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亞太科學教育論壇,第六期,第一冊,文章五(二零零五年六月) 鄭美紅、蔡慶麟 初中科學探究活動的設計與推行模式 |
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科學探究的設計
一般來說,學生是透過教科書內的實驗活動經歷科學探究的過程。這些實驗活動多是環繞特定的主題,讓學生認識與主題相關的科學概念。教科書內的實驗活動主要是教授科學概念,透過問題引導學生進行分析,一步一步地讓他們歸納出預期的答案。這樣,學生能集中地進行探究階段的工作,令他們達致相同的學習成果。不過,該種模式限制了科學探究的自主性,忽略了科學本質的問題,這與真實科學研究情況矛盾:
- 實驗有絕對的答案。
- 實驗探究的時間多是1至2課節,給予規格化的感覺。
- 只有實驗過程的部分,沒有經歷設計實驗的過程。
- 只要跟著指示進行,實驗一定會成功,沒有提及檢討及修正的考慮。
科學探究是自主學習的模式,應給予學生較大的學習空間,亦應強調完整科學探究的歷程。Solano-Flores and Shavelson (1997)介紹了比較探究活動中基礎及進階兩種層次。這兩個層次的探究活動均會牽涉學生提出、解決及驗證科學問題或假設的能力,另外亦會要求他們報告相關的驗證結果。在推行基礎層次的探究活動時,教師一般會提供較詳盡的工作指引,需要較多的準備工夫;他們會為學生提供準備,包括書面指引、活動示範等,並說明要進行的步驟及其原因。在進階層次的探究活動中,教師給予較少的指示,增加他們的思考空間,要求學生進行獨立思考、計劃及完成有關的工作。教師可就學生的學習經驗,考慮選用哪一種探究模式。
科學過程技巧(Colvill & Pattie, 2002)是進行科學探究時必須的技巧。在一般的情況下,學生是透過科學活動學習有關的技巧,或是運用所學的技巧於實際的探究中。後者可讓學生進行自主的科學探究,不須受已有的知識限制,使活動更具靈活性。
Bouillion & Gomez (2001)、Seiler et al.(2001)及Tobin et al.(2001)亦明確指出,教師須因應學生的學習需要,將課堂內容連繫到日常生活中,運用適當的對話增加學生的參與,以及調節課堂的學習步伐。在設計科學探究活動時,主要涉及活動內容、教師角色和學生角色三方面。活動內容是指探究主題和內容要求,而教師及學生的角色則是在活動中所負責的工作。活動內容、教師角色和學生角色決定了活動的自主性。活動的自主性愈大,學生的參與部分及內容要求的規定會有較大的自由度;同時,教師亦會提供較少的指引。為了讓學生經歷科學探究的各個階段,所以所需的時間亦應較長。在過程中,著重學生的意見交流,因此班上討論及意見分享是十分重要的部分。
根據上述探究自由度的闡述,現以三份習作示例作的分析,由低至高排列它們的自由度,分別為“甲學校:水火箭活動”、“乙學校:水火箭活動”及“丙學校:酸鹼度與骨頭的測試”。雖然甲學校與乙學校都是推行水火箭活動,但活動的自由度有著明顯的差別。甲學校的教師會給予較明顯的提示;而乙學校只是給予一些注意事項,例如水火箭設計規定、測試過程的考慮等,而訂定量度範圍則由學生自行決定。丙學校的教師給予學生更大的自由度,學生須自行設計實驗步驟及訂立測試過程。以下會簡單闡述各活動中教師在設計上給予學生的自由度:
甲學校:水火箭測試活動
根據圖二所示,教師給予學生實驗報告的格式指引,指出了整個探究過程所需的部分,以及各部分的要求。圖三的學生示例指出,教師根據實驗報告的格式,就各部分的要求,給予學生詳細的指示,如背景資料、探究目的、探究問題、假說、實驗設計、實驗結果、結論、檢討/建議等部分。另外,教師亦會給予提示,讓學生運用合適的科學過程技巧。該設計的活動內容含有較多的指引,教師規範了活動的自主性,學生只須跟隨指示便可完成活動要求。這是屬於基礎的科學探究活動。圖三的提出假說及探究目的兩部分,雖然教師給予清晰的指示,但學生未能按指示完成。因為該兩部分的問題屬於思考性的,如學生沒有經歷思考過程,會較難掌握當中的重點,所以未能達到所需的要求。圖二:甲學校的學生指引
圖三:甲學校的習作示例 〔節錄自學生習作樣本〕
乙學校:水火箭測試活動
該學校的教師給予詳細的活動指引(見圖四),包括教學目標、評分準備、注意事項及實驗報告格式等,學生須全面地思考整個活動。但是,教師亦因應學生的學習情況,提供適當的指示,例如水火箭的噴口設計、測試所用的水壓數值等。水火箭的噴口設計要配合發射裝置的設計,水火箭才能安裝到發射器上。提供測試所有的水壓數值的目的是減低活動的難度,讓學生更容易掌握學習重點。圖五的習作示例指出,學生能按教師提供的指示,有效地完成各部分的要求。當中,學生須根據自己已有的知識及對實際情況的了解作出思考。與甲學校的水火箭活動相比,乙學校的活動要求較高,在沒有工作紙的幫助下,學生須自行完成各部分,如分析實驗數據。這表示學生需要有較佳的科探究能力方能達到教師的要求。圖四:乙學校的學生指引
圖五:乙學校的習作示例 〔節錄自學生習作樣本〕
丙學校:酸鹼度與骨頭組織的測試
在活動中,學生須將整個探究過程詳細地記錄在實驗報告中。圖六為教師提供的實驗報告格式。根據指引的內容,教師給予的指引都是環繞報告格式,與甲、乙學校的指引不同,沒有提供任何有關探究活動內容的提示,目的是讓學生提出自己的獨立見解,設計實驗、解釋觀察現象及實驗結果。這才能達到開放、自主的探究過程。其實,任何探究的主題都可讓學生體會科學探究的開放性、自主性,以探究過程主導學習。根據學生的習作樣本(見圖七),教師給予適當的回饋,指出可改進的地方,讓他們作進一步的思考。在進行的過程中,學生只是依據報告的指引,完成各部分的要求。報告內容反映出學生努力的成果。圖六:丙學校的學生指引
圖七:丙學校的習作示例 〔節錄自學生習作樣本〕
根據甲至丙學校的習作示例,指出了不同自由度的探究方式。探究自由度的大小主要取決於學生已有的知識或經驗。探究的自由度應逐漸提升,對於從未進行此類活動的學生,可參照甲學校的活動模式;對於有經驗的學生,可參照乙學校的活動模式;對於己掌握探究活動要求的學生,可參照丙學校的活動模式。換言之,甲學校採用了指導式探究,乙學校採用了引導式探究,丙學者採用了開放式探究。
從該三間學校的習作示例的分析來說,各間學校的教師都給予學生進行科學探究的框架,分別在於提供協助的程度。為了說明上述三種探究模式的特點,本文探討了各校高等級習作示例之間的分別(高、中、低三級評分標準),以比較學生的學習成效。
Copyright (C) 2005 HKIEd APFSLT. Volume 6, Issue 1, Article 5 (Jun., 2005). All Rights Reserved.