素養導向探究實作課程之實踐與教學策略


文/謝甫宜

 前言

探究實作課程發展可從網路上的科普活動、與實作相關的科普文章、歷屆科展作品、實驗記錄本、甚至於會考試題等媒材中汲取,作為教學設計之參考。如圖1與圖2所示,筆者在「物質三態與三態變化」單元中,採用零下196℃的低溫液氮在常溫下「沸騰」並「汽化」為氮氣,除了迅速「凝結」空氣中水蒸氣產生大量的白煙,也讓牛奶快速「凝固」。此外,裝置液氮的「杜瓦瓶」之設計亦可用以說明隔絕熱的「傳導」與「對流」,提供「熱與溫度」單元的延伸教學成效,不僅能提升學生科學學習動機,也能配合教科書進行教學,以增進學生科學概念的理解與實作能力。


圖1.「氮捲冰淇淋」探究實作活動         


圖2.液氮瀑布探究實作活動         

剛實施的108新課綱所強調的「素養導向」與「探究實作課程」,理化科教師仍然要面臨國中教育會考壓力下,如何兼顧教學進度、學生學習動機與考試成績來發展並進行探究實作活動呢?此外,教師如何從眾多的科普實驗中,選擇或發展適切的探究實作活動來促進學生理解教科書陳述的核心概念,或是進一步增進學生的探究能力與科學素養呢?
綜合上述,本文除了分享筆者多年發展並實踐探究實作課程之經驗,分析目前國中理化科教學現場推動探究實作活動所面臨的困境之外,也提供探究實作活動的教學示例提供在職教師與學校行政單位之參考,期盼教育現場的教學夥伴們能正視此一教改浪潮而實踐探究實作課程以嘉惠任教班級。

國中施行探究實作課程之困境與教學策略

面對已經施行的108新課綱自然領域探究實作課程之教改變革,許多國中不論行政單位或第一線教學現場的理化教師同感焦慮,因為各出版社所編撰的教科書提供行之有年的「食譜式實驗」,乃配合教科書中欲提供學生透過實驗操作來學習核心概念所設計。而這些實驗紀錄本中的實驗活動,除了具有明確教學目標、設備組提供一應俱全的教材與測量儀器、統一的實驗步驟之外,甚至於連實驗數據與結論都有統一的參考解答。但是,多數由學校教師團隊或個人所發展與設計的探究實作課程,獨立於教科書的核心概念之外,通常難有可遵循的教學目標、制式的實驗步驟、實驗數據、以及可參考的標準答案或圖表,甚且如何針對探究實作課程予以評量呢?
有些學校將彈性課程分配給全校理化老師,有些學校則是委由少數理化教師擔任發展與實施彈性課程。根據個人發展探究實作課程與施教經驗與心得,不論由全校教師共同發展或委由少數教師擔綱探究實作課程,各有以下優點與缺點,彙整如表1所示。


表1.少數教師與全校教師進行探究實作課程之優缺點比較表         

綜合表1「由少數教師或全校教師承擔探究實作課程發展與施作之優缺點」,進一步詳述如下:

1.少數教師願意承擔全校探究實作課程設計與施作時,有以下優缺點:
願意承擔全校探究實作課程設計與施作之少數教師,通常施行探究教學動機較高、教材教具之管理運用較有效、教學進度與教學品質較易統一,乃至於命題與學習評量也具有較高的效率。但是,因為只有少數教師投入探究實作課程與教學,也易造成這些少數教師因同一套課程反覆教學而產生倦怠感、備課和準備教材以及命題的壓力也較為沉重,更且全校多數教師仍缺乏探究實作之課程發展、教學與命題等能力。

2.全校教師共同承擔探究實作課程設計與施作時,則有以下優缺點:
全校教師一起投入探究實作課程設計與施作,可敦促每一位教師探究教學之施行、藉由共同備課與命題集思廣益研製教材教具、全面提升全校探究教學品質等優點。但是,因為也可能起因於對於探究教學不熟悉或不願投入,使得少數教師探究教學動機薄弱、教學進度與教學品質難統一或良窳不齊、教材教具也不易有效管理應用、以及共同命題與審題窒礙難行等問題。


但是,在職的全體理化教師面對108新課綱探究實作課程,由全校教師共同承擔與發展探究實作課程以及施作乃勢在必行!委由少數理化教師承擔探究實作課程的發展與實施也僅是緩兵之計,筆者期盼全校理化教師們都能正視此一教改浪潮,全心投入課程發展與施作以嘉惠各班學子。


 如何迅速發展與設計探究實作課程

根據筆者發展探究實作課程與教學經驗,較簡便又有效發展與設計探究實作課程的方法,即「重新建構或組織實驗紀錄本所提供的食譜式實驗為本位,來發展探究實作課程」,明確的方法如下所示。

   1.第一階段,採用教科書所附的實驗紀錄本食譜式實驗,確實帶著學生操作與討論。
此初步的教學目標即提供學生具備基本的實驗操作能力、理解控制變因、探索操縱變因對於應變變因之因果關係或規律性、以及學習較完整又縝密的實驗設計。

2.第二階段,改變其中某些可能影響實驗結果的變因,或可由學生自行決定操縱變因,並仿照「食譜式實驗」提供學生自行設計實驗,再根據新的實驗結果,引導學生進行論證與歸納。
此階段就是「開放變因」或新的科學問題情境,提供學生試著尋找新的變因、控制變因、精熟實驗設計、進一步探索新的操縱變因對於應變變因的影響。

3.最後階段,教師可延伸至日常生活情境引導學生進行科學解釋、提供學生比對教科書中的核心概念、澄清迷思概念、啟發學生從舊有的問題延伸學習解決新的科學問題。


以筆者發展「凸透鏡成像與光的三原色」之核心概念本位的探究實作課程為例。教科書提供的實驗紀錄本僅提供制式的凸透鏡與蠟燭或發光二極體(LED) 燈,教學目標侷限於提供學生「凸透鏡的焦距」、「判斷物距與像距的關係」、「成像性質」之實驗。筆者進一步提供紅光、藍光與綠光之三色手指燈,調整三色光距離凸透鏡的位置「試著會聚成白光」,學生分組實作情形如圖3與圖4所示。


圖3.凸透鏡成像性質        


圖4.光的三原色與凸透鏡會聚成白光        

因著紅光、藍光與綠光之三色手指燈的照度不同進行調整,以及教師從旁引導下,學生運用原先實驗記錄本所學習的「凸透鏡的焦距」與會聚光線的基本概念,得以進一步學習「白光可由光的三原色所會聚而成」,並且得知紅光與綠光可會聚成黃色光、紅光與藍光可會聚成洋紅色光、藍光與綠光則會聚成青光,不僅驗證教科書上的核心概念,也進一步獲得加深加廣的探究實作能力。
上述的探究實作教學目標,即是先建構在食譜式實驗「制式的操縱變因、實驗步驟與實驗結果」為基礎,進一步探索較為開放的其他操縱變因對於應變變因的影響。透過師生對話、根據實驗數據進行科學解釋、甚至精緻化公式、建立科學模型、以及學生之間的討論和歸納結論。

 三、探究教學、學生學習與成就評量三向度應緊密結合

筆者任教於100多班的大型且以升學為導向的國中,學生人數高達3000多位,透過每班每週一節的彈性課程已試行探究實作課程邁向第三年。本校教務處邀集理化教師們集思廣益共同發展與設計並確實施行,經「滾動式反覆修正探究實作課程」已臻成熟,希冀能兼顧理化科教學與探究實作課程提供國中自然科教師參考。至於如何將探究教學、學生學習與成就評量三向度緊密結合呢?個人建議如下:

1.配合各單元所教導的重要核心概念,藉由教學示範可供探究實作之教材教具、或者從歷屆科展、網路科學影片等媒材來取得,除了提升學生科學學習動機,也能啟迪學生發想與實作能力。例如「熱與溫度單元」可提供液晶溫度計、拋棄式與可重複使用之暖暖包、伽利略溫度計、變溫變色戒指、打火石等教材教具說明生活應用,能增進學生科學學習之廣度或深度。

2.可試著從教育會考或歷屆段考試題中,蒐集或研發教材教法再進行探究實作活動,以增進學生概念理解與解題能力。

筆者以105年度教育會考「題組」第49~50題「口香糖鋁箔紙通電取火」作為範例說明,從教育會考試題發展與設計探究實作課程,如下所示。
 






 

 結語

固然新課綱探究實作課程要準備較多元化的探究實作教材、甚至發展成完整兼具評量的探究實作課程,不論備課、備材、撰寫新課程與發展多元評量,對於課務繁重的理化教師、甚至還有許多教師還兼導師班或行政職之負擔無疑更加沉重。但是,維持學生科學學習動機與提升學生的科學素養,乃至於創作和發明以及國家科技發展,都有賴於教師科學教學上的創新與引導。期盼教師們皆正視此一教改浪潮並藉由探究實作課程發展與施行,或可改變台灣長期以升學導向之沉疴,不再純粹以成績良窳為選才的唯一基準,逐漸培養更多學子能以科學或科技為志業,而延續台灣科技島之慧命。

謝甫宜
高雄市陽明國中自然領域理化教師