POE-Inquiry 教學策略對學生科學探究能力的影響

利用 POE-Inquiry 教學策略進行八年級上學期理化科三個單元教學，一共進行六次 的 POEI 實驗設計活動，取第一次及第六次的 POEI 實驗設計活動學習單進行評分與分析，

分析單元分別為：第一次：第三單元—聲音的反射；第六次：第五單元—熱的傳播方式。

評分標準依據 TILE 團隊所定義之科學探究能力標準(表 3-5-3)進行評分，評分完成之資 料輸入電腦形成 Excel 電子檔，再以 SPSS 22.0 軟體進行統計分析。

一、 POEI 實驗設計活動學習單總分分析

針對兩次學習單之評分結果分析，其描述性統計如表 4-3-1 所示。學習單評分項目 為：提出問題、選擇變因、流程規劃、產生預測、資料轉化、提出主張、運用證據及產 生推理等八項，每項目評分為高能力得 2 分，中能力得 1 分，低能力得 0 分，故總分為 16 分。由表 4-3-1 可知，實驗組學生在第一次學習單書寫的平均分數為 6.50 分，到第 六次的平均分數增為 8.41 分，顯示實驗組學生在 POEI 實驗設計活動學習單書寫之總分 得分上有所提升，亦即實驗組學生在學習單書寫之整體科學探究能力表現有所提升。

為了瞭解學生在學習單之整體科學探究能力提升是否達統計差異，再將兩次學習單 之總分作成對樣本t 檢定分析(目的是檢定學生的科學探究能力，不考慮單元內容之難 度，且各探究能力向度前後評分的定義相同，故仍以成對樣本t 檢定分析)，檢定結果 t(55)=3.461，p <.05(表 4-3-2)，達顯著水準，顯示實驗組學生在第一次與第六次學習 單之整體科學探究能力表現有顯著差異。

表 4-3-1：第一次、第六次學習單評分之描述性統計資料表

最小值 最大值 平均數M 標準偏差SD 聲音的反射 1 15 6.50 2.87 熱的傳播方式 2 14 8.41 3.65

表 4-3-2：第一次、第六次學習單總分之成對樣本t 檢定結果表

平均數M 標準偏差SD t df p 第六次總分 - 第一次總分 1.88 4.05 3.461 55 .001**

** p <.01

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將第一次、第六次 POEI 實驗設計活動學習單各項目評分分數做成對樣本t 檢定(表 4-3-3)，得出學生在兩次學習單中的提出問題、流程規劃、資料轉化及產生推理等四項 達到顯著差異，此結果和科學探究能力數位評量前、後測t 檢定結果相符，學生在提出 問題、選擇變因、流程規劃、資料轉化、產生推理等五項中達到顯著差異。顯示 POEI 實驗設計活動學習單的評量和科學探究能力數位評量的結果是相符的，且透過 POE- Inquiry 教學策略，能夠確實提升學生的科學探究能力。

探討選擇變因項目上，為何學生在數位評量前、後測檢定中有達到顯著差異，在兩 次學習單檢定上卻沒有？探究原因，可能是因為在 POEI 實驗設計活動中，是由學生自 己設計實驗，且僅讓學生練習操控一個變因(中能力)設計實驗，並非像是在評量中由學 生選填變因的方式作答(可同時選出兩個以上操縱變因，即達高能力)，故學生少有一次 操縱兩個變因(高能力)的實驗設計，因此學習單評分得分上皆未能達到高能力 2 分的層 級，僅有中能力 1 分，以及低能力 0 分的得分，以致在 POEI 學習單檢定上並未達到顯 著水準。

然而透過 POE-Inquiry 教學策略訓練後，學生的選擇變因能力是否有所提升？因在 第一次與第六次實驗設計活動學習單檢定中，未能看出有所改變，故嘗試統計學生在學 習單各項目中，達到該項能力項目之高、中、低能力的人數，期待能從統計結果中，了 解學生能力變化情形，統計結果如表 4-3-4 所示。

由表中統計人數可知，學生在第一次學習單選擇變因能力向度達到中能力人數即已 達到 35 人(62.5%)，顯示學生在前置 POE 教學活動之選擇變因訓練，即已培養選擇變因 能力，且在 POEI 實驗設計活動中，有約六成學生能夠依據所設計的實驗正確選擇變因，

以致在科學探究能力數位評量中的選擇變因能力表現上，能夠達到顯著差異，表示 POE-Inquiry 教學策略對學生選擇變因的能力提升，是有幫助的。

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*** p<.001、** p<.01、* p<.05

綜合表 4-3-3 學生第一次與第六次學習單的成對t 檢定結果表，和表 4-3-4 學生在 學習單各能力項目達到高、中、低能力人數統計，以及科學探究能力數位評量前、後測 檢定結果，進行各能力項目分析，以了解學生在各能力項目表現的改變情形；同時佐以 實驗組學生對 POEI 實驗設計活動各項步驟之困擾程度統計分析(表 4-4-8)，以及晤談紀 錄資料，分析學生在各項能力之表現與感受情形。分析結果如下：

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一、 提出問題

學生在第一次提出問題能力項目達到高能力的人數即已達到 26 人，顯示 透過前置 POE 教學的提出問題訓練，已讓約半數學生學會如何寫書科學問題的 方法，到第六次提出問題達高能力人數增為 36 人，中能力人數由 21 人降為 17 人，低能力人數則由 8 人降為 3 人，在兩次學習單t 檢定結果中顯示達到顯著 差異，且在科學探究能力數位評量前、後測t 檢定亦達顯著差異，表示 POE- Inquiry 教學策略能夠提升學生提出科學問題的能力。

二、 產生預測

學生在產生預測能力項目上，高能力人數由 23 人降至 15 人，中能力人數 由 25 人增至 31 人，低能力人數由 8 人增至 10 人，整體表現是退步的。在兩 次學習單t 檢定結果，未達到顯著差異，且在科學探究能力數位評量前、後測 t 檢定亦未達顯著差異，表示 POE-Inquiry 教學策略未能提升學生的產生預測 能力。

推測原因，學生要能正確預測實驗結果並提出合理的預測理由，是需要有 較充足的先備知識以及邏輯思考能力，否則容易出現預測結果與預測理由矛盾 的情形 (許良榮、羅佩娟, 2009)，Zuzovsky 與 Tamir（1999）亦曾指出當學 生越熟悉問題中的情境，則越能選擇適切的知識與概念來支持他們的預測。在 POE 教學活動及 POEI 實驗設計活動中的預測部分，多為請學生根據實驗步驟 進行實驗結果的預測，雖然有請學生提出理由，但未有教導學生如何利用先備 知識或是生活經驗在不同情境中進行類比思考及邏輯推理的訓練，以致在產生 預測部分，學生經常以不知道結果及不知道理由為何而進行臆測而非預測，讓 產生預測能力未能有效提升。經問卷統計(表 4-4-8)，有 50.0%學生覺得提出 預測結果是困難的，困難排序為第三；67.9%學生覺得提出預測理由是困難的，

困難排序為第二。在晤談紀錄中亦顯示產生預測是困難的：

晤談紀錄 Sa08A

T ：你覺得[提出預測理由和預測結果]最困難，為什麼呢？

Sa08A：因為如果不符合邏輯思考就會覺得很怪，反而連自己都不太確定。

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晤談紀錄 Sa02B

T ：在 POEI 實驗設計活動中感到第三困擾的部分是[寫出預測理由]，為什 麼呢？

Sa02B：因為我自己都不知道結果是怎麼樣。

T ：那就試著去猜阿 Sa02B：猜的話會猜錯。

T ：你會覺得猜錯會怎樣嗎？

Sa02B：猜錯的話後面的解釋就會很難寫。

晤談紀錄 Sa18C

T ：在 POEI 實驗設計活動中感到困擾的部分是[寫出預測理由]，為什麼 呢？

Sa18C：因為有時候真的不知道它之後會變怎樣，不知道怎麼寫理由，所以也 不知道結果會什麼。

由上述紀錄可知，不論是具有高、中或低探究能力基礎學生，皆認為提出 預測是困難的。當缺乏利用先備知識或生活經驗進行邏輯推理的能力時，就容 易變成臆測而非預測，因此在產生預測的表現，學生不論是在 POEI 實驗設計 活動學習單，或是在科學探究能力數位評量中，皆未有明顯進步。

三、 選擇變因

學生在選擇變因能力向度上，因本研究之選擇變因向度定義，高能力需能 區分一個以上操縱變因並進行控制變因的規劃，然 POEI 實驗設計活動中，為 讓學生先熟練如何正確設計實驗，故讓學生設計僅操縱一項變因的實驗即可，

但同時鼓勵學生亦可同時操縱兩個以上實驗變因。在第一次及第六次的學習單 中，並未有學生同時操縱兩個變因，因此在高能力得分的人數皆為零；而在其 他次的學習單中，曾有少數學生設計出一次操縱兩個以上變因的實驗。

在第一次與第六次的選擇變因能力向度達到中能力的學生人數為 35 人及 33 人，顯示學生在前置 POE 教學之選擇變因訓練，即已有約 60%學生能夠依據 自己所提出的研究問題正確選擇變因，具備選擇變因能力。在兩次學習單t 檢 定結果中，因為活動設計及評分定義關係而未達顯著差異，但在科學探究能力 數位評量前、後測t 檢定上，是有達到顯著差異的，同時在問卷統計結果(表

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4-4-8)顯示，僅 33.9%學生在教學後仍覺得選擇變因是困難的，表示 POE- Inquiry 教學策略能夠提升學生選擇變因能力。茲列舉晤談紀錄如下：

晤談紀錄 Sa29A

T ：你覺得在你們自己做 POEI 實驗設計活動之前，先做過 POE-預測-觀察 -解釋的學習活動，對你在設計實驗的過程中，有沒有幫助呢？

Sa29A：有，因為會更了解操縱變因和控制變因的定義是甚麼。常常練習使用，

就更容易分辨二者之間的差異！

Sa29A 表示，藉由 POE 教學活動，以序列性 POE 實驗操作，從兩個相關但 不同的實驗中，找出各項變因，能夠更了解操縱變因和控制變因的定義。當熟 悉各種變因分類的意涵後，便能應用在各種不同的實驗情境中，因此能夠提升 學生選擇變因能力。

四、 流程規劃

學生在流程規劃能力向度上，在第一次學習單流程規劃書寫時，出現較多 的問題為語意不清、流程編排錯誤、未能使用正確名詞表達等。經教學後，多 數學生有所進步，問卷統計結果(表 4-4-8)顯示，僅 26.8%學生仍覺得流程規 劃是困難的。茲列舉晤談紀錄如下：

晤談紀錄 Sa22A

T ：在 POEI 實驗設計活動中的[寫出實驗步驟]項目，會讓你覺得困擾嗎？

Sa22A：步驟只要題目出來，材料也有的話就很容易就寫出來了。

Sa22A：步驟只要題目出來，材料也有的話就很容易就寫出來了。