跨領域科學閱讀之教學研究 ──以〈To The Stars! The First American Woman to Walk in Space〉為例

資料來源
60-05
文/劉淑雯、游舒媛

 壹、課程設計背景


為了因應科技技術變化萬千的社會、給予生活在未來的孩子們最適切的教育,我國於2019正式實施的108課程綱要(以下簡稱108課綱),將「核心素養」作為課程發展的主軸。

素養,即是將知識活用、實踐於生活中的能力,也就是在適應生活、面對未來挑戰時所應具備的知識、態度及能力。素養導向的課程設計,是以學生為主體,關注的重點在於學科與生活的連結,而學科之間不再是壁壘分明,而是相互結合、融合,也就是所謂的「跨領域課程」。而在跨領域課程中,你會發現其中暗藏著一組密碼「S-T-E-M」──也就是科學(Science)、技術(Technology)、工程學(Engineering)及數學(Mathematics),這四個領域我們在如今的生活中,每天都會接觸到 (劉淑雯,2019)。

在我國國小階段的科學教育,歸屬在「自然與科技領域」,縱然強調探究活動的教學、實作,但卻是以「學科知識」為主軸設計的課程,與學生生命、生活的連結不強,因此產生了知識與實踐的斷層。

在我國體制內學校,學生學習自然科的主要途徑為教科書,也就是自然課本,如此教條式的教材、知識內容較無法激起學生動機與興趣。而主題及故事豐富的繪本,不只小孩喜歡,連大人都愛不釋手 (劉淑雯、洪文徽,2020),且繪本中的情境、角色困境與成長等,則是教師可以帶領學生進行「跨域教學」的最好素材。

以下為研究者以科學家傳記繪本《To The Stars! The First American Woman to Walk in Space》(Van Vleet、Sullivan與Wong,2016)設計之跨領域科學閱讀教學課程,希望藉由此課程讓學生學習科學家之探究性格,進而發現自身的科學家性格,提升對科學探究的興趣。

 貳、教學活動設計理念


因應我國十二年國民基本教育課程綱要之素養、跨領域課程設計的需求,本研究希望以科學家傳記繪本作為科學文本,並依此設計相關探究活動,發展成跨領域科學閱讀課程。於學習表現上分別對應至國語文領域中「閱讀」與自然科技領域之「探究能力──問題解決」,而在議題融入方面則結合了閱讀議題。

本次科學家傳記繪本與教學設計參考並改寫自《Eureka, Again!: K-2 Science Activities and Stories》(Farland-Smith、Thomas,2018),希望藉由科學典範人物經歷、探究歷程以及性格探討,讓學生理解並發現自己的科學家性格;並且,能從繪本發展出的探究活動中,學習到「像科學家一樣思考、進行探究」等問題解決能力。

本單元所選定的科學家傳記家繪本為《To the Stars: The First American Woman to Walk in Space》,內容描述凱西(Kathy)一路從她童年時探究興趣到她成年後探究經歷,帶領著讀者了解凱西探究的心路歷程、體會她對外界源源不絕的好奇與探究動機。而在閱讀文本之後,為了讓學童能更進一步、有機會能親身體驗科學家的探究歷程,研究者根據繪本內容設計了延伸的科學探究活動,讓學生能透過實際經驗、親身探索,而學習到如何「像科學家一樣思考、進行探究」,進而培養學生的科學探究精神與科學思考邏輯。


圖1. 本單元之科學家傳記繪本封面

 參、教學活動設計


此課程根據我國十二年國教課綱素養導向之學習重點設計,課程結構(學習週期)分為三個部分:預測(predict)、觀察(observe)、解釋(explain),為Page參考自《Eureka, Again!: K-2 Science Activities and Stories》(Farland-Smith、Thomas,2018),為Keeley (2014)所提出之predict–explain–observe (P–E–O)策略的改編版本。

一、學習重點

根據十二年國教課綱「國語文領域」及「自然科學領域」之課程綱要擬定學習重點,分述如下表1:

表 1. 本研究之課程學習重點

二、教學架構

本研究教案設計之教學架構如下圖2所示:


圖2. 本研究教案設計架構圖


 肆、教學活動實施流程及特色


一、「預測階段」指導閱讀與溫度預測

(一)學習目標:

1.指導閱讀:師生共讀《To the Stars: The First American Woman to Walk in Space》繪本,引發學生探究興趣。

2.溫度預測:了解物質接觸熱源後會有的溫度變化現象,並進行預測。

(二)課程進行方式

1.請學生兩兩一組使用平板共讀凱西的故事《To the Stars: The First American Woman to Walk in Space》繪本。

2.師對故事內容進行提問,根據教師提問與全班共同的分享結果,請學生完成ORID學習單O(客觀性層次)、R(反映性層次)的部分。
※備註:若能提前完成的同學,則可請學生可以先試著依照學習單上的提示,嘗試完成I (詮釋性層次)的部分。

3.讀完繪本後,告訴學生接下來我們將和主角凱西一樣進行探究活動。在開始探究活動前,請學生小組討論,在學習單中圈出他們認為在相同時間下,於電暖器受熱下後「最熱」的物質、離開電熱器冷卻後「最冷」的物質。
※備註:原先課程設計為在「太陽照射下」一小時、在陰影下冷卻一小時之溫度上升及下降預測,然受實施課程季節限制,將太陽改為電熱器。

(三)學習歷程與活動剪影

1.學生兩人一組共讀繪本,完成ORID學習單O (客觀性層次)與R (反映性層次)部分。


圖3. 學生兩人一組共讀繪本


圖4. 教師以觸控螢幕指導學生習寫ORID學習單


圖5. 其中一位學生完成之學習單(O、R部分)

2.教師說明本次探究活動內容,並請學生先完成「預測」階段之學習單。


圖6. 教師以觸控螢幕指導學生完成學習單之「預測」部分

二、「觀察階段」升溫、冷卻觀察

(一)學習目標

1.能夠與小組成員互助合作,並專心參與探究活動。

2.在探究活動進行中,能仔細觀察並記錄觀察結果。

(二)課程進行方式

1.邀請學生分享他們的預測結果,並告訴學生接下來將針對這三個物質──沙子,土壤和水──進行調查。

2.在開始進行調查活動前,師生共同制定調查時間流程表,並請各組進行工作分配:溫度測量人員、記錄人員、更換測量物質人員、電熱器切換人員等。

3.工作分配確認後,請同學開始分別觀察三項物質,並將觀察記錄詳細記錄於溫度記錄表格上。

(三)學習歷程與活動剪影

1.學生以小組為單位進行探究調查活動


圖7. 各組調查活動活動歷程

2.請小組根據調查結果將溫度記錄於表格內


圖8. 其中一組調查活動時記錄的溫度變化表

三、【解釋階段】物質與比熱

(一)學習目標

1.能夠以小組合作方式進行觀察結果發表,並說明觀察過程的發現。

2.藉由探究活動歸納,能認識並了解「比熱」的概念。

(二)課程進行方式

1.小組觀察結果發表與分享:將小組的觀察結果拍照傳至觸控螢幕上,與全班一起討論各組發表的觀察結果,討論觀察結果是否有異同,並請小組嘗試說明其原因。

2.教師歸納小組觀察結果,並連結至科學概念「比熱」:

(1)歸納小組觀察結果,土壤的升溫和降溫速度都比水快、沙子和土壤的升溫和降溫的速度都比水快。

(2)教師向學生介紹與此次探究活動有關的科學概念「比熱」,並邀請學生分享日常生活中出現有關「比熱」概念的例子。

3.向科學家致敬:

(1)教師帶領學生討論主角凱西(Kathy Sullivan)具有那些科學家性格特徵,並歸納說明為何此單元選擇以「探索者」作為凱西的性格特徵。

(2)請學生根據全班共同討論內容,參考學習單上提示「對凱西來說,為什麼該特質(探索家)很重要?這個特質如何幫助她?」,並完成ORID學習單的I (詮釋性層次)部分。

(3)請學生根據全班共同討論內容,參考學習單上提示「這個特質,在日常生活中重要嗎,為什麼?請舉例說明如何應用在生活中。」完成ORID的D (決定性層次)部分。

4.給學生時間參觀不同組別的研究日誌,並給予學生時間將自己的日誌補充增添得更完整。

(三)學習歷程與活動剪影

1.教師以觸控螢幕示範,請各組同學將上次觀察結果的「溫度變化表格」畫成折線圖,並完成「溫度預測學習單」觀察結果填寫的部分。


圖9. 教師引導並示範如何將表格資料轉換為折線圖



圖10. 學生完成之「觀察結果折線圖」以及「溫度預測學習單」

2.教師以觸控螢幕展示學生觀察解果,歸納並解釋「比熱」概念。


圖11. 教師以學生觀察結果歸納並解釋「比熱」概念

3.教師帶領學生討論主角凱西的「探索者」科學家性格特徵與生活實際運用,並請學生完成其記錄在ORID學習單D (決定性層次)部分。


圖12. 其中一位學生完成之ORID學習單


 伍、學生學習心得


在課程結束後,教師請學生填寫回饋單(如下圖13),以了解學生對此課程的感受,本課程回饋單參考翁淑容(2006)研究設計而成。該班學生人數26人,1人請假,共計收回25份回饋單,以下分述之:


圖13. 其中一位學生之科學閱讀回饋單

一、對課程的喜好程度

在對課程喜好程度的部分,請學生針對本堂課程勾選喜好程度,分數區間為1至5分,5分為喜好程度最高,1分為喜好程度最低。本次實施課程班級勾選之課程喜好程度情形如下圖14:


圖14. 課程喜好程度情形

本次回收之回饋單共25份,課程喜好程度平均分數為3.96分,而從上圖也可看出大部分的學生是喜歡這個課程的。

二、印象最深刻的部分

有關於最喜歡、印象深刻的課程部分,教師請學生勾選在本單元中最喜歡或最深刻的部分,各部份分別為:「繪本、ORID學習單(O&R)」、「預測」、「觀察」、「解釋」、「ORID學習單(I&D)」,最多勾選三項,下圖15為學生勾選情形:


圖15. 學生對於課程印象深刻部分之勾選情形

由上圖可發現學生對於課程中「預測」部分印象最為深刻,接著便是「繪本、ORID學習單(O&R)」部分,再來便是「解釋」與「ORID學習單(I&D)」。

三、學生回饋
研究者整理學生回饋單內容如下表2:

表2.學生回饋整理表


從上表我們可以發現,在課程內容學習的部份,有12位學生寫了有關「學科知識(認知)」的學習內容,例如:「土、水、沙子哪一個冷卻較快?」、「溫度變化」;有9位同學寫到了有關「探究步驟與過程(技能)」方面的學習內容,例如:「學會了如何觀察,還有如何解決問題。」、「除了預測,也要實際觀察。」;而有5位同學則寫到了「情意」方面的學習內容,例如:「要有偉大的夢想」、「我學到要永不放棄,要朝自己的夢想邁進。」等,茲將以上項目整理為下圖16:學生自評課程學習內容分類:


圖16:學生自評課程學習內容分類

而在課程建議項目中,有9位學生覺得課程是「新奇」、「有趣」及「好玩」的,有5位學生覺得課程「很棒」,有1位學生表示ORID學習單較難。此外,也有針對課程內容的建議,希望課程教學中增加「影音」內容的學生有2位,希望課程中增加「實驗」的學生有3位,希望課程能增加互動性(遊戲、平板融入)的學生有1位。


 陸、教師教學觀察與省思


一、教學觀察

在往常的圖書館利用課程中,閱讀課時常是學生在圖書館自由閱讀、借書,而教師考察、檢核學生的成效則以每學期幾篇的閱讀心得來評定。而若當其他課程進度緊迫、學校活動忙碌時,閱讀課也往往最容易被挪作他用,因為「閱讀」是無法依靠量化測驗表現的能力,更無法僅從借書量來判定閱讀能力。因此,每當研究者看著明明有著豐富資源的圖書館,卻無法讓孩子好好利用時,總是感到萬分遺憾。

這次的科學閱讀課程,是由閱讀作為起點,引發孩子科學探究的精神、興趣,並且實際實踐之。以下分別以「閱讀」以及「科學探究」兩部分來討論:
 

(一)閱讀部分

本次選用的科學文本為科學家傳記繪本,希望學生能藉此對科學家以及科學家所從事的工作有更深入的了解,並且能從「了解科學家的科學性格」進一步地「發現自身的科學家性格」。

本單元是研究者實施之第三個科學閱讀課程,每個單元都以一位科學家傳記繪本作為主軸發展課程。在上到本單元時,研究者發現學生對於傳記故事的閱讀越來越熟練,能夠快速的抓到故事的脈絡(起因、經過、結果),並且在科學家性格判斷上也越來越豐富、精準。例如,原先在描述性格時,很多同學都只描述「他很厲害」這般模糊的敘述,並未能說明理由或者舉出故事情節對應。

此外,研究者也發現,學生常常將「成就」與「個人性格」的描述混在一起,將「個人特質」發展到及極致將可能獲得「成就」,反之,未能獲得成果並不代表不具備該特質。到了本單元,研究者發現學生逐漸能夠了解「特質」跟「成就」之間的差異,在描述科學家性格時變得更準確了。


(二)科學探究部分

本次科學閱讀課程架構為「預測」、「觀察」和「解釋」,即為科學探究之步驟。「預測」的部分希望學生從舊經驗出發,嘗試以舊經驗去對所需探究之對象或項目進行結果「預測」;接著以小組為單位進行探究活動,並「觀察」探究的過程並記錄下來;最後分享各組的觀察結果,教師帶領學生進行統整,「解釋」探究過程的發現,並且適時地引入科學名詞、概念的介紹。

然而研究者在進行課程時的觀察發現,學生對於「預測」不太主動。也就是說,當教師提出問題請學生根據經驗推理並進行大膽預測時,學生反而顯得很被動,面無表情、目光渙散,似乎在等待老師直接給出答案,這個現象在進行第一個科學閱讀單元時尤為明顯。研究者推測這可能受到國內長期有「標準答案」的考試形式所影響,因為答案只有對錯之分,從而讓學生可能因為「害怕答錯」而放棄嘗試,或因為想「避免失敗」而對於稍微有挑戰的問題拒而遠之。

此現象讓研究者起初感到有些喪氣,但當進行到第三個單元「凱西」時,學生已經逐漸習慣科學探究的流程,發現除了「結果」,探究的「過程」也很重要。因此,無論是在一開始「預測」階段,或者後來的「觀察」、「解釋」階段,研究者發現學生之「課堂參與度」與「學習興趣」有明顯的提升,並且愈來愈願意提出不同的假設。而在提出自己看法時,學生中開始有愈來愈多人能夠提出證據或以觀察結果進行說明。


二、教學省思

在本課程的每個階段,教師皆會設計對應的學習單讓學生記錄學習過程,最後每位學生將學習單們依序排列整理成該生的「科學日誌」。而在研究者批閱學習單、整理學生回饋單時,研究者也同步進行教學回顧與省思,以下分述之:

(一)閱讀指導部分

1、閱讀部分ORID學習單的功效與目的
原先研究者加入ORID學習單的目的,是希望學生能夠在閱讀完後記錄自己的所得所感,主要是希望學生能夠從中發現「科學家性格」並且與自身性格連結。而在實施後,研究者發現學生花了蠻多時間在「O(事實性層次)」,也就是紀錄的是故事的流程;而實際學生心得的「R(反映性層次)」與「I(詮釋性層次)」紀錄的反而比較少。至於「D(決定性層次)」,學生習寫的狀況與科學探究相關的實踐較少,多半與學校生活、考試相關。
因此,若以本次科學閱讀的課程目的來討論,ORID學習單的功用似乎作用不大。考量研究目的,研究者認為或許可以調整成以與「科學家性格」相關的問題進行提問統整的學習單,這樣帶領學生討論閱讀時,或許更能夠幫助學生聚焦在「科學家性格」與「自身性格」的連結上。

2、有關女科學家故事與性別意識
此單元科學家傳記繪本的主角為女性,由於這是研究者班級進行的第三個單元──每個單元模式相同,都先閱讀完一本科學家傳記繪本後,進行延伸科學探究活動──故學生在閱讀時,起初並沒有覺得因為「性別不同」有什麼差別,就覺得一樣試在閱讀一個科學家的故事。直到閱讀到了某一面(下圖17),他們才忽然意識到「對欸,凱西是女生」。而在研究者收回學生的閱讀紀錄單時,也發現有部分學生記錄到相關的想法,茲將其整理如下圖18:


圖17. 繪本中有關性別意識的頁面


圖18. 學生閱讀紀錄單中關於「性別意識」的部分整理

而後在與學生的討論過程中,研究者詢問學生的讀後心得時,有一位女同學就說:「她覺得凱西旁邊的同學很奇怪,為什麼一定要當護士或老師?」接著全班就針對「是凱西旁邊的同學問的問題很奇怪,還是凱西很奇怪?為什麼呢」稍微進行了討論。
全班大致有一半的同學皆認為,凱西旁邊同學會這樣說的原因,是因為「感覺男生比擅長開飛機、修機器」,所以像凱西這樣會開飛機的女生比較少見。接著,研究者便接著詢問:「很少見就是很奇怪嗎?」然後同學們沉默幾秒陷入思考,接著一開始表示凱西同學很奇怪的女生就大聲回答:「哪裡奇怪?比較少又不是奇怪,可能只是沒看過而已啊!」
於是研究者便順勢往下問,「那為什麼凱西旁邊的同學覺得女生要當老師或護士?」大家思考了一下,便不約而同的回答:「感覺好像是爸爸媽媽(長輩、親戚)或電是什麼的,都說/聽過類似的話,所以才有這種感覺。」
最後研究者從看繪本的心路歷程,和學生討論「為什麼一開始沒有意識到凱西是女生,後來才突然發現的原因」,最後與學生歸納結論:特質跟性別沒有關係,所以一開始才沒特別留意凱西的性別,因為不論性別如何,每個人都可以喜歡、擅長不同的東西。而凱西同學、大家覺得性別應該做特定職業的想法,是後來「因為別人說(聽別人說)」才出現的,所以像是一種經驗的累積,「沒有一定要這樣」。
研究者於教學後省思,覺得這樣的討論是頗具意義的,因為正規課程中並無法有充裕時間進行這般的討論,且「讓學生發現認知矛盾再進行的討論」遠比「直接以性別平等教育角度切入的討論」來的更有價值,並且更能促進思考與降低說教意味。因此,若是這樣的跨領域閱讀課程能繼續發展下去、發展成熟,或許除了科學家特質外,學生還能在閱讀中潛移默化地學習到性別的實質平等。

(二)探究活動學習單的設計

目前的探究活動學習單,設計形式比較接近「紀錄單」,原先研究者是希望學生能藉此紀錄探究活動的歷程與結果。實際實施後,的確學生有依照學習單進行紀錄,但是由於記錄單設計的方式是以表格、勾選等方式記錄,使得學生紀錄的內容基本上相似,無法顯示出不同學生間學習歷程的差異。

因此,研究者覺得可將活動紀錄單的形式做調整,除了記錄探究結果外,應可以加上更多提供學生創意紀錄歷程的部分,讓學生的學習歷程能夠以更多元的方式留下紀錄,並展現不同學生獨特的歷程。

(三)學生回饋單的項目設計

在研究者整理學生回饋單時,發現由於回饋單設計的方式都以「勾選」為主,故即便得到對應的量化數字,卻缺乏了學生對不同活動環節的實質性反映,因此研究者認為可以在設計學生回饋單題目上進行調整,增加開放式作答的提問,讓學生能夠更具體的敘述自己的所得與建議。

此外,在課程心得部分,研究者在思考是否能夠結合平板進行語音輸入,這樣一來在有限的課程時間內,學生能夠表達更多的個人意見,較不會受限於寫字速度、國字不會寫等等因素影響。不過,「融入平板進行心得記錄」本身需要花費一定時間讓學生進行操作練習,而「每生是否能夠分配到一台平板電腦」也是考量的因素之一,故還需要綜合評估實施的可行性。

(四)課程規畫的流程與時間安排

本課程為科學閱讀課程,預定以每週一堂40分鐘的「閱讀課」進行課程實施。然在進行探究活動時,有時候需要一次性較長時間進行活動,不適合分段、分周進行,在目前現有的課程規劃下,研究者就必須與導師「調課」,好讓需要連貫的課程內容不至於被分開。

然,若此課程做為全校性的閱讀課程實施,若常需要「調課」以配合課程需求,是否反而會讓實施難度提升?又或者,學校的「閱讀課」在課程安排上,能夠有機會以校本課程的方式一次安排兩堂課,好讓需要連貫的活動得以順利進行?目前研究者只在一個班級進行科學閱讀課程的嘗試,希望若是此科學閱讀課程能夠推行至全學年,或許可以融入校本課程進行整學年的規劃,好讓課程進行上時間能更充裕,同時也能使學生學習的歷程更豐富。


 捌、結語


在變化快速的現代社會中,擁有單一的知識是不夠的,為了面對當下生活以及未來的挑戰,我們需要跨領域、跨學科的生活知識,並且擁有能將這些知識實踐、運用在生活的能力,而這也就是十二年國教所謂的「素養」。

而為了能終生學習,「閱讀」絕對是不可或缺的一部份。在目前小學教育現場的閱讀課程,大多都是以學生自由閱讀或一學期一兩次的講座型課程為主,且大抵是與國語文領域結合,因此研究者希望能嘗試進行與其他領域結合之跨領域閱讀課程,好讓學生的閱讀學習能夠更豐富。

在本次的科學閱讀課程中,研究者發現透過這樣的課程,能提升學生的學習興趣及動機,並且藉由進行繪本延伸的探究活動,讓學生實際體會知識與生活的連結。而透過閱讀科學家繪本,也讓學生更理解科學家及其性格,從而逐漸發現自身的科學家性格,於是乎能更主動地留意生活周遭事物,保持好奇與提問的精神,自發性地進行探究活動。而這也是本研究的主要目標與期望,希望能在這樣的跨領域科學閱讀課程中去啟發學童,培養學生的科學家思維與探究精神,最終能成為一位位小小科學家。


 參考資料
Van Vleet, C.、Sullivan, K.、Wong, N.(2016)。To the Stars!: The First American Woman to Walk in Space。Charlesbridge。

Farland-Smith, D.、Thomas, J.(2018)。Eureka, Again!: K-2 Science Activities and Stories。National Science Teachers Association。

翁淑容(2006)。生命教育課程融入英語繪本教學對國小高年級學童自我概念、生命價值觀與生活態度影響之研究。國立高雄師範大學教育學系,高雄市。

劉淑雯(2019)。趣讀科普,昇華閱讀,活化STEM腦。科學研習月刊,58(01)。臺北:科教館。

劉淑雯(2020),可可冰之跨域教學研究,科學研習月刊,58(02)。臺北:科教館。



劉淑雯
臺北市立大學師資培育及職涯發展中心教授
游舒媛