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第二章 文獻探討

第一節 科學探究

第二章 文獻探討

本研究目的之一為設計出一適合在台灣國民中學進行之科展培訓方式,實際 應用於教學現場。並使用實作評量的方式,探討學生接觸課程前後科學探究能力 之形成。針對研究所需的理論依據,依「科學探究」、「科學探究教學設計」、

「科學展覽對學生科學探究的影響」、「科學探究能力的評量」四個主題進行介 紹。

第一節將論述科學探究的概念型定義以及操作型定義,分析科學探究的意涵 以及具有的面向。第二節介紹國內外研究學者進行科學探究教學設計探討,評析 這些教學設計使用的教學策略、教學方法、教學模式,以及教學成果,論述這些 教學設計對本研究的啟發。第三節論述科學展覽對學生科學探究能力的影響,評 析各種研究方法在這些研究主題上的應用;第四節介紹不同研究者設計之科學探 究能力評量,基於這些文獻探討發展出適合本研究的科學探究能力實作評量。

第一節 科學探究

探究在科學教育中甚早即被重視,Schwab (1962)提出科學探究可透過五個步 驟來進行:1.觀察自然現象;2.提出假說;3.定義控制變因;4.進行實驗以驗證假 說;5.推廣Trowbridge & Wbyee (1986)則提出「探究是確定研究問題、描述假說、

設計實驗方法、收集數據、作結論等一系列的過程(引自郭幸宜、趙大衛、黃台珠,

2003,頁642)。」美國國家科學研究委員會(NRC)在《國家科學教育標準》中六個 教學標準中,第一個標準即為科學探究取向課程標準,當中並指出「探究是具有 多面向的科學活動,包括觀察、定義問題、驗證書本理論、瞭解已知知識、計畫 活動、重複檢驗實驗數據、使用工具收集資料與分析、對資料進行詮釋與結論,

學生從一系列的活動主動發展對科學的理解(翻譯自NRC, 1996, p.23)」。並且提到,

應該提供機會給學生進行完整探究(full inquiry)以及部份探究(partial inquiry)。「完 整探究即是找出問題、設計研究、收集證據、找出原始問題的答案,並且溝通研 究過程和結果。部份探究則是所選定探究過程,學生在過程中發展能力以及瞭解 這些過程(引自莊創期,2003,頁9)。」由上述內容可以發現,科展即是由學生自 行由實際學習與生活過程中發現問題、決定研究題目、收集資料、提出研究假設、

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設計實驗、進行實驗、處理研究資料數據、解決問題進而獲得結論,足見科展實 為一良好的科學探究活動。

美國奧勒岡州教育部門(Oregon Department of Education, 2002)提出針對科 學探究能力評分指標(Scientific Inquiry Test Scoring Guide)中,將科學探究的過程分 為:「形成問題或假說」、「設計研究」、「蒐集並呈現數據」、「分析並解釋結果」等 四個能力面向,並分成「應用科學知識」、「溝通與表達」、「科學探究本質」三個 層面,產生十二個分項。例如:針對 6~8 年級在「蒐集並呈現數據」評分指標,

將學生在該項目具有的能力分為四個評分標準等級。等級最高的學生應能進行收 集與計劃有關的詳細數據、仔細而有組織的處理數據,並註明數據精確的程度,

選擇適當呈現顯示數據的方式,並提出支持關係的解釋;中間等級的學生具有的 特性則是收集數據與計劃的調查僅有部分的一致性,並且以不一致或雜亂無章的 方式記錄並呈現相關數據;等級最低的學生則有記錄無關的或不準確的數據,以 及呈現不完整或無序的數據的特徵(陳名銜,2005)。此指標中關於學生對於實驗誤 差的處理與如何詮釋相關數據,即是本研究關注的重要能力。

NRC 在 2000 年提出的《探究與國家科學教育標準》(Inquiry and the National Science Education Standard)說明,5 到 8 年級的學生應具備的科學探究能力包含 確定可以通過科學調查回答問題、設計和進行科學實驗、使用適當的工具和技術 去分析和解釋數據、發展假說解釋與預測以及使用證據的模型(Model)、批判性的 思考和邏輯、詮釋證據和解釋之間的關係、分析可能的解釋和預測、科學溝通的 程序和解釋、以及使用數學在科學探究的各個面向。

國內學者高慧蓮(2005)將科學探究能力定義為界定問題的能力、設計規劃的能 力、實作驗證的能力、分析解釋的能力、溝通辯證的能力等 5 個面向。吳坤璋、

吳裕益與黃台珠(2005)則認為科學探究能力應該分成「科學探究思考能力」以及「科 學探究過程能力」來區分討論,科學探究思考能力包含推論、批判、思考三層面;

而科學探究過程能力則包含觀察、分析、轉化三層面。分析上述科學探究能力相 關文獻,研究者選擇以美國奧勒岡州教育部門的科學探究能力十二分項作為本研 究界定科學探究能力參考依據,理由原因有二:(一)涵蓋層面廣泛,從問題形成到 結果檢視及評估皆在界定範圍內;(二)面向敘述較為具體,且能對應在科學展覽製 作過程內。茲將本節提及各學者定義科學探究能力對應關係整理如表 2-1-1 所示。

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