臺灣化學教育

學思達教學法融入國中自然領域課程設計

—以水的電解為例

張耕碩

宜蘭縣立中華國民中學

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n  改變緣起

    多年前，國內開始興起翻轉教學，本文作者盼搭上這股浪潮，思考著如何翻轉教學？設計怎樣的課程與教學，可以讓孩子真正主動的學習，培養面對未來世界的能力？參加多場研習、工作坊與入班觀課（包括學思達創辦人張輝誠老師的課堂）後，開始嘗試設計學思達講義，結合學思達教學法，甚至再陸續融入探究教學、科學史等，自我期許從「知識的傳遞者」轉變為「知識的啟發引導者」，並以學思達教學講義平台上的一句話：「備一堂孩子喜歡且有效的課」，作為個人的教學信念。

n  學思達教學法與其基本流程

    學思達教學法，是「以學習者為中心」的教學法，在每一堂課培養、訓練學生自「學」、閱讀、「思」考、討論、分析、歸納、表「達」、寫作等綜合多元能力的教學法（張輝誠，無日期）。

    教師的專業介入，製作以問答題為導向、補充完整資料的講義，掌控學生學習的最佳專注時間，不斷切換學習樣貌；透過小組之間「既合作又競爭」的學習模式，讓教師轉換成主持人、引導者、課堂設計者，將學習權交還學生。每一堂課、每一種學科都以促進學生學習興趣、增強學生學習能力為主要教學目的（張輝誠，無日期）。

    其具體的操作流程有五個部分：學生自學→思考問題→小組討論→學生表達→老師統整（張輝誠，2019）。

一、學生自學：

    學思達教學五步驟其中的「自學」，是學思達教學法與其他教學方法最大的不同之處。通常將情境設計或是任務說明編排在講義最前面，如果學生還沒有自學習慣與能力，建議教師先講解，再帶領學生自學，透過閱讀文本或觀賞影片等進入自學狀態。

二、思考問題：

    科學的學習本質，理當激發學生對科學的好奇心與主動學習的意願為起點，進行主動探索、實驗操作與多元學習。前面的設計情境或任務能引發好奇心與學習動機，接下來的提問則是促進學生思考的關鍵，探究式的課程設計，其問題及任務的設計依循著課程脈絡，引導學生建構知識鷹架，從中養成其素養及能力。

三、小組討論：

    探究與實作的歷程中，不論是現象的觀察、或是結果分析，教師透過小組的形式（同質性或異質性），鼓勵學生進行實質的討論，在這個階段，自學、思考與表達是複雜地交織、動態地進行，怎樣幫助學生的合作、思辨，創造好的互動經驗，教師的鼓勵、引導與陪伴給予很重要的幫助。

四、學生表達：

    表達的形式有「口語」、「文字」及「圖表」等，而內涵則是涵蓋分析歸納、製作圖表、提出疑問等。教師可由學生表達其如何思考或是具體陳述觀點，回饋檢視原問題設計是否達成學生學習目標，判斷是否尚需加入哪些提問鷹架，或是最後進到教師統整階段時的補充。

五、教師統整：

    除依據學生表達內容適時地再提出問題引導思考外，也可以再進行補充或是歸納、再次強調本單元關鍵的學習內容。這個階段，就仰賴教師的統整歸納及講述。課堂全部時間僅用講述，學生的學習效益並不高，因此在學思達教學法中，配合學思達課堂流程與學生專注力時間，教師的講述有著其比例及必要性。

n  以「水的電解」單元為例

       接著透過學思達策略實際以水的電解單元進行教學說明，讀者可查閱文末附錄的詳細流程規劃與學思達講義內容。

學生自學：

    學生對於電解的概念應該不陌生，應可以連結八年級「元素與化合物」、「認識電解質」等單元概念於學思達講義，透過閱讀講義先讓學生自學複習（見圖1）。接著，以科學史脈絡建立情境：在伏打發明了人類史上第一顆電池後，整個科學界為之瘋狂，開始嘗試用電池電解各種物質，包括水，如將電池的兩極通入水中後，看看會發生甚麼現象？

思考問題、小組討論：

    接下來就是透過一連串的提問設計並結合探究實作，引導學生觀察、發現、思考並試著歸納：純水是否容易導電（見圖2）？如果加入幫助導電的物質（氫氧化鈉）（見圖3），導電效果為什麼更好？還有甚麼可能的變因會影響氣泡產生的快慢？兩極產生甚麼變化？有何不同？如何檢驗連接正極與負極的試管所收集到的氣體（及其性質）（見圖4）？

    進行實作前，請學生可以先將講義問題先瀏覽一遍。而分組通常採隨機分組、異質性分組、同質性分組（三至四人一組為最佳）等，不論是哪一種方式，都是培養他們學習選擇與責任承擔的能力。如這節課的探究實作、小組討論比例稍重，則建議小組採併桌的座位安排，除方便觀察、操作外，也是營造合作、方便討論的環境。還可利用小白板、工具包，請各小組寫下指定的內容（見圖5），為接下來上台分享表達做準備。

學生表達、教師統整：

    根據上個階段的提問設計，由自願回答的學生或是進行抽籤，依班級的屬性在座位上或是站上講台（見圖6），簡單地問好、複述題目後，回答所觀察到的現象、特別的發現，或是討論後的解釋、推論等。這個階段則特別考驗老師的功力，除回應學生的回答、報告外，更精簡的統整歸納，診斷出學生的迷思概念，或是精準地補充學生未提及的重要概念等，都是老師在這堂課最後必須使力完成的重要任務。課堂結束前，除提醒學生完成學思達講義，通常還會以隨堂測驗、回家作業等形式作為學習評量的內容。

圖1：閱讀講義自學	圖2：電解RO純水	圖3：電解NaOH溶液
圖4：收集電解氣體	圖5：小組討論	圖6：學生上台發表

n  結語

    新課綱於自然領域當中提到的「學習表現」與「學習內容」，兩者的關係至為密切、互為表裡。前者為學生面對科學相關問題時，展現的科學探究能力與科學態度之學習表現。後者則為學生認識當前人類對自然界探索所累積的系統性科學知識，也是作為探究解決問題過程中必要的起點基礎。本文主要簡介將學思達教學法融入自然科學課程設計，並結合閱讀、探究及實作等多元方式，期望有助於國中教師面對新課綱，於課程與教學方面準備與設計之參考。

n  參考文獻

1.張輝誠（無日期）。學思達教學法簡介。檢自https://lte-taiwan.weebly.com/23416246053694825945234163177720171.html

2.張輝誠（2019）。學思達教學5步驟說明。檢自https://www.youtube.com/watch?v=xVi7NhbBYic

n  附錄

本文作者以「水的電解」單元為例，融入學思達教學法的課程設計流程及學思達講義內容：

「水的電解」課程設計內容	建議時間	學思達教學流程   (教學建議)
1.概念連結：   (1)八上「元素與化合物」–     十八世紀的科學家嘗試利用各種方法分解純物質。可以再被分解的純物質，稱為化合物；而無法以一般的化學反應再分解出其他物質的純物質，稱為元素。   (2)八下「認識電解質」–     可以讓燈泡發亮或碳棒附近產生氣泡者，皆代表其具有導電性質。   2.引入情境：     在伏打電池發明後，將連接伏打電池兩極的兩條金屬線放入水中，觀察會發生甚麼事？	(第一節)   10分	n   學生自學   (針對單元主題，教師可依個人專業決定學生自學方式：)   □閱讀(課本或講義)   □觀看影片   □QRcode連結   □其他
1.清點器材、任務說明。   2.探究問題：(對應學思達講義思考問題1～5)   (1)將下列物質進行電解，比較、紀錄所觀察到的現象：RO純水、礦泉水、自來水、氫氧化鈉溶液（0.1M）、氫氧化鈉溶液（0.5M）。(寫出可能的原因)   (2)試著找尋可能的變因：哪些變因會影響氣泡產生的快慢？   (3)請仔細地觀察：兩極的變化有何不同？   (4)嘗試收集、檢驗連接正極的試管內所收集到的氣體，它有什麼性質？      嘗試收集、檢驗連接負極的試管內所收集到的氣體，它有什麼性質？   (5)比較連接兩極所收集到的氣體，體積相同嗎？試著測量兩者的體積比約為多少？其他各組得到的結果是否一樣？	(第一節)   30分   (5分鐘清洗整理器材)	n   思考問題   (針對單元主題，可選擇適合的提問設計類型：)   □問答(封閉式)   □問答(開放式)   □混合題型(選擇+非選)   □是非題(迷思概念)   □其他
1.重新檢視上一節課的思考問題，進行組內討論，並將討論結果寫在小白板上。   2.進行小組發表(志願優先或抽籤或教師指定)   3.各小組發表觀察到的現象與討論結果   (可直接口頭或是運用小白板、海報紙、平板電腦等資源)	(第二節)   20分	n   小組討論   □兩兩討論   □組內討論   □其他            n   學生表達   □個人(抽籤或指定)   □小組(抽籤或指定)   □其他
1.老師補充說明，歸納統整(使用簡報、心智圖等)   2.隨課評量	(第二節)   25分	n   教師統整   □重點重述   □歸納統整   □補充講解   □其他

 

學思達講義
單元名稱：電流的化學效應(電解水)

學生自學1(閱讀、複習過去所學的概念：純物質、化合物、元素、電解質、非電解質)(3分鐘)

八上：元素與化合物

  十八世紀的科學家嘗試利用各種方法分解純物質。科學家依「是否可以經一般的化學反應（例如：照光、加熱、通電）再分解」的特性，將純物質分為元素與化合物兩類。可以再被分解的純物質，稱為化合物；而無法以一般的化學反應再分解出其他物質的純物質，稱為元素。

八下：認識電解質

  溶於水後，可使溶液導電的化合物，稱為電解質，其他如氯化氫、氫氧化鈉和硝酸鉀等也是電解質。而像蔗糖、酒精這類溶於水形成的溶液不能使燈泡發光，無法導電者，稱為非電解質。

學生自學2(閱讀情境說明、清點實驗器材)(7分鐘)

  在伏打電池發明後沒多久，就有人發現電流可以從溶液中通過。於1800年，英國尼可爾生（William Nicholson ,1753-1815）與卡利斯列（Anthony Carlisle,1768-1840），把連接伏打電池兩極的兩條金屬線放入水中，發現水的電解現象。接著，就請你們從電解水開始吧！

使用器材：

  £乾電池                   £小燒杯（50ml）         £直尺大燒杯（毫升）

  £橡膠手套                 £塑膠試管               £導線（附鱷魚夾）線香

  £氫氧化鈉溶液（0.5M）     £迴紋針（或碳棒或筆芯） £線香

 

思考問題(讀題、進行實作後寫下問題的答案(30分)。實作後各組清洗、整理器材(5分)。)

1.將下列物質進行電解，比較、紀錄所觀察到的現象：RO純水、礦泉水、自來水、氫氧化鈉溶液（0.1M）、氫氧化鈉溶液（0.5M）。(寫出可能的原因)

 

2.試著找尋可能的變因：哪些變因會影響氣泡產生的快慢？

 

 

 

 

3.請仔細地觀察：兩極的變化有何不同？

 

 

 

 

4.嘗試收集、檢驗連接正極的試管內所收集到的氣體，它有什麼性質？

  嘗試收集、檢驗連接負極的試管內所收集到的氣體？它有什麼性質？

 

 

 

 

5.比較連接兩極所收集到的氣體，體積相同嗎？試著測量兩者的體積比約為多少？其他各組得到的結果是否一樣？

 

 

 

 

小組討論、學生表達(根據前面思考問題進行組內討論，將討論結果寫在小白板(10分)。抽籤全組上台發表(10分)。老師補充統整(10分)。)

歸納、解釋上一節課的結果與發現：