教育部 99 年度中小學科學教育專案計畫

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教育部 99 年度中小學科學教育專案計畫

發展國小學生科學探究能力自編課程之行動研究 (第二年)

計畫主持人:翁秀玉 嘉義市蘭潭國民小學

中華民國九十九年七月十五日

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目 錄

壹、緒論 ... 1

一、研究背景與動機 ... 1

二、研究目的與待答問題 ... 3

三、名詞釋意 ... 3

貳、文獻探討 ... 5

一、科學專題研究 ... 5

二、科學探究與教學 ... 6

三、科學探究能力 ... 8

叁、研究方法 ... 10

一、行動研究流程 ... 10

二、收集及分析資料 ... 10

肆、研究結果與討論 ... 12

一、科學專題研究課程的架構 ... 12

二、科學專題研究課程行動方案與修正 ... 14

三、學生科學探究能力方面的提升 ... 38

四、追蹤本課程對已畢業學生中學科學實驗課之影響 ... 39

伍、結論與建議 ... 40

陸、未來展望 ... 41

柒、參考資料 ... 41

附件一:九十八學年度學生版「科學專題研究」教材 ... 43

附件二:科學探究能力學生自我評量表 ... 60

附件三:畢業生「科學專題研究」課程問卷 ... 61

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1

發 展 國 小 學 生 科 學 探 究 能 力 自 編 課 程 之 行 動 研 究

摘 要

本研究以研究者自編「科學專題研究」課程,推展每一位高年級學生從事科學專題研究,

目前已實施七年,歷年來共有九位高年級自然科教師共同參與。本研究以行動研究模式進行教 學改進,收集合作教師群及學生對課程改進的意見,以做為隔年實施的參考;另採用「科學探 究能力學生自我評量表」前後測結果得知,本課程對學生科學探究能力確實有提升;追蹤已畢 業學生發現,本課程可以讓 60%學生快速理解中學的科學實驗操作流程,甚至擔任小組領導者。

本研究希望編寫出適合小學科學教師可以在班級自然課堂上實施「科學專題研究」的教學課程。

關鍵字:科學探究、科學專題研究、行動研究

壹、緒論 一、研究背景與動機

美國國家科學教育標準 National science education standards 指出:科學探究是科學 教學的中心策略,以探究為基礎的教學將是學生學習科學知識的有力手段(NRC, 1996)。而且 九年一貫課程實施綱要(教育部,2003)建議教學方法為:「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,而教學活動的設計,應以解決問題策略為 中心,並循確認問題、蒐集有關資訊、擬訂解決方案、選定及執行解決問題,並進行方案評鑑 與改進等程序實施教學。」

從這次教育改革中可看出,強調以學生活動為主體,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,著重養成學生終身之學習能力,意即培養科學探究能力及教導 學生製作專題是當前重要的課題。

而且十大基本能力中的五項:運用科技與資訊的能力、主動探索與獨立研究的能力、獨 立思考與問題解決的能力、表達與溝通分享的能力、團隊合作的能力,這五項能力都可以透過 學生製作科學專題研究來達成科學探究能力的培養。

但是面對教學現場,教科書詳列的實驗步驟,學生不經大腦思考以「照食譜炒菜」來驗 證科學知識,缺乏針對假設設計實驗等主動批判思考的學習,如此能真正提升多少「科學探究」

呢? (王靜如、周金燕和蔡瑞芬,2006;林煥祥,1996;翁秀玉,1997)

美國國家教育研究會(NRC,1996)主張讓學生如同科學家般在真實情境中學習科學。劉宏 文和張惠博(2001)也指出,在科學學習的過程中,學生應該有機會從事真實性的科學探究活

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動,從具體的實踐中去把握科學的內在與外在面向。

科學探究活動讓學生有機會由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、進行實驗,進而解決問題,獲得結論並將成果展現出來,這樣過程 對學生而言是充滿教育的意義與價值(黃鴻博,1996)。

而如何營造真實的科學探究歷程,這與製作專題發表的過程是息息相關的(游淑媚,

2002),因此科學專題研究的教學應是一項不錯的的教學方案。目前也有些學校將科學專題研 究,已正式列入課程實施(曾政清,民88)。因此大力推展專題導向的科學學習(Project-Based Science , PBS),引導學生從事科學專題研究是當前可推行的教學方式,因此指導學生從事科 學專題研究,已成為教師最需要的專業知能(詹秀玉,2006)。

但是,教師進行 PBS 的教學,就現實面而言必須考量時間較長、資源分配與精力等問題,

因此這是一項很值得提倡,但卻不易實施的教學方式(顏瓊芬與黃世傑,1999;樊琳與李賢哲,

2002),故推動科學專題研究的課程必須注意開發適合的教材、配套措施、和全面性的考量,

也因此科學專題研究通常只在社團或資優班中的獨立研究課程中推行(余俊樑,民 91;鄭旭泰、

余俊樑,2002)。

檢視國內目前推動有關科學探究的教學方式,大致分為二類(方郁斌,2006;張淑惠,

2007;黃志賢,2003;黃婉鈴,2005;蔡執仲與段曉林,2005;鄭旭泰、余俊樑,2002;鄭嘉 裕,2005;顏瓊芬與黃世傑,2003):

第一類:配合課本教材,開發教學模組,讓全班學生在相同科學主題下進行,過程強調科 學探究活動,培養學生科學探究能力。

第二類:推展科學專題製作,以社團(科學社)、或資優班(獨立研究)名義實施,參與人數 有限額,著重學生產生科學專題研究作品,並安排研究發表等活動,其作品大多 會參與科展競賽。

基於落實科學探究過程的信念下,研究者嘗試結合前二類之優點,提出第三類教學方式,

已在學校試行七年以上的經驗,稱之為「科學專題研究」課程,其方式是納入高年級自然課中 實施,使班級中每一位學生透過真實科學探究歷程,以提升學生的科學探究能力。

研究者自編「科學專題研究」課程,自 89 年度起在學校實施,一開始由研究者自己任教 班級試行,自 95 年度起經過學校課程發展委員會決議,將「科學專題研究」明訂為蘭潭國小 特色課程,並且將自然課由每週三節改為四節,增加的節數用以推展課程之用。

七年來陸續已有九位自然科教師參與,本研究以行動研究「計劃行動觀察反省修 正」模式進行,在前三年時研究者嘗試自編課程實施於五年級學生,自第四年起(民 95 年)徵

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求校內高年級科教師共同合作,全面推廣高年級科學專題課程,經過七年實施,逐年進行課程 檢討與課程修正,並於 97 學年度起編著學生版教材提供教師使用,98 學年度修正教材繼續實 施並觀察成效。

圖 1:「科學專題研究」課程在蘭潭國小實施狀況

二、研究目的與待答問題

本研究採用行動研究循環歷程進行課程檢討與修正,探討此課程推行之可行性、瞭解本 課程對學生科學探究能力之影響、以及追蹤已畢業學生之影響,本研究申請三年計畫,已完 成第一年進度,以下為第二年計畫,探討問題如下:

(一)瞭解教師群實施「科學專題研究」課程所遭遇到的困難,以及解決方法,進行課程 修正。

(二)「科學專題研究」課程對學生科學探究能力之影響?

(三)追蹤「科學專題研究」課程對日後學生中學科學實驗課之影響?

三、名詞釋意

(一)科學專題研究

Krajcik, Czerniak, & Berger (1999) 大力倡導以「專題」為基礎,教導學生學習科 學探究的方法,這種稱之為專題導向的科學學習(Project-Based Science, PBS) ,國內也有 譯成科學專題研究教學與學習(Project-Based Science Learning, PBSL)(樊琳、李賢哲,民 91; 余俊樑,民 92)。

其意涵為,由生活中發生的問題出發,學生主動參與,學習科學家所使用的探究方法,

如進行設計、解決問題、做決定,或調查研究等,完成一件真實的作品,最後發表其成果。因 此 PBS 強調可以長期深入進行科學探究的問題,尤其最後要公開發表專題成果。

(二)科學探究能力

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國內國科會研究計畫「九年一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」報 告中,將上述五項並配合九年一貫課程實施綱要,將科學探究能力分析整理成五大科學探究能 力,依此五項可評量學生的科學探究能力(洪文東,2004:高慧蓮,2005):

1.界定問題:發現問題、提出問題、定義問題。

2.設計規劃:收集資料、設計實驗。

3.實作驗證:進行實驗、觀察、操作、紀錄。

4.分析解釋:分析資料、歸納、及解釋實驗結果。

5.溝通辨證:溝通與批判能力。

(三)行動研究

「將行動與研究二者合而為一,由實務工作者在實際工作情境當中,根據自己實務活動中 所遭遇的實際進行研究,研擬解決問題的途徑與策略,並透過實際行動付諸實行,進而加以評 鑑、反省、回饋、修正,以解決實際問題。」(蔡清田,2000)

本研究由研究者自編「科學專題研究」,並與其他三位合作教師一同試行本課程,以「計 劃行動觀察反省修正」這一連串螺旋式的活動,做為本研究的主要研究架構。

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貳、文獻探討 一、科學專題研究

當代教育改革的重要課題是培養學生科學探究能力,而專題式教學正符合此一潮流的需 要。Krajcik等人(1999) 大力倡導以「專題」為基礎,教導學生學習科學探究的方法,這種稱 之為專題導向的科學學習(Project-Based Science, PBS) ,國內也有譯成科學專題研究教學 與學習(Project-Based Science Learning, PBSL)(樊琳、李賢哲,民91;余俊樑,民92)。

PBS其意涵為:由生活中發生的問題出發,學生主動參與,學習科學家所使用的探究方法,

如進行設計、解決問題、做決定,或調查研究等,完成一件真實的作品,最後發表其成果。因 此PBS強調可以長期深入進行科學探究的問題,尤其最後要公開發表專題成果。

其理論基礎源於建構主義、課程統整、認知心理學(動機、專家、情境、科技),基本理 念如下(引自詹秀玉,2006):

1.學習:

學生所探討的概念應該是寬廣的,不是獨立的事實與技巧;所有的學生應該學會批 判性思考、問題解決與作決定的能力;應該從經驗中主動建構知識,而不是被動接受知 識;應該學會將科學與技學應用於日常生活中;科學應該幫助學生培養好奇心、創造力、

興趣與科學態度。

2.課程:

課程內容愈少愈好,科學的描述應該是跨學科的,學生們所探究的內容應該涵蓋科 學、技學與社會三個領域。

3.教學:

教師所扮演的角色應是一位嚮導,鼓勵學生探究與學習,而不是一個有權威的知識傳 遞者;科學內容與教學應以一個包含研究與解答問題的過程來進行;教學應該與其他學科 統整;鼓勵學生提問、發展實驗、下結論、批判想法、建構知識與發表成果。

4.評量:

應融合在教學活動的過程中,並以成果發表了解學生對專題統整的學習結果。比較特 別的是,PBS探究過程中,每一個學生是能力不相同的個體,相互形成一個合作小組,組員 間社群間的互動,充分實踐Vygotsky 近側發展區的理論(Zone of Proximal Development, ZPD),帶動彼此能力往高層次發展提升。

但是教師進行 PBS 的教學,就現實面而言,這是一項很值得提倡,但卻不易實施的教學 方式,它必須考量下列因素:時間較長(至少半年或一學年)、資源分配(指導教授僅能指導少

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數學生、實驗材料的消耗等)、與精力(不斷的腦力激盪、重覆的實驗步驟等) (顏瓊芬與黃世 傑,1999;樊琳與李賢哲,2002)。由此得知,推動科學專題研究的課程必須注意開發適合的 教材、配套措施、和全面性的考量。

研究者自編「科學專題研究」之課程已試行六年以上(附件一),考量國小高年級學生 的程度,編寫學生可以理解之內容,並輔以範例說明;在配套措施方面,經學校課發會決議 將高年級自然課上限為 3.75 節,合併資訊課的 0.25 節,共編為 4 節自然課,使教科書內容 在不趕課之情形下,可將本課程納入自然課全面實施。

二、科學探究與教學

由科學哲學的觀點來看科學探究過程的內涵,翁秀玉(1997)認為科學家在從事科學探究 的過程當中,首先會對自然現象或事物產生疑惑,提出可能的解釋或假說,再運用邏輯、推理、

歸納、想像等能力來設計實驗方法,解決他心中的疑問。但是科學並非脫離群體的工作,科學 家所提出的看法必須經過科學社群的認可,才會被當代的科學家稱為科學知識。在整個科學知 識的形成過程中,科學社群扮演極重大的角色,它足以決定科學研究的發展。

王靜如等人(2006)提出,由於科教書上所呈現的「有系統的實驗步驟」,讓一般人普遍存 有「科學探究是一套有系統的步驟」的迷思觀念,事實上那只是科學家蒐集實證資料,解答科 學問題的簡化過程。科學家的問題源自於異常的資料或與原先想法不一致的發現,提出假設,

並以合適的實驗方法檢驗假設,最後必須透過研討會或研究期刋發表,供科學社群對科學知識 產生的過程進行評鑑與認同。

目前國內科學教學活動即使重視探究教學,由於教科書上已明列實驗步驗,而且教師也 早已為學生規劃實驗步驟,學生只要照食譜炒菜即可,未曾有自行思考、組合設計、解決問題、

溝通辨證等面向,故教師易流於食譜式的實驗教學,導致探究教學無法落實。(林煥祥,1996;

王靜如等人,2006;翁秀玉,1997)

要如何讓學生認識科學探究的內涵呢? 美國國家教育研究會(NRC,1996)主張讓學生如同 科學家般在真實情境中學習科學。劉宏文和張惠博(2001)也指出:在科學學習的過程中,學生 應該有機會從事真實性的科學探究活動,從具體的實踐中去把握科學的內在與外在面向。

科學實驗教學活動的進行,Hegarty Hazel 在 1986 年根據研究的問題、使用的器材、研 究過程和答案,是否開放由學生決定,將開放層次做了完備的分類(引自鄭嘉裕,2005)。

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表 1 探究實驗的開放層次

等級 問題 實驗 器材 實驗步驟 結果 名稱 0 給予 給予 給予 給予 給予 驗證式(食譜式) 1 給予 給予 給予 給予 開放 結構式 2 給予 給予 給予 開放 開放 引導式 2a 給予 給予 開放 開放 開放 開放引導式探究 2b 給予 開放 開放 開放 開放 引導開放式探究

3 開放 開放 開放 開放 開放 開放探究

探究有以上不同層次的開放,但一般人對科學探究教學有一大迷思:「開放式的探究活動 可以培養探究能力」,完全開放式的探究讓學生研究自己的問題,將是另一種無效的學習。如 果教師沒有引導學生進行討論,任憑學生自行專題研究,亦無法培養學生的科學探究能力。因 此,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主題,在教師的引導下,全班討論形成若干個可探討的問 題,再由學生分組從中擇一進行研究,期間教師與學生相互討論,最後寫成報告,並在課堂中 口頭發表與分享(王靜如等人,2006)。

以上這一類即是配合課本教材,讓全班學生在相同科學主題下進行,開發教學模組,過 程強調科學探究活動,培養學生科學探究能力。國內以此模式的實徵研究,如:方郁斌(2006);

黃志賢(2003);黃婉鈴(2005);張淑惠(2007);蔡執仲與段曉林(2005);鄭嘉裕(2005)。

另一類推展科學專題製作,以社團(科學社)、或資優班(獨立研究)名義實施,著重學生 產生科學專題研究作品,並安排研究發表等活動,其作品大多會參與科展競賽。這一類是以科 學性社團或資優班獨立研究的實徵研究有:余俊樑(民 91);鄭旭泰、余俊樑(2002),但參與 學生的人數有限額,無法達到推廣每一位學生。

無論是哪一類的科學教學,若要落實科學探究的精神,教師在進行科學教學時,除了鼓 勵學生提問、思考、提出假設、收集證據、進行實驗或觀察、解釋與分享實驗結果,讓學生實 際經驗到科學探究的困境與解決問題的過程。不但可以從中獲得科學過程技能,也能培養批判 思考的能力(王靜如等人,2006)。

基於落實科學探究過程的信念下,研究者嘗試結合前二類之優點,提出第三類教學方式,

已在學校試行六年以上的經驗,稱之為「科學專題研究」課程(附件一) ,其方式是納入高年 級自然課中實施,使班級中每一位學生透過真實科學探究歷程,以提升學生的科學探究能力。

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三、科學探究能力

(一)科學探究能力五階段

根據 NRC(1996)科學探究評量重點,針對探究做出以下的闡述,認為「探究是一種具多 面向的活動,其中包含進行觀察、界定問題、驗證書本以及其他的資訊來源、瞭解已知的知識、

計畫進行探索活動、重複察看實驗得來的證據、使用工具進行收集與分析、以及對資料進行詮 釋並提出結果(p.23)」,因此提出 k-12 的學生必須具備的科學探究能力為:1.定義與確認問 題、2.設計與實施調查、3.分析資料和證據、4.使用模型與解釋、5.溝通發現。

國內國科會研究計畫「九年一貫課程自然與生活科技領域科學探究能力之培養研究」報 告中,將上述五項並配合九年一貫課程實施綱要,將科學探究能力分析整理成五大科學探究能 力,依此五項可評量學生的科學探究能力(洪文東,2004:高慧蓮,2008)

1.界定問題:發現問題、提出問題、定義問題。

2.設計規劃:收集資料、設計實驗。

3.實作驗證:進行實驗、觀察、操作、紀錄。

4.分析解釋:分析資料、歸納、及解釋實驗結果。

5.溝通辨證:溝通與批判能力。

本研究引用學者洪文東教授於 2004 年編製的「科學探究能力學生自我評量表」(附件二),

以上述五項能力,共 18 題,做為驗證本課程是否能增進學生的科學探究能力之依據。

(二)科學探究能力各階段的行為表徵

高慧蓮(2008)進一步將高年級各階段的科學探究能力分析其行為表徵,依序為:

1.界定問題

「界定問題」探究能力的成分細分為:察覺問題、觀察與比較、形成假設。面向表 徵為(表 3):從日常生活環境中能察覺問題,並透過同儕之間的討論得到不同的觀點,

發現事件具有多樣的特徵,當新舊經驗產生衝突時會發現許多新的問題。

表 3:「界定問題」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008) 探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

界 定 問 題

察覺問題 能將現象加以「組織」、「分類」或「比較」,提出可 探討性的問題。

觀察與比較 察覺比較出正確的原因。

形成假設 能提出正確完整因果關係之假設。

2.設計規劃

高年級在「設計規劃」階段的行為表徵為:發現、察覺問題後,能多方面思考解決的 辦法,同時在進行設計實驗的過程中能考量一些關鍵的因素,或掌控相關的變因,進而預 測可能的結果。

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表 4:「設計規劃」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008) 探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

設 計 規 劃

規劃實驗流程 能提出正確完整之實驗流程。

運用儀器(器材) 能完全正確操作實驗器材並讀出正確數據。

預測結果 能提出完整因果關係之假設。

3.實作驗證

高年級在「實作驗證」階段的行為表徵為:在科學探究的過程中,了解科學知識會遇 到許多難題與考驗,需透過多元的思考、細心的探究後,將小組所討論、驗證的資料整理 成每個組員都能接受的想法。

表 5:「實作驗證」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008) 探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

實作驗證 運用圖表輔助紀錄 會依照不同的自變項繪製簡易的表格。

4.解釋分析

高年級在「解釋分析」階段的行為表徵為:從所蒐集、彙整的資料中發現許多的通 則性與因果關係,並由實驗的結果做解釋或推論,整理出重要的科學觀點;並發現若因 人為的操作不當或未考慮周延,常會出現不同實驗結果。

表 6:「解釋分析」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008)

5.溝通辨證

高年級在「溝通辨證」階段的行為表徵為:能將自己在科學探究的過程與結果清楚 的和其他同學溝通與分享,並在聆聽同學的報告時能察覺過程中所產生的問題,提出合 理的質疑。

表 7:「溝通辨證」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008)

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

解 釋 分 析

彙整資料與實驗數據並 歸納其通則性的能力

分析實驗數據,找出其通則性或因果關係,歸納並解 釋實驗結論。

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

溝 通 辯 證

溝通探究過程與批判 質疑

能將自己在科學探究的過程與結果清楚的和其 他同學溝通與分享,並在聆聽同學的報告時能察 覺過程中所產生的問題,提出合理的質疑。

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叁、研究方法 一、研究方法流程

圖 2:研究流程圖

二、收集及分析資料

本課程七年來持續修正,編寫出適合小學階段的「科學專題研究」教學課程。收集與分析 下列質與量的資料,將本課程實施歷程改進,並評估對學生科學探究能力之影響:

(一)教師方面

1.討論課程實施的困難與解決方法開會檢討之會議紀錄預計共三場,第一場 98 年 10 月 12 日、第二場 98 年 11 月 9 日、第三場 99 年 3 月 9 日。

圖 3:98 學年度科學專題研究課程教師群第一場會議 98 年 10 月 12 日

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圖 4:98 學年度科學專題研究課程教師群第二場會議 98 年 11 月 9 日

圖 5:98 學年度科學專題研究課程教師群第三場會議 99 年 3 月 9 日

2.不定期晤談:因自然教室皆在同一層樓的相連教室,合作教師群根據需求隨時進行討論。

(二)學生方面

1.「科學探究能力學生自我評量表」:由學者洪文東教授於 2004 年編製(附件二)

針對 98 學年度五年級 121 名學生進行前後測成對樣本 t 考驗,瞭解本課程是否 達到統計上的顯著差異,以驗證本課程是否能增進學生的科學探究能力。

2.學生課程意見問卷:研究者自編半開放式之問卷,於課程結束後由學生填寫,以瞭解對 此課程之心得。

(三)已畢業學生方面:問卷及晤談

此課程自民國 89 年起實施,第一批參與之學生已升上大學,研究者將尋找國小階段 曾經參與「科學專題研究課程」之學生約三十六名,填寫研究者自編的問卷(附件三),

再由填寫問卷之學生中挑選十人,加以晱談,藉此瞭解國小階段有此課程經驗對中學科 學課程之影響。

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肆、研究結果與討論 一、科學專題研究課程的架構

學者洪文東(2004)將科學探究能力分為五大項能力,而高慧蓮(2008)將高年級這五大項 探究能力再進行細分,研究者參考二位學者分類架構,並根據課程實施的教學經驗略做修改為 以下內容:

表 8:科學專題研究課程中的科學探究能力五階段與行為表徵

階段 成分 行為表徵

一 界定問題

察覺問題 能將現象加以「組織」、「分類」或「比較」,

提出可探討性的問題。

觀察與比較 察覺比較出正確的原因。

形成假設 能提出正確完整因果關係之假設。

二 設計規劃

規劃實驗流程 能提出正確完整之實驗流程。

運用儀器(器材) 能規劃適合的實驗器材。

三 實作驗證

運用圖表輔助紀錄 會依照不同的自變項繪製簡易的表格。

控制變項公平性 能嚴謹控制不變變因的實驗變項 判讀數據的可用性 能判斷可以合理採用的數據

四 分析解釋 彙整資料與實驗數據並歸 納其通則性的能力

分析實驗數據,找出其通則性或因果關係,

歸納並解釋實驗結論。

五 溝通辨證

溝通探究過程 能發表自己的科學探究成果的過程。

批判質疑 聆聽同學的報告時能察覺過程中所產生的 問題,提出合理的質疑。

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研究者將科學專題研究課程分為五階段實施並設計於 16 節課中完成,如表 9 所示:

表 9:科學專題研究課程五階段的教學內容

階段 教學項目 說明內容 節數

一 界定問題

選主題 學生分組(4~6 人),鼓勵學生身邊有興趣、有創意的主題為題材。

2 研究子題 依據學生小組人數,選定欲探討的子題數。

撰寫變因 操縱變因、應變變因、及不變變因。

二 設計規劃 設計實驗 讓學生嘗試撰寫實驗步驟。 2

三 實作驗證 進行實驗 老師審核實驗步驟流程及安全無誤,讓學生完成實驗、

填寫結果。(若時間不足,可自己找時間完成) 2 四 分析解釋 討論及結論 學生分析實驗結果,提出解釋,撰寫討論及結論。 4

五 溝通辨證

電腦打字 將報告內容電腦打字並列印。 2

上台報告 學生上台說明研究報告內容,並接受台下同學質疑。 2 展示走廊 將學生優秀的作品置於教室走廊上,提供他人欣賞。 2 同學票選 欣賞作品,每位學生有三張票投給自己喜歡的作品。 課餘

專屬網站 將所有學生的科學專題研究作品上傳網站,學生可以針

對作品提出見解留言。 課餘

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二、科學專題研究課程行動方案與修正

(一)課程實施時間調整方案實施成果

「科學專題研究」課程約十六節課,以往分散在一學年的自然課中與教科書內容 交叉實施,98 學年度改為四週內密集教學,課程教學經驗二年以上的教師群認為教學 流程流暢,減少復習的時間。

黃師:今年上起來的進度比較快,大約可以節省到 4 節課左右;而且整個教學比較順利,比較 不會有突發狀況出現,例如:忘記帶器材、內容遺忘的問題出現。【晤談 98.11.23】

翁師:學生在這一個月內全心投入科學專題研究的課程,整個教學流程很流暢,大約二週學生 就已經完成實驗數據,第三週就可以電腦打字研究報告,第四週再花二節課讓學生發表,

就整個完成了。相較於以前從十月一直上到隔年的一月拖太久了。【晤談 98.11.23】

陳師:二年前上過一次科學專題的課,這一次上課統一密集在 11 月實施,發現不會像以前要常 常復習上一次的課程內容,學生可以專心做專題的實驗,節省大約有三分之一的時間。【晤 談 98.12.01】

(二)界定問題階段

研究者採用高慧蓮(2008)提出「界定問題」面向的行為表徵(表 10)。

表 10:科學專題研究課程中「界定問題」能力階段的行為表徵 探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

界 定 問 題

察覺問題 能將現象加以「組織」、「分類」或「比較」,提出可 探討性的問題。

觀察與比較 察覺比較出正確的原因。

形成假設 能提出正確完整因果關係之假設。

本研究的課程設計並不是配合課本實驗題材或全班統一題材進行科學探究,而是希 望各組提出小組想探討的科學問題,無法提供統一的實體情境讓學生由觀察後提出研究 問題。因此研究者採用以下作法引導學生提出可探討的題目。

(17)

15

1.行動方案

(1)行動一:介紹如何選擇題材

【學生教材】

(18)

(2)行動二:參考書籍

為了避免讓學生憑空想像,因此教室裡提供 100 本以上的科學實驗書籍,並且也鼓 勵學生自行帶相關科學書籍,學生翻閱科學實驗或科學遊戲中找到自己有興趣的題材(圖 6 及圖 7)。

書籍:小牛頓、少年牛頓(1~59 集)、科學創意實驗、不可思議的科學實驗室(4 冊)、動 手玩科學(8 冊)、生活智慧王(4 冊)、科學研習。

圖 6:學生翻閱參考書籍

圖 7:學生翻閱參考書籍 (3)行動三:變因教學

A.找出實驗的變因

為了下一步能夠引導學生設計科學實驗,必須先讓學生瞭解,在實驗過程中會影 響結果的項目可以設定為變因,以下圖像所表達的意思為,很多因素都可以影響到結 果,儘量以範例及圖像來協助學生瞭解變因。

【學生教材】

很多變因都會影響到結果 以賽跑為例,

場地、風向、選手會影響到成績秒數

(19)

17

B.認識變因

設計實驗時,一次只能改變一個變因,其他變因必須保持相同,才能確定是這項變 因造成這次的結果。所以,以下圖像目的在於,讓學生認識操縱變因、應變變因、不變 變因三種項目。

【學生教材】

操縱變因:要改變的項目 應變變因:要測量的結果 不變變因:要相同、公平的項目

C.以圖像及範例強調不變變因的公平性原則

提出三種範例讓學生瞭解科學實驗設計不變變因的公平性原則。

【學生教材】

圖像

主題 範例一:賽跑 範例二:毛細現象 範例三:綠豆生長

(20)

D.先圖像再轉為文字的變因教學

實驗設計規劃方面的教學分為二步驟進行,第一步先讓學生針對小組研究的主題 寫出變因的圖像,第二步再讓學生將圖像轉換成文字敘述。也就是先讓學生有變因的 概念圖像後,再轉化為文字的內容。

【學生教材】

(三)參考上圖,填寫你的實驗設計:

※小組有幾個人,就要找出幾個因素,不夠時可以增加空格。

(四)根據你的設計,轉換成以下的文字敘述:

研究_____:___________________________________________________

操縱變因:_______________________

甲: 乙: 丙:

應變變因:測量 _________________________ 單位:______

不變變因:______________________________________________________

(21)

19

(4)行動四:提出假設

學生先瞭解操縱變因與應變變因之間的因果關係後,讓學生在進行實驗時,先預估 可能產生的結果。

【學生教材】

一、研究子題的寫法

寫下操縱變因(因)和應變變因(果),格式如下:

例 如 : 紙 的 材 質 對 紙張吸水高度 的 影 響 ( 因 ) ( 果 )

二、提出假設

在尚未實驗之前,你先猜測結果會如何?

三、器材寫法

為了驗證你所提出的假設,寫出需要的實驗器材。

寫法:碼 錶 ( 1 個 ) 、 水 、 杯 子 ( 1 0 0 m l ) 、 衛 生 紙 ( 1 0 張 )

四、寫寫看 你的研究子題、假設與器材

研究 ____:________________________________________

一、假設:______________________________________________________________

二、器材:______________________________________________________________

例一:紙的材質對吸水速度的影響

假設:紙質材質不同時,吸水速度衛生紙最快、圖畫紙次之、影印紙最慢。

例二:紙的折數 對吸水速度的影響

假設:紙的折數愈多,吸水速度愈快。

例二:紙的寬度 對吸水速度的影響 假設:紙的寬度不影響吸水速度。

影響

(22)

2.結果

(1)98 學年度參與學生與主題件數

蘭潭國小 98 學年度高年級共有 87 件科學專題研究作品,參與學生人數 470 人,作品 主題如表 11:

表 11:98 學年度科學專題研究學生作品主題

班級 題 目 件數 人數

五年一班

1.女生的愛好者~自製乳液 2.泡泡大小

3.乒乓球的熱漲冷縮 4.極速保麗龍船

5.我擦!我擦!我擦擦擦!!

6.蘋果生鏽

6 30

五年二班

1. 蔬果染料 2. 降落傘的奧妙 3. 軟骨的形成 4. 植物變色龍 5. 綠豆的生長高度 6. 衝吧!蒸氣船

6 29

五年三班

1. 看誰溶化速度快 2. 巧克力!快溶化~

3. 戰 xx 月 我愛咖哩塊實驗 4. 泡泡

5. 氣球音樂

6. 新流感來了!口罩能保護我嗎?

6 31

五年四班

1. 綠豆 2. 竹蜻蜓 3. 紙飛機 4. 鬼針草 5. 球的反彈 6. 毽子飛上天

6 31

五年五班

1. 靜電秘密 2. 泡泡!別破呀!

3. 神奇隱形玻璃杯 4. 葡萄乾長大了?

5. 小白菜的生長

5 30

五年六班

1. 糖融化的速度

2. 水中的國寶~台灣水韭 3. 海底火山爆發了

4. 海底火山爆發 5. 球的反彈高度

5 27

五年七班

1. Q 不 Q 很重要 2. 旋轉舞者--陀螺 3. 湯匙變鉛筆 4. 吐司「霉」秘密

5 30

(23)

21

班級 題 目 件數 人數

5. 跑跑甲蟲

六年一班

1. 如何使可樂噴泉噴量變多?

2. 蛋如何吸油

3. 某種原因對魚食量的影響 4. 隔空點蠟燭

5. 鹽巴在生活上的應用 6. 閃耀的寶石-結晶

7 33

六年二班

1. 大氣壓力固定力 2. 羽毛

3. 色彩變化 4. 泡泡的顏色 5. 磁鐵

6. 靜電

6 32

六年三班

1. 楓葉鼠 2. 炫渦

3. 越搓越熱--暖暖包 4. 紙飛機

5. 自製濾水器

6 30

六年四班

1. 汽水怎麼樣產生大量泡泡?

2. 瓶胚如何飛的更遠 3. 水變乾淨了

4. 就是要你靠這麼近!」。 5. 氣球!氣球!飛上天!

6. 廢電池再利用

6 30

六年五班

1. 火箭筒 2. 麵包發霉 3. 無電力磁動車 4. 紙飛機

5. 降落傘

6 32

六年六班

1. 水晶寶寶 2. 鐵生鏽 3. 魚食慾

4. 乒乓球的彈跳高度 5. 米與霉菌的大戰

5 31

六年七班

1. 冰塊!別難過 2. 泡泡

3. 紅豆的生長 4. 球的彈跳高度 5. 無字天書

6 32

六年八班

1. 磁鐵的吸力

2. 小型滑翔翼-紙飛機 3. 紙船

4. 水晶寶寶 5. 陀螺轉轉轉

6 32

(24)

(2)察覺問題

自然界的現象一般只是眼睛看到或只是聽過而已,但是一直沒有機會探討原理,因 此學生從書籍中看到有趣的題材當做題目,並且找出可以探討的因素。例如,學生從少 年牛頓期刊中看到「隔空點蠟燭」的科學遊戲,就以這個主題來探討影響「隔空點蠟燭」

的因素。

【9861 第 1 組題目:隔空點蠟燭】學生心得:

我們想研究的主題是如何在熄滅的蠟燭的白煙上點燃蠟燭,因為我們沒試過隔空點蠟燭,很好奇為什 麼可以隔空點燃蠟燭,又有哪些因素會影響點燃蠟燭呢? 例如:火的大小、煙的量。

圖 8:少年牛頓期刊中的科學遊戲「隔空點蠟燭」

(3)觀察與比較→提出假設

學生主題確定後,透過小組討論(圖 9),找出可以探討的變因,再與老師討論後圈 選出可以執行的實驗變項(圖 10、圖 11),最後,再由小組同學共同討論出要進行的實驗 變項,最後提出假設。例如,由圖 12 中看到學生以白煙消失與否、白煙的量、離煙距離、

火的大小、燃燒時間來探討隔空點蠟燭的成功率,並且提出假設(圖 12、圖 13、圖 14)。

圖 9:各組學生小組討論

(25)

23

圖 10:各組學生小組討論

圖 11:老師圈選出「隔空點蠟燭」適合執行實驗的子題(紅筆)

圖 12:小組討論後從決定進行的六個實驗變項 10、16 號學生:白煙消失與否、煙的多寡

4、22 號學生:距離、風的強度

(26)

31、28 號學生:火的大小、燒的時間

圖 13:學生提出探討的因素

圖 14:「隔空點蠟燭」中「白煙量」實驗的假設

圖 15:「竹蜻蜓」中「風力」實驗的假設

(27)

25

(三)設計規劃階段

高慧蓮(2008)提出高年級在設計規劃面向的行為表徵為:發現、察覺問題後,能多方 面思考解決的辦法,同時在進行設計實驗的過程中能考量一些關鍵的因素,或掌控相關的 變因,進而預測可能的結果。

表 5:「設計規劃」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008)

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

設 計 規 劃

規劃實驗流程 能提出正確完整之實驗流程。

運用儀器(器材) 能完全正確操作實驗器材並讀出正確數據。

預測結果 能提出完整因果關係之假設。

研究者認為表 5 中「運用儀器」內容,建議修改為「能規劃適合的實驗器材」;而原本的

「能完全正確操作實驗器材並讀出正確數據」建議放置在下一個「實作驗證的能力」,而「預 測結果」的內容原為:能提出完整因果關係之假設,此句與「界定問題」能力中的「提出假 設」雷同,因此建議刪除。故研究者參考學者高慧蓮(2008)所提出「設計規劃」面向的行為 表徵,再進行修改為表 6。

表 6:科學專題研究課程中「設計規劃」能力階段的行為表徵

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

設 計 規 劃

規劃實驗流程 能提出正確完整之實驗流程。

運用儀器(器材)

能完全正確操作實驗器材並讀出正確數據。

(移到實作驗證的能力) 修改為:能規劃適合的實驗器材。

預測結果

能提出完整因果關係之假設。

因為形成假設的能力已在「界定問題」中,

因此建議刪除。

研究者認為,學生首先學習「找出實驗的變因」,才能再進行實驗步驟中各項細部的設 計規劃,例如:實驗次數、數量、物品種類、觀測項目等。以下為各行動方案:

(28)

1.行動方案:

行動一:由變因導入實驗步驟的文字撰寫,讓學生先有變因的概念,再轉化成詳細的實驗 操作步驟,以循序漸近的方式引導學生設計實驗流程。

行動二:強調變因、測量項目、實驗次數

以下為研究者提供的三種範例來進行教學。

【學生教材】

一、實驗步驟寫法

(一)寫法:讓別人做出相同的實驗,避免作文式,改成條列式的寫法(食譜式)。

要出現: ○1 甲乙丙 (各) ○2 數據 ○3 測量… ○4 重複共…次 (至少 3 次) 不要出現:準備…

(二)範例

 例一:水溫 對 紙張吸水高度 的影響 1.裁剪影印紙成為 1cm×10cm 的紙條。

2.將紙條浸入水中 1cm,水溫各是 甲:冰、乙:溫、丙:熱。

3.測量 5 分鐘後的吸水高度。

4.重複共 3 次,取平均。

例二:紙青蛙腳的長度 對紙青蛙彈跳遠度的影響 1.用 10cm*12cm 的雲彩紙折成腳長度不同的紙青蛙各

一隻,甲:1cm、乙:2cm。

2.用食指壓紙青蛙讓它彈跳。

3.測量紙青蛙的彈跳遠度。

4.重複共五次,取平均。

 例三:光的顏色對綠豆幼苖生長的影響

1.將紅、綠色玻璃紙黏貼在鐵絲網上,搭建簡易網室。

2.將已發芽 7 天的綠豆各 100 顆放入網室 甲:自然光(白光) 乙:紅光 丙:綠光。

3.每天澆水一次 100ml。

4.7 天後,分別測量綠豆幼苖的生長高度。

2 數據

1 甲乙丙

3 測量

4 重複

用不同顏色畫線表示

1 甲乙丙 ----紅

2 數據 ---藍

3 測量 ---黃

4 重複 ---綠

(29)

27

5.重複共五次,取平均。 ←不需要 2.結果:

圖 16:「隔空點蠟燭」中「白煙量」實驗步驟的文字敘述

圖 17:「隔空點蠟燭」中「離煙距離」實驗步驟的文字敘述

(30)

3.問題與修正方案

問題一:學生寫作能力差

三位老師皆反應本年度五年級的學生寫作能力明顯較往年差,部分學生無法將 實驗設計的想法轉換成文字敘述。

楊師:今年竟然有學生不會寫實驗步驟,。【晤談 98.11.16】

陳師:學生不太會寫作文,講到實驗步驟時,學生腦袋知道程序,但是寫不出來。【晤談 98.11.16】

翁師:我今年第一次遇到學生說「不會寫實驗步驟」,問他想怎麼設計實驗,他大概講得出來,

但是寫不出來。【晤談 98.11.16】

修正方案:學生以畫圖方式思考實驗流程,再讓學生寫出文字內容。以下為 9853 第五 組氣球音樂某一組員的圖畫及實驗設計文字內容:

三、操縱變因:氣球鬆緊度 甲:鬆 乙:緊 應變變因:測量音量大小 單位:分貝

不變變因:瓶子大小(400ml)、拉的力道(5cm)、 瓶子材質(塑膠)、空氣溫度(26℃)。

四、實驗過程:

1.將不同鬆緊的氣球套在相同的瓶子上 甲:鬆 乙:緊。

2.測量音量。

3.重複 3 次,取平均。

(31)

29

(四)實作驗證階段

高慧蓮(2008)提出高年級在實作驗證面向的行為表徵為:在科學探究的過程中,了解 科學知識會遇到許多難題與考驗,需透過多元的思考、細心的探究後,將小組所討論、驗 證的資料整理成每個組員都能接受的想法。

表 7:「實作驗證」能力階段的行為表徵(高慧蓮,2008)

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

實作驗證 運用圖表輔助紀錄 會依照不同的自變項繪製簡易的表格。

研究者認為,中年級自然科教材實驗操作內容較少,學生缺乏多次的實驗操作經驗,所以 高年級學生在實驗操作方面常忽略「不變變因」的控制,以致無法維持實驗公平性的原則,造 成實驗數據誤差過大,甚至學生沒有能力判斷數據的可用性,只要有操作實驗,數據一律照單 全收,因此研究者增加二個細項,修改如表 8。

表 8:科學專題研究課程中「實作驗證」能力階段的行為表徵

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

實作驗證

運用圖表輔助紀錄 會依照不同的自變項繪製簡易的表格。

控制變項公平性(增加) 能嚴謹控制不變變因的實驗變項 判讀數據的可用性(增加) 能判斷可以合理採用的數據

1.行動方案

(1)行動一:認識表格形式

方郁斌(2006)提出圖表設計教學策略是,學生如果第一次設計表格,教師應提供空 白表格,引導學生逐漸認識表格形式,建立表格基本概念。以下是研究者設計的教學流 程,首先,告知學生表格為方形,但因為排版因素,建議儘量為扁長形的表格;然後引 導學生將自變項(操縱變因)和應變項(應變變因)分為二個軸向,再來針對學生易錯的部 分加以強調,例如:斜線方向、加入平均的欄位、單位寫在項目中。

(32)

操縱變因 有改變的項目

應變變因:測量的結果

【學生教材】

二 、設計表格

注意:1.扁平的長方形 2.斜線方向 3.平均的欄位 4.單位寫在項目中 5.項目的位置

吸水高度 (cm) 水溫

第一次 第二次 第三次 平均 甲:冰

乙:溫 丙:熱

(2)行動二:實驗操作能力

有時候因為不變變因沒有控制好而造成數據誤差過大,大多數學生選擇照單全收,

平均後的結果就有可能形成錯誤的結論。因此老師事先提醒學生操作時可能遇到的狀 況,以及解決方法。

再者,研究者在教學過程中發現,學生操作實驗紀綠結果時,可能出現二種情況:

A.結果的數據差異很小:甲乙數據差距過小時,可能會難以判斷結論,因此教導學生修 正實驗的操縱變因,將甲乙丙拉大差距,再次進行實驗。

B.數據誤差太大:當相同實驗的結果數據差距過大時, 教導學生反省及分析實驗誤差的 可能因素,再次進行修正後的實驗獲得結果。

【學生教材】

一、操作

(一)實驗首重安全,儘量在自然課中操作,落後進度時:

1.老師確認操作沒問題,才能自己回家進行剩餘的實驗。

2.操作時需要老師在場時,在老師同意下,可以在早自修時到自然教室做實驗。

(二)避免實驗誤差,「不變變因」要儘量控制好。

二、修正實驗設計

(33)

31

(一)狀況一:結果的數據差異很小

研究一:水溫對吸水高度的影響 吸水高度

(cm) 水溫

第一次 第二次 第三次 平均

甲:15 度

5 5 5

5

乙:20 度

6 6 6

6

修正方法:將操縱變因的甲乙丙 拉大差距,例如:甲:4 度 乙:25 度 (二)狀況二:數據誤差太大

研究一:水溫對吸水高度的影響 吸水高度

(cm) 水溫

第一次 第二次 第三次 第四次 第五次 平均

甲:15 度 5

15 2

5 6

乙:20 度

修正方法:分析嚴重誤差的原因,改善後,再重新進行實驗。

另一種方法:去除最高、最低的數據。

2.結果

學生的表格設計及數據如圖 18、圖 19,可以數據呈現,也可以用現象表示,其中數據 差距不得過大。

圖 18:「隔空點蠟燭」中「白煙量」實驗步驟的文字敘述

(34)

圖 19:「隔空點蠟燭」中「白煙量」實驗步驟的文字敘述 (五)解釋分析階段

高慧蓮(2008)提出高年級在解釋分析面向的行為表徵為:從所蒐集、彙整的資料中發 現許多的通則性與因果關係,並由實驗的結果做解釋或推論,整理出重要的科學觀點;並 發現若因人為的操作不當或未考慮周延,常會出現不同實驗結果。

表 9:科學專題研究課程中「解釋分析」能力階段的行為表徵 探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

解釋分析

彙整資料與實驗 數據並歸納其通 則性的能力

分析實驗數據,找出其通則性或因果關係,歸納並 解釋實驗結論。

1.行動方案

(1)行動一:認識討論寫法

1 敘述結果(必寫)

2 解釋原因

3 細節

4 減少誤差

(2)行動二:認識結論寫法

【學生教材】

第 六 章 分 析 結 果 一、討論

對實驗數據結果的解釋及說明,可以寫以下內容:

1 敘述結果(必寫)

2 解釋原因

3 細節

4 減少誤差

(一)敘述結果:

寫法 1:____越____,則___越____。

紙的折數越多,則吸水高度越高。

寫法 2:____不同時,則_____ 最…

紙質材質不同時,則吸水速度衛生紙最快、圖畫紙次之、影印紙最慢。

寫法 3:____不影響…

紙的寬度不影響吸水高度。

(35)

33

(二) 解釋原因:猜測原因 或 查資料後分析原因。

例:澆肥皂水的綠豆最後死亡,我們猜測:

肥皂水中可能有含有毒成分,造成綠豆的死亡。

(三) 細節:描述實驗過程中發生的現象。

例:澆肥皂水的綠豆在第一天開始枯黃,漸漸萎縮,最後死亡。

(四) 減少誤差:描述遭遇到的困難及解決方法。

例:綠豆的莖會彎曲,為了準確測量高度,所以先利用棉線量出莖的高度,

再拉長棉線對準尺的刻度。

例:紙飛機在飛行過程中,會因為風力不穩定而影響結果,我們改在寬廣的 室內,關上門窗,以減少誤差。

二、結論

「結論」就是要回答研究問題。

 研究子題:溫度對落葉堆肥發酵產氣量的影響

→結論:溫度越高,落葉堆肥的發酵產氣量就越多。

 研究子題:水溫 對紙張吸水高度的影響

→結論:水溫越高,則紙張吸水高度越高。

2.結果

每位學生針對數據進行分析寫出四點討論。

圖 20:「隔空點蠟燭」中「白煙量」的討論

(36)

(六)溝通辨證階段

高慧蓮(2008)提出高年級在解釋分析面向的行為表徵為:能將自己在科學探究的過程 與結果清楚的和其他同學溝通與分享,並在聆聽同學的報告時能察覺過程中所產生的問 題,提出合理的質疑。

表 10:「解釋分析」能力階段的行為表徵高慧蓮(2008)

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

溝通辯證 溝通探究過程與 批判質疑

能將自己在科學探究的過程與結果清楚的和其他同學 溝通與分享,並在聆聽同學的報告時能察覺過程中所產 生的問題,提出合理的質疑。

研究者針對高慧蓮(2008)提出高年級溝通辨證面向的行為表徵文字敘述再細分為二 項,如表 11。

表 11:科學專題研究課程中「解釋分析」能力階段的行為表徵

探究能力 探究能力成分 探究能力行為表徵

溝通辯證

溝通探究過程 能發表自己的科學探究成果的過程。

批判質疑 聆聽同學的報告時能察覺過程中所產生的問題,提出合 理的質疑。

1.行動方案:

(1)行動一:上台報告分享

每一組約 2~6 名學生進行相同主題,但各自負責自己的子題,因此每一位學生都 必須上台發表研究報告,其他同學們針對報告內容可以提出質疑與批判。

(2)行動二:作品展示走廊

同一組的學生作品列印後裝印,展示於四間自然教室走廊,提供所有中高年級學 生下課時翻閱欣賞他人作品。

(3)行動三:同學票選活動

自然教師群各自在課堂期間發放貼紙,每位學生各有 5 票進行票選活動,以提升 學生閱讀作品之動力。

(4)行動四:作品上傳網站及留言

學生所有作品上傳網路,自然教師可利用課堂時間借用電腦教室,讓班級全部學生 點選瀏覽作品,並要求學生針對作品提出見解。

(37)

35

圖 21:學生在電腦教室瀏覽作品及留言

2.結果:

(1)上台報告分享

各組學生上台發表研究報告,每一位學生針對自己進行的子題分享(圖 22)。報告結 束,其他同學可以發問提出質疑與與批判(圖 23)。

圖 22:學生在網站上對各作品惿出質疑或見解

圖 23:其他同學惿出質疑或見解

(38)

(2)作品展示走廊及票選活動

98 學年度共有 87 件主題作品,自然教師發放貼紙,470 名學生每人各有 5 票進行 票選活動,以提升學生閱讀作品之動力(圖 24)。

圖 24:欣賞他人作品與票選活動

(3)作品上傳網站及留言

學生依照班級分類與網站的資料夾中(圖 25),可以點選 有興趣的作品進行瀏覽(圖 26、圖 27),並要求學生提出見解 留言(圖 28)。

圖 26:學生作品上傳網站

圖 25:班級作品

(39)

37

圖 27:學生主題作品封面

圖 28:學生在網站上對各作品惿出質疑或見解

(40)

三、學生科學探究能力方面的提升

針對 98 學年度 121 名學生,使用「科學探究能力自我評量表」分為五大項、共 18 小題進行前、後測,使用 excell 和 spss 軟體分析學生科學探究能力方面是否有提 升?

(一)五大科學探究能力前後測平均分數

98年高年級學生課程教學後五大科學探究能力前後測分數

0 1 2 3

前測 1.7975 1.7521 1.8402 1.7376 2.0100 後測 2.4463 2.4153 2.4628 2.3533 2.5537

界定問題 設計規劃 實作驗證 分析解釋 溝通辨證

圖 29:五大科學探究能力前後測平均分數 (二)前後測成對樣本 t 考驗

表8:「五大科學探究能力」前後測成對樣本t考驗摘要表 樣本數:121人

項目 前測 後測

M SD M SD t

界定問題 1.7975 .50137 2.4463 .69162 11.929﹡﹡﹡

設計規劃 1.7521 .61109 2.4153 .69038 11.392﹡﹡﹡

實作驗證 1.8402 .70066 2.3533 .74458 9.0114﹡﹡﹡

分析解釋 1.7376 .59586 2.3533 .76626 9.489﹡﹡﹡

溝通辨證 2.0100 .73778 2.5537 .77883 8.971﹡﹡﹡

科學探究能力(總) 1.8131 .50857 2.4448 .65922 12.851﹡﹡﹡

註:﹡﹡﹡表示p<.001

由上表得知,五年級學生在科學探究能力:界定問題、設計規劃、實作驗證、分析 解釋、溝通辨證,後測平均得分均高於前測平均得分,而且經成對樣本t考驗的結果,

具有統計上的顯著差異,因此,「科學專題研究」的課程對五年級學生的科學探究能力 有明顯的提升。

(41)

39

四、追蹤本課程對已畢業學生中學科學實驗課之影響

本課程因強調讓學生學習實驗設計,而非模仿課本中明列的實驗步驟以「照食譜炒菜」

方式來學習科學實驗,因此已畢業學生提到,因為有國小的學習經驗,因此在中學實驗課時整 個實驗的目的、流程較快理解,所以常居小組領導者的地位分配工作給組員,也常是實際操作 實驗的人,實驗操作上會比較流暢,效率較快。

(一)科學探究各階段能力

由 36 位已畢業學生填寫問卷,題目為「從蘭潭國小畢業,升上國中、高中職之後,

你認為「科學實驗報告單」的經驗,讓你在哪些方面較優勢?」 根據學生填答內容分類,

結果發現國小「科學專題研究」課程的經驗,讓他在中學實驗課時相較於其他學生有優 勢:實驗流程高達 60%、發表佔 32%、操作佔 27%、領導佔 20%、撰寫報告佔 16%。

32% 27%

20% 16%

8% 3% 3% 3%

60%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

實驗流程 發表 操作 領導 撰寫報告 效率 查資料 選題 興趣

人 數

圖 30:蘭潭國小畢業生自認為在中學實驗課的優勢

以下就各階段探究能力進行說明,其中因為畢業生沒有提及中學有溝通辨證的發表 分享機會,所以並沒有針對此階段能力做說明。

1.界定問題能力

S95702:像生物實驗做葉綠素的萃取,葉子種類、多少洒精、萃取葉綠素的量啊,我能馬上判斷哪一項 是什麼變因,其他人是一頭霧水。(晤談)

S95901:因為做過實驗報告單,從一開始就能分析,我只要用看的就知道怎麼做,這個實驗有哪些是要 改變的。(晤談)

2.設計規劃與實作驗證能力

S89601:實驗的流程及做報告的步驟,以及在小組討論及工作的分配進行都會比較流暢,而且在設計實 驗時想法會比較多,操作實驗亦不會生疏,優勢還滿多的。(問卷)

S95901:因為以前(科學實驗報告單)小組合作過,所以我知道做實驗要分工,像國中製造氧氣的實驗,我 就會去把水、杯子、材料都負責弄好,然後我會分配工作,這樣比較方便做實驗,不會亂成一團。

像別組時間到了只收集 1 瓶氧氣,我這一組就有 3 瓶了。(晤談)

(42)

S95906:因為曾經做過(國小科學專題研究),所以在領導小組、表格填寫,還有最大的幫助是:效率。(問 卷)

S95102:寫報告會比別人迅速,格式也比較了解,進度比別人快很多。(晤談)

S96615:比較知道實驗的流程,老師講的(內容)能正確的分析,能迅速的了解整個實驗目的、過程。(問 卷)

3.解釋分析能力

S95702:表格看得懂,因為(國小)我親身體驗過那個設計,表格怎麼看,怎麼分析數據,要看哪個位置,

其他人不會。…像後面的人會問我,這個要怎麼看,是成正比、成反比。(問卷)

R:為什麼你認為小學做過實驗報告單,對你有幫助嗎? 這與我上的那些課程有關嗎?

S95701:因為可以很快知道變因是什麼,…(國中實驗課)就會分析數據,想出結論。(晤談)

(二)居領導者角色

國小參與過本課程,在中學實驗課時會比較快理解實驗流程,可以領導全組。

S95902:在國小做過實驗報告單的流程,就比較知道怎麼做實驗,其他學校的學生只能參與討論,

我帶頭站在類似領導者的角色。(晤談)

S95905:因為國小被老師訓練過,就比較熟練。一個班有 7、8 個蘭潭畢業的,做實驗會比較順手,

幾乎是蘭潭畢業的在做實驗。(晤談)

S95101:我常常是小組實驗中的領導者,其他人會搞不清楚實做什麼,所以我只好告訴他們,分配 他們做什麼;有時候我們這一組會做得比較快。(晤談)

S95602:可以很快就了解實驗在做什麼,同一組的只有我是蘭潭畢業的,其他(組員)看著我做,…說 不知道。(晤談)

伍、結論與建議

一、「科學專題研究」課程約十六節課,以往分散在一學年的自然課中與教科書內容交叉實 施,98 學年度改為四週內密集教學,教師群認為教學成效較以往分散式教學佳。

二、「科學專題研究」的課程對五年級學生的科學探究能力有明顯的提升。

三、本課程對本校畢業生的影響為:中學科學實驗課時實驗流程較快理解,實驗操作上會比 較流暢,效率較快,而且常居小組領導者的地位。

四、發展「科學專題研究」高年級課程,經由歷年來合作教師群的實際教學經驗,提出實施 困難及解決方法等資料,持續逐年修改呈現完整可執行的教材,並將課程教材上網提供 全國自然科教師使用。科學專題研究並非只適合數理資優學生,透過研究者自編課程,

教師逐步引導,即可達到落實每一位學生完成科學專題研究的效果。

(43)

41

陸、未來展望

未來配合中年級自然科課本單元內容開發「科學專題研究」之延伸教材,形成國小 階段中高年級自然科科學專題研究課程完整體系,並且邀請其他學校自然科教師進行跨 校合作,推展科學專題研究課程,擴大學校及學生參與層面。

柒、參考資料

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(45)

附件一:九十八學年度學生版「科學專題研究」教材 第 一 章 主 題 與 子 題 的 選 擇 一、你曾對自然現象產生過什麼疑惑的事情?

例一:怎樣調配泡泡水可以吹出很大的泡泡?

例二:魚喜歡什麼環境? 光或暗、溫或冷、逆流或順流…

例三:何種玩具車跑得比較快?

二、主題與子題的範例

在同一主題之下,找出各種會影響到結果的變因,分為研究一、研究二、…。

例一 吸水遊戲--水的毛細現象 研究一:水溫 對吸水高度的影響 研究二:紙的材質 對吸水高度的影響 研究三:紙的寬度 對吸水高度的影響 研究四:紙的折數 對吸水高度的影響 研究五:風力 對吸水高度的影響 研究六:溶液種類 對吸水高度的影響 研究七:洗碗精濃度 對吸水高度的影響

例二 洗衣球

研究一:洗衣球的種類 對 洗衣效果 的影響 研究二:洗衣球的大小 對 洗衣效果 的影響 研究三:洗衣球的數量 對 洗衣效果 的影響

三、題材選擇

(一)選擇有趣、有創意的主題為題材,而且考慮:

1.時間(一個月) 2.能力可以完成的 3.器材取得容易 (二)在主題之下,每人至少一個因素 (即研究一、研究二、…)。

(三)禁止的實驗類型:燃燒、危險液體、高處、衝爆。

四、小組討論後,你想研究的主題、可以探討些什麼呢?

(46)

第 二 章 變 因 一、找出變因

範例:運動會賽跑比賽,很多因素都會影響到結果。

哪些因素(變因)會影響到結果呢? 變因項目 場地材質 會不會影響 賽跑的秒數成績?

風 向 會不會影響 賽跑的秒數成績?

選 手 會不會影響 賽跑的秒數成績?

場地材質 甲:沙土 、 乙:PU 跑道 風 向 甲:順風、乙:無風、丙:逆風 選 手 甲:A 同學、乙:B 同學

二、介紹變因

※設計實驗:一次只能改變一個變因,其他變因必須保持相同,

才能確定是這項變因造成這次的結果。

操縱變因:要改變的項目

應變變因:要測量的結果

不變變因:要相同、公平的項目

(47)

三、撰寫變因

(一)寫法:語詞簡短、清楚具體。

操縱變因:實驗中要改變的項目,分別寫成甲乙丙…。

應變變因:測量的結果,儘量要數據,寫出單位。

例如:時間(分秒)、長度(cm)、容量(ml)、面積(cm2)、次數(次) 不變變因:要相同、公平的項目。

(二)範例:

1.範例一:賽跑

研究一:場地材質對賽跑抵達終點時間的影響 操縱變因:場地材質 甲:沙土 、 乙:PU 跑道 應變變因:測量 選手抵達終點的時間 單位:秒 不變變因:距離(100m)、風向(無風)、選手(A 同學)

2.範例二:毛細現象

研究一:水溫 對 吸水高度 的影響

操縱變因:水溫 甲:冰水 乙:室溫水 丙:熱水 應變變因:測量 紙張吸水的高度 單位:公分 不變變因:水溫(30 度)、紙張大小(3cm*6cm)、

液體種類(水 50ml)、浸泡時間(5 分鐘)

3.範例三:綠豆生長

研究一:不同顏色玻璃紙遮光對綠豆幼苖生長的影響 操縱變因:玻璃紙遮光的顏色 甲:紅色 乙:綠色 應變變因:測量 綠豆生長高度 單位:公分

不變變因:植物(綠豆)、生長時間(7 天)、

澆水量(100ml)

(48)

(三)參考上圖,填寫你的實驗設計:

※小組有幾個人,就要找出幾個因素,不夠時可以增加空格。

(四)根據你的設計,轉換成以下的文字敘述:

研究_____:______________________________________________________

操縱變因:_______________________

甲: 乙: 丙:

應變變因:測量 _________________________ 單位:______

不變變因:______________________________________________________

□修改 日期_______________ □通過 日期__________

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