探究式科學教育的關鍵層面

在所有科學教育中，老師需要進行一系列的教學決策，包含安排教室空間、鼓勵團隊合作、撰寫實作紀錄等等。在本小節中，我們列出這些教學層面的要求，並提供一些實用性建議。

▷ 安排教室空間

學生分組進行實作時，需要適當的空間讓他們合作學習、拿取材料和放置作品。大多數學校會設置實驗室，讓學生有足夠的空間實作，倘若沒有合適的教室，老師可能需要移動桌椅，使用小盒子或小托盤裝材料和作品。

小學階段的實驗材料通常很便宜且容易取得，例如：種子、土壤、細繩或迴紋針等等，有些材料則比較昂貴，例如：電池、測量儀器、三稜鏡、計時器或顯微鏡等等。特別是地球科學科目，通常無法對實體進行實驗，可能需要透過模型、圖表或其他物品觀察，但無論所需材料為何，最重要的是，老師要因應學生的需求提供材料，並培養學生的責任心，好好愛護材料和作品。

• 實用建議

(1) 對於很多老師而言，作品及材料的存放空間可能會是個問題，但老師們可以一起商量討論，找到一個地方共同放置材料和展示學生的作品。

(2) 如果學校沒有實驗所需的設備或材料，可以透過其他管道取得，例如：向資源中心或科學館借用、讓學生及家長自行準備材料、向在地組織或企業求助等等。

▷ 鼓勵團隊合作

探究式科學實驗便意味著學生們要一同合作、嘗試、提出問題並分享彼此的想法。然而，若學生無法尊重彼此、擔心自己的想法並非正確答案、只有特定學生帶領小組或是女生被排除在外時，便無法順利進行科學探究。因此，老師必須營造一種課堂氛圍，讓所有學生都感到舒適愉快，並且每個人都有機會參與實作、思考、討論和寫作。

• 實用建議

(1) 促進小組合作並不容易，這是學生和老師的學習過程。建議老師可以明確地教導一些必要的行為，例如：如何表達不同意見、傾聽彼此、分享材料，並讓每個人有發言權。老師可以採用工作分配的方式，讓學生輪流擔任記錄員、協調員、保管材料者、小組發言者等等，從中培養每個孩子的責任心及學習做事的方式。

(2) 如果學生害怕出錯，不願分享自己的想法，則老師可以明確地強調每個人想法的重要性及互相討論的價值。

(3) 如果小組規模較小(理想情況為四人)並且有明確目標，則他們的合作效果較佳。當學生在學習合作，或是與年齡較小的同學合作時，四人團體實際上可以分為兩對進行實作。

▷ 提出有成效的問題

在探究式教學中，老師提出的問題都十分重要，好的問題能讓實作更順利進行。正如喬斯·埃爾斯特傑斯特（Jos Elstgeest）所說：「一個好問題將會吸引大家關注、實驗或重新實作……我想稱這類問題為『有成效的問題』，因為它們會刺激『生產活動』， 鼓勵學生開始思考自己的問題並找出答案。好的問題可能會讓學生進入更深層的思考和推理，而『沒有成效的問題』通常只需要簡短的口頭回應，例如：「這叫什麼？」、「什麼是電池？」、「 電流是否從正極移到負極？」等等，然而，這並非表示老師不該詢問此類型的問題，但它們所能帶來的成效，與精心設計的問題不同。

• 實用建議

(1) 在開始探究式實作前，最初的問題非常關鍵，它必須足夠具體化，讓學生朝著理想的方向出發，但也必須足夠開放性，讓他們接受到挑戰，例如：「你認為用電池點亮燈泡最重要的是什麼？」會優於「是什麼讓燈泡發光？」或是「你認為我們要如何描述植物的生命週期？」會優於「植物在什麼階段成長？」。

(2) 當學生實作時，老師提出的問題或多或少會產生作用，以下問題將會鼓勵新的思考，例如：「你看到這些物體（或情況）之間有什麼差異和相似之處？」、「為什麼你認為這個結果與其他實驗不同？」、「你認為如果......時，會發生什麼事？」、「你如何看待…...？」、「你會如何說明此現象？」、「我們可以確定什麼？」等等。「你認為」這句話非常重要，因為它們沒有要求學生提供正確的答案，而是問學生在想什麼。

(3) 給學生幾分鐘思考問題，或是讓他們與組員討論，都可以鼓勵不願表達意見的學生。

▷ 使用學生的經驗與想法

學生通常對於日常生活中遇到的現象有很多想法，但這些想法通常不完整，或是與科學解釋相互矛盾。要記住的是，基於有限的經驗和知識，某些想法可能是滿合理的。讓學生分享他們的想法以及如何察覺自己所知道的東西，有助於他們更加了解自己的想法和思考基礎，同時，聽到別人的想法時（無論它們是否正確），學生也可能會產生新的思維。

交流討論各自的想法是幫助學生提出更具科學解釋的一種方式，老師需要認真傾聽並回應學生的想法，或是連結類似的現象經驗，才能提供他們更多的基礎，去思考不同的想法。

老師通常會不清楚如何、何時、是否該引入某些事物的科學觀點，我們必須小心謹慎，避免學生因為無法理解觀點，對自然科學留下困難的印象，但有時候引入科學觀念會推進學生的思考。重要的是，老師需要在學生嘗試新想法來驗證它是否能提供令人滿意的解釋時，提供一些適當的支持，例如：當學生嘗試解釋太陽在地球周圍的移動時，老師可以提供模型，讓學生以另一種方式進行解釋。老師的角色是提供另一種想法，讓學生嘗試看看能否做出合理解釋，而不是強加給學生「正確答案」，以確保學生有機會利用其他的想法，更有效地解釋現象。

• 實用建議

(1) 不同年齡層的學生普遍會有一些天真的觀念，事先了解這些內容將有助於老師預期可能出現的情況，並透過活動擴展學生的經驗。

(2) 為了讓老師對於學生的經歷、想法和關於某現象的推理有初步了解，新的探究應該從「討論學生的想法」開始，透過觀察學生在實作中所說的話及所做的事情，也會揭示更多細節。

(3) 為了鼓勵學生表達他們的初步想法，要讓他們知道自己的想法會被尊重，不用害怕因為出錯而顯得愚蠢，以下幾種教學方法可以鼓勵學生口頭或書面分享：即使學生的想法不正確，也無需對其進行評判；詢問學生他們如何知道（「你怎麼看？」、「你是怎麼發現的？」）；詢問更多的細節，讓他們覺得自己的想法受到重視。

(4) 當某學生分享到正確的想法時，老師必須像聆聽其他想法一樣，簡單地接受所有看法。因為老師如有任何表達正確的跡象，都可能阻止其他學生繼續分享他們的想法。

(5) 學生們可能需要一些時間才能放棄他們的原始想法，因為他們在課外累積了大量經驗，不可能透過一堂課來改變想法。學生可能需要透過各種經驗和討論，才願意提問和修改他們的想法。

▷ 幫助學生發展及運用探究技能

透過嚴謹地預測、計畫、蒐集和解釋數據，以培養探究技能十分重要。特別是科學探究領域，這些技能的發展非常關鍵。

對於所有探究技能的發展，最重要的是，讓學生有機會使用它們，並討論它們的使用。在許多科學課程中，學生沒有觀察第一手資料的經驗、決定如何進行探究、自己蒐集數據並用數據來回答問題，這可能是因為學生常常按照老師或教科書的說明步驟進行操作，讓他們很少思考「為什麼要做這個？」及「如何做這個？」。

在教科書的指示下，或是只有「動手」而非「思考」的課程中，學生往往會缺乏計畫、執行探究、解釋數據、提出結論等探究技能，這些都是科學探究的關鍵技能，值得老師多加培養學生。

計劃是一項複雜的技能，需要經驗和能力來思考行動的可能結果。年幼的孩子可能無法做到這一點，老師可以透過簡單地詢問：「告訴大家你要做什麼？」來引導大家。年紀較大的孩子可以在實驗進行時，透過提問來幫助他們決定哪個環節需要修正、需要測量或觀察哪些內容、若要維持公平的測試，我們不得更改哪些內容。如果是觀察型探究（非實驗型探究），學生需要討論哪些觀察是重要的、如何觀察及蒐集數據。若學生已經累積相關經驗，他們應該能不藉由問題，便能制定一套實驗計畫，不管孩子的年齡多大，他們都將需要大量的機會來執行自己的計劃，犯錯並從錯誤中學習。

當學生進行調查和蒐集數據的同時，他們增加了經驗及知識，然而，若缺乏討論、反思和回顧，這些學習知識可能會不完整，容易淡忘。或許是因為時間壓力，老師們需要儘快進入下一個階段，所以提出解釋和結論的關鍵階段常常被忽略。所有探究應該從「對於問題有清晰思路」或是「在實作中產生疑問」開始，並以一些解答最初問題的陳述結尾，以下問題將有助於每組學生提出實驗性結論：

• 透過蒐集的資料數據，我們可以提出哪些主張或觀點？

• 這些數據可能會產生什麼實驗性解釋？

• 這些結論與最初的假設及預測相比如何？

接著，小組應該在全班討論中，報告對於這些問題的答案。當一些組別進行相同的探究時，我們要討論組間的差異，去認知到實作中的哪些部分需要再次執行。所有過程都需要時間，如果沒有完整地進行探究，這項活動將會失去原有的價值，從少數活動中學習更多的經驗及知識，會比起從很多活動中學習零散的知識更加有用。

• 實用建議

(1) 在制定計畫時，老師可以提供一些架構來幫助學生思考應該採取哪些步驟。在實驗型探究中，我們將面臨許多修正、控制及測量變量的問題；在觀察型探究中，我們需要綜覽實驗情形，以提出觀察結果。

(2) 老師要預知小組在計劃中可能需要的設備材料，並向他們介紹可用的設備，讓他們從中挑選材料以完成實驗。

(3) 在完成探究並思考該計劃可以改進的地方後，回顧所有探究步驟，以便未來制定計畫時運用。

(4) 小組可以在教室張貼其數據及結論，以替代小組報告。如此一來，討論便能從關鍵問題開始，而不是從小組報告開始。

(5) 讓學生透過理解證據和科學推理來確定結論，而不是依據意見支持者的數量，或是在討論中較強勢的學生而定。

(6) 對於已經學到（或需要重新檢查）的內容，進行簡短的書面總結，通常是結束一個階段的好方法。

▷ 進行討論

我們不再是傳統的討論—老師提出問題，選擇一位同學回答，驗證答案是否正確，進行下一個問題；而是要讓學生們有互動交流，請學生補充某同學的觀點、對他提出問題或是分享不同想法。

此種討論形式能讓學生釐清自己的想法，透過聆聽他人的想法，意識到自己未考量到的部分，讓小組再次修改實作細節。在逐一討論後，大家將會達成共識並提出結論。

• 實用建議

(1) 討論時，儘量讓每個人都能看到其他同學（例如：將椅子圍成一圈），以便討論進行。若在一些空間很小或固定桌椅的教室，可以請同學移動座位並要求轉身面對其他同學。

(2) 放慢討論速度有助於學生吸收知識。請學生回答問題之前，可以讓他們思考5-10秒，以增加討論深度或促進新的想法。

(3) 在討論中，可能很難阻止學生們聊天，老師可以直接說：「小明，你對小美說的話有什麼看法嗎？」或「奇奇，你要補充小美說的內容嗎？」，這些通常有助於學生專心。

(4) 若學生提出天真的想法時，老師要如何應對？當探究實作或新單元開始前，或是在實作中，老師要接受天真的想法，並同時舉出不支持該想法的情形，讓同學思考。但是，在探究實作或單元結束時，為了幫助學生得出結論，老師需要透過證據及推論，教導學生一個更精確的概念。

(5) 有時學生的問題可能無法透過實作得到解答，或是老師也無法回答。為了尊重每位學生的問題，老師可以將所有提問寫在黑板上，並分為幾種類型，例如：可以透過直接觀察而得、可以透過實作過程而得、無法透過實作回答等等。當學生提問時，老師可以說：「我不太清楚，但我們可以試著找出答案」，這是一個良好的回應。

▷ 撰寫實作紀錄

透過文字、圖形、圖表、流程圖或海報等記錄實作過程，是非常重要的。這有助於學生闡明自己的想法、意識到自己的進步、記住已達到的成就，以及記錄他們想法的演變。老師也可以透過學生的記錄本，了解學生的想法、評估進步狀況、理解他們最初的思考本質，並且注意到未清楚解釋、學生理解錯誤的概念。

記錄科學實作的方式有很多種，學生可以透過文字、圖形、圖表、流程圖等準備報告。科學探究能讓學生練習書寫、表達、增進語言技巧，但是，千萬不要將科學課程視為閱讀和寫作課程。

很少有學生會主動記錄自己在做什麼，個人筆記本將有助於學生記錄。筆記本可以採用多種書寫和畫圖方式，記錄實作的問題、目的、預測、構想、計劃、蒐集數據、數據分析、新的想法以及結論。這種書面紀錄有助於學生闡明和組織想法，反思他們所做的事情，逐漸改變或加深他們的理解。要注意的是，老師可以「閱讀」學生的筆記本，不能畫重點、標記或糾正。

老師可以請學生準備更正式的小組或個人紀錄、海報、計畫或展示，向全班介紹他們的想法和初步結論，這可以幫助學生思考並決定如何表達他們的想法和所做的事情。報告必須以適當的科學方式向其他同學清楚地陳述，最後匯集全班同學的報告及討論內容，從結論得到知識。

• 實用建議

(1) 老師要預留一些時間，讓學生可以在筆記本上記錄他們的探究實作過程。在課程結束時，也可以讓學生停下來反思自己的實作，並得出初步結論。

(2) 即使是非常年幼、不知道如何書寫的學生，也可以透過畫圖記錄。年紀較大的學生可能需要提供細節和標記方面的指導，並指示如何、何時使用圖表或其他圖形。

(3) 結構化的筆記本頁面可能有助於學生的書寫，提醒學生記錄關鍵因素、數據、表格、圖示等等。

(4) 要讓學生在筆記本上記錄，不怕會被老師評判和糾正（拼錯字、誤解、紙張不完整或錯誤的結論等）。與其糾正學生的記錄，不如透過留言為學生提供幫助，例如：「你下次要如何表達數據，才能更容易閱讀？」、「我想知道你為什麼會預測發生這種情況？」、「我注意到你沒有記錄當初使用的液體數據」、「試著解釋這個想法」等等。

(5) 要讓學生常常用到筆記本，例如：複習上次所學的內容、與同學比較數據、檢查結果並找到證據支持主張。如果沒有這些運用，筆記本的用處就會減少，學生可能會認為記錄的唯一目的是滿足老師的要求。

▷ 利用「形成性評估」幫助學習

為了確保學生內化學習知識，透過探究來加深自己的理解，便意味著評估的重要性。形成性評估（在一個方案確定之前，對各項問題加以評鑑，以修正並改善方案）有助於學生持續地「形成」思考及觀念，其涉及蒐集實作過程的數據、根據目標的進展對證據作出解釋、確認後續步驟、決定如何採取實作等等。形成性評估與「總結性評估」有明顯的區別，後者是在課程或是計畫結束後，總結學生的學習狀況，儘管所有評估都以某種方式幫助學習，但形成性評估可以透過當下數據去調整後續決策。

形成性評估有助於瞭解學生的學習進步狀況，藉由學生與老師的雙向反饋，去調整實作進度、增減對學生的幫助、解決學生的誤解等等。當學生揭示自己的想法時，老師可以提供個別同學非評判式的回饋。

老師透過閱讀學生的筆記本、小組報告、觀察學生在小組的情形、學生互相詢問的問題等等蒐集資訊。對於小學生而言，老師通常可以在實作進行中，蒐集足夠的資訊並提出形成性評估；然而，對於中學生而言，老師通常只能在許多班級中，進行短時間的觀察，所以可能需要採取具有挑戰性的活動，讓學生思考、詢問技巧和想法。就學生而言，形成性評估只是他們科學實作的一部分，但就老師而言，這可以依據學生的理解和推論，來修正教學決策，不只老師要指導學生，學生也要指導老師。

形成性評估能讓學生評估自己的成果，並修正後續步驟，老師可以幫助學生理解活動的學習目標、評估品質的標準，讓學生自行決策實作方向，變得越來越獨立。

• 實用建議

(1) 課程計劃應包含「確認學生在理解、發展能力的進展」，這可能是透過挑戰性活動、探究問題、觀察學生，或是聆聽學生達成。

(2) 不同的學生有不同的表達方式。不應假定寫作或口語能力弱的學生不懂科學，他們可能已經學習到交流的需要，但尚未了解科學。老師應該要給予這些學生機會，向大家展示他們可以做什麼，從而鼓勵他們的溝通技巧和建立自尊心。

(3) 老師要保留一些觀察記錄，以便考慮可能需要採取的措施或追蹤學生的進度。對於學生的書面數據來說，保存並不困難，對於當下必須蒐集的觀測數據，老師可以在便條紙或標籤上做筆記，並稍後統整資訊。

(4) 與其他老師討論形成性評估的數據，有助於建立各種方法，回應學生的特定問題，增進學生的科學理解能力。

探究式科學教育

上述的探究式科學教育的所有關鍵層面，可能會讓許多老師感到害怕，但重要的是，它們不會一次全部發生，而且還有很多方法可以幫助老師滿足特定需求。因此，本小節便討論探究式教學的一些常見問題以及老師可以克服的方法。

▷ 探究式教學的困難

在許多國家中，小學老師通常會因為缺乏信心，產生許多教學問題，雖然具有自然科學背景的國中老師，遭遇的問題可能較少，但是生物老師可能也會對物理教學缺乏信心，不論他們的學歷背景為何，都可能在探究教學中，遇到缺乏時間、課程內容太多、班級規模太大、缺乏適當的評估系統等問題。

學校可以透過改革課程及評量、增強教師培育、適當的資源分配、系統性改善老師較無法控制之處，以解決上述問題。老師也可以逐步修改教學方法，除了幫助自己建立信心以外，也為學生提供探究式學習的機會，培養其自信心和理解力，若老師缺乏信心及理解，即使有良好的學習環境，也無法讓學生充分學習。

▷ 幫助探究式教學的方法

在過去二十年中，世界各國大多都設計出「幫助教師將探究納入科學教學中」的方法。實際上，任何成功的教學都會遠遠超出教學指南和書籍的價值，並為老師發展出自身的專業教學方法，透過「由經驗豐富的同事或顧問指導」、「參加受過課程培訓的老師主持的會議」、「尋求網路或電話幫助」、「求助科學家或高學歷學生」等方式，也可以培養老師的專業教學能力。

對於大多數希望將探究式教學引入課程中的老師而言，第一手經驗十分重要，唯有透過親自探究，才能了解預測、蒐集數據、解釋數據和得出結論的真正意義，同時，老師也會發展對於科學層面或科學活動的理解力。

然而，探究式教學的每個階段都需要時間發展，若老師不確定自己對內容的掌握程度，可以尋求其他形式的幫助。老師可以與經驗豐富者交流，或是由科學家幫助老師發展對於科學的理解（在法國，自然科學學者與國小老師已經合作多年），透過課堂教學示範、信件溝通或參加專業發展活動，增強老師對於課程的認知。

不過，老師有時會因為無法回答學生的問題（如果學生能自己找出答案，老師則不必回答），導致老師為了避免被問倒的焦慮，去設計實作內容，讓學生問的問題越少越好。請記住，這是要避免的！因為「提問」在學生的學習中有著非常重要的作用，特別是在鼓勵他們自行找出答案時。因此，老師需要準備處理學生問題的策略，但「處理」與回答不同，是指試圖將學生的問題變成他們可以自行探究的情況。若老師無法回答問題時，諮詢專家或尋求其他資源也是很好的方法。

老師的信心及理解能力十分重要，千萬不要因為探究式教學可能會遇到困難、被擊垮，而選擇不去嘗試。開始進行探究式教學的老師，可能需要透過一些活動來了解學生的學習狀況，學生的回應也會為老師帶來鼓勵，讓老師更有信心繼續發展，進行更多開放式探究！

▷結論

探究式科學教育便是學生透過實作，逐步發展自己的知識和理解，像科學家一樣提出問題、蒐集數據、推理、根據證據得出結論並討論結果，真正的探究意味著學生要去解答他們不知道答案的內容。

儘管探究式學習並非學習科學的唯一形式，但重要的是，它不僅能發展出對於基礎科學思想的理解，也能加深對於這些思想發展的理解。在發現問題、嘗試解答問題、發展學習技能、團隊合作、向他人學習及認知到討論的價值的過程中，總會充滿樂趣及滿足感。

對於老師來說，實施探究式科學教育可能意味著他們在教學層面的改變，從安排學習空間到提供學生們反饋，漸漸從傳統教學轉向探究式教學……

多做一點……

(1) 安排群集式座位，方便學生互動討論；而非傳統的行列式座位。

(2) 鼓勵學生尊重彼此的看法；而非允許學生強加自己的看法在別人身上。

(3) 詢問開放式問題，邀請同學分享觀點；而非提出一個只需簡短回應的問題。

(4) 找出並考量學生的經驗和想法；而非忽略他們的經驗，以確保他們有「正確」答案。

(5) 幫助學生發展和運用探究技巧，包含規劃、蒐集證據、分析證據及提出結論；而非給予學生明確的步驟指導。

(6) 安排小組和全班討論時間，分享探究想法和結果；而非讓學生只能向老師表達/報告想法。

(7) 花時間進行反思，並記錄適用於各種探究類型的報告；而非給予學生固定的紀錄格式，要求他們寫上做了什麼、有何發現並得出結論。

(8) 提供口頭或書面報告的反饋，讓學生知道如何改善他們的實作；而非僅僅給予學生成績，讓他們互相比較。

(9) 提供學生清楚的探究理由/架構，以便他們開始為自己的工作負責；而非毫無理由地介紹活動，讓學生對於探究活動感到陌生。

(10) 持續使用形成性評估教學，確保學生取得發展知識、理解及技能的進步。

▷ 原文網址

https://www.fondation-lamap.org/sites/default/files/upload/media/minisites/international/Inquiry%20in%20Science%20Education_web.pdf

(節錄第五章節以下頁面)

▷ 作者

• Wynne Harlen：費波納科學委員會會員

▷ 譯者

• 吳文琪：國立臺灣大學政治學系