科學的探究能力

人生而具有探究的本能，因為好奇心從嬰兒出生就有；

以嘗試錯誤的技巧(try-and-error techniques)學習適應周遭環 境世界，是不分小孩或是大人。探究(inquiry)一字是源自於 拉丁文 in 或 inward(在…之中)及 quaerere(質詢、尋找)，另根 據牛津英語辭典上的解釋「探究是探索知識或資訊，特別是 追求真理的活動」，或是「探究是搜尋、研究、調查和檢驗的 活動」，所以 Welch(1981)說探究是一種對於瞭解事實，探求 知 識 、 真 相 的 過 程 。 Trowbridge 和 Bybee(1986) 、 Windschitl(2003)認 為 探 究 是 運 用 各 種 方 法 去 解 開 與 問 題 相 關的隱含關係，是一種定義及研究問題的過程，包含了形成 問題、構思假設、設計解決方法、模式化等一系列相關的智

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力活動(intellectual activities)。NRC(1996)對「探究」所下的 定義：「探究是一種多面向的活動，包括觀察、確認問題、驗 用批判和邏輯思考，並且考慮不同的解釋(NRC，1996)。

壹、科學探究

科學探究是指科學家探索自然現象的方式，由此了解世 界的運作與奧秘，並從中建構科學理論與知識(陳均尹、張惠 博，2008)。Hofstein 和 Lunetta (2004)提出探究是科學家在研 究 自 然 時 使 用 的 方 法 和 提 出 的 想 法 以 及 獲 得 的 證 據 過 程 。 Anderson(2002)則將科學探究視為學習的過程，過程中學生 主動學習、建構知識且理解科學概念，並了解科學家如何進

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行研究的活動。當人們面對未知的情況時，都會嘗試確定什 麼事正在發生和預測將會發生什麼事(NRC，2000)。

科學探究最早源起於十七世紀時的伽利略，以探究為面 自李國平，2010)。依據 NRC(1996)在美國國家科學教育標準

（National Science Education Standard，NSES）中的定義「科 學探究是反映科學家們以各種不同方式對自然世界進行研究

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理 學 將 知 識 依 表 徵 分 類 為 ： 敘 述 性 知 識 (declarative knowledge)與 程 序 性 知 識 (procedural knowledge)。敘述性知識是有關事實、理論、事 件及物體的知識，程序性知識則是了解事情要如 何做的知識，包含了動作技能、認知技能，以及 認知策略等的知識，因此科學探究的知能，應為 一種程序性知識。

二、 從問題解決角度來解析科學探究，認為科學探究 就如同閱讀、寫作和數學一般，其本身專業知能 的成分也包括: 基本技能(basic Skills) 、概念性 理 解 (conceptual understanding) 以 及 策 略 (strategies)。

三、 從科學探究活動來解析科學探究，認為科學是精 確描述自然的過程，試圖創造和檢驗解說自然現 象 的 理 論 系 統 。 為 了 精 確 描 述 和 解 說 自 然 的 事 件，科學家進行其研究工作必須踐行一定的程序 與過程，提取出一些對於科學活動歷程的看法。

依據這三大類彙總學者對於科學探究的界定與看法如表 2-2 科學探究的解析表。

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Lesgold et al.

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Lederman (1998)

(5)進一步的演證；(6)結論驗證；(7)實際應用。Maynes (1980)

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認為科學家在解決實驗問題時，應遵從下列的步驟：(1)選擇 與問題有關的假設；(2)設計收集、組織資料的實驗；(3)在實 驗操作過程中，判斷與記錄所需的資料；(4)資料整理和對該 問題作結論；(5)拓展此結論到真實的世界中；(6)發表此實驗 結果。陳均尹和張惠博(2008)認為科學探究是指科學家探索 自然現象的方式，由此了解世界的運作與奧秘，並從中建構 科學理論與知識，整個探究過程包括觀察、提出問題、檢視 書籍和相關資訊、檢視發現的證據，使用工具去蒐集分析和 解釋資料、提出答案、解釋和預測，並且傳達結果等多方面 的活動。就學生而言，科學探究是一種學習科學的過程，過 程中學生主動學習、建構知識且理解科學概念，並了解科學 家如何進行研究的活動(Anderson，2002)。根據 Callison 和 Preddy(2006)提出科學探究包含有：提問、探索、類化、推 論及反思。

綜合從科學研究活動角度切入看待科學探究的研究對於 科學探究的看法，科學探究是科學家用來研究自然界並獲取 知識的一種有系統方法，而此方法過程是一種從觀察、發現 問題尋找與問題相關的資料規劃設計研究調查根據 實 驗 證 據 檢 視 探 討 的 成 果利用工具進行分析和詮釋資料

提出答案、解釋溝通結果運用批判與邏輯思考擴展問 題與答案的延伸解釋循環性歷程如圖 2-1 科學探究歷程循環 圖，在過程中獲得知識、技術與科學的思考及科學探究能力。

44 和 Lederman，2002)。

科學探究能力的意涵在於科學探究過程所顯現出來的科

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學表現包括：(1)確定問題，思索可能的答案，並嘗試驗證其 可能性；(2)設計科學探究的過程和獲得數據；(3)根據前有的 問題和決策，再形成新的問題；(4)根據先備知識，進行問題 的發展；(5)將活動經驗與科學概念、原理聯結；(6)分享及討 論研究的過程、決策和作品(Roth，1995)。Oregon Department of Education (2007)提出的科學探究能力為：(1)形成問題或假 設；(2)設計探究活動；(3)資料收集和呈現數據；(4)分析和 詮釋結果。Windschit、Thompson & Braaten (2008)指出探究 式教學在科學課室中呈現的方式，包括：(1)在觀察之後發展 學本質的認識，並培養進行科學探究的思考技能。Bencze 與 Hodson (1999); Moje, Collazo, Craaillo 與 Marx (2001)以及 Richmond 與 Kurth (1999)等認為學生在學校中所學的科學，

須反映出真實世界中科學知識的發展與研究，能學以致用。

科學的探究能力為學生在從事科學探究時，從發現問題 到解決問題的歷程中，所表現出的能力，如描述事物、提問、

實驗、解釋等能力(吳坤璋、吳裕益、黃台珠，2005)。李秋 燕(2013)認為科學探究能力，包含觀察、記錄、提問、預測、

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實驗、思考、討論、作出解釋、解決問題與科學知識獲得等 能力。學生在探究的過程中，可學習、展現出科學探究能力 (Key 和 Bryan，2001)。教育部(2001)公布的九年一貫課程「自 然與生活科技」領域在分段能力指標中，對科學探究的內涵 出科學探究能力(Key 和 Bryan，2001)。根據經濟合作暨發展 組 織 (Organisation for Economic Co-operation and Development ， OECD) 建 立 之 國 際 學 生 能 力 評 量 計 劃 (the Programme for International Student Assessment，PISA)所定義 的科學探究能力為在學習的過程中，能使用科學知識、瞭解 Standards，NSES) 針對幼兒園至國小四年級學童，所訂定的 科學探究必備基本能力包括：(1)提出周遭環境中有關物體、

生物及事件的問題；(2)計畫和進行一個簡單的調查活動；(3) 使用簡單的設備和工具來收集資料及延伸感官的範圍；(4)

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使用資料來建構一個合理的解釋；(5)傳達調查的活動和所提 出的解釋(NRC，2000)。

高慧蓮(2005)根據國內外科學探究相關文獻，與有關的科 學探究研究群共同制訂出：(1)界定問題(包含發現問題、提 出問題)；(2)設計規劃(包含收集資料、設計實驗)；(3)實作驗 證(包含進行實驗、觀察、操作、記錄)；(4)分析解釋(分析資 料、歸納及解釋實驗結果)；(5)溝通辯證(溝通、批判)等五個 能力面向來定義科學探究能力。

綜合歸納上述學者的研究，科學的探究能力包括運用觀 察、應用時空關係、應用數值資料、量測、分析、傳達、預 測、推理、控制變因、解釋資料、形成假設、下操作型定義、

實驗等科學過程之能力，並結合科學知識與科學思考智能之 總體表現。