國小職前科學教師對於探究教學專業知能成長之個案研究-以指導科展為例

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(1)國立臺中教育大學科學應用與推廣學系科學教育碩士學位暑期在職進修專班碩士論文指導教授：吳穎沺博士. 國小職前科學教師對於探究教學專業知能成長之個案研究-以指導科展為例 The Development of Preservice Pedagogical Content Knowledge Regarding Inquiry-based Instruction: A Case Study. 研究生：陳依珮撰. 中華民國 100 年 9 月.

(2) 致. 謝. 完成了論文，我的階段目標終於達成，感謝這三年來，師長們的辛勤指導、家人的大力支持和同事、同學、朋友們的打氣陪伴，這本論文才能順利完成，心中的感恩無法用筆墨來形容。感謝指導我的吳穎沺博士，在我茫然無方向的時候指引我，在我思緒困頓的時候耐心指導，在我鑽牛角尖的時候給我當頭棒喝，一次又一次的指導，犧牲了自己的休閒時間，只為了讓我們能學習紮實並完成論文順利畢業。深受您身教言教洗禮的我，覺得自己脫胎換骨，學習之路又跨出一大步。同時，也要感謝游淑媚和邱國力博士，為我的論文提供許多專業的指導與見解，讓我的論文更具深度和廣度。感謝一路支持與幫助我的宗榮、玉萍和世銘，以及伙伴們：朝升、穎慧、銘傳、沛潔…等，有你們的鼎力相助，我才能堅持到最後。以及每次在電腦的那一端支持我的好友依潔，有你的支持是我最大的心靈力量。還有在這碩士生涯三年來任教的線西和大成國小的校長、主任和同事們的鼓勵與體諒，讓我順利完成學業。而今心懷感謝與喜樂的我即將從研究所畢業，尤其感恩我的爸媽、妹妹、婆婆和小姑，幫助照顧我的兩個寶貝和許多事。以及感恩每天陪著我的先生：俊傑，和可愛的兩個孩子：奕翔、文廷，有你們陪著我南北奔波與指導老師討論、分擔家事讓我專心論文、認真課業不讓我擔心…，將支持化作行動，都是我滿溢的親情力量，支持我一路成長，以此篇論文獻給我摯愛的親人，一同分享我的喜悅。. 陳依珮謹誌 2011.10.

(3) 中文摘要近年來「探究」已是教科學的中心策略，在科學教室中，教師要用探究式教學帶領學生進行探究學習活動，而國外學者認為探究最好的例子是科展，且科展是教室中最常見的開放式探究活動，但國內學者分析，認為科學教師普遍缺乏足夠的科學探究指導能力，這值得師資培育者所重視。本研究採以個案研究之方式進行，以mentor指導職前科學教師，運用認知師徒制的modeling和coaching教學為教學策略，旨在增進職前科學教師對於探究教學的專業知能之成長。本研究的職前科學教師是以教育大學科學教育相關學系的三年級學生為對象，安排於台中某國小對高年級學童實施科展製作的探究教學，而且以指導科展有六年經驗，並多次帶領學生參加全國和全縣科展獲得佳績的優秀教師為mentor來指導。本研究蒐集職前科學教師的訪談、反思和指導日誌，以及課室錄影和學生日誌等相關資料作為質性分析之依據。本研究發現職前科學教師經mentor的指導後，能改變與增加探究教學之PCK，更可能促使在探究教學取向、對於探究教學的知識、對於學生探究學習的知識、對於探究學習評量的知識和對於探究教學策略這五面向的知識發展更多元，並發現職前科學教師在學習歷程中對於探究教學的知識、對於學生探究學習的知識、對於探究學習評量的知識和對於探究教學策略的知識所遇到的困難。. 關鍵字：探究教學、mentor、學科教學知識、職前科學教師、科展. I.

(4) Abstract Undoubtedly, improving student ability to conduct scientific inquiry has been recognized as one of the important goals for science education. As a result, science fairs, which is recognized as the most common format of “open-inquiry” activities in science classrooms, has been hightlighted. However, previous research has revealed elementary school teachers’ insufficient ability in guiding students’ science fair projects. Terefore, improving preservice teachers’ ability in guiding students’ science fair projects should be of much importance. To this end, with a case study research method, this study aimed to explore the development of preservice teachers’ pedagogical contant knowledge (PCK) regarding inquiry-based instruction. In this study, four preservice teachers were involved as the subjects of this study, and an experienced elementary teacher in guiding science fair projects participated as the “mentor” of the four preservice teachers. Two preservice teachers were assigned to be a teacher group, and the two teacher groups were asked to guide a group of four 5-graders to complete a science fair project respectively. And, the mentor was asked to guide the preservice teachers’ instruction with modeling and coaching them. Several qualitative data, including preservice teachers’ reflection and interviews, classroom videotapes, tape-recorded discussions between preservice teachers and mentor, elementary students’ interviews, and the mentor’s reflection, were collected in this study. This study revealed the effects of the use of mentor in the development of preservice teachers’ PCK regarding inquiry-based instruction. Also, implications for teacher education and teacher professional development are discussed.. Keywords：inquiry-based instruction, mentor, pedagogical conyent knowledge(PCK), preservice teacher, science fair. II.

(5) 目次中文摘要.................................................................................................................................. Ⅰ 英文摘要.................................................................................................................................. Ⅱ 目次.......................................................................................................................................... Ⅲ 表次.......................................................................................................................................... Ⅴ 圖次.......................................................................................................................................... Ⅶ 第一章. 緒論 ........................................................................................................................... 1. 第一節研究背景和動機.................................................................................................... 1 第二節研究目的................................................................................................................ 3 第三節研究問題................................................................................................................ 3 第四節名詞定義................................................................................................................ 4 第五節研究限制................................................................................................................ 6 第二章. 文獻探討 ................................................................................................................... 7. 第一節探究學習活動與科展製作.................................................................................... 7 第二節科學教師對於探究教學的 PCK ......................................................................... 16 第三節 mentor 和認知師徒制.......................................................................................... 27 第三章. 研究方法 ................................................................................................................. 33. 第一節第二節第三節第四節第五節第六節第四章. 研究概念與架構.................................................................................................. 33 參與研究對象...................................................................................................... 34 研究流程.............................................................................................................. 35 研究工具.............................................................................................................. 38 資料蒐集.............................................................................................................. 39 資料處理與分析.................................................................................................. 41. 研究結果與討論 ..................................................................................................... 49. 第一節 mentor 指導對於職前科學教師的「探究教學取向」改變的成效與職前科學教師在專業成長歷程中遭遇的困難...................................................................... 49 第二節 mentor 指導對於職前科學教師的「對於探究教學的知識」改變的成效與職前科學教師在專業成長歷程中遭遇的困難.......................................................... 54 第三節 mentor 指導對於職前科學教師的「對於學生探究理解的知識」改變的成效與職前科學教師在專業成長歷程中遭遇的困難................................................ 125 第四節 mentor 指導對於職前科學教師的「對於探究學習評量的知識」改變的成效與. III.

(6) 職前科學教師在專業成長歷程中遭遇的困難................................................ 148 第五節 mentor 指導對於職前科學教師的「對於探究教學策略的知識」改變的成效與職前科學教師在專業成長歷程中遭遇的困難................................................ 159 第六節小結.................................................................................................................... 186 第五章. 結論與建議 ........................................................................................................... 189. 第一節結論.................................................................................................................... 189 第二節建議.................................................................................................................... 191 參考文獻................................................................................................................................ 195 附錄........................................................................................................................................ 205 附錄一附錄二附錄三. 探究教學取向和探究教學自我效能問卷..................................................... 205 科展指導日誌................................................................................................. 207 教師反思日誌................................................................................................. 208. 附件四附件五. 學生探究活動學習與心得訪談問卷............................................................. 220 學生日誌......................................................................................................... 225. IV.

(7) 表次表 2-1-1 探究架構 .................................................................................................................. 11 表 2-1-2 探究架構整理表....................................................................................................... 12 表 2-1-3 探究活動的開放層次 ............................................................................................. 13 表 2-2-1 科學教師的「PCK」和探究教學的「PCK」對照表............................................ 24 表 3-2-1 科學探究學習社團教師與學生小組組別表........................................................... 34 表 3-3-1 甘特圖....................................................................................................................... 38 表 3-5-1 資料蒐集項目、對象和時間點 ............................................................................... 40 表 3-6-1 探究教學之 PCK 的五個面向及其組成................................................................. 42 表 3-6-2 資料和研究目的的雙向細目表 ............................................................................... 45 表 3-6-3 教師訪談內容編碼原則........................................................................................... 46 表 3-6-4 教師反思日誌和學生日誌編碼原則....................................................................... 46 表 3-6-5 討論紀錄編碼原則................................................................................................... 47 表 3-6-6 第二階段職前科學教師間討論編碼原則............................................................... 47 表 3-6-7 學生訪談內容編碼原則........................................................................................... 48 表 4-1-1 教師對於探究教學的開放程度與改變................................................................... 50 表 4-2-1 教師對於探究教學觀點的理解與改變................................................................... 59 表 4-2-2 教師對於探究教學形成問題階段的內容與注意事項的理解與改變................... 71 表 4-2-3 教師對於探究教學設計計畫階段的內容與注意事項的理解與改變................... 81 表 4-2-4 教師對於探究教學執行計畫階段的內容與注意事項的理解與改變................... 84 表 4-2-5 教師對於探究教學寫結論階段的內容與注意事項的理解與改變....................... 87 表 4-2-6 教師對於探究教學報告階段的內容與注意事項的理解與改變........................... 91 表 4-2-7 教師對於探究教學每階段的內容與注意事項的理解之改變............................... 92 表 4-2-8 教師對於探究教學形成問題階段所須具備的技能的了解與改變....................... 98 表 4-2-9 教師對於探究教學設計計畫階段具備能力的了解與改變................................. 100 表 4-2-10 教師對於探究教學執行計畫階段所須具備的技能的了解與改變................... 102 表 4-2-11 教師對於探究教學寫結論階段所須具備的技能的了解與改變 ....................... 104 表 4-2-12 教師對於探究教學報告階段的能力的了解與改變........................................... 105 表 4-2-13 教師對於探究教學每階段所須具備的技能的理解與改變............................... 106 表 4-2-14 教師對於此探究活動相關的科學知識和科學實驗的理解與改變 ................... 114 表 4-2-15 教師對於此探究活動相關的科學器材和材料的了解與改變 ........................... 119 表 4-2-16 教師對於不同科學學科探究活動的內涵與其特色的理解與改變................... 122 表 4-2-17 職前科學教師「對於探究教學的知識」的理解與改變 ................................... 124 表 4-3-1 教師了解學生的興趣與改變................................................................................. 127 表 4-3-2 教師了解學生的先備知識與改變 ......................................................................... 130. V.

(8) 表 4-3-3 教師了解學生的先備技能與改變......................................................................... 136 表 4-3-4 教師了解對於學生在進行探究活動時學習困難的了解與改變......................... 144 表 4-3-5 職前科學教師「對於學生探究學習理解的知識」的理解與改變 ..................... 145 表 4-4-1 教師了解有哪些評量方式可以評量學生的探究學習情況與改變 ..................... 150 表 4-4-2 教師如何在過程中去評量學生的探究學習的成效與改變................................. 153 表 4-4-3 教師如何評量學生的探究學習的結果與改變 ..................................................... 156 表 4-4-4 職前科學教師「對於學生探究評量的知識」理解與改變 ................................. 157 表 4-5-1 教師對於在探究教學中可用的教學策略的了解與改變 ..................................... 168 表 4-5-2 教師在探究教學中實際運用的教學策略與改變................................................. 179 表 4-5-3 職前科學教師「對於探究教學策略的知識」理解與改變 ................................. 180 表 4-6-1 職前科學教師的「探究教學的 PCK」理解 ........................................................ 187. VI.

(9) 圖次圖 3-1-1 研究架構圖 ............................................................................................................... 33 圖 3-3-1 研究流程圖 ............................................................................................................... 35 圖 3-3-2 實施階段流程圖 ....................................................................................................... 36 圖 3-3-3 第二階段 modeling 和 coaching 的研究流程圖...................................................... 37 圖 3-5-1 蒐集資料流程圖 ....................................................................................................... 41. VII.

(10) VIII.

(11) 第一章緒論在本章緒論中，共分為五節，分別敘述本文之研究背景與動機、研究目的、研究問題、研究範圍與限制，並進一步對於研究中所提及之重要名詞予以定義與解釋。. 第一節研究背景和動機「探究」（inquiry）在科學領域持續提倡了很久，美國現今仍以「探究」為科學教育的中心，用來做良好的科學教學與學習的特質（Anderson, 2002）。近年來，「探究」深受各國科學教育研究者的青睞，如美國提出了課程改革，制定國家科學教育標準（National Science Education Standards, NSES），就選擇重視「探究」（Keys & Bryan, 2001; Anderson, 2002），希望新課程的改革能引導學生主動與延伸科學探究的活動，包含探究理解與探究技能。不僅是美國，黎巴嫩也實施新的科學課程，希望發展學生的理解與科學探究能力；以色列也於探究實驗室實施的背景下，努力以高中化學課程作為科學教育的全面改革的起始，幫助學生達到科學素養與發展概念的理解；委內瑞拉頒布可探索的科學探究概念的科學課程，把探究包括在各個活動和地區問題上（Abd-El-Khalick et al., 2004）。在國內的科學教育也一樣重視「探究」，展開了課程的革新，教育部於1997年進行國民中小學「國民教育階段九年一貫課程綱要」的課程修訂，2003年開始施行九年一貫課程，在自然與生活科技課程綱要中重視學習應以探究和實作的方式來進行，引導學生進行科學探究，強調以學習者的活動為主體，藉由合作學習來獲得科學智能、習得各種操作技能，及科學態度（教育部，2003）。綜合上述，許多國家政策、課程等都顯示「探究」在科學學習領域中的重要，身為在教學現場的科學教師應該以學生學習為主體，引導學生做科學的探究。. 1.

(12) 而「探究」活動按照讓學生自主的開放程度，可分為食譜式、結構式、引導式和開放式探究（Herron, 1971）。開放式探究比起食譜式探究能讓學生獲得高層次的思考能力（林淑靜，2006）、增加計畫的能力（林淑靜，2006；白佩宜，2009），並在科學素養能力方面獲得較多的提昇（陳麗美，2004）。而科學展覽專題活動（science fair）是在科學教室中最常見的開放式探究活動（Colburn, 2000; Bell, Smetana & Binns, 2005）。我國也一直強調科學展覽活動（以下簡稱科展）的重要性。科展自民國四十九年開辦以來，在科學教育裡一直備受重視。在這五十年期間，歷經新課程和九年一貫課程綱要，尤其在九年一貫中，自然與生活科技學習領域之課程綱要也建議教師的教學實施宜設計及經營學習的環境，使學生有時間、有空間從事延伸性的探究活動，並鼓勵做課外的主題研究，讓學生獲得深切探索科學的機會，以促進探究的風氣（教育部， 2003）。然而，多數中小學教師而言，並未曾真實體驗科學探究活動，以致在指導學生科學探究上時多遭遇困難（Solomon, 1994；引自黃鴻博，2000）。黃鴻博（1996）調查台灣中部地區的國小科展活動運作實施的情況與問題，調查結果指出在學校的教師普遍缺乏足夠的科學探究指導能力，甚至許多老師是害怕指導科展的，並且在黃鴻博（2000）的研究中亦發現，指導科展的教師比較多是被指派的、迫於無奈的。此外，邱月良（2003）的研究也指出，多數具有數理背景的教師會被校方指派擔任指導科展，是非個人自願的，因此其努力、持續力與結果堪慮。推究其原因可能是在師資培育階段缺少科展探究活動的教學課程來培養教師的能力。而對大部分的教師來說，科展乃學校指派級任的行政工作或是指派給初任教師來指導。詹秀玉和郭靜姿（2007）的調查研究就明白指出，指導科展之教師認為師資培育課程對其指導科展幫助並不大，指導科展的知能需要長期自我摸索。因此，如何在師資培育的養成階段增進職前教師對於探究教學的知能，特別是指導科展製作的能力，這. 2.

(13) 是值得重視的議題。本研究的研究動機是試圖以mentor的指導方式去促進其探究教學知能，期望以此研究，能給予師資培育機構實質的建議。. 第二節研究目的基於以上研究背景和動機，本研究試圖以科展教學資歷豐富的專家教師為mentor對「職前科學教師」進行「科展製作活動」的指導，並結合認知師徒制的modeling教學和 coaching 教學的教師專業成長策略，了解其成效。探究教學之學科教學知識（pedagogical content knowledge, 以下簡稱PCK）是教師運用知識，進行探究教學的行為，所以教師對於探究教學的進行取決於探究教學之PCK。因此，本研究著重於此，藉「科展製作活動」期望職前科學教師建構其探究教學的實務教學知識，並經由回饋和自我反思來精煉探究教學之PCK。因此本研究之目的如下：. 一、探討教師專業成長策略對於職前科學教師在探究教學歷程中，其探究教學的PCK 成長之成效。二、以教師專業成長策略促進職前科學教師成長，了解職前科學教師在專業成長歷程中的困難。. 第三節研究問題基於研究的動機與目的，本研究的研究問題為：一、分析職前科學教師在mentor的指導教學下，其探究教學的PCK成長為何？. 3.

(14) 1-1 探究教學取向之改變為何？ 1-2 對於探究教學的知識之改變為何？ 1-3 對於學生探究學習的知識之改變為何？ 1-4 對於探究學習評量的知識之改變為何？ 1-5 對於探究教學策略的知識之改變為何？二、分析職前科學教師在mentor的指導教學下，職前科學教師在經歷探究教學歷程中的困難有哪些？. 第四節名詞定義一、探究活動（inquiry activity）「探究活動」是科學教學的中心策略，其目的在強調科學能力的培養（顏弘志， 2004）。而本研究的探究活動是指學生在完成一個科展（science fair）作品製作的學習過程。二、探究教學（inquiry teaching）「探究教學」是教科學的中心策略，是從學生經歷探究到真實問題的產生（NRC, 1996）。本研究的探究教學是指職前科學教師指導學生科展（science fair）製作的探究教學活動。三、學科教學知識（pedagogical content knowledge, PCK）本研究所指的「學科教學知識」（以下簡稱PCK）是和科學教育的專家討論後定義為教師教學中所需要具備的教學專業知識。而「PCK」是Shulman（1986）所提出的教. 4.

(15) 師知識的一種特殊形式，屬於教師專業的表現，即是指於實際教學脈絡中運用知識和經驗，除了需要融合內容知識和一般教學知識，也需要考慮對學生及其特質的瞭解和教育環境脈絡的瞭解（Shulman, 1987）。Magnusson，Krajcik和Borko（1999）指出科學教師的「PCK」組成包括五面向：科學教學取向、對於科學課程的知識、對於學生科學理解的知識、對於科學評量的知識和對於教學策略的知識。四、探究教學之PCK 本研究的探究教學之PCK，是指職前科學教師指導科展所展現的探究教學之PCK，本研究依據Magnusson，Krajcik和Borko（1999）的科學教師的PCK之五個組成面向，與科學教育領域的專家討論來分成探究教學之PCK的五個面向：(一)探究教學取向，(二) 對於探究教學的知識，(三)對於學生探究學習的知識，(四)對於探究學習評量的知識， (五)對於探究教學策略的知識。五、mentor 「mentor」一詞源起於荷馬史詩的奧德塞（Odyssey）這一篇故事的人物名稱。熊同鑫與張文華（2006）指出「曼托」（以下簡稱mentor）的角色代表充滿豐富智慧知能的人，在整個師資培育系統中能輔導職前教師學習和其專業發展，同時在師資培育發展中是代表「專業」的地位。本研究的mentor是一位指導學生製作科展有六年豐富經驗的教師，其多次帶領學生做科展獲得全縣和全國佳績，是一位表現績優的教師，本研究以此專家教師為認知師徒教學法的「mentor」。六、modeling教學 Collins、Brown 與 Newman（1989）指出「modeling」是「認知師徒制」（cognitive apprenticeship）的核心之一，旨在幫助學生透過觀察過程和實施的引導和支持中獲得一集成的認知和後設認知技能。本研究「modeling」教學策略是指以具有豐富實務經驗的. 5.

(16) 專家教師當「mentor」引領職前科學教師進行學習，強調展示科展製作活動的教學，使職前科學教師可以觀察並建立一個教學的概念型態，為情境中觀察與主動學習的一種師徒制學習策略。七、coaching教學本研究的「coaching」也是「認知師徒制」（cognitive apprenticeship）的核心之一（Collins, Brown, & Newman, 1989）。本研究之「coaching」教學策略以認知學徒制(cognitive apprenticeship)為其學習理論，主要係以職前科學教師進行科展製作活動的教學，在歷程中「mentor」提供線索、鷹架、回饋、提示等，mentor也會針對職前科學教師忽視的或已知卻暫時被忽視的部分進行引導，讓職前科學教師更接近專家教師的表現，為隨時介入指導的一種師徒制學習策略。. 第五節研究限制本研究採個案研究方式進行，因為研究的數量少，加上是針對職前科學教師，以「mentor」採用「modeling」教學結合「coaching」教學的認知師徒制學習策略以促進職前科學教師的「探究教學之PCK」之成長進行探討。因此，研究結果不宜過度推論到其他對象、其他的PCK或其他教師教學專業成長中。. 6.

(17) 第二章文獻探討依據本研究目的，針對探究、教師的專業發展等相關文獻來閱讀、探討，以下依序就「探究學習活動與科展製作」、「科學教師對於探究教學的PCK」與「mentor和認知師徒制」進行分析和探討，第一節探討「探究學習活動與科展製作」，將分別對「探究的意涵」和「探究活動的歷程」，「科展製作與探究活動」來分析。第二節探討「科學教師對於探究教學的PCK」，將分別對「探究教學的意涵」和「PCK」來分析與探討。第三節探討「mentor」和「認知師徒制（cognitive apprenticeship）」來分析與探討。. 第一節探究學習活動與科展製作壹、探究的意涵「探究」代表科學教育的本質（Keys & Bryan, 2001）。 Anderson（2002）指出「探究」在科學領域延續十年之久，並是科學教育者持續重視的，將「探究」當作良好的科學的教學與學習的特質，而透過美國國家科學教育標準（以下簡稱NSES），「探究」被視為能發展能力和知識的好基礎。NSES中指出，促進「探究」是教科學的中心策略（NRC, 1996）。「探究」的定義是學生在活動中發展他們的知識和科學想法和理解，以及理解科學家如何研究自然世界（NRC, 1996）。Anderson（2002）也指出「探究」的這個定義反映出理解科學知識怎樣進行。另外，NSES內容還指出：. 「探究」是一種多元的活動，包括做觀察，提出問題，研究書籍及其他來源資料，看看什麼是已知的，規劃調查，審查什麼是已知的實驗證據，使用工具來收集、分析和解釋數據，提出答案、解釋、和預測，與溝通結果。探究需要定義假設，用批判和邏輯思考和考慮選擇解釋。（NRC, 1996, p. 23）. 7.

(18) NRC在2000年特別出了「Inquiry and the National Science Education Standard」一書，指出「探究」是NSES的中心，「探究」結合「科學」和「教室」於科學教育中，期望提高學習品質，讓學生建立好奇心、獲得探究技能、發展科學思想的知識和理解科學家的工作。也有學者說「探究」是密切調查在尋求發現，學生去瀏覽、比較、調查和重複他的行動，試圖去發現，也就是發現的過程（Prairie，2005）。還有學者認為「探究」既是一種思考的歷程，也是一種蒐集資料的過程；既是一種了解事務的過程，也是一種建構內在知識體系的方法（洪文東，2007）。學者Duschl（2004）更指出「探究」在科學教育的特性包括科學過程、科學的方法、實驗方法、解決問題和構想出問題並制定假設、設計實驗、收集與分析數據，且得出結論，還有所產生的概念的理解、檢查科學解釋的限制、方法策略、知識作為「暫時真理」、實際工作中尋找和探索的問題、獨立思考、創意發明能力和實踐活動（Abd-El-Khalick et al., 2004）。對於探究用在學習的方面，NSES中指出「探究」用在學習的內容：. 學科科學包含廣義的自然科學、生命科學、地球和太空科學，主要著重在所有學生知道、理解和使用的科學事實、概念、原理、理論和模式。探究是廣於「科學是一種過程」的，有學生學習的技能，例如觀察、推理和實驗，而新的觀點則是包含「科學過程」，需要學生結合科學過程和科學的知識，在他們要使用科學理論和批判的思考來發展他們對科學的理解，在探究中幫助學生去發展：科學觀念的理解、評鑑在科學中我們所瞭解的「我們如何知道」、自然科學的理解、技能必須變成有關自然世界的獨立探究和在科學中支配使用技能、能力與態度聯結。在教學的脈絡中，探究似乎被用在多種的方式，但不包括仔細的去區別差異，它被視為兩者，一種是教學模式和一種是學習活動（Anderson, 2002）。我們可以這樣看，當探究實施於教學脈絡中，以教師的角度來看，是探究教學活動，以學生的角度來. 8.

(19) 看，是探究學習活動。顏弘志（2004）指出「探究活動」是科學教學的中心策略，其目的在強調科學能力的培養，而探究教學可以說是美國科學教育的新目標，並認為NSES 中指出以探究為基礎的教學將是學生學習科學知識的有力的手段，所以教師在與學生互動時，應聚焦和支持「探究活動」。綜合上述學者的觀點和NSES的探究的意涵與探究學習內容標準，探究教學是一個科學學習的情境，它也是一個教學或學習的策略，而探究學習包含三個層面： (一)學習科學相關的內容：包含學生所應該知道的科學原理、知識內容與概念。 (二)學習動手做科學：從過程中學得過程技能、創新思考與推理能力。 (三)學習科學相關的態度：科學當作是人類活動、理解的方式。貳、探究活動的歷程 Crawford（2000）認為以探究為基礎的科學活動與動手做實驗式不同的，因為以探究為基礎的科學活動是在真實情境下進行的學習歷程。在成功的科學教室，學生常常以探究開始一個新的活動，學生想出一些問題並設計出一些方法去解答他們的疑惑，收集資料並決定如何去呈現它，他們組織資料並產生知識，且需驗證他們所獲得之知識的可信度。在探索的過程中，學生彼此解釋並論述他們的成果，以及學習去處理一些問題，如儀器的限制，或是回應教師、同學所提出來的問題。學生評估他們努力的成果，他們對所收集的資料進行鑑定、再次檢驗，如果有需要的話，就收集更多的資料，歸納他們的發現並寫成報告。他們向班上其他同學報告計劃和發表研究報告，並接受他人建設性的評論（NRC, 1996）。有學者將探究活動的歷程分出幾個階段，按照階段來進行教學，如Mintzes、 Wandersee 與 Novak（1999）以問題為探究的開始，將探究活動分為四個階段：導入階段（Precursor Phase）：提出與精煉問題. 9.

(20) 計畫階段（Planning Phase）：發展計畫去回答問題實行階段（Implementation Phase）：分析資料終止與延伸階段（Closure and Extension Phase）：寫報告而Palincsar、Magnusson 與 Vincent（2002）的研究指出探究應該是以引起學生興趣開始，是一個不斷的循環歷程，共分為五個階段進行。第一階段：引起學生興趣開始第二階段：進入預備探究階段，包括解釋與設計、確定問題、方法與材料第三階段：進入探究階段，探究完後在小組內溝通分享、與預備報告第四階段：當小組有了共識之後，再提出主張與證據第五階段：進行報告，向全班進行解釋與其經驗間的關係 Lee, Buxton, Lewis 與 LeRoy（2006）為支援學生探究學習，為使探究過程明確，允許在探究中開放讓學生決定，以促進學生主動性和為自己學習的責任感，依探究學習歷程提出探究架構，如表2-1-1所示。框架中的圖作為參照點，幫助學生思考和組織自己的探究。. 10.

(21) 表 2-1-1 探究架構形成問題（Questioning）. 確定問題什麼是我想要找到的？[寫下問題的形式] 做假設我想到什麼將發生？. 設計計畫（Planning）. 做一個計劃說明這些問題[思考、說明、寫下] 什麼資料是我所需要的？什麼程序或步驟將使我取得正確的資訊？我將如何觀察和記錄結果？. 執行（Implementing）. 搜尋資料執行我的計畫，需要什麼資料？接著[續]程序執行我的計畫需要什麼步驟? 觀察[查看]和記錄結果在我執行我的計畫後發生什麼？我觀察到什麼？我如何顯示我的結果？[用圖、圖表、表]. 寫結論（Concluding）. 畫出結論我發現出什麼？我的證據支持我的假設嗎？. 報告（Reporting）. 分享我的結果[非正式的] 我想要告訴其他人什麼活動？產生報告[正式] 記錄我做什麼是其他人能學的考慮不同方式去表示我的知識[信息]. 探究學習除了是以學生為主的探究活動，還讓學生在真實情境下進行探究學習的歷程。依照探究活動是以學生學習為中心的教學活動，與探究歷程階段來看，探究起源於問題，為了尋求問題的答案而設計計畫，實作而得知數據資料分析後，分享與呈現報告，綜合上述，整理NSES和研究者所提出的探究歷程階段，如表2-1-2所示。. 11.

(22) 表 2-1-2 探究架構整理表 NSES（NRC, 1996） Mintzes、Wandersee 與 Novak（1999）以探究開始一個新導入階段的活動，學生想出一些問題設計出一些方法去計畫階段解答他們的疑惑收集資料並決定如實行階段何去呈現它，他們組織資料並且產生知識，並且驗證他們所獲得之知識的可信度學生彼此解釋並證終止與延伸階段明他們的成果. Palincsar、Magnusson Lee、Buxton、Lewis 與 Vincent（2002）與 LeRoy（2006）引起學生興趣開始形成問題進入預備探究階段進入預備探究階段. 設計計畫. 進入探究階段. 執行. 當小組有了共識之寫結論後，再提出主張與證據進行報告報告. 歸納他們的發現並終止與延伸階段寫成報告. 發現Lee、Buxton、Lewis 與 LeRoy（2006）所提出的形成問題、設計計畫、執行計畫、寫結論和報告的五個階段能符合NSES所描述的學生的探究學習歷程，也涵蓋所列的探究歷程，並且能將細項內容分列出來並輔以圖示，是研究者認為能支援學生探究學習的架構。學生在探究活動中若是以教師給予教學有多少可以自主的學習來說，即為讓學生探究學習開放的程度來分類，可分多個層次，將Schwab（1962）依據科學探究發現方法來分類分成三層：基礎階層是教師將研究問題和方法步驟都提供給學生，讓學生找出答案；中間階層是教師提供研究問題，至於方法和步驟未提供，並要學生找出答案；高層度階層是研究問題、方法步驟和答案教師皆未提供，由學生自己去探究，思考設計. 12.

(23) 活動去解決問題。Colburn（2000）對探究活動的分類是食譜式探究：提供問題、方法和結果；結構式探究：提供問題、方法；引導式探究：僅提供問題，其他開放，或開放式探究：將問題、方法、結果都開放。Herron（1971）依Schwab的三層次科學探究活動，再提出在基礎階層之前的零階層，也就是研究問題、方法步驟和答案都提供給學生。而國內學者洪振方（2003）有不同的分類方式，他提出的探究活動分類，不僅將探究問題的開放性以師生導向來論，過程和結果的開放性以開放性與否來論，更提出是否給學生引導或鷹架的新思維--有結構性與否，共三維分類：第一個向度是教師導向相對於學生導向，分別與程度在於探究問題的提出是教師或學生；第二個向度是開放式相對於封閉式，分別在答案與解題的路徑只有一個就是封閉式，有很多可能的答案與解題的路徑就偏於開放式；第三個向度是非結構式相對於結構式，分別在是否給予學生引導與設計好具有組織的活動。因為所選擇每一向度的導向不同，教師的教法就會受到影響。研究者依據Schwab對探究活動的分類，整理其他學者所提出的，將探究活動的歷程依開放程度來分出探究不同層次，零階層為等級「0」，基礎階層為等級「1」，中間階層為等級「2」和高層度階層為等級「3」，並以是否提供問題為「形成問題」，方法為「設計計畫」，步驟為「執行計畫」，結果為「結論」，再以師生互動中是以教師或學生為主為「師生互動」整理如表2-1-3：表 2-1-3 探究活動的開放層次等級. 形成問題. 設計計劃. 執行計畫. 結論. 師生互動. 名稱. 0. 給予. 給予. 給予. 給予. 教師. 食譜式探究. 1. 給予. 給予. 給予. 開放. 教師. 結構式探究. 2. 給予. 開放. 開放. 開放. 師生. 引導式探究. 3. 開放. 開放. 開放. 開放. 學生. 開放式探究. 13.

(24) 參、科展製作與探究活動. 澳洲學者 Treagust 在 2001 年國際科學教育會議中指出探究最好的例子是「科學展覽」（science fair）這種的科學競賽（Abd-El-Khalick et al., 2004）。而科學展覽專題活動（science fair）是在科學教室中最常見的開放式探究活動（Colburn, 2000; Bell, Smetana & Binns, 2005）。在國內，國立台灣科學教育館於民國四十五年創建，負責推動中小學及大眾科學教育之工作，自民國四十九年創設「中小學科學展覽」，是重要的科學競賽活動，也是最早的定期展覽。參展作品係來自全國各級中小學校經地方展覽後，選拔出優秀作品送至全國參展（國立台灣科學教育館，2010）。為提高全民科學素養，輔導中、小學校推行科學教育，於民國九十四年發布「中華民國中小學科學展覽會實施要點」，宗旨以激發學生對科學研習之興趣與獨立研究之潛能，提高學生對科學之思考力、創造力，與技術創新能力，培養學生對科學之正確觀念及態度，倡導中小學科學研究風氣，協助科學教育之發展。為了促進探究的風氣，除了設立台灣科學教育館推行科學展覽活動之外，在自然與生活科技學習領域的課程綱要中建議教師的教學實施宜設計及經營學習的環境，使學生有時間、有空間從事學習活動，也明列教師的教學實施宜安排時間使學生從事延伸性的探究活動，讓學生能有深切探索科學的機會（教育部，2003），來大力支持科學展覽活動能深入校園之中。黃鴻博（2000）認為學生從事科展製作的科學探究活動，能讓學生有機會從實際學習與生活過程中發現問題、收集資料、澄清問題、提出研究假設、設計實驗（調查）、進行實驗（收集資料），進而解決問題，獲得結論並將成果展現出來，這整個的科學探究活動過程對學生充滿教育意義與價值。Bencze 與 Bowen（2009）調查2002到2008年在加拿大的科學展覽活動（science fair），認為這種以學生為導向、開放式的科學調查. 14.

(25) 和創意的專題能有助於加深及拓展學生的科學和技能素養，並且透過這樣子的專題活動，學生完成探究的任務，能發展專長、有信心解決問題、能學習有關問題解決的本質和發展他們所調查的這些現象的概念，不僅對個人有益，甚至有利於社會。這種於生活環境中發現問題，親自動手去做的科學展覽專題活動，也符合NRC（2000）所強調的將學習科學的內容、學習科學的生活態度和學習動手做科學都連結起來。國內研究者指出，科學展覽活動能增加學生科學、生活常識（陶玉，2004）和數學學習（卓月香，2008），提升學生對研究的主動參與度（卓月香，2008），顯著提昇學習自然與生活科技課程的動機（傅鼎端，2006），和科學習態度（陳建良，2007；賴慶三、高汶旭，2004），在問題解決、實驗設計、資料蒐集與合作學習的探究能力、實作能力的具體表現有進步（陳建良，2007；賴慶三、高汶旭，2004）；並且能提供小組合作的機會，讓學生體會到分工以及團體合作的重要，增進了同學之間的交流（卓月香，2008；詹秀玉，2004），多數學生覺得在研究歷程中能獨立進行研究、撰寫報告收穫很大（傅鼎端，2006），多數學生贊成以科展代替課本的學習，因為科展不同課本在於動腦思考與想像力（傅鼎端，2006），以及科展經驗激發了多元潛能，如問題解決、創造等能力（詹秀玉，2004；賴慶三、高汶旭，2004）。唯科展在一般課堂中不易落實推動（詹秀玉，2004），宜使用課餘時間或結合科學社團活動來實施（陶玉，2004）等建議。從最近十年發表在國內重要之科學教育相關期刊來看，以科展為主題的研究較少。若干研究曾對中小學科學展覽的題目和趨勢之調查、分析或探討（例如：全任重， 2003；徐佳璋，2007）或某項科展成果之說明與簡介（例如：馮桂莊，2006；邱義雄， 2009）。也有以學生面向，探討製作科展學生的特質（例如：馮桂莊，2006）、遭遇的問題（例如：黃鴻博，2000）、學習成果（例如：馮桂莊，2006）、分析如何完成一件優秀的科展作品（例如：黃嘉郁，2003）、分析師生之互動歷程（例如：詹秀玉與郭靜. 15.

(26) 姿，2007）及參與學生之未來發展的探討（例如：馮桂莊，2006；詹秀玉與郭靜姿， 2007）。或有以教師面向，探討在職教師的教學方法（例如：詹秀玉，2006；鄭英耀、李育嘉與劉昆夏，2008；江欣穎，2009）、科展的教學設計與教材（例如：賴慶三與高汶旭，2004；葉安琦，2005；鄭英耀與劉昆夏，2007；鄭英耀、莊雪華與顏嘉玲， 2008；許良榮，2009），和探討實習教師指導學生進行科學探究活動（謝甫佩與洪振方，2005），由此看來，「職前教師」指導科展的研究僅一篇。在謝甫佩與洪振方（2005）的研究中，以研究者輔導實習教師指導學生進行科學探究活動，以理論和實務交互進行的輔導策略是有效的，如果有問題難解決，研究者再去請教專家，了解後再決定適當方法轉述給實習教師了解，這也可以幫助研究者順利輔導實習教師。實習教師指導學生探究教學的轉變，由一開始注重教學實務問題及其如何解決，接著反思方法與教材的適當性，最後以學生為中心，關心學生的學習和個別差異。黃鴻博（2000）發現，教師若缺乏帶科展製作的經驗和對科學探究活動過程陌生，在知識與能力不足之下，指導學生會遭遇相當大的困難。因此如何培育職前科學教師的科展製作之探究教學知能很重要，可是國內目前以科展為主題的研究當中，只有一篇是透過研究者來輔導實習教師指導學生做科展的研究，可見此重要議題仍須後續相關研究進行探討。. 第二節科學教師對於探究教學的 PCK 壹、探究教學的意涵一、科學教育標準和探究教學美國科學課程標準中明列出要用探究教學的方式引導學生學習科學（NRC, 1996;. 16.

(27) NRC, 2000），並強調探究教學是從學生經驗探究到真實的問題產生，是教科學的重要策略。透過探究教學，不僅可讓學生發展知識和了解科學計劃的活動，亦能理解科學家如何研究自然世界(NRC，1996）。將NSES科學教師教學標準中有關探究的部分整理如下：. 教學標準A：科學教師要為他們的學生計劃一個以探究為基礎的科學課程。由學生經驗引起探究的真實問題是科學教學的一個重要策略。教學標準B：科學教師要引導及促進學生學習。教師與學生互動時，聚焦並支持探究活動。鼓勵與建立科學探究的技能。教學標準C：教師對其教學與學生學習進行持續的評量。並使用學生資料、教學的觀察、與同儕間的互動來增進教學的實務。科學教師應以探究的精神來教學，和學習從他們的實施當中評量與反思。教學標準D：科學教師設計及管理一個學習環境可以提供學生在學習科學上所需的時間、空間、及資源。教師要創造一個靈活的、支援學生研究的科學探究的環境。教學標準E：科學教育老師發展自然科學學習社群，表現出科學探究的精密智力和態度與社會價值有益於科學學習。有效率的教師為學習科學設計許多活動以供小組工作需要，不像練習一樣簡單，但像不可缺的探究。建立和強調科學探究的技能、態度和價值觀念。教學標準的改變：越來越注重聚焦於學生對科學知識、想法和探究過. 17.

(28) 程的理解與應用。引導學生能主動與延伸科學探究。我國因應社會快速變遷與許多民間團體的社會期許，因運而生的「科學教育白皮書」（教育部，2003）當中也指出教師教學要用科學性的探究活動讓學生提升探究能力，並落實以學生為主體的科學教學：. 科學教育是經由科學性的探究活動，使學生獲得相關的知識與技能，養成科學思考的習慣，依照科學方法從事探討與論證，運用科學知識與技能以解決問題，進而形成對科學本質的認識，並建立科學精神 ( 科學態度)。而九年一貫課程綱要在自然與生活科技學習領域所培養之國民科學與技術的基本能力，其八個要項當中在「過程技能」方面，要增進科學探究過程之心智運作能力；「科學應用」方面，要有應用科學知識以及探究方法以處理問題的能力，也指出要用科學性的探究活動讓學生探究與實作（教育部，2003）： (一)教學實施方面. 教師宜設計及經營學習的環境，使學生有時間、有空間從事學習活動。例如安排時間使學生從事延伸性的探究活動。鼓勵做課外的主題研究，以使學生獲得深切探索科學的機會。創設科學的社團、研討會、科學營等，以促進探究的風氣。 (二)教學方法方面. 教學應以學生活動為主體，引導學生做科學探究，並依解決問題流程進行設計與製作專題。. 18.

(29) 教學應以能培養探究能力、能進行分工合作的學習、能獲得科學智能、習得各種操作技能、達成課程目標為原則。因此，教學形式應不拘於一，視教學目標及實際情況而定，可採取講述方式、或小組實驗實作方式、或個別專題探究方式、或戶外的參觀、或植栽及飼養的長期實驗，唯不宜長期固定於某一形式。教師帶領學生從事探究的活動時，應注重科學態度的培養，使學生能獲得發現的樂趣及養成求真求實的工作精神。二、探究教學的設計與實施教師實施探究教學，在選用教材方面，除了直接以探究為基礎所發展的課程，例如：SAPA、ESS、SCIS等之外，可以選擇將課程部分改革成融入科學探究的課程內容（例如： Penuel & Means, 2004 ； Gibson & Chase, 2002 ； Trumbull, Bonney & Grudens-Schuck, 2005；謝甫佩與洪振方，2004），或選擇在課本教學內容中加入設計的探究活動（例如：陳均伊與張惠博，2007；陳均伊、伍瀀肇、林淑靜、陳義忠、張溫瑜與張惠博，2007；潘淑琦，2006；洪文東，2007；楊秀停與王國華，2007）或探究實驗活動（例如：Krystyniak & Heikkinen, 2007；Hofstein, Navon, Kipnis & Mamlok-Naaman, 2005）及專題研究活動（例如：Barak & Dori, 2005；Tal, Krajcik & Blumenfeld, 2006；賴慶三，2002；張政義與熊召弟，2003；樊琳與李賢哲，2002；曾政清，1999），也有獨立於課本內容外，結合環境或生態園所設計的探究活動（例如：蘇明俊與江新合， 2002；丁鸝瑩，2003；潘淑琦，2006；陳金珠，2007；蘇明俊與羅豪章，2007）和長期一直推行的科學展覽專題活動（例如：鍾志輝，2002；傅鼎端，2006；卓月香，2008；陳建良，2007；賴慶三、高汶旭，2004；高汶旭，2003；曾政清，1999）。教法有許多方式，巧妙各有不同，Anderson（2002）認為在NSES內，「探究教學」是以各種方式來實施，它被期望於在科學教學方面顯著於其他教學方式，而它的重要. 19.

(30) 性不意味著全部教師應該追隨一種單一的教學科學的取向。許多科學教育者也針對「探究教學」來進行科學的實務教學及研究（例如：陳毓凱、洪振方，2007；陳均伊、伍瀀肇、林淑靜、陳義忠、張溫瑜、張惠博，2007；楊秀停、王國華，2007）等，足以顯見探究教學的多樣性及在科學教育的重要。實施探究式教學時，教師常常會依教學內容和研究目的，分為讓學生個人完成探究學習，或採小組合作方式。就有研究者選擇實施探究教學研究對個別學生的影響：以針對學生背景的研究，有 Lee、Buxton、Lewis 與 LeRoy（2006）研究六個國小中三到四年級共25位學生，各代表不同的語言與文化來研究，看科學探究的教學介入對哪種語言與文化的學生能增強能力，還有研究繼續探究教學的困難。溫存儒與段曉林（2006）研究參與科學探究活動之國中一年級4位學生，在科學探究過程中的參與內涵，與學習動機的變化歷程，並探討影響個案學生參與科學探究過程學習動機變化之因素。以多樣的探究式教學來研究，有Hakkarainen（2003）研究以電腦支持的生物課環境中，28位五到六年級學生在探究中是否會產生有意義直覺的解釋和科學訊息，及教師的引導是否會影響學生的表現。楊秀停與王國華（2007）探討實施引導式探究教學，對於國小學童在認知、能力及態度三方面的學習成效之影響，以及為評量學生探究能力。張淑涵（2008）是探討對國一學生34位學生實施融入對談的探究教學，看其學習動機和學習成就的影響。也有研究者採小組合作學習，合作學習有其優點，是學生自己個別學習無法習得，皮亞傑（Pigart）認為學習是個人不斷同化和調適的結果，也就是新知與自己本身的認知基模（Schma）有所不同時，我們會試著將新知納入自己的認知理解中，認知學習也就不斷的建構下去。Vygotsky（1978）認為知識是個人與別人互動與磋商而形成共識，表示了學習是個體與外界不斷互動而同化與調適的動態歷程，最後達成平衡。學習是一種社會活動「相互挑戰想法和重組想法」（Bransford, Brown & Cocking, 2000）。NSES. 20.

(31) 稱學生的理解是透過個人和社會化的過程而主動建構的，如同當科學家們尋找自然世界問題的解答的同時，科學家發展他們的知識和理解，相同的，當學生單獨或合作主動的從事科學的探究，也同時發展了他們對自然世界的理解(NRC, 1996, p.29)。就如同建構主義倡知識是人主動建構的，知識是個人與周遭環境互動所產生，所以在探究學習的活動中要讓學生學習，必須要讓他個體與外界不斷互動。Pilkington 與 Walker （2003）認為以小組合作學習，讓學生有機會關鍵討論，這是有效的教學和學習的一個關鍵因素。而合作學習能提供學生更多與他人互動的機會，不只是和老師互動，還包括一起學習的同儕，以及在學習過程中會遇到的其他教師、資源提供者等（岳修平、鐘婉莉，2005）。Reiff、Harwood與Phillipson（2002）列出科學家在所有科學過程中經常需要的活動當中，提出科學家並非單獨進行研究，他會和同事交換想法，並討論正在進行的研究，提出活動中也要加入與人溝通。NSES也指出與人溝通在探究的活動中能增進思考，合作不僅提升對科學的理解，它也培養訓練許多技能、態度和描述科學的價值，在成功的科學教室不可或缺（NRC, 1996）。由以上等研究者的研究，探究教學的設計可以依照教學目的、教學內容和學習者、教學情境等考量，運用適當的教學方法和策略來實施。貳、學科教學知識（pedagogical content knowledge, PCK） Shulman是第一個提出「學科教學知識」（pedagogical content knowledge, PCK）的人，Shulman（1986）認為「PCK」是教師知識的一種特殊的形式。饒見維（2003）認為「PCK」乃是教師對有關「教什麼」和「如何教」的各種知識。根據Shulman（1987）的分析，教師在教學的專業知識，包括內容知識（content knowledge）、一般教學知識（general pedagogical knowledge）、課程知識（curriculum knowledge）、學科教學知識（pedagogical content knowledge, PCK）、對學生及其特質的瞭解知識、對教育環境脈絡的瞭解知識、對教育結果、目的、價值及對歷史哲學基礎的瞭解知識，其中「學科教學. 21.

(32) 知識」（PCK）最具教師個人專業知識的行動實踐特質，必須於實際教學脈絡中運用知能和經驗，並考慮所有可能影響因素。「PCK」最重要的特性是，它不是「一般教學與課程知識」，也不是「內容知識」，它是介於兩者間的知識，有賴教師將這些知識轉化成學生可以理解的形式（饒見維，2003）。在科學師資培育與教師專業知能發展上，教師的「PCK」扮演重要的角色（NSTA, 2003），也是近年來開始受到重視的教師專業內涵（饒見維，2003）。Park 和 Oliver（2008）研究教師的「PCK」，提出教學顯現出「PCK」的重要性有：教師在處理題材的計畫和行動、教師學習新的教學策略和學生學習這三方面。有些研究者研究「PCK」對教學的影響，例如：高榮成和段曉林（1995）研究一位化學實習教師的「PCK」，發現進入實際教學的實習教師，其「PCK」的發展會注意到概念的教學以及如何將概念呈現的細節，並同時考慮到學生的學習、成就，以及環境脈絡的影響。姚如芬、郭重吉和柳賢（1999）研究數學科職前教師，發現透過實際的教學，從發現問題到解決問題，不僅出現教學想法上的改變，也的確有益於協助職前教師教數學的「PCK」。賴萱和和黃台珠（2000）研究生物實習老師在實際教學中的成長，發現在「PCK」方面經由教學中不斷的嘗試錯誤，改進為學生易懂的呈現內容、生活化的內容，並自己思考改進使教學更清楚，表現出選擇、重組概念內容的「PCK」增長。由上述所知，「PCK」最能展現教師的教學專業知能，是教師的知識中最值得師資培育者重視的，而職前教師的「PCK」之發展，在上述多位研究者的研究來看，多透過實際的教學來增長，而Soonhye 與 J. Steve(2008）提出影響教師「PCK」的發展方式，其中之一是探究教學，指出探究教學與教師的「PCK」發展有密切關係。 Shulman（1987）指出「PCK」除了需要融合內容知識和一般教學知識，也需要考慮對學生及其特質的瞭解和教育環境脈絡的瞭解。之後也有研究者提出「PCK」融合了多項知識，Grossman（1990）認為「PCK」是由學科教材知識（subject matter knowledge）、. 22.

(33) 教學知識（pedagogy knowledge）和教育情境知識（context knowledge）融合而成。 Cochran、DeRuter 與 King（1993）認為「PCK」的建構是一個動態的持續的發展過程，隨著經驗累積和對教學相關理論的通曉，所長時間建構起來，而提出了「學科教學知曉」（pedagogical content knowing，PCKg），並認為是教師唯一的知識，是教師統整了教學知識（pedagogy knowledge）、學科教材知識（subject matter knowledge）、學生特質（student characteristics）與學習環境脈絡（environmental context of learning）而理解出來的知識。 Magnusson、Krajcik 與 Borko（1999）特別針對科學教師的「PCK」進行研究，他們以Grossman（1990）的研究為基礎，指出科學教師的「PCK」組成包括五方面： (一) 科學教學取向（Orientation to teaching science）：科學教學取向是教師對特定的科學內容，對其教學目標的理解，這理解會使教師的決定從以傳輸學科內容為導向的教學、注重科學過程的教學，到探究活動導向的教學，這理解會引導出不同的決定。 (二) 對於科學課程的知識（Knowledge of science curricula）：對於科學課程的知識是教師對於科學課程的教學目標的理解和對特定科學課程的理解兩種。 (三) 對於學生科學理解的知識（Knowledge of students’understanding science）：對於學生科學理解的知識是指教師幫助學習者發展特定知識所需要的知識，含了解學生的學習時必須具備何種先備條件知識和關於學生學習困難處的知識。 (四) 對於科學評量的知識（Knowledge of assessment in science）：對於科學評量的知識是教師為了了解學生包含過程和結果的學習情形，以及. 23.

(34) 當作教學改進的參考，含對於科學學習評量向度的知識和對於評量方法的知識。 (五) 對於教學策略的知識（Knowledge of instructional strategies）：對於教學策略的知識是特定學科教學策略和特定主題教學策略兩種。特定主題教學策略又含特定主題的表徵和特定主題的活動，特定主題的表徵是教師表徵特定內容或原則之方法的知識，或教師創造表徵能力去幫助學生發展特定概念或關係的理解，是為了促進學生學習；而特定主題的活動是關於幫助學生理解特定概念與關聯性的活動的知識。若由以上對「PCK」之組成的研究來看，科學教師對於探究教學也會有探究教學的「PCK」，可分為五方面：(一)探究教學取向，(二)對於探究教學的知識，(三)對於學生探究學習的知識，(四)對於探究學習評量的知識，(五)對於探究教學策略的知識。以這五面向與Magnusson、Krajcik 與 Borko（1999）的科學教師的「PCK」整理成對照表 2-2-1：表 2-2-1 科學教師的「PCK」和探究教學的「PCK」對照表 Orientation toward teaching acience 科學教學取向這個 PCK 的組成是指出教師採取何種教學取向會取決於教師對科學教學的目標與目的的了解，及教師對特定年級的知識和信念。教師可以採取以過程為教學取向的、講述式的教學取向、著重概念改變的教學取向或以探究為導向的教學取向。. ㄧ、探究教學取向. Knowledge of science curricula 對於科學課程的知識分為兩大類：規定的目標和目的，與特定課程方案和材料。 1. Knowledge of Goals and Objectives 對於教學目標的理解：包含教學主題銜接的相關. 二、對於探究教學的知識. 24. 是指教師對於探究教學的知識和信念的理解所採用的教學取向。以教師對於探究教學開放程度的觀點來看其探究教學取向。 1. 教師對於探究教學開放程度的觀點. 教師必須對探究教學目標和科學內容有所理解，才能達到教學目的。包含對於探究教學目標之理解和對探究學習活動的理解。組成如下：.

(35) 1. 2.. 教學目標，及跨越年級的教學目標。. 2. Knowledge of Specific Curricular Program 對特定科學課程的理解：包括科學課程知識的方案和材料。包括這些知識的一般學 3. 習目標，課程以及活動和材料將用於實現這些目標。 4. 5. 6. Knowledge of students’ understanding science 對於學生科學理解的知識教師必須對學生了解，以幫助他們發展特定的科學知識。包括兩類：要求學習特定的科學概念，和在科學領域學生的困難處。 1. Knowledge of Requirements For Learning 學習時必須具備何種知識：教師必須了解學生學習時有關的必備科學知識，以及他們認識學生的學習方法的不同，因為它們涉及到知識的發展在特定的主題領域。也就是教師了解學生學習特定概念所需要的能力的知識和可能需要的技能。 2. Knowledge of Areas of Student Difficulty 關於學生學習困難處的知識：對於學生覺得難學的科學概念或主題的知識。教師應該要有豐富的知識和了解關於每個類型困難的知識。有關非常抽象的或沒有連接到學生共同經驗、學生不知道怎麼有效的戰略去問題的解決和和計劃找到問題解決的辦法和迷失概念。 Knowledge of assessment in science 對於科學評量的知識組成包括兩類：科學學習評量向度的知識，和對於評量方法的知識，而評量科學學習向度的知識是重要的。. 25. 教師對於探究教學觀點的理解教師對於探究教學每階段的內容與注意事項的理解(含先備知識) 教師對於探究教學每階段所須具備的技能的了解(含先備能力) 教師對於此探究活動相關的科學知識和科學實驗的理解教師對於此探究活動相關的科學器材與材料的了解教師對於不同科學學科探究活動的內涵與其特色的理解. 三、對於學生探究學習理解的知識教師必須對學生有所了解，才能幫助他們在探究學習中理解科學知識與學習探究的技能。包括對於學生探究學習時必須具備的先備知識之理解，和學生探究學習困難處的知識之理解。組成如下： 1. 教師了解學生的興趣 2. 教師了解學生的先備知識(教師了解學生需要具備哪些知識？) 3. 教師了解學生的先備技能(教師了解學生需要具備哪些技能？) 4. 教師對於學生在進行探究活動時學習困難的了解(教師了解學生在學習時會遇到哪些困難？). 四、對於學生探究評量的知識教師對於學生在探究學習活動中，評量學生對所學是否了解。包含對於探究學習評量向度的知識和對於.

(36) 1. Knowledge of Dimensions of Science learning to Assess 科學學習評量向度的知識：一個有效的教師會計劃如何評估學生的理解。其評量基於科學素養，包含概念理解、跨科學的主題、科學本質、科學調查和實際推理等是在科學學習中被評量的重點。 2. Knowledge of Methods of Assessment 對於評量方法的知識：可利用各種方法來評量學生所學，包括測驗、實驗實施報告、實驗室筆記、基於績效的評量、檔案、日記或圖紙、工作模式和多媒體文件等方法。. 探究學習評量方法的知識。組成如下： 1. 教師了解有哪些評量方式可評量學生的探究學習情況(了解哪些評量方法) 2. 教師如何在過程中去評量學生的探究學習的成效(怎麼去評量過程中學到哪些) 3. 教師如何評量學生的探究學習的結果(怎麼去評量結果). Knowledge of instructional strategies 對於教學策略的知識組成包括兩類：特定學科教學策略和特定主題教學策略。特定學科的策略是廣泛適用的，相對於其它學科，他們在科學教學中是特定的。特定主題的策略是更窄的範圍，它們適用於特定主題教學領域內的科學。 1. Knowledge of Subject-specific Strategies 特定學科教學策略：包括題材、教育學和教學脈絡的三項基本知識。例：學習循環(探索、術語介紹、概念應用)、生成學習模式、概念改變策略、引導探究等教學策略。 2. Knowledge of Topic-specific Strategies 特定主題教學策略：特定主題教學策略又含特定主題的表徵和特定主題的活動。 (1) 特定主題的表徵：是教師表徵特定內容或原則之方法的知識，或教師創造表徵能力去幫助學生發展特定概念或關係的理解，是為了促進學生學習，以幫助學生認識發展的具體概念或關係。例：插圖、實例、模型或類比。 (2) 特定主題的活動：是關於幫助學生理解特定概念與關聯性的活動的知識。例如：舉例、問題、示範、模擬、調查或實驗。. 五、對於探究教學策略的知識. 26. 教師綜合了探究活動的科學主題或題材、教育學和教學脈絡所採取的教學策略，及特定科學主題的表徵和活動來幫助學生理解、建立概念和關係。包括對特定學科探究教學策略之理解和特定主題探究教學策略之理解。組成如下： 1. 教師對於在探究教學中可用的教學策略的了解(例如：概念圖、筆記、運用策略的活動…)(知道有哪些教學策略) 2. 教師在探究教學中實際運用的教學策略(運用了哪些教學策略？).

(37) 許多研究都以研究在職老師的「PCK」，甚至是資深老師或優秀老師的「PCK」藉此了解「PCK」該包含哪些，或是了解「PCK」的轉變，再給予初任教師、實習教師或師資培育機構建議，目前對職前教師的「PCK」的研究也漸漸重視。而現今針對科展的探究教學之「PCK」的相關研究目前尚未有研究者觸及。所以本研究擬將職前科學教師放入科展製作的教學情境中，來研究職前科學教師探究教學的「PCK」改變。. 第三節 mentor 和認知師徒制促進教師專業發展有很多策略，而本節將特別針對本研究的策略，進行探討 mentor 和「認知師徒制」（cognitive apprenticeship）。. Brunkhorst、Brunkhorst、Yager、Andrews 與 Apple（1993）指出科學教師培育是目前公認改革科學教育的關鍵點。吳清山（2006）指出，綜觀師資培育的發展，專業是師資培育的核心理念，這種教學是專業的看法，奠定教師專業化的基礎。 NRC（1996）提出科學教師的專業發展過程必須達到四項標準：. 標準A：科學教師的專業發展需要透過探究的觀點和方法來學習必要的科學內容。標準B：科學教師的專業發展需要整合科學、學習、教學法和學生特性的知能，也需要把這知能運用於科學教學上。標準C：科學教師的專業發展，需要建立終身學習的理解與能力。標準D：自然科學教師的專業發展計劃，必須是一致的以及整體的。科學教師的專業發展過程要求達到這四項標準，標準涵蓋從師資培育的開始延伸至教學現場教學的專業發展，甚至是擁有終身學習的知能。而專業是師資培育的核心理. 27.

(38) 念，此種理念引導師資培育機構，長期致力於職前教育和在職進修教師專業素質的提升（吳清山，2006）。而我們遵循著這標準要如何建立科學教師的專業呢？ NSES中指出如果教師自己本身從未經歷過，其科學的觀點以及如何學習科學是幾乎不可能在學校中傳達給學生的（NRC，1996），而在現今的師資培育課程中，內容知識和一般教學知識是養成階段一定會有的，但要考慮學生和環境的PCK（PCK）呢？這凸顯出如果要讓職前教師擁有探究教學的PCK，在師資培育階段，就要讓職前教師實際去教學，在真實的教學情境中學習，促進建構與理解出自己的PCK。 Guskey(2000）從文獻的研究中，提出「師徒制」就是教師專業發展模式之一。經由這些專業發展模式的運作，有助於科學教師的成長。陳嘉彌（1997）指出「師徒制」強調情境的教學，以學校的環境來幫助實習教師在情境的脈絡中學習，以建構改變其對教學知識、技能、自信心與自省的能力，「師徒制」對實習教師來說，除了對教學生涯成長有實質的幫助，還可以提早熟悉與適應真實的教學，更由於師傅們的刺激，會造成行動性的反省。從文獻中發現師徒制的施行能有助於學習者的知能，且實習輔導教師扮演著極重要的角色（陳嘉彌，1997；賴慶三、濮世緯，2006；Koch & Appleton， 2007）。賴慶三、濮世緯（2006）還發現自然科實習輔導教師的PCK（PCK），可以有效增進實習教師的自然科教學體驗與成長，且其知識管理也較精熟有效率，能夠啟發實習教師的專業發展。國內學者談到實習輔導教師多引述mentor的文獻資料（張德銳， 1996；陳嘉彌，1998a；黃嘉雄，1997；林梅琴，2007），主要是輔導實習教師得到專業的成長，而實習輔導教師也能獲得回饋和成長（蔡秉倫和湯維玲，1998；陳嘉彌， 2002）。或有學者以mentor來輔導初任教師或教學有困難的教師的成長（林俊彥、翁博威，2009；張德銳，2009），稱mentor為教學輔導教師。 mentor一詞源起於希臘史，荷馬史詩奧德塞（Odyssey）的神話故事。故事中Odysseus 因赴特洛伊征戰，將其愛子Telemachus托付給好友Mentor，Mentor在此故事的角色，黃. 28.

(39) 嘉雄（1997）分析出主要角色責任，並引申實習輔導教師同樣要有這些責任：一是「受託的夥伴」，要保護、照顧與指導Telemachus；二是「新手的監護人」，伴護Telemachus 出航，協助他化險為夷；三是「行為的榜樣」，雅典娜化身為Mentor在尋親過程中，處事與應對充滿智慧，自然成為Telemachus的榜樣；四是「智識的啟迪者」，雅典娜化身的Mentor會指引Telemachus試著自己去思考、去解決問題，克服困難而增長智識；五是「諮商者和支持者」，對於Telemachus想問父親的下落而徬徨無助時，給予像心理諮商的方式給予言語和心理的支持；六是「意見的協調者」，做為神的雅典娜也需要和眾神討論與協調如何給予Telemachus幫助，讓他們父子能幫助王子奪回王國，最後展現協調的能力，讓君民力下和平誓盟。在此故事中Mentor擁有豐富智識能力，其受好友之託而肩負重任，照顧好友的妻子與小孩，在照顧友人小孩的歷程中，不僅能當年幼者的榜樣，還能協助其學習與成長，使他成為擁有智識能力，成為獨立自主的人，是值得信賴的人。因此，由故事Mentor所扮演的角色，Mentor一詞漸漸被定位為輔導生手入行、輔導專業發展的「良師」，而在1990年代初期，國內的教育學者引入於教育實習之中（熊同鑫與張文華，2006），就從此以「mentor」被沿用稱為教學輔導教師或實習輔導教師，或以「曼托」一詞來當作「mentor」（熊同鑫與張文華，2006）。「mentor」係指能夠提供在教學上有系統、有計畫的協助、支持或輔導之資深優良教師而言；受輔導的教師可能為實習教師、初任教師或教學有困難的教師（張德銳，2009）。本研究希望藉由「mentor」其豐富的教學知能來協助與輔導職前科學教師科展製作的探究教學，使其專業成長。隨著認知心理學的興起，結合認知心理學之概念和傳統技職教育師徒制的概念的「認知師徒制」（cognitive apprenticeship），或稱「認知學徒制」，逐漸被使用，「認知師徒制」的概念是，強調藉由師傅的教導，學徒能主動及不斷的反省學習（陳木金、. 29.