第一章 緒論
本研究旨在探討 POE -Inquiry 教學策略對國中八年級學生科學探究能力的影響。
本章分別以研究動機、研究目的與待答問題、名詞解釋和研究範圍與限制，共四節加以 說明。
第一節 研究動機
看到一顆成熟的蘋果從樹上掉下來時，有多少人會好奇蘋果為什麼會落到地面上？
牛頓就會。他從這樣一個簡單的現象出發，經過一連串探索與思考，發展了一套新計量 方法-微積分，用實驗數據證明：確實所有自由落體都受一種「常數」力量控制，此即 重力。當然，他更進一步將重力的概念一般化，終於發展成為科學界重要的萬有引力理 論(吳統雄, 2014)，這也就是科學探究精神最偉大的發揮。探究(inquiry)，字義上為 探索追究，即是尋找問題和解決問題的過程(教育部, 2014)。而科學探究，便是對自然 現象或問題進行有系統的研究或驗證活動(Crossland,1998；Goldsworthy & Feasey, 1997)：透過觀察生活現象，提出問題，規劃實驗，選擇適當工具，並操作實驗以驗證 假設，對實驗結果提出解釋等過程，利用這樣探究的技巧來建構新的知識。學習者在各 個領域中皆可發揮探究的方法和精神，透過分享、溝通及表達對知識的理解，追求事實 與真理，並且培養實事求是的科學態度(Bybee, 2000； NRC, 1996； Alexopoulou &
Driver, 1996)。
教育部所提出之十二年國民基本教育課程以「成就每一個孩子—適性揚才、終身學 習」為願景，期望透過教育啟迪學生學習的動機，培養好奇心、探索力、思考力、判斷 力與行動力。讓學生願意以積極的態度、持續的動力進行探索與學習(教育部, 2014)。
教育部與國家科學委員會 2002 年所編定的科學教育白皮書中指出：中、小學科學教育 的重要目標之一是「培養學生的探究能力」，期望能夠應用科學方法與科學知識解決日 常生活問題(教育部與國科會, 2002)。美國國家科學研究委員會(National Research Council，簡稱 NRC)所提出的《探究與國家科學教育標準》(NRC, 2000)，以及美國科學 促進協會(American Association for the Advancement of Science，簡稱 AAAS)提出 的 Project2061(AAAS, 1989)，均強調科學本質與科學探究能力培養的重要性。經濟合
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作暨發展組織(Organisation for Economic Co-operation and Development，簡稱 OECD) 自 1997 年起籌劃的「國際學生能力評量計劃」(the Programme for International Student Assessment，簡稱 PISA)國際評量，在科學素養評量方面包含「形成科學性議 題(Identifying scientific issues) 」、「解釋科學現象(Explaining phenomena scientifically)」、「科學舉證(Using scientific evidence)」三項科學素養能力(OECD, 2006)。由此顯示在國內、外的科學教育變革中，皆越來越強調科學探究的重要性。
關於科學探究的教學，Stear、Goodrum 與 Hacking (1998)將探究活動的進行，以 教師給予引導的程度分為確認層次、引導性探究層次、開放引導性探究層次及開放性探 究層次。Furtak (2006)指出教室中的教學形式就像是一個連續的光譜；光譜的一端為 傳統教導式教學，另一端為開放式探究教學，在兩端之間則為不同開放層次的引導性探 究。因此要讓學生能從確認層次，提升到開放性探究層次，這中間過程需要教師給予不 同程度的引導始能完成。POE 教學是 White 與 Gunstone (1992)所發展的，透過預測-觀察-解釋(Predict-Observe-Explain)三步驟而進行的教學模式，用以診斷學生的先前 概念或是迷思概念，也可藉由教師的教學設計製造學生的概念衝突，而達到概念改變的 目的(李燕文, 2011；尤建捷, 2008)。許良榮(2005)指出雖然 POE 的原始目標不在於教 導學生學習預測、觀察與解釋等能力，但是只要經過妥當的教學設計，利用 POE 具備的 預測-觀察-解釋之特徵，也能夠提升學生在科學過程技能之學習，期待能進而提升學生 的科學探究能力；透過 POE 教學也確實可提升學生的學習動機(謝佳穎,2011)，是故 POE 教學是一種引導學生進行科學探究入門的好方法。
基於上述理由，本研究嘗試將 POE 教學與科學探究(Inquiry)教學活動結合，形成 POE-Inquiry 教學策略，藉由前置 POE 教學活動讓學生踏入科學探究大門，同時提升學 生對科學學習的動機，再讓學生從事開放性的 POEI 實驗設計活動：由學生自行提出問 題、設計實驗、解釋結果等過程，培養學生的科學探究能力，更期待能進一步應用於解 決生活上所遇見的問題。
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第二節 研究目的與待答問題
本研究將 POE 教學與科學探究(Inquiry)教學活動結合，形成 POE-Inquiry 教學策 略。以國中八年級學生所學的理化課程內容為主題，讓學生透過自行提出問題、設計實 驗，在操作實驗前先行預測結果，接著再實際操作，觀察並紀錄實驗，最後對實驗的結 果進行科學解釋。結合現階段的理化課程內容之 POE 教學，再透過 POEI 實驗設計的過 程來訓練學生的科學探究能力，並且於教學活動結束後，給予學生 POE-Inquiry 學習感 受問卷填寫，藉此了解學生對 POE-Inquiry 教學策略的學習感受。
本研究之研究目的如下：
一、探討 POE-Inquiry 教學策略對國中八年級學生科學探究能力的影響。
二、分析實驗組學生對 POE-Inquiry 教學策略之學習感受。
根據研究目的所延伸之研究問題如下：
1. 比較實驗組與控制組學生，在「科學探究能力數位評量」整體表現差異為何？
2. 比較實驗組與控制組學生，在「科學探究能力數位評量」各能力向度上的表現 差異為何？
3. 探討實驗組學生在 POEI 實驗設計活動學習單上，所呈現之科學探究能力的改 變情形為何？
4. 探討實驗組學生，在實施 POE-Inquiry 教學策略後的學習感受為何？
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第三節 名詞釋義
1. POE-Inquiry 教學策略
本研究所設計之 POE-Inquiry 教學策略，以國中八年級理化課程教學內容 為主題，分為(1)以教師為主體之 POE 教學活動：透過預測-觀察-解釋等步驟進 行概念教學。(2)以學生為主體之 POEI 實驗設計活動：由學生自行提出問題、
選擇變因、規劃實驗流程、預測結果並提出預測理由、親自操作並觀察與紀錄 實驗，再對實驗結果提出科學解釋。透過教學活動，讓學生親身經歷探究科學 知識的過程，培養學生的科學探究能力。
2. 科學探究能力
本研究之科學探究能力定義，乃使用科技導入科學學習環境 TILE 研究團隊
（2011）所提出之科學探究能力定義，茲分為：(1)提問能力(提出問題、辨識 問題、提出預測)，(2)實驗設計能力(選擇變因、流程規劃、誤差控制)，(3)分 析能力(組織資料、資料轉化)，(4)解釋能力(提出主張、運用證據及產生推理) 等四大面向，共 11 項子能力。TILE 團隊之科學探究能力定義，詳見附錄一。
3. 科學探究能力數位評量
本研究採用科技導入科學學習環境 TILE 研究團隊所研發之「科學探究能力 數位評量」作為研究工具，檢測學生的提問能力、實驗設計能力、分析能力及 解釋能力等四大面向之科學探究能力。
4. 講述式教學
本研究之控制組的教學模式是採用講述式教學，以教師為主體，利用板書 方式進行教材內容講解；多為教師講述，學生聆聽的模式，課程進行中較少有 學生操作、主動探究思考之活動，如有學生提出問題，便由教師給予解答。
5. 學習感受問卷
本研究之學習感受問卷，改編陳英佳(2011)及李宛修(2010)的學習感受問 卷。問卷分為第一部分：Likert 五點量表，及第二部分：開放式問答，藉以瞭 解實驗組學生對 POE-Inquiry 教學策略的學習感受。
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第四節 研究範圍與限制
一、本研究對象為新北市某國中之八年級學生，故研究結果所能推論之範圍僅適用於有 相似社經背景的學生為原則。
二、本研究係以 POE-Inquiry 教學策略為教學模式進行，藉以了解此教學策略對國中八 年級學生之科學探究能力的影響，研究結果僅適用於類似的學生及教學方法，不適 合過度推論至其他的教學模式。
三、本研究之 POE-Inquiry 教學策略，僅以國中八年級上學期理化課程之第三章波動與 聲音、第四章光及第五章熱等三個單元為教學主題設計，不宜過度推論至其他單元 的學習。
四、本研究之科學探究能力定義，乃根據科技導入科學學習環境 TILE 研究團隊所定義 之科學探究能力，分為(1)提問能力(提出問題、辨識問題、提出預測)；(2)實驗設 計能力(選擇變因、流程規劃、誤差控制)；(3)分析能力(組織資料、資料轉化)；
(4)解釋能力(提出主張、運用證據、產生推理)，研究結果僅適合類似的探究能力 定義，不宜推論至其他的探究能力。
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