一、科學探究的意涵
回顧各國科學課程之主要目標無一不是發展學生探究能力以及提升對探究 的理解，希望學生能夠以科學家的方式思考，而不是只會一昧的背誦知識，由此 可知科學探究已經是國際科教界的共識(Adb-E1-Khalick, Boujaoude, Duschl, Lederman, Mamlok-Naamn, ＆ Hofstein, 2004；洪振方，2010)。
科學教育的終極目標即是培養學生具有探究能力，Gagne(1963)又稱其為終 極能力(terminal capability)。National Commission on Science Education and Standards and Assessment(1992)提到科學教育目標是要讓學生了解並使用科學探 究的推論模式。有學者認為探究是科學家的工作，他們用有系統的方法，其中包 含了傳統的方法如：觀察、推論、分類、預測、測量、提問、解釋和分析資料，
並結合科學推理、批判思考等研究法去了解他感興趣的主題同時對他們所處的空 間提出包含證據的解釋(Lederman, 1998；Lisa, 2002)。
Anderson(2002)則認為學生會主動地去建構知識以及理解科學概念，這個過 程就稱為科學探究。也如教育部(2003)報告中所提：科學探究使學生獲得科學相 關知識與技能，同時也因為依照科學方法進行探究與論證，培養了科學的思考 力、習慣和運用科學知識技能解決問題的能力。此外 Finley(1983)認為科學探究 過程牽涉到觀察、分類、描述、溝通、測量、認識、應用空間、下結論、下操作 型定義、提出假設、變因控制、解釋資料及實驗(方郁斌，2007)。
而亦有學者參考科學家進行科學探究歷程中的特質，提出學生應有的科學 探究學習歷程：首先確定問題，考慮所有的可能性並逐一驗證，並規劃科學探究 的過程和獲得數據，根據之前的問題和初步的資料，再形成新的問題，同時也要 能夠從先備知識，進行問題的發展，再將活動經驗與科學概念、原理連結，最後 能夠分享及討論研究的過程、結論和作品(Roth, 1995； NRC, 2000；Crawford, 2000)。
18
要讓學生了解科學探究的本質，不能以線性的、一步一步方式加以學習，而 是要從整體並真實的探究活動中學習科學探究的經驗。是以，科學概念與科學過 程在學生的科學探究活動中是互相關聯的，亦即，科學概念的學習必須築基於科 學活動的脈絡才有意義。
Lunetta 和 Tamir(1981)認為，探究活動有四個基本階段，在計劃與設計階段，
學生首先會形成探究問題、建立假說，並設計實驗步驟，進而踏入實作階段，學 生在此階段執行探究，使用工具並紀錄數據；之後在分析與解釋階段，學生處理 觀察數據後，開始解釋關係、檢驗數據的正確性，進而提出假說及其限制；最後 在應用階段，學生便能在其探究基礎上形成假說，並且能夠預測如何在新的情境 中運用其所習得的新知識和新技能解決問題(許育彰，1998)。探究者在探究過程 中透過這些互相關連的階段，探究、理解科學概念和科學過程這兩者間的關聯性。
Lunetta(1998)指出，在短暫的學校實驗課程中，是難以進行一個完整的實驗 活動的，但若是能把握以少為多(less is more)的策略，放棄大量且不夠深入的實 驗，轉而進行數量較少、但實驗過程完整並且詳細的較重要的探究活動，更有益 於學生的科學學習。
然而，也有學者 Konohl（1995）認為，在科學教學過程中，讓學生有進行 科學活動的機會並非是希望所有學生都成為科學家，而是因為科學的學習必須與 真實的活動結合，這樣才能給予學生更加確切、精準的探究脈絡(Nott, 1997)。學 生在科學活動中學習如何運用工具及知識解決問題，或許他們在進行科學活動時 所體驗到的的情境與科學家們有所差距，但卻是具有啟發意義的實踐行為，這樣 的方法相較於教科書上單純的描述，是較能夠使學生體會到科學家解決問題和解 釋世界的方式的。(Anderson, Reder, & Simon, 1996；Brown et al, 1989； Harley, 1996)。
此外，科學探究不僅只是有系統的探索，更包含了尋找問題的過程，在探究 的過程當中，不但可以發現問題，也可以尋找解決問題的方式(王美芬、熊召弟，
1998；黃湃翔，1995)，國內及國外皆有學者認為科學探究是一個動態的過程
(Herron, 1971；李文德,2004)，從問題的形成到實驗方法的選擇乃至於數據的處 理分析到最後歸納出結論，這整個過程都是不斷的選擇，但是這者個過程不是線 性的關係，而是像一個網絡迴圈，不斷地進行回饋(蔡執仲、段曉林，民 94)，
故研究者認為科學探究的過程重要的是可以培養學生的邏輯性，能夠內化使思維 更加清晰，進而提升問題解決的能力，能夠運用在日常生活中。
二、科學探究的意涵
科學活動在十九世紀的哲學背景下，擁有兩種不同的觀點，一種是歸納主 義，認為科學活動可以有邏輯的運作，就可以得到科學的定律；另一個看法的則 是反歸納主義的觀點，認為科學活動的過程是與先備知識或已具有的經驗謀和 的，這個過程是反覆的猜想與修正(Popper, 1965)。
一路演變至 1960 年代的科學課程改革，此改革鼓勵學生從事科學探究，其 特色是發現(discovery)與探究(inquiry)，並認為實驗教學活動等同於科學活動，因 為科學活動本身即是科學教學的核心，不單只是用來證明科學概念及現象的方式 (劉宏文，2001)。當時的改革活動，之所以特別注意科學教學活動，乃是因為當 時主流的認知心理學派的諸多學者，如，Bruner, Gagne, Schwah, Piagget, Ausubel 等不斷提倡。
根據上述學者發表的文獻，Friedier 和 Tamir(1990)將之整理成科學活動的理 論基礎：科學涵蓋高度複雜與抽象的學科知識，若缺乏具體實務的操作與練習，
學生將無法理解科學概念，以探究活動作為科學教學的基本要素，即是鼓勵學生 參與實際的探究活動，以培養、發展探究的知識與技能，教師在教學中給予學生 機會探索，以理解科學精神，增進問題解決、分析與形成通則的能力，發展出客 觀面對錯誤並對探究結果作批判性論證、進而理解科學的限制的能力，以及培養 學生健全的科學態度。
20
而實驗活動的實務經驗，不論在實物操作上或邏輯思維策略，皆與其他的經 驗有實質上的不同，此部分對於形成科普知識是很重要的部分，並且實作所提供 的獨特脈絡(eontext)，有助於確認、診斷、與補救學生的迷思觀念，提供學生機 會，讓學生體驗有意義的樂趣，並因此而引起科學學習的動機(劉宏文，2001)。
科學探究的發展可以依幾個不同的面向來看(陳靜美,2014)，可以從認知心 理學的角度來討論，將其依表徵分成敘述性知識與程序性知識(Anderson, 1985)。
學者 Gagne(1965)也認為科學過程技能是一種心智過程，是橫跨各個學科且可轉 移的能力；也可從問題解決的角度來看，其成分包含：基本技能、概念理解及策 略，Gagne 認為「科學的探究」是藉著「問題解決」模式，面對新的現象，有系 統的觀察並思索問題解決的各種方式，再進行測量的設計，能夠明確的觀察現 象，以得到適合假說的解釋進行結論。
科學探究的內涵到底包含哪些面向、類別及步驟?黃湃翔認為，按 Gagne 論 點，這些共同的因子就是觀察、測量、推論(黃湃翔，2009)。許育彰(民 87)認 為探究活動是為了解釋人們對自然界現象因好奇引發的疑惑，而進行的活動。
Beyer, Hunt 及 Colander 定義了探究歷程的幾個步驟，首先訂定研究主題，再發 展一個暫時性的假說，對假說加以驗證並作出結論，最後再應用這個新結論到新 資料中，並將其通論化(Otieno, 1999；陳博文，2007)。
NSTA(National science Teachers Assocaition, 簡稱 NSTA, 2005)指出成長的 過程就與其周遭的環境有著交互作用，這些交互作用會帶給我們探究經驗，這些 探究經驗我們的想法相結合時，對知識的理解會產生有意義的提升，科學探究的 歷程就能夠產生這種有意義的提升，因為學生在探究的過程中，必須學習如何進 行調查、蒐集資料、產生自己的立論、與他人溝通，這些較高階的思考模式能夠 使他們發展出更深的理解。故 NSTA(2005)建議教師可以藉由學習如何提出適 當，且能夠透過探究調查解答的問題，讓學生自行學習、調查蒐集、使用合適工 具分析資料、下結論、進行批判思考與溝通辯證，以培養學生探究能力。
Nott(1997)也指出，科學活動在學校科學教學中的角色應是多面的，實驗教 學只是科學活動諸種面向之ㄧ，學校教育應該要透過真實性的活動，進行各種形 式互動的學習歷程來傳授科學的過程和內容。師生間也會因為彼此間的協商、互 動、循環、與擴散過程(diffusion)，使新的科學知識能夠教學相長。這些新的科 學知識，明顯與 1960 年代以來視探究為實驗活動，認為這是經由學生個人的經 驗和觀察發現科學事實、或得到專家規範的制式知識的理念大相逕庭(Woolnough
& Allsop, 1983)。
綜上所述可以發現，不管是從心理學的角度來看或是以學習的角度來看或是 以教學的角度切入，皆可以歸納出科學探究是對自然現象或問題進行有系統的研 究，與一般的基礎探究不同，科學探究強調系統性及結構，從問題的發現開始，
到研究過程的設計規劃、資料收集、解釋分析及產生，皆需縝密的方法與嚴格的 求證(方郁斌，2007)。
三、科學探究能力
美國國家科學教育標準(National Science Education Standards)，有關科學探究 能力的內容標準 (NRC, 2000, p.19)，包含 K-12 年級(三個階段)，其中我國國中 學生包含的年段為 7 到 9 年級，下列茲就 5-8 年級與 9-12 年級的標準分別介紹：
(1) 界定可以透過科學調查活動來回答的問題、設計和進行一個科學的調查活 動、使用適當的工具和技術去收集、分析以及解釋資料、使用證據去發展出 對科學的描述、解釋、預測和模型、會以批判性和邏輯性的思考來建立所得 的證據和所提出的解釋之間的關係、會辨認和分析另類的解釋和預測、會傳 達科學的步驟和解釋、會利用數學在科學研究的所有面上。
(1) 界定可以透過科學調查活動來回答的問題、設計和進行一個科學的調查活 動、使用適當的工具和技術去收集、分析以及解釋資料、使用證據去發展出 對科學的描述、解釋、預測和模型、會以批判性和邏輯性的思考來建立所得 的證據和所提出的解釋之間的關係、會辨認和分析另類的解釋和預測、會傳 達科學的步驟和解釋、會利用數學在科學研究的所有面上。