第二章 文獻探討
第二節 科學教師對於探究教學的 PCK
壹、探究教學的意涵
一、科學教育標準和探究教學
美國科學課程標準中明列出要用探究教學的方式引導學生學習科學（NRC, 1996;
NRC, 2000），並強調探究教學是從學生經驗探究到真實的問題產生，是教科學的重要 策略。透過探究教學，不僅可讓學生發展知識和了解科學計劃的活動，亦能理解科學 家如何研究自然世界(NRC，1996）。
將NSES科學教師教學標準中有關探究的部分整理如下：
教學標準
A
：科學教師要為他們的學生計劃一個以探究為基礎的科學 課程。由學生經驗引起探究的真實問題是科學教學的一 個重要策略。教學標準
B
：科學教師要引導及促進學生學習。教師與學生互動時，聚焦並支持探究活動。鼓勵與建立科學探究的技能。
教學標準
C
：教師對其教學與學生學習進行持續的評量。並使用學生 資料、教學的觀察、與同儕間的互動來增進教學的實 務。科學教師應以探究的精神來教學，和學習從他們的 實施當中評量與反思。教學標準
D
：科學教師設計及管理一個學習環境可以提供學生在學習 科學上所需的時間、空間、及資源。教師要創造一個靈 活的、支援學生研究的科學探究的環境。教學標準
E
：科學教育老師發展自然科學學習社群，表現出科學探究 的 精密智力和態度與社會價值有益於科學學習。有效率 的教師為學習科學設計許多活動以供小組工作需要，不 像練習一樣簡單，但像不可缺的探究。建立和強調科學 探究的技 能、態度和價值觀念。教學標準的改變：越來越注重聚焦於學生對科學知識、想法和探究過
程的理解與應用。引導學生能主動與延伸科學探 究。
我國因應社會快速變遷與許多民間團體的社會期許，因運而生的「科學教育白皮書」
（教育部，2003）當中也指出教師教學要用科學性的探究活動讓學生提升探究能力，並 落實以學生為主體的科學教學：
科學教育是經由科學性的探究活動，使學生獲得相關的知識與技能，
養成科學思考的習慣，依照科學方法從事探討與論證，運用科學知識與技 能以解決問題，進而形成對科學本質的認識，並建立科學精神
(
科學態 度)
。而九年一貫課程綱要在自然與生活科技學習領域所培養之國民科學與技術的基本能 力，其八個要項當中在「過程技能」方面，要增進科學探究過程之心智運作能力；「科 學應用」方面，要有應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力，也指出要用科學性 的探究活動讓學生探究與實作（教育部，2003）：
(
一)
教學實施方面教師宜設計及經營學習的環境，使學生有時間、有空間從事學習活 動。例如安排時間使學生從事延伸性的探究活動。鼓勵做課外的主題研 究，以使學生獲得深切探索科學的機會。創設科學的社團、研討會、科學 營等，以促進探究的風氣。
(
二)
教學方法方面教學應以學生活動為主體，引導學生做科學探究，並依解決問題流程 進行設計與製作專題。
教學應以能培養探究能力、能進行分工合作的學習、能獲得科學智 能、習得各種操作技能、達成課程目標為原則。因此，教學形式應不拘於 一，視教學目標及實際情況而定，可採取講述方式、或小組實驗實作方 式、或個別專題探究方式、或戶外的參觀、或植栽及飼養的長期實驗，唯 不宜長期固定於某一形式。
教師帶領學生從事探究的活動時，應注重科學態度的培養，使學生能 獲得發現的樂趣及養成求真求實的工作精神。
二、探究教學的設計與實施
教師實施探究教學，在選用教材方面，除了直接以探究為基礎所發展的課程，例 如：SAPA、ESS、SCIS等之外，可以選擇將課程部分改革成融入科學探究的課程內容
（ 例 如 ：Penuel & Means, 2004 ； Gibson & Chase, 2002 ； Trumbull, Bonney &
Grudens-Schuck, 2005；謝甫佩與洪振方，2004），或選擇在課本教學內容中加入設計的 探究活動（例如：陳均伊與張惠博，2007；陳均伊、伍瀀肇、林淑靜、陳義忠、張溫瑜 與張惠博，2007；潘淑琦，2006；洪文東，2007；楊秀停與王國華，2007）或探究實驗 活動（例如：Krystyniak & Heikkinen, 2007；Hofstein, Navon, Kipnis & Mamlok-Naaman, 2005）及專題研究活動（例如：Barak & Dori, 2005；Tal, Krajcik & Blumenfeld, 2006；
賴慶三，2002；張政義與熊召弟，2003；樊琳與李賢哲，2002；曾政清，1999），也有 獨立於課本內容外，結合環境或生態園所設計的探究活動（例如：蘇明俊與江新合，
2002；丁鸝瑩，2003；潘淑琦，2006；陳金珠，2007；蘇明俊與羅豪章，2007）和長期 一直推行的科學展覽專題活動（例如：鍾志輝，2002；傅鼎端，2006；卓月香，2008；
陳建良，2007；賴慶三、高汶旭，2004；高汶旭，2003；曾政清，1999）。
教法有許多方式，巧妙各有不同，Anderson（2002）認為在NSES內，「探究教學」
是以各種方式來實施，它被期望於在科學教學方面顯著於其他教學方式，而它的重要
性不意味著全部教師應該追隨一種單一的教學科學的取向。許多科學教育者也針對「探 究教學」來進行科學的實務教學及研究（例如：陳毓凱、洪振方，2007；陳均伊、伍瀀 肇、林淑靜、陳義忠、張溫瑜、張惠博，2007；楊秀停、王國華，2007）等，足以顯見 探究教學的多樣性及在科學教育的重要。
實施探究式教學時，教師常常會依教學內容和研究目的，分為讓學生個人完成探究 學習，或採小組合作方式。就有研究者選擇實施探究教學研究對個別學生的影響：以 針對學生背景的研究，有 Lee、Buxton、Lewis 與 LeRoy（2006）研究六個國小中三到 四年級共25位學生，各代表不同的語言與文化來研究，看科學探究的教學介入對哪種 語言與文化的學生能增強能力，還有研究繼續探究教學的困難。溫存儒與段曉林
（2006）研究參與科學探究活動之國中一年級4位學生，在科學探究過程中的參與內 涵，與學習動機的變化歷程，並探討影響個案學生參與科學探究過程學習動機變化之 因素。以多樣的探究式教學來研究，有Hakkarainen（2003）研究以電腦支持的生物課環 境中，28位五到六年級學生在探究中是否會產生有意義直覺的解釋和科學訊息，及教 師的引導是否會影響學生的表現。楊秀停與王國華（2007）探討實施引導式探究教學，
對於國小學童在認知、能力及態度三方面的學習成效之影響，以及為評量學生探究能 力。張淑涵（2008）是探討對國一學生34位學生實施融入對談的探究教學，看其學習動 機和學習成就的影響。
也有研究者採小組合作學習，合作學習有其優點，是學生自己個別學習無法習得，
皮亞傑（Pigart）認為學習是個人不斷同化和調適的結果，也就是新知與自己本身的認 知基模（Schma） 有所不同時，我們會試著將新知納入自己的認知理解中，認知學習也 就不斷的建構下去。Vygotsky（1978） 認為知識是個人與別人互動與磋商而形成共識，
表示了學習是個體與外界不斷互動而同化與調適的動態歷程，最後達成平衡。學習是 一種社會活動「相互挑戰想法和重組想法」（Bransford, Brown & Cocking, 2000）。NSES
稱學生的理解是透過個人和社會化的過程而主動建構的，如同當科學家們尋找自然世 界問題的解答的同時，科學家發展他們的知識和理解，相同的，當學生單獨或合作主 動的從事科學的探究，也同時發展了他們對自然世界的理解(NRC, 1996, p.29)。就如同 建構主義倡知識是人主動建構的，知識是個人與周遭環境互動所產生，所以在探究學 習的活動中要讓學生學習，必須要讓他個體與外界不斷互動。Pilkington 與 Walker
（2003）認為以小組合作學習，讓學生有機會關鍵討論，這是有效的教學和學習的一個 關鍵因素。而合作學習能提供學生更多與他人互動的機會，不只是和老師互動，還包 括一起學習的同儕，以及在學習過程中會遇到的其他教師、資源提供者等（岳修平、鐘 婉莉，2005）。Reiff、Harwood與Phillipson（2002）列出科學家在所有科學過程中經常 需要的活動當中，提出科學家並非單獨進行研究，他會和同事交換想法，並討論正在 進行的研究，提出活動中也要加入與人溝通。NSES也指出與人溝通在探究的活動中能 增進思考，合作不僅提升對科學的理解，它也培養訓練許多技能、態度和描述科學的 價值，在成功的科學教室不可或缺（NRC, 1996）。
由以上等研究者的研究，探究教學的設計可以依照教學目的、教學內容和學習者、
教學情境等考量，運用適當的教學方法和策略來實施。
貳、學科教學知識（pedagogical content knowledge, PCK）
Shulman是第一個提出「學科教學知識」（pedagogical content knowledge, PCK）的 人，Shulman（1986）認為「PCK」是教師知識的一種特殊的形式。饒見維（2003）認 為「PCK」乃是教師對有關「教什麼」和「如何教」的各種知識 。根據Shulman（1987）
的分析，教師在教學的專業知識，包括內容知識（content knowledge）、一般教學知識
（general pedagogical knowledge）、課程知識（curriculum knowledge）、學科教學知識
（pedagogical content knowledge, PCK）、對學生及其特質的瞭解知識、對教育環境脈絡 的瞭解知識、對教育結果、目的、價值及對歷史哲學基礎的瞭解知識，其中「學科教學
知識」（PCK）最具教師個人專業知識的行動實踐特質，必須於實際教學脈絡中運用知 能和經驗，並考慮所有可能影響因素。「PCK」最重要的特性是，它不是「一般教學與 課程知識」，也不是「內容知識」，它是介於兩者間的知識，有賴教師將這些知識轉化 成學生可以理解的形式（饒見維，2003）。在科學師資培育與教師專業知能發展上，教 師的「PCK」扮演重要的角色（NSTA, 2003），也是近年來開始受到重視的教師專業內 涵（饒見維，2003）。Park 和 Oliver（2008）研究教師的「PCK」，提出教學顯現出
「PCK」的重要性有：教師在處理題材的計畫和行動、教師學習新的教學策略和學生學
「PCK」的重要性有：教師在處理題材的計畫和行動、教師學習新的教學策略和學生學