POE策略融入雙語自然教學設計：

以空氣砲探究活動為例

陳怡君^*、黃書愛、王珍珍、許儷齡

文藻外語大學師資培育中心
rubychen56688@gmail.com

摘要：本研究以「空氣砲探究」為主題，設計結合POE（預測 Prediction、觀察 Observation、解釋 Explanation）探究策略與CLIL（內容與語言整合學習）理念的雙語自然課程，旨在提升學生的科學探究能力與英語表達能力。課程以生活化素材製作簡易空氣砲，透過操作實驗引導學生預測空氣砲射出的氣流效果，並實際觀察物體受氣流影響的現象，最後以討論與歸納方式解釋空氣壓力與流體運動的科學原理。在語言學習方面，課程設計納入關鍵英語詞彙與句型（如 “air cannon”, “push the air”, “the ball moves”），並搭配圖片、實物及手勢作為語言鷹架，協助學生在真實探究情境中進行口語表達與紀錄。課程評量採取學習單、口頭分享與小組合作成果發表，兼顧科學素養與語言表現。教學實施結果顯示，學生在實驗活動中能展現高度參與與合作，不僅增進對空氣運動與壓力的理解，也能運用英語描述觀察結果，逐步養成以雙語進行科學探究的自信與能力。研究結果突顯POE策略與雙語自然教學結合的可行性與實際價值。

• 前言

在推動自然科學雙語教育的過程中，如何兼顧科學探究與語言學習，成為課程設計的重要課題。本單元教案以「空氣砲」製作與操作為核心，旨在引導學生認識空氣的存在與物理性質，並透過觀察與應用活動，深化對空氣相關科學現象的理解。課程設計強調從生活情境出發，透過提問與探究活動，使學生意識到雖然空氣無形無色，卻對生活環境有深遠影響，並藉由實作體驗與競賽活動，提升學習動機與語言表達能力。

在學習目標設定上，課程依據領綱所訂定之「學習表現」與「學習內容」，訂定明確可達成之目標，包括：學生能透過實驗辨識空氣的基本特性並舉例其生活應用；能以中英文描述觀察結果與科學概念；並能理解空氣在日常生活與環境保護中的重要性。為激發學生學習興趣，本課程設計納入實驗操作、生活應用討論及創意設計三大元素。學生在參與空氣砲製作與競賽過程中，不僅能培養動手操作與手眼協調能力，亦能在雙語環境中提升科學語言的運用與表達。

在課程節次安排上，考量內容的邏輯進展與學生語言負荷，採取分段學習與逐步深入的方式。課程分為三個階段：第一階段引導學生認識空氣特性；第二階段進行空氣砲的製作與操作；第三階段結合生活應用與創意設計活動。每節課均安排適度的語言複習與預習活動，以促進學生雙語能力的鞏固與延伸。

此外，本教案強調多元學習策略的運用，如合作學習、實驗觀察、圖像式整理及假設驗證等，鼓勵學生在小組合作與問題探究中發展批判思考與問題解決能力。期望透過本單元的學習，學生能同時提升科學探究素養與雙語表達能力，並在真實情境中培養持續探索自然現象的興趣與動機。

• 教學實施過程與成果

本教案以雙語融入自然科學教學為設計核心，藉由具體實作活動引導學生理解抽象概念，同時促進英語表達能力的培養。教學過程中，透過「空氣砲」實驗活動，學生能直接觀察並體驗空氣的流動性與壓縮性，將科學原理與生活經驗連結，提升學習動機與理解深度。

為支持學生同步掌握學科內容與雙語能力，本教案設計多層次的教學與評量策略。教學活動採用生活情境導入、實驗操作與分組討論，並搭配心智圖及關鍵詞彙（如 “colorless,” “movement,” “pressure” 等），作為語言鷹架，幫助學生建構知識與語言表達能力。語言支持方面，教師先以中文引導學生進行觀察與推論，再逐步轉換為簡單英語句型，並透過句型練習與示範，如 “Air has pressure.”，協助學生在科學討論中使用適切的語言結構。

評量設計則結合口頭問答、小組討論回饋與學習單書寫。學習單設計引導學生進行預測、觀察與解釋，並以簡單英文記錄結果與推論，作為形成性評量的依據。此外，在競賽活動中，學生的分組表現（如合作態度、語言使用、科學推理表達）亦納入整體評估，促進其積極參與與綜合表現。

教學實施結果顯示，學生能在操作過程中主動運用英語描述觀察現象，並能以科學語言說明氣流與壓力的影響。多數學生能準確使用句型進行簡單推論，如 “The balloon is smaller because air is compressed.” 此外，小組討論中學生積極提出假設與驗證，顯示語言鷹架有效降低英語溝通焦慮，並促進科學概念的深度理解。整體而言，本教案有效實現學科內容與語言能力同步提升的教學目標，具良好的教學推廣價值。

• 教學情境準備與引導

隨著雙語教育的推動，自然科學課程強調實驗與探究，適合結合生活經驗與體驗式學習，幫助學生建構知識與發展語言表達能力。以「空氣特性」單元為例，課堂從空氣砲競賽作為引導，學生親手製作簡易器材進行比賽，藉由操作體驗感受氣流推動力，激發學習動機並奠定後續探究的基礎。課程也延伸至空氣污染議題，透過影片、圖表與小組討論，引導學生思考科學知識的應用與環境保護的連結，提升公民意識與批判性思維。

教學設計融入多元媒材，促進多感官學習與概念理解，例如以心智圖協助整理空氣相關知識，操作實驗器材觀察空氣性質，並透過生活案例與短影片使抽象原理具象化。課堂語言引導則強調中文引導、英語過渡，讓學生先以母語討論，再逐步用英文表達觀察結果，如 “Air is invisible.” “Air pushes objects.”，並藉由專有名詞、句型架構輔助學生雙語學習。此外，針對專有名詞以簡單生活例子說明，降低語言理解門檻，使學生能順利掌握內容。

課程注重生活化學習設計，選用日常用品如氣球、紙杯，進行空氣流動與推動力實驗，幫助學生在熟悉材料中體驗科學現象；並介紹扇子、吸塵器等生活用品，強化科學與日常生活的連結。最後透過創意設計任務，鼓勵學生應用所學提出與空氣特性相關的新產品構想，並以英文簡述設計理念，進一步培養創新思維、語言能力與環保意識，將學習拓展至科學知識、語言學習與永續發展的跨域整合。

• 實驗操作流程

在雙語自然課堂中，透過精心設計的互動與提問，能有效促進學生深度參與並培養科學與語言雙重素養。例如在「空氣砲」活動中，教師先提出開放性問題（如「你覺得氣球會朝哪個方向移動？」或「如果我們改變氣球大小，結果會一樣嗎？」），鼓勵學生預測與推理，啟發批判性思考。學生觀察並分享結果時，教師給予即時回饋（如 “Good observation!”、”Interesting idea!”），並進一步追問（如 “Why do you think so?”），引導學生持續深入思考與雙語表達，使課堂互動更具啟發性與參與感。

課程設計強調提升學生的高層次思維與科學探究素養，藉由挑戰性問題啟發學生假設與推理（如「空氣有什麼看不見的力量？」）。學生透過操作空氣砲觀察氣流推動紙杯的現象，討論空氣壓縮與推動力的關聯，並進行變因控制實驗（如改變氣球拉伸力度、調整紙杯距離），比較結果差異。課程同時結合生活應用，讓學生討論風扇、冷氣機等原理，協助學生從假設、觀察、解釋到應用，逐步建構完整的認知結構。

親身實作與體驗是幫助學生理解抽象科學概念的重要途徑。課堂中學生自製空氣砲，觀察壓縮空氣推動紙杯的過程，並進行變因比較實驗，理解因果關係與控制變因的重要性。此外，課程鼓勵學生運用所學進行創意設計，如節能風扇或氣流遊戲裝置，並用簡單英文說明設計原理。透過這些實作活動，學生不僅將抽象概念具體化，增強探究精神與學習動機，更提升以雙語表達科學知識的能力，實踐知識與語言的跨域整合。

• 空氣砲教學操作流程（POE）

【第一次預測 Predict】

1. 教師展示空氣砲材料（寶特瓶、氣球、膠帶），引導學生推測即將製作的物品及其功能。
2. 問題引導：”我們要製作什麼呢？” “這會跟空氣有關嗎？”
3. 教師說明活動目標：每組製作一個空氣砲。
4. 教師展示成品並提問：”如果拉動氣球後放開，會發生什麼？”

學生討論並預測，例如「空氣會噴出」、「寶特瓶會爆炸」。

5. 學生在學習單上記錄預測紙杯是否會被推動。
6. 教師分發材料並指導空氣砲的製作流程。

【第一次觀察 Observe】

1. 教師指示每組學生以空氣砲對準紙杯進行發射。
2. 學生觀察紙杯是否被推動，並記錄觀察結果。
3. 教師巡視指導，鼓勵學生完整紀錄現象。

【第一次解釋 Explain】

1. 教師示範以點燃線香的煙觀察空氣流動，強化視覺印象。
2. 教師說明：

“拉動氣球後放開，瓶內空氣被快速釋放，形成氣流推動力。”

“空氣的流動性與壓縮性導致推動現象。”

3. 問答確認學生理解：”為什麼紙杯會被推動？”引導學生使用簡單英文回答（如：”Air pushes the cup.”）。

【第二次預測 Predict】

1. 教師提出延伸問題：”你認為有哪些因素會影響空氣砲的力量？”
2. 學生討論與分享可能影響因素，如：寶特瓶的大小、拉氣球的力度。
3. 學生在學習單上預測改變不同條件後的可能效果。

【第二次觀察 Observe】

1. 學生改變拉氣球的力度，觀察對紙杯推動力的影響，並記錄結果。
2. 學生使用不同大小的寶特瓶重複實驗，觀察並記錄變化。
3. 教師提供必要協助，確保操作安全與完整紀錄。

【第二次解釋 Explain】

1. 教師引導各組分享觀察結果：「使用較大的寶特瓶推動力較強。」「拉得越大力，氣流推動力越強。」
2. 教師總結說明：拉氣球的力度愈大，壓縮空氣的量愈多，推動力愈強；寶特瓶體積愈大，儲存的空氣量愈多，推動效果也更明顯。
3. 學生在學習單上完成總結與反思。

透過兩輪POE循環（預測→觀察→解釋），學生能在直觀操作中掌握「空氣流動性與壓縮性」的核心科學概念，並進一步理解影響推動力大小的關鍵因素。整個學習過程中，學生同步練習英語表達與科學推理，有效促進雙語自然科學素養的發展。

結合實驗操作、提問引導與實作體驗的雙語自然課堂，不僅深化了學生對自然科學知識的理解，也同時促進其語言應用與認知思考能力的整合成長。教師透過多樣化的互動設計與有策略的語言支架安排，營造真實且有趣的學習情境，激發學生好奇心，培養探究精神，並建立面對未來挑戰所需的跨域素養。展望未來，自然雙語課堂應持續深化體驗式學習與跨領域整合設計，為學生開拓更廣闊的學習視野與全球競爭力。

• 學生紀錄與歸納

空氣無所不在，是我們生活中不可或缺的存在，然而如此熟悉的事物，我們卻未必具備有意識的認識。為了讓學生更深入了解空氣的概念與特性，本課程及學習單設計以POE教學法(Predict 預測、Observe 觀察、Explain 解釋)為核心架構，透過老師設計的一系列引導性問題，逐步帶領學生探索「什麼是空氣？」以及「空氣有哪些特性？」

課程一開始，老師先透過引導暖身活動，讓學生對空氣產生好奇心與學習動機。接著，學生將親手製作小學生最喜愛的科學玩具之一「空氣砲」，並藉此觀察空氣的特性。實驗活動中，學生實際操作與觀察空氣的流動與壓縮，進一步理解空氣雖無形卻具備力量的本質。

學習單第一部分，設計以英文問句 “What can air do in our daily life?” 為引導核心，表格中分別呈現「空氣流動」與「空氣壓縮」的兩種圖示，並請學生思考並舉出日常生活中相對應的例子，藉此將科學知識與生活經驗做出連結，加深理解。

第二部分則進入POE核心：預測與觀察。在教師說明完兩種空氣特性後，引導學生思考「若將流動與壓縮兩種特性結合，會產生什麼現象？」並以問題 “Can the air cannon push the paper cup?” 帶領學生進行預測，再藉由製作空氣砲實驗實際觀察。學生最後需以自己的方式記錄實驗結果並進行解釋，歸納得出空氣兩種特性結合後，會產生「力」(force)的概念，完成學習單。

進一步地，老師再透過提問進階問題，引導學生思考：「寶特瓶的大小是否會影響產生的力量？」「拉氣球的力道是否會影響空氣砲的效果？」學生透過空氣砲吹紙杯的競賽活動，比較不同裝置與操作方式之下所產生的推進效果，驗證並深化對空氣特性的理解。

整體課程設計不僅讓學生透過動手實作感受空氣的存在與力量，也在觀察與討論的過程中逐步建立科學探究的能力，實現生活情境與科學知識的有效整合。

• 心得與檢討

在本學期的雙語教學演示結束後，我們更加深刻體認到老師在自然教材教法課堂中一再叮嚀的 POE 教學法(預測 Predict、觀察 Observe、解釋 Explain)的價值。唯有先引發學生的興趣，促使他們提出預測，再透過親身操作與實際觀察、記錄現象，最終引導學生運用自身語言表達出對科學概念的理解，這樣的學習歷程才能真正讓學生建構起屬於自己的知識體系。老師在教學過程中，除了傳授科學知識，更不忘引導學生思考：生活中有哪些現象也能應用所學的科學原理？藉此讓學生將抽象概念與生活經驗連結，使學科知識自然地內化為生活的一部分。

在自然課中融入 CLIL(Content and Language Integrated Learning)雙語教學元素，一直是我們投注最多心力研究與準備的部分。由於 CLIL 教學法強調「以學科為主，語言為輔」，因此在課程設計上必須不斷在學科知識與語言輸出之間取得平衡。為了讓學生更順利地理解課程內容，我們在教學演示中特別注重使用實體教具進行操作，並設計內容清楚、步驟分明的學習單作為鷹架，搭配明確的肢體語言與重複性的句型架構，幫助學生逐漸熟悉教學語言與步驟。這樣的設計不僅幫助學生吸收科學概念，也讓他們在潛移默化中熟悉並運用英文，真正達到語言與學科知識並重的學習目標。

許多人常誤解雙語教學僅僅是「用英文來教自然科目」，然而實際上，其背後牽涉的教學設計更為複雜且縝密。教師除了需深入理解學科內容外，還需掌握語言結構的特性與學生的語言程度，並據此設計出合適的教學語言與課堂活動。透過這次的教學演示，我們也更清楚地體會，雙語教學不只是語言的轉換，更是對「如何設計教學活動讓學生學得更好」的一種深層思考與實踐。

• 附錄

「以空氣砲探究活動為例」雙語自然教案設計