化學探究教學 / 洪振方

星期六 , 14, 五月 2016 Leave a comment

化學探究教學

洪振方

國立高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所
t1873@nknucc.nknu.edu.tw

n  探究是科學學習的核心

探究是科學學習的核心,在參與探究時,學生要描述物體和事件、問問題、建構解釋、根據目前的科學知識測試這些解釋、以及與其他人溝通他們的想法。學生要確認自己的假定(assumption),使用批判思考和邏輯思考,並且考量各種可能的解釋。如此,藉由結合科學知識與推理和思考技能,學生能夠主動地發展他們對科學的理解(NRC, 1996)。為使學生在課室中的探究反映像科學家般的活動,教師要提供一定的經驗和工具,讓學生參與科學活動,探索和建構科學知識。然而,科學家的探究與學生的探究有著基本的差異,探究式教學是以比科學家的活動簡化一些的形式,使學生能夠參與,能夠理解和相互溝通(Lee, 2002)。將科學探究簡化成課室中的科學教學形式,起關鍵作用的是教師。

在探究式教學中,教師要時常作出決定。例如,如何啟動探究;如何鼓勵學生討論;什麼時候從小組活動轉變成全班討論;什麼時候及如何面對學生的迷思概念;什麼時候直接教授科學知識;以及如何最好地模擬科學技能和科學態度。在整個探究學習過程中,教師要處理好強調知識學習與聚焦探究過程二者間的張力關係。同樣,教師還面臨著教學進度與給學生充分時間作探索的困難抉擇。

本期的專題是《化學探究教學》,共有七篇專文,包括東華大學課程設計暨潛能開發學系林靜雯教授的〈介紹一本化學探究教材的免費書籍 Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry〉;臺北市第一女中周芳妃老師等人的〈融入綠色化學於化學探究課程設計〉;高雄師範大學科學教育暨環境教育研究所黃琴扉助理教授的〈引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程〉;高雄市左營國中林瑞文老師的〈思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊〉;臺中市長億高中林宣安老師的〈氧化還原反應的國中探究教學〉;新北市錦和高中國中部鐘建坪老師的〈家政教室裡的化學探究—饅頭大賽〉;高雄師範大學附屬高中曾鶯芳老師的〈淺談探究式教學在化學科展上的應用〉。上述七篇專文的作者有些對化學探究教學有深入的研究,有些在化學探究教學具有豐富的經驗,他們的文章內容有助於教師在探究式教學中作出有效的決定。

n  本期專題文章導讀

第一篇林靜雯教授的〈介紹一本化學探究教材的免費書籍〉,是以美國化學會2007年出版的Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry一書作介紹,這本書是以引導式探究教學作為物質科學課堂活動設計的基礎,主要適合38年級學生學習。本文簡介該書之概念及其結構,並以第一單元「科學問題及其探究」為例說明教學活動之結構。林教授指出,這是一本容易入門的探究教學指導手冊,內容豐富詳實,同時具有彈性,教師們可以依據學生的學習需求,加以變化成不同開放程度的探究活動。

第二篇周芳妃老師等人的〈融入綠色化學於化學探究課程設計〉,針對科學探究課程與綠色化學的關係、如何設計科學探究課程、科學探究課程如何落實綠色化學精神等作說明,並簡介了「綠色化學探究與實做(I)(II)」課程。作者指出,北一女中化學科團隊設計的選修課程,持續採用探究式教學的化學課程,不斷發展出許多新的教案,目前是許多學生選課的第一志願。近三年來,他們將「探究式教學」及「綠色化學精神」融入教學設計,採用正課留餘的化學藥品以及家庭常見的安全物質做為實驗材料,降低執行教學活動的成本。在探究教學過程,學生不僅學會發現問題與找到影響事件的變因,更能深刻體會永續生態的重要性。

第三篇黃琴扉助理教授的〈引導國中生開發水災防治包專利作品的探究教學歷程〉,本文以作者與高雄市圓富國中合作的化學探究實務教學為例進行分享討論,作者以自行開創之環境問題本位學習(Environmental Problem-Based Learning, EPBL)教學模式進行探究式教學,引導國中生由紙尿布啟發水災防治包的研發。結果發現國中生不但可以從生活環境中觀察出需要解決的問題,並能運用科學探究的精神與方法,自行開創研發水災防治包專利作品。作者指出國中生的創意無窮,而採用探究教學對於啟發國中生的獨立與創意思考,有確切的幫助。

第四篇林瑞文老師的〈思考才是關鍵—探究蠟燭之蕊〉,針對以往臺灣的教育以「知識灌輸」為主,致使學生不擅於思考和提出及解決問題,作者以自行設計之蠟燭實驗教案,說明如何以實驗、觀察與論述表達為教學主軸,來促進學生的思考。本教案之系列實驗,都是以POE(預測、觀察、解釋)模式進行教學,每一實驗均設計一些思考的機會,啟發學生探索燭蕊在燃燒中扮演的角色及相關的科學概念。作者強調蠟燭實驗容易進行又安全,實驗的角色猶如鷹架,可以引導學生將注意力集中在細部觀察與深度思考。

第五篇林宣安老師的〈氧化還原反應的國中探究教學〉,作者指出教師對實施探究教學的困難就是時間與進度的壓力,因此他強調從調整課本的實驗出發,在課堂中形塑出一個討論與願意深入研究的學習氛圍,如此教師就不必擔心探究課程的時間與進度壓力,而在教材的設計上也輕鬆許多。本文提供以課本實驗為本的探究教學實例,改編課本「氧化銅被還原成銅」的實驗,簡化使用器材與實驗過程,將課程目的放在結果分析,而非實驗操作技巧,並安排結構型的探究情境,試圖讓學生去發現開放系統和密閉系統對氧化銅還原的影響,過程中也引發了學生對未知答案的好奇,進而變成了開放式探究。

第六篇鐘建坪老師的〈家政教室裡的化學探究—饅頭大賽〉,作者認為學校的探究教學主要以課本實驗的改良為主,此限制學生的學習遷移效果,他指出應強化學生在生活情境中的探究能力與思考智能。本文提供一生活情境的探究教學實例,將探究活動融入饅頭製作的過程,讓學生經由自己動手操作與反思的過程,逐步找出饅頭製成條件與口感的關係,最後製作出好吃的饅頭。作者發現讓學生進行生活情境的探究活動,學生更能體會學科知識與生活實踐兩者間的關係,也較能夠將所學知識轉化應用。

第七篇曾鶯芳老師的〈淺談探究式教學在化學科展上的應用〉,作者認為探究式教學與獨立研究的精神一致,因此他偏好在科展指導的過程中充分使用,本文即以作者指導學生作科展的實例作說明,此科展作品的主題是:「萬年垃圾」的保麗龍有另外的價值嗎?內容包括尋找保麗龍磺酸化的方法、如何將「保麗龍膠」拿來進行離子交換、如何處理已吸附銅離子的廢膠。作者發現這組學生經過二年從事科展的探究活動,他們的默契、心智、技巧、科學素養、面對挫折與解決問題等能力,早已優於同儕。

n  參考文獻

Lee, O. (2002). Science inquiry for elementary students from diverse backgrounds. In W. G. Secada (Ed.), Review of Research in Education, Vol. 26 (pp. 23-69). Washington, DC: American Education Research Association.

National Research Council.1996. National Science Education Standards. Washington, DC:  National Academy Press.

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