臺灣化學教育

化學探究教學：介紹一本化學探究教材的免費書籍—
Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry

林靜雯

國立東華大學課程設計暨潛能開發學系
[email protected]

許多科學課程重視動手做，但學生投入科學活動的同時，其實對科學過程或所涵蓋的概念所知甚少。因此，美國國家研究委員會在1996年出版的「國家科學教育標準」（National Science Education Standards, NSES）中便強調以「探究」教學法來解決這種問題。在臺灣，無論九年一貫課程或即將實施的十二年國教課綱亦皆強調科學學習應以探究和實作的方式來進行。但，究竟探究教學應如何進行？即使是教學現場多年的資深科學教師，也不見得能掌握精要。若您對如何進行探究教學同樣一頭霧水，不妨一同探索一本化學探究的公開教材—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry（以下簡稱Inquiry in Action），如圖一所示，整本書下載網址：http://www.inquiryinaction.org/pdf/InquiryinAction.pdf。此書由美國化學會（American Chemical Society）出版，公開在網路上，內容非常豐富，包含學生講義和教師手冊，提供了一整套詳細的物質科學課堂活動設計，手把手地帶著3至8年級科學教師回應這個重要問題。

圖一：一本化學探究的公開教材

（圖片取自：www.inquiryinaction.org/）

n  本書中探究的定義及特徵

對學生而言，「探究」指的是學生通過提問、觀察、測量、做實驗、基於證據進行邏輯推理，以及報導結果這個科學調查研究過程發展出來的一套能力與理解力。對於教師而言，「探究」或「探究式教學」指的是教師為了盡可能地讓學生參與科學調查研究所採用的策略和技巧。探究式教學最顯著的特徵是教師幫助學生識別並匯報研究，以及實施調查研究過程中，學生思維過程的展現。透過探究式教學，學生不但可以掌握學習內容，還可以學會進行科學探究的技能。Inquiry in Action這本書乃以引導式探究教學方法為基礎來設計課堂活動，其具有探究式教學的五項基本特徵：1. 學生藉由一個可用科學研究回答的問題開始進行研究；2. 學生仰賴證據嘗試解答問題；3.學生基於所搜集的證據來解釋對問題的解答；4. 學生評鑑自己的解釋；5. 學生就其提出之解釋進行溝通與辯證。

n  本書含括之概念及其結構

本書共包含1.科學問題及其探究、2.物理屬性、3.物理變化、4.固體、液體和氣體的溶解、5.化學變化、6.物質的狀態、及7.密度七個主題。這些主題的篩選乃基於美國「科學教育內容標準」（National Science Education Content Standards），以及對教師們進行問卷調查之結果。雖然這些基本概念主要適合3至8年級學生（7-12歲）學習，但教師還是可以藉由不同的提問策略、提供不同程度的引導，或調整詞彙難度，來加強中學10至11年級（14-15歲）學生對這些基本概念的理解深度。每個主題有數個活動，都圍繞著一個特定「調查研究」的主題。每一個「調查研究」之結構又包含1.「主要概念、課程目標和標準」、2.「活動材料」、3.「提供教師參考的科學背景知識」、4.數個詳細的教學「活動」、5.「評量規準」、及6.「複習與應用」等環節。

在「主要概念、課程目標和標準」中，本書又進一步區分出K-4年級及5-8年級兩種課程目標和標準，教師可以依據自己教學的需要，選定適合的學習目標。不過，這裡的課程目標和標準，為美國的課程，臺灣的教師仍需進一步參考九年一貫課程或十二年國教課程綱要進行轉換。而在「活動材料」部份，所有的材料都考量過安全性，且大部分的材料都是日常生活中就垂手可得的物品。此外，在進行實驗前，教師常需進行教學準備，例如：溶液的製備、準備小組使用的燒杯、在燒杯上貼標籤等等，這些繁瑣的事前準備，本書亦製作彩色書頁，特別將教師事前準備活動給獨立出來，是個貼心的小設計。而在提供教師參考的科學背景知識中，書中已經提供一些進階知識，但另有一些線上資源與影音資料供教師們參考選用。例如：分子模擬等補充資料，建議教師們有空時，不妨到此書的網站上探索。調查研究的最後，通常須對學生進行總結性的評量，在本書「複習與應用」一節中，提供了許多調查的回顧、動手做的活動和短篇文章閱讀等學習單，教師可以依據實際需求，選擇適合的活動進行評量。此外書中每單元皆有延伸的補充閱讀，標題為：「這是怎麼回事？」（“What’s going on here?”）此處的內容皆是在分子的層次解釋該單元中各項觀察，對小學生而言，這些解釋難度過高，但這些內容可以連結未來中學階段的延伸學習。

圖二：Inquiry in Action一書之教師資源網站

（圖片擷取自：www.inquiryinaction.org/）

n  教學「活動」之結構：以第一主題「科學問題及其探究」為例

其中，「活動」這個環節最是鉅細靡遺，藉此幫助學生：識別與控制變因、設計實驗、報導觀察結果、在證據與解釋之間建立邏輯連結，並評鑑結果。每一項活動的設計包括以下這些元素：調查研究之問題、研究流程、預期結果、活動單和評量。此書的網站（www.inquiryinaction.org，見圖二）上方另有「Classroom Activities」選單，分別對應到書中的七個章節，方便教師快速瀏覽使用。以下藉由第一主題「科學問題及其探究」舉例說明如下：

（一）調查研究之問題

每一項活動都始於一個「調查研究之問題」；這個問題引導後續試驗的設計與執行。在一個「調查研究」中常安排好幾項「活動」單元，這些活動共同協助學生達到該項調查研究的總體目標。第一單元「調查研究之問題」為學生設定的學習目標為：1.提出一個可以進行研究調查的科學問題，2.定義和控制變因，進而設計實驗以回答研究問題，3.可以進行預測、設計和控制檢驗，記錄觀察以及提供具邏輯性的結論，4.了解物質特徵屬性的意義，及5.定義影響溶解的變因。而相應的概念重點則是水的化學性質，包括極性、離子化合物之溶解、表面張力、密度和物體之浮沉等等。這一單元調查研究問題的主軸是：「當M&M巧克力浸濕時，彩色糖衣發生什麼變化？」其他次研究問題則例如：「不同顏色的M&M巧克力浸濕時，溶解的速度是否有快有慢？」「水溫會否影響M&M巧克力糖衣溶解的速率？」。

（二）研究流程

意指用來設計及進行實驗的範例。書中所提供的流程只是提供學生參考進行實驗的其中一種方式。教師可以鼓勵學生參與，讓學生部分或完全地修改研究流程。

（三）預期結果

本書並不把研究結果視為固定不可變的結果。相對地，「預期結果」僅是描述了當實驗完全如書中引導方式進行時，可能預見的結果。且由於學生可以修改研究流程，因此，相應的預期結果也可能因此不同。此外，書中常有提示句，鼓勵學生小組之間結果的比較，看看相同或相異，並嘗試請學生解釋為什麼結果一樣或不一樣。舉例而言，在「不同顏色的M&M巧克力浸濕時，溶解的速度是否有快有慢？」的調查活動中，預期結果用粗體寫著: 「不同顏色的M&M巧克力溶解速度快慢的結果並無定論，不同顏色似乎都以相近的速率溶解，因此你和你的學生可能會觀察到有些顏色略快，有些顏色略慢。」此時，快慢並非重點，重點在於教師須協助學生控制實驗的變因，並且協助學生提高實驗的敏感度。

（四）活動單

每一項活動都附有一張對應的「活動單」，以幫助學生安排實驗、記錄觀察結果、根據觀察結果做出結論、提供闡釋，並應用在學習上。在此網站的上方有「Classroom Activities」選單，共有七章，每章有數個「活動」，每個活動網頁的右藍欄可以很容易找到「學生活動單」和「複習與應用」。

（五）評量

每一個調查研究單元都附有評分表，用來評估學生在活動中的表現。除此之外，每個單元最後還有「複習與應用」一節，裡面的內容乃用以對學生的表現進行總結性的評量。例如：新調查研究問題為「其他糖果糖衣的顏色會像M&M巧克力那樣溶解於水嗎？」此外，本書於此單元除了固定會有的「這是怎麼回事？」外，還提供學生一份延伸閱讀教材—「路易·巴斯德（Louis Pasteur）與自然發生論」。路易·巴斯德是19世紀有名的微生物學者，在其著名的巴斯德實驗之前，人們並不知曉空氣中存有什麼致病或使食物腐敗的因子，例如：微生物、花粉、細菌等等，學生透過此篇科學史的短文閱讀，了解巴斯德如何調查空氣中的細菌是否導致食物腐敗，進而討論實驗設計以及變因的控制。

n  結語

對於不了解探究教學法該如何進行的教師們而言，這是本容易入門的指導手冊。內容豐富詳實，卻又具有彈性，讓教師們可以依據學生的程度、手邊容易取得的材料來加以變化不同開放程度的探究式教學。本文作者覺得唯一的缺點是這是本為美國學生設計的教材，因此在課程目標及綱要上，臺灣的教師們需要進一步的轉化。值得一提的是，這本書及其延伸的影音資源都是免費的。希望藉由本文之引介後，教師們能上網瀏覽，並將之轉化為適合臺灣學生適合的教材，再於《臺灣化學教育》的平台上分享，嘉惠更多教師。

n  參考資料

American Chemical Society (2007). Inquiry in action: Investigating matter through Inquiry. Retrieved from: http://www.inquiryinaction.org/