臺灣化學教育

POE教學策略融入科學營隊活動對高中生
奈米概念學習之影響（上）

丁信中^1, *、陳東煌²

¹嘉南藥理大學兒童產業服務學位學程
²國立成功大學化學工程學系
*[email protected]

n  前言

科學探究活動通常是問題解決活動，需要學習者本身的知識整合，包含：連結、區辨、組織及建構科學現象模式的動態過程，有效的教學應該培養學生擴展、修正、再構、再連結及再排序他們的認知模式（Linn, 2000；Clark & Linn, 2003）。良好的科學探究有助於學生知識的整合，然而Linn和His（2000）指出學生鮮少進行知識的整合，原因是課堂的科學知識無法與他們所知道的事物相連結，Linn與His建議透過科學活動的鷹架將可以使學生參與在科學探究的過程中，進一步理解科學知識。

在升學導向的課程進度壓力之下，學校的制式科學教材往往無法反映今日科學進步及科技生活化的速度。為了提升學生對於真實科學的認識與興趣，科學教育推廣活動的假日實施與辦理就顯得非常重要；若是能應用已成熟的科學教育理論融入推廣活動，將使得科教活動的實施有更具體的成效。本研究的目的即在於探討POE (prediction-observation-explanation) 教學策略融入奈米科技教育推廣活動的實施成效與可行性。

本研究與成功大學微奈米科技研究中心合作規劃各項科學實驗模組，期望藉由生活化學實驗活動模組的實施，引導高中生對奈米科技能有親身經歷的探索與了解。透過動手操作的科學實驗活動讓學員親自體驗真實科學，應該有助於提升他們的科學學習興趣，以及對真實科學的正面認識。本研究開發的科學實驗活動模組，將提供成功大學微奈米科技研究中心作為高中生參觀時的課程活動資源。

n  科學探究

科學探究（Scientific inquiry）活動接近真實的科學研究，亦是學生發展知識和理解科學想法的問題解決活動（NRC, 2000）。Trowbridge和Wbyee（1986）指出科學探究是確定研究問題、描述假說、設計實驗方法、收集數據與結論等過程。在科學探究活動中，學生可以經歷的科學技能包括：構思問題、形成假設、設計並執行實驗、用公式表示及修訂解釋、溝通並為主張作辯護（Krajcik et al., 1998）。

本研究以奈米科技研究的成果推廣為主軸，規劃出生活化學系列科學實驗活動模組，希望能讓中學生了解微奈米知識與國內奈米科技的研究成果，因此相關活動的舉辦時間為週末假日或寒暑假，以梯次的方式舉辦。基於上述客觀條件的限制，考量科學探究活動的精神，將以POE教學策略融入模組活動辦理之。由NRC（1996）學生在完整探究活動所應完成的任務來看，雖然參與本計畫的學員無法在每梯次的活動中自行設計研究，但是透過POE教學策略的設計，學員們仍可以在POE的預測（prediction）階段—思索各項實驗的可能問題，藉由POE的觀察（observation）階段—收集示範實驗或是動手實驗的數據，最後於POE的解釋（explanation）階段—找出問題的答案，遇到預測與觀察之間的矛盾時，則進行討論並嘗試解決概念衝突。

n  POE概念教學策略

Gunstone和White（1981）所發展的POE模式，修改自Champagne等人在1980年發展出來的DOE（demonstrate-observe-explain）模式，兩者之間的差異是第一階段demonstrate與prediction的不同；Gunstone和White認為預測（prediction）對於學生先備知識的調查更為合適。White和Gunstone（1992）主張POE程序可以作為探究學生概念改變的模式，POE策略能有效地鼓勵學童應用自己原有的概念去進行推理及解釋，也較能探測出在真實情境中學童的認知結構和應用知識的能力。許多研究顯示，POE概念教學策略可以協助教師瞭解學生的先備知識與迷思概念（Palmer, 1995；Liew & Treagust, 1995；Kearney, Treagust & Zadnik, 2001；王淑琴、郭重吉，1994；許良榮、蔣盈姿，2005）。簡言之，POE教學策略是讓學生用自我的感官與知覺去探究科學概念，讓他們有機會深入概念的想法，藉由預測與觀察所產生矛盾或是衝突的調整解釋，來促成學生的概念理解。學生在POE教學策略的各階段任務，如下說明：

1.        預測（Prediction）：必須對某些現象做預測，並且說出他們預測的理由。

2.        觀察（Observation）：必須觀察實驗的結果，具體的描述他們所觀察到的現象。

3.        解釋（Explanation）：當觀察結果和預測不符時，必須解決預測與觀察之間的衝突。

近二十年來，國內外已有許多關於POE教學策略的相關科學教育研究成果，POE教學策略是一個成熟度高且為科學教育領域所熟知的理論，適合做為此次科學教育推廣活動規劃的基礎理論。

在科學探究模組的活動規劃方面，參考White與Gunston（1992）實施POE策略之事例選擇原則的建議包含：

1.        配合學員的認知程度提供可預測的情境或實驗，避免無意義的猜測。

2.        提供真實的實驗情境與相關問題給學童，以及相關支援的線索或是解說。

3.        讓學員有機會進行直接的/可行的觀察。

4.        配合實驗情境提供學員適合的預測方式，例如：勾選、開放式問答等，讓學員能夠表達出自己的想法。

n  研究工具的發展與編制

一、   POE活動單

本問卷的目的在於了解參與活動的學員們在生活化學模組之「面板下的秘密:透明導電玻璃」的活動學習成效，問卷分成兩個階段填寫，第一階段為授課前，填寫實驗活動的預測部分，如：利用三用電錶量測塑膠、玻璃、陶瓷、超導材料等物質，其電阻大至小排序為何，若改以氧化鋅導電薄膜玻璃、一般玻璃，其電阻大至小排序又為何等；第二階段則為授課後，填寫實驗活動的觀察、解釋，如：經由授課講解與實驗活動後，請你再回答先前的問題，實驗結果是否會如同你之前的預測，以及概念澄清的部分。施測時間為20分鐘。

二、   透明導電玻璃的科學概念測驗

本測驗的目的在於了解學員對於面板下的秘密：透明導電玻璃之科學概念的學習成效。概念測驗的內容包含：可見光波長、透明導電薄膜的穿透度、AZO導電溶液的製備、薄膜的製備方法、掃描式電子顯微鏡的功能、FTO (fluorine-doped tin oxide) 的成分、導電薄膜的電阻率、增加導電度的方法、氫氣在實驗中的角色、透明導電薄膜的成分等，題型為單選題，共10題。施測時間為20分鐘。

三、   科學活動學習感受問卷

本問卷的目的在於了解學員們對於生活化學模組之各項科學體驗活動的學習感受與建議。此問卷分成兩個部分，包含：A. 活動學習感受，採李克特氏四等第量表，分別為非常滿意（4分）、滿意（3分）、不滿意（2分）、非常不滿意（1分），共20題，如：了解授課老師所講解的內容，滿意今日的課程內容知識，增加微奈米世界的學習興趣等，整體信度值良好，Cronbach's Alpha = .924；B. 活動學習建議，採開放式填答，共2題，如：印象最深刻的事物，未來活動的建議等。施測時間為15分鐘。

【續〈POE教學策略融入科學營隊活動對高中生奈米概念學習之影響（下）〉】