兩岸化學教育高峰論壇:創造性探究模型在探究與實作教學的應用範例分享 / 林芬如、段曉林

星期二 , 9, 7 月 2019 Leave a comment

兩岸化學教育高峰論壇:創造性探究模型在探究與實作教學的應用範例分享

林芬如1  段曉林2*

國立彰化師範大學科學教育研究所1,2

suhltuan@cc.ncue.edu.tw*

壹、緒論

十二年課程綱要(簡稱108課綱)的課程目標之一:「啟發科學探究的熱忱與潛能,使學生能對自然科學具備好奇心與想像力,發揮理性思維,開展生命潛能。」(頁1),且課綱(2018)強調,「科學學習的方法,應當從激發學生對科學的好奇心與主動學習的意願為起點,引導其從既有經驗出發,進行主動探索、實驗操作與多元學習,使學生能具備科學核心知識、探究實作與科學論證溝通能力」(頁1)。為強化上述目標,教育部特於高級中等學校教育階段增列自然科學探究與實作課程內容,佔自然科學部定必修學分數三分之一,足見提升高中學生科學探究與實作能力是國家科學教育的重要方向。位於第一線教學現場的高中教師們是帶動進行探究與實作的領航者,既是課程設計者也是課室中實施探究教學的輔助者,需要參考不同類型的探究教學模型與應用的範例增進自身的教學知能,因此,本文擬分享一個可以應用在高中課室中的創造性探究教學模型與範例。

貳、創造性探究教學模型與科學創造力評量

本文採用洪振方(2003, 2017)提出的創造性探究教學模型(Creative Inquiry Model, CIM )作為本文依據的教學法,此外,本文所指的科學創造力指聚焦於學生的科學性產品(含實驗產出的數據)中開展的創意,內容包括新奇度、問題解決、精緻度與整合度等三個主面向的考量(Lin & Chin, 2018 ; Lin, Tuan, & Chin )。以下分述說明:

一、提升創造力學習的CIM模型:CIM模型符合NRC(2000)強調的重點,且比NRC(2000)更多出了來自學習者自身與同儕小組的評價 (evaluation),強調學習者進行探究與思考、形成問題、寫下想法步驟、數據分析、探究過程利用語言說服(解釋與溝通),與將想法和結論與同學公開交流,同儕合作運用多種過程技能,例如操作、認知和程序性的過程技能。CIM包含七個步驟(Hung & Ko,2017):

步驟(一)學生參與科學問題,事件或現象;

步驟(二)另一方面,老師設法引起學生自己的想法的共鳴,激勵他們反思並抽出潛在的原因和假設; 學生通過設計實驗探索問題並檢驗他們的假設;

步驟(三)學生分析數據,並整合他們的觀點以建立模型;

步驟(四)學生用他們的科學知識闡述(提供原因和結論)問題;

步驟(五)學生在論證期間對同儕傳達他的解釋,進行最大的發散性思考;

步驟(六)學生通過其它解釋進行比較,特別是那些體現科學的解釋推理進而再評價自己的解釋,進行收斂思考。

步驟(七)學生和他們的老師一起審查和評價他們學到了什麼以及他們是如何學習的,進行思考的總結。

在上述階段(一)和階段(二)是探索的組成部分,階段(三)和階段(四)是解釋的組成部分,階段(五)是交流的組成部分,第(六)和第(七)階段是評價的組成部分。而探索、解釋、交流與評價的各步驟不必依線性程序進行,可以螺旋式的交互呈現而彈性使用,如下圖一之示意圖。 

 

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圖一、創造性探究教學模型(CIM)

二、科學創造力的評量:經由科學教師透過CIM 模型的教學設計使學生在探究過程中產生的科學創造力,可以進行形成性評量,例如:學習歷程檔案或是實作評量,對於學生的科學性產品中的創造力,以新奇度、問題解決、精緻度與整合度等三個主面向的考量(Lin & Chin, 2018 ; Lin, Tuan, & Chin, 2017),三個主面向共包括八個子面向如表一。教師可以根據(Lin & Chin, 2018 ; Lin, Tuan, & Chin, 2017 )修訂的高中「科學創造力評量標準」面向分類與計分後,教師可以藉以觀察學生於探究活動中,第一次產品與第二次產品的創造性思考歷程的變化(如附錄一、教師手札)。評量面向如下(表一、表二):

表一、科學創造力的三個主向與八個子向(Lin & Chin, 2018; Lin, Tuan, & Chin, 2017 )

一擷取 

表二、科學創造力對每個子向評量標準(Lin & Chin, 2018; Lin, Tuan, & Chin, 2017 )

二擷取

叁、CIM模型範例分享

以高一「溶解度」的實驗課而言,在本文中以「創意溶解度實驗」為範例,活動時間一次總共兩小時,可使教師初次進行容易成功的CIM模型。

實作任務:教師提供圖片中的科學玩具(圖二)為引導,各組組員思考是否可以利用「同類互溶」作出一個有趣的科學玩具。

 

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圖二、教師展示的引導圖片

器材提供:純硝酸銅晶體、95%藥用酒精、純水、乙酸乙酯、附蓋子的小玻璃容器、小顆粒彩色塑膠球、精製鹽。

第一:探索階段

1        詢問同學是否有看過晶體溶解,邀請一位學生發表經驗。

2        教師不事先給予學生溶液之濃度,只讓學生自己配。

3        規定他們,配成硝酸銅溶液後,想辦法把一部份的硝酸銅沈澱出來。

第二:概念引入階段

1        教師詢問學生:剛才的結果,水能溶解硝酸銅嗎? 酒精能嗎? 藉由學生自己的回答,使學生了解「同類互溶」的原理。

第三:解釋與交流階段

1        探索階段實驗失敗的組別,進行組內檢討失敗原因。

2        允許各組學生再探究他們的實驗,繪圖提出他自己的第一次點子與創造力產品。

3        組員經過討論,是否增加有機溶劑濃度,使硝酸銅溶液呈現上下兩層,或者選擇添加更多酒精使硝酸銅溶液比先前沉澱更多。

第四:評價階段(重複第一至第三階段)

1.根據教師展示的圖片,組員可以利用「同類互溶」做出一個有趣的科學玩具嗎?

2.允許各組學生再探究一次他們的實驗,繪圖提出他自己的第二次點子與創造力產品。

肆、結語

本文分享CIM 模型在探究與實作的活動中,可以提供高中學生個人與小組的實作任務,並且可以詳細記錄創造性思考的歷程,使學生具有明確的探究方向並且積極改進缺點。另一方面,指導教師以輔導與協助的角色進行探究活動的指導,可以從學生兩次科學性產品中,對學生進行觀察而具有形成性的評量的價值,真正達到108 課綱所強調的探究與實作的意涵。

伍、參考文獻

林芬如(2019)。創造性探究教學模組對高中社團學生科學探究能力、科學創造力與科學學習動機之影響(未出版之博士論文)。國立彰化師範大學,彰化縣。

洪振方(2003)。探究式教學的歷史回顧與創造性探究模式之初探。高雄師大學報15641-662

教育部(2018)十二年國民基本教育課程綱要自然與生活領域課程手冊(更新第四版)。台北市:教育部。

Hung, J. F., & Ko, C. H. (2017). The effectiveness of creative inquiry model on experimental teaching. US-China Education Review, 7(8), 353-365.

Lin, F. J., & Chin, E.T. (2018). The assessment of students’ scientific creativity by   the analysis of grey structure modeling-In the case of green energy. Journal of Grey System, 21, 1-12.

Lin, F. J., Tuan, H.L.,& Chin, E.T. (2017).The assessment of students’ scientific creativity in the ICBOI teaching module by the grey relational analysisA case study investigation. International Journal of Kansei Information, 8(4) ,115-127.

附錄一、教師手札範例

課室觀察重點

學生探究成果與研究者反思

(說明)此「創意溶解度實驗」學生普遍不喜歡記錄數據,以嘗試錯誤為探究手段,普遍不進行思考與估算。因此,教師應當留意:
1.第一次探究,學生是否能經過老師提醒與強調後,開始進行估算藥品重量與濃度?
2.第二次探究是否能夠寫下第一次探究中,需要再改進的步驟與實驗紀錄?

學生探究結果:
雖然是簡單的實驗,各組仍是摸索中完成實驗,每組至少皆可做出兩層溶液。

研究者反思:
1.
第一個探究實驗,學生們被教師「邀請」進入一種新的學習方式,比較重視學生是否經歷一個真實的科學活動,科學探究能力的提昇,其實是科學實作的經歷,本身就是知識建構的歷程。

2.科學創造力的表現在第二次探究展開,老師強調的每次的紀錄數據已形成學生討論與改善的起點。
3.學生開始思索做出三層液體,以不同質量的物體做密度篩選機。此為創造性探究已然啟動的證明。

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