開發科學探究與實作評鑑工具評鑑四位高中自然探究與實作教師教學之成效

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(1)國立臺灣師範大學科學教育研究所碩士學位論文. 指導教授：邱美虹博士. 開發科學探究與實作評鑑工具評鑑四位高中自然探究與實作教師教學之成效 Developing evaluation tools for assessing effectiveness of scientific inquiry and practice curricular conducted by four senior high school teachers.. 研究生：李驥撰. 中華民國一零九年七月.

(2) 誌謝遙想四年前毅然決然攻讀第二個碩士班的自己，我很慶幸做了正確的選擇，這幾年學習了很多。首先我要感謝我家人長久以來的支持，讓我在這幾年無後顧之憂的繼續深造。另外，我在師大科學教育研究所裡遇到了人生重要的指導老師－邱美虹教授。還記得第一次上邱老師的科學學習心理學，雖然要閱讀很多文獻，但是在課程中與教授的互動與討論的過程絕對是收穫滿滿，也讓我見識到「這就是碩士班的課程，充滿了思辨！」。隨後在邱美虹老師研究室的這幾年，也接觸了許多不同的事物，包含第一次當工作坊的翻譯、參與國際化學元素週期表年活動、開發跨科試題等等，對我來說都是十分重要的養分。在進行碩士論文研究時，非常感謝邱美虹教授以及蔡哲銘學長的幫忙，幫助我尋找研究對象、不厭其煩地給予指導，讓這篇論文得以順利完成，最後向老師與學長獻上最誠摯的謝意。同時也十分感激四位願意讓我訪談、入班觀察的教師。從四位老師身上學到的全部都是第一手的探究與實作的實戰經驗，這對未來也想踏入教職的我是最寶貴的經驗。此外也要謝謝曾茂仁學長在我徬徨無助或是士氣低落的時候給予我支持與幫助；謝謝同屆好戰友鍾宜廷和電影好朋友葉璞之在碩班時期相互照應；感謝素妙學姐以及美雅姐幫助我完成許多複雜的行政業務。碩士班這四年經歷的事太多，要感謝的人太多。我知道研究所的完成不是學習的終點，而是踏上全新旅程的開始，再次感謝一路上指導我、照顧我、陪伴我的人，沒有你們的幫助就沒有現在的我。十分感謝！. 李驥. 誌於. 國立臺灣師範大學科學教育研究所中華民國一○九年七月 I.

(3) 摘要臺灣在民國 108 年正式實施十二年國民基本教育（簡稱 108 課綱），其中自然科領域新加開一門課程為＜自然科學探究與實作＞，希望學生能統整各科科內與跨科之間的學習內容，並培養學生探索與操作的能力。本研究藉由參考美國新世代科學標準（Next Generation Science Standards，簡稱 NGSS）的相關課程與教學的評鑑指標並結合臺灣 108 課綱的探究與實作精神發展出評鑑＜探究與實作＞的指標，並以兩所高中四位自然科（物理、化學、生物、地球科學）教師為研究對象，探討高中教師如何面對 108 課綱所帶來的改變與挑戰，以及教師進行探究與實作課程的教學狀況。主要的研究成果如下： 1. 本研究開發的探究與實作評鑑工具能適切呈現教師教學狀況。 2. 經由教師晤談後發現四位自然科探究與實作教師在設計課程時的出發點不一樣，AB 與 AC 教師依據學科技能作為課程開發主軸，BP 和 BES 教師則是以可實作的活動作為課程主軸。在培養學生探究能力上，B 學校的教師在一個單元中讓學生經歷課綱所訂定之探究與實作歷程，A 學校的教師則是在單一單元中讓學生培養一個探究能力。 3. 在課室觀察四位自然科探究與實作教師的教學時，發現教師們多半著重於學生執行實作任務，而稍忽略培養學生思考歷程。另外教師較少利用驅動問題引起學生興趣以及運用多元的評量方式檢測學生的學習成果。藉由上述的研究成果，本文嘗試了解自然科探究與實作重要的課程與教學面向，以及目前探究與實作教師的教學情形。希冀藉此能提供其他自然科探究與實作教師在設計課程或是在教學時有更明確的方向，以達到 108 課綱的精神。. 關鍵字：十二年國教、NGSS、探究與實作、教學評鑑 II.

(4) Abstract Taiwan implemented the new 12-year Basic Education Curricula Guidelines in 2018, the biggest change in natural science domain is the new course –scientific inquiry and practice, for high schools in order to help students to integrate learning content within and across different subjects and further cultivate students' inquiry and practice competent. In this study, evaluation tools were developed with the references of Next Generation Science Standards (NGSS) and combine them with Taiwan’s new curricula’s core values to develop evaluation tools for assessing scientific inquiry and practice. Four senior high school teachers from two different schools were investigated to uncover what the changes are and difficulties that the new curricula brought and teaching effectiveness of scientific inquiry and practice. The study revealed the following main findings, namely, 1. The developed evaluation tools can be used appropriately topresent the outcomes of scientific inquiry and practice curriculum conducted by four senior high science teachers. 2. Different teacher has different approaches to design and implement their own curricula. AB and AC teachers developed the curricular based on core skills of specific subject skills, while BP and BES teachers developed their curricula from executable aspects to select appropriate topics. The students could take the opportunity to integrate all the steps of inquiry and practice as a whole in a single unit. To cultivate students’ inquiry and practice competent, the teachers in B school provided students with experiencing the the processes of inquiry and practice, described in the national curriculum guidelines, in each unit; the teachers in A school only allowed students to experience one of the steps of inquiry and practice within one unit. The students required the inquiry and practice competence through all the units. 3. In general, the four teachers tented to focus on cultivating the practicing part (hands-on) rather than the inquiry part (minds-on) stated in the curriculum guidelines. The other finding was that teachers did not use driving questions to stimulate students’ learning interest and they were also lacking of using multiple and alternative assessments to assess students’ learning outcomes. In sum, this thesis provides relevant considerations of evaluating scientific inquiry and practice curricula and implementation. The implication of this study is to support teachers to develop and enhance their competence in scientific inquiry and practice with the explicit framework and tools and then gradually to match the expectations of the12-year Basic Education Curricula Guidelines. Keywords: 12-year Basic Education Curricula, NGSS, Inquiry, Practice, Evaluation III.

(5) 目次第壹章. 緒論. 1. 第一節研究背景與動機. 2. 第二節研究目的與研究問題. 5. 第三節名詞解釋. 6. 第四節研究範圍與限制. 6. 第貳章. 文獻探討. 8. 第一節臺灣十二年國民基本教育. 8. 第二節美國 NGSS 介紹. 11. 第三節探究與實作. 13. 第四節 NGSS 的評鑑. 18. 第五節 12 年國教的評鑑. 19. 第參章. 研究方法. 22. 第一節研究設計. 22. 第二節研究對象. 23. 第三節研究工具. 24. 第四節資料收集. 27. 第五節資料處理與分析. 29. 第六節研究流程. 30. 第肆章. 研究結果及討論. 33. 第一節自然科探究與實作課程評鑑工具. 33. 第二節教師對 108 課綱的想法. 40. 第三節教師探究與實作教學分析與評鑑. 75. 第伍章討論、建議及未來展望. 174. 第一節研究討論與結論. 174 IV.

(6) 第二節研究發現與建議. 178. 第三節未來展望. 180. 參考文獻. 181. 附錄一：專家效度問卷. 183. 附錄二：AB 教師探究與實作教材. 189. 附錄三：AC 教師探究與實作教材. 215. 附錄四：B 學校探究與實作教材. 223. V.

(7) 圖次圖 2.1. 科學家與工程師的探究歷程. 16. 圖 2-2. NGSS 與 108 課綱的探究與實作表現之比較. 17. 圖 2-3. 文獻回顧啟示示意圖. 21. 圖 3-1. 自然科探究與實作教師的教學之研究設計架構. 22. 圖 3-2. 研究流程圖. 32. 圖 4-2. 四位自然科探究與實作教師教學比較. 167. VI.

(8) 表次表 2-1. 108 課綱自然科領域學習表現. 9. 表 2-2. 108 課綱自然科領域學習內容. 10. 表 2-3. 課綱課程評鑑參考原則雙項細目表. 20. 表 3-1. 四位高中自然科探究與實作教師背景介紹. 24. 表 3-2. 半結構式問卷大綱細目表. 26. 表 3-3. 四位教師課程開始的半結構式晤談. 27. 表 3-4. 四位教師的時計入班觀察及錄影. 28. 表 3-5. 四位教師課程結束的半結構式晤談. 28. 表 3-6. 資料來源與編碼表. 30. 表 4-1. 探究與實作單元教學評鑑量表. 35. 表 4-2 教師課堂評鑑量表. 39. 表 4-3 SWOT-S 態勢分析教師對於 108 課綱的想法. 43. 表 4-4. AB 教師課程教學前的觀點. 48. 表 4-5. AC 教師課程教學前的觀點. 50. 表 4-6. BP 教師課程教學前的觀點. 53. 表 4-7. BES 教師課程教學前的觀點. 57. 表 4-8. 四位探究與實作教師課程教學前訪談分析表. 59. 表 4-9. AB 教師課程教學後的觀點. 62. 表 4-10. AC 教師課程教學後的觀點. 65. 表 4-11. BP 教師課程教學後的觀點. 68. 表 4-12. BES 教師課程教學後的觀點. 72. 表 4-13. 四位探究與實作教師課程教學後訪談分析表. 74. 表 4-14. AB 第一堂課評鑑量表. 76. 表 4-15. AB 第二堂課評鑑量表. 78 VII.

(9) 表 4-16. AB 教師單元一評鑑量表. 79. 表 4-17. AB 第三堂課評鑑量表. 85. 表 4-18. AB 教師單元二評鑑量表. 86. 表 4-19. AB 第四堂課評鑑量表. 91. 表 4-20. AB 第五堂課評鑑量表. 93. 表 4-21. AB 教師單元三評鑑量表. 94. 表 4-22. AB 第六堂課評鑑量表. 98. 表 4-23. AB 教師總結評鑑量表. 99. 表 4-24. AC 第一堂課評鑑量表. 102. 表 4-25. AC 第二堂課評鑑量表. 104. 表 4-26. AC 教師單元一評鑑量表. 105. 表 4-27. AC 第三堂課評鑑量表. 109. 表 4-28. AC 第四堂課評鑑量表. 111. 表 4-29. AC 教師單元三評鑑量表. 112. 表 4-30. AC 第五堂課評鑑量表. 116. 表 4-31. AC 教師單元四評鑑量表. 117. 表 4-32. AC 教師總結評鑑量表. 121. 表 4-33. BP 與 BES 教師第一堂課評鑑量表. 123. 表 4-34. BP 與 BES 教師第二堂課評鑑量表. 125. 表 4-35. BP 與 BES 教師第三堂課評鑑量表. 127. 表 4-36. BP 與 BES 教師單元一評鑑量表. 128. 表 4-37. BP 與 BES 教師第四堂課評鑑量表. 133. 表 4-38. BP 與 BES 教師第五堂課評鑑量表. 136. 表 4-39. BP 與 BES 教師第六堂課評鑑量表. 138. 表 4-40. BP 與 BES 教師第七堂課評鑑量表. 140. 表 4-41. BP 與 BES 教師第八堂課評鑑量表. 142. VIII.

(10) 表 4-42. BP 與 BES 教師第九堂課評鑑量表. 144. 表 4-43. BP 與 BES 教師第十堂課評鑑量表. 146. 表 4-44. BP 與 BES 教師單元二評鑑量表. 147. 表 4-45. BP 與 BES 教師第十一堂課評鑑量表. 152. 表 4-46. BP 與 BES 教師第十二堂課評鑑量表. 155. 表 4-47. BP 與 BES 教師第十三堂課評鑑量表. 157. 表 4-48. BP 與 BES 教師第十四堂課評鑑量表. 159. 表 4-49. BP 與 BES 教師第十五堂課評鑑量表. 160. 表 4-50. BP 與 BES 教師單元三評鑑量表. 161. 表 4-51. BP 教師總結評鑑量表. 165. 表 4-52. BES 教師總結評鑑量表. 166. 表 4-53. A、B 校課程分析表. 170. 表 4-54. A、B 校單元評鑑分析. 172. IX.

(11) 第壹章緒論各個國家在近年來紛紛對自己的教育體制與教育制度進行改革，臺灣當然也不例外。在民國 100 年便由總統宣布將啟動十二年國民基本教育，隨後在民國 103 年公布了十二年國民基本教育課程綱（以下簡稱 108 課綱）。這次的改變是強調「核心素養」，希望能強化學生未來在面對問題與挑戰時，有更充分的知識、能力與態度。為了依循「核心素養」的概念，老師們在教學上強調實作、探究能力。在民國 107 年教育部所發布的自然科領域課程綱要中，新加開了一門課程－探究與實作。藉由這門課程幫助學生統整各科學習，強調跨領域、跨學科以理解七項跨科概念，並且培養學生探索與操作的能力。而在不久以前，美國的科學教育也進行改革並發布他們的新課綱－「新世代科學標準（The Next Generation Science Standards，NGSS）」，其內容也是著重於核心觀念、概念整合與應用及實踐。關於評鑑這方面，NGSS 官方有針對教師的課程研發出評鑑方法，明確的指出教師需要達成的指標。然而臺灣卻在這部分沒有相關的評鑑方法。有鑑於 108 課綱與 NGSS 在多方面皆相當相似，便嘗試接 NGSS 的評鑑方法與 108 課綱的精神結合，試圖研製屬於臺灣自己的評鑑方法。在此篇研究中，以兩所高中與四位老師為研究對象，探討高中教師進行探究與實作課程的教學狀況。. 1.

(12) 第一節研究背景與動機在變動的社會環境、日益進步的科技以及知識日新月異的 21 世紀之下，世界各國開始檢視自己的教育系統與教學內容是否能滿足學童，以便讓他們面對未來的挑戰。臺灣的教育改革從 2003 年根據第一次全國科學教育會議所制定的「科學教育白皮書」就明確指出科學教育的目標是「使每位國民能樂於學習，並理解科學的之用、喜歡科學之奇、欣賞科學之美」（教育部, 2003, p. 1），一直經過這十幾年課綱的修改，從過往重視科學知識的獲得，轉化成重視學生的基本能力、科學本質、科學美學及科學倫理（鄭湧涇, 2005）。而最新的 108 課綱中學生的學習表現包括科學認知、探究能力及科學的態度與本質。其中 108 課綱探究能力的學習表現，主要希望培養學生的「思考智能」與「問題解決」的能力，而每個面向再各有 4 個子項，分別為：「想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型」以及「觀察與定題、計劃與執行、分析與發現、討論與傳達」。前者強調心智運作的方式與功能，後者問題解決強調類似科學家處理問題、提出解決方案的歷程。因此探究與實作課程的實施，是給予學生機會了解科研人員們進行科學探究與解決未知問題的過程，以建立學生的科學態度、培養思考與發現問題能力、了解科學發展與運作，最終讓學生認識科學本質。探究與實作的過程中，為了能幫助學生統整各學科知識，因此教育部分類出自然科學領域的七項跨科概念（物質與能量、構造與功能、系統與尺度、改變與穩定、交互作用、科學與生活、資源與永續性），國小教育階段可以運用議題、大概念或跨科概念開發課程；國中以探究與實作和實驗的方式進行跨科主題教學；高中則是以分科為主，不同學科教師可利用協同教學的方式，依據自然科學探究與實作學習內容行設計課程（教育部, 2018, p. 54）。探究與實作利用跨科的方式讓學生進行多元學習，一方面可以使學生能具備核心概念，另一方面藉由探究實作幫助學生整合、理解自然科學領域中跨科概念。 2.

(13) 另一方面，美國同樣的從 1990 年代的科教改革「2061 計畫（Project 2061）」和美國國家科學教育標準（National Science Education Standards），到近年的「每位學生成功（Every Student Succeeds Act）」法案，都是希望能改變學校的科學教育，且培養學生對於科學的認知與素養（邱美虹, 2005）。NGSS 主要是依據 2011 年公布的「K-12 科學教育架構：實作、跨科概念和核心概念（Framework for K12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas）」為架構，由美國 26 州的合作以及不同委員會的指導之下，花了 3 年的時間為自然科學領域制定出的課綱。NGSS 主要包含了 3 個面向：科學與工程實作（Science and Engineering Practices，SEP）、領域核心概念（Disciplinary Core Ideas，DCI）和跨科概念（Crosscutting Concepts，CC）。NGSS 與 108 課綱相似，科學與工程實作讓學生能夠了解科學知識是如何形成的之外，同時能幫助學生學習跨科概念以及學科知識；跨科概念則是用較高的尺度來連結不同學科知識的大概念；領域核心概念則是科學課程的重要知識。而 NGSS 在進行科學與工程實作時，學生除了動腦思考更希望他們能夠動手去完成任務，一來可以幫助學生發展與建構知識之外，更能了解科學家們的研究及解決問題方式。因此「科學探究」是藉由以下八個方式來協助學生進行更深層的學習，這八項分別是：「提出疑問（科學上）並定義問題（工程上）」、「發展與使用模型」、「計畫並執行研究」、「分析與詮釋數據」、「運用數學及計算思維」、「建立解釋（科學上）並設計方案（工程上）」、「從證據中形成論述」以及「蒐集、評價、溝通資訊」（NGSS Lead States, 2013, p. 48）。為了要確認課綱的施行是否完整，必然需要屬於該課綱的評鑑系統。NGSS 為了審視教師的教學計畫，分別發展了 Educators Evaluating the Quality of Instructional Products （EQuIP）來審視教師的課程單元是否有符合 NGSS 的精神，另外也有 NextGen TIME （ Toolkit for Instructional Material Evaluation, Transforming Implementation through Materials Evaluation）可以讓教師來檢視、選擇教材及教學內容以符合 NGSS。而 EQuIP 被設計用以檢視單一課程與單元的評 3.

(14) 鑑工具，而 NextGen TIME 則是用以評鑑較長的單元以及學期課程。反觀臺灣並沒有針對 108 課綱以及探究與實作課程推出完整的評鑑內容。因此為了瞭解教師在執行 108 課綱探較與實作的狀況，開發一個教師評鑑工具是必要的。此研究將會利用 NGSS 的相關評鑑工具並將其與 108 課綱的精神融合，並且用其觀察新上路 108 課綱的探究與實作課程施行的狀況。. 4.

(15) 第二節研究目的與研究問題根據本文的研究背景與動機，本研究的研究目的為開發符合 108 課綱的探究與實作課程教師評鑑工具，並利用其去實際了解教師目前的探究與實作教學情況。研究目的 1. 開發探究與實作課程評鑑工具研究問題 1-1 哪些因素是評鑑探究與實作課程重要的面向呢？研究問題 1-2 哪些因素是評鑑探究與實作教學重要的面向呢？研究目的 2. 探討高中自然科探究與實作教師的教學狀況研究問題 2-1 四位自然科探究與實作課程教師對於 108 課綱的想法為何？研究問題 2-2 四位自然科探究與實作課程教師的教學理念與教學方法為何？研究問題 2-3 四位自然科探究與實作課程教師理念及實踐與 108 課綱的異同為何？. 5.

(16) 第三節名詞解釋一、探究與實作（Inquiry and practice）與以往的實驗課程不同的是探究與實作課程不只是動手作而已，更強調的是學生能夠主動進行探索、研究、思考。讓學生能夠如同科學家面對未知問題時尋找解決方案，而非按照實驗步驟一步一步的操作來「驗證」課本上的事實。. 二、評量（Assessment）與評鑑（Evaluation）評量是針對學生的學習成就或是學習成果進行測驗與評比，反之評鑑則是針對學校與教師進行考核。本文評鑑將針對教師的課程與教學進行探討。 Stufflebeam, Madaus, and Kellaghan （2006）提到：評鑑的目的在於改善而非證明（The purpose of evaluation is to improve, not prove）。因此本研究並非批判教師的課程與教學，而是希望藉由評鑑瞭解課程實施的優點和挑戰。. 第四節研究範圍與限制本研究為個案研究，研究內容為台北市的兩間學校共四位高中自然科教師的探究與實作教學狀況，本研究有以下四點限制：. 一、研究樣本限制由於本研究為個案研究法，需要深入探討教師是如何施行探究與實作的課程，受限於本研究者的個人時間以及研究對象的搭配時間限制，因此本研究的的研究對象不宜太多，對象只限定在觀察的四位高中自然科教師，不包含觀察以外的其他教師，而每一學校的校風不同、學生學業程度不同；每一教師的教學風格不同、教師信仰不同，則研究結果也不宜過度推論至其他教師。. 二、研究對象與學校的限制因應研究內容的設計，研究對象為今年高中一年級的自然科探究與實作課程授課教師，且因今年在高一施行探究與實作課程的學校較少，因此無太多教師能配合，故難以針對研究對象的經驗與其授課學校文化、風氣以及學生程度逕行挑 6.

(17) 選，為本研究之限制。. 三、研究範圍的限制本研究僅針對臺北市某兩所高級中學一年級探究與實作課程的四位老師進行了解，因此不宜過度推論到其他教師和非探究與實作的課堂教學。. 四、研究工具的限制由於本研究工具的發展旨於評鑑自然科領域探究與實作課程以及探究與實作教學，因此不適用於其他的課程中。. 7.

(18) 第貳章文獻探討在開始本研究之前，首先必須瞭解探究與實作的相關知識、臺灣與其他國家實施的狀況以及其他國家是如何進行評鑑的。所以在文獻探討中首先在第一節介紹臺灣新的十二年國民基本教育課程綱要，第二節介紹美國的 NGSS，第三節再了解何為探究與實作，第五節為 NGSS 的相關評鑑制度，最後第六節則是臺灣的評鑑。藉由此處文獻探討來進一步開啟後續對研究的啟發以及研究工具設計。. 第一節臺灣十二年國民基本教育一、十二年國民基本教育課程綱要臺灣為了配合社會變遷、全球化趨勢及未來人才需求，在這幾十年來不斷的在修正自己的教育政策，由民國 83 年中央研究院院長李遠哲帶領的「教育改革審議會」針對教育改革提出許多想法，教育部在民國 85 年著手九年一貫課程的規畫，並於 93 學年度正式全面施行九年一貫課程。而最近的教改，則是於 103 年的「十二年國民基本教育」，而在同年的 11 月教育部也頒訂了「十二年國民基本教育課程綱要」。而總綱開宗明義就表示這次課綱的目的為學生中心的自發主動學習方式，以「自發」、「互動」及「共好」為理念，因此學校及教師需要激發學生的學習動機與熱情，同時幫助學生開展與他人互動能力，最重要的是要協助學生應用及實踐所學的知識。因此在課程設計上加強課程間連貫與統整、實踐素養導向課程為主軸，希望能適性揚才，並培養終身學習、社會關懷及國際視野的學生（教育部, 2014）。而 108 課綱最令人關注的即是新提出的「核心素養」。核心素養意旨學生面對現在及未來挑戰所應擁有的知識能力與態度，且在各教學階段連貫並有利各學科的統整。在核心素養中，分為三大面向「自主行動」、「溝通互動」、「社會參與」及九小項「身心素質與自我精進」、「系統思考與解決問題」、「規劃執行與創新應變」、「符號運用與溝通表達」、「科技資訊與媒體素養」、「藝術涵養與美感素 8.

(19) 養」、「道德實踐與公民意識」、「人際關係與團隊合作」、「多元文化與國際理解」，以期許學生成為一位終生學習者（教育部, 2014, p. 3）。. 二、十二年國民基本教育課程綱要－自然科學領域在 107 年正式公告的自然領域綱中提到課程有五大目標：「啟發科學探究的熱忱與潛能」、「建構科學素養」、「奠定持續學習科學與運用科技的基礎」、「培養社會關懷和守護自然之價值觀與行動力」及「為生涯發展做準備」。在課程的設計上，讓學生藉由跨科概念與科學議題學習自然科學，讓他們能對自然科學產生興趣並進一步達成自主學習。另外在探究與實作的過程中，透過和他人合作來探索知識之外，也運用不同方式溝通與表達，以培養科學素養，同時欣賞大自然並珍惜自然資源（教育部, 2014）。為了能夠有效的培育學生，教育部除了根據不同的學習階段進行規畫之外，更希望學生們對於科學認知、探究能力以及對科學的態度與本質有更進一步的認識（如表 2-1.）。同時提出三大課題與七個跨科概念，是為了幫助學生們能整合不同領域的學科知識、靈活運用知識至生活之中（如表 2-2.）。表 2-1. 108 課綱自然科領域學習表現項目. 子項. 科學認知. 對應至學習內容，區分為記憶、了解、應用、分析、評鑑、創造共六個層次。. 探究能力. 思考智能. 想像創造推理論證批判思辨模型定題. 問題解決. 觀察定題計劃與執行分析與發現討論與傳達. 科學的態度與本質. 培養科學探究的興趣養成應用科學思考與探究的習慣認識科學本質（教育部, 2018, p.9） 9.

(20) 表 2-2. 108 課綱自然科領域學習內容課題. 跨科概念. 主題. 自然界的組成與特性. 物質與能量. 物質的組成與特性能量的形式、轉換及流動. 構造與功能. 物質的結構與功能生物體的結構與功能. 系統與尺度. 物質系統地球環境. 自然界的現象、規律改變與穩定. 演化與延續. 及作用. 地球的歷史變動的地球. 自然界的永續發展. 交互作用. 物質的反應、平衡與製造自然界的現象與交互作用. 科學與生活. 科學、科技、社會及人文. 資源與永續性. 資源與永續發展（教育部, 2018, p.10）. 由此可知，除了學科知識之外，108 課綱更加強調了學生科學探究的能力和科學的態度與本質。因此為了提供學生更具統整性的學習經驗，108 課綱利用跨科、跨領域的方式來幫助學生學習。而利用不同的時事與議題，像是：環境、生命、科技、能源等等議題，更可以將學科知識與學生的生活作緊密的連結，也可以促進、培養自然科的核心素養。. 10.

(21) 第二節美國 NGSS 介紹一、 K-12 科學教育架構：實作、跨科概念和核心概念在 2011 年美國的國家研究委員會（National Research Council, NRC）、國家科學院（National Academy of Sciences, NAS）及國家工程學院（National Academy of Engineering, NAE）公布了「K-12 科學教育架構：實作、跨科概念和核心概念（Framework for K-12 Science Education: Practices, Crosscutting Concepts, and Core Ideas）」作為幼稚園到高中階段的教育方針。在此架構之中建立了三項構面（3D design）：實作（Practice）、跨領域概念（Crosscutting Concepts）以及領域核心概念（Disciplinary Core Ideas）。跨領域概念則是可以應用所有的學科之中，並提供一個連結的架構幫助學生活用各個領域核心概念，跨領域概念包含：模式（Patterns）、因果效應（Cause and effect）、尺度、比例和數量（Scale, proportion, and quantity）、系統與系統模型（Systems and system models）、能量與物質的流動、循環與守恆（Energy and matter: Flows, cycles, and conservation）、結構與功能（Structure and function）以及穩定與變化（Stability and change）（NRC, 2012）。而會提出領域核心概念是因為在日益發展的科學知識之中，很難去教學生所有的知識。因此藉由教導領域核心概念的方式，讓學生在日後有能力再去精進其他新知識。而領域核心概念分為四個領域：理化（physical sciences）、生命科學（life sciences）、地球與太空科學（earth and space sciences）和工程科技與科學應用（engineering, technology, and applications of science），在年級二、年級五、年級八、年級十二的時候都有明列出學生在該年級應該達到的學習程度。. 二、 NGSS 隨後在美國 26 州的合作、非營利教育組織「成就（Achieve）」及其他不同委員會以 K-12 科學教育架構為基礎花費 3 年的時間發展 NGSS。而 NGSS 的精 11.

(22) 神在課綱中就提到「當人們要了解時事、應用科技甚至是抉擇重要的健康照護，科學理解皆扮演重要的角色。無論學生未來是否會在醫院、高科技公司或是成為一名專業的研究人員，紮實的 K-12 科學教育是很重要的」（NGSS, 2013, p. xiii）。 NGSS 強調核心概念的整合與應用、K-12 教育的一貫性與連續性、實務上科學與工程的融合，並且要能與《各州共同核心標準》（Common Core State Standards， CCSS）中的語文領域與數學領域做結合。由於 NGSS 並且希望學生能在情境中學習到科學知識、理解科學知識是如何獲得，因此教學中必須包含下列三大面向： 1. 科學與工程實作（Science and Engineering Practices, SEP）主要是利用實作的方式讓學生實際體會科學家、工程師們是如何進行研究規劃、建立模型與假說、設計與建構出系統。在此是讓學生能夠主動的進行實務上的操作，而非被動式的學習。 2. 跨科概念（Crosscutting Concepts, CC）。跨科概念在應用上會觸及到其他科學領域，因此在教學時不僅僅強調單一學科的概念，更要注意到其他學科中的概念與實作。 3. 領域核心概念（Disciplinary Core Ideas, DCI）教導學生日異月新的科學知識是一件不可能的事情，藉由讓學生理解充足的核心概念，使他們在未來可以自己去吸收額外的知識。構成核心概念的條件須符合：結合不同學科的重要原理與原則、解決複雜問題與概念的重要工具、學生興趣及生活連結的科技知識、適合各年級學習並有不同的深度供學生探索。至於跨科概念 NGSS 訂出七個大概念來統整跨科所需要包括的主題，即模式 /形態（Pattern）、因果關係（Cause and effect）、尺度、比例和數量（Scale, proportion, and quantity）、系統與系統模型（Systems and system models）、系統中的物質與能量（Energy and matter in systems）、結構與功能（Structure and function）、系統的改變與穩定（Stability and change of systems）等 7 個概念（NGSS, 2013, p. 79）。 NGSS 定調了在教學過程中應該要以何方式進行教學，在給予特定情境下，利用「工程」來進行問題解決，學生能夠獲得科學知識之外，亦能夠了解不論是 12.

(23) 生活周遭或是未來都與科學息息相關－以透過實作來結合跨領域概念與領域核心概念。由此可知，NGSS 的三大面向並不是單獨獨立的，而是希望能夠相互揉合在一起，使學生能有更好的學習表現。科學本質（Nature of Science）也是 NGSS 非常重視的環節，因為實作與跨科、跨領域都與科學本質緊緊扣在一起。學生可以藉由實作了解科學調查擁有不同的方法、科學知識可以隨著新的證據所改變等等；學生可以從跨科、跨領域明白科學是一種認識世界的方式、科學是人類共同努力的成果等等。. 第三節探究與實作一、關於探究與實作「探究」這個詞代表了一個藉由進行調查來尋找、探索與獲得資訊的過程。而在美國國家研究委員會所釋出的科學教育標準當中，就提及主動探究學習方式是培育科學素養的方法，「動手活動」（hands-on activities）與「動腦經驗」（mindson experiences）是非常重要的，因為「科學學習是學生做，而非別人做給他們看」（NRC; 1996, p. 20）。對於探究的定義 Minstrell （2000）概括出下列：激勵好奇心、學習動機的教學方式、動手與動腦活動、操作不同的事物來研究特定的現象以及由學生形成問題。而「探究」這樣的活動最早是由約翰杜威（John Dewey, 1910）建議要編列在課綱之內，因為課程太注重在事實之上，而沒有重視科學中的思考與態度的面向，因此杜威建議探究與實作需要做的六步驟：感知令人疑惑的問題、確認問題、形成暫時性的假說、測試假說、用實驗來審視假說，最後用行動執行解決方案（Barrow, 2006）。由美國國家研究委員會所發布的國家科學教育標準（National Science Education Standards, NSES）中，將探究做了解釋與定義「探究是學生的活動，用來建構與學習科學知識，同時也了解科學家們是如何探索大自然。探究是一個多面向的活動，涉及觀察；提出問題；檢視書籍和其他來源以確認資訊； 13.

(24) 計畫科學調查；藉由實驗證據來驗證資訊；使用工具來整合、分析並解釋數據、提出答案、解釋和預測，並能與他人交流實驗成果（NRC, 1996, p. 23）。進一步指出執行探究活動的能力，包括： 1. 辨別問題與概念以幫助執行研究（identify questions and concepts that guide investigation） 2. 設計與執行科學研究（design and conduct scientific investigations） 3. 使用合適的技術與數學來改善研究與溝通（use appropriate technologies and mathematics to improve investigations and communications） 4. 運用邏輯與證據來形成與修正科學解釋或模型（formulate and revise scientific explanations and models using logic and evidence） 5. 辨認與解析不同的解釋與模型（recognize and analyze alternative explanations and models） 6. 溝通與辯護科學論證（communicate and defend a scientific argument）因此學生在進行探究時，這可以幫助他們發展批辦性思考與科學論證能力，同時讓他們對於科學有更深層的認識（NRC, 2000）。. 二、臺灣的探究與實作在自然領綱中提及自然課程內容必須含有探究本質的實作活動、跨科的學習素材和多元的教法與評量方式，用來培養學生自主行動、表達、溝通互動和實務參與的核心素養（教育部, 2015）。藉由探究與實作的方式，學生可以獲得科學探究歷程與問題解決的環境與機會；促進正向科學態度和提升科學學習動機；培養科學思考與發現關鍵問題的能力；探索科學知識發展與科學社群運作的特徵，藉此學生可以更進一步的了解科學本質（教育部, 2015）。因此我們可以知道，108 課綱精神之下的探究與實作課程並不是單純的實驗課，也不是利用新奇有趣的科學遊戲來提高學生的學習興趣。而是讓學生能夠從生活周遭、生活情境之中找到科學性的問題，再藉由解決問題的方式中體驗、學 14.

(25) 習科學探究歷程。探究與實作課程的學習重點共有「探究學習內容」和「實作學習內容」兩部分，「探究學習內容」分為四個主要項目：發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享；「實作學習內容」為則是外顯的學習表現、可操作的科學活動，例如：觀察、測量、數據蒐集與分析、歸納與解釋、做出結論等（教育部, 2018, p. 40）。因此在自然領綱中對於科學學習的方法再三要求各階段應使用「探究與實作」的方法讓學生主動探索、操作及論證能力、從既有經驗激起學生的好奇心與主動學習的意願。在認知能力中第四學習階段－國中，便開始有具體的描述「科學探究」所需具備的能力，也於高中教育階段增加自然科學探究與實作課程且為自然科學領域必修學分數三分之一（四學分）。這樣的改變在我們的科學課程中是首次訂定以科學探究與實作為高中課程的重要訴求之一。在探究能力的學習表現部分，主要希望培養學生的「思考智能」與「問題解決」的能力，而每個面向再各有 4 個子項（教育部, 2018）。思考智能強調心智運作的方式與功能，包含想像創造、推理論證、批判思辨與建立模型四個部分；而問題解決強調類似科學家處理問題、提出解決方案的歷程，包含觀察與定題、計劃與執行、分析與發現與討論與表達四個部分。由上可知探究能力的學習表現方面，108 課綱培養學生手腦並用、展現思考智能與問題解決的能力。破除過去強調知識面向的學習，改為著重於知識的運用，透過實作來了解科學知識與技能的價值與重要性。. 三、美國的探究與實作科學探究、工程設計和科技發展是相互依存的，因此 NGSS 藉由實作任務希望學生除了動腦思考更希望他們能夠動手去完成任務，一來可以幫助學生發展與建構知識之外，更能了解科學家們的研究及解決問題方式。. 15.

(26) 在實作方面，NGSS 延續 NSES 對於探究的定義－模仿科學家與工程師們的研究歷程，歷程分為三個階段，第一階段為「調查」，主要是希望學生能夠在探究活動中根據在真實世界所觀察到的現象來提出問題、設計實驗並且收集資料及測驗解答；第二階段為「評估」，需要利用批判性思考、想像力、論證、建模等來分析解釋或是提出可行的解決方案；第三階段為「發展解釋與解答」根據上一階段的結果更進一步的去分析、辯論及評估（如圖 2.1）。. 圖 2-1. 科學家與工程師的探究歷程（NRC, 2012, p.45）. 透過這三大階段，NGSS 的「科學探究」進一步細分以下八個步驟來協助幼稚園至 12 年級的學生進行更深層、更實際的學習，這八項分別是提出疑問（科學上）並定義問題（工程上）、發展與使用模型、計畫並執行研究、分析與詮釋數據、運用數學及計算思維、建立解釋（科學上）並設計方案（工程上）、從證據中形成論述、蒐集、評價、溝通資訊（NGSS Lead States, 2013, p. 48）。另外，學生形成科學意識的實作當中，他們必須將既有的素樸概念轉換成有科學根據的概念。同時，在科學課堂中學生也需要大量的閱讀、寫作、實體成果的呈現，並經由交流意見、討論與辯論精進他們對探究活動所下的結論。可以從上述得知，NGSS 提出的探究與實作架構是強調科學家與工程師進行 16.

(27) 探究過程的實作與實務行為。藉由實作結合 NGSS 的領域核心概念以及跨科、跨領域概念讓學生在整個探究歷程中能夠去探索、檢驗、提出解釋與解決方案。而 NGSS 強調三大面向的整合，其學習目標偏重於知識的應用（knowledge-in-use），因此在評量上必須先解構 NGSS 的三大面向才能發展出好的評量(Harris, 2016)。. 四、臺灣 108 課綱與美國 NGSS 的異同從上述資料可以發現臺灣的 108 課綱與美國 NGSS 在許多面向都非常的相似，而根據李驥和邱美虹（2019, p. 27）針對探究與實作學生能力表現的比較過後有下圖的發現。. 圖 2-2. NGSS 與 108 課綱的探究與實作表現之比較從上圖可以發現臺灣 108 課綱與美國的 NGSS 是相符合的，在許多細項可能相互包含，如美國 NGSS 中的「從證據中形成論述」就包含了臺灣的「推理論證」、「批判思辨」以及「分析與發現」，而臺灣的「計劃與執行」則包含了美國的「建立解釋並設計方案」和「計畫並執行研究」。. 17.

(28) 第四節 NGSS 的評鑑 NGSS 已經上一段時間，因此關於 NGSS 的相關評鑑工具有非常的多。首先 NGSS 的官方評鑑有 2 種不一樣的工具：Educators Evaluating the Quality of Instructional Products （EQuIP）與 NextGen TIME （Toolkit for Instructional Material Evaluation, Transforming Implementation through Materials Evaluation）。. 一、 EQuIP EQuIP 是由「成就」教育組織所研製而成的 NGSS 課程評鑑工具，主要是用來評鑑單元或是課程是否有達到 NGSS 的要求（Achieve, 2016）。檢核的向度包含： 1. NGSS 的 3D 設計：解釋現象以及設計解解決方案、三個構面、結合三個構面。 2. NGSS 的指導教學：相關性與真實性、學生想法、建構過程、科學正確性、差異化教學。 3. 評估學生的成長：評估學生在三個構面的表現、形成性評量、評分規準、公平的任務。在評鑑時給分是由 0 至 3 分，因為課程必須與 NGSS 緊緊關聯，因此當第一個向度被評為 2 分以下，則該課程評鑑停止並須重新設計。最後課程會根據總得分給予最後評價。. 二、 NextGen TIME 此評量工具與上述的不同在於此評量工具針對的是一整學期或較長的單元做的評鑑（BSCS Science Learning, 2018）。評鑑的向度包含： 1. NGSS 的基礎設計：現象與問題呈現、3 項構面設計、邏輯的呈現 2. 學生思考：3D 的概念框架、先備知識、後設認知、平等的學習機會 3. 學生成長：3D 的表現、不同的評量方式、學生隨時間的進步、公平的評量機會 18.

(29) 4. 教師支持：利用現象與問題帶動 3D 學習、連貫性、有效教學、針對不同學生給予學習支持、協助觀察學生成長 5. 課程總體：學習的進程、單元間的連貫性、課程的評量這可以幫助審視與分析教學內容是否合適，幫助教師把教材轉化成符合 NGSS 精神的內容。. 第五節 12 年國教的評鑑關於臺灣自己的課程評鑑，只有由教育部針對 108 課綱所發布的國民中學及國民小學實施課程評鑑參考原則來評估實施的成效。共有四個評鑑層面：課程設計、課程實施準備、課程實施情形與課程效果（如表 2-3.）。在 108 課綱課程設計的評鑑之中，教育效益、學習效益和素養導向的部分，主要是難是否有掌握課綱的基本概念、學習內容與學習表現、學校的發展願景及是否符合學生的身心發展。內容結構則是針對課程設計的內容是否完備以及是否符合課程組織；邏輯關聯則是評鑑課程各項元素彼此的邏輯關聯性；發展過程則是檢視課程的發展過程是否具備知識基礎與專業參與。課程準備方面則是評鑑教師專業發展，包含研習與社群活動、熟知課綱內容；家長溝通為了解教師是否運用多元管道與家長與學生溝通；教材資源為課程的教材、學習資源及場地與設備；學習促進為是否規劃促進課程實施與教學效果的方案或是活動。而在課程的實施上，則是檢視教師是否掌握課綱所強調的核心素養、學習重點並運用有效的教學策略及評量，校內的研究會或是社群是否能跟因應評量成果修改課程與教學。最後在課程效果的部分則是檢視學生的學習成果，是否有達到各科/各領域所制定的核心素養、學習重點與學習目標；持續進展則為診斷課程是否能根據學生年級的增長而有所持續發展（教育部, 2018）。. 19.

(30) 表 2-3. 108 課綱課程評鑑參考原則雙項細目表評鑑對象課程總體架構評鑑層面. 彈性學習課程. 領域學習課程. 課程設計. 教育效益內容結構邏輯關聯發展過程. 學習效益內容結構邏輯關聯發展過程. 素養導向內容結構邏輯關聯發展過程. 課程實施準備. 教師專業家長溝通教學資源學習促進. 教師專業家長溝通教學資源學習促進. 教師專業家長溝通教學資源學習促進. 課程實施情形. 教學實施評量回饋. 教學實施評量回饋. 教學實施評量回饋. 課程效果. 教育成效. 目標達成持續進展. 素養達成持續進展（賴榮飛, 2019, p. 46）. 20.

(31) 文獻對本研究的啟示經由上述的文獻探討可以了解臺灣對於教育改革的決心，從顛覆了過往的著重知識面演變到現在著重素養取向，無非是希望學生在未來有更大的競爭力。而臺灣與美國所做的教育變革有許多十分相似的地方，都在課綱內明訂科目中重要的學習內容與核心概念、跨領域以及實作類型的課程。而對於評鑑的制定與實施，比較臺灣與美國的教育評鑑，臺灣缺少明確的評鑑向度，若有評鑑指標將有助於教師瞭解教學的優點以及可以改進或努力的方向。因此本研究擬開發一個評鑑工具來瞭解教學現場在實施探究與實作課程時，教師的觀感、面臨的挑戰以及教師如何處理新課程的問題，期待所開發的指標能適用於教學現場，作為教師完成 108 課綱的精神與要求時之參考。（如下圖）. 學習內容. 領域核心概念. 相似 NGSS 科學與工程實作. 跨科概念. 探究與實作. 課程與教學評鑑圖 2-3. 文獻回顧啟示示意圖. 21. 108 課綱跨領域.

(32) 第參章研究方法本章節將根據文獻套的啟示提出本研究的研究方法，第一節為研究設計，此節將說明本研究的研究架構以及如何進行研究：第二節為研究對象，主要是描述本研究中教師的背景介紹；第三節為研究工具，將呈現本研究的工具以及其參考來源；第四節為資料收集，在此說明本研究的資料收集的細節；第五節為資料處理及分析，將說明本研究是如何處理收集好的資料以及編碼；第六節則為本研究的研究流程。. 第一節研究設計本研究將以十二年國民基本教育課程綱要為基礎，並結合美國 NGSS 的課程評鑑面向，建立屬於臺灣自己探究與實作課程的評鑑量表。為了解臺灣探究與實作課程的教學實施情況，而提出下圖研究設計架構。. 美國 NGSS 教學與課程評鑑. 教師態度與想法. 教師教學臺灣十二年國教自然科領域探究與實作的精神. 圖 3-1. 自然科探究與實作教師的教學之研究設計架構. 一、教師態度與想法本研究將了解兩所公立高中的四位自然科探究與實作教師對於十二年國教的看法、態度以及如何面對新課綱帶來的挑戰，此外也企圖了解教師們對於探究與實作課程的想法、如何設計探究與實作課程、預計如何進行教學等等。. 22.

(33) 二、教師教學教師的教學方式將由研究者到北部兩所高中的探究與實作課入班觀察四位自然科教師上課情形，並利用攝影機與錄音筆記錄教師教學流程與過程。. 三、探究與實作課程評鑑作者將蒐集美國 NGSS 相關評鑑工具並閱讀探究與實作相關文獻，從中尋找、分析哪些因素是探究與實作教師在進行教師在進行探究與實作教學時重要的。. 第二節研究對象本研究將在兩所學校觀察四位自然科教師進行探究與實作的課程，分別在觀察 A 學校兩位老師化學與生物的課以及 B 學校兩位老師物理與地球科學的課程。以下將介紹分別介紹兩校的學校與教師。 A 校是台北市中段的男女合班完全高中，校園坐落於山坡上，校風方面因為有國中及高中部的關係，學生是相當的活潑。探究實作課程分為兩門課，一門是以化學和生物合科教學為主，另一門是以物理和地球科學合科教學為主。以化學生物科為例，上半學期進行生物部分的課程，下半學期進行化學的探究與實作。在 A 校的觀課科目為化學生物組。生物教師為年輕的女性（以 AB 表示，A 代表 A 校，B 代表生物），已有兩年教學經驗，第一年在 A 校任教。教學風格較為強勢，教師與學生的界限明確。化學由資深的男性教師授課（以 AC 表示，A 代表 A 校，C 代表化學），教學經驗累積二十二年之久，在 A 校任教多年，教學風格較生動並與學生親近，時常可在課堂上聽見師生互動的歡笑聲。 B 校為台北市前段的男校高級中學，校園在市區之中，學生享有相當高的自由，不同於一般高中中午必須午休的限制，學生們可以自由的應用時間。B 校一樣將探究與實作課程分為兩門課，一門是以化學和生物合科教學為主，另一門是以物理和地球科學合科教學為主。課程進行的方式為協同教學，課堂中由兩位老師同時指導學生，上半學期由物理老師先行主導教學，下半學期再換地科老師帶領主要的教學活動。物理由年輕的男性教師（以 BP 表示，B 代表 B 校，P 代表 23.

(34) 物理）授課，教學經驗為兩年，第一年在 B 校，教學過程時常與學生互動並拋問題給學生回答，於問題討論時與學生互動良好。地科老師（以 BES 表示，B 代表 B 校，ES 代表地球科學）為資深的男性教師，教學經驗為 12 年，教學風格較為活潑且時常給予學生反饋。教學進行時，一位教師為主講者，另一位教師則在課堂中巡邏學生各組的活動，並協助提問的學生解惑。當全體學生討論時，兩位教師皆在各組穿梭指導學生，兩位教師都會到各組關切至少兩次，並時常私下討論各組的狀況。四位教師背景與教學場域如表 3-1.所示：表 3-1. 四位高中自然科探究與實作教師背景介紹授課學校. A 學校. B 學校. 授課科目. 生物. 化學. 物理. 地球科學. 教師代碼. AB. AC. BP. BES. 最高學歷. 碩士. 碩士. 大學. 碩士. 研究領域. 分子生物. 科學教育. 科普. 古環境. 教學經驗. 2年. 22 年. 2年. 13 年. 其他經驗. 教學助理. 參與高瞻計畫. 街頭物理. 帶領學生科展. 生物與化學教師分別授課物理及地球科學教師課程運作方式. 上半學期：生物科協同教學下半學期：化學科. 第三節研究工具本研究內容為高中自然科探究與實作教師的教學理念以及教學過程。故教師教學理念的資料收集以半結構式晤談為主；教師的上課教學過程則是運用課堂錄影以及評鑑量表。研究工具分述如下：. 一、晤談者在質性研究中，常常需要在自然的情形之中收集資料，因此研究者本身也會 24.

(35) 被視為研究工具之一。本研究的研究者為中等教程的教程生、國際教育學程生，並且為科學教育研究所的碩士生，曾參加多次探究與實作相關工作坊以及模型與建模的相關研習，因此對於探究與實作課程具有一定程度的了解與認識。此外，研究者的指導教授及其研究團隊具備探究與實作課程開發與施行經驗，故可以讓研究者諮詢、給予建議及協助本研究運行。. 二、半結構式晤談大綱進行半結構式晤談時，會在事先擬定一份訪談的題綱，但後續的提問內容則不在此限，研究者會根據教師所回答內容有興趣或是有疑慮的部分進一步追問，直到收集到研究者所需要的資料為止。因本研究所觀課的教師對自然科探究與實作的課程設計理念、課程內容和教學方式不一樣，故本研究於課程開始前與課程結束對四位高中探究與實作教師進行半結構式晤談進行資料收集。提問的問題會依研究對象的回答而調整，但晤談過程中會確認有收集到晤談大綱上的問題為止。訪談問題根據 SWOT-S 態勢分析法作為分類，以了解新的課綱與課程對外部與內部帶來何種優勢及劣勢。如表 3-2.。. 25.

(36) 表 3-2 半結構式問卷大綱細目表面項. 訪談題目. 優勢. 1.. （Strengths）. 代碼. 108 課綱與你的教學理念是否吻合？相同在. S1. 哪裡？不同在哪裡？ 2.. 您覺得您的教學有哪些特色（或強項）？. S2. 3.. 探究與實作課程在哪些地方勝於傳統實驗. S3. 課？劣勢. 1.. 您覺得您的教學有哪些有哪些不足（弱點）. W1. （Weaknesses）. 2.. 你認為 108 課綱有什麼不足/忽視的地方？. W2. 3.. 探究與實作課程在哪些地方不足於傳統實驗. W3. 課？機會. 1.. （Opportunities）. 你認為 108 課綱對學生會造成什麼樣的改. O1. 變？ 2.. 你認為 108 課綱下學生哪些能力會增強？. O2. 3.. 探究與實作課程是否給予你更多空間來施展. O3. 你的專長/發揮你的教學理念？威脅. 1.. 你認為 108 課綱對於教學帶來什麼挑戰？. T1. （Threats）. 2.. 你認為 108 課綱對學生會減弱什麼能力？. T2. 3.. 探究與實作課程在教學上對你的挑戰是什. T3. 麼？策略. 1.. 你是如何去應對/解決挑戰？. ST1. （Strategy）. 2.. 你將如何在教學上補足不足或是缺點的地. ST2. 方？ 3.. 探究與實作中教學課程你是如何去規劃與設. ST3. 定目標的？ 4.. 探究與實作課程你將如何評量學生的學習成. ST4. 效？ 5.. 探究與實作課程你覺得校方應該如何協助老. ST5. 師們？ 6.. 探究與實作課程與傳統實驗課的教學方法改變？. 26. ST6.

(37) 第四節資料收集本研究的資料收集方式主要採用教師晤談以及課室影片。教師晤談分別於教學前與教學後運用半結構是問卷進行訪談；課室影片則是在每堂時入般觀察教師的教學行為。. 一、課程開始教學前的資料收集主要是教師晤談，首先訪談者會了解教師的教育相關背景，接著便依照半結構式晤談大綱進行晤談。在晤談過程中，研究者會根據教師的回答盡量追問更多細節以了解教師的想法。詳情如表 3-3.所示。表 3-3. 四位教師課程開始的半結構式晤談對象. 日期. 總時長. 內容. AB 教師. 108/09/20. 36 分鐘. 教師的教學理念；如何面對 108 課綱的. AC 教師. 108/09/16. 50 分鐘. 挑戰；108 課綱下的教法轉變與應對；探究與實作課程學習目標制定；探究與. BP 教師. 108/09/19. 24 分鐘. BES 教師. 108/09/19. 45 分鐘. 實作的學習評量；探究與實作的教學方法；探究與實作帶來的挑戰. 二、課程進行中從教師開始教授自然科探究與實作課程，研究者便進入課堂中錄影觀課。在教學過程中，研究者並不會對教師的教學進行干擾與介入，以取得教師原始、自然的教學過程。課室觀察期間有遇上國定假日、校慶補假、學校段考、教師調課等因素，因此每位教師所觀察到的課堂數不一致。此部分為了解教師如何進行探究與實作教學部分重要資料，如表 3-4.所示。. 27.

(38) 表 3-4. 四位教師的實際入班觀察及錄影對象. 日期區間. 總課堂數. 108/09/09（開始） AB 教師. 入班觀察日期 09/09；09/16；09/23；10/14；. 6 108/10/28（結束）. 10/21；10/28. 108/11/25（開始）. 11/25；12/02；12/09；12/16；. AC 教師. 5 108/12/23（結束）. 12/23 09/12；09/19；09/26；10/03；. BP 教師 108/09/12（開始）. 10/17；10/24；10/31；11/14； 15 11/21；12/05；12/12；12/19；. 109/01/09（結束） BES 教師. 12/26；01/02；01/09. 三、課程結束四位教師在探究與實作課程結束之後會再次進行晤談，課後晤談一樣會按照半結構式晤談大綱進行晤談，以了解教師在教學過後對於課程實施的想法，也能比較教師在教學前後的態度與想法。詳情如表 3-5.。表 3-5. 四位教師課程結束的半結構式晤談對象. 日期. 總時長. 內容. AB 教師. 109/01/15. 47 分鐘. 108 課綱挑戰的處理；108 課綱下的實. AC 教師. 109/01/16. 57 分鐘. 際的教法轉變與應對；探究與實作課程學習目標達成；探究與實作評量的適宜. BP 教師. 109/01/16. 23 分鐘. BES 教師. 109/01/16. 51 分鐘. 度；探究與實作的實際教學方法；探究與實作的挑戰；教師需要的協助. 28.

(39) 第五節資料處理與分析本研究的資料來源包含了教師晤談以及教師課堂紀錄影片。本研究的資料處理及方式如下：. 一、教師晤談 1. 將教師晤談的錄音檔案轉譯成文字資料 2. 整理文字資料並編碼：為了方便呈現研究的內容，研究者將文字資料以不更動教師原意的原則進行刪減和內容擷取。 3. 依照研究架構之教師探究與實作的教學問題進行對應與分類 4. 依據分類將比較教師的想法、教學內容與教學過程，同時比較教師教學前、後的差異。. 二、課室影片 1. 課室影片將作為後續評鑑教師的依據 2. 影片將與教師課程開始的想法做比對，了解教師是否有達成當初設定的目標. 三、資料編碼處理為了真實地呈現晤談以及影片資料，以及方便資料的整理與檢視，故將收集到的資料進行編碼處理。編碼方式如下表 3-6.所示。. 29.

(40) 表 3-6. 資料來源與編碼表第一層以代號代表研究對象. 第二層. 第三層. 以大寫英文符號代表. 以小寫英文符號與數字代. 資料收集的方式. 表來源或是細部資料. FI（課程開始晤談 First Interview） AB（A 學校生物老師）. SI（課程結束晤談. AC（A 學校化學老師）. Second Interview）. BP（B 學校物理老師） BES（B 學校地科老. CO（課室觀察. 師）. Class Observation）. IP（探究與實作 Inquiry and Practice）. 1 代表晤談第 1 題 2 代表晤談第 2 題（以此類推） 1 代表晤談第 1 題 2 代表晤談第 2 題（以此類推） 1 代表教師第 1 堂課 2 代表教師第 2 堂課（以此類推） 1 代表探究實作第 1 項能力 2 代表探究實作第 2 項能力（以此類推）. 例 1：AB-FI-1 代表 A 學校生物老師在課程開始晤談中第 1 題中提到相關的內容例 2：BP-CO-3 代表 B 學校物理老師在課程中第 3 堂課教學的內容例 3：BES- IP-2 代表 B 學校地科老師讓學生做第 2 項探究實作能力. 第六節研究流程本研究旨在開發高中自然課探究與實作課程的評鑑工具，因此藉由兩所公立高中的四位自然科教師為例進行研究。研究流程分為三個階段：文獻探討準備階段、資料收集階段和分析研究階段。如圖 3-1 所示。. 30.

(41) 探索研究方向. 準備. 確定研究主題. 提出研究目的與問題. 設計研究架構. 階尋找研究對象. 教師初次見面. 段專家效度開發評鑑工具修改工具. 資料收集階段. 課程開始. 教師晤談. 課程進行中. 課堂錄影. 課堂結束. 教師晤談. 31.

(42) 分析與總結階段. 資料處理與分析. 撰寫研究成果與結論. 完成論文. 圖 3-2 研究流程圖在文獻探討準備階段時，主要是在確定研究方向、可行性並閱讀不同文獻找尋適合的研究主題。確定研究主題之後制定研究目的與問題研究並著手研究設計，再從文獻回擬定研究架構。經由與指導教授討論確定本研究的可行行性後，便開始尋找合宜的研究對象及開發評鑑工具。探究與實作課程評鑑工具依照專家意見修改後用以分析教師教學。資料收集階段分為課程開始、課程進行中及課程結束。課程開始時為四位教師的半結構式晤談，用以探討教師的想法與教學設計。課程進行中則是利用錄影觀課的方式記錄教師的教學行為。課程結束後會再次利用半結構式訪談來了解教師對於探究與實作課程的想法。最後為分析研究階段，運用自行設計的評鑑工具分析教師的教學，結合晤談的資料進行處理與分析，進而撰寫研究成果、論述結論並完成論文。. 32.

(43) 第肆章研究結果及討論研究結果及討論將對應研究目的和研究問題來呈現。第一節將回顧國內外文獻，找尋出在教學與課程中重要的因素來回答研究目的一；第二節教師對於探究與實作課程的態度與想法來回答研究問題 2-1；第三節為探究與實作教學評鑑來回答研究問題 2-2；第四節為教師對 108 課綱的總體回顧來回答研究問題 2-3。研究結果會先將研究者所收集到的資料與文獻列出，並在內容的下一段做摘要整理。. 第一節自然科探究與實作課程評鑑工具根據學者（Pedaste et al., 2015）整理指出，探究與實作總共有 34 種探究與實作活動分為五大項：研究方向（Orientation）、概念化（Conceptualization）、研究（Investigation）、結論（Conclusion）以及討論（Discussion）。融合學者的研究並綜合臺灣與美國對於學生探究與實作的能力表現，得出「觀察現象、提出疑問並制定問題」、「設計研究方案與執行計畫」、「分析數據並根據證據形成論述」、「建立與發展模型」和「蒐集、衡量資訊並討論分享」五種探究能力。一、開發自然科探究與實作教學評鑑工具了解哪些能力是需要教師教導、訓練學生之後，接下來便能開發教師教學的評鑑工具。在這裡研究者參考了 EQuIP、NextGen TIME 中教師指導的向度，至於教師在課堂中應具備的行為，在 Good and Lavigne（2017）著作的《Looking into Classrooms》與美國國家研究委員會（NRC, 2000）都有明確指出針在課堂中應該包含：引起動機（Pre-egagment）、確認學習的狀況與需求（Diagnosing learners’ understandings and needs）、支持學生學習（Maitainig persuit of the goal）、給予學生回饋（Giving feedback）等等。評鑑量表的向度包含探究程度、教師驅動問題、教師指導學生思考、教師指導學生實作、教師對學生的支持以及教師評量學生。 33.

(44) 教學評鑑量表部分經由研究領域為課程發展、教學原理與評量與教師專業發展的教育學博士，其著有《促進教師表現與專業能力發展之評鑑機制》、《教師專業標準應用於教師評鑑之實務議題初探》、《迎向未來的師資教育：從培養 21 世紀素養談起》等文章，由以上文章可以了解該學者對於教師評鑑以及新課綱所注重之素養教學皆有深刻的認識與研究，故邀請該學者進行專家審核與意見修改，專家審核問卷如附錄一。專家審核後，建議將教師對學生的教學聚焦在單一事件；評鑑向度的順序重新排序；「教師給予學生自主性」修改為「教師鼓勵學生自行設計研究流程」；將「教師對學生的支持」的向度重新分配至「教師指導學生思考」和「教師指導學生實作」，修改過後的教學評鑑量表，將教學分為 4 大項：教師的上課驅動問題、教師如何指引學生思考、教師如何指導學生實作以及教師如何評量學生，細項則為根據文獻回顧所提及的教學重點。如表 4-1.。. 34.

(45) 表 4-1. 探究與實作單元教學評鑑量表 Part1: 教師驅動問題. 得分. 一、教師的驅動問題與學習內容的相關聯性 0: 無 1: 稍微與學習內容相關 2: 該學習階段之學習內相符 3: 能與過去或是未來學習內容連結二、教師的驅動問題與學生生活的關聯 0: 無 1: 驅動問題只存在於課本之中 2: 驅動問題發生在人為控制的環境下 3: 驅動問題為學生日常生活的一部分三、教師的驅動問題與學生解釋現象或問題的相關聯性 0: 無 1: 驅動問題僅能部分與現象或問題連結 2: 驅動問題可以與現象或問題連結 3: 驅動問題可以幫助學生連結待解決問題與現實生活四、教師如何利用驅動問題 0: 1: 2: 3:. 無（當作開場白, 無互動）稍微提及或帶過驅動問題提出關於驅動問題一個或多個問題/互動使用驅動問題為後續探究實作的現象做鋪陳. 小計. 分. Part2: 教師指導學生思考. 得分. 一、教師給予學生機會發揮/呈現他們的想法 0: 無 1: 少部分讓學生自由發揮 2; 能讓學生自由的發表他們的想法 3: 除了 2, 老師能讓學生們相互討論並由同儕給予反饋二、教師給予學生幫助與回饋，讓學生能運用學科或是不同領域的知識來思考問題 0: 無 1: 僅回答問題，無刺激學生思考 2: 教師持續給回饋讓學生從單一學科的角度來思考解決問題 3: 教師持續給回饋並鼓勵學生從不同學科的角度來思考解決問題三、教師考量到學生的先備知識 0: 無 1: 教師高估/低估學生的先備知識 35.

(46) 2: 教師能了解學生的先備知識並給予指導 3: 教師能考量到學生的先備知識，並且能明確地將其與學生的想法與實作連結四、教師幫助學生思考先備知識與新知識的連結 0: 無 1: 僅讓學生學習現有的新知識 2; 幫助學生與先備知識結合 3: 完整的讓學生理解先備知識的原理與新問題該如何結合與運用五、教師幫助學生將知識運用於問題/情境之中 0: 1: 2: 3:. 無僅確認學生知識，無幫助學生運用幫助學生連結/運用先備知識，並與情境結合能根據學生的先備知識給更上一層的知識，並與真實問題結合. 六、教師利用鷹架幫助學生學習 0: 1: 2: 3:. 無鷹架教師提供的鷹架無法幫助學生學習教師只給予單一鷹架，並無因為時間變化而改變教師隨著時間給予不同程度的鷹架幫助學生進行探究與實作以幫助. 他們意義建構七、教師幫助學生的後設認知 0: 無 1: 教師僅提及，無引導學生上位思考 2: 教師引導學生上位思考 3: 教師引導學生上位思考、幫助學生建立學習的目標、回顧學生的學習歷程並讓學生檢視自己的學習成果小計. 分. Part3: 教師指導學生實作. 得分. 一、教師幫助學生在各個組別中的合作 0: 無 1: 教師僅專注少數組別學生處理問題 2: 教師隨時幫助各組學生處理問題 3: 教師隨時幫助各組學生解決問題、協助學生聚焦問題並刺激學生激發更多想法二、教師鼓勵學生自行設計研究流程 0: 教師決定學生的學習 1: 教室僅讓學生些許的自行設計實驗的空間 2: 教師讓學生有自主空間，惟不能脫離既定模式 36.

(47) 3: 教師開放學生各種想法、鼓勵學生不斷的去嘗試，就算失敗也是學習的一種。三、教師鼓勵學生堅持探索與學習 0: 無 1: 教師口頭上鼓勵學生堅持探索與學習 2: 教師經常確認學生進度並鼓勵堅持探索與學習 3: 教師不斷的鼓勵學生確認學生進度，並持續給予回饋四、教師給予每一個學生平等的學習機會 0: 無 1: 教師僅顧慮到少數學生 2: 教師能顧慮到多數學生，但無法即時回應學生的需求 3: 教師能顧慮到多數學生，並即時回應學生的需求五、教師給予學生合適的科學現象、資訊來幫助學生學習 0: 給予學生過於簡單/錯誤的資訊與現象 1: 教師給予的現象與資訊為虛構/模擬的 2: 教師的教材與資訊符合該程度的學生 3: 教材與資訊符合時事、科學上正確並且結合不同的領域六、教師使用公開討論/辯論刺激學生思考 0: 1: 2: 3:. 使用封閉式問題僅詢問有關陳述型知識，無幫助學生思考現象引導學生發表意見，並能夠幫助學生理解與討論現象完整的讓學生理解先備知識的原理與新問題該如何結合與運用. 七、教師幫助學生進行探究活動 0: 教師無指導學生進行探究 1: 教師指導學生使用技能 2: 同上，並引導學生發表意見，能夠幫助學生理解與討論現象 3: 同上，並完整的讓學生理解先備知識的原理與新問題該如何結合與運用小計. 分. Part4: 教師評量學生. 得分. 一、教師協助作品產生 0: 教師幫助學生完成作品 1: 教師未協助學生完成作品 2: 教師指示學生利用證據來完成作品 3: 教師引導學生結合不同知識、利用收集的數據與證據完成作品二、教師執行形成性評量 0: 無 1: 教師僅用傳統的紙筆測驗 37.

(48) 2: 利用形成性評量檢視學生學科能力的面向 3: 教師能利用形成性評量檢視學生各個學習表現的面向三、教師的分數指導 0: 無公布評分標準 1: 給予評分項目 2: 給予評分量表 3: 給予評分量表並且給予學生回饋四、教師的評量方式 0: 無評量 1: 僅有單一的評量方式 2: 多種固定的評分方式 3: 有多元的評分方式讓學生表現其學習成果小計. 分. 總計. 分. 評鑑量表中第一大項有四小項；第二大項有七小項；第三大項有七小項；第四大項有四小項，而每一細項最高三分，總分共 66 分。此評鑑量表主要是依據教師的教學，在教學完整個單元之後給與教師總體的單元評價。. 38.

(49) 此外，教師在教學中對於學生作了何種探究與實作的指引與指導，也根據臺灣 108 課綱（教育部, 2018）以及 Pedaste (2015)整理出 15 個關鍵探究與實作活動，作為課堂的評鑑量表。如表 4-2.。表 4-2 教師課堂評鑑量表評鑑向度. 次數. 1.. 教師讓學生自己形成問題/預測來探索. 2.. 教師讓學生自己從觀察/現象中辨識出問題. 3.. 教師讓學生自行操作不同變因. 4.. 教師讓學生設計或實施自己的調查. 5.. 教師讓學生收集質性或量性數據. 6.. 教師讓學生運用表格或是圖案來整理、分析數據. 7.. 教師讓學生運用數學邏輯來分析數據. 8.. 教師讓學生將觀察/發生的事情記錄下來. 9.. 教師讓學生能呈現介紹實驗程序，數據和結論. 10. 教師讓學生能批判不同資訊 11. 教師讓學生根據數據或觀察結果開發概念模型 12. 教師讓學生根據模型預測結果 13. 教師讓學生提供證據支持主張或解釋 14. 教師讓學生考慮不同的解釋/解決方案 15. 教師讓學生提出支持或反駁的論點課堂評鑑量表的信度經由包含研究者三人依此量表觀賞一部十分鐘的教師教學影片，依照教師給予學生教學的次數進行填寫。研究者與甲的同意度為 10/11；甲與乙的同意度為 10/13；研究者與乙的同意度為 8/10，本評鑑量表的信度為 0.826。. 39.

(50) 第二節教師對 108 課綱的想法教師對於 108 課綱想法的資料來源為教師晤談，研究者由半結構式問卷在教學進行前與學期結束時對教師進行晤談。本節將分為利用 SWOT-S 態勢分析法、課程教學前與課程結束後分別呈現。首先根據 SWOT-S 態勢分析法將四位自然科探究與實作教師的訪談進行分類，以了解教師們對於 108 課綱的想法。根據 SWOT 內部向度的分析結果可以看到教師們認為 108 課綱和探究與實作課程可以幫助學生提升思考能力及知識應用，並且教師們也嘗試在課程之中提高與生活的連結以幫助學生運用知識，另外教師也希望藉由多元有趣活動拉近與學生之間的距離並提高學生參與課程的機會。 AB：增加學生知識的應用方面，…比較高遠的目標是希望可以，訓練他們. 的思考邏輯的能力。 BES：我覺得新課綱裡面有一些課程設計的出發點確實就是培養同學們的思考，…同學自己要能夠參與，然後這才會是他學到的東西。而內部所帶來的劣勢則是教師需要花費更多時間去開發、熟悉探究與實作課程，也因為這樣導致許多教師不願意投入其中，導致負擔壓在少數教師身上。 BES：因為其實像現在投入這門課的老師，我覺得都是有想法的，就是願. 意在這個領域上嘗試。但你當然也可以看到有些老師沒有投入這門課。 AB：不過有些老師其實不想要碰探究，年紀比較資深的老師。他可能會覺得說他要退休了，或者是他就是不想做。所以真正要做的人其實就也不是那麼多。而正課的教學時數下降及部分科目的教學內容提升，也讓教師們在教學時陷入困境。同時也提及 108 課綱在學生學習的「科目」上是不斷增加的，可能導致學生學習的不連貫甚至取捨課程的投入程度。 BES：高中生他們在一直以來的課綱的設計下，他們面對的科目數就是非常的多。…整個課綱的發展來說，課綱一直都在加，而沒有減，那從學生的角. 度來說，這件事情其實負擔很大。…如果我今天是同學，我當然會自己去取捨哪個東西的好壞，那學生自己在取捨的時候，我選擇性地放棄了某一些科目， 40.

(51) 那那個科目本來可以培養的東西，也同時就被放棄了。…學生必須切換各種課程的模式，那這個東西對於培養他們的思考或是連貫性來講，我覺得那個是不好的。 AC：那最主要是因為我們東西真的給學生多太多了！看像日本，他們只到第六節就下課了，他們有更長的時間去社團，探討自己以後需要的東西。我們不是啊！塞吧！塞吧！每科都要選，每科都要學那麼多。. 在外部所帶來的機會，則是學生們能夠擺脫過往的填鴨式教學，有更多的時間去動手實作並培養學生們的素養和解決問題的能力。同時也因為探究與實作課程的關係，讓教師更能夠將自身的興趣、教師的第二專長分享給學生。 AB：擺脫以前學習不斷的填鴨…老師們可以更佳展現他們自己真正想要跟. 學生分享的東西、自身所學的東西。可能是老師們本身第二專長，或者是跟學科融合的相關知識這樣子。我覺得這無論是對於老師或對於學生來說，覺得是更加生活化的東西。我覺得就生物課程來說…會讓他們更有時間，更有機會去動手做。 AC：探究實作這東西，這是能力的培養。 BES：教師真的會想到這個主題，一定是跟自己的專長有關。不然不太能. 夠在有一點短的發展時間內，然後能夠擴充出這樣子的內容，對，所以它確實有受到第二專長的影響。另外教師提及到 108 課綱可能會造成學生學習的 M 型化，對於自主性、先備知識充足的學生更能去拓展新的視野，而相對落後的學生則是會在新課綱中因為迷失而落後。 BP：我覺得其實就是 M 型社會啦，就是你很聰明的就會一直很聰明。然. 後用這個會讓他更理解他想要什麼，然後怎麼解決問題、發現問題，這是很好的一段路程。可是對於中、後段的學生，你用這些東西他們只是發呆，不知道要幹嘛，也沒有老師的指示，就會更慘。而在外部所帶來的威脅，多數教師則是認為經費的不足、以及教師們除了耗費許多時間開發新的課程之外，準備上課內容的時間也拉長，在上課過程中的不確定性也提高。另外教師們也需要面對學生以及家長對於新課綱的不安和對於未來考試內容的擔憂。 AB：很多實驗的器材都要買，可是這些東西要買其實都要錢。 41.