第壹章 緒論
本研究旨在探討幼兒的科學探究能力發展情形，以下分四節，針對本研究的研 究背景與動機、研究目的與問題、研究中所提及重要的名詞、以及研究範圍與限制 逐一進行說明。
第一節、研究背景與動機
研究者是一位長期接觸數學和科學領域的國中數學教師，同時也是一位新手 媽媽，所以開始關注幼兒的數學和科學教育。常常有學生問我：「老師，我們幹嘛 要學數學？平常又不會用到方程式，而且買東西的話，拿手機出來算一算就好了 啊！」，的確，若不是要當數學家或是要做相關領域的工作的話，方程式、根號和 科學記號這些令許多學生頭痛的數學概念是無用的，但我總是跟學生強調，學數學 的目的主要是在培養邏輯思考和解決問題的能力，而科學亦是如此。伴隨著科技越 來越進步，以及更卓越的技術被發明和創造出來，有許多科學數據和事實被發現或 是更新，這也證明了科學的暫時性，如果還一直強調科學的記憶性和背誦性已經不 敷使用，這樣形成的知識庫也很容易被淘汰。因此，教育工作者必須將科學視為一 種知識體系，幫助學生做好準備，擁有進行批判性思考與解決問題的能力，進而做 出影響社會的明智決策。不僅如此，教育工作者還必須幫助學生培養科學態度，例 如好奇心、思想的開放、不怕失敗的挫折，以及對科學本質的變革持積極態度 (Gallenstein, 2005)。
因此，為了幫助下一代孩子面對與現在不同的挑戰，各國積極進行教育的改革 和課程的調整，其中，美國的國家研究委員會(National Research Council, NRC)制定 了〈下一代科學標準(The Next Generation Science Standards, NGSS)〉(NRC, 2013)，
強調實務(Practices)、跨科概念(Crosscutting concepts)和核心觀念(Core ideas)的整合。
臺灣則是於最新的課綱《十二年國民基本教育課程綱要—自然領域科學領域（簡稱
「十二年國教課綱」》(2018)中，明確的將科學探究能力視為學生應具備的表現。科 學探究是科學教育的基礎，讓學生參與探究有助於學生對於科學概念的理解、瞭解 科學本質、以及使用與科學相關的技能、能力和態度(NRC, 1996)。另外，十二年 國教課綱更規定高中需有探究與實作的課程和學分，希望學生可以透過探究自然
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現象，提升發現問題和解決問題的能力。
NRC(2000)早在《探究與國家科學教育指標：教與學指引(Inquiry and the national science education standards: A guide for teaching and learning)》中用一個五年 級的課堂例子顯示小學生已經能夠在教師的引導下，進行探究。首先，學生「觀察 (makes observations)」到生活中感到有興趣和疑惑的事物或現象：在一間教室外，
兒童發現有三棵樹並排，但其中一棵葉片掉光，中間那顆有繽紛的葉子，但大多是 黃色，第三顆則都是茂盛的綠葉。接著，教師進行「提問(exhibit curiosity, define questions from current knowledge)」，針對觀察到的現象提出問題：這三棵樹之前看 起來都一樣，但為什麼現在如此不同？再來是請學生「提出預測或假說(propose preliminary explanations or hypotheses)」，即針對問題的答案提出可能的解釋或原因：
學生列出清單，提出可能導致樹木改變的原因和解釋。然後，學生進行「規劃與進 行探討活動(plan and conduct simple investigation)」：兒童提出眾多原因和解釋中，
例如，水、季節、昆蟲、年齡…等等，教師將認為同一個原因的兒童進行分組，讓 他們針對自己認為的原因進行探討活動。過程中，「蒐集證據」就很重要了，也就 是兒童從系統性的觀察中蒐集和組織相關證據，最後利用證據向其他人說明或解 釋自己的想法(explain based on evidence)，並接受其他組別的另有解釋，或是一起 思考是否還有別的原因(consider other explanations)，最後是向其他人溝通解釋 (communicate explanation)，兒童聚集不同組別的解釋，跟樹木管理員說明，兒童繼 續於明年觀察樹木的生長狀況是否有改變，以此驗證他們認為的解釋是否合理(test explanation)。
雖然新課綱主要是針對小學至高中的學生，但早在《科學教育白皮書》(2003) 中即針對幼兒園及中小學科學教育的展望為：提升每位學生的探究能力、創造力及 批判思考能力，並培養具好奇心與科學倫理道德之良好科學態度。而周淑惠(1998) 曾經紀錄的一位18 個月大嬰兒的表現行為為例：（1）18 個月大的嘟嘟坐在地毯上 堆疊積木，堆高了後就推倒，笑得很開心。（2）當他一面玩時，一面不時地接過來 媽媽遞給他的奶瓶。（3）他玩得太興奮了，不自覺地將奶瓶推倒在地毯上，果汁濺 了出來。（4）無意間小嘟嘟把手放在地毯上的那塊濕濕的地方，他覺得很奇怪。（5）
他看看自己的手，看看地毯，再去摸一次濕的地毯─觀察。（6）他站了起來再去拿 奶瓶，喝了一口，看了看奶瓶，回到地毯上，又摸了地毯上濕濕的那塊地方─推論。
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（7）然後，他故意把果汁濺到地毯上，並用手去摸新弄得濕濕處—實驗（測試他 的想法）（8）他又重複了一次上述步驟，於是他笑了，喝了兩口果汁之後，就把奶 嘴對著地毯擠弄，地毯上的濕處擴散越大，他愈開心，直到媽媽制止─下結論。可 以看到在嘟嘟這個年紀，就已經因為好奇而進行探究，並展現一連串的探索行為。
幼兒對生活環境中的一切充滿好奇與探究的動力，在不斷發問、主動試驗與尋 求答案的歷程中學習。他們需要親身參與，和周遭的人、事、物互動， 在其中觀 察、感受、欣賞與領會。他們會時刻觀察與探究生活環境的自然與人文現象，主動 的理解、思考與詮釋其所探索的現象，尋求現象間的關係，嘗試解決其所面臨的問 題(教育部, 2017)。發展心理學家皮亞傑（Jean Piaget，1896-1980）認為幼兒是天生 的科學家。周淑慧(1998)認為幼兒就像一個探索者、思考者，幼兒可以像科學家一 樣使用科學探究方法，所以教育工作者可以把問題設定在幼兒能夠理解的事物上，
讓幼兒保有好奇心，並有能力利用科學的方式去探索和解決問題。而且隨著認知的 發展和技巧的熟練，簡單的提問可以發展成創造理論和陳述假設；探索和收集資料 也可以變成辨識變因和設計對照組的實驗；觀察和評估證據也可以轉化為使用精 確的測量和統計模型(周淑惠, 1998)。NRC(2007, 2012)也認為幼兒有能力去觀察、
探索和發現周遭的世界，也已具備構建概念學習、運用推理實踐和探究的能力。只 是許多成年人，包括教育工作者，往往低估了幼兒在早期學習科學核心觀念和實務 的能力，而且也沒有為幼兒提供可以培養科學技能和建立概念理解的機會和經驗 (NRC, 2007)。另外，為幼兒提供在日常活動中看數學和科學的機會，以促進幼兒 對未來的科學和數學學習建立基本的理解和興趣(Lind, 1998)。而幼兒接觸探究式 的科學教育能夠開發高年級所須學習的分析、辨識和解決問題的能力(Furtado, 2010)。
國內以幼兒科學表現為研究主軸的文獻中，主要是以主題教學(洪文東, 2011;
徐敏琪、李湘凌、高傳正、李元成, 2018)、主題課程(吳淑美、魏淑君, 2012)、科學 遊戲(吳淑美、魏淑君, 2012; 徐敏琪等人, 2018)、科學活動(洪文東、黃慧娟、吳玲 綺, 2009; 張琪、徐慶雲、林麗玲, 2009)或科學評量(莊麗娟, 2008a, 2008b, 2009)的 方式探討幼兒的科學性知識的學習表現，而且內容很明確地是單一學科領域（例如：
物理）或是針對某些特別的科學概念（例如：空間、熱），而非整合性的一系列單 元或整合性概念。在分析幼兒的科學表現時，過去的文獻較少琢磨於幼兒的科學探
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究課程與科學探究能力的表現，亦不是像NRC(2000)和周淑惠(1998)所呈現的例子，
將幼兒進行探究的整個過程逐一拆解，去細看幼兒的每個行為表現。因此，研究者 希望可以透過數堂課組合而成的科學模組，去探討幼兒多個科學探究能力表現。