國中自然科學彈性課程設計與教學：

自然科學領域彈性學習課程：細菌檢測

曾茂仁*、王秀勻、楊全琮

臺北市立大直高級中學
*[email protected]

n  前言

    十二年國民基本教育課程綱要的實施，促使各校盤點與審視既有的課程設計，並且鼓勵各校在符合新課綱的基本理念與課程目標下，發展呈現學校願景、連結學生生活經驗的與需求的課程，藉此強化學生知能整合與生活運用能力（國家教育研究院，2014）。因此，以跨領域（科目）、結合各類型議題，發展統整性主題、專題與議題探究類型的彈性學習課程能夠作為各校發展特色課程的依據。近年來，無論是教師社群自行發起課程共備工作坊或由學科輔導團辦理的增能研習，都能看見彈性學習課程的落實能夠呈現各校特色，也替學生增加多元的學習經驗。

    然而，針對中學教師發展與實施彈性學習課程仍存在許多問題（曾善美，2022）。從課程設計的觀點來看，教師需要跳脫過去設計領域學習課程的習慣，需要契合自然科學領域綱要與學校願景的方向、搜尋符合學生生活經驗的議題與尋求不同學習科目教師的合作。換句話說，教師設計課程的經驗、跨領域（科目）課程設計架構與相關統整性議題的學習資源，都會增加教師設計課程的挑戰。另外，從評量學習表現的觀點來看，彈性學習課程能夠促進學生知能整合與生活運用的能力，難以透過紙筆測驗評量學生多元的學習表現。因此，教師如何設計適切的評量工具提供學生理解自己的學習成果，用以調整與修正未來學習方向的依據，則是鼓勵學生持續投入學習的關鍵。

    為了鼓勵學生投入科學學習並積極參與當代社會議題的討論，科學教育研究者提出專題式學習(Project-based learning, PjBL)的課程架構，此架構整合情境學習(situated learning)、主動建構(active construction)、社會互動(social interaction)與認知工具(cognitive tool)等理論基礎(Krajcik & Shin, 2023)，由教師考量學生生活經驗設計課程，並在解決真實世界問題的過程中，提供學生需要的學習鷹架、協助學生應用既有知識理解與解釋現象。過程中，教師與同儕的互動提供學生修正學習成果的機會，最終學生學習成果即是解決真實世界問題的行動方案或成品等多元的成果表現。因此，本校以PjBL的課程架構為基礎，發展八年級自然科學領域發展之彈性學習課程，並歷經多次調整與修正課程設計。其中，本篇以「細菌檢測」之學習主題分享本校自然科學團隊發展之彈性學習課程與評量學生學習表現的評量設計。

n 專題式學習

    十二年國教課綱的倡議與科學教育研究成果的支持，科學實踐的課程設計逐漸由食譜式探究（教師為中心）轉向引導式探究（學生為中心），換句話說，學習者為中心的科學課程設計以是當代的共識。科學教育相關實徵研究指出，PjBL呈現學習者為中心與探究取向的課程設計特徵，教師能夠促進學生科學學習(Bielik et al., 2022)。此外，PjBL課程以解決真實世界問題為核心（情境學習），由教師引導學生連結既有生活經驗或科學知識（主動建構），並鼓勵使用科技工具幫助學生解釋與表達想法（認知工具）。當學生參與調查與探究的過程中，學生則需考量教師與同儕則提供不同觀點的想法，提升解決方案或成品的品質（社會互動）。

    Krajcik與Shin (2015, 2023)針對PjBL課程提出六項教學特徵：一、教師使用驅動問題開啟課程：驅動問題幫助教師設計一致性的學習活動，而學生經歷各學習活動時則是回應與解釋驅動問題；二、課程設計聚焦學習目標：選擇學課程自然科學領域綱要的內容作為學習目標；三、學生透過科學探究理解問題情境：學生使用科學探究的方法分析問題情境，並設計出特定的解決方案，而教師則須提供適合的鷹架協助學生投入科探究活動；四、師生透過協作活動回應驅動問題：知識的建構與發展是透過社群成員經歷特定活動所形成的共識，而協作活動則是透過教師與同儕的互動過程精緻原有的成品；五、學生應用科技工具幫助學習：學生透過科技工具蒐集、產生與分析資料或是建構模型，用以表達與分享想法；六、發展學習成品：學生發展外顯化的表徵（例：模型或繪圖等）回答驅動問題，能夠呈現學生對於特定科學知識的理解，並能夠考量教師與同儕的建議，修建原有的學習成品。

n  課程設計與發展

    本校自然學科研究團隊考量十二年國教課綱、自然科學領域綱要與學校願景，規畫與發展本校自然科學領域彈性學習課程「阿河你好嗎？」，此彈性課程以引導學生投入探究與實踐科學活動為課程為核心目標，並參考學生的生活經驗彙整適合的議題作為課程內容，最後，以專題式學習課程的教學特徵作為設計彈性課程的架構。此外，本課程會根據學生的課程回饋修正部分學習內容，貼近學生學習需求。

    本次分享的課程內容起源於Covid-19疫情四起（2020至2021間），量測體溫與消毒教室環境，已是校園生活每日例行公事。此外，學生是否理解消毒教室環境的目的與效果，進一步連結過去學習經驗表達自己的觀點，是促進學生投入課程的關鍵。因此，本研究團隊以「細菌檢測」為課程主題，透過科學實踐探討校園環境的乾淨程度與消毒效益，並鼓勵學生以政策決策者的角度詮釋科學實踐的證據，最後自製短片的方式呈現學習成果。雖然，各組學生選取情境不同，發展的研究流程也略有差異，教師在過程中提供相關的學習單，幫助學生設計研究流程與檢核成品所具備的要素。另外，為了穩定呈現細菌生長的效率，教師提供學生滅菌培養皿與培養基，協助學生順利採樣、觀察與紀錄細菌的數量。

    根據學生於本課程活動任務的不同，可分為三個階段：一、研究規劃與執行：學生挑選特定情境(圖一)，並針對特定情境規劃研究流程、採樣地點與執行研究；二、資料分析與詮釋：學生分析滅菌培養品中細菌生長情形、規劃影片拍攝的腳本與剪輯影片；三、成果呈現與評鑑：教師彙整學生影片，學生觀賞各組影片成果並填寫同儕互評表與提出建議。最後，本課程會參考學生課程回饋修正部分活動內容，例如：採集材料的嚴謹性、影片製作時間等因素。

表一：細菌鑑測課程內容
階段	週數	活動內容
第一階段
研究規劃	1	學生選定情境、規劃研究流程與組內分工
研究執行	1	教師說明細菌採樣流程、學生執行校園細菌採樣
第二階段
資料分析	1	學生分析培養品中細菌生長情形(計算細菌於培養皿內生長面積)
資料詮釋	2	學生規劃影片拍攝的腳本、拍攝與剪輯影片
第三階段
成果呈現	1	學生觀看各組同學製作的影片並給予回饋

一、細菌檢測課程發展

本課程將專題式教學的六項特徵做為課程發展的基礎，以下則以驅動問題、教學鷹架與學生學習成品說明本課程內容：

（一）驅動問題

本團隊發展六項情境（圖1），由學生興趣根據選取一項情境作為本課程的待解決任務。以情境A為例：「國外COVID-19疫情未見降溫，臺灣營業場所備有酒精讓民眾消毒手部，身為疫情決策小組的你，如何建議營業場所選用何種濃度的酒精呢？」。教師所提供的情境描述包含驅動問題（營業場所應選用何種濃度的酒精？），能夠作為學生設計與執行研究規劃的依據。因此，學生執行各項任務是以回答此驅動問題為首要任務，包含拍攝與剪輯影片亦需考量以何種觀點回答此驅動問題。另外，學生執行活動任務時，教師為了聚焦學生討論「研究分析方法」或「提升學生研究設計品質」，則會使用課堂問題引導學生關注相關的主題，例如：如何確定培養皿上生物種類（細菌或黴菌）、數量的計算？；除了校園各處採樣之外，需要設計對照組嗎？。

（二）教學鷹架設計

    考量學生缺少自行設計研究流程的經驗，本課程透過教學鷹架協助學生根據特定情境設計研究流程。因此，本課程藉由兩類型的教學鷹架幫助學生設計與檢視研究品質。首先，當學生確定情境後，教師引導學生討論關於此情境的操縱、控制與應變變因，協助學生分析驅動問題與研究設計（圖2）。此外，學生製作影片時，為了得到同儕的認可而加入過多的趣味橋段，而減少呈現以科學觀點分析情境的內容。因此，教師提供檢核表幫助學生掌握影片關鍵要素，並且此檢核表和之後續同儕評分的指標相近，能夠協助學生聚焦以科學觀點呈現學習成品的學習目的（圖3）。

圖2：引導學生分析驅動問題與研究設計	圖3：幫助學生掌握影片關鍵要素

（三）學生發展的學習成品

考量課程屬於自然科學領域彈性學習課程，因此，課程研發團隊選擇以多媒體的方式（照片、影片的剪輯）呈現學生的學習成品。為了協助學生製作影片，本課程提供相關的設備，例如：iPad、Chromebook與Surface Pro等。此外，也事先詢問教師與學生習慣使用的剪輯軟體，並安裝於設備中提供學生使用。除了設備與軟體的協助之外，顧及製作影片的時間規劃，教師也使用學習單協助學生設計影片腳本、規劃拍攝進度與剪輯內容。根據本次實施的經驗，學生發展學習成品的過程需要教師提供充足的時間與充分的溝通，例如：學生需要離開教室至校園其他處採集、學生需要教師提醒分工情形與進度掌握。

二、同儕互評評量設計

由於本課程的學生成品為影片，因此，藉由同儕互評的方式作為評量學生影片的依據（評量為四點量表：不認同(1)、認同(2)、相當認同(3)、超出預期的認同(4)）。此份同儕互評的評量（表2），學生根據影片內容的符合程度評分，其內容可分為三部分：一、研究設計：影片中是否呈現研究實施的過程；二、研究成果：使用不同的方式呈現研究成果；三、研究情境：考量不同的研究情境，並且提出符合該研究情境的結論。為了協助學生製作符合課程方向的影片內容，在規劃影片階段由教師提供檢核表，確保學生影片製作的品質。

表2：同儕互評問卷

一、研究設計

1.      我認為影片的有呈現操作、控制與應變變因

2.      我認為影片的有呈現如何設定控制變因

3.      我認為影片的有呈現如何設計對照組與實驗組

4.      我認為影片的有呈現實驗操作流程

二、研究成果

5.      我認為影片的有呈現“文字敘述“說明描述黴菌或細菌生長的情形

6.      我認為影片的有呈現“數字敘述“說明描述黴菌或細菌生長的情形

7.      我認為影片的有呈現“比較“不同條件黴菌或細菌生長的情形

三、研究情境

8.      我認為影片內容的情境說明清楚

9.      我認為影片的有呈現提出“特定條件下“黴菌或細菌生長情形的結論

10.   我認為影片的有呈現以“官員或決策者的口吻“回答問題

11.   我認為影片的有呈現有考慮現實因素，不僅只有呈現科學證據

n  學生學習成果

一、學生影片製作

學生影片成果如圖4所示，各小組上傳完整影片製教師所指定的雲端硬碟，由教師彙整後，製作同儕評分線上問卷，作為學生的學習成品評量。以本課程最佳影片為例（圖5，線上平台影片網址為：https://youtu.be/rP4DXB-DRck），學生能夠結合照片、照片與背景音樂等不同影音媒體的優勢呈現研究器材、流程與討論等內容，並且針對流程中需要詳細說明的內容以文字方式呈現，例如：研究器材與研究成果。雖然，此影片未加入許多趣味的片段且僅有一分鐘，但是，呈現內容完整且清楚描述研究流程，因此，獲得同儕認可，評選為該班級最佳影片。整體而言，本課程影片長度約為三分鐘，大部分影片內容強調說明研究流程，例如：清潔桌面與採集過程，關於影片品質的同儕評分成果於下一個部分說明。除此之外，根據圖6所示，學生為了呈現培養品中細菌的生長情形，在製作影片的過程當中使用不同的拍攝角度呈現適合的畫面，教師也能夠觀察小組分工的情形，作為學生課程投入程度的依據。因此，多元活動的彈性學習課程也能夠看見學生有別於課堂上學科學習的表現。

圖5：最佳影片呈現	圖6：學生製作影片過程

二、同儕互評

根據學生互評結果顯示（圖7），各影片在「研究設計」的平均表現皆在認同以上，其中，實驗操作流程則是得到相當認同的肯定。而「研究情境」各項度的表現也落在認同以上，而以官員或決策者的口吻回答問題則落在認同邊緣，最後，「研究成果」的表現皆低於或在認同邊緣。根據簡單的同儕互評成果可知，此課程學生成果影片能夠清楚呈現與說明研究歷程，但在成果的呈現上卻不夠完整，並且缺少特定觀點提出建議。此次的成果能夠作為課程發展團隊修正原有課程的參考。 

n  結語

一、專題式學習的課程設計促進學生發展運用知識

學校教育不再僅強調學科知識的培養，更需著重學生素養的展現，而專題式學習能夠鼓勵學生運用過去的學習經驗或知識解決問題。舉例來說，學生透過驅動問題與教室提供的教學鷹架協助下，除了能夠協助學生投入各項學習活動，並且透過教師的引導學生能夠使用適合的探究方式分析問題情境、設計研究流程，也能夠在過程中與同儕討論分享自己的想法，取得小組內的共識。上述課程進行的歷程即是讓學生經歷建構與評鑑知識的過程，也從此歷程中看見教師是課程的引導者，提供學生所需要的資源與協助學生完成任務，學生則是課程進行的主要參與者亦是課程的中心。最後，學習成品的呈現，各組則是揉合組員與教師的建議，呈現小組成員運用過去學習經驗與知識解決問題的學習表現。

二、課程反思：教師如何引導學生應用科學知識與實踐解釋現象

根據學生的自評結果，學生在「研究成果」與「研究情境」的表現需要教師提供協助，例如：引導學生量化資料的呈現方式、以不同觀點的角度思考問題。關於本次課程學生缺少量化資料的呈現，主要原因可能是學生認為僅需要呈現細菌生長的質性描述，而忽略量化結果的說明，因此，能夠在腳本設計的過程中教師再次提醒質性與量化資料共同呈現的必要性。另外，不同觀點角度思考問題的能力，本團隊認為學生少有以不同觀點思考問題的機會，因此，在原有自然科學領域彈性學習課程規劃下，則需較加入此類型的課程內容，例如：拉馬克與達爾文對於演化論與進化論的觀點、賈法尼與伏打對於化學電池的詮釋。此課程並非呈現當代科學所支持的理論，而是讓學生理解在不同的年代、情境下，科學家不同角度的推理過程，則會形成不同的結論。

n  參考資料

曾善美（2022）。新課綱國中彈性學習課程實施的問題與解決策略。臺灣教育評論月刊,11(7), 161-165。

國家教育研究院（2014年11月28日）。十二年國民基本教育課程綱要：總綱。查詢日期：2023年4月01日，取自https://www.naer.edu.tw/upload/1/16/doc/288/%E5%8D%81%E4%BA%8C%E5%B9%B4%E5%9C%8B%E6%95%99%E8%AA%B2%E7%A8%8B%E7%B6%B1%E8%A6%81%E7%B8%BD%E7%B6%B1.pdf。

Bielik, T., Finnie, K., Peek-Brown, D.,Klager, C., Touitou, I., Schneider, B., & Krajcik, J. (2022). High schoolteachers’ perspectives on shifting towards teaching ngss-aligned project based learning curricular units. Journal of Science Teacher Education, 33(4), 413-434.

Krajcik, J., & Shin, N. (2023). Student conceptions, conceptual Change, and learning
Progressions. In K. Sawyer (Ed.),Handbook of Research on Science Education: Volume III (pp. 37-xxx). Routledge.