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運用網路資源進行探究教學-以四年級月相概念學習為例

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Academic year: 2021

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(1)

資訊學院 數位圖書資訊學程

碩 士 論 文

運用網路資源進行探究教學

-以國小四年級月相概念學習為例

Using the Web to Support Inquiry Teaching in Natural Science

- Case of Moon-phase Concept Learning for Fourth Graders

研 究 生:李思嫺

指導教授:黃明居 教授

(2)

運用網路資源進行探究教學-以四年級月相概念學習為例

Using the Web to Support Inquiry Teaching in Natural Science

- Case of Moon-phase Concept Learning for Fourth Graders

研 究 生:李思嫺 Student:Szu-Hsien Li

指導教授:黃明居 Advisor:Ming-Jiu Hwang

國 立 交 通 大 學

資訊學院 數位圖書資訊學程

碩 士 論 文

A Thesis

Submitted to College of Computer Science National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master of Science

in Digital Library

Jan 2012

Hsinchu, Taiwan, Republic of China

(3)

i

運用網路資源進行探究教學-以四年級月相概念學習為例

研 究 生:李思嫺 指導教授:黃明居

國立交通大學 資訊學院 數位圖書資訊學程 碩士班

中文摘要

本研究旨在探討於九年一貫課程自然與生活科技學習領域中,設計運用網路資源實 施探究教學的活動,對臺中巿某國小四年級學生月相概念學習成就、科學探究能力及對 電腦輔助教學態度之影響。研究對象為某國小四年級學生共 53 人,研究採取準實驗研 究法,實驗組接受探究式教學,控制組接受直接講述教學。 本研究工具包括:月相概念學習成就測驗、科學探究能力自評表及對電腦輔助教學 態度調查表,將所得之前、後測分數以統計軟體進行單因子共變數分析;並對樣本(探 究教學組)之背景變項進行獨立樣本 t 檢定及相關係數考驗。 本研究結果發現: (一) 運用網路資源進行探究教學,對學生之月相概念學習成效及科學探究能力有 顯著的影響。 (二) 運用網路資源進行探究教學後,學生之性別對其學習成就的影響、科學探究 能力及對電腦輔助教學態度皆無顯著差異。 (三) 運用網路資源進行探究教學後,學生使用網路頻率與其學習成就、科學探究 能力的無相關、但與電腦輔助教學態度有正相關。 (四) 運用網路資源進行探究教學後,學生使用網路年資與其學習成就無相關,但 與科學探究能力、電腦輔助教學態度有正相關。 根據本研究的結果,研究者提出關於教師專業知能成長及未來研究的建議。 關鍵詞: 探究教學、網路資源、月相概念、資訊融入教學

(4)

ii

Using the Web to Support Inquiry Teaching in Natural Science

- Case of Moon-phase Concept Learning for Fourth Graders

Student:Szu-Hsien Li Supervisor: Dr. Ming-Jiu Hwang

Degree Program of Computer Science

National Chiao Tung University

ABSTRACT

The purpose of this study was to investigate the influence on moon-phase concept learning achievement, science inquiry ability and the attitude toward computer-assisted education by using web-resource inquiry teaching among fourth-grade students in one elementary school in Taichung. The study population consists of 53 fourth-grade students, 26 in the experimental group and 27 in the control group. We use quasi-experiment design in this study. The experimental group receive web-assisted inquiry teaching and the control group receive directly didactic education.

The moon-phase concept learning achievement test, the questionnaire of student science inquiry ability and scales for attitude toward computer-assisted education were used to assess the outcome. Pretest and posttest scores were calculated and analyzed with one-way ANOVA and coefficient of relationship. Independent t test were used to test the difference of demographic data.

The findings of this study:

1. By using Web-resource inquiry teaching, students in the experimental group got significantly higher scores on moon-phase concept learning achievement test and the questionnaire of student science inquiry ability compared with students in the control group.

(5)

iii

2. By using Web-resource inquiry teaching, there were no significant difference between students' gender and learning achievement, science inquiry ability and attitude toward computer-assisted education.

3. By using Web-resource inquiry teaching, the frequency of using web by students were positively associated with attitude toward computer-assisted education, but not associated with learning achievement and science inquiry ability.

4. By using Web-resource inquiry teaching, students' year of experience in using web was associated with science inquiry ability and attitude toward computer-assisted education, but not associated with learning achievement.

Based on these findings, the researcher has proposed suggestion of teachers' professional development and direction for further research.

Keywords:inquiry teaching、web resource、moon-phase concept、information technology integrated education

(6)

iv

誌 謝

不知哪來的勇氣,我竟然報考了研究所考詴,且在腦筋一片空白的狀態下,決定未 來兩年臺中-新竹往返的夜間修課,在離開大學校門後的第 12 年,再次踏上求學之路。 從小在課業上總花費比別人更多的時間與精力,抱持著「勤能補拙」的心態努力進 取,深怕自己落後太多,如今即將為研究生生涯畫下句點,更是難以置信。 一路走來,感謝所有曾經教導或陪伴我的家人、老師、朋友及同學們! 首先最感謝的人是指導教授黃明居老師,謝謝老師對論文內容的指導、協助與督 促,在我遇到困難時,適時地鼓勵並提供解決方案,才得以突破瓶頸,使論文得以逐步 完成。感謝口詴委員柯皓仁博士與林信成博士,在論文審核上給予懇切的指導並提供寶 貴的建議,使本論文能更臻完善。 在求學期間,感謝一同共乘的學姊及同學在路途上的陪伴與鼓勵,也感謝學校同事 的支持與協助,讓我有持續學習的力量。 感謝關心、栽培我的雙親以及我親愛的老公、女兒,因為有你們的體諒與支持,讓 我可以全力以赴,順利完成學業。願將此成果與所有關心我、支持我及幫助我的師長、 親友們共同分享。 感謝上帝給我不一樣的人生經歷,讓我的生活過得更精彩,將一切的榮耀歸與 神。 思嫺謹致 101.1

(7)

v

中文提要 ………

i

英文提要 ………

ii

誌謝

………

iv

目錄

………

v

表目錄

………

vii

圖目錄

………

ix

一、

緒論………

1

1.1

研究動機………

1

1.2

研究目的與探討問題………

3

1.3

研究範圍與限制………

4

1.4

相關名詞界定………

4

1.5

研究流程………

6

二、

文獻探討………

7

2.1

探究教學………

8

2.2

資訊科技融入教學………

14

2.3

資訊科技融入探究教學之實徵性研究………

18

2.4

網路資源………

20

2.5

月相概念………

27

三、

研究方法………

30

3.1

研究架構………

30

3.2

研究對象………

32

3.3

研究設計………

33

3.4

研究工具………

37

(8)

vi

3.5

資料蒐集及分析………

43

四、

研究結果與討論………

44

4.1

研究結果………

44

4.2

討論………

52

五、

結論與建議………

59

5.1

結論………

59

5.2

建議………

62

參考文獻 ………

66

附錄一

問卷………

72

附錄二

探究教學教案………

75

附錄三

「國小四年級月相概念成就測驗」前測-專家效度用……

76

附錄四

「國小四年級月相概念成就測驗」後測-專家效度用……

80

附錄五

教學省思………

84

附錄六

spss 統計軟體統計分析結果………

86

(9)

vii

表 目 錄

表 2-1

探究活動的四個層次………

11

表 2-2

國內外研究學者對探究教學之研究結果………

13

表 2-3

「資訊科技融入教學」的意義歸納………

15

表 2-4

國內外研究學者對資訊科技融入探究教學之研究結果……

19

表 2-5

國內研究學者對月相迷思概念之研究結果………

28

表 3-1

實驗對象統計表………

32

表 3-2

準實驗設計之教學流程………

34

表 3-3

控制組與實驗組教學時之差異分析………

36

表 3-4

月相概念成就測驗之項目分析摘要表………

37

表 3-5

「探究能力問卷」各向度主要探討內容……… 39

表 3-6

「電腦輔助教學環境態度調查表」各向度主要探討內容…… 40

表 3-7

科學探究能力學生自我評量表之項目分析摘要表…………

41

表 3-8

電腦輔助教學環境態度調查表之項目分析摘要表…………

42

表 4-1

不同教學法之學習成就前後測描述統計摘要表………

45

表 4-2

教學方法之組內迴歸係數同質性考驗摘要表………

45

表 4-3

教學方法在後測成績之單因子共變數分析摘要表…………

45

表 4-4

a 因子(組別)調整後的邊緣帄均數………

46

表 4-5

a 因子(組別)主要效果的事後比較………

46

表 4-6

不同教學法之科學探究能力前後測描述統計摘要表………

47

表 4-7

科學探究能力之組內迴歸係數同質性考驗摘要表…………

47

表 4-8

科學探究能力在後測成績之單因子共變數分析摘要表……

47

表 4-9

a 因子(組別)調整後的邊緣帄均數……… 48

表 4-10 a 因子(組別)主要效果的事後比較……… 48

(10)

viii

表 4-11 不同教學法之對電腦輔助教學態度前後測描述統計摘要表

49

表 4-12 對電腦輔助教學態度之組內迴歸係數同質性考驗摘要表…

49

表 4-13 對電腦輔助教學態度在後測成績之單因子共變數分析摘要

表………

49

表 4-14 不同性別之學生在其學習成就、科學探究能力、對電腦輔助

教學態度後測成績之差異情形摘要表………

50

表 4-15 學生使用網路的頻率與其學習成就、科學探究能力、對電腦

輔助教學態度後測成績間之相關分析表………

51

表 4-16 學生使用網路的頻率與其學習成就、科學探究能力、對電腦

輔助教學態度後測成績間之相關分析表………

51

表 4-17 實驗組進行 5E 學習環探究教學之課堂觀察……… 52

表 4-18 實驗組與控制組之教學觀察分析比較………

53

表 4-19 本研究結果與以往的研究之整理分析………

58

(11)

ix

圖 目 錄

圖 1-1

研究流程圖………

6

圖 2-1

本研究重要文獻整理………

7

圖 2-2

三階段的學習循環論………

9

圖 2-3

BSCS 5E 學習環教學模式………

9

圖 2-4

探究活動的分類向度……… 12

圖 2-5

連續的科學教學形式……… 12

圖 2-6

「月亮貣貣又落落」動畫……… 24

圖 2-7

「月亮的盈虧變化」動畫……… 24

圖 2-8

「一個月中月相的變化」動畫……… 25

圖 2-9

「科學教育學習網月相變化」動畫……… 25

圖 2-10

W.H. Freeman「月相變化」動畫……… 26

圖 2-11

McGraw-Hill「月相變化」動畫……… 26

圖 3-1

研究架構圖……… 31

圖 4-1

國民中小、高中(職)及大專校院學生每週網路使用時數…

54

圖 4-2

國民中小、高中(職)學生最常進行的網路活動………

55

註:圖表若未列出處,即為本研究整理。

(12)

1

一、緒論

在本章中,第一節先說明研究動機;第二節闡述研究目的與探討問題;第三節列出 研究範圍和限制;第四節界定相關名詞界定;第五節為研究流程圖。

1.1 研究動機

Turkmen ( 2009)發現對科學有興趣的學童漸漸減少,是因為課程的內容太枯燥乏 味,還是科學老師的教學一成不變?是個值得深思的問題。長久以來,許多科學教師習 慣使用傳統的教學法,依舊填鴨式的灌輸學生科學知識,甚至照本宣科,無法培養學生 自動探究的精神及創造思考能力;機械式的考詴訓練,只著重結果,不重視教學的過程, 降低了學生好奇的本能。也就是說:整個教學是以教師為中心,教師是發送者;學生是被 動的跟隨者,資訊接收者,令許多科學教育學者憂心忡忡。 資訊科技的浪潮一波又一波,不斷地衝擊著整個大環境。網網相連的網路資源俱增 的速度,著實令人無法招架。人們的學習方式不斷地跟著時代潮流在改變,如何在E化 的環境中取得自己所需的資源變得相形重要,對於身處在教育現場的教師們來說更是刻 不容緩,必頇改變原有的教學模式與觀念,提昇專業素養、專業能力與教學品質。資訊 科技融入教學已是趨勢,目前大多數的教師能在教學中融入資訊科技,提供給學生更多 元的學習,引導學生應用各種資訊科技解決真實世界的各種問題,並完成各種學習任務 (張雅芳、朱鎮孙&徐加玲,民96)。 教師的教學方式隨之求新求變,目的不外乎是引發學生的學習興趣、提升教學的成 效,其中探究教學愈來愈受到推崇。我國教育部公布的「97年國民中小學九年一貫課程 綱要」中提及自然與生活科技之學習應以探究和實作的方式來進行,強調手腦並用,運 用科技與資訊的能力,主動探索和發現問題,培養探索科學的興趣與熱忱,並積極運用 所學的知能於生活中,進而提升全民的科學素養。所以教師在與學生互動時,應聚焦和

(13)

2

支持探究活動(Wilson, Taylor, Kowalski & Carlson, 2010; 顏弘志,民93)。可知「探究教 學」在「自然與生活科技領域」的教學之重要性。 近幾年來,可用於教學上的網路資源多得不勝枚舉,舉凡教學網站、影音圖片、電 子書、百科全書、數位典藏資源等等皆是。資訊科技結合教學的最大優勢是打破空間與 時間的限制,學習不再只拘泥學校教育或課本,網路上豐富的資源就可以是一套最豐富 的教科書(劉明洲、周慧蘭&楊倍箕,民94)。在自然與生活科技領域方面,教育部所建 置之六大科學教育學習網,值得科學教師好好運用。此網站是以「科學素養 2020」為 願 景 , 以 探究 實 驗與 探 究 學習 為 方法 , 期 望 建立 學 生的 數 位 學習 能 力, 以 解 決 日 常 生 活 中的 問 題; 也 期 望教 師 能使 用 此 網 站的 資 源設 計 成 「探 究 教學 活 動 」 並 施 行 於 班級 教 學, 使 學 生經 由 趣味 化 、 多 元化 、 探索 化 的 學習 方 式培 養 科 學 素養 ( 科學教育學習網,民93)。 在國外,有更多的科學教育網站提供給教師豐富且多元的選擇。如:美國國家科學 數位圖書館(National Science Digital Library, NSDL)就是一座支援所有層級科學教育的 數位圖書館,主要目的為提供高品質的教育資源與工具,以支援科學、科技、工程、數 學(STEM)方面各層次教育的教學與學習的創新,並提供最好的資訊協助一般民眾進 行學習,是屬於一教育資源數位圖書館。NSDL內龐大的教育數位資源,提供給教師及 學習者多元且豐富的選擇,透過討論、意見交換、經驗分享,可以逬出更多的火花,使 得這些資源被充分運用,甚至將資源重新組合、再利用,激盪出新的學習方式。 Toomey(2010)亦認為NSDL提供了一個全方位的、可靠的、值得信賴的線上圖書館資源, 可以幫助所有教育學者節省尋找教學資源的時間和精力。 對四年級學生來說,對於第一次接觸的天文課程雖感興趣,但因時間與空間的概念 不佳,大多數學生對天文知識感到抽象、困難。而「月亮」單元內容包括:月亮的位置 (東升西落)、月相的盈虧變化以及月相的週期等主題活動,都是需要進行長期的觀測, 才能發現其規律性。尤其教師普遍沒有天文學背景,加上台灣的氣候多變及月亮出沒時 間的影響,使得教師在教授上更難以掌控,以致學生月相概念的學習效果普遍不佳(黃

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3 美慧,民93;賴慶三、吳正雄,民94)。 因此,本研究搜尋國內外網路資源,選擇適合國小四年級學生學習的數位教材,希 望透過不一樣的學習模式,培養學童科學探索的能力,建立正確的月相概念;而教師也 能在過程中有所成長,如:個人教學領域內容之精熟、新的教學模式的挑戰與嘗詴、網 路資源的吸收及啟發、資訊能力的提升等等。

1.2 研究目的與探討問題

本研究之目的為蒐集國內外月亮單元網路資源,整理於部落格,做為上課的教材, 含圖片、動畫、遊戲等,教師不需耗費時間製作上課教材,提升教學準備效率。採用準 實驗研究法,探討同一教材以不同的教學模式進行教學,學童的學習成效、科學探究能 力是否提升,電腦輔助教學態度是否有差異。藉由過程中的檢討、修正教學方法與策略, 期待能提升學生的學習成效以及教師更能清楚掌握探究教學策略的施行方法。 待答之問題如下: 1. 教師運用網路資源實施「直接講述教學法」與「探究教學法」於國小自然與生 活科技領域的教學歷程中,對於學童學習成就、科學探究能力以及對電腦輔助 教學態度的影響是否有差異? 2. 學生之性別與資訊背景是否會影響本研究的實驗結果? (1) 學生之性別是否影響運用網路資源進行探究教學之後,其學習成就、科學 探究能力以及對電腦輔助教學態度? (2) 使用網路的頻率較高的學生,在運用網路資源進行探究教學之後,其學習 成就、科學探究能力以及對電腦輔助教學態度是否較佳? (3) 接觸網路年資長的學生,在運用網路資源進行探究教學之後,其學習成 就、科學探究能力以及對電腦輔助教學態度是否較佳? 研究假設為: 1. 教師運用網路資源實施「直接講述教學法」與「探究教學法」於國小自然與生 活科技領域的教學歷程中,對於學童學習成就、科學探究能力以及對電腦輔助 教學態度的影響有顯著差異。

(15)

4 2. 運用網路資源進行探究教學之後,學生之性別對其學習成就、科學探究能力以 及對電腦輔助教學態度有顯著差異。 3. 運用網路資源進行探究教學之後,學生使用網路的頻率對其學習成就、科學探 究能力以及對電腦輔助教學態度有相關。 4. 運用網路資源進行探究教學之後,學生使用網路的年資對其學習成就、科學探 究能力以及對電腦輔助教學態度有相關。

1.3 研究範圍和限制

1. 研究對象:以研究者所任教的國民小學四年級學童2個班級為實驗對象,約53 位。實施探究教學法的班級1班,實施直接講述教學法的班級1班。 2. 研究課程:國民小學四年級自然與生活科技領域「月亮」單元。研究結果不一 定適合其他年段或單元。

1.4 相關名詞界定

1.4.1 網路資源 網路資源是指由網際網路所獲得的資源,凡是透過網際網路提供的資訊和服務 都可稱為網路資源(吳美美,民87)。因本研究的主要目的是探討利用網路資源融 入探究教學的方式對學生在學習成效上所帶來的影響,故將網路資源界定為「在網 路中所能獲得的學科教材資訊」,其內容包括與課程內容相關且能配合課程實施的 資訊。 在 本 研 究 中 所 規 範 的 網 路 資 源 以 教 育 部 所 規 劃 的 「 科 學 教 育 學 習 網 (http://science.edu.tw)」及臺北縣教育局自然與生活科技輔導團建置之「我們一貣 去賞月(http://163.20.239.129/~teach/moon/moon1.swf)」兩個網站為主,輔以其他 國內外月亮相關網路資源。

(16)

5

1.4.2 資訊科技融入教學

綜合各學者的論述,「資訊科技融入教學」 (Information Technology Integrated Instruction )指的是教師依據其教學目標、能力指標及學生能力、需求,運用電腦教學媒 體、網際網路等科技設計課程、編寫教材,並巧妙結合與融入在教學中,甚至在任何時 間及地點,藉由資訊科技幫助學生學習,提升學生學習成效,以及培養學生主動學習、 終身學習的能力(Hew & Brush, 2007; 王全世,民89; 沈中偉,民94; 徐新逸,民92; 許 志賢,民94) 。 1.4.3 探究教學 探究(Inquiry)是一種尋找問題和解決問題的歷程。探究是一種思考的歷程、蒐集資 料的過程;也是一種瞭解事物的過程、建構內在知識體系的方法。學生經由探究的過程, 練習科學的過程方法,學習科學知識體系,培養適切的科學態度。從認知的觀點而言, 探究的過程,可說是由問題發現開始(也許問題是別人給予的),並以問題解決為目的 (洪文東,民94)。 在本研究中,所採用之探究教學策略為「5E學習環探究教學」,其教學模式分別為 參與(Engage)、探索(Explore)、解釋(Explain)、精緻化(Elaborate)、評量(Evaluate) 五個階段。 1.4.4 月相概念 依目前國民小學四年級「月亮」單元的教學目標,應學習之月相概念包括:觀察月 亮的位置及方位,察覺月亮東升西落的現象;以及長期觀察、記錄月亮的盈虧變化,發 現其與農曆之關係等,並不包括日蝕、月蝕等與月亮相關之概念。

(17)

6 探究教學 資訊科技融入教學 網路資源 月相概念 教學活動設計 建置部落格

1.5 研究流程

圖 1-1:研究流程圖 準備 階段 發展 階段 教學 活動 階段 資料 處理 階段 確定研究主題 研讀相關文獻 研究架構 編製研究工具 教學前測驗 月相迷思概念前後測詴題 學生資訊背景問卷 探究能力問卷 電腦輔助教學環境態度調查表 控制組 直接講述教學 實驗組 探究教學 論文撰寫 資料分析 教學後測驗 組內迴歸係數同質性考驗 單因子共變數分析 獨立樣本 t 檢定  Pearson 積差相關

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7 資 訊 科 技 融 入 教 學 月 相 教 學 探 究 教 學 網 路 資 源 Bell, R. L., Smetana, L., & Binns, I. (2005) Colburn, A. (2006) Trundle, K. C., Atwood, R. K., & Christopher, J. E. (2007) McArtbur, D. (2008) Toomey, D. (2010) TURKMEN , H. (2009) 鐘建坪 (民 99) 呂惠紅 (民 99) 洪文東 (民 94) 呂惠紅 (民 94) 楊秀停、 王國華 (民 96) 盧秀琴、何 孟哲(民 98) 李佩倫 (民 95) 林木村 (民 97)

二、文獻探討

科學原來就是持續不斷的「探究」 ,透過探究學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸 納、研判,也培養出批判、創造等各種能力(教育部,民 92),以經歷與科學家相似之 思維與實驗過程。而月相概念教學在四年級的自然與生活科技課程中是屬於較難理解的 單元,畢竟孙宙的浩瀚、天體的奧祕並非憑空想像或紙上談兵就能融會貫通。此與國內 許多學者的想法不謀而合,皆選擇或發展了適當的月相教學教材或媒體等,設計一個系 統化的教學方法,幫助學生建構完整的月相概念(呂惠虹,民 99;李原富,民 99; 吳 延慶,民 97;馬紀楨,民 97;廖家瑜,民 100;潘淑琦、黃秀霜,民 100)。 與本研究相關之文獻分為四小節闡述如後,其中所回顧的最主要文獻整理如圖 2-1 所示: 圖 2-1:本研究重要文獻整理

(19)

8

2.1 探究教學

自從Dewey(1910,引自NRC, 2000)提出學生學習科學不只是記憶知識而已,同時也 應學習過程或方法,教育學者才開始重視探究教學的重要性。美國《國家科學教育標準》 (National Science Education Standards) (NRC, 1996) 強 調 科 學 即 是 探 究 (Science As Inquiry),所有的學生都應該有也必頇有機會使自己成為有良好的科學素養的人。近年 來,國內的科學課程目標(教育部,民92、民97)亦強調教學應以學生活動為主體,提供 學生主動探索自然與真實問題的學習情境,引導學生做科學探究,並依解決問題 (Problem-solving)流程進行設計與製作專題,進而獲得科學知識、科學態度的學習。以 下就探究教學的定義、探究教學的實施及相關研究分別描述之: 2.1.1 探究教學的定義 洪文東(民 94)認為探究(Inquiry)是一種尋找問題和解決問題的歷程。探究是一種思 考的歷程、蒐集資料的過程;也是一種瞭解事物的過程、建構內在知識體系的方法。 學生經由探究的過程,練習科學的過程方法,學習科學知識體系,培養適切的科學態 度。從認知的觀點而言,探究的過程,可說是由問題發現開始(也許問題是別人給予 的),並以問題解決為目的。 在探究教學過程中,先由教師提供探究的動機和方向,再由學生主動去探索並解 決問題,過程中教師可協助學生發展有組織的思考方法,如:分析、綜合與判斷。學 生主動建構知識,整個過程均積極參與,勇於表達想法並接受他人意見。 2.1.2 學習環理論

Karplus和Their(1967)首先提出三階段的學習循環論( Iearning Cycle ), 分別 是探索(Exploration)、發明(Invention)和發現(Discovery)。Karplus於1977年又發 展為探究(Exploration)、概念引入(Concept Introduction)、概念應用(Concept Application) 三段式教學。如圖2-2:

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9

圖 2-2:三階段的學習循環論

歷經Lawson等人多次的改革,最後演變成由美國BSCS所發展出來含有建構主義特 性的5E學習環教學模式,是探究式教學法的典型代表之一,此模式將學習分成五個階 段,分別是參與(Engage)、探索(Explore)、解釋(Explain)、精緻化(Elaborate)、 評量(Evaluate)(Bybee et al., 2006;Bybee, 2009;王美芬、熊召弟,民89)。如圖2-3, 並分述於下(Llewellyn, 2005; 許良榮,民100): 圖2-3: BSCS 5E學習環教學模式(游淑媚,民85) 1. 參與(Engagement):以演示、影片、或簡單的發問喚貣學生舊經驗,引發學生好奇 心使學生願意主動參與學習。在此階段,教師可以記下學生可能的天真概念 (Naive Conceptions) 和迷失概念 (Misconceptions),學生在探索和解釋兩階段時,這些迷失 概念可以被矯正。 2. 探索(Exploration):不直接給予答案,鼓勵學生動手操作、進行探索、記錄和組織 資訊,進一步發展概念,建立共同的、具體的想法。 參與(Engagement) (引出舊經驗) 探索(Exploration) (主動探討) 解釋(Explanation) (討論說明) 精緻化(Elaboration) 評量(Evaluation) 1.探索 (Exploration) 2. 發明(Invention); 概念 引入(Concept Introduction) 3. 發現(Discovery); 概念 應用(Concept Application)

(21)

10 3. 解釋(Explanation):讓學生有機會解釋自己的想法,教師以學生的解釋為基礎,作 更進一步擴充,引進正式的科學知識及通用語言(或科學語言)幫助學生明白表示他 們的想法,並且使用科學術語來描述他們的研究與體驗。所以解釋階段有時稱為「概 念建立」 (Concept Development) 階段。 4. 精緻化(Elaboration)或延伸(Extension):提供新的情境或問題,幫助強化學生的概念, 讓學生深入內化,有機會應用所學知識。 5. 評鑑(Evaluation):學生使用概念圖來說明所學習的概念及其他主題之間的關連; 亦 可 使 用 評 量 的 策 略 評 量 學 生 是 否 真 能 應 用 所 學 來 解 決 問 題 , 包 含 檢 查 清 單 (Checklists)、歷程檔案 (Portfolio)以及學生的自我評量 (Student Self-evaluation)等。

綜上所述,5E學習環的教學模式為:針對學生的心理認知能力出發,以學生為中心, 以活動或動手做引貣學習興趣,讓學生主動探索,從探索建構、並能解釋所學習到的新 概念,教師同時引進新名詞或做概念澄清,讓學生親身參與、體驗、建構新的概念,並 應用所學於不同情境,最後的評量方式可由教師評量學童迷思概念的改變情形、知識的 擴展或由學童自評、互評自己與同儕的學習等。(周建和,民98; 林曉雯,民90)。 可見5E學習環教學模式讓學生在學習過程中有較多參與學習的機會、對概念有更完 整的理解、更能思考,認為上課有趣,且能對自己的學習負責。教師在教學上明顯增加 學童自行探索的活動,減少對教科書的依賴,對教學更有熱誠;學童則表現出對科學有 正向的態度,能將科學與生活經驗相連,較能獨立思考、提出較多的問題、較有自信心、 展現較佳的科學過程技能;師生及同儕間互動亦顯著增加(林曉雯,民90)。 2.1.3 探究教學的實施 探究教學是當前科學教育改革努力的方向。科學教師也都知道「探究」是重要的, 但大多數教師缺乏切實可行的探究教學策略,可告知其如何進行(Bell, Smetana, & Binns, 2005) ,再加上教學進度、學生能力、教學習慣……等因素的影響,使得許多教師避之 唯恐不及。

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11 和複雜的課堂情境。兩者都需要時間從傳統典型講述教學逐步地轉變成為更開放式的探 究式教學活動。教師需特別注意的關鍵是:教學的方式要慢慢改變,而不是一直持續給 予新的東西,使學生也能慢慢接受不同的教學模式。教師只要讓一切保持在計畫中,教 學模式的簡單變化,會使課堂上的學習展現奇妙的收穫。 科學探究教學歷經數十年來的演變,至少有十餘種不同教學模式(洪文東,民 94)。 而這些眾多的教學模式,各有不同的分類方式,以下列舉兩種分類方式:第一種為探 究活動的四個層次:首先由 Schwab 在 1962 年提出一個等級表,Herron 在 1971 年將 之依開放性分成三個層次,1999 年 Rezba, Auldridge 和 Rhea 又發展為探究活動的四個 層次,如表 2-1。 表 2-1:探究活動的四個層次(引自 Bell et al., 2005, p.32) 探究活動的四個層次 提供探 究問題 提供解 決方法 提供正 確答案 階層 0 驗證性的探究(Confirmation inquiry)    階層 1 結構化的探究(Structured inquiry)   階層 2 引導式的探究(Guided inquiry) 階層 3 開放性的探究(Open inquiry) 以表 2-1 的區分顯示,引導式探究與開放式探究的差異在於教師是否提供學習者研 究問題,當學習者透過教師給與研究問題之後,能夠自行設計實驗、尋找解決方法, 而獲得合理的答案。因此,引導式探究是一項能夠幫助大多數學習者理解與獲得探究 能力的教學方式(鐘建坪,民 99)。 洪振方(民 92)則提出另一種分類方式—將探究活動依師生導向、結構性與否,開 放性與否的三維分類向度,對探究作一個另有系統的分類,如圖 2-4 所示。

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12 圖 2-4:探究活動的分類向度(洪振方,民 92) 無論是怎樣的分類方式,完全開放式的讓中小學學生調查自己的問題,將會是另一 種無效的學習(王靜如、周金燕、蔡瑞芬,民 95)。Furtak( 2006)認為科學教學往往發 生在兩個極端之間的某個地方,在那裡,透過科學研究的過程,學生被引導出已知的特 定答案。這個教學方法被稱為引導式科學探究教學(如圖 2-5)。 在學生學科知識及探究經驗尚未成熟時,教師宜以引導式的探究(Guided Inquiry) 為主,先擇定一個與學生生活經驗相關的小單元或小活動開始實施,在教師領導下,由 班級討論形成若干適合探究的問題,再由學生從中擇一進行研究,活動期間教師與學生 相互討論。別擔心剛開始的混亂,最後將會成功的。或許學生會相當地排斥開放式教學, 但經過幾個星期後卻會喜歡上它,或者至少了解它的價值(Colburn, 2006; 王靜如 et al.,民 95)。 圖 2-5:連續的科學教學形式( Furtak,2006) 此後,學生具備探究經驗後,教師可鼓勵學生個人或採小組合作方式參與開放式探 究活動,選擇感興趣的主題深入研究,學生透過閱讀、資料蒐集、觀察並建立概念後, 引導式科學探究教學 傳統的 直接教學 開放式的 科學探究

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13 能針對問題更深入去探索、解釋,以增進思考之流暢性、變通性及獨創性,提昇學生的 創造思考能力(王靜如 et al., 民 95),經歷科學家探究自然界的事物進而形成科學知識的 過程,培養正確的科學態度,將所學應用在日後的生活經驗中(蔡執仲、段曉林&靳知 勤,民 96)。 2.1.4 探究教學之實徵性研究 國內外對於「探究教學」的研究不少,研究者列舉數篇如表 2-2: 表 2-2:國內外研究學者對探究教學之研究結果 研究者(年代) 研究對象 研究方法及結果 楊秀停、王國華 (民 96) 國小五年級 1.為合作式行動研究,實施引導式探究教學於植 物、小水滴的旅行以及水溶液的性質等單元。 2.經由實施引導式探究教學後,學生的認知、能 力以及態度等三方面的學習成效皆有所提升。 3.發現教師頇適時引導學生設計實驗,是以探究 教學實施應由引導式探究教學開始。 謝州恩、吳心楷 (民 94) 國小六年級 探究活動確實有助於學生在解釋能力方面的成 長。 林哲正(民 96) 國中二年級 1. 採準實驗研究法,發展並實施光學單元探究五 E 教材,對於學生迷思概念改變以及學習成效的 影響。 2. 研究發現探究教學對於學生迷思概念改變有 良好成效,且於認知成就方面,實驗組表現顯著 高於控制組,而學生對於探究式教學接受度很高。 Furtak( 2006) 國中 1. 實施引導式探究教學於國中物理,以瞭解學生 學習情況。

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14 2. 研究發現引導式探究教學實施,可依據學習目 標以及學生需求給予學生適時的引導,如此使學 生能夠經由如同科學家思考及活動而解決問題, 獲得問題的答案。 Wilson, Taylor, Kowalski & Carlson (2010) 國中 實施一般傳統教學容易造成成績的差距;實施 5E 探究教學,在知識、推理及論證等方面都有明顯 的提升。 從上列可知,實施探究教學確實影響了學生的科學學習,尤其對於中小學的學生來 說,引導式探究教學更適切。在多次的嘗詴之後,當學生有能力探究越多的問題,對學 科將越有信心,也會更有學習動機。

2.2 資訊科技融入教學

2.2.1 資訊科技融入教學之意義 王全世(民89)定義「資訊科技融入教學」為將資訊科技融入於課程、教材與教學中, 讓資訊科技成為師生一項不可或缺的教學工具與學習工具,使得資訊科技的使用成為在 教室中日常教學活動的一部分,並且能延伸地視資訊科技為一個方法(Method)或一種程 序(Process),在任何時間及地點來尋找問題的解答。 徐新逸(民92)則從狹義和廣義來詮釋資訊融入教學,認為狹義的解釋是應用資訊 科技的技術,廣義的解釋則是應用系統化教學設計的科學方式,以達成學習目標,並提 供學習者有意義的學習歷程,以增進較佳的教與學之成效。 沈中偉(民94) 認為「資訊科技融入教學」係指將資訊科技運用於課程與教學中,讓 資訊科技成為教學、學習、問題解決以及傳遞訊息的工具。教師秉持教學理念、教學理 論,配合學生的特性、需求、教學目標、教學內容、教學設計與教學策略,以及整合最 適用之電腦網路科技或教學媒體,落實在教學實踐上,以提升學生學習成效。

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15 許志賢(民94)則歸納「資訊科技融入教學」的意義,可從表2-3中的幾個面向談貣: 表2-3:「資訊科技融入教學」的意義歸納(許志賢,民94) 項 目 內 容 就教學目標而言 資訊科技融入教學的教學目標主要在學科的學習,在教學過 程中師生運用電腦提供的功能去建構教與學之活動,進而達 到教學目標。 就教學時機而言 資訊融入教學並無確切時機,而是必頇考量教學內容及學生 需求,並思考教學之適切性、需求性與可行性,以容易達成 課程目標為最佳教學時機。 就教學方式而言 教學已不單單是講述、灌輸、單向模式,而是充份與網際網 路等科技巧妙結合與融入,運用多元而豐富的教學模式。 就教學活動而言 教學活動不限定是否必要使用資訊科技,假使不使用資訊科 技也可以,但如果使用資訊科技則可加速教學活動的可能 性,並促進教學及學習成效。 就教學工具而言 無論是教師或學生將認為資訊科技是教學或學習上不可或缺 的工具,並利用課程設計、教材改編與教學情境佈置來培養 及加強學生在資訊科技的素養。 就教學重心而言 資訊科技融入教學的主要重心是在學科領域的教學與學習, 而不是資訊科技。也就說資訊科技是教學的背景,不是教學 主題,資訊科技必頇融入課程教材之中。

Hew & Brush( 2007)認為資訊科技融入教學指的是將資訊科技設備融入於教學活動 中,使得資訊科技與學科領域能有效的整合,讓資訊科技成為一項有力的教學與學習工 具,其中所謂的資訊科技設備是指與電腦科技相關的設備,例如:電腦硬體、軟體、或 是網際網路等設備(引自盧秀琴、何孟哲,民98)。

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16 力、需求,運用電腦教學媒體、網際網路等科技設計課程、編寫教材,並巧妙結合與融 入在教學中,甚至在任何時間及地點,藉由資訊科技幫助學生學習,提升學生學習成效, 以及培養學生主動學習、終身學習的能力。 2.2.2 資訊科技融入教學之目的 「資訊科技融入教學」的真正內涵是教育理念與教學法的創新。教師運用資訊科技 發展多元、創意的教學活動以促進學生主動學習,培養學生資訊科技運用的知能,使其 成為資訊社會的公民(王全世,民89;張基成、王秓錳,民97)。 資訊融入教學的目的,無疑是要提升教師教學品質及學生學習的成效。教師從事前 的準備、課後作業的練習、評量的實施與統計分析、到教學結束之後的檢討改進、調整 教學內容與進度,都可以充分利用資訊科技,進而培養學生的資訊素養及運用科技與資 訊的能力(王全世,民 89;徐新逸、吳佩謹,民 91)。 2.2.3 資訊科技融入教學之發展 各國政府為因應全球化競爭,紛紛將「資訊科技融入教學」列為教育的重點,強調 學校應培養學生資訊科技能力與素養,並積極地在中小學推動資訊科技的應用(王千 倖,民99),如:英國、紐西蘭、澳洲、韓國、香港等地皆將資訊科技列為中小學必修 科目,以資訊科技基本技能及應用資訊科技解決問題為重點,從小學開始實施資訊科技 教學(教育部,民97)。 我國自民國86年貣,教育部陸續推動資訊教育基礎建設計畫、中小學資訊教育總藍 圖以及挑戰2008國家重要發展計畫 - e世代人才培育計畫等。2006年,為帶動未來的 四年資訊教育發展願景,教育部委由「社團法人中華民國資訊學會」著手進行整體規劃, 並費時一年多及動員千餘人共襄盛舉完成了「教育部中小學資訊教育白皮書」,並訂定 善用資訊科技、激發創意思考、共享數位資源和保障數位機會等核心理念,企欲四年後, 學生能運用資訊科技增進學習與生活能力、教師能善用資訊科技提升教學品質,以及教 室能提供師生均等的數位機會(教育部,民97)。

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17 相對地,教師之資訊科技應用能力亦是不容小覷。教師之資訊科技素養、網路資源 應用與教學、教學設計與實施等能力皆直接影響了學生的學習。為幫助教師發展資訊科技 應用能力,教育部於2002至2007年間著手建置資訊種子學校及教師社群,2007年透過「中 小學教師資訊科技素養自評表發展計畫」,研擬完成適合國內教師使用的資訊科技素養 自評表(教育部,民97),教師可依評量結果,再進修研習,提升自我的能力。 各國的資訊教育政策均積極推動數位教學資源的開發與應用,以提升教學品質,並 對數位學習資源庫的內容建置進行品質控管。教育部的六大學習網與學習加油站、各縣 市教學資源網、教育局(處)網站及教科書商網站都是老師們搜尋教學資源的來源(教 育部,民97)。 從相關文獻及分析國內外數位教學資源網站,可發現中小學數位教學資源的數量充 足但卻不易找到;網站及網站中數位教學資源品質管理待加強;國內尚未能充分利用國 外數位教學資源。若透過建置各領域具代表性的網站,設專責專人單位,加強網站內容編 輯、甄選、審稿及評鑑等機制,並鼓勵教師多參考國外的優質數位教學資源,協助老師 解決語言與智慧財產權問題(教育部,民97),必能使教師在應用網路資源融入教學時, 更得心應手。 2.2.4 資訊科技融入教學之方式 資訊科技如何巧妙地融入在教學活動中,端賴教師對於資訊科技與教學策略結合的 徹底了解,隨著學科、年段、教學環境、學生程度等而有不同的程序或標準(劉世雄, 民89;)。 研究者整理學者們(何榮桂,民91; 沈中偉,民94; 柯重吉,民95; 劉世雄,民89) 提出之資訊科技融入教學的策略有: 1. 單向式的資訊提供傳遞:教師選用現有的多媒體教材,藉由資訊科技提供或傳 遞訊息給學生,屬直接教學法。 2. 資訊的探索與整理:教師提出一個主題,請學生上網搜尋與主題有關之資料,

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18 探索、整理、歸納與主題相關之議題,屬發現學習法。 3. 網頁主題探究教學(WebQuest):以建構主義、鷹架理論及合作學習的理論為基 礎,教師提出一個模擬真實學習情境的問題,學生運用網際網路上有用的資 源,激發學生透過與同儕間的討論,將新獲得的資訊轉化為更高層次的理解, 培養利用科技解決問題的能力。 4. 善用學習理論建立學習網站:教師可以利用各種網頁製作軟體或利用網路現成 的架構、部落格等建置教學網站,包括:課程名稱、教學目標、教學資訊、教 材資源呈現、學生討論區、學生上傳作業、教師回饋、評量等功能,是教師結 合資訊科技設備與教學理論、學習理論進行的學習活動。 5. 資訊科技融入學習評量:善用資訊科技易於存取的特性,利用資訊科技來保存 學習記錄 。 資訊科技融入教學的策略相當多元,包括簡報、動畫、語音、影像、網際網路、互 動式白板等方式,教師可配合自身條件融入各式資訊科技,更應配合課程內容、教學目 標、學生能力以及軟硬體設備加以規劃,審慎從事教學設計和教學策略,才能讓學生學 習效果有效提高,增加學習興趣,培養出學生帶著走的能力。(陳芊瑋,98; 葉光城,民 98)。 而本研究配合教學目標、教材特性、學生能力以及教學情境,採用「善用學習理論 建立學習網站」、「資訊的探索與整理」以及「資訊科技融入教學評量」等策略,上課 前作教材內容分析並架設教學網站,於上課中妥善運用簡報、數位教材,並指導學童藉 由網際網路進行探究活動,包括:同儕間的討論分享、腦力激盪、科學概念的釐清等, 提升學習成效。

2.3 資訊科技融入探究教學之實徵性研究

國內外對於「資訊科技融入探究教學」的研究亦不少,研究者列舉數篇如表 2-4:

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19 表 2-4:國內外研究學者對資訊科技融入探究教學之研究結果 研究者(年代) 研究對象 研究方法及結果 李佩倫(民95) 國小五年級 1. 以行動研究探討於運用網路資源進行科學探 究教學,以瞭解教師實施歷程情況以及學生學習 成效。 2. 研究發現利用網路資源進行科學探究教學 時,教師面臨主要困難有:資訊設備使用的限 制、學生資訊能力以及網路教材問題。 3. 網路資源運用於探究教學中,學生知識學習有 顯著進步,且具有正向學習感受,然探究能力並 無顯著進步。 陳芊瑋 (民98) 國中一年級 1.運用資訊科技融入探究教學於自然與生活科技 領域之行動研究。 2.發現個案班級學生於認知學習成效、探究能 力、對科學的態度與對電腦輔助教學環境態度皆 有顯著進步。 TURKMEN (2009) 國小五年級 本研究的目的是探討科技的探究方法(TBIA)如 何影響五年級學童了解關於地球、太陽和月亮的 概念,及其學習成效。結果顯示在小學科學課程 使用TBIA教學法比傳統教學方法更為有效、成 功。

Ikpeze & Boyd (2007)

國小五年級 利用WebQuests進行探究學習,提升了學童學習 的興趣,提高學童透過網路探索能力及使用多媒 體、閱讀超文本的能力。

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20 于雅森 (民 99) 國中二年級 1. 採行動研究法實際進行三階段的教學循環,藉 以探討與修正教學方法。 2.經探究教學後,學生在學習成就、對電腦輔助 教學的態度與探究能力等相關量表中的表現,大 多數能有所提升。 綜觀以上的研究結果發現,資訊科技融入探究教學大多能提升學童學習的興趣、提 高認知學習成效,比傳統教學方法更為有效、成功。洪文東(民 94)也認為,探究式教 學對於教學者、學習者、教學資源等各方面的要求較高,實施並不容易,尤其國小學生 的認知發展尚未成熟,較適合引導式探究,因此在科學探究的操作方法與技能上,要求 不必過高,可多考慮一些電腦多媒體與網際網路教學資源融入教學中。

2.4 網路資源

資訊科技與網際網路的蓬勃發展,使得許多人在生活、工作與學習上皆缺少不了 它,尤其在教學上,教師們更不能輕忽它的影響力。教師可藉著資訊科技的幫助,從網 際網路上迅速地收集教學資源,進行教學準備工作,也使得教學過程更加生動活潑,吸 引學生更有興趣於課堂的學習活動。以下就本研究使用之科學類網路資源探討之: 2.4.1 國外網路資源 NSDL(http://nsdl.org/)是一座支援所有層級科學教育的數位圖書館,主要目的為提供 高品質的教育資源與工具,以支援科學、科技、工程、數學(STEM)方面各層次教育 的教學與學習的創新,並提供最好的資訊協助一般民眾進行學習,是屬於一教育資源數 位圖書館(陳奕帆,民 97)。 使用者進入國家科學數位圖書館,可以使用 NSDL 的資料庫(NDR)中數百個典藏。 還可以按照自己的需求,如:學科,年級,和媒體格式來進行搜尋。最近還增加了新的 服務,包括:Expert Voices,它是一個部落格,提供學科專家和師生溝通的帄台;還有

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21 On Ramp:它是一個創作、編輯和內容傳播的系統,可以輕鬆共享資源,邀請使用者再 去重用,仔細分析,並重組資源(McArtbur, 2008)。 NSDL 背後的驅動力是來自於與 STEM 組織的許多夥伴關係。這些模範組織每個都 可以透過網絡尋找到;NSDL 為這些組織提供了一個網站空間。因此,可以透過搜尋直 接查詢相關的主題(http://nsdl.org/about/?pager=pathways)。 NSDL 可以提供現有資源庫的服務,也可以成為一個創新的帄台,發展新的教材。 Instructional Architect(教學設計師)可以讓教師從 NSDL 和其他網站發現這些共享資 源,並從檢索到的素材來提供網頁製作工具和學習模型(McArtbur, D.,2008)。 NSDL有三種使用群:使用者、內容開發者及贊助者。其中,使用者以教育者為主, 也包括對科學有興趣的一般大眾。NSDL針對每一組人提供技術空間、教育訓練,以及 工具,讓他們能適當地使用其館藏(林珊如,民95)。 透過NSDL,更可以連結美國各大教學網站,教師可搜尋到豐富的教學資源。如以 下網站:

 NASA(National Aeronautics and Space Administration,美國國家航空暨太空總 署)(http://www.nasa.gov/)是美國聯邦政府的一個政府機構,負責美國的太 空計劃。內有豐富的天文教學資源、圖片或視頻。另有一專門為小學生設計的 NASA KID S’CLUB,內容活潑生動,非常吸引人。

 美國的Teachers’ Domain (TD)網站(http://www.teachersdomain.org/)是波士頓 公共電視台(WGBH)發布的一個科學教師的數位圖書館。內有各種多媒體資 源,也提供中小學教師免費的線上多媒體培訓課程,提升教師的專業素養。其 特點有:開放電視台資源、資源種類琳瑯滿目,更提供了個人化的服務。  Ology網站(http://www.amnh.org/ology/)是由美國自然歷史博物館主導,為小 朋友提供包括海洋生物、生物多樣性、基因、考古、天文等科學資訊。 資訊科技的日新月異及網際網路的蓬勃發展,使得資訊傳遞方式變得更多元化。身 處在全面數位化與 E 化的時代中,決定競爭力的關鍵不在於知識的多寡,而在於懂得

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學習、懂得運用知識與創造知識(張嘉彬,民95)。當人們善用網路上的數位資源,它 才能充分發揮潛力。對教師來說,時間是珍貴的,數位典藏需要提供清楚的連結,讓教 師迅速找到與課程議題相關的教材(Diekema, Leary, Haderlie, & Walters, 2011),可幫 助所有教育學者節省尋找教學資源或製作數位教材的時間和精力。 2.4.2 國內網路資源: 在科學類較具代表性的國內網路資源有 1. 六大學習網/科學教育學習網(http://science.edu.tw/): 科學教育學習網是一個 提供 科學 教學 資源與 輔助 科學 學習 的網 站。 科教 網的 建立是 以「 科學 素養 2020」為 願景,以探 究實 驗與 探究 學習 為方 法,期望建 立 學生的 數位 學習 能力 ,以 解決 日常 生活中 的問 題。 也期 望教 師能 使用 本網站 的 資源設 計成 「探 究教 學活 動」 並施 行於班 級教 學, 使學 生經 由探 究學 習的活 動 方式而 培養 他們 的科 學素 養。 九 年一 貫新 課程 的實 施, 教科 書內容 大幅 減少 ,教 師必 頇自 行發 展補充 教 材,尤 其數 學與 自然 學科 向來 是國 內外學 生感 覺上 學習 較困 難的 學科 ,部分 教 師在 教 學上 常顯 得有 心無 力, 找不 到適切 的教 學方 法, 以至 常是 按照 課本步 驟 去驗證 結果 ,更 別說 培養 學生 的探 究能力 。 有 鑑 於 此 教 育 部 推 行 六 大 學 習 網 , 支 援 教 學 與 科 學 教 師 的 教 學 與 學 生 的 學 習,以 3D 動畫、虛擬 實驗 等生 動 活潑的 網站學習方式 發展 數位 化科 學教材,活 潑且別具慧心的學習活動相當吸引學生學習。 2. 臺北巿立天文科學教育館網路天文館(http://tamweb.tam.gov.tw/bew/TW/go.asp) 孙宙的浩瀚與神秘對許多人來說是深奧難懂的,臺北巿立天文科學教育館成立於民 國八十五年,國內的天文教育又加添一股新的力量,目的在使抽象的天文知識從紙上談 兵轉化為帄易近人的生活常識。除了實體的天文館外,亦提供網路互動學習教材、益智 學習遊戲、天文新知、天象預報……等網路即時服務,讓天文愛好者隨時掌握最新天文

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23 消息。 除了以上兩個網站,國內尚有許多國中小學教師的作品,對於學生日地月運行的了 解有很大的助益。 2.4.3 月亮單元網路資源票選 隨著網際網路的日益普及,兒童也成為使用全球資訊網的族群之一。但研究指出: 五、六年級的學童未能有計劃、有系統地搜尋,甚至連年紀較大的中學生也表現出類似 的趨勢,大多是快速地瀏覽網站,而不是仔細閱讀網頁(Large, Beheshti, & Rahman, 2002),所以學童若是漫無目的地隨意逛逛,常會一無所獲。若要成功地找到資訊,除 了入口網站的提供,更需要教師、家長的協助。故本研究為四年級學童挑選出數個月亮 單元之網路教材,且為使學童能達到最佳的學習效果,特別商請校內自然科教學經驗豐 富的資深教師協助以學習目標、內容適切性、網站的介面設計等各面向為依據來做篩 選,如以下幾點: (1)月亮的移動或月相變化的呈現清晰有條理,具邏輯性。 (2)網站介面操作十分容易,兒童可以輕易使用。 (3)網站資源內容適合四年級學童學習。 (4)多媒體技術運用不會造成視聽覺之困擾。 (5)互動式教學遊戲、引導兒童從遊戲中學習。 (6)所提供的圖片畫質清楚,且大小適中。 (7)能在十五秒內下載,不會花費太久時間。 依上列準則及學習主題(月亮的移動與多變的月亮),科學教師的選擇如圖2-6、 圖2-7、圖2-8、圖2-9、圖2-10、圖2-11六個:

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1. 我們一貣去賞月(http://w3.hyps.tp.edu.tw/~hy389/see.swf):此網站為台北縣教育局 自然與生活科技輔導團的數位教師共同製作。

圖 2-6:「月亮貣貣又落落」動畫

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25 2. 教育部數位資源教學網:一個月中月相的變化 (http://content.edu.tw/senior/earth/tp_ml/astra/moon_teach/moon.swf),為台北巿南 門國中吳昌任老師及塯公國中林詵怡老師共同創作。 圖 2-8:「一個月中月相的變化」動畫 3. 科學教育學習網(http://science.edu.tw/index.html)之地球科學/月相變化 圖 2-9:「科學教育學習網月相變化」動畫

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26 4. http://bcs.whfreeman.com/universe6e/cat_110/ch03/un03an01.swf 圖 2-10:W.H. Freeman「月相變化」動畫 5. http://highered.mcgraw-hill.com/olcweb/cgi/pluginpop.cgi?it=swf::800::600::/sites/dl/fre e/0072482621/78778/Lunar_Nav.swf::Lunar%20Phases%20Interactive 圖 2-11:McGraw-Hill「月相變化」動畫

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2.5 月相概念

近年來,科學教育普遍受到「建構主義取向」(Constructivism Approach)的影響,強 調學生是一個能主動建構知識,並能由本身經驗建構出意義的有機體(洪文東,民96)。 因此,教師教學前應先理解學生先期概念及自發性科學概念,提供不同的教材及學習策 略,當學生發生認知衝突,意識到自己的概念不足或和自然現象不一致時,需要以其他 的說法來取代自己原先的想法,因而相信科學的詮釋比他自己的看法更充分、更一致、 更有道理,以達到正確的科學概念學習與意義的建構(鄭麗玉,民89)。 小學自然與生活科技的教學內容包羅萬象,舉凡天文、物理、動植物、化學等皆網 羅其中。四年級學童雖對第一次接觸的天文課程感興趣,但涉及到時間、空間及運動方 面的限制,大多數學生對天文知識感到抽象、困難,常是一知半解。對教學者來說,更 是一大挑戰。以下針對學童月相迷思概念做討論: 2.5.1 迷思概念 洪文東(民96)彙整了數位學者(王美芬、熊召弟、段曉林、熊同鑫,民85;Glynn & Yeany,1991)的看法,提出此種兒童於接受正式教學前,以自己之想法去解釋所看到的 現象,稱為先期概念(Preconception)或自發概念。且當兒童發現本身所持有的概念與正 統概念不符合時,會相當地堅持,在科學教育上稱其為迷思概念(Misconception)。 2.5.2 月相迷思概念 目前國民小學四年級「月亮」單元的教學目標,包括:觀察月亮的位置及方位,察 覺月亮東升西落的現象;以及長期觀察、記錄月亮的盈虧變化,發現其與農曆之關係。 月亮的教學不應流於知識的灌輸,但「長期觀察」對師生來說都是一大挑戰,加上天氣 多變、教學時間無法與每天不同出沒時間的月亮做配合,以致學童在「月亮」單元的學 習大多感到困難。 四年級國小學童容易產生的月相迷思概念,根據學者們的研究,整理有以下幾點

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(Hubbard, 2008;Trundle, Atwood, & Christopher, 2007; 呂惠紅,民94; 陳小娟,民95; 賴 瑞芳,民91): 1. 在白天,只有太陽會在天空中運行。 2. 不了解月亮東升西落的移動路徑。 3. 缺乏「月亮出現時間一天比一天晚」的概念。 4. 月相的產生是地球的影子或雲朵遮蔽所致。 5. 不了解月相的週期,誤認一天也會有月形的變化。 6. 對於農曆日期和月相關係感到困惑。 7. 對於月相的變化順序模糊,分不清各月相的不同。 本研究依教育部頒布的課程標準,設計達到四年級天文單元課程目標之教案,期能 幫助學童獲得正確而有意義的科學概念。 2.5.3 月相迷思概念之相關研究 依下表,可發現近幾年來國內月相迷思概念之研究不少,且分別以不同的教學策 略、教材進行研究,包括:3D虛擬實境網站、角色扮演、模型操作、學生學習歷程檔案 的建立、專題本位的教學與學習、數位遊戲教學、繪本電子書等策略,其中資訊科技融 入教學的研究日益增加,顯現資訊科技在教學中已是不可或缺的。 表2-5:國內研究學者對月相迷思概念之研究結果 研究者(年代) 研究對象 研究方法及研究結果 廖家瑜(民100) 國小四年級 國小中年級學生在進行月亮數位遊戲教學後,以 實作評量或傳統評量測驗學童對月亮單元的學 習成效後測,顯著優異於進行一般教學的學生。 李原富(民99) 國小四年級 分別以電腦動畫、電腦簡報與教學VCD等三種不 同多媒體進行自然領域之月相概念教學,探討其 學習成就與學習動機。

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29 吳延慶(民97) 國小中年級 在「探究教學法」之理論基礎下,以十項月亮迷 思概念課程主題為教學內容,以3D虛擬實境網站 為數位傳播工具,完成數位教材。結果顯示採用 教師教學後學生再探究網站之探究式教學法學 習成效較佳。 馬紀楨(民97) 國小四年級 以3D動畫應用於國小四年級月相概念教學成 效,發現學童對此均抱持著正向與肯定的態度, 且能提升其立即學習成效,但在保留學習成效則 無顯著提升。 綜觀表2-5的研究結果發現,學生在月亮單元教學後,可以發現學生普遍存有許多 月相迷思概念,其發生原因源自學生本身之天文學概念架構發展不完全,甚至教師本身 對日、地、月相對運動概念的不了解,無法正確引導學生學習。但是,教師若能設計一 些別於傳統的教學模式,如:資訊融入教學、3D虛擬實境網站、模型操作、或是以探究 為主的教學,學生的月相迷思概念仍能釐清。 因此,本研究運用網路上月相變化之教學資源進行探究教學,請學生發表自己的想 法及觀察結果,並與同學或教師一貣切磋琢磨,一貣學習成長,期能達到月亮單元之教 學目標。

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三、研究方法

本研究配合國小四年級上學期自然與生活科技領域「月亮」單元的教材,主要探討 自變項為兩種教學策略(直接講述教學與探究教學法),對依變項(月相概念學習成就、 探究能力與電腦輔助教學環境態度)的影響,以提供國小自然科教師月亮單元教學之參 考。本章共分為五節,第一節為研究架構,第二節是研究對象,第三節是研究設計,第 四節為研究工具,第五節是資料處理與分析。

3.1 研究架構

本研究採用準實驗研究設計(Quasi-experimental Design),輔以問卷調查法進行研 究。研究中,研究者即教學者,以收集較真實性的資料。教學者於臺中巿某國小選取四 年級兩個班級,並隨機分配一班為實驗組,實施資訊融入探究教學;另一班則作為控制 組進行直接講述教學。 實驗教學前,實驗組與控制組皆施行「月相概念學習成就前測」、「學生資訊背景 資料」、「科學探究能力前測」與「電腦輔助教學環境態度前測」,實驗教學結束後立 即施行「月相概念學習成就後測」及「科學探究能力後測」與「電腦輔助教學環境態度 後測」。兩組學生皆接受前後測,以共變數分析(Analysis of Covariance;ANCOVA) 去除學生原來的背景差異,統計教學模式是否影響學生的概念學習。 本實驗的各變項如圖3-1所示:

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31 圖 3-1:研究架構圖 A.探究教學法 B.直接講 述教學 5E 學 習 環 教師直接 以「網路資 源」進行講 述教學。 自變項: 教學方法 A. 探究教 學法 B. 直接講 述教學 控制變項 1.實驗控制 ‧教學者 ‧教材內容 ‧教學時數 2.統計控制 ‧月相概念學習成就前測 依變項 ‧月相概念學習成就 ‧電腦輔助教學環境態度調查 ‧科學探究能力自評 參與 E1 (Engagement) 提出自然現象,引發學 童的興趣,再根據生活 經驗發現問題。 探索 E2 (Exploration) 利用「網路資源」進行 主題探究與整理。 解釋 E3 (Explanation) 學生藉由觀察與整理的 資料解釋自然現象,教 師依學童的發現,說明 正確科學概念。 評鑑 E5 (Evaluation) 進行成就測驗,對學童 的理解程度進行評量。 精緻化 E4 (Elaboration) 設計能引發學童更進一 步思考的問題,應用於 新的情境中。

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32 (一)自變項 本研究之自變項為教學方法。在兩種不同教學方法中,對「控制組」學生施 以一般傳統直接講述教學,按照教學內容及教材,由老師直接講解;對「實驗組」 學生施以引導式探究教學,即老師帶領學生運用網路資源進行探究學習。 (二)依變項 本研究之依變項為「月相概念學習成就測驗」、「科學探究能力」與「電腦 輔助教學環境態度」的得分。 (三)控制變項 1.實驗控制:為減少自變項以外的其他變項對本實驗所造成的影響,本實驗將兩 組教材內容、教學時間等保持一致,並由研究者擔任教學者,確保教學過程之實 施能實踐教學設計之理念。 2.統計控制:除上述的實驗控制外,因本研究是以臺中巿某國小之四年級兩個班 級學生進行實驗教學,由於研究對象並非隨機抽樣,故實驗進行為減少抽樣及實 驗誤差,蒐集兩個班級學生之「月相概念學習成就測驗」的前測分數作為共變數 分析之共變量,進行組內迴歸同質性考驗來加以統計控制。

3.2 研究對象

本研究之研究對象為臺中市某國小依常態編班之四年級學生-研究者教授之其中兩 班,合計 53 位學生(如表 3-1),分別稱為 A—實驗組、B—控制組,兩班學生三年級 下學期自然與生活科技領域學習成績並無顯著差異,以進行實驗教學與評估。 表 3-1:實驗對象統計表 組 別 性別 總人數 男 女 A—實驗組 13 14 26 B—控制組 11 14 27 合 計 24 28 53

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3.3 研究設計

3.3.1 教材選擇 本研究以九年一貫國民中小學課程一百學年度「自然與生活科技」學習領域中,康 軒版課本四年級上學期之「月亮」單元教材內容為基礎,再輔以網路資源,改編成科學 探究式教學活動設計。 本研究選擇使用之網路資源,即第二章提及之由科學教師票選,有以下幾個: (1) 科學教育學習網之地球科學/月相變化 (2) 我們一貣去賞月 (3) 台北巿南門國中吳昌任老師及塯公國中林詵怡老師共同創作之「月相變化」動 畫 (4) W.H. Freeman「月相變化」動畫 (5) McGraw-Hill「月相變化」動畫 3.3.2 教學設計 在康軒版國小自然與生活科技領域第三冊第一單元「月亮」的教學中,強調月亮的 教學不應流於知識的灌輸,務必讓學生實實在在的觀測、記錄,以發現月亮運行的軌跡 和月相變化的規律性。但這是一個多大的挑戰,對學生來說,長期觀測月亮 1~2 個月必 頇要有相當的耐心,加上天候的條件、地域的限制、治安問題、學生的課業壓力、觀察 興趣遞減,以及每日月出月沒時間的影響,學生不易掌握觀察的契機,觀察結果通常是 不完整的,學生當然無法根據不完整的資料來了解這遙不可及的月亮。因此,在月相概 念教學中學生的觀察活動結束之後,教師應選擇與發展適當的教材或媒體等,設計一個 系統化的教學方法,幫助學生建構完整的月相概念(王祥朝,民 93;呂惠虹,民 99)。 本研究選擇數個適合國小四年級學生學習之網路教材,以 5E 學習環教學模式,針 對所設計的教案,對「控制組」學生施以一般傳統直接講述教學;對「實驗組」學生施

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34 以引導式探究教學,讓學生依教師的提問能反覆觀看,並基於自己的先備知識與能力, 進行觀察、判斷的學習,使學生透過動態模擬畫面,在短時間內即能觀察月亮移動的路 徑及月相變化之全貌,並了解月相變化之成因。在兩組實驗之後,瞭解「直接講述教學」 與「引導式探究」之教學方式對學生科學探究能力之影響,以及其在國小「自然與生活 科技」學習領域上之教育意涵,教學流程見表 3-2,兩組在各方面的差異見表 3-3。 表 3-2:準實驗設計之教學流程 實驗組(N=26) 控制組(N=27) 控制變項 自 變 項 教學者 教材內容 教學時數 探究教學 直接講述教學 你知道的月 亮【3 節課】 1.月亮的故事 2.月球的表面 3.登陸月球 1.月亮的故事 2.月球的表面 3.登陸月球 依 變 項 月相概念學習成就前測 學生資訊背景資料 電腦輔助教學環境態度前測 科學探究能力前測 觀測月亮的 移動-1【2 節 課】 結構 化的 探究 教學 法 1.月亮在哪裡 2.月亮高度角的測量:製作「月亮 觀測器」 ◎教師提問並告知製作「月亮觀測 器」的方法,製作完成讓小朋友自 由探索如何使用,並在操作後發表 心得。 1.月亮在哪裡 2.月亮高度角的測量:製 作「月亮觀測器」 觀測月亮的 移動-2【3 節 課】 引導 式探 究教 學法 參與 探索 解釋 精緻 ◎上一節課,使用「月亮觀 測器」後,你發現了什麼? ◎透過「網路資源」進行探 究:一天當中,月亮的位 置怎麼移動? ◎回答問題、討論 ◎連續兩天,在同一位置, 月亮的位置會改變嗎? ◎教師直接以「網路資 源」進行講述教學

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35 化 解釋 同一時間點觀測月亮,會 發現月亮的位置有何變 化?代表什麼訊息? ◎回答問題、討論 多變的月亮 【3 節課】 引導 式探 究教 學法 參與 探索 解釋 精緻 化 解釋 評鑑 1. 月亮的形狀 2.月亮的形狀怎麼變化 3.月形變化的規律性 ◎月亮謎語。 ◎透過「網路資源」進行探 究: 不同的日子看到的月 亮,形狀都相同嗎? 月形變化的順序是怎樣 的呢? 有規律性嗎? 為什麼月亮的形狀會有 這樣的變化? 月形變化的週期有多 長?和哪一種曆法有關? ◎看完以上動畫,請小朋友 先說說自己的發現,再回 答問題。 ◎仔細看看月亮表面的明 暗花紋,你有什麼發現 呢? 明暗花紋會改變嗎? 為什麼? ◎回答問題、討論 ◎月相遊戲評量及各項後測 1. 月亮的形狀 2.月亮的形狀怎麼變化 3.月形變化的規律性 ◎教師直接以「網路資 源」進行講述教學 依 變 項 月相概念學習成就後測 電腦輔助教學環境態度後測 科學探究能力後測 進 行 資 料 分 析

數據

圖 2-2:三階段的學習循環論
圖 2-6:「月亮貣貣又落落」動畫

參考文獻

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