從課程設計到教學實踐的反思---探究計畫成發所見所得

這幾年有幸長期參與彰師大科教所辦理的「全國國中小科學教師探究課程設計與執行能力提升計畫」，和很多初階、進階、高階種子教師和教練們，共同研發、精進探究教學的能力，也因此看過很多的探究教案，以下是許多教案的共同可精進之處，我想分享出來，和大家交流!

 一、教材內容與課程綱要的對應問題 

多數教案以教科書為基礎，致力於解決課本中的難題或釐清迷思概念。然而，這些內容可能已超出課程綱要的範圍。例如，生物科在物質進出細胞單元探討「滲透作用」，或在呼吸運動單元探討胸腔體積與壓力，都是較為艱深的議題，也都可能超出綱要要求。我相信在國小和理化科中也存在類似的情況。 當然，課本內容超出綱要卻能通過審查是一個值得探討的問題，但這不是我們能直接解決的。那麼，老師應該如何判斷課本的某部分內容是否超綱呢？我不建議老師必須熟讀、精讀每一條學習內容和學習內容說明，但可以提供一個簡單原則：如果某個概念連你自己或你的同儕老師都難以完全理解，那麼它很可能是超出綱要的。這時值得你和共備社群一起確認學習內容和學習內容說明。 舉例來說： - 老師能否明確定義滲透作用，並清楚解釋相關現象？ - 你如何向學生解釋海帶、水晶寶寶、粉圓等食物泡水膨脹的原理？這是否屬於滲透作用？ 如果在共備社群中提出這類問題，你可能會發現老師們意見紛紜。這表明該概念可能過於複雜，不適合作為國中小階段的學習內容。 同理，你可以詢問其他老師：深吸氣和淺吸氣時，橫膈收縮的力量差異有多大？胸腔體積差異如何？如果大多數老師都無法回答，或想不出如何測量，那麼這個主題可能就不適合作為國中呼吸運動單元的教學重點。 

二、觀察與定題，還是閱讀與訂題？

 探究計畫的老師們在探究方面已經很有能力，知道要通過觀察來引導學生提出探討問題。但在實際操作中，效果可能會有很大差異。例如，老師可能展示一些照片、影片或閱讀資料，期望學生能提出探討問題。以滲透作用為例，老師可能展示5種食物（如蘿蔔乾、海帶等）泡在水裡體積變大的照片，希望引導出的探究問題是「某因素（如食鹽水濃度）對食物體積變化的影響」。然而，這樣的觀察資料中，操作變因是不同種類的食物，學生最可能提出的問題是「不同種類食物泡水後體積變化的比較」。 要如何引導學生提出我們預期中的各種變因呢？以下是我的建議： 觀察應該是有目的性的。老師需要將觀察的目的（各種自變項）巧妙地融入其中，讓學生去發現。例如，老師可以準備三杯透明溶液，分別是水、濃鹽水和稀食鹽水，將同樣大小的蘿蔔塊放入其中。學生觀察到蘿蔔塊在三杯透明溶液中的體積變化，可能會問：「那三杯水有什麼不同？」這樣就能自然引導學生提出「食鹽水濃度和蘿蔔體積變化的關係」這一探究問題。 如果閱讀材料（文本、照片、影片、老師的提問）缺少相對應「自變項」的融入，學生就只是在「看」、「閱讀」，然後「訂題」——訂了一個題目，最終還是由老師在「定題」（事實上，有時連老師也沒把題目定好）。

 三、假設、預測是「因為……所以……」的思考訓練 

進行探究教學的老師都知道要引導學生提出假設、預測結果。例如，在探討影響自製濾水器過濾效果的因素時，引導學生提出「改變某某因素，會改變濾水效果」等假設。但如果只是提出假設、預測，而沒有提出預測的依據，就等於在「因為……所以……」的思考過程中，去掉了「因為……」，只留下「所以……」。這種習慣可能導致學生認為所謂假設就是把所有因素都當作操作變因，比如改變水的量、水的種類、水的pH值、水的溫度、濾材的種類、濾材的量、濾材的順序等。這種方法的優點是可以探究很多變因，而且每一個變因都可以衍生出新的變因。但問題是，你可能沒有足夠的時間、設備或資金來探討所有這些因素，最後可能忙了一大圈，卻漏掉了要探討的重點。 那麼，如何讓學生的思考過程是完整的「因為……所以……」呢 ？以下以「自製濾水器」為例，分享我的做法： 

我會問：  你為什麼這樣想？  你想怎麼做？  你認為會獲得什麼結果？例如：

 教師：你為什麼會想要改變濾材的順序呢？（引導學生思考相關的理論依據）       學生：因為濾水器材的縫隙大小和吸附能力決定了物質能否通過，所以改變濾材               的順序應該會影響過濾的效果。                                                                          教師：你想怎麼做？（引導學生思考實驗架構）                                                          學生：我想把礫石（縫隙大）排在進水處，先濾掉大型污物（如枝條、塑膠片                  等），然後把活性炭（縫隙小、吸附力大）排在最後（出水處），這樣可              以吸附水中的一些細小顆粒。 

四、科學就是要量化嗎？ 

這次有兩件生物相關的作品，都花了很多心力在「量化」上，如量化食物吸水後「重量」的改變、量化呼吸時橫膈的拉力、胸腔體積的改變。這其實反映了生物學（或地球科學）面臨的一個難題：我們的許多知識都是通過觀察獲得規律性，很少能嚴格控制變因去操作、比較，也很難獲得量化數據。這種情況很難符合一般人對「探究」的要求，尤其是無法符合探究必須從觀察一路做到結論(不能缺少實驗規劃與執行、數據的分析與發現)的成見。因此，參與探究教案競賽的生物科教師，總是要費心思去尋找能產出量化數據的題材，而像花的觀察、蕨類的觀察、細胞的觀察等主題就很難出現在教案競賽中。 但我們需要思考：量化真的如此重要嗎，尤其是在國中小階段？沒有量化就不科學嗎？做了很多。很精密的量化數據就是科學嗎? 這是值得我們所有教育工作者深入思考的問題。

 五、把活動串成完整的課程

 在設計探究教學課程時，我們常常會遇到這樣的情況：每個單獨的教學活動看起來都很精彩，但整節課或整個單元卻感覺缺少了什麼。你可能有這樣的經驗：某一節課的引起動機設計得很有趣，也有很好的提問；實驗和操作活動包含了假設、變因控制、數據紀錄和繪圖等要素。你能清楚地辨識出哪個實驗活動對應了探究過程中的哪個步驟（如提出假說、實驗設計、數據收集等）。然而，整節課程卻給人一種鬆散的感覺，缺少了某種關鍵的連結。 這種情況的根本原因往往是缺乏有效的整合。學生可能完成了所有預設的活動，但並沒有真正利用所得到的數據來解釋科學現象，也沒有將不同活動中獲得的知識串聯起來形成完整的理解。 以主題：影響水分進出細胞的因素為例，老師們通常注重步驟1-4的設計、教學，但常忽略步驟5-7，而使課程顯得不足。如果我們能注重5-7的教學(學習)活動，整個課程就會更完整、更探究! 

探究教學步驟舉例---

 1. 觀察與定題：                                                                                                                 2.假設與預測：                                                                                                                   3. 實驗設計與操作：                                                                                                       4. 數據分析與繪圖：

 5. 解釋與討論：引導學生根據實驗結果來解釋水分進出細胞的現象、                           如:這些實驗結果如何解釋日常生活中的現象（如泡菜的製作）？                          6. 應用與延伸：讓學生思考並討論延伸的問題，                                                             如---動、植物如何利用水分進出細胞的原理來適應環境(如海水魚與淡水魚細         胞內鹽濃度差異)？在食品保存中，如何應用這些原理（如醃制食品、脫水食         品等）？在醫學領域中，這些知識如何應用（如靜脈注射時液體的選擇）？ 

   7. 總結與反思：引導學生反思整個學習過程，並鼓勵學生提出新問題或方向。