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亞太科學教育論壇，第七期，第一冊，文章三(二零零六年六月) 蘇詠梅 小學科學探究學習的探討 |
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亞太科學教育論壇，第七期，第一冊，文章三(二零零六年六月) 蘇詠梅 小學科學探究學習的探討 |
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貳. 文獻探討
科學教育在二十世紀大部分國家的學校課程中有著相當的地位，當中出現過標誌科學教育的口號包括有 「做個科學家」（"Being a Scientist"）、「透過動手來學習」（"Learning by doing"）、「求過程、不求結果」（"Process not Product"）、「全民科學」（"Science for All"）、「兒童對世界的認知」（"Children making sense of the World"），但對於課程組織及進行學習的方法就沒有太大的共識 (Hodson, 2004)。科學教育從以前只著重科學知識概念，到現在重視及強調科學的應用，尤其是與日常生活的配合。課程內容由只著重概念到概念與過程並重，重視科學、科技與社會的結合，發展至今更強調科學探究與科學性思考(蘇詠梅及吳本韓，2005)。
其實遠在八十年代已有從事科學教育的學者及專家提倡讓學生進行科學探究活動，認為探究能促進學生發展科學思考和探究技巧的能力和方法，是有效學習科學的方法(AAAS, 1989；Tamir & Lunetta, 1981)。Watson, Fulian 和 McRobbie (2004) 以及眾科學教育者(Driver, Leach, Millar & Scott, 1996; Duschl, 2000; National Research Council, 1996)都認為探討如何進行科學探究是科學教育的其中一個主要目的。Kanari和 Millar (2004)認為學習科學探究已廣泛地被視為科學教育的主要目標來得到科學理解及知識。在近年的香港教育改革文件都提出探究式學習的好處，如在常識科課程指引(課程發展議會，2002)提出探究式學習是以學生為中心，發展知識、共通能力[1] 及價值觀的學習；透過鑑定問題，蒐集資料來解決問題，學生是知識的主動建構者。
杜威(Dewey, 1963) 認為探究應是以兒童為中心，由兒童定下問題所在，發展方案和計劃來收集數據及找出解決方法。布魯納的「發現學習論」對科學探究學習影響很大，他認為學生並非僅為知識學習者，更應該是主動的探究者，強調要參與過程，以獲取知識(Bruner, 1966，撰自張春興，1998)。科學探究的方法，強調學生應從一個現象的問題開始，主動參與，先提出假設，再根據假設收集並分析證據，進而設計並進行研究，而非只是學習自然現象的答案而已(AAAS, 1989)。美國國家研究議會(National Research Council, 1996) 就探究作出較仔細的描述：探究包括觀察；提出問題；參考書本及其他資源；計劃探究；檢視已有的知識；運用工具來收集；分析及闡釋數據；建議解決辦法；解釋及預測和匯報成果。美國國家科學教育標準(科學性探究)發展小組；美國科學、數學及工程教育中心；美國國家研究議會(Committee on Development of an Addendum to the National Science Education Standards on Scientific Inquiry, Center for Science, Mathematics, and Engineering Education, National Research Council, 2000)指出「探究」不單是科學家探索自然世界時所做的工作，就自然現象提出解釋及收集有關的證據。「探究」亦是學生探索知識的工作，包括提出問題、策劃工作及根據數據檢視已有的知識。當中更提供了探究的五個重要特徵：(1)提出問題；(2)運用證據來解答問題；(3)解釋；(4)與科學知識作連繫；及(5)溝通。
在參考相關的研究時發現不少都採用質性的研究方法進行的，如劉宏文、張惠博（2001）為高中學生進行開放式探究活動進行個案研究來探討問題的形成與解決。他們的研究選用了在1998-1999學年度參與開放式科學探究活動的三組共九位學生，以質性研究法探討學生在開放式探究活動中如何形成問題，如何解決問題及問題的解決方法有何特質。研究討論指出學生提出的問題，多來自學生的學習與生活經驗。雖然學生從進行的科學活動與科學家的工作有差距，但所得探究經驗仍富意義。Rop(2002)探討一個化學教師對學生在探究活動中提出問題的信念。研究結果指出在課堂中鼓勵學生提出問題的探究精神的種種困難。以上的研究提供了探究問題的探討，有助解答本研究部分的待答問題。
還有些研究作較全面的檢視，如蔡佩穎與張文華（1999）也是用質性的研究方法，但主要是探討學生進行實驗活動的過程與概念學習的成效時得到的結論，包括在實驗教學情境中，學生從教師所搭建鷹架的教學流程和小組進行實驗的社會互動過程中獲得概念理解。Metz (1998)探討兒童能力可及的科學探究活動也發現同儕協作學習的重要性。
有些研究主要探討數據及證據的收集及闡釋如Kanari 和Millar (2004)，以及Sternadel (2004)。Kanari 和Millar (2004)指出研究顯示雖學生大都能設計及進行簡單探究活動，但他們所收集的數據經常不足及所作的結論與數據不符。所以他們設計研究，嘗試探討二十個分別是十、十二及十四歲的學生在科學探究工作中對數據和量度的理解，及學生們如何從數據資料中作推論。Sternadel (2004) 在檢視學生進行探究工作時如何闡釋從搜集的證據。Goodnough 和 Cashion(2003) 探討學生在進行問題為本學習(Problem-based learning)時有助發展探究學習，原因是學生要主動探討一個開放性的問題來尋求不同的解決方法。以上的研究雖然探討的範圍有別，但亦為解答本研究多項待答問題提供了線索和方向。
究竟如何與小學生進行科學探究？Martin-Hansen(2002)更建議了三個探究模式學習種類，包括(一)結構式探究：教師主導引領探究，學生跟隨指示，達成特定的結果；(二)引導式探究：教師協助設計及進行探究，教師選擇探究問題，教師學生共同商討如何進行，教師教導學生所需技巧；(三)開放式探究：以學生為中心，學生提出問題、設計及進行探究。此外，Bodzin 和 Cates (2002)認為探究式學習也有不同的主導程度，由學習材料主導到學生主導，學生的自主程度與教師或學習材料主導程度成反比。不同的探究模式對教師及學生的能力都有不同的要求。
Hodson (2004) 發現科學性的電視節目及書籍比學校的科學課更能引發興趣。原因很簡單，就是學校的科學課較沈悶，內容抽象及理論性的議題與日常生活無關，而且較其他科目艱難，提供較小的空間發展學生的學習興趣、創意、個人理解及表達。相反，專題性探究就能提供機會讓學生與他人合作來探討具重要性及有意義的問題(Krajcik, Czerniak & Berger, 2003)。
為著提升學生的素質，為學生提供終身學習及全人發展所需的基本學習經歷，香港在近年的課程改革中，指出專題研習是探究式學習的其中一種(課程發展議會，2002)。專題研習是一個著重「過程」及「成果」的學習，需要學生親身深入探討一個問題或一件事情。在過程中，著重基本科學概念及科學技能(Krajcik, Czerniak & Berger, 2003)，從多方面找尋資料或採用不同的方法來整理及分析資料以解決問題。很多時候還需要與父母及同學合作，最後把研習所得資料作分類、記錄、分享和反思。鍾嶺崇及祁永華(2005)指出學生必須具備一些基礎能力來完成專題研習的任務，基礎能力中包括了各個探究的技能。
許素(2002)認為以專題進行科學探究學習，學生能針對所探究的專題主動思考而提出問題，在解決問題的過程中，習得相關的科學概念與處理問題的能力，並培養出細心、耐性的科學態度，達致完整的學習。此外，通常涉及自然現象的專題研習都可透過進行實驗性探究來引證或探索(蘇詠梅，2003b)，目的是驗證所提出的假設。在專題性的探究中，學生不單提出問題、作決定及計劃，還製作產品(Krajcik, Czerniak & Berger, 2003)。
Harlen (2000)建議兩個主要收集數據的方法來評估學生的科學探究學習，包括觀察學生的行為及分析學生的書面報告。她指出不是所有關於學生探究技能的數據都能夠從即場觀察收集的，而學生的書面報告通常能提供有用的資料，如：能夠闡述學生如何進行觀察、預測及計劃。Harlen, Marco, Reed 和 Schilling (2003)更建議多項評估學生科學工作的方法。除觀察外，參閱學生的工作事例也是有效的方法。此外，Krajcik, Czerniak 和 Berger (2003)認為學生在科學專題探究的成果能展示學生的學習，也可作評估用。
從以上文獻探討中體會到科學教育在不斷發展，而發展方向是以學生為本的學習。而以學生為本的科學性探究同時著重過程技能與概念學習。從相關的研究中得知研究多採用質性的方法及探討科學探究教學或學習中的個別部分。文獻探討展示質性研究有助探討中、小學生在探究活動時過程與學習成效。希望本研究也能就此方向，探討一群香港小學生在科學專題探究活動中學習的經驗，從而建構一個科學探究模式的架構，讓有意為學生設計科學探究學習的教師提供指引，讓學生實踐科學探究來達成科學概念學習。
[1] 香港政府在二零零零年發表的 《 終生學習全人發展： 香港教育制度改革建議 》 (教育統籌委員會 ， 2000 ) 文件 中強調要發展學生的共通能力 。 共通能力是幫助學生學會學習的基礎。通過不同科目或學習領域的學習與教學，可以培養學生的共通能力，這些能力還可以應用於其他不同的學習情況。九種共通能力包括： 協作能力、溝通能力、創造力、批判性思考能力、運用資訊科技能力、運算能力、解決問題能力、自我管理能力、研習技能。
Copyright (C) 2006 HKIEd APFSLT. Volume 7, Issue 1, Article 3 (Jun., 2006). All Rights Reserved.