POE 教學

第二章 文獻探討

全章共分四節，第一節為科學探究中的相關意涵 ；第二節 POE 教學；第三節 為科學解釋；第四節科學討論態度，茲分別敘述如下。

第一節 科學探究中的相關意涵

一、探究與科學探究

探究(inquiry)就是尋找問題、解決問題的過程，因此探究學習是指學生主動參與 獲得知識的過程，而非教師把現成的答案提供給學生的一種學習模式，藉以培養研 究自然所需的探究能力，以形成認識自然科學概念的基礎，同時也培養探求未知自 然積極的態度(王美芬，2006)，從科學知識的發展來看，科學家對人類生活環境中的 種種現象感到好奇，以運用不同的方式去研究自然世界，並提出解釋，然後創造科學 知識的歷程，就是一種探究。所以探究是人類與生俱來的本能，在環境中為了求生存 尋找問題和解決問題的過程。探究學習視為一種廣泛的學習方式， 當代學者 Treadwell (2010)在論述新課程典範改革時，即具體指出為了能達到漸增式理解 (increasingly understand) 的教學目標，由知識到理解過程，必須透過探究學習和靈敏 提問，以建立理解性的概念架構，強調探究學習是課程典範的核心元素，而探究的 終極目標不僅在知識的逐步理解，重要的是能 引入想像教學或思考，將最終目標 導向創意與創新。

美國國家研究委員（National Research Council,簡稱NRC）認為認為學生探究能力 的培養，應該包括六方面：確認探究的問題及概念、設計及從事科學調查、使用技 術及數學以改善調查及溝通、形成及更新科學解釋及使用邏輯及證據的模式、確認 及分析另有解釋及預測、與他人溝通及防禦科學論證（NRC, 2000）。

一般的探究就是出自好奇、提出問題、試著自己找到答案解決問題， 而科學 探究屬於探究的一部分，是對自然現象或問題進行有系統的研究，有別於一般的基 礎探究過程，科學探究強調系統性，從問題的發現開始，到研究過程的設計、資料 收集、解釋分析以及結論的引出，皆須結構性的方法與嚴謹的求証（方郁斌，2007）。

而科學探究最主要的特質就在於論辯過程的邏輯性，以及作為證據的信度（reliability）

與效度（validity）的檢驗（劉宏文，2001）。

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美國國家科學教育學會(National science Teachers Association,簡稱 NSTA,2005)也提 出，科學探究的歷程正是科學家如何去 理解這個自然世界的運作的過程。科學探究 歷程有助於學童理解科學知識，在過程中學生必須學習如何問問題以及使用證據來解 答問題，因此科 學探究能幫助學生對科學及科學探究能力與技巧發展更深入的理解 與應用。

高慧蓮（2004）認為科學探究是科學家用來研究自然界並獲取知識的一種有 系統的方法。包括科學家如何形成科學知識的過程，科學探究過程所使用的科學 過程技能，以及人類在科學探究過程中解決問題及邏輯思考。但是科學探究的方 法並非單一的，而且沒有固定的程序和步驟。王靜如（2006）也認為，科學探究 是科學知識產生的複雜過程，包含過程技能與思考智能，可是科學探究並非如一 般教科書所呈現的「一套有系統的步驟」，教科書上所陳述的科學方法只是科學 家用來蒐集實證資料，解答科學問題的簡化過程。

洪文東（2004）則從問題解決的觀點出發，認為科學探究是從問題的發現開 始，經由探討的過程尋求問題的解決。在探討的過程中需綜合運用 科學過程技能，

科學概念知識與科學態度，以求得問題的解決。而在解決問題之後，會更進一步發 現新的問題，然後又需再次經由探究的過程尋找新的問題答案。因此科學探究是一 種從問題發現到問題解決的循環歷程。

而 Palincsar, Magnusson 和 Vincent (2002） 以科學探究的歷程來看， 認為科學探 究應該是一個不斷循環的歷程，可分為五個階段。從引起學生 興趣開始，進入預備 探究，包括解釋與設計、確定問題、方法與材料；然 後進入探究階段，探究完後學 生 在小組內討論分享、並預備報告；小組有了共識之後，再提出主張與證據，最後 向全

班進行報告，解釋與其經驗間的關係。

「國家科學教育標準」（2000）一書指出，探究式教學包含著五個共同階段：

階段一：使學生接觸問題、事件、或現象，藉機製造衝突事件。

階段二：經由形成假說與測試假說的過程，以探討所提出的解釋之合理性。

階段三：分析及詮釋實驗數據，綜合各部分的想法，建立模型。

階段四：應用所學到新的情境。

階段五：回顧與評估學到什麼及如何習得。

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黃鴻博（2000）則從我國九年一貫課程綱要自然與生活科技領域中對科學素養 的定義，看出對科學探究活動內涵的新觀點，指出科學探究並不只是單純方法、技 巧的訓練，而是培養國民科學素養，學習科學的主要途徑，它被當成一個透過探究解 決問題的歷程，包括科學知識、方法的運用、科學本質的理解與好奇、講求證據、合 理、批判與積極勇於面對困難的處事態度。

由上可知，在科學教育裡所指的科學探究，是一種問題解決的過程，指的是學 生經由如科學家進行科學研究的探究過程，在尋找問題、解決問題中，練習運用科學 的方法，如觀察、提問、測量、分析資料、提出解釋與推論等方法，以獲得相關科 學知識與技能的歷程。

二、探究的類型

有些學者會依自己的教學目標，而規劃設計許多以探究為基礎的教學模式， 其 中和學童過程技能形成較相關的探究模式如下（引自王美芬、熊召弟，1995） ：

（一）Esler & Esler 於 1989 年提出的三種探究教學法

1.發現式探究教學法（Inquiry by Discovery） ：如同學習環的探索、名詞引介、概 念應用三階段的教學。

2.理性探究式教學（Rational Inquiry） ：教師先講述、說故事、看圖片或影片，以 取 代學生的學習的第一階段(探索)，然後師生一起討論，使學生運用推理，促 進 概念發展。這種教學法的教師發問技巧很重要，宜以開放式問題誘導學生下 結 論。

3.實驗室探究教學（Inquiry by Experimentation） ：根據具體擬定的實驗計畫步驟 進 行操作，並據以發現最佳的假設，或改進既有的假設。在此過程中，學童必 須 經歷發現問題、指出變因、形成假設並根據控制變因的原則，自行設計實驗、 執 行實驗以驗證假設，猶如科學家的探討過程。因為兒童在這過程中需用到的 過 程能力較複雜，因此這種教學法適用於較高年級。

（二）主動探究教學模式（Inquiry Training Model） 由薩克曼所

提出，目的是希望協助學生認清事實，建立科學概念，由兒童主動的提出事實 真相，並解釋所見到的現象，以至於達到概念的獲得。薩克曼認為， 當一個人遇到困 惑、矛盾的情況時，就會引起他學習的動機，他便會主動的觀察、分析和這個問題有

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關的數據資料，而組織成新概念，他在討論問題時，會獲得新知識。教師在運用此 教法時，要鼓勵學生發問。

（三）過程探究模式（Process Inquiry Model）由舒華布提出，注重科學方法的教學 模式。此種教學的進行時，教師應先體認「求知能力的訓練」比「傳授知識」更為 重要，並以此為目標，擬出教學策略與步驟。教師主要任務是維持學生討論的氣氛，

必要時予以協助。所以，活動要以學生為中心，使學生在探討的過程中發現概念、

增進學習態度與技能。

上述這些教學法，大多是早期學者們對探究教學模式的分類，屬於較大範圍 內的分類。而就上述探究的分類，本研究將以 Esler & Esler 的實驗室探究教學，與 舒華布的過程探究模式為參考，來設計 POE 教學探究活動。

二 、科學探究中的教學法

Lederman（2002）指出科學探究是科學家循求問題解決之系統取向， 並分析 科學探究能力的成分包括觀察、應用時空關係、分類等十三種過程技能（引自吳玲 綺，2007）。除此之外，如前所述學者洪文東等。也是從問題解決的觀點來看科學 探究，所以「科學探究能力」通常被認為就是 「問題解決能力」 。而在科學探究中由 美國科學促進學會所研發的 SAPA 課程中的十三項「科學過程技能」裡，應用時空 關係、應用數字、傳達、 預測、推理、解釋資料等 。

在美國國家科學教育標準（NRC,1996）中建議 k-12 的學生必須具備「科學探 究的能力」和「對科學探究的了解」，針對科學探究能力的內容標準，包含 K-12 分為三個階段，其中與科學解釋有關的

內容分述如下：

1.k-4 年級：使用資料來建構一個合理的解釋；傳達調查的活動和所 提出的解釋。

2.5-8 年級：使用適當的工具和技術收集、分析以及解釋資料；使用證據 發展出 對科學的描述、解釋、預測和模型；會以批判性和邏輯性的思考來 建立所得的證 據和所提出的解釋之間的關係；會辨認和分析另類的解釋和 預測；會傳達科學的 步驟和解釋。

3.9-12 年級：會使用邏輯和證據來制定和修正科學的解釋和模型會辨認和分析另類 的解釋和模型；會傳達和答辯科學的爭辯。

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在我國九年一貫課程綱要自然與生活科技學習領域中，將科學探究過 程中的心智運 作能力簡稱為「過程技能」，並進一步將過程技能歸納為 「觀察」、「比較與分類」、

「組織與關連」、「歸納與推斷」及「傳達」五項能力（教育部，2008） 陳文典（2005）

進一步將這五項能力做了詮釋，其中 的「組織與關連」就是由資料探討因果，尋找 變因之間的關係；「研判與推斷」則需推定因果關係並解釋資料，這兩項能力都與科 學解釋有關。

而國內學者洪文東（2004）、高慧蓮（2004）在國科會研究計畫「九年一貫課 程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」中，則根據上 述 NRC 及九年

而國內學者洪文東（2004）、高慧蓮（2004）在國科會研究計畫「九年一貫課 程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」中，則根據上 述 NRC 及九年