108課綱新型態課程-「探究與實作」之規劃與執行經驗分享


文/趙君傑

 前言

時代正以驚人的速度變化!過去需要辛苦記憶的知識,現在只要上網搜尋,就可以得到更大量、更完整的訊息。在未來「知識」隨手可得的情況下,學者們普遍認為,未來決定勝負的關鍵將在於自己是否擁有「溝通」、「合作」、「創意」以及「批判性思考」的能力。而「探究與實作」這門課,就提供了一個機會,讓學生能夠學習並培養這些能力!
在本文中,主要從「學校行政的支援」、「教師角色的變化」以及「實際運作的設計」三個面向,分享本校探究與實作課程的規劃與實施經驗,作為其他友校的參考,設計出符合自己學校特色的探究與實作課程。

 學校行政的支援

就筆者印象所及,早在2014學年起,行政端即開始邀請具實務經驗的學者、他校教師等,對校內老師舉辦包括「論證」、「建模」等專題講座。於此同時,也鼓勵校內教師積極參與各項增能研習活動(見圖1)。


圖1. 2018年6月25日於本校辦理之「探究與實作工作坊」(圖中主講者為師大附中洪逸文主任)         

為了加速課程設計,建中在2017學年成立了自然科探究與實作的共備社群。其目的除了將探究與實作的精神及相關發展訊息帶回至各學科,更建立起學科之間的橫向交流管道。由於探究與實作不但強調學科間的整合,其主題也須至少符合自然科學領域七項跨科概念其中一項。考量學科屬性後,採以化學科與生物科共同合作(簡稱化生組)、物理科與地球科學科共同合作(簡稱物地組)的方式,並在2018學年正式由各小科推派教材編輯委員進入社群運作,開始近ㄧ年的跨科教材設計。
社群運作期間,透過多次規模不一的會議來凝聚共識,也讓跨科教材逐漸成形。為了能在2019學年順利上路,我們也在2018學年的暑假期間,辦理校內工作坊(見圖2),讓撰寫教材的老師們進行教學演示,並藉此說明課程設計理念,以利彼此能掌握其精隨。


圖2. 2019年7月20日辦理之「校內探究與實作工作坊」(圖中主講者為本校化學科廖家荣老師)         

從課程開發到今年正式實施,過程中有兩件事亟需行政端的支持與協助,分別為「經費挹注」以及「硬體環境的調配」。儘管在教材設計之初,就盡量以實驗室現有器材能夠支援的方向進行思考與規劃,但在探究過程中,學生往往需要多次的試探以驗證想法,無形中耗材消耗量就比過去傳統實驗為高。另外,雖預知高一學生的實驗技巧不甚純熟,故將課程前2~3週的時間,規劃為實驗技能訓練,但能力的提升非一蹴可及,加上實作頻率甚高,也造成器材損耗量較過去明顯增加。
於此,行政端給予極大的幫助,不但在課程醞釀之初,就到處找尋經費、滿足師長們提出的需求外,建中也申請2019學年度的教育部高優計畫,替該學年度自然科探究與實作的耗材支出找到解決的方法。
另一個需要行政端協助的就是「硬體環境的調配」。舉例來說,建中化學實驗室雖有三間,但建中為大型學校,全校總人數超過3,000人,班級數超過80班。除了部定實驗課程正常操作,另外還包括校內能力競賽、校隊選手培訓、數理資優班與科學班專題研究、多元選修。此外,建中2019年還承辦了臺北市能力競賽,若再加上「微課程」以及「探究與實作」,實驗室的使用與規劃上將是一大問題。
本校高一扣除特殊班後,共有24個班級會執行「探究與實作」課程,其中物地組與化生組分別於上、下學期對開。換句話說,上學期有12個班會執行化生主題的探究課程,另外12個班則是進行物地主題的探究課程。由於建中這門課採用協同教學,考量跨科合作時,彼此之間的默契建立不易,所以先將老師們進行兩兩配對,例如一位物理老師固定搭配一位地科老師,共同教授同一個班級。在排課上,教務處更盡力避開同一時段中,有多個班級同時進行「探究與實作」課程,以減少可能出現的實驗室排擠效應。

 教師角色的變化

對老師們來說,如何有系統地將知識歸納整理並進行傳授,會隨著經驗的增加也越發得心應手、游刃有餘。但如之前所述,當知識的取得越來越容易以後,老師們的角色也得開始變化。 到底老師個人需要具備什麼能力,來面對探究與實作的挑戰呢?在教育部於2018年11月公布自然科學領域課程綱要中,關於探究與實作的部分文字內容摘錄如下:

   自然科學探究與實作的學習重點分為「探究學習內容」和「實作學習內容」兩部分。
「探究學習內容」著重於科學探究歷程,可歸納為四個主要項目:發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享……。
「實作學習內容」為可實際進行操作的科學活動,例如:觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與作結論等。


由以上可知,在執行這堂課時,須注意以下兩點:

   第一點:老師們要能設計並執行「讓學生學習如何探究」的課程
第二點:老師們的角色要由「講授主導」,轉變成「引導探索」


從2018學年開始,學科中心、臺北市學科平台以及各單位辦理之探究與實作相關工作坊,可說是不勝枚舉,分享的課程示例也都各有特色。但,既然「探究與實作」強調學生能力的培養,那麼課程的設計當然就會「因地」、「因時」、「因生」而異。換句話說,老師們可以放心大膽地設計並執行適合自己學校學生特質的課程。別忘了,領綱只是要我們引領學生走一趟科學家們曾走過的路,讓學生體驗自然科學的有趣之處。
另外筆者認為,「探究與實作」這門課強調能力的培養,但同時間並沒有捨棄建立學科知識的重要性。因為探究過程中需要知識作為基礎,同時也可以建構出更深厚的知識,進而執行更深入的探究活動。

實際運作的設計

由於筆者為化學教師,對化生組的運作較為熟悉,故主要以該組課程運作進行介紹。在2018學年編寫教材時,扣除前三週的基礎技能訓練後,化生組教師共設計出包含「物質的分析(定性與定量)」、「物質間作用力的探討」、「呼吸作用的探討」以及「過氧化氫分解速率之探討」等四項跨科課程主題(如圖3)。


圖3. 化生組原訂之課程執行順序         

但課程在2019學年第1學期正式執行後,隨即發現高一學生除了實作技能有待加強以外,老師們也注意到一件重要的事,就是這批學生其實在第三(小五、小六)與第四學習階段(國中)的學習模式,仍為舊課綱設計理念,所以在探究過程的引導上,花費的時間也較預期為長。因此該學期執行時,僅採用「過氧化氫分解速率之探討」這個主題,並在不同時間點反覆進行探究四步驟的練習。
化生組該學期的教學進度規劃如圖4。依教學目的及課程屬性可分為四個階段,其中第一階段主要透過「水的密度測量」、「溶液密度與濃度間的關係」等主題之設計與引導,學生不但需學會液體體積與質量的量測,也會練習溶液配製及濃度計算。同時也開始學習如何完整的記錄實驗結果並完成報告撰寫。在報告中也需對數據和圖表進行分析,並提出自己的論述,而這也是「論證與建模」的培養訓練。換言之,第一階段除了實作技能建立外,也替後來的探究歷程奠定基礎。


圖4. 建中2019學年度第1學期化生組探究與實作教學進度表        

第二階段的執行模式為「認知師徒制」。在限定探討主題的前提下,由老師引導學生進行實驗步驟的設計、資料蒐集與數據分析,並於第二階段結束時進行成果發表。此階段目的在培養學生「規劃研究」、「論證建模」以及「表達與分享」的能力。


圖5. 第二階段老師在旁扮演引導的角色(圖中教師為建中生物科童禕珊老師)        

第三階段則是讓學生進行獨立研究。考量實驗藥品的供應、操作的安全性以及成果產出的可行性後,決定將主題限制為「過氧化氫分解速率之相關研究」。在此限制下,讓學生對自己感興趣的問題進行半開放式的研究。在本階段結束時,須進行研究成果的發表,而該研究報告的產出,即可作為該學期之具有「差異化」的學習歷程檔案,以利未來大學端能夠看出不同學生間的特質差異。另外,為了落實學生能夠自主獨立研究,我們也與彈性學習課程相互結合,開放特定時段,供學生在自主學習時間申請進入實驗室,進行研究工作。


圖6. 進行獨立研究時,學生針對該小組主題所自行準備的物品        

「探究與實作」一個重要目的在於能力培養,而能力的建立與否不易用紙筆測驗評量出來,故經授課教師討論後,決定不將「探究與實作」納入段考期程,而是在學習過程中進行多元評量。例如化生組除了各式學習單以及採評量尺(rubrics)評量外,也於期末進行實作評量,即為圖4中之第四階段。其操作的模式是由授課教師們設計出10道實作考題,每組學生在測驗前兩週抽籤決定考題為何。在實作考試前,組員們可在這兩週的時間內討論,並思考到底該如何解決問題,於測驗當天進行驗收操作。
建中為全國少數在高一就實施「探究與實作」的學校,因此滾動式修正就顯得非常重要。老師們除了透過Line群、Google classroom等進行意見交換及資料共享外,更多次召開會議、進行討論。例如化生組教師即於每週三中午,固定進行共備,除了提供授課經驗供彼此參考外,也隨時針對課程執行上所遭遇的問題進行修正。


圖7. 每週三中午化生組老師的共備會議        

另外,老師們也在意學生在這堂課學到了多少?所以化學組在學期中(第二階段結束)曾對學生進行問卷調查。在詢問「這門課程是否能讓自己更了解科學研究的歷程」時,0~5分的評分標準中,給分超過3分以上的學生比例超過九成;若將題目改為「是否能幫助你對科學研究更有興趣」,也有八成的學生給分為3分以上。甚至有學生回饋說:「上了探究與實作後,才發現自己原來什麼都不懂!」



圖8. 學期中的問卷調查摘錄        


 結語

2019年執行後發現,由於學習角度的轉換,學生不再是單純的聽講與操作,而需要更多的時間思考、討論以及嘗試。在彙整本校授課教師們的意見後,筆者建議「探究與實作」課程要鬆一點、器材要簡單一點、耗材要少一點、場地需求要低一點。善用「減法」的概念,「探究與實作」才有可能走的長久。
另外,老師的角色須由「主導」轉變成「引導」。設計出一套適合自己學校學生特質、程度的教材,給學生多一點思考、探索的空間與時間,我們有機會引起一部分學生的學習興趣,進而把這些學生從手機電玩的世界中拉回來。
最後,謹以此文記錄並感謝建中所有在「探究與實作」的發展上,付出心力的每一位行政同仁、自然科教師、實驗室管理員以及其他未能一一列舉的夥伴。並以筆者最喜歡的照片(圖9)與大家共享,期盼學生專注的神情,能夠出現在每一位老師的課堂中!


圖9. 學生正專注思考發生了什麼問題        

趙君傑
臺北市立建國中學化學科教師暨自然科探究與實作召集人