科學探究能力

一、科學探究的意義

王美芬與熊召弟(1995)認為探究是人類一種思考方式，是一種尋找資料 的過程。高慧蓮(2005)認為探究就是喜歡追根究柢、好奇、發問、企圖自己 找到答案。張惠博（1993）認為，探究的主要意義在於尋求知識，重點是讓 學生尋找知識，而不是獲取知識，在學習上鼓勵學生由被動的學習到主動的 探求，希望學生是探究過程中主動學習的主角，因而培養學生主動建構知識 的能力。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）。在過去的十年中，科學和探究已經成為討論科學 教育學，教學、學習和課程的重點主流，探究式教學的核心是美國國家科學 教育標準和科學素養的基準(Yager & Akcay, 2010)。

Sandoval & Reiser（2004）指出，進行探究學習是以解釋為導向的教學，

必須經由教師發問的方式引導學生進行學習，以日常生活中的現象為問題的

脈絡，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。黃湃翔（1995）的研究指出，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。此類思考起自於系 統之觀察，再進行測量的設計，明確區別現象觀察及推論，以提出一般化的 解釋，最後再下具體、合理的結論。這些共同的因子就是觀察、測量、推論。

美國國家科學標準(NRC, 1996)指出探究是和科學家尋求科學知識和解 答的歷程，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)。科學探究是透過科學思考過程和活動，讓學生獲取答案(Furtak, 2006)。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。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，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，並使用科學理由和批判思考來發展他們對科學 的理解。

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。也了解到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。」我 們可以發現九年一貫課程的改革，強調探究活動在科學教學中的重要程度。

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了解科學本質、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。

科學探究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。科學探究不僅是傳 授探究知識，也必須評估和解決教師的教學觀念的核心(Lotter & Harwood, 2007)。張惠博(1993)認為科學探究的主要意義在於以知識的尋求來取代知識 的獲取。劉宏文(2001)認為科學探究最主要的特質在論辯過程的邏輯性，及 做為證據的信度與效度的檢驗。因此科學探究應該是指利用嚴謹的方法，探 索某項事實或原理，以獲得可靠的結果而能夠對學術上有實質貢獻；而整個 探究活動的過程是動態的，而且是可以隨時修正的(引自溫儒存，2002)。

劉宏文、張惠博（2001）指出，探究活動提供學生學習與他人合作的機 會，學生彼此間對相關問題的不同想法，會透過合作而及時修飾，並得到啟 發，適度分擔個人的認知負荷，共同發展對新概念的理解。楊秀停、王國華

（2007）研究指出，學生是具有設計實驗能力的，只要教師稍加引導，並給 予合適的任務，利用小組合作力量，是足以讓學生主動進行探究的。

Chase & 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 分之七十的學生喜歡這樣的經驗，而有百分之七十七的學生認為此課程可提 高他們的科學興趣。由研究結果可知，探究式教學可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，但實驗活動並不代 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）。

綜合以上文獻，研究者認為科學探究是學生主動找尋資料，了解事務的 過程，而非被動的獲得知識，學生必須透過科學思考過程和活動以獲取答案。

探究歷程中，學生學習到和他人溝通與合作，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

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 學應關注科學探究情境的營造與科學探究能力的提昇。我國的國民中小學九 年一貫課程綱要中，自然與生活科技學習領域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：

(一) 過程技能：增進科學探究過程之心智運作能力。

(二) 科學與技術認知：科學概念與技術的培養與訓練。

(三) 科學與技術本質：科學是可驗證的、技術是可操作的。

(四) 科技的發展：瞭解科學如何發現與技術如何發展的過程。

(五) 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。

(六) 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。

(七) 科學應用：應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力。

(八) 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。

其中第一、五、六、七項與科學探究相關，可知我國對於自然與生活科 技領域的基本能力中，科學探究是極重要的能力之一。

游淑媚(2002)認為進行科學探究所需要的能力有：

(一) 提出科學性的問題。

(二) 設計及進行科學的探討。

(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。

Bybee（2000）認為科學探究應該包含三個主要成分：科學探究能力，這 是學生應該學會的能力；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；是教導科學課程內容的方法學。

黃鴻博(2000)認為科學探究是培養國民科學素養，學習科學的主要途 徑，科學探究被當成一個透過探究解決問題的歷程，包括科學知識、方法的 運用、科學本質的理解與好奇、講求證據、合理、批判與積極勇於面對困難 的處事態度。美國國家科學教育標準(NRC, 1996)對於培養不同年齡兒童在科 學探究方面的內涵有更明確的定義，以五至八年級學生而言，有關科學探究 包括以下兩方面內容：

(一) 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。

(二) 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衍生新的觀念，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。

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，制訂五個面向來定義探究能力(高慧蓮，2005)，此五 面向包括：界定問題的能力(發現問題、提出問題)、設計規劃的能力(收集資 料、設計實驗)、實作驗證的能力(進行實驗、觀察、操作、記錄)、分析解釋 的能力(分析資料、歸納及解釋實驗結果)、溝通辯證的能力(溝通、批判)。此 五探究能力面向與CPS模式第四階段的三成份六階段互相呼應，界定問題即是 第一成份─瞭解問題，設計規劃即是第二成份─產出點子，實作驗證、分析 解釋與溝通辯證與第三成份─計畫行動吻合。此模式開發出來後，許多學者 (例如：林桂君，2009、魏哲華，2011等)將其運用於不同的教學情境中，發 現該模式不僅適用於各種情境，且對特定任務需求可以更方便的運用，比過 往的模式更符合使用者的需要，和一般人解決問題的模式相近。故本研究採 取高慧蓮的探究能力評量工具。

綜合以上所述，學生透過探究的過程可以獲得更多知識及更高學習成 就，同時也能提升全民的科學素養，研究者希望能以本研究所發展的教學活

綜合以上所述，學生透過探究的過程可以獲得更多知識及更高學習成 就，同時也能提升全民的科學素養，研究者希望能以本研究所發展的教學活