀察四 周，發現牆壁及桌椅擺設不同，麥當勞主要是塑膠和金屬製品，咖啡廳是絨布和木頭製品，這 件事引起他的好奇，他不禁想著到底有哪些因素會影想回聲的大小呢？聰明的你，請幫助他一 起設計實驗吧！
※每組有兩支手機當作音源，以及大小、厚度不同的物品：紙、抹布、海棉、塑膠板、金 屬片。請小組一起討論，寫出兩種以上不同的變因，並依據此變因提出問題(2~3 人可寫同一 個，但不同器材)，設計實驗。請注意控制變因的項目，並寫出控制的方法，寫得越詳細越好 喔！
IQ 博士實驗室-聲音的反射
34 預測結果
預測理由
實 驗 記 錄
實 驗 結 論 與 解 釋
證據：
推理：
主張：
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根據本研究設計之 POE-Inquiry 教學策略理念與步驟，以學校課程單元為教學內容 結合 POE 教學活動及 POEI 實驗設計活動，訓練學生的科學探究能力。設計國中八年級
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