一、科學探究的意義
人們似乎經常使用「探究」一詞，儘管如此，探究卻存在著許多問題，究竟 探究是什麼呢？
美國國家科學標準指出探究就是和科學家尋求科學知識和解答一樣的歷 程，學生主動積極的透過個人或合作的方式，獲取科學知識(Anderson, 2002)。因 此探究是一個過程，學生對科學的理解就是這樣主動建構而成的，而目前較新的 觀點則認為探究不僅是過程，還需要學生能將科學方法和科學知識結合，要使用 科學理由和批判思考來發展他們對科學的理解。陳忠照（2003）認為探究的定義 有三：
（一）人類從尋求資料到瞭解資料的過程。
（二）人類尋找問題、解決問題的過程。
（三）為了探討自然而做的有系統之思考活動。
吳坤璋、吳裕益與黃台珠（2005）定義科學探究為以科學議題為範疇，從發 現問題到解決問題的歷程。歐陽鐘仁（1987）也認為探究就是人類找出問題與解 決問題的過程，為了這個目的，必須不斷思考，以不同的方法獲得答案。單文經 和侯秋玲（2008）將探究視為主動求知的歷程，倘若學生被強迫去探求別人的主
題時，探究是不可能發生的，學生需要一段時間來觀察、感知週遭的世界，才能 找到有趣或好奇的現象。陳均伊與張惠博（2008）整理中外學者的論點後，認為 科學探究是科學家進行研究的方式，強調科學家在探索自然時如何面對問題、收 集資料與形成解釋等，甚至科學家尋找與解決問題的歷程也可以稱為科學探究。
劉宏文（2001）認為科學探究最主要的特質在於論證過程的邏輯性，和作為信度 與效度的檢驗，因此科學探究可以讓學生增加對科學概念、原理等陳述性知識的 瞭解，也可以增加科學過程與技能等程序性知識。陳麗美（2004）指出科學探究 是多方面的活動，是讓學生在真實情境中，利用觀察來設計問題、提出假設、設 計實驗步驟去收集資料並解釋實驗結果。Anderson(2002)指出NSES的第23頁中對 科學探究的定義是「為科學理解和某些能力打下基礎」，也就是瞭解科學如何進 行，使用探究就表示學生進行一種活躍而主動的學習。Lunetta、Hofstein與Clough 於2007年的研究指出，探究經常被視為定義問題、形成問題、設計及規劃調查活 動、收集及分析資料、歸納結果、形成結論、溝通交換研究發現的過程(Valk, &
Jong, 2009)。黃欣玲（2008）歸納學者的觀點，認為除了結果之外，探究更著重
在探索的過程，強調主動尋找問題，在尋求解答的過程中學習並應用各種科學方 法，從而建構出正確的觀念和知識。從問題解決的觀點來看，科學探究是從問題 的發現開始，經由探討的過程尋求問題的解決，簡單來說，就是問題發現到問題 解決的循環歷程（洪文東，2007）。王美芬與熊召弟（2005）認為探究是尋找及 解決問題的過程、是一種思考方式，是學習者主動的過程，而非教師把現成的答 案提供給學生。科學教育的目標其中之一即是運用探究能力及科學知識解決問題，理性批判 並做出明智的抉擇（林煥祥，2009）。國民中小學九年一貫課程綱要中，對自然 與生活科技學習領域的基本理念的解釋如下（教育部，2008）︰
學習科學，讓我們學會如何去進行探究活動：學會觀察、詢問、規劃、實驗、
歸納、研判，也培養出批判、創造等各種能力。特別是以實驗或實地觀察的 方式去進行學習，使我們獲得處理事務、解決問題的能力。也瞭解到探究過 程中，細心、耐心與切實的重要性。
我國的九年一貫課程改革設計理念就是希望讓學生具備有可以帶著走的能 力，在自然與生活科技學習領域當中，重視的其中之一個能力就是「主動探索與 研究」（李松濤、林煥祥、洪振方，2010）。中國大陸近年來修訂的課程標準，
在教法上亦規定採用探究教學法（王美芬、熊召弟，2005）。美國國家科學標準 (NRC，1996)也越來越鼓勵學生學習科學研究的本領，不但要具有求知慾，且要 能開創新的想法，並對科學保有懷疑的態度，提倡讓學生透過探究的過程來瞭解 科學本質、科學與社會、科技之間的關係，能培養學生對科學有正向的態度。
毛松霖與張菊秀（1997）認為科學探究過程對於培養學生高層次的思考技 能，以及問題解決的能力，還有科學概念的學習均有幫助。學生進行探究學習時，
對於教師支持、學生參與、探究、合作與平等的表現上均達到顯著成長，學生的 學習動機部分也有顯著提昇（蔡執仲，2007）。Kipnis和Hofstein(2008)的研究發 現在探究活動中，學生能在探究歷程的不同階段中實施後設認知能力。溫存儒
（2002）認為教師在傳授科學知識的同時，也應該鼓勵學生勇於思考、發問，並 進行科學探究活動，因為學習探討科學知識的方法和學習科學知識是同等重要 的，兩者處於相輔相成的地位。教師應該站在協助的立場，幫助學生理解科學概 念、瞭解科學知識如何形成、培養科學過程技能及科學態度等科學素養的能力（陳 麗美，2004）。
科學探究的意義在於以尋求知識來取代獲取知識（張惠博，1993），但是台 灣的教育重在記憶，考試的壓力造成學生追求的是「得到科學知識」，而非「如 何得到科學知識」。大學入學考試對教學有很大的影響，是造成持續偏重傳統式 教學的原因(Zhang, Krajcik, Sutherland, Wang, Wu & Qian, 2003)。受到「進入第一
學府」的想法所牽絆，迫使學童終日讀書，影響到整體國民競爭力之提昇（李賢 哲、李彥斌，2002）。而我國國小自然科教學雖然重視科學探究，但長久以來多 停留在「驗證」已知的知識，對於科學教育目標的達成有其困難（陳榮祥，2006），
國外的研究亦指出，傳統的科學教師要求學生進行食譜式的科學活動，並使用受 限的教科書以提供探究活動(Staer, Goodrum & Hackling, 1998)。成功的科學探究 教學必須要有設計完善的課程與教學，如果教師只是單向的傳遞知識，那麼科學 探究就只流於形式，無法讓學生擁有良好的學習效果。根據班級學生的特性，教 師須針對學生提出所要探究的問題修飾成適合學生程度的科學性問題，在探究過 程中浮現的問題與突發事件，教師須隨時調整指導方向和內容，方能有效幫助學 生（許素，2002）。Anderson（2002)亦指出教師尋求探究取向的教學時，必須將 重心放在學生從事的學習之本質上，並重視學生扮演著主動學習的角色。
綜合上述文獻，研究者認為科學探究的意涵就是學生在真實情境中主動探索 而獲得科學知識的過程，學生的理解力和進行探究的能力將建立在探究經驗的基 礎上。透過這個歷程，學生能學會觀察、規劃、實驗、歸納……等各種能力，發 展出高層次的思考技能，而教師應該協助學生進行科學探究，而非傳遞科學知識 而已。
二、科學探究能力
強調探究學習是科學教育改革的風潮，英國和澳大利亞都與美國一樣，注重 科學探究能力的培養（Lin, Hong, & Cheng, 2009)，無論中外都認為學習科學時，
應關注於科學探究情境的營造與科學探究能力的提昇，但什麼是科學探究能力 呢？
游淑媚（2002）認為科學探究能力包括五項，分別為：
（一）提出科學性的問題。
（二）設計及進行科學的探究。
（三）使用適當的工具與技巧去收集、分析、解釋資料。
（四）根據獲得的證據去做解釋、預測或做成結論。
（五）發表、溝通研究的發現與成果。
吳坤璋等人（2005）認為從事科學探究時，學生描述物體與事件、提出問題、
形成假說以設計實驗、建構解釋等能力就稱為科學探究能力，包含過程能力與思 考能力兩個面向。若將科學探究思考能力視為一種思考模式，認為它具體統合了 科學探究過程的各種技能，可以使學習者增強處理問題的能力、思考判斷能力和 創造能力等；而科學過程能力則可分為觀察、分析及轉化的面向（吳坤璋，2006）。
2006 年 的 學 生 能 力 國 際 評 量 計 畫 （ Programme for International Student Assessment，PISA 2006)指出學生應該具備「形成科學議題（identify science issues）」、「解釋科學現象（explain phenomena scientifically）」和「科學論證
（use scientific evidences）」等三種科學能力（林煥祥，2009）。Zachos、Hick、
Doane和Sargent(2000)的研究中，指出科學探究能力就是科學過程技能、問題解決 能力、科學方法、科學想法、批判思維和反思這些智能。楊秀停和王國華（2007）
則將學生的探究能力分為五個向度，分別為理解問題、觀察記錄、收集資料、轉 化資料和知識主張。黃淑卿（2004）採用2000年教育部公佈的九年一貫課程總綱 綱要中對「主動探索與研究」的基本能力定義：「激發好奇心及觀察力，主動探 索和發現問題，並積極運用所學的知能於生活中。」將其視為探究能力。洪振方
（2002、2003）提出的看法，則認為探索、解釋、交流與評價就是科學探究能力。
洪文東（2005）根據教育部2003年公佈之九年一貫「自然與生活科技」學習 領域之內容，選擇八個分段能力指標中與科學探究較有相關的三個重要指標，將 國小階段的科學探究能力定義為科學過程技能、科學與技術認知知識與科學思考 智能，每個項目再細分為小項目，如圖2-3-1。
圖2-3-1 國小階段科學探究能力成份（洪文東，2005）
NSES(NRC，1996)對K-12的學生應具備的五大科學探究能力，分別界定為：
「定義與確認問題（identifying and posing questions）」的能力、「設計與實驗調 查（designing and conducting investigations )」的能力、「分析資料和證據（analyzing data and evidence )」的能力、「使用模型與解釋（using models and explanations )」
的能力、「溝通發現（communicating findings )」的能力。國科會研究計畫「九年 一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」的研究小組對探究能力 制定出五個面向來定義（高慧蓮，2005），這五個面向包括：界定問題的能力（包 含發現問題、提出問題 )、設計規劃的能力（包含收集資料、設計實驗 )、實作
的能力、「溝通發現（communicating findings )」的能力。國科會研究計畫「九年 一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」的研究小組對探究能力 制定出五個面向來定義（高慧蓮，2005），這五個面向包括：界定問題的能力（包 含發現問題、提出問題 )、設計規劃的能力（包含收集資料、設計實驗 )、實作