自然科研习讲义

自然科研習講義王美芬台北市立師範學院自然科學教育系自然科探究教學教育領域中有各家知識論點，對於教學策略有所影響。例如經驗主義者強調五官直接獲得經驗，知識的獲得可由感覺印象重複練習而獲得。行為學派的學習心理學應用此論點，強調刺激—反應的聯結特性，教材上強調事實的知識、技術性和記性的教材，教法上強調反覆練習和記憶，不重視實驗。實證主義者強調觀察、實驗、測量、驗證、歸納等方法為主要獲得知識的方法，因此在科學教學上，就會安排食譜式的科學實驗，或教師示範性的實驗，讓學生獲得科學知識。理性主義者認為由經驗為起始，以實證為基礎，再經由心智的「理性」來詮釋，而形成新知識，是用一種演繹法建立新概念。當今科學教育界以人本建構為觀點來看待科學本質，認為人類是意義（meaning）的製造者，教育的目標是去建構分享意義，此目標可以經由師生互動、同儕合作、共同學習來完成。所以建構主義教學強調有意義的學習要比反覆練習重要，理解勝於覺察。建構論的教師要注意學生的腦子內有什麼、它如何跑到學生的腦子以及如何跑出來，因此教師要多聽學生說出「什麼」、「理由」、「如何」，因為每一個學生的經驗不同，每一個人建構的知識不同。建構主義教學不是一種固定的教學方法，是一種認知論、一種學習理論之下所產生的教學理念和策略。綜合多位科學教育者之意見及筆者之觀點，建構式教學策略可歸納如下：教師運用矛盾現象引起動機；教學流程設計中，應找出所有的迷思概念。鼓勵學生說出自己的想法，尊重其科學迷思概念。從迷思概念出發，進行概念改變的教學。給學生嘗試錯誤的機會，以便進行同化和調適，而成為他自己的知識；學習者所建構的觀點不一，學習成果互異。教師多問什麼、為什麼、何時、怎樣、如果等的問題。鼓勵學生自己提問題、提假設、答案，對於一個問題能提出多種解決之道。鼓勵學生去發現概念與概念之間的關連或可比喻的情況，並把概念模式轉換成具體實物模式。應用合作學習，鼓勵學生和學生（小組討論）、學生和老師之間的互動。教師所擔任的是佈題者和學習者中介者的角色；教師由權威者的角色轉變為輔助者、引導者。進行多元評量而非只實施紙筆測驗。自然科的知識可分類，其性質、來源不同，學習者就應有不同的學習途徑，才能獲得最佳的學習效果。建構主義教學並非是唯一適當的教學策略。若是宣告性的事實（facts）的科學知識，則必須用傳統的知識論為基礎去學習，亦即五官觀察、體驗、證明、記憶、重複練習。因此，行為學派的教學策略則不能全然棄置不用﹔若為程序性的、觀念關係的知識，則應進行認知建構的教學策略。建構主義教學強調的是科學概念的學習。惟自然科的教學不只讓學生建構科學概念而已，自然與科技的學習還包括了科學方法、科學態度、思考知能、設計創造等科學素養的學習。因此本文以「探究教學」相對於「講述教學」，而不以「建構教學」相對於「講述教學」的分類。吾人常將建構教學獨立於探究教學之外，這是一種迷思；它應包含於探究教學之中。茲比較此三者之異同如下表。講述教學與探究教學之比較探究學習的程度愈多-講述教學食譜式實驗探究教學建構教學1.問題呈現已存在課本中已存在課本中教師提問。學生提問迷思概念出發2.資料收集來源教師講述、轉移知識操作後教師引導學生收集學生多元來源收集3.問題解決步驟教師講述課本中陳述的步驟閱讀課本中陳述的步驟老師引導提出假設，控制變因。學生自己提出假設、決定控制的變因。4.資料解釋教師講述課本中陳述的現成結論操作後獲得知識根據上述２、３項及操作實驗結果解答問題。學生自已依據上述各步驟所做之結果用各種不同方式呈現，如圖、文、表、推理等去傳達。5.發表傳達學生複述課本的結果6.學習者接受模式閱讀課本或聽講耳到被動觀察操作hands-onhands-on和minds-on觀察hands-on和minds-on主動觀察操作7.學習者規模個人個人或小組合作小組合作社會建構8.學習結果被動接受權威者之教材知識獲得獲得科學概念、科學過程技、科學本質的學習學生主動建構科學概念、獲得科學過程技能、科學本質的學習。9.教學者角色權威者；演員主角說明者引導者、導演、評鑑者引導者、輔助者、激思者、觀察者、評鑑者10.評量紙筆測驗；標準答案除紙筆測驗外，另加總結性之實作評量除紙筆測驗外，形成性多元評量除標準答案外，允許合理的另類答案；形成性多元評量總之，探究教學讓學生主動建構科學概念並發現科學之外，還有許多屬於「能力」之科學素養學習。當學生進行主動建構學習的過程中，除可獲得知識之外，還有各種能力的學習，這正是符合「九年一貫自然與生活科技」領域能力指標的特色。因此自然與科技的教學，應使用多元教學策略，使學生有科學概念及科學能力之學習，而不侷限於建構教學而已。國小自然科教學應培養兒童什麼能力？任何科目之教學都應該有三方面的目標，亦即認知的、技能的、情意的，這是眾所週知的。在自然科的教學目標，近二十幾年來，則以「科學概念」、「科學方法」和「科學態度」三個向度來訂定。本文暫不討論在科學概念、科學知識等學科內容內著墨，而只談在技能、方法或十大能力方面。首先是觀察能力的培養。培養兒童細心的、敏銳的、正確的、週全的觀察能力，是所有科學活動的起步。沒有觀察，無法再進一步的進行科學活動，所以眼、手、耳、鼻、口的五官觀察要隨時應用於任何科學活動之中。聾子可以產生音樂家，但沒有瞎子的科學家，所以應用五官觀察的能力，在自然科教學中不可或缺。正確操作器材能力的培養必須在「做中學」完成。為了達到此目標，自然科的教學不能只「唸課本」、只「聽老師講授」來學自然，因此，以學生活動為中心的hands-on學習，可以培養兒童操作各科實驗器材、工具、簡單儀器，當然，這也包括栽種、養殖的操作；進而能應用於日常生活中，不至於被譏為「讀書人只動口、不會動手」的人。此外，思考能力的培養是極重要的。思考能力包括了推理、分析、綜合、演譯、歸納、創造、設計實驗，這些動腦的能力有別於前兩項的動手（操作型）能力。兒童學科學不但要hands-on，還要minds-on。所謂推理是讓兒童在觀察一種現象後，提出可能的原因。例如見地面有一灘水，推理可能是地下水管漏水，可能是…。有此能力之人，容易找到事件發生正確的原因，則可增強或避免再發生。分析是化整為零、抽絲剝繭地把宏觀事物分解成重要的、少量的項目，以利短時間內吸收、了解。綜合是將零星的、少量的微觀事物，統合起來成為一個宏觀的事項。演譯、歸納也是思考能力的重要部分。舉一反三是演譯，提綱挈領是歸納。當然這些都是在「動腦思考」的層次。因此，在國小階段，常讓兒童想一想、說一說，都是傳達其思考結果的途徑。因此老師上自然課時，不要一味的自己從頭說到尾，應儘量讓兒童思考、發表。較為綜合性的能力包括了實驗設計、創造、解決問題的能力。有了上述這些技能的、思考的能力基礎之後，便能培養兒童這種綜合性的能力。事實上，綜合性能力的培養方法，是給學生一些特定情境或條件，讓學生去發展不同的、更多的情境或狀況。給他們一些「問題」，所謂問題是需要解決的狀況，這個問題沒有解決之前，這種狀況會持續存在，無法再有進一步更好的狀況出現。我們要強調的是，教師應儘量給學生機會去實踐設計實驗、創造、解決問題的機會，有了實踐的機會，自然而然培養了這些能力。目前知識爆炸、資訊發達，學校不可能教給學生所有的知識，不應該以提供孩子「吃魚」的方式來教學，而是要教孩子們「釣魚」。釣魚的方式之一就是「收集資料」。收集資料的方式包括圖書館中平面媒體的查閱、現場野外的調查、訪問、多媒體的應用、電腦網路上資源的搜尋等技能，是身為現代國民所不能缺少的釣魚方法。應用在教學上，教師應先教學生如何進行這些方法，然後再提供「機會」讓學生去操作、去實習、再分享或評鑑其成果。這種能力在最新的課程綱要中是很重要的一項。在自然科技中，教師應配合課程內容，呈現各種能力之培養，在教學策略上，多給學生機會去獲得這些能力，以培養一個與社會及自然和諧共存的個人。研習實作綱要一、怎樣畫概念圖（鼓勵學生去發現概念與概念之間的關連，建構概念、了解學生的科學概念）1.把圖故事畫成概念圖（2）畫概念圖的步驟(a)概念圖的畫法選擇一段文章給學生，讓學生閱讀並選出可以幫助了解這段文章的關鍵字。將學生所選的關鍵字依最重要的、包含最廣的順序依次排列。請學生選出適當的連接詞、形成命題。請學生作概念間的橫向聯結，並且使用適當的連接詞形成意義。建議學生將自己的概念圖再做幾次，可以幫助自己釐清一些概念。二、創造性思考教學＊創造性思考的特性1.獨創性思考：（以新奇獨特的方式思考）：非尋常的反應、提出聰明的主意、產生不同凡響的結果2.精密性思考：能修飾觀念、擴展簡單的主意或反應進趨完美、引申事物或看法3.開放性思考：對問題做周全的考慮、能廣納意見、具開放的傾向4.流暢性思考：想起最多的、量的擴充、思路的流利、反應數目的多寡5.變通性思考：提出各種不同的意見：移轉類別的能力：富有迂迴變化的思路＊創造思考的實作請將瓶內鴨子完整的移出來。創意圖片解說。請用連續的四條直線通過9點；一條線經過9個點。●●●●●●●●●用數字造句；如54088我是你爸爸。請用右圖畫出無數個圖。三、設計與製作實作*製作浮沉子：密度與浮力用什麼物品做浮沉子b.怎樣讓浮沉子剛好浮在水面用什麼方法讓不同浮沉子在不同時候下沉*用電路板通路設計玩具或教具a.六個接頭的電路連接b.設計題目：答對燈就亮錯不亮四、自然科的角色扮演與遊戲教學1.纖維素和澱粉（同分異構物）：由一排學生手拉手，手向下表示纖維素分子；手向上表示澱粉分子。縱波和橫波：由一排學生排成一排，縱波時依序由半蹲到蹲來表現縱波。在地板上每人站直排出S型隊伍就是橫波。3.空氣的體積可以擠壓：數人一組拉手圍成一團，每個小朋友都是面向圓心的手牽著手，而且不能任意放手，然後圍成一個最大的圓圈。其餘的人喊「壓！」，向圓心走一小步。第二次「壓！」，再向圓心走一小步，使圓圈持續縮小。直到使圍成圓圈的小朋友彼此間沒有空隙。5.串連和並連。電池並連，燈泡依亮度用站的；移去一個電池，燈泡較暗用彎腰；只剩一個電池，燈泡更暗用蹲的6.磁鐵的吸力：一位小朋友出來當大磁鐵及常見的物品，並貼上寫著大磁鐵、原子筆、塑膠袋、迴紋針的貼紙。「我是大磁鐵要來找朋友」，大磁鐵依序去找那些生活常見物品，可相吸的就，最後再由老師和其他小朋友檢查大磁鐵有沒有都找對好朋友。或用動作表示不同物品：磁鐵；鐵製品；非鐵製品。7找北極星。.。8水的三態。9模仿鏡子裡的影子。10光、竿和影子。11.請設計暖氣團和冷暖鋒、滯留鋒五、假設與驗證a.、觀察已見到的現象b.、假設（解釋、想法、推理）現象的發生（肯定句）。c.、設計控制變因，注意不變的變因d.、實驗結果符