第二章 文獻探討
第一節 POE 理論與相關研究
第二章 文獻探討
本章共分為三節，第一節探討 POE 理論與相關研究；第二節探討科學玩具在學習上 的重要性；最後在第三節回顧探究的相關理論、教學模式與研究。
第一節 POE 理論與相關研究
一、 POE 策略的源起
POE是Prediction-Observation-Explanation的簡稱，是由教學者設計讓學生藉由預測-觀 察-解釋三項步驟，用以探測學生概念認知情形的一種教學策略。其源自於Pittsburgh大 學，由Champagne、Klopfer及Anderson所發展出來，目的用來探討大一新生學習古典力學 時，其有別於正統牛頓力學的想法，當初所設計的工具名為DOE（Demonstration, Observation, and Explanation）晤談策略，其過程是先對學生進行紙筆測驗，接著教師示範 實驗讓學生觀察，觀察後學生回答測驗裡的問題並針對回答提出說明(Champagne, Klofer
& Anderson, 1980)。而後White與Gunstone(1981)認為學生在晤談過程中，預測的部分才是 老師應專注的重點，對於學生來說，預測比起老師直接講述更能引起學習興趣，所以重 新設計並改良DOE晤談策略，將其應用為改進教學的方法，設計成POE教學策略。這個 活動主要激發受試者面對個人舊知識架構與科學活動結果不一致時，重新調適與組織，
以形成新的知識體系達到概念改變，這就是最早POE教學活動的實施方式。研究發現，
POE是探測學生概念的良好工具(White & Gunstone, 1992)，特別是在物理單元，POE是一 種有效的教學策略，它讓學生有更多空間去建構自己的想法與理解，並可促進師生的對 談，增進學生對概念的理解。
DOE與POE有以下幾點的差異：
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（一）DOE主要著重在教師示範與學生解釋上，而POE強調學生預測的部分；
（二）DOE是一種晤談方法，而POE是一種教學策略；
（三）DOE適用於探究學生的另有概念，POE可找出學生的另有概念並檢視學生概 念改變的歷程（王淑琴，1993；陳沛瑩，2004；White & Gunstone, 1981）。
二、 POE 策略的理論基礎
王美芬、熊召弟（1995）指出，建構主義之教學理念能充分的提供概念衝突的情境，
以促使學生進行概念的澄清與重組。建構主義包含許多教學的策略，如問題解決教學、
POE教學策略；依據建構論的觀點，學習是一種概念改變，其目的是將學生錯誤的先備 知識，改變成正確的科學家概念。
建構主義認為，學生是心智活動的主宰，其可依據自己的經驗與想法，展開對事物 的探索與學習，學習者並主動的去擷取知識，形成自己內在的心智架構，知識與內容也 都經由自身的詮釋而達到理解。建構主義者強調知識是由學習者所建構而來，而教師則 可利用發問技巧去引導學生發言，並進行知識的建構與形成。在POE教學過程中，學生 經由自我的解釋、自我的操弄、自身與經驗的聯結而作出科學的評價，以形成知識的架 構。
建構主義強調以學生為主的學習方式，而教師則是在旁的輔助者支援者，幫忙學生 搭建鷹架，有別於過往教師直接「灌輸」知識於學生的教師角色。耿筱曾（2000）提出 建構主義的學習是尊重學生的舊有經驗，因為每一個人的「先期概念」、「先備經驗」
各有不同；而知識的概念是學習者自行建構出來的，不是被告知的，此時教師如何協助 學習者將外界資訊同化或調適至自己的知識架構中，而非機械式的記憶、背誦。因此，
建構主義的教學強調讓學生明瞭「如何去學」(how to learn)， 也就是「學習的方法」，
使學習者成為知識概念的擁有者；所以教導學生適當的學習策略，並重視學習的過程，
就顯得格外重要。在建構主義為基礎的教學策略中，POE為被設計用來當作幫助學生建 構科學知識與理解的一種教學工具(Clayton, 1993；Searle & Gunstone, 1990)。POE除了可
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引發學生興趣，也考量學習者的既有概念去安排適切的教學活動，甚至製造他們的概念 衝突以開啟概念改變的契機(Bullock, 1999；Liew & Treagust, 1998)。
根據Saunders（1992；引自張美玉，1998）的建議，一個有效的建構取向策略應注意 下列幾點：
（一）動手操作的實驗活動：第一手直接的感官經驗提供學生直接驗證的機會，以便能 修改學生可能的認知衝突。在一個探究的實驗活動中，學生必須利用自己的認知 架構去期望可能被觀察或驗證的會是什麼?如本研究中著重學生操作性的活動，
讓學生親自動手去執行以驗證其所思考。
（二）主動的認知參與：主動的認知參與，如放聲思考、詮釋資料、發展另外的假設、
設計更進一步的實驗活動去驗證另外的假設、以及合理假設的選擇等。
（三）小組活動：探究活動的進行，以及探究活動中關於某些現象的解釋、詮釋和做結 論等。小組活動比大班講述式教學提供更多讓學生認知重建的機會，班級內每位 學生所得的學習機會、時間也會比大班教學多。
Bruce(2000)認為，如果讓學生預測他們不常經驗的主題時，他們很可能會亂猜，因 此，POE在設計實驗之初，必須考量學生的先備知識，使學生有足夠的理論基礎可以加 以運用並有能力可以預測出正確的實驗結果，而當學生所預測出的結果與觀察到的現象 不符合時，學生也可以有足夠的理解及思考能力去調和所有預測與觀察之間的衝突與不 協調。
綜上所述，可知研究者在設計POE教學策略時，應考慮到瞭解學生先備知識及主動 參與的重要性，就如同White & Gunstone(1992)所推廣的POE教學策略，以學生的觀點出 發設計課程，讓學生的預測是有先備知識為基礎，而不是胡亂的猜測，因此在猜測之後，
要求學生說出支持其預測答案的理由就顯得相當的重要；而在觀察之後，針對預測與觀 察之間的矛盾做調適時，也是需要鼓勵學生以知識為基礎來進行，而不是表面合理化的 做調適。
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三、 POE 策略的實施與原則
POE教學策略是指學生先預測、再觀察，而後解釋的過程。科學教育的目的主要是 讓學生運用學來的知識，去解釋某事件與解釋發生過的經驗。有時候我們在提問的時 候，在問題之中就有答案的暗示，這時候學生只要重複解釋現象就可以了，這種情境幾 乎沒有應用到思考（邱彥文，2001），讓學生應用知識去推理出一個解釋，也更能夠評 估所學知識在真實情境的應用情形；學生在沒有正確答案與評分的壓力下作預測，以既 有的先備知識作支持去解釋他們的預測，較能探究出學生認知結構的情形。在POE過程 中，學生也較有可能以實際觀察到的現象，去評估所學的知識如何反映到真實的情境中 (White & Gunstone, 1992)。
POE 策略要求學童根據自己原有的科學知識對一個科學現象進行預測，然後觀察實 驗之進行，再對所觀察到的結果提出適當的解釋，過程中激發學童面對個人既有知識架 構與科學現象不一致時，必須重新調適與組織，以形成新的知識體系，達到概念改變，
因此，POE 策略具有下列優點(White & Gunstone, 1992)：
（一）聚焦於特定的概念，可用來探究單一知識的本質。
（二）適合用來進行診斷性評量與形成性評量。
（三）可以察覺學童本身既有的概念或信念。
（四）可以瞭解學童對於現象與概念之間關係的認知。
（五）可以顯現學童面對認知衝突時，如何調適。
POE 教學策略設計的理念是以傳統實驗教學為基礎，更進一步的去導引出學生既有 的概念，製造認知衝突的情境，達到概念改變的目的（陳沛瑩，2004）。Bruce(2000)認 為，從幼稚園到大學畢業生，POE 都可以很成功的進行，他幫助我們思考幾個方向：
（一）因為寫字、討論都需要時間，所以它促使學生慢下腳步去反省他們正在做什麼？
想什麼？
（二）寫下預測這個動作增加了參與的感受，這讓大部分的人對真實事件更有興趣，特
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別是自己的預測與多數人不一致時。
（三）POE提供課堂一個很好的開場白，為將來的互動開啟對話之門。
（四）相關活動提供學生進一步探索的基礎。
（五）可以呈現學生活動的歷程紀錄，做進一步研究、改進寫作能力或作為評量的基礎。
在 POE 中，學習者必須決定他在預測及解釋活動所抱持的理由，這是 POE 教學策 略的重要關鍵，學生經常基於日常生活經驗與信念來做預測，而這些零星、片斷、不完 全，甚至相互矛盾的知識經由 POE 教學策略而真實的呈現出來，其有助於教學者了解學 習者如何利用這些信念來解釋他們所處世界中的真實事件（葉辰楨，2000）。
POE的實施過程包含以下三步驟(White & Gunstone, 1992)：
（一）預測（Prediction）：POE教學策略要開始進行之前，要讓學生了解他們接下來要 作預測，允許詢問相關的問題，要讓他們在預測活動之前了解狀況，活動開始後，
呈現實際的問題情境，請學生提出他們的預測及所持的理由，預測的過程可採取 一組選項或開放式的口語回答方式。進行預測有兩個目的：
1.每個學習者需決定他們運用何種知識來回答這個問題；
2.由於讓學習者處於持續的思考與書寫狀態，可使他們不至於在之後的觀察活動 錯失對事件的觀察。
要求學習者預測並說明理由是POE實施的關鍵，如此才能了解學習者既有的概念。
（二）觀察（Observation）：活動進行之後，請學生紀錄或描述個人所觀察到的現象，
根據經驗顯示，就算是同一活動，不同學生看見的現象也會有所差異，所以為了 防止因聽取他人的說法而改變自己看到的現象，應要求學生立即記錄所觀察到的 現象。
（三）解釋（Explanation）：當學生預測與觀察到的現象不一致時，此步驟就是需要他 們協調這之間的差異，對於學生而言這是相當困難，具有挑戰性的，此時教師應
（三）解釋（Explanation）：當學生預測與觀察到的現象不一致時，此步驟就是需要他 們協調這之間的差異，對於學生而言這是相當困難，具有挑戰性的，此時教師應