準(NGSS)說明學科的核心概念應強調以模型系統解釋與理解科學知識，且K-12的學生 都應學習發展與使用模型。臺灣新課綱自然科領綱也將探究與實作課程中「探究學習 內容」分為發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享等四個主要項目。因 此，兩種不同探究模式提供學生對於模型本質的了解與建模能力的培養情形也是本研 究想要探討的問題。由於研究指出，若學生對於模型的本質與功能具備應有的理解，
則能較有效地將模型視為思考的工具以進行探究。例如Schwarz等人(2009)的研究指 出，學習者對模型的本質、模型的目的以及評估與修正模型的條件的理解，在他們進 行建模練習時扮演重要的角色。具備對於模型的本質與功能良好的理解的學習者可以 更有效率地進行建模的計劃以及評估模型，並且可以更成功的使用模型進行科學推理 及反思。
研究所討論的兩種探究教學模式，第一種的專題導向探究組不特別強調模型及建 模的概念。第二種為建模導向探究組則是依據科學建模的策略，設計以建模為主體的 探究教學。本研究將比較學生在兩種探究模式下對於模型本質的了解與建模能力的培 養情形，並與文獻進行比較。
第三節 研究目的與問題
根據前述研究動機，本研究的目的可以分為四個部分，首先是學生在經歷專題導 向探究教學策略後，其學習成效的情形。此一學習成效擬從學生的科學素養、模型觀 點的改變及實作作品產出的表現來進行評估。其次是學生在經歷建模導向探究教學策 略後，其學習成效的情形。此一學習成效擬從學生的科學素養、模型觀點的改變及實 作作品產出的表現來進行評估，同時討論此一教學方式下學生的模型觀點與建模能力 的關聯。第三是比較兩種不同的探究教學策略下，學生有關上述學習表現是否會產生 差異。第四是比較兩種不同的探究教學策略下，對於學生模型的觀點與建模能力差 異。最後希望綜合上述的研究目的，為即將實施的「探究與實作」課程提出建議。
針對上述之研究目的，本研究探討的研究問題如下：
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問題 1:在專題導向探究教學的策略下，學生的學習成效為何?
1-1 在教學前後，學生科學素養的改變情形為何?
1-2 在教學前後，學生模型觀點的改變情形為何?
1-3 經歷教學後，學生實作作品產出的表現為何?
問題 2:在建模導向探究的教學策略下，學生的學習成效為何?
2-1 在教學前後，學生科學素養的改變情形為何?
2-2 在教學前後，學生模型觀點的改變情形為何?
2-3 經歷教學後，學生實作作品產出的表現為何?
問題 3:不同的探究教學方式，對於學生的科學素養改變情形的差異為何?
問題 4:不同的探究教學方式，對於學生模型的觀點與建模能力差異為何?
4-1 不同探究教學方式，對於學生模型觀點的差異為何?
4-2 不同探究教學方式，對於學生建模能力的發展差異為何?
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第四節 名詞解釋
一、 十二年國民教育基本課程綱要為提升中華民國國民教育水準，符合世界先進國家教育趨勢。民國 103 年由 行政院核定「十二年國民基本教育實施計畫」，並由國家教育研究院與教育部訂定
「十二年國民基本教育課程綱要」。此綱要規範國民小學、國民中學及高級中學等 三個學習階段、十二年國民基本教育課程基本理念、課程目標、核心素養及課程 架構，各學習階段皆須依據綱要所揭櫫的理念、精神與架構規劃課程。此綱要除 總綱外，亦配合知識結構與屬性將各領域/科目學習內涵另定各領域課程綱要予以 規範。
二、 探究與實作課程
根據十二年國民基本教育自然科學領域綱要，普通型高級中等學校自然科學 領域需規畫必修4學分的自然科學「探究與實作」課程。以探究自然科學現象的實 作體驗過程，落實並提升學生發現問題、認識問題及問題解決，並培養學生提出 結論與表達溝通之能力。
課程的學習重點分為「探究學習內容」和「實作學習內容」兩部分。「探究學 習內容」著重於科學探究歷程，可歸納為四個主要項目：發現問題、規劃與研 究、論證與建模、表達與分享。「實作學習內容」為可實際進行操作的科學活動，
例如：觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與作結論等。
三、 探究
根據劉湘瑤(2016)針對「探究」一詞所作的解釋，其英文字義為「提出問題以 收集資訊進而解決問題」，而中文則可拆解為「探詢」 和「追根究底」的意涵。
在科學教育上，「探究」一詞經常與科學連結，其原因在於科學家嘗試理解自然世 界現象及支配這些現象的原理、原則時，經常是透過一系列的探究活動，並由探 究所得之各項證據去發展對自然世界的理解。美國國家科學教育標準將探究活動 作以下的定義與描述:「科學探究為多途徑的活動，包含觀察、提出問題、蒐集並
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確認已知的資訊、規劃科學調查、藉由證據來提出解釋，並與他人溝通研究結 果」。(NRC,1996)。
美國國家科學研究委員會在 2000 年對探究進行二個層面的定義，第一個層面 說明科學探究是科學家探索自然世界並基於研究證據形成解釋的活動。第二個層 面則是說明學習者也能經由類似科學家理解自然世界的過程，發展對科學概念的 理解 (NRC, 2000)。
本研究採取 NRC(2000)對探究所作之定義，包含科學家為了解自然世界而進 行的各項探索活動，以及學習者經由類似科學家理解自然世界的過程所進行的各 項學習活動。
四、模型
根據Lesh 和 Doeer (2003)的定義，模型包含了以外在符號表徵一個系統的組 成、關係、操作以及影響交互作用的規則，其中組成是指從概念上表徵關於系統現 象的重要成分，而針對觀察現象會產生出對系統組成、關係、操作及規則的想法，
這些想法必須與針對現象觀察後所蒐集的資料一致。而Harrison 和 Treagust(2000) 則提到模型是一種抽象、簡化的表徵，能夠以直接、可視化的方式說明現象的主要 特徵，同時可用來產生解釋以及預測。由於模型被廣泛地使用在不同的用途上，因 此對不同的研究領域而言，模型的定義並不相同，進一步討論將留待第三章文獻探 討說明。
上述的定義皆將模型視為抽象的工具協助運作思考，可用來發展、建構、測 試和評價想法。但Grosslight等人（1991）的研究發現許多學生所持有的定義是將 模型看成實體的複製品，與科學或工程社群所持有的定義有差距。
本研究之研究對象為普通高中的學生，研究顯示在教學前中學生對於模型的 觀點多停留在具體的層次(Grosslight等人,1991；Gilbert,2004)。研究發展的教學 目標在於學生經過教學後，能對模型的觀點能夠提升將模型作為抽象的工具之層 次，並能透過建立與操作模型探究科學問題，並能運用模型表徵自己的想法與他 人交流、溝通想法。
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五、建模
如同前述，模型是科學家及工程家推理及思考的工具。科學家及工程家在解 釋現象或解決問題需要進行抽象思考時，會運用模型構思，透過界定問題、尋找 並確認與問題有關的因素、因素之間的關係，以建立具有合理性與系統性的科學 模型，這樣的過程稱為建模。
建模已被科學界及工程界廣泛的運用在分析、設計與預測系統上，近三十年 來也受到科學教育界愈來愈多的重視。科教學者分析科學家建立模型的歷程，作 為培養學生探究自然現象的學習典範。根據邱美虹(2016)針對建模進行的描述:
「科學家利用模型構思、解決問題、呈現參數之間的關係、尋找規律性，最後經 過實驗、收集證據、驗證假設性的模型、檢測模型、修正模型，到形成具合理性 與系統性的科學模型，爾後再運用模型解決問題，並了解模型的侷限性，必要時 再修正或揚棄原有的模型而建構新模型。這樣的歷程我們視為建模歷程
（modeling processes）。」
六、後設建模
後設建模即建模的後設認知，培養學生建模的能力是本研究關注的焦點之 一。許多研究指出，學習者的後設建模與其建模能力的培養有重要關係。例如邱 美虹(2106)提出與建模相關的後設認知包含學習者發展計畫、監控、與評估模型 的使用的後設認知的知識。培養建模能力之際需同時注意發展後設建模的概念。
Schwarz等人(2009)也指出，後設建模包括模型的本質、模型的目的以及評估與修 正模型的條件。擁有良好後設建模的學習者，可以更有效率地進行建模的計劃以 及評估模型，並且可以更成功的使用模型進行科學推理及反思。
七、建模導向探究
建模導向探究意指將科學建模的精神融入在學生探究問題歷程，讓學生有機
會將科學建模實踐在實際問題的探究活動。如同前述，模型是科學家思考及解釋 的工具，在了解自然界運作的過程中，科學家會建立模型以解釋現象及解決問13
題，科學建模的歷程原本即是科學史上科學家探究問題的歷程。本研究運用邱美 虹(2016)所定義的建模歷程－包含模型選擇、模型建立、模型效化、模型分析、
模型應用、模型調度與模型重建等階段融入於課程設計，協助學生了解科學建模 的精神並搭設鷹架培養學生建模能力，讓學生運用科學建模的精神進行實際問題 的探究。
八、專題導向探究
專題導向探究是以學生為中心的探究方式，教師讓學生透過一段長時間的工
專題導向探究是以學生為中心的探究方式，教師讓學生透過一段長時間的工