科學探究與實作:中山女高自然科探究與實作實施經驗分享 / 蘇芳儀、許哲瑜、曹雅萍

星期四 , 4, 3 月 2021 Leave a comment

科學探究與實作:中山女高自然科探究與實作實施經驗分享

蘇芳儀1、許哲瑜2、曹雅萍3

臺北市立中山女子高級中學

1loowei0716@gmail.com、2marat0209@gmail.com、3yapingtp@gmail.com

  • 緣起

     本校於106學年度開始,為因應新課綱的改革趨勢,而於106學年度開始,由生物科與化學科合力,進行為期兩年的課程模組研發,並於高一開設多元選修課試行。歷經兩年蒐集經驗,並彙整相關資料於108學年修正後,109學年度則在高二的探究與實作課程正式實行。

    本課程經生物與化學教師共同討論後,決定以生活息息相關的「食物」為主題,並以此主題共備,釐清各主題的課程大綱與各自課程設計重點。而後再由各科老師分別負責課程模組的教案編寫,底定課程的主要內容。109學年度則由兩位生物老師與兩位化學老師協同授課,並可以各自的上課模式與節奏,在課程主軸與主要內容不變的條件下,進行課程的微調與編排,以下則針對各階段的課程試行與修正經驗進行說明。

  • 探究與實作學習重點了解與分析

為因應自然科的探究與實作課程實施,所以在106學年度時以特色課程的方式,自然領域四個科別分別設計課程模組並試行,以了解課程設計與實施時,可能遇到的狀況,與待解決的難題。課程設計之初,安排了增能研習讓所有老師都對探究與實作的學習重點有所了解,而依據課綱自然科學探究與實作的學習重點分為「探究學習內容」和「實作學習內容」兩部分:

「探究學習內容」著重於科學探究歷程,可歸納為四個主要項目:發現問題、規劃與研究、
論證與建模、表達與分享;「實作學習內容」為可實際進行操作的科學活動,例如:觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與結論等。

而過程中,大家也意識到雖然探究學習內容是一致的,但是實作學習內容卻有許多種變化,故在同樣的探究主軸下,應該可使用不同的實作學習內容,避免所需培養的學習表現與技能,不斷重複的問題(共備情形見圖1)以下則為討論並分析後,不同主題下的學習內容重點主要差異(參見表1)
1 
不同主題下的學習內容重點主要差異比較


探究學習內容


化學科實作學習內容著重點


生物科實作學習內容著重點


發現問題

 


1. 運用感官辨識物體和現象的特性。

2. 整理並提取適當的資訊。

3. 當有多個問題同時存在時,能分辨並選擇優先重要之問題


1. 著重從學習活動進行多方觀察。

2. 依據觀察所得,進一步提出適合科學探究的問題。

規劃與研究

 

 

除完整的實驗規畫與研究流程外,著重流程圖的敘寫,和實驗紀錄方式規劃。

除完整的實驗規畫與研究流程外,著重定量實驗設計與器材設計選擇。

論證與建模

 

 

除完整論證與建模歷程,著重於實驗記錄與描述

除完整論證與建模歷程,著重於實驗數據的處理,和平均值、標準差等概念呈現。

表達與分享

 

 

製作海報分組分享,即以文字、圖像呈現自己的研究成果。

製作投影片分組分享,即以口語呈現自己的研究成果。

 

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1:社群增能研習與共備

  • 特色課程實施與修正

    當對學習重點有了認識後,即開始討論並確認課程主題。經協調後決定生物與化學科合科教學,且討論過程希望能以兩科可共同涵蓋的部分為主題;且此科目為不分文理組學生皆需修習的科目,故亦希望主題並非太過艱深的科學概念,且可引發學生學習興趣。故經討論後決定以「料理科學」為主題,生物科和化學科分別以「愛玉」和「海藻酸鈉晶球」做為探究對象。

    而為了讓學生可以循序漸進的培養探究實作的能力,故此次的課程模組設計先以結構式探究和引導式探究為主,各四週的課程規劃如下(參見表2)

2  四週的課程規劃表

科別

生物科課程模組

化學科課程模組

第一周

 

實驗設計的介紹
愛玉實驗試作
提問:如何做出硬度較高的愛玉?
根據問題設計實驗,並提出器材清單

分子料理簡介與摘要試寫
晶球試吃,經由觀察進行提問練習
分辨何為可探究的問題

將分子料理食譜改為實驗步驟流程圖

第二周

 

根據問題試作愛玉凝膠
硬度實驗的測試
實驗修改並提出修正計畫書

晶球製作

根據上週所提出的可進行探究問題,分組設計實驗,並提出器材清單

第三周

進行實驗

執行實驗

第四周

結果報告

說明與分享


經過一學期的課程試行後,發現幾個需要調整的部分,在生物科的課程部分發現,受限於學生經驗,若要定量的測量愛玉的硬度,需要更多的時間思考設計,而以目前的課程時間無法讓學生收集到具有足夠可信度的定量數據。而在化學科部分,則是因為學生有發現問題出發,所以課程時間不足,學生也無法足夠時間修正實驗。故針對以上的不足,再次進行課程修正,並擴大加入以學生為主體的開放式探究課程。

  • 修正後多元選修模組設計

107學年度擴增為18週課程再度試行課程,此次課程針對上階段試行時的問題,主要進行以下兩點修正:

1.   生物科為了解決難以蒐集量化數據的問題,所以將主題改成「醃漬-滲透壓」,學生較容易發揮創意,以質量、體積等定量滲透壓的變化。

2.      而為了讓學生可以循序漸進的培養探究實作的能力,並可將此能力真正應用於真正的科學任務上,故將課程依不同探究類型循序漸進,由基本能力養成,再進階到結構式探究與引導式探究,最後階段則是學生自行主導的開放式探究。以下則依時間安排分為四個階段,課程內容大綱說明如下表3::
第一階段:基本探究能力養成(3)
第二階段:探究食品中的物質變化晶球(5
)
第三階段:探究食品中的生物學滲透(4
)
第四階段:課程統整與應用(3
)

3  十五週課程內容大綱說明

週次

第一階段:基本探究能力養成(3週、共六節)

第一週

濃度

理解生活中常見的濃度表示法

認識實驗室常見器皿

學習配製特定CM濃度溶液

練習序列稀釋特定溶液

第二週

 

迷思探究

 

理解事實與觀點的差異

閱讀富氫水文章,判斷事實與觀點

以科展國小組
飲用水PK
找出好水來,部份實驗與富氫水文章中的觀點比較

學習圖表呈現方式與判讀

第三週

 

閱讀理解

 

閱讀分子料理文章、寫摘要:

問題何在、承有何對策、
實施效果、合
個人意見

針對閱讀分子料理文章時產生疑問搜尋資料,將看過的資料記錄在文獻篩選資料表中。

第二階段:探究食品中的物質變化晶球(5週、共十節)

第四週

 

發現問題
-觀察現象

-形成或訂定問題

-提出可驗證的觀點

利用市售晶球,描述五感觀察及體會到的現象

.測試在不同環境中晶球的狀況,並記錄

.由上述的實驗,提出假說

第五週

 

規劃與研究
-尋找變因或條件
-擬定研究計畫
-收集資料數據

延續自己組別前一週的假設

提出問題設計變因 

提出實驗器材清單

撰寫實驗步驟、規劃實驗表格

第六週
第七週

論證與建模
-分析資料呈現證據
解釋和推理

修正計畫、執行計畫

第八週

表達與分享
-表達與溝通

 

製作海報並報告

第三階段:探究食品中的生物學滲透(4週、共八節)

第九週

發現問題
-訂定問題

規劃與研究
-尋找變因或條件
-擬定研究計畫
-收集資料數據

活動:紫高麗菜與小黃瓜灑鹽巴,觀察並比較其變化。學生預測變化,並說明原因。

滲透與滲透壓基本概念教學

簡介等張溶液濃度測定方法

了解重量改變法

        設計進階實驗:挑素材、選擇溶液、設定水分進出量化標準,並完成實驗設計。

第十週

 

第十一週

論證與建模
-分析資料呈現證據
解釋和推理

-提出結論

進行實驗,並紀錄數據與結果

初步整理原始數據,必要時進行數據轉換

.利用Excel繪製圖表與趨勢線

        了解標準差的意義

        利用Excel計算平均值與標準差

 

第十二週

表達與分享

每組報告ppt
5
分鐘+提問2
分鐘

第四階段:課程統整與應用(3週、共六節)

第十三週

第十五週

開放式探究-學生自行決定題目,設計實驗,進行專題研究,完成後繳交報告,並做分享。

評量

課程中學習單、各階段期中分享、各階段期末分享

有別於一般的化學和生物課,學生雖然很忙、很累,但因為自己是學習的主角,所以都全神貫注樂在其中,不會出現發呆與空白的時刻。而這堂課對老師最大的挑戰除了不間斷的學習單,更有各組不同的實驗設計,需要耗費授課教師大量精力批改,並給予合適的建議,學生上課情形參見圖2至圖6

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2探究食品中的生物學滲透課程剪影  3探究食品中的物質變化晶球課程剪影

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4:學生實驗設計學習單      5:學生海報分享報告     6:學生口頭發表分享

  • 學生作品分享

當三個階段的課程完成,學生對於探究實作有了一定了解後,第四階段的課程則以開放式探究的形式,讓學生自行尋找有興趣的問題,自行設計實驗,蒐集足夠的資訊去下結論,並於期末進行分享。

為了讓學生可以比較有方向找到可以探究的題目,所以提供了幾個可行的方向:

一、從第一階段的事實和觀點的學習中,找出日常生活中有趣的迷思想法,自訂題目驗證迷思。

二、從第二和第三階段的主題實驗過程中,找到可以進一步延伸研究問題。

三、從第二和第三階段的期中報告中,根據老師和同學提供的修改建議,設計驗證實驗回應。

四、從科展作品中找到晶球相關的作品,進行作品解析,並比對自己的實驗設計討論可行的修正方式,茲摘錄學生的作品如附錄。

  • 結語

最近常有人在twitter上轉傳這句話:

Students don’t need a perfect teacher. Students need a happy teacher, who’s gonna make them excited to come to school and grow a love for  learning.

學生不需要一個完美的老師,學生需要的是一個快樂的老師,他會讓他們興致勃勃地來到學校,增長對學習的熱愛。

探究與實作課程,即是這樣的一個課程。

在課程執行的過程中,老師並未教導學生太多的科學概念,但提供了很多機會,讓學生實作、練習,學會學習的方法,和自學過程中所需要的工具和能力,學生懷抱探索的熱情,再將所學的一切,投注在有興趣的主題上。

雖然作品並不成熟,但學生確實學會了如何分辨事實與觀點,並將之運用在日常生活中,有助於養成批判思考的習慣;也學會了如何蒐集資料,運用別人的智慧,解決自己面臨的問題;而在進行專題探究時,也懂得如何將所學到的實驗技巧、數據處理方式,用在結果的表達與溝通上,而這些都是適應現代生活所需的能力。

課程進行中最大挑戰則是老師負擔問題,授課老師在過程中除了改不完的學習單外,如何針對學生個別的實驗發想,給予最適當的回應與討論,而能鼓勵學生繼續前行,不至於因為無助而放棄,是老師急需面對的課題。目前109年高二探究與實作課程的大規模實施,即發現了當學生人數急遽上升時授課教師的為難與窘境。如何讓學生可以有最適當的成長,但又不會讓授課老師疲於奔命?這將是之後授課與配課的重要議題之一。然而治本的方式,則更需要有關單位仔細思考配套措施,以讓此有意義的探究實作課程不只是施行,而能確實出現成效。

  • 附錄 

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