科學探究

何謂科學探究?探究就是尋找問題和解決問題的過程，探究是人類一種思考方 式，是一種尋找資料的過程，一種瞭解事物的過程（王美芬、熊昭弟，1995）。

以創造力觀點來看，就國中小學生而言，科學探究活動就是創造力的展現（洪振 方，2003）。

Gagne 認為「科學的探究」是藉著「問題解決」模式，面對新的現象，在思 考上從事解決的活動之集合。而此類思考起自於系統之觀察，再進行測量的設計，

明確的區別現象觀察及推論，以提出一般化的解釋（該解釋可能係適用於理想狀 況），最後再下具體、合理的結論。因此，按 Gagne 論點，這些共同的因子就是 觀察、測量、推論（黃湃翔，民 84）。

Sandoval 和 Reiser（2004）指出進行探究學習，應該是以解釋為導向的教學，

而這些必須經由教師發問的方式來引導學生進行學習，問題的脈絡是以日常生活 中的現象為主。如此，才能連結學生的先前經驗促進學生的概念轉變，將知識在 不同情境中轉移。

美國國家研究委員會（National Research Council）在 2000 年所出版之《探究 與國家科學教育標準》（Inquiry and National Science Education Standards）中，對

「探究」的定義為:「探究」是科學家探索自然現象時提出解釋及收集相關證據，

「探究」也是學生探索知識的過程，包括提出問題、擬訂工作計畫及根據資料檢 視已有的知識。並說明探究的五個重要特徵：提出問題、利用證據來找出答案、

解釋、與科學知識作連結、溝通。

長久以來，探究科學的精義經常被灌輸科學的觀念所取代。事實上，讓學生 學會探討知識應與教給學生科學知識同等重要，甚至更重要。Duschl（1990）指 出科學探究不但包括科學知識的辯證，更包含了如何發現這些知識的過程。張惠 博（1993）認為探究的主要意義在於尋求知識，其重點是讓學生尋找知識，而不

是獲取知識，在學習上也鼓勵學生由被動的學習到主動的探求。探究式教學希望 學生是探究過程中主動學習的主角，因而可以培養學生主動建構知識的能力。陳 美如（2001）指出，探究活動的整個歷程是從學生學習的特質與強處出發，經由 反省與問題解決的歷程，進而引導學生反思知識，培養建構知識的能力和興趣。

劉宏文和張惠博（2001）指出，探究活動提供了學生學習與他人合作的機會，

學生彼此間對於相關問題的不同想法，透過合作而及時修飾，並得到啟發，適度 分擔了個人的認知負荷，共同發展出對新概念的理解，並學習到科學社群實踐的 本質。楊秀停、王國華（2007）研究指出，其實學生具有設計實驗的能力，只要 教師稍加引導，給予合適的任務，並能利用小組合作的力量，是足以讓學生主動 進行探究的。

Chase 和 Gibson（2002）研究指出，學生參與暑假科學探究課程後對科學的 態度較為積極，且對於科學職業有較高度的興趣。訪談結果顯示，有百分之七十 的學生提出他們喜歡這樣的經驗，而有百分之七十七的學生認為這樣的課程可提 高他們的科學興趣。由此研究結果可知，探究式教學可以使學生對科學的態度及 學習方面較為積極，能引發學習興趣及主動參與。

以往課室中進行的探究活動均是以實驗活動來呈現，但實驗活動並不表示探 究活動，實驗過程技能不代表探究能力。傳統教師的教學方式大多仍以講述教學 法為主，忽略學生在科學上的批判力、對科學信念的論證和使用論證來澄清自身 的概念和想法，因而錯失了讓學生在論證思考的過程中獲得更多對科學理解與認 同的機會（Newton, Driver & Osborn, 1999）。

至於課室中的科學探究（classroom inquiry），美國國家科學教育標準（NRC，

1996）舉出下列五個特性:

1. 引導學生思考科學方面的問題（scientifically oriented questions）。

2. 根據針對問題，根據證據，進行說明並評鑑說明的合理性。

3. 學生根據證據，形成科學問題的說明。

4. 學生評鑑另類說明（alternative explanations），尤其是可以反應科學理解的說

明。

5. 學生溝通想法並對自己的想法提出合理的解釋。

美國國家科學教育標準提出提昇科學探究所強調的重點與以往有所不同

（National Research Council，1996），下表所示：

表 2-3-1 提昇科學探究所強調的重點（National Research Council，1996）

較少強調 較多強調

1. 科學探究活動局限在一節課 2. 得到答案

3. 進行較少的探究以便留下時間來完 成大量的內容學習

4. 學生只將想法和結論告訴教師 5. 僅對科學內容的問題提供答案

1. 科學探究活動超過一節課

2. 運用證據和策略來發展解釋及修改解釋 3. 進行較多的探究以了解探究的價值與科學 內容知識

4. 將想法和結論與同學公開交流 5. 溝通科學的解釋

而我國《國民中小學九年一貫課程綱要》對「自然與生活科技領域」之基本 理念中說明:「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。」（教育部，2003）

綜合上述文獻，研究者認為探究的內涵為學生主動找尋資料，了解事務的過 程，而非被動的獲得知識。在探究的歷程中，學生學習到和他人合作與溝通，且 探究可提昇學生認知、態度及技能三方面的學習成效。

二、 科學探究能力

探究被視為是學習科學以及瞭解自然與物質世界現象的一種方式（NRC，

2000），Bybee（2000）認為科學探究應該包含三個主要成分:

1. 科學探究能力，這是學生應該學會的能力。

2. 有關科學探究的知識，這是學生應該學會有關科學探究的本質。

3. 是教導科學課程內容的方法學。

教育部（2003）頒布之《國民中小學九年一貫課程綱要》於「自然與生活科 技領域」中，將國民科學與技術的基本能力，依其屬性和層次分成八個要項：

1. 過程技能：增進科學探究過程之心智運作能力。

2. 科學與技術認知：科學概念與技術的培養與訓練。

3. 科學與技術本質：科學是可驗證的、技術是可操作的。

4. 科技的發展：瞭解科學如何發現與技術如何發展的過程。

5. 科學態度：處事求真求實、喜愛探究之科學精神與態度、感受科學之美 與影響力。

6. 思考智能：對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能 力，以及資訊統整能力。

7. 科學應用：應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力。

8. 設計與製作：能夠運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。

從以上八個項目中，可發現第 1、5、6、7 項都與科學探究有關，可知於基本 能力中，科學探究列為重要的能力。

美國「國家科學教育標準」（NRC，1996）當中，對於培養不同年齡兒童在 科學探究方面的內涵則有更明確的定義，內涵主要包括以下兩個方面，以五至八 年級學生而言，有關科學探究包括以下這些主要內容（引自黃鴻博，2000）：

1. 培養學生從事科學探究所需的能力

(1) 釐清可以透過科學探究過程解答的問題。

(2) 設計與進行科學探究活動。

(3) 使用適當的工具和科技來收集、分析與解釋資料。

(4) 根據發現的證據來發展適當的科學解釋、預測或模式。

(5) 以邏輯與批判思維的方式來看待證據與解釋之間的關連。

(6) 認識與分析可能存在另類的解釋與預測。

(7) 有效的與別人溝通科學探究的過程與結果。

(8) 使用數學在科學探究過程中。

2. 理解科學探究相關的原理

(1) 不同類型的問題需要使用不同類型的探究方法。

(2) 當前科學知識與理解引導科學探究活動。

(3) 數學在所有科學探究過程中是重要的。

(4) 資料收集與分析技術的使用增強探究結果的發現。

(5) 科學的解釋強調證據、具有邏輯論證的一致性和使用科學原理、模型、

理論。

(6) 科學的進展透過合理的懷疑。

(7) 科學探究的結果經常可以衍生出新的觀念，發現新的現象需要探索或發 現新的方法、技術、過程來進行科學探討或資料的收集，可以導致進一 步的科學發現。

游淑媚（2002）綜合各家說法，提出進行科學探究所需要的能力包括：

(1) 提出科學性的問題。

(2) 設計及進行科學的探討。

(3) 使用適當的工具與技巧去收集、分析、解釋資料。

(4) 根據獲得的證據去作解釋、預測或做成結論。

(5) 發表、溝通研究的發現與成果。

從科學素養來看，美國《國家科學教育標準》（NRC，1996）強調所有的學 生都應該有也必須有機會使自己成為有良好的科學素養的人，《國家科學教育標 準》就是以這樣一種信念為前提的。在《國家科學教育標準》中所謂有科學素養 是指了解和深諳進行個人決策、參與公民事務和文化事務、從事經濟生產所需的 科學概念和科學過程（引自洪振方，2003）。

而教育部公佈之「國民中小學九年一貫課程綱要」的「分段能力指標」說明 中，進一步闡釋自然科學的學習，在於提昇國民的科學素養，而「科學素養」的 內涵為：經由科學性的探究活動，自然科學的學習使學生獲得相關的知識與技能。

同時，也由於經常依照科學方法從事探討與論證，養成了科學的思考習慣和運用

科學知識與技能以解決問題的能力。長期的從事科學性的探討活動，對於經由這 種以探究方式建立的知識之本質將有所認識，養成提證據和講道理的處事習慣。

在面對問題、處理問題時，持以好奇與積極的探討、瞭解及合理解決的態度，我 們統稱以上的各種知識、見解、能力與態度為「科學素養」。

從以上兩份文件資料能發現，均主張透過探究活動來培養全民的科學素養。

從以上兩份文件資料能發現，均主張透過探究活動來培養全民的科學素養。