科學本質小活動
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(2) 科學本質小活動. 貳、科學本質小活動列舉 Lederman 與 Abd-El-Khalick（1998）提 出 數 種 培養 學 生 科 學本 質 的 教 學小 活 動 ，分 別 為 「 雪地 上 的 足 跡 、 有 洞 的資 料 夾 、 視 覺 的 錯 覺 、 黑 箱 作業 」 等 ， 每 一 個活 動 有 其 適合 培 養 的 科學 本 質，教 師可 依 學 生的 能 力、所 需的 材 料，選擇 最 適 合學 生 學 習 的活 動 ， 或 自行 設 計 類 似的 活 動 應 用於 課 程 之 中。 一 、雪 地 上 的 足跡 （ 圖 一 ）： 教 師可 在 活 動 中以 圖 片 或 投影 的 方 式 呈現 兩 隻 動 物在 雪 地 上 相遇 的 足 跡，一 大 一小，在 相 遇之 處 的 足 跡呈 現 混 亂，最 後 只 見 大的 足 跡 離 開，小 的 則 消失 不 見， 藉 此引 起 學 生 好奇 與 動 機 。此 時 向 學 生提 問 ：「 你 們觀 察 到 什麼 ？ 猜 猜 看這 兩 隻 動 物相 遇 之 後 發生 了 什 麼 事？ 為 什 麼 這兩 對 足 跡 相遇 之 後 會 亂成 一 團 ？」學 生 觀 察 後發 揮 想 像 力，大 膽 的 推理、猜 測 這兩 隻 動 物 發生 了 什 麼 事，為 什 麼 最後 只 見 大 的足 跡，小 的怎 麼 不 見 了，是 被 吃 掉還 是 飛 走 呢？ 教 師 肯 定學 生 任 何 答案，並 引 起討 論。在 一番 的 討 論 與臆 測 後，教 師 引入 科 學家 在 觀 察 未知 的 事 物 時也 會 做 推 理、 猜 測 ， 甚至 需 要 想 像力 與 創 造 力。 此 活動 所 隱 喻 的科 學 本 質 為：1. 區 辨觀 察 與 推 理。（ 觀 察 客觀 的 成 分 多，推 理 主觀 的 成 分 多 ）； 2. 科 學知 識 部 分 源於 人 類 的 想像 、 創 造 與推 測 ， 具 有主 觀 性。；3. 科 學知 識 是 必 須以 證 據 為 基礎（ 必 須 經過 實 驗 驗 證與 觀 察 ）。；4. 科 學 知 識是 會 隨 著 證據 的 獲 得 而改 變 ， 具 有暫 時 性 。. 52.
(3) 科學本質小活動. 圖 一：雪 地 上 的 足 跡（ 本 圖 修 改 自 Lederman 與 Abd-El-Khalick（ 1998）經 出 版 商 Springer 同 意 刊 出 ）. 二 、有 洞 的 資 料夾 （ 圖 二 ）： 本 活動 適 合 分 小組 進 行，每 一 小 組 發 一個 不 透 明 的資 料 夾、數 張 色 紙、頭 影 片 。讓 學 生 在 資料 夾 中 隨 機打 洞 （ 可 限制 洞 的 數 量 ）， 之 後 學生 分 組 將 色紙 剪 成 某 種圖 案 貼 在 投影 片 上，此 投 影片 裝 入打 洞 的 資 料夾，色 紙 剪成 的 圖 案 不能 公 開 給 別組 知 道。分 組交 換 資 料夾，讓 學 生從 資 料 夾 的洞 中 做 觀 察，並 試 圖 畫出 資 料 夾 裡 色 紙 的 圖 形。學 生 只 能 從 小 洞 中 觀 察、推 理、創 造，進 而 畫 出 完 整 的 圖 形 。 教 師在 活 動 後 可以 明 示 學 生科 學 家 的 工作 就 是 對 未知 的 事 物 做觀 察、蒐 集 資 料、推理。而 每一 個 洞 就 像是 一 份 證 據，尚 有 需 多證 據 未 被 發現。年 級 較低 的 學 生 最後 可 以 將 資料 夾 裡 的 投影 片 抽 出 ，比 對 答 案 。此 活 動 可 以學 習 的 科 學本 質 為 ：1. 科 學 知 識 部 分 源 於人 類 的 想 像、 創 造 與 推測 ， 具 有 主觀 性 。 ；2. 科 學 知 識 是必 須 以 證 據為 基 礎（ 必 須 經過 實 驗驗 證 與 觀 察 ）。；3. 科 學 知 識 是 會隨 著 新 證 據的 獲 得 （ 再多 打 一 些 洞） 而 改 變 ，具 有 暫 時 性。. 53.
(4) 科學本質小活動. 打洞機所打的洞. 裡面裝投影片的資料夾. 圖 二 ： 有 洞 的 資 料 夾 （ 本 圖 修 改 自 Lederman 與 Abd-El-Khalick（ 1998） 經 出 版 商 Springer同 意 刊 出 ）. 三 、視 覺 的 錯 覺： 教 師在 活 動 中 以圖 片 或 投 影的 方 式 呈 現模 稜 兩 可 的錯 覺 圖 形 （圖 三 ）， 如果 學 生看 不 出 來，可提 供 一 些暗 示，引 起學 生 的 好 奇與 動 機。引 起動 機 後 可問 學 生 「 你看 到 了 什 麼？ 」、「 還 有沒 有 人 有 不同 的 觀 點 ？ 」...等 引 起師 生 討 論。之後 教 師 明白 指 出 這 圖片 不 只 一 種看 法，是 模稜 兩 可 的，並 藉此 引 導學 生 理 解 科學 家 在 觀 察證 據、解 釋證 據 時 也 會遭 遇 到 模 凝兩 可 的 情 況，甚至 受 到先 前 經 驗 或主 觀 經 驗 的 影 響，是 很 難 完 全 客 觀 的。例 如 科 學 家 發 現 曖 昧 不 明、模 稜 兩 可 的 證 據 時 ， 往 往會 以 自 己 喜歡、自 己 認為 的 方 式 來解 釋，其 情況 就 似 視 覺錯 覺 圖 形 般，但 當 更 多的 證 據 被 發現 與 確 認 時，例 如，確 定是 兔 子 的耳 朵 不 是 鴨子 的 嘴 巴；確定 是 少 女的 項 鍊 而 不是 老 太 婆 的嘴 時，科 學家 解 釋 資 料 時 所 存 在 的 疑 慮 也 就 愈 少 了 。 所 以證 據 在 詮 釋資 料 時 扮 演重 要 的 角 色。此活 動 可 以 向 學 生 介 紹 的 科 學 本 質 為 ： 1. 科 學 知 識 具有 創 造、推理 與 主 觀 性；2. 科 學 知 識 是 會 隨 著證 據 的 獲 得而 改 變， 具 有暫 時 性 ...等 。. 54.
(5) 科學本質小活動. （一）少女或巫婆. （二）兔子或鴨子. （三）老總統或仕女. 圖 三： 模 凝 兩 可的 圖 形 （ 以上 三 張 圖 修 改 自 Lederman 與 Abd-El-Khalick（1998） 經 出版 商Springer同 意 刊 出）. 55.
(6) 科學本質小活動. 四 、黑 箱 作 業 ： 黑 箱作 業 提 供 類似 科 學 家 遭遇 到 問 題 的情 境，對 學生 而 言，是 既神 秘 且 有 趣 的，學生 觀 察、操作 這 些 神秘 箱 子 的 現象 之 後，必 須設 法 推 理、猜 測 箱 子裡 到 底 暗 藏何 種 機 關，之 後再 依 學生 所 做 的 解釋 來 設 計 實驗 並 證 實 它。黑箱 也 提供 學 生 練 習操 作 科 學 過程 技 能 的 機會，如 觀 察、蒐 集 資 料、推 理、假 設 與 驗 證、建 構 理 論 等， 在 此 學 生可 能 學 習 到的 科 學 本 質為 ： 1. 科 學知 識 部 分源 於 人 類 的想 像 、 創 造與 推 測 ， 具有 主 觀 性 。2. 科 學 知 識 是 必 須 以觀 察 、 證 據為 基 礎 。3. 能 由 科 學 性的 探 究 活 動中，了 解 科學 知 識 是 經過 考 驗 的（ 九 年一 貫 課程 自 然 與 生活 科 技 科 學本 質 能 力 指標:3-3-0-1條 文 內 容 ）。4. 科 學 知 識 是 會 隨 著證 據 的 獲 得而 改 變 ， 具 有暫 時 性 。5. 科 學 知 識是 由 科 學 家觀 察 、 推 理、 驗 證 以 解釋 觀 察 的 現象 。 以 下 為黑 箱 例 舉 ： （ 一） 神 秘 圓 桶（ 圖 四 ） 類 似科 學 家 遭 遇 到 問 題 的 情 境，神 秘 圓 桶 對 學 生 而 言，是 既 神 秘 且 有 趣 的 ， 學 生觀 察、操 作神 秘 圓 桶 的神 奇 現 象 之後，必 須 設法 推 理、猜 測圓 桶 裡 到底 暗 藏 何 種機 關，之 後再 依 學 生 所做 的 解 釋 來設 計 試 驗。教師 可 以 讓學 生 操 作，發現 不 管 拉那 一 條 線，都 會 相 互 牽連。學 生 思考、假 設、推 理 裡 面 的結 構 如 何。適 用 年 級 ，國 小 中 低 年級 。 材 料 ：橡 皮 筋 、 雙蓋 圓 桶 、 細繩 一 長 一 短。. 橡皮筋 打結. 圖 四 ： 神 秘圓 桶 （ 本 圖修 改 自 Lederman 與 Abd-El-Khalick（ 1998） 經 出 版 商 Springer同 意 刊 出 ）. 56.
(7) 科學本質小活動. （ 二） 假 設 箱 （圖 五 ） 學 生只 可 以 看 到上 面 的 漏 斗，教 師 調 整漏 斗，發 現無 色 的 水 經過 此 箱 子 後，會 流 出 有 顏色 的 水，而 且 每 調 整 一次，水 的 顏色 就 會 改 變，讓 學 生 思考、 假 設、推 理 裡 面的 結 構 如 何。材 料：漏 斗 四 個、水 管、箱 子 等四 接 頭 的 流 管 。 適 用年 級 ： 國 小中 高 年 級 至國 中 。 入水之漏斗. 可調方向水管. 漏斗內濾紙含 有不同的顏料. 四接頭的流管. 出水管. 圖 五 ： 假 設箱 （ 本 圖 修 改 自 Lederman 與 Abd-El-Khalick（ 1998） 經 出 版 商 Springer同 意 刊 出 ） （ 三） 自 動 循 環桶 （ 圖 六 ） 如 果設 計 的 好 ，在 入 水 口 中到 入 少 許 水， 此 裝 置 就可 以 讓 水 自動 的 循 環 許 久，可引 起 學 生動 機 與 好 奇，不 妨 讓 較高 認 知 水 平的 學 生 嘗 試思 考，為 何此 裝 置 能 讓水 自 動 循 環。 適 用 年 級： 國 、 高 中。. 57.
(8) 科學本質小活動. 玻璃管 入水口. 軟木塞. 塑膠管. 事先置入少許水. 廣口瓶. 圖 六：自 動循 環 桶（ 本圖 修 改 自 Lederman 與 Abd-El-Khalick（ 1998）經 出 版 商 Springer 同 意 刊 出 ）. 四 、模 擬 拉 塞 福探 究 原 子 內部 實 驗 Abd-El-Khalick（2002）也 提供 一 個 模 擬 拉 塞 福 利 用α 粒 子 撞 擊原 子 內 部 的 實驗，讓 學 生藉 著 模 擬 此實 驗 而 培 養科 學 本 質。其 過 程 簡 述如 下：1.準備 一 個箱 子，兩 邊均 打 開。2.在 打 開 的 一面 邊 緣 取 七公 分 穿 洞（ 圖 七）並 牽上 線 形成 一 個 5×5的 方 格 箱（ 圖 八 ）；3.在 箱 子 裡 置 一 物 品，形 狀 不 限（ 圖 九 ）。 4.把箱 子 有 牽 線開 口 置 於 上方 ， 將 乒 乓球 垂 直 丟 入箱 中 。 5.要求 學 生 藉 著乒 乓 球穿 過 紙 箱，猜想 箱 內 的物 品 是 什 麼形 狀。教 師可 向 學 生 說明 當 年 拉 塞 福 就 是用 類 似 的 方法 得 到 原 子內 部 的 模 型，提 示 學 生製 作 表 格 記錄，如 乒 乓 球 往 下丟 時 有 撞 擊到 物 品 時 記一 個 圈，順 利通 過 則 記一 個 叉。此 活動 除 讓 學 生 模 擬科 學 史 上 重要 實 驗 外，也讓 學 生 理解 科 學 理 論是 由 觀 察、想像 及 推 理 而 得 成的 ， 或 許 並非 完 全 的 正確 。. 58.
(9) 科學本質小活動. （ 圖七 ）. （ 圖八 ）. （圖 九 ）. 圖 七、 圖 八 、 圖 九 ： 此 三圖 為 作 者 依 Abd-El-Khalick（ 2002） 之 內 文 敘述 ， 所 繪 而 成。 重 複科 學 史 上 重要 的 實 驗，是提 供 機 會學 生 思 考 若你 是 科 學 家，你 會 怎 麼 解 釋 這樣 的 現 象，這 樣的 解 釋又 有 那 些 不足。這 個 過程 說 明 再 精緻 的 假 設 也可 能 隱 含 著某 些 不 合 理，再 完 美 的詮 釋 也 可 能存 在 缺 失。以上 述 拉 塞福 實 驗 為 例，我 們 會 發現 實 驗 的 結果 圖 形 與 真正 物 品 形 狀還 是 有 誤 差，要如 何 改善 精 緻，師 生 可 以 一 同思 考 。 例 如可 以 把 方 格縮 的 更 小 ，形 成 一 個50×50的 方 格箱 ， 並 以 ＢＢ 彈 來 代 替乒 乓 球，實 驗結 果 將 更接 近 物 品 真正 的 形 狀；最後 教 師 明示 科 學 知 識（原 子 理 論） 原 來 是 這樣 產 生 的 ，它 與 實 驗 的方 式 、 科 學家 的 推 理 息息 相 關 。. 參、結論 上 述列 舉 了 七 個科 學 本 質 小活 動，教 師可 以 利 用 彈性 教 學 的 時間 或 者 融 入 科 學 的學 習，甚 至也 可 以 自 行設 計 類 似 的小 活 動 來 培養 學 生 的 科學 本 質 觀，而 活 動 的 特色 即 是 ：1. 呈 現 未 知或 問 題 的 情境 ， 引 起 學生 動 機 與 好奇 ； 2. 把 學生 當 成 小 小科 學 家，提 供 機 會 動 手操 作、思 考 想 像；3. 提 供 學 生 驗 證 自 己 想 法 的 機 會 ； 4. 將 活 動 中 的科 學 本 質 明示 出 來 ， 使學 生 體 會 科學 家 的 任 務就 似 如 此 ，藉 此 理 解 科學 本 質 ；5. 提 供 學 生反 思 與 討 論科 學 本 質 的時 間 。 當 然， 科 學 本 質的 培 養 同 時也 涉 及 不 少探 究 與 創 造能 力 的 表 現，就 如 九 年一 貫 自 然 與生 活 科 技 領域 指 出 要 培養「 科 學 與技 學 八 大 能力 要 項 」般，豐富 多 元的 科 學 學 習，也 可 能 吸引 學 生 的 興趣 與 引 發 學生 的 思 考 。. 59.
(10) 科學本質小活動. 誌謝：本文經過出版商Springer以及作者McComas, W.F.同意刊出，在此致 謝。. 參考文獻 翁 秀玉（ 1997）。國 小 自 然 科 教 師 傳 達 科 學 本 質 之 行 動 研 究。國立 彰 化 師範 大 學 科 學教 育 研 究 所碩 士 論 文 。（ 未 出 版 ） Abd-El-Khalick, F., Bell, R., & Lederman, N. G. (1998). The nat ure of science and instructional practice: Making the unnatural natural. Science Education, 82, 417-436. Abd-El-Khalick, Fouad（ 2002）Rutherford's Enlarged: A Content-Emb edded Activity To Teach about Nature of Science. Physics Education; v37 n1 p64-68 Jan American Association for the Advancement of Science.(1989). Project 2061: Science for all Americans . Washington, D.C. :AAAS Press . Birckhouse, N. W. (1990). Teachers beliefs about the nature of science and their relationship to classroom practice. Journal of Teacher Education , 41(3), 53-62. Lederman, N. G. (1995). Translation and transformation of teachers＇understanding of the nature of science into classroom practice .（ERIC Document Reproduction Service No.ED382474） . Lederman, N. G., & Abd-El-Khalick, F (1998). Avoding de-nature science activity that promote understandings of the nature of science. In W. F. McComas（Ed） The Nature of Science in Science Education Rationales and Strategies, 83-127. Kluwer Academic Publishers. McComas, W.F., Clough, M.P., & Almazroa, H. (1998). The role and character of nature of science in science education. The Nature of Science in Science Education, 3-39. Kluwer Academic Publishers. Wang, Jing-Ru. (2001). Improving Elementary Teachers' Understanding of the Nature of Science and Instructional Practice. (ERIC Document Reproduction Service No.ED452077). 60.
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