第一節 以探究為基礎的教學
五、 以探究為基礎的教學成效
與傳統的講述教學方式相較，探究式教學的核心在於探索、解釋與交流(洪振 方,2003)。許多研究比較學生在探究式的教學方式與傳統的教學方式下的學習成 果，有以下幾項發現：
(一)探究式教學策略的學生在高層次思考方面的學習表現較佳
由於學生在探究的過程中，需要主動建構、批判思考、邏輯思考及解決問題，
需要運用到高層次思考的能力。研究發現探究式教學策略讓學生在這些高層次思考 方面的學習有比較多的機會及比較長的學習時間，學生也有比較好的學習表現 (Stake & Easley,1978；Gibson & Chase, 2002; Windschitl,2003；楊琇停和王國 華,2007；謝州恩和吳心楷,2005)。
(二)探究式教學策略的學生有更好的學習成果
Shymansky(1984)後設分析探究課程與傳統課程的學生學習表現，發現探究課 程的學生幾乎在所有的學習表現(過程技能、分析技能及成就測驗)皆超越傳統課程 的學生。其他的研究也顯示探究課程的學生在科學本質的理解、學習成就、過程技 巧以及科學知識的建構等方面的表現優於傳統課程的學生（Bybee, 1997; Ertepinar
& Geban, 1996）。
隨著電腦科技的進步，許多學者運用網路或軟體提供學生鷹架進行探究教學，
也獲致明顯的成果。例如 Maeots 等人(2008)發現以網路為基礎(web-based)的引導探 究，讓學生在辨識問題、形成問題與假設、計劃與執行實驗、蒐集和分析資料、呈
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現結果與提出結論都有明顯進步。
(三)探究式的教學策略讓學生對科學持有更正向的態度
Gibson 與 Chase（2002）指出探究教學改變傳統教學過於著重事實記憶的學 習方式轉為對知識的理解與應用。當學生運用以探究為主的學習時，對科學所抱持 的態度較傳統教學為正向，對科學生涯也有較高興趣。其他研究也顯示在學生在進 行以探究為主的學習活動時，對科學有更正向的態度（Gibson, 1998; Shrigley, 1990）。
六、對以探究為基礎的教學質疑
有關將探究教學作為教學策略，能否有效提升學習效果，學者之間仍存在爭議。
以下整理文獻中對於探究教學的三個主要質疑：
(一)探究的範圍過於廣泛
Campell 等人(2010)認為探究的範圍過於廣泛，以至於其組成與定義不夠明 確。Windschitl(2008)也認為當學生有機會選擇要探究的問題，學生也都選擇比較有 興趣的問題或是他們可做的問題。這些問題鮮少來自任何一個初始模型或是對目標 現象產生的原因。王靜茹(2006)也指出若缺乏引導，讓學生進行範圍廣泛，開放式 的探究活動，也有可能造成無效的學習。
(二) 探究與科學的內容缺乏直接的關聯
由於學生有機會選擇要探究的問題，經常選擇比較有興趣的問題或是他們可 做的問題，可能與科學內容缺乏直接關聯。Campbell 等人(2010)認為若探究的經驗 與科學的內容沒有連結，則學生在探索關係會沒有考慮到產生關係的可能成因。
Windschitl(2008)認為若探究與科學內容分離，探究不僅與真實的科學對立，也會將 探究置放於學校課程的邊緣。
(三) 探究教學只循固定的程序與設計，而非一種思考的方式：
Windschitl(2008)認為探究教學描繪一種線性的探索模式，許多教師會在課堂上 指導學生運用此一程序探索定義良好的問題。這使得學生的探索只是依循程序，一 步接著一步執行，而未將過程內化成思考的方式。這樣的教學在班級編制學生人數
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較多的課室而言，為求管理方便會更容易發生。王靜茹(2006)也指出，一般人對於 科學探究存在一種「科學探究是一套有系統的步驟」的迷思，然而對照實際上科學 家的工作常因不同的研究題材採取不同的研究方法。這個迷思對於學生學習科學並 無幫助。
Windschitl(2008)傳統的科學探索經常以實驗組與對照組的方式操作，認為執行 實驗是蒐集資料的唯一方式，但是在科學中有部分領域(如地理、生物演化、天文) 是無法透過執行控制實驗蒐集資料，而是透過系統性蒐集資料測驗模型以獲得理論 進展，故僅以傳統的科學探究進行探索無法反映科學蒐集證據與探究關係的多樣 性。
第二節 專題導向探究
一、專題導向探究的理論基礎自1980年代開始，研究發現當學生對於學習內容感到無趣或是沒有參與在學習活 動中，則學生學習的效果不佳，學習常淪於表面化無法深入，即便是成績表現佳的學 生也不例外。為克服上述的問題，Bransford, Brown 和 Cocking (1999) 精緻化John Dewey (1959)的理論，提出四個學習科學的方向形成專題導向探究的理論背景，這四個 方向分別是主動建構、情境學習、同儕互動、認知工具。Krajcik 和 Shin (2014)說明這 四個學習方向與專題導向探究的關聯:
(一) 主動建構
學生對事物理解的發展是一個連續的過程，需要讓學生以先有的知識與經驗為 基礎，加入新的經驗與想法後重新建構。當學生能夠經由主動探索周遭的世界，觀 察現象、發展新的想法、讓新舊想法產生連結，並且與他人互動，則學生可以從中 主動建構新的知識。
專題導向探究讓學生參與類似像專家參與的活動，藉由參與處理生活中真實的 問題主動建構知識，並藉由解決問題發展出學習作品。
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(二) 情境學習
科學教育中的情境學習是讓學生在真實問題的情境脈絡下，參與多元的
科學實作活動，包含項設計調查、進行詮釋、建立模型以及與他人溝通交流 ，以體驗自然現象。Krajcik 和 Shin 特別指出食譜式的實驗對於學生學習科 學的效果非常有限，因為學生不容易體會到活動的意義。當教師設計合適的 情境學習活動時，學生可以明瞭學習的價值以及他們所進行活動的意義，這 樣的學習效果也最佳。同時，在情境學習中學生學習的成果，也最容易推廣 到類似的情境當中。專題導向探究讓學生在有意義的情境脈絡下獲取知識，而且讓學生可 將所得的知識與先有知識連結，以發展出更佳、更具連結性的概念理解。
(三) 同儕互動
同儕或社會互動在學習中一直扮演重要的角色。學生藉由與他人反覆地相互分 享、使用、辯論對原理與想法的理解，可以建構深入的想法。當教師、學生、社區 成員可以一起形成學習社群，共同在情境化的活動中建構學習，會得到最好的學習 效果。
專題導向探究設計讓學生與同儕合作提出問題、產生解釋、形成結論、討論數 據與呈現成果。強調讓學生透過與同儕的互動及分享彼此的知識和理解以達成學習 目標。
(四) 認知工具
Krajcik 和 Shin (2014)說明認知工具像是圖表、電腦軟體等工具。這些工具可 以幫助學生獲取及蒐集數據或訊息，提供視覺化或資料分析的功能，讓學生可以更 便利的合作或分享訊息，讓學生可以規劃、建立或測驗模型以及讓學生可以用多媒 體的方式呈現學習成果。藉由認知工具的協助，學生比較容易看出複雜的資料中所 隱含的模式或規則，完成較為困難的學習任務。Salomon, Perkins 和 Globerson (1991)的研究指出認知工具可以放大並延伸學生的學習範圍，在學習上扮演重要的 角色。
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專題導向探究鼓勵學生可以在學習過程中運用認知工具以協助完成真實的情境 問題。
二、專題導向探究課程的特徵
Krajcik 和 Blumenfeld (2006)整理逾十年有關專題導向探究的課程，發現專題導向 探究課程有以下五項特徵：驅動問題、情境式探究、同儕合作、學習科技與作品產 出。
(一) 驅動問題
驅動問題在專題導向探究扮演組織與驅動專題活動的角色，藉由提供驅動問 題適當的情境脈絡，學生可以探索學習目標、從事科學實作，並且進行一系列連貫 的專題活動。透過尋找驅動問題的答案時，學生會發展出關於關鍵科學概念、原理 的理解。Thomas(2000) 也說明驅動問題是課程的核心，學生透過處理這些問題來 學習核心概念。
(二) 情境式探究
科學家在探索自然界現象的過程中，經常從已知的研究或理論形成假設，運 用儀器或工具進行調查，蒐集、分析與詮釋所得資料，最後根據調查結果對現象產 生解釋。科學課室雖與科學家之實驗室的功能有所差異，但科學課程情境仍應與科 學探索的過程一致。
在專題導向探究中，學生會運用所學到的新想法去探索驅動問題，而且此一 探索及調查驅動問題的歷程會維持一段時間。藉由此歷程中，學生參與各種不同的 科學實作，體驗科學探究的情境。
(三) 同儕合作
專題導向探究提供學生、教師及社區的成員相互合作進行問題的調查討論與討 論。在專題導向式探究的課程中，學生與同儕合作提出問題、產生解釋、形成結 論、討論數據與呈現成果。合作會讓學生有機會與教室內的同儕與教室外的成人相 互分享並建構科學概念以及了解所參與的學科本質。Kokotsaki, Menzies, 和
Wiggins(2016)的回顧文獻也認為「透過與同儕的互動及分享彼此的知識和理解以
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達成學習目標」是專題導向式探究的特徵之一。
(四) 學習科技
網路的發達讓學習科技可以協助將教室轉變成讓學生主動建構知識的學習環 境，例如學生可以直接從網路下載真實的實驗數據，並且與同儕合作進行資料蒐 集、繪圖、資料分析、建立模型或產出作品。學習科技可以讓學生延伸他們的學習 範圍，連結科學概念，形成較為深入且豐富的理解。學習科技也可以協助教師促進 學生的探究與學習。
(五) 作品產出
學生作品是學生所建構知識的外在表徵，要求學生產出作品可以提供學生建構 或重新建構自己的理解的機會，也會讓學生主動去操作及連結有關科學的想法以支 持他們基於觀察現象所提出之主張，產生更為深入的學習。當學生能夠發展出自己 的作品時，學生的學習效果較為豐富。
在專題導向探究中，學生從自己對驅動問題的探究與調查產出學習作品，作品 的範圍包含實體的模型、電腦的模型、書面報告、影片、圖畫等等。作品內容應包 含提出驅動問題、展現對驅動問題的新理解、發展與專題學習目標相關的理解。教
在專題導向探究中，學生從自己對驅動問題的探究與調查產出學習作品，作品 的範圍包含實體的模型、電腦的模型、書面報告、影片、圖畫等等。作品內容應包 含提出驅動問題、展現對驅動問題的新理解、發展與專題學習目標相關的理解。教