背景與動機

第一節 背景與動機

要探討影響學生探究能力表現的因素，首先可以從學生學習情境中的實驗經 驗著手。雖然，實驗室的工作或任務表面上看起來僅在訓練學生完成實驗的技能，

而這些實驗室的技能也不能全然的等同於探究能力，因為探究能力不僅僅是完成 實驗的過程技能，其中亦包含建構科學知識的認知歷程 (NRC, 2000)。但在尚未 真正推動探究與實作課程之前，實驗課程是國內現行的科學課程相對較為接近科 學探究課程。因此本論文首先從學習情境中的實驗課程著手，作為探討影響學生 探究能力表現的因素之一。然而，對於科學實驗的角色在中學科學教育場域中長 期被低估的狀態，Freedman (1997)針對九年級學生的物理實驗課程進行前後測比 較之準實驗研究設計，其研究發現接受實驗教學的學生不僅其物理成績顯著高於 沒有接受實驗的控制組 (p < .01)，並且具有較高的正向對科學的態度 (r(^有實驗組)

= .14 > r(^無實驗組) = .25)。由此可知，實驗教學所訓練的實驗操作技能並非獨立於科 學知識之外，還具有促進學生內在情意面的動機或好奇心 (Hofstein & Lunetta, 1982)。

為了探討更多學習情境上可能影響學生的探究能力表現之因素，本論文也將 探討是否正式與非正式兩種不同形式的科學學習經驗藉由探究相關的好奇心來 影響學生在學校課室的實驗室投入。雖然過去研究中的定義與分野對於正式與非 正 式 科 學 學 習 從 場 域 、 嚴 謹 度 與 學 習 主 體 的 區 分 有 著 十 分 明 確 地 規 範 (Wellington, 1990)。近年來的相關研究則強調應該將這兩種的不同形式的科學學 習視為整體，並以此種綜合的學習觀認為此二者對學生的科學學習的影響同等重 要或具互補之效，例如：正式學習經驗之學校實驗課程雖然僅為驗證理論概念，

但可以有組織地呈現學科單元的科學知識，反之科博館的實驗較缺乏組織但較符 合真實的生活情境 (Falk et al., 2015)。由此是故，本論文將同時針對此兩種不同 形式的學習經驗與學生在學校課室的實驗室投入有所關聯，且這個關聯是否會受 學生的對科學活動的好奇心所中介。

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教育心理領域亦提出許多研究嘗試透過心理計量的技術來探討各種學生內在 特質如何影響其外在學習成效，例如好奇心 (Tamir, 1978)、動機 (Skinner &

Belmont, 1993)。其中，當學生對其外在事物現象產生好奇時，會激發想要了解現 象背後原由的意願，並以此好奇心作為驅動其進行探索的動力，影響其外在主動 的投入於課程參與的行為表現中，進而可能促進學生在學習成效上的表現 (Hidi

& Renninger, 2006; Krapp, 2002)。雖然過去針科學的好奇心在科學學習的相關研 究中均指出，學生在好奇心之驅使下，提升了對相關科學知識的興趣並引發其投 入從事相關探討行為以從中習得知識，但這些研究並未提供足夠的證據去支持好 奇心與投入對學生在探究能力表現上的重要性 (Gauld & Hukins, 1980; Jirout &

Klahr, 2012)。因此，本論文特別將探究相關的特定領域的好奇心視為影響學生探 究能力表現的因素之一，並探討透過該好奇心的驅動下，如何影響他們在實驗室 活動的投入，並對探究能力的影響情形。

其次，學生的學習投入也是教育研究者所關注的重要議題，許多研究均發現 學生對學習的投入狀況，對於他們學習成果的表現 (Shernoff et al., 2016)與職業 志向的選擇具有顯著的影響 (Eccles & Wang, 2012)。故而，為了提升學生的學習 成效，過去許多研究均投注關心於探討影響學習投入的成因，以及學生的投入對 學習結果所產生的影響。其中，Fredricks 與她的同僚 (2004) 針對學習投入進行 相關研究之文獻回顧，即整理了學校層級、教室情境以及個體需求等三個面向的 因素之影響學習投入的成因，其中包含有：學校教學理念與目標設定、教師與同 儕的支持、教室結構與學習任務的特徵以及學生求知與自主學習的需求；同時 Fredricks 等人並指出投入對學習結果所產生的影響包含有：學習成就以及輟學率。

雖然，相關研究均已證實投入對學生學習扮演著重要的中介角色。然而，卻鮮少 研究針對學習經驗、學生的好奇心以及學習投入之間的影響關係進行探討，例如：

學生的科學學習經驗是否會透過探究相關的好奇心對其學習投入產生影響，更遑 論是針對學生在科學學習歷程中對其探究能力表現的影響關係。因此，為了探討 學生探究能力的表現之影響模式，本論文除了將探究相關的好奇心視為影響學生

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探究能力表現的因素之一，同時亦將學生在實驗活動中的投入視為另一個重要的 因素，並探討透過該好奇心的驅動下，學生在實驗活動中的行為上、認知上、情 意上以及社會互動上不同種類之投入對他們探究能力的影響情形。

綜上所述，本論文的目的有二：首先，探討學生的科學學習經驗，透過探究 相關好奇心的驅動下對高中學生實驗室投入的影響關係，並藉此了解這些影響因 素對學生探究能力表現的影響情形。透過探究能力影響模式的建立，來釐清在探 究學習的特定範疇下，學習經驗如何透過刺激學生個體的好奇心或對科學相關事 物現象產生求知的慾望，並且探討學生在實驗室投入的行為如何藉由其自身好奇 心趨動下去促進對探究能力的表現產生影響。其次，探討學生的行為投入、認知 投入、情意投入以及社會互動投入在好奇心驅動之探究能力影響模式中，相互影 響的關係為何，並藉此提出第二個影響模式來釐清這些相互關係如何引發學生探 究能力的表現。希冀透過這些探究能力的影響模式能夠為教育現場的科學教師們 提供一個啟迪，透過本論文所揭露的影響因素及其關係後，日後探究能力的教學 上能更有效提升學生的探究能力。

第二節 論文的研究重要性

本論文的研究重要性可從三個方面進行討論，在實驗教學方面，可以協助高 中的科學教師重新了解實驗相關的科學學習經驗對學生科學探究能力的影響；在 學生情意面的好奇心方面，可以透教學情境的促發學生內在趨力之提升，進而提 升探究能力的表現；在探究能力方面，可以透過結構模式的建立來探討影響高中 學生探究能力表現的因素及其之間的關係。

首先，針對實驗教學對學生科學學習的相關研究已然證實實驗教學可以輔助 學生建構科學知識 (Freedman, 1997)、提高對科學的態度(Fraser & McRobbie, 1995)以及增進同儕互動 (Hofstein & Lunetta, 1982)。然而，亦有不少研究指在實 驗教學在教學現場推行的困難處，例如：Walberg (1991)指出實驗教學並非高學習 效益與低經費支出的教學活動；Tobin (1986)則認為食譜式的實驗缺乏讓學生自

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己設計實驗與詮釋資料的機會，是故致使教學現場的教師們對於實驗教學並不具 太高的信心與意願去推行。因此，本論文透過從實驗相關的科學學習經驗到實驗 室投入影響探究能力模式的建立，來重新揭示實驗室教學活動在科學學習的重要 性，尤其是對高中學生的探究能力表現上。

其次，在科學相關的情意面表現上，多個國際評比的大型測驗結果均顯示臺 灣地區的學生即便在科學成就上有不錯的表現，但在情意面向的各項表現普遍偏 低。例如：在 TIMSS 的國際評比結果顯示國內學生具有「高成就、低自信」的 現象 (李哲迪，2009)；而 PISA 的國際評比結果亦顯示國內學生的表現出「高成 就、低興趣」的現象 (OECD, 2016)。此外，許多研究亦發現隨著年紀的增長，個 體內在對科學的喜好與興趣有隨之遞減的趨勢 (Hoffmann, 2002; Krapp, 2002)。

Yager 與 Penick (1986)就科學價值觀進行的追蹤研究，發現多數 (90%以上)的小 學生認為學習科學對其未來是有用的；而到了7 年級與 11 年級的百分比則下降 到75%以及 70%；及至長大成人之後僅只剩下 20%的受試者還抱持這樣的想法。

因此，本論文透過從實驗相關的科學學習經驗到實驗室投入影響探究能力模式的 建立，期待能夠從中提升高中學生在科學相關的情意面表現。

最後，從當代科學教育改革趨勢可以發現無論是美國的國家科學教育標準 (NRC, 2000)，還是臺灣的十二年國教課綱 (教育部，2014)均強調提升學生的探 究能力以做為科學教育改革的重點之一。此外，除了教育改革與相關政策的推動 之外，國內外也有許多的研究者著重於探究導向科學課程的開發，希冀能藉由科 學探究課程的教學，來提昇學習者的探究能力，進而希望學生能運用這些能力解 決其生活中所遭遇的問題 (Krajcik & Czerniak, 2007; Myers & Burgess, 2003; 洪 振方與陳毓凱，2011; 蔡錕承與張欣怡，2011)。然則，雖然有許多的研究與課程 活動是針對透過探究活動課程之發展來促進學生建構與理解科學知識，卻鮮少研 究針對影響探究能力的相關因素進行探討。因此，本論文透過從實驗相關的科學 學習經驗到實驗室投入影響探究能力模式的建立，來探討影響高中學生探究能力 表現的因素及其關係。

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第三節 目的與架構

從上述之背景與重要性，大致勾勒出本研究的問題與目的，在此將具體說明。

根據先前的研究所提供的理論架構，可以統整出與學生探究能力具有關關聯的因 素可能來自於教學情境的學習經驗、個體內在的驅力促發外在的相關行為。因此，

為協助學生在課室裡或是生活養成具有問題解決的能力，本論文旨在了解影響高 中學生的探究能力表現之影響因素，透過結構方程模式 (structural equation

為協助學生在課室裡或是生活養成具有問題解決的能力，本論文旨在了解影響高 中學生的探究能力表現之影響因素，透過結構方程模式 (structural equation