臺灣化學教育

國中自然科學探究與實作：新課綱的精神

段曉林

國立彰化師範大學科學教育研究所
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• 前言
  

108年新課綱的精神強調探究與實作，很多老師會納悶，難道自己以前帶的化學實驗活動不是探究嗎?也是實作啊?為何還要創造一個新的名詞來攪動老師們既有的教學型態。

首先教師們須了解教育的目的是教導學生成為具有各種素養(科學、數學、讀寫等)的公民，使其不但在職場上有好的發揮，更能將這些素養運用在其一生的生活中。也因為科技不斷的演進，資訊大量的產生，因此未來的公民所需要的知識與能力就需要不斷的與時俱進的改變。其實台灣在九年一貫課綱中就強調科學探究能力的養成，例如：過程技能，科學認知，科學本質，科學態度，思考知能等。因此在國小與國中自然科領域的教科書在設計實驗活動時就有一些探究的內涵。而108年課綱則是強調十二年一貫，且強調跨科，跨領域的課程設計。因此探究與實作不僅僅只是落實在國小階段與國中階段，到高中階段也需要進行探究與實作的活動。這樣的課程綱要能讓我國的國民由國小到高中的學習階段均能操練到探究與實作所需的能力。在作者執行七年的教育部全國中小科學教師探究課程設計與執行能力提升計畫的經驗，發現到自然科相關領域的國小與國中老師透過一起參加研習與分享的過程中，均能由相互學習到探究活動的設計以及教學法。因此新的課綱落實，如能加入高中教師的群體，會讓各階段教師透過互動學到多元的教學活動設計以及教學法的執行。而學生們透過相類似的科學活動在國小，國中與高中階段，透過背景經驗的熟悉(曾在國小或國中操作過)，學到內容的深入(學科知識的加深，實驗技能的精緻)，反而能深化學生的探究能力與學科知識的深化。以下將探究與實作的意義，教師執行探究教學所須具備的能力，教育部委辦的全國中小科學教師探究課程設計與執行能力提升計畫，獲獎化學探究教案的介紹，最後針對本期的五篇探究教案進行特色的介紹。期盼能幫助化學老師在落實探究教學時有所幫助。

• 探究與實作的意義

段曉林、林淑梤、靳知勤(2020)介紹探究與實作課程的發展與理論架構。其中提到科學探究課程的發展可追朔到六十多年前蘇聯發射的史波尼克號事件，此事件讓全美開始重視科學教育，也期盼培養學童從小具備科學家的思考，因而發展出十三種的科學過程技巧：觀察，運用時空關係，分類，運用數值，測量，溝通，預測，推理，確認變因，下操作型定義，確認可驗證的假說，數據與圖形的解釋，設計實驗。接著美國2061計畫則強調科學的世界觀，探究的科學方法，以及科學企業。1996年美國國家科學標準開始對科學探究下定義：「這是一個多面向的活動，包含觀察，提出問題，驗證課本或其他資源、了解已知的知識，設計探究歷程，按照實驗證據回顧已知的知識，利用工具來蒐集，分析分析與詮釋資料，提出回答，解釋以及預測，溝通研究發現。」(NRC, 1996, p.23)。最後是下一個世代科學標準(Next Generation Science Standards, NGSS)計畫(NRC, 2011)，強調實務操作(practice)，跨領域概念，以及各領域核心概念。有關實作的內涵包括：提出問題和確認問題(工程或是科學)，發展以及應用模型，設計以及執行探究，分析以及詮釋資料，運用數學以及計算的思考，在科學與工程問題的解答中建構科學與工程知識，獲得，評鑑與溝通所研發出的資訊(段曉林等，2020, p.15)。透過這些探究課程發展史中，可看出探究與實作的真正精神是讓學生透過探究的活動體驗科學家如何發現問題，建立假設，設計實驗，收集與分析資料，建立研究結論的思考歷程。而實作(或是實踐)(practice)的真正意涵應該是探究以及實踐所習得的學科知識。因此探究與實作不是只有「做」實驗，「做」活動而已，真正重要的是新課綱中學習表現的思考智能。

• 探究教學應具備的知能
  

       我們瀏覽探究課程發展史中對探究與實作的意義理解後，接著需要思考老師要具備哪一些的能力才能進行探究實作教學。作者以為教學牽涉的是教育，因此我們需要理解當前有哪一些的教育理論影響著探究教學。作者認為基本上支持探究教學的教育理論有建構主義，社會建構主義以及情境學習。建構主義強調學習者要主動建構對自己有意義的知識，因此探究必須是學習者自己透過現象的觀察找到有意義的問題以及探討解決問題的方法。社會建構主義強調鷹架，論證的重要性，因此教師可在學生進行探究歷程中，適時的提供基本知識與技巧，幫助學生能主動建構其有意義的知識。而論證的過程則是學生必須要收集足夠有說服力的客觀資料，在小組討論或是全班討論中澄清自己研究的論點與立場。情境學習表示所有的探究活動都是與生活情境有所關聯，透過情境體驗探究的歷程，學生可與其小組成員相互幫忙共同的學習，共同完成其探究任務。當老師們明白探究教學的理論依據時，在教學上就會更能掌握重點，營造好的探究情境以及小組組員間的學習，提供學生進行探究所需的鷹架能力或是知識，提供相關的資源(資料或是專家群)，而不是努力地掌控教與學，扮演知識的權威者的角色。所以教師要先熟悉探究與實作的真正精神，接著思考如何將課本的實驗活動轉化為探究與實作導向的課程活動，多收集其他老師的探究實作教學活動或是教案，教師自己本人要累積自己的探究活動實作經驗，能於日後轉換探究活動為教學活動。

• 全國中小科學教師探究課程設計與執行能力提升計畫

       本計畫在七年前開始執行，目前已培養約300多位獲探究種子教師證的教師，以及探究教練。本計畫執行的方式是由探究教練與3至6名種子教師組成一個專業成長團隊，每一個團隊見面十次，由教練帶領幫助種子教師學習探究教案的設計以及探究教案的執行，反思以及改進的歷程。除了專業成長團隊的活動之外，本計畫在九月時會在台北，彰化，高雄三個地區舉行探究種子教師招募會議，在會議中介紹108年課綱的精神以及介紹本計畫的實施方式。接著由參加的種子教師或是教練相互的配對組成專業成長團隊。每一年約有35-40的專業成長團隊。在十一月份前計畫會在台北，彰化，高雄與宜蘭辦理第二階段的研習活動，主要的目的是介紹探究教案撰寫的方法，以及實務的演練。第三階段則於三月前在台北，彰化，高雄與宜蘭舉辦，主要的研習重點是探究教學的反思策略與方法，以及實務的演練。三次的研習活動目的是提供鷹架，幫助每個專業成長團隊的教練，種子教師能熟悉探究的精神，探究教案的設計原則以及探究教學的反思。除此之外，本計畫也在寒假結束後進行探究教案的競賽活動以及五月底進行探究教學專業成長的競賽活動。這兩個活動的主要目的是鼓勵參與本計畫的老師能共同設計探究教案，也能落實其所設計的探究教案並進行深度的反思。兩種競賽活動均由探究領域的專家進行審查並提供具體的建議給參加競賽的教師們。許多的老師對於本計畫所提供的專家回饋意見均表示獲益良多。最後計畫於八月底辦理成果發表會，鼓勵優秀的教練以及種子教師們，並讓教師相互學習與討論所設計的探究教案。由於計畫執行數年，所以種子教師的種類也慢慢的演變為初階種子教師，進階種子教師到高階種子教師。獲得高階種子教師證的老師也轉換角色為探究教練，目前已經有一些教師成為探究教練。作者期盼有更多的化學老師能參與本計畫，也能為台灣培養更多具備探究教學知能的領導型科學教師。對本計畫有興趣的教師可上網(http://120.107.169.113)閱讀相關的資訊。有意願參與本計畫的國中小科學教師也可與作者聯繫。

• 化學領域探究教案

        由於化學領域要進行實驗活動所需的裝備比較多，也應相對的設備費用比較貴，因此在上述的教育部委辦計畫我們執行數年後獲獎的化學領域教案相對於生物領域與物理領域為低。以下為獲獎的化學領域探究教案:

105年-108年獲獎教案名稱(獲獎年分)：口水之王(105年)，化學反應－質量變不變(105年)，如何增進伏打電池的效能(106年)，認識生活中的氧化還原(107年)，以食品色素檢視酸鹼，由酸鹼挑選天然色素(107年)，原子的＜微積分＞(107年)，元素分類王(107年)，化學反應速率(108年)，召喚黑龍!碳酸氫鈉的探究實驗(108年)。這些獲獎教案可於下列網址(http://120.107.169.113)獲得，請先註冊會員(免費)後即可閱讀。

       除此之外，本期探究與實作專刊，特別邀請幾位科學教師為大家示範探究教案的撰寫。賴志忠教師為大家示範如何將課本的乾餾實驗活動轉化為探究導向的活動；吳月鈴、陳珮琪與吳宛如三位教師則示範如何將國小的實驗活動融入國中化學反應速率的單元，使得原先的課本實驗活動能加深加廣凸顯探究教學的精神；鄭志鵬教師則示範如何融入科學史中拉瓦節與史塔爾對燃燒本質的辯證作為素材，訓練學生科學的批判思辨以及以證據為本的精神，融入在課本的既有實驗活動中，訓練學生的探究思考能力。最後林芬如與段曉林的吃水果解油膩活動，則示範如何由生活化，趣味化的活動轉化為具備探究精神的化學探究活動。

• 結語

探究與實作的教學其實是有趣的，也是需要花時間構思與研發的活動。期盼各位教師能找尋有志一同的夥伴，透過跨年級，跨領域的合作可設計出許多具備深度與廣度的探究教學活動。教師們如果有興趣理解探究與實作的更多資訊，也可研讀段曉林、林淑梤、靳知勤(2020)所撰的中學自然科學領域探究與實作教材教法，此書除介紹探究課程的沿革，相關理論之外，也介紹許多探究教學法，相關的探究教學活動以及可參考的網路資訊。

• 參考資料

段曉林、林淑梤、靳知勤(2020)。中學自然科學領域探究與實作教材教法。台北市：五南圖書出版有限公司。

National Research Council (1996). National science education standards. Washington, DC: National Academy Press.

National Research Council (2011). A framework for k-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas.Washington, DC: National Academies Press.