研究背景與動機

第一章 緒論

本章主要在於闡明本研究的研究背景與動機、研究目的、待答問題、名詞釋義及研 究範圍與限制等部分，分為五節詳述之。

第一節 研究背景與動機

「教育」一直是各國為提昇人民素質、促進國家進步而非常注重的，藉由教育，人 類文明發展迅速、社會進步變遷，而進入到現今的科學普及時代，科技日新月異，科學 教育更應能落實在生活中，因此不管國內、國外，教育改革也一直在進行，臺灣亦從八 十年頒佈的課程目標、八十二年修訂的國民小學課程標準，直至現階段的九年一貫課程 綱要，皆具有相同目標，期能對國內教育現況有所檢討，並提供更適合新時代的教育方 針。

前教育部長林清江曾說：「不要給孩子有背不動的書包， 要給孩子有帶得走的能 力。」為了瞭解我國科學教育在國際比較脈絡中的成效，我國分別在1999、2003及2007 年參加國際數學與科學教育成就趨勢調查（TIMSS），在2006及2009年參加學生能力國際 評量計畫（PISA）這兩項國際評比。李啟迪（2000）分析歷年TIMSS和PISA的調查結果 指出，在學科認知能力上，無論是TIMSS評量的三項認知能力或是PISA評量的三種科學 能力，我國八年級和九年級學生的表現優異，但若與第一名的國家相比，我國學生在活 用所學的科學原理原則（TIMSS定義的推理能力）以及辨識科學議題和運用科學證據這 類科學探究的方法上（PISA定義的科學素養），還可精益求精。其次，在情意面向上，

我國八、九年級學生之科學學習自信與科學學習興趣皆有低落的情況。此外，丁信中

（2009）分析比較芬蘭PISA 2003與我國TIMSS 2003的測驗結果，以及兩國在PISA 2006

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測驗表現的差異，也提出提昇臺灣學生科學解釋與科學探索的能力，以及改善他們的學 校科學學習信心，將是當前國內科學教育發展應該正視的見解。NRC(1996)也提到，「探 究」是科學學習的核心部分。綜上可知，足見科學探究能力的養成以及提昇學生在科學 學習上的自信與興趣，應為我國科學教育未來必須努力的目標與方向。

探究是尋找問題與解決問題的過程。在不同的時代，不同的學者對探究式教學法的 定義有些許程度上的不同， 但是都是強調以學生為主的教學方式；在 1960 年代掀起的 一連串科學課程改革中，普遍強調讓學生經由科學探究活動過程學習科學的知識及方法

（歐陽鍾仁，1987）。許多學者也主張透過探究過程可以激發學生的學習興趣、滿足學 生的好奇心並增進學生的實作經驗；在探究活動過程中，可以培養學生高層次思考能力 和問題解決能力，促進學生科學概念之理解；提高學生的學習表現以及增進學生科學過 程技能。（Anderson & Karrquist, 1983； Mattheis & Nakayama, 1988；楊龍立，2002；蔡綺 文，2003）。

然而，這樣的學習方式到了1970年代，卻被認為是造成學生學習成就與興趣低落的 原因而遭受質疑(Yager, 1992)，黃鴻博（2000）認為其主要原因在於師資及相關設備在教 學上的配合困難，此外，課程內容對於探究的定義過於狹隘，導致學習內容與學生的生 活脫節。因此，在探究活動的設計上，除了更進一步地要求學生在動手操作之餘，還要 動腦思考（楊龍立，2002）之外，亦應將學生的學習興趣列入考量。教師可透過提出探 究性問題或是教學主題相關資料，引發學生探究的精神，進而讓學生去探索周遭世界的 過程，藉以培養學生積極、主動、創造等科學態度，及使用科學性的假設、觀察、驗證 假設、歸納、解釋、及討論等科學方法，主動建構自己所認知的自然世界。而將貼近學 生生活的科學玩具融入教學，就是一個能夠引起學習動機很好的媒介。

研究者自幼即對周遭玩具充滿好奇，總是對玩具呈現出的效果及現象感到有趣，時 常思考著「為什麼」，甚至還會動手將玩具支解，企圖發現其原理，雖然當時還不清楚 何謂「科學」，但從與玩具的接觸過程中，讓自己對事物的成因及原理探究，開啟了美

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好的一扇窗。假如遊戲是小孩的工作，那麼玩具就是小孩的工具，小孩都需要玩具，不 同年紀或不同用途，要有各式各樣的玩具來滿足他們的需求，判斷玩具好壞的標準，就 是玩具讓孩子參與活動的程度，以及他們是否能夠激發孩子從事相關的遊戲（謝光進、

林美惠譯，1986）。由自身經驗及前人的研究中可知道，「玩具」是孩子學習事物的重 要工具，孩子可以從玩玩具的過程中，引發學習的興趣，激發出許多想法，甚至進行實 驗操作，從中學習到許多知識及經驗。

楊榮祥（1994）指出我國學生雖然成績名列前茅，但對科學表示有興趣的學生卻不 如其他國家的多。從國際數學與科學教育成就趨勢調查（TIMSS）的統計資料上可以得 知越同意「我喜歡學自然科學」說法的學生，其平均科學成就越高，也就是說學生喜歡 或具有正面的學習態度對學習成效有影響（張美玉、羅珮華，2005）。許照榮（1997）

也認為孩子不喜歡自然科學的原因在於自然科學的教材不夠趣味化、生活化，使兒童學 習時覺得枯燥乏味。因此若能將科學學習與玩具結合，對於孩子們的科學學習興趣將有 所提升，除了對科學會感到好奇、有趣之外，亦能從過程中學習科學、瞭解科學，進而 在生活中活用科學，讓科學教育從基礎紮根，並真正達到科學普及。

張淑慧（2003）也指出，從科學玩具操弄的過程中，所得的經驗與探究的結果，就 可以建構科學概念與瞭解基本原理。教師如果能配合經過設計的科學玩具進行教學，使 科學原理應用在科學實驗和自然科學習上，有助於兒童建構科學概念，將科學玩具與教 學活動結合，教師除了可以在學生操作的過程中探究其原理外，還可以在兒童操作的過 程中，進行觀察、測量、控制變因等科學方法進行科學實驗，而達到寓教於樂的效果，

不但可以滿足兒童學習與娛樂的慾望，對於培養兒童學習自然科學的興趣也是非常有益 的（楊忠樵，2001）。

教育的重要目的之一，是要讓學生學會如何運用學來的知識，去解釋事件與經驗，

在課堂中「問問題」是一種常見的策略，其目的就是要檢視學生應用知識的程度，而POE 策略則是另一種對知識能力的評量(White & Gunstone, 1992)。POE策略

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（Prediction-Observation-Explanation）最初是由Pittsburgh大學Champagne(1980)等人所發展 出來的，主要是用來探測學生的先前概念的教學策略。POE的主要步驟是要求學生對一 科學裝置或實驗提出預測（Prediction）並說明理由，然後進行實驗觀察現象（Observation）， 再讓學生針對其預測與觀察間的衝突提出解釋（Explanation）。研究發現，POE是探測學 生概念的良好工具(White & Gunstone, 1992)，特別是在物理單元，POE是一種有效的教學 策略(Searle & Gunstone, 1990；Palmer, 1995；Liew & Treagust, 1998)，它讓學生有更多空間 去建構自己的想法與理解，並可促進師生的對談，增進學生對概念的理解。

葉辰楨（2000）認為，與「問問題」相比，POE策略較能針對特殊問題作深入探究。

教師在問問題時，通常會有暗示性答案，學生也因此常會反射性地回答，較少真正進行 思考；而POE策略的每一個步驟，都較能讓學生對於自己的想法進行推估、比較，運用 所學、所具有的科學知識來思索，也更能夠評估知識在真實情境的應用情形。此策略對 於低成就或較內向的學生而言，也較有機會發言，更能讓教師瞭解學生的理解程度。

鄭森榮（2005）綜合多位學者的實徵性研究後，提出探究活動可能遭遇的困難如下：

一、 無法形成問題：學生沒有經驗，天馬行空的討論一些抽象問題。

二、 需要較長時間：探究需要較長時間的討論，影響上課進度。

三、 實驗設計能力不足：學生習慣由老師的教導，少有自行實驗設計機會。

四、 考試壓力：探究內容與考試無關，影響學生活動意願。

五、 實驗開放的危險性：有些化學實驗過程具有危險性。

六、 學生的參與度：學生都很喜歡做實驗，但若有太多的學習單或記錄單要書 寫，則會令他們覺得很不耐煩。

因此，本研究嘗試透過POE策略提供鷹架，結合兒童對玩具的喜好、興趣，以科學 玩具來輔助教學，並引導學生透過操作科學玩具、深入探究來進行學習活動，以建構出 課程中的相關科學概念，提升學生學習科學的信心與興趣。希望藉由這樣的研究過程可 使自然與生活科技領域的教學與學習活動更具意義，並可作為日後中、小學教師從事自

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然與生活科技教學的參考。