• 沒有找到結果。

第一章 緒論

近十年「以科學探究為核心」已經成為國際科學教育的基本共識(王晶瑩,2008),

美國《國家科學教育標準》(National Science Education Standards)中即提到,發 展科學探究教學是提升民眾科學素養的最有效方法之一(NRC, 1996)。我國九年一 貫政策中強調能力本位亦即提及科學探究能力的重要性(林建志,2008),到十二年 國教強調科學探究與問題解決能力的教學(丁亞雯,2012)。基於上述國內外教育改 革的趨勢,本研究旨在設計出一套適合實際應用於在台灣國民中學教學現場的科 展培訓教學模組,並使用實作評量的方式,來探討此以科學探究教學導入科展指 導對學生科學探究能力之影響所在,以及探索接受此科展培訓教學模組的學生在 國中校內科學展覽(Science fair)活動之表現。本研究以接受研究者設計之科展培訓 教學模組之 11 名台北市某國中七年級學生為實驗組,實驗組學生於接受科展培訓 教學模組後參與校內科展競賽;另取樣 11 名未接受科展培訓教學模組但有參加校 內科展競賽之七年級學生為對照組,藉由實作評量、科展歷程記錄、長期追蹤紀 錄、晤談等方式來了解本研究所設計之科展培訓教學模組是如何提升學生探究能 力和科展表現。本章針對研究動機與背景、研究重要性、研究問題、名詞釋義等 做詳細說明。

第一節 研究動機與背景

面對我國教育政策的劇烈變動,從「九年一貫」到「十二年國教」,由科學家 的菁英式教育轉變為培養全民科學素養之取向(劉俊庚、邱美虹,2012),可知現代 的科學教育已從傳統的強調精熟學習,朝向偏重培養科學素養、科學興趣以及科 學探究能力等多元面向的學習。在教育部公布的國民中小學九年一貫課程綱要「自 然與生活科技領域」中,即提到教學應以學生活動為主體,引導學生進行科學探 究,並依照解決問題(problem-solving)流程進行設計與完成專題(教育部, 2003)。而 在美國,不論是美國科學促進協會(American Association for the Advancement of Science,簡稱AAAS)提出的 Project 2016 或是美國國家科學研究委員會(National Research Council,簡稱 NRC)提出的《國家科學教育標準》均強調科學本質與科

2

學探究能力培養的重要性(Gess-Newsome, 2002)。在國內外的教育變革中,皆越來 越強調科學探究的重要性。

我國國立臺灣科學教育館自民國 49 年起承辦全國中小學科學展覽會(簡稱全 國科展),至今已施行五十餘年,提供教師與學生一個能進行科學探究的機會與環 境,學生能由實際學習與生活過程中發現問題,並透過實驗設計、操作實驗、分 析數據、獲得推論等一系列的科學探究活動,與現今課程的實驗活動有極大的不 同。旨在激發學生對科學研習之興趣與獨立研究之潛能、提高學生對科學之思考 力與創造力、改進中小學科學教學方法及增進教學效果(徐國士,2001),國立臺灣 科學教育館也自民國 71 年起從全國科展中遴選學生代表參加美國國際科技展覽 會(International Science and Engineering Fair, 簡稱 ISEF),於民國 80 年開始科教 館單獨辦理「參加國際科學展覽活動」國內選拔賽。

Rillero (2011)指出科學展覽可以讓學生有興趣的題目著手研究,他們可以更深 入的了解科學研究是如何進行,並提高探究技能。科學展覽是探究學習活動中最 常見的開放式探究活動(鍾一華,2012),然而教師引導學生參與科展的實際執行面 會遭遇許多問題與困擾,例如:教師專業知能是否足夠、時間分配、學生遭遇問 題教師扮演角色等問題(徐佳璋,2007)。葉世榮與曾正宜 (2003)針對歷屆高中生 生物科科展得獎作品進行分析,發現科展作品常有動機論述不足、數據處理不當、

數據解釋與推論不分等問題,並依據作品分析結果撰寫給參與科展師生的參考手 冊。Gomez (2007)的研究則發現,在科展活動背景的教學中,教師必頇引導學生 進行科學上的討論,學生才會較容易從討論中獲得科學概念以及連續性的科學理 解。由上述學者研究可知教師適度且適時的引導在學生參與科學展覽過程是必要 的,因此研究者企圖配合目前國中僅有少數的彈性課程,詴圖設計出導入科學探 究教學於科展指導中,以及觀察學生在完成科展過程,在科學探究能力的發展情 形。

3

第二節 研究重要性

在近期國內科展相關學術研究中,多數研究聚焦於以下三方面:(一)學生科展 活動歷程分析,即針對學生在科展活動進行中問題發展(顏瓊芬、黃世傑,2003;

李明昆與洪振方,2011)、互動模式歷程(顏瓊芬、黃世傑,2003)、科學態度與技 能(嚴婉尹,2008)等不同面向的探討;(二)教師教導學生進行科展活動,此類多為 教師帶領學生進行科展的個案研究,且多針對資深或績優教師的引導方式進行探 討(鄭英耀、李育嘉與劉昆夏,2008;張可彤,2008;江良捷,2010);(三)影響學 生參加科展表現其他因素分析,除了探討學生本身能力與特質外,亦探討家長支 持度、學校設備支援、指導教師人格特質等其他因素對學生科展活動歷程的影響 (鄭英耀、王文中,2002;陳振明,2003;徐佳璋,2007)。

不少研究者指出進行科展是實施探究教學的最佳方式,國內有眾多學者進行 科學探究方面的研究,然而探討學生科學探究能力與科學展覽之間關係的研究卻 少之又少,而這些少數研究中又多只著重於學生科學探究能力對科展活動的影響,

或是科展活動的影響如何增進學生的實驗技能或探究技能,極少討論到如何透過 科學探究教學來培育學生參加科展所需的能力。然而,學生進行科學展覽活動時,

容易因為學生先備知識不足、教師介入程度以及教學時間不足等緣故,導致科展 經驗對學生而言僅增強學習動機,但對於其科學概念或實驗設計能力並無明顯的 提升(陳均伊,2010)。再者,複雜的實際實驗狀況和結果,因為誤差來源眾多或不 易控制反而為學生帶來的可能是困惑而非學習(Klahr & Nigam, 2004)。因此,本研 究冀望透過文獻評析整理出學生面對科展活動或是進行科學專題應具備的能力,

設計一套適合國內教育現況與學生的科學探究教學模組,並導入於科展培訓過程,

經由追蹤和分析過程中學生的探究能力發展情形。

4

第三節 研究問題

由於科學探究的面向頗為廣泛,本研究因受限於教學現場時間與空間的限制,

且因為預計採用實作評量的質性研究,僅選取較合適於本研究所選取研究對象的 面向進行探討和資料收集。在蒐集國內外相關文獻作為理論依據時,發現國內外 學者在探討學生在進行實驗的表現時,多是針對學生的控制變因能力。然而在科 學實驗中,如何去設計實驗並操作實驗減少實驗誤差,以及在實驗結果中對實驗 誤差的詮釋等往往是決定實驗品質的關鍵,也是科展評分的關鍵之一。在《國民 中小學九年一貫課程綱要》自然與生活科技學習領域中,科學過程技能基本能力 指標也有兩個細項涉及了實驗誤差對於科學實驗的重要性,分別為:「1-4-2-2 知 道由本量與誤差量的比較,瞭解估計的意義」以及「1-4-2-3 能在執行實驗時,操 控變因,並評估「不變量」假設成立的範圍」(教育部,2003)。而美國科學促進協 會(AAAS)於1967提出的SAPA課程中描述了對於科學過程技能的分類,課程中 提出八項基本科學過程技能:觀察、分類、測量、應用時空關係、應用數字、傳 達、推理、預測;以及五項統整過程技能:變因的控制、解釋資料、形成假設、

操作型定義、進行實驗(引自Jaw, 2006)。其中對於測量(Measuring)的敘述為:能運 用感官或基本工具來進行觀測並瞭解估計值、帄均值、誤差值的意義。也說明了 誤差的控制與詮釋在科學探究過程中的重要性,基於上述原因,本研究問題有二:

1. 觀察學生接受科展培訓教學模組前後,科學探究能力的改變及面對實驗誤差 的控制與處理方式為何?

2. 探討接受科展培訓教學模組學生與沒有接受科展培訓教學模組學生,在參與 科展活動前後科學探究能力的改變及面對實驗誤差的控制與處理方式為何?

本研究問題先進行科學探究相關文獻和國內科學展覽相關的閱讀與分析後,

據此為理論基礎來設計一套以引導國中生參與科學展覽為情境的科展培訓教學模 組,並且發展出一份科學探究能力實作評量並蒐集質性資料對學生學習成效進行 評估。於科展培訓教學模組實施前後施測,並追蹤學生後續參與科學展覽的表現。

此外,亦針對參與科展培訓與未參與科展培訓的兩組學生在科學探究能力及對於 誤差控制及認知差異進行探討。

5

第四節 名詞釋義

與本研究重要相關名詞定義,分述如下:

一、科學展覽(Science fair)

科學展覽是指透過競賽的方式,讓學生透過展示板、模型展、書面或口頭報 告展示他們的科學研究成果。目標在於激發學生對科學研習之興趣與獨立研究之 潛能提高學生對科學之思考力、創造力,與技術創新能力(教育部,2002)。我國 全國科學展覽,自民國四十九年起國由立臺灣科學教育館承辦全國中小學科學展 覽會,迄今每年參加科展的各級學校作品已超過 1 萬 5,000 餘件,經初選參加地 方展覽的作品亦超過 5500 餘件,每年投入科展研究行列之師生多達 10 餘萬人,

影響所及極為廣泛(徐國士,2001)。

二、科學探究

美國《國家科學教育標準》(National Science Education Standards)中指出,科 學探究是科學家們研究自然現象,並依據研究獲得的證據提出各種解釋的多樣性 過程。科學探究也是學生們用來發展學科知識,獲得科學概念,體悟科學家們研 究自然界的方法所經歷的歷程活動(Science, Mathematics, & Inquiry, 2000)。科學探 究活動可以包含發現問題、決定研究題目、收集資料、提出研究假設、設計實驗、

進行實驗、處理研究資料數據、解決問題與獲得結論等過程,科學展覽與科學專

進行實驗、處理研究資料數據、解決問題與獲得結論等過程,科學展覽與科學專