1、透過科學探究進行透過科學探究進行科學學習科學學習蘇詠梅蘇詠梅香港教育學院科學系香港教育學院科學系研究設計研究設計l科學探究技能研究中建議的資料搜集方法(Harlen,2000):實地觀察學生的行實地觀察學生的行為為分析學生的書面報告分析學生的書面報告研究設計研究設計l第五屆常識百搭第五屆常識百搭 科學專題設計比賽科學專題設計比賽(2002)(2002)分析二十四份書面報告分析二十四份書面報告檢視學生展示的檢視學生展示的 探究技巧及科學理解探究技巧及科學理解研究工具研究工具一系列工業界一系列工業界僱主所要求、僱主所要求、且與科學教育且與科學教育有密切關係的有密切關係的技能技能 (Duggan(D
2、uggan&Gott&Gott,2000),2000)科學探究指科學探究指標一覽表標一覽表 (Inquiry(Inquiry Science Science Indicators Indicators checklist)checklist)(Pearce,1999)(Pearce,1999)研究工具研究工具l意念意念l學生如何產生所探究的意念？l學生有否提出可測試的問題或合理的假設？l學生從何處取得與探究有關的資料？l設計設計l學生有否設計公平的測試來解答提出的問題？l學生有否展示對相關變數的理解及對照項目的運用？l闡釋闡釋l學生有否以有系統及合乎邏輯的方法收集數據？l學生能否明白數據的意義
3、，並把觀察結果轉化為有用的數據？l學生以圖表及統計學方式展示數據時，所用的方式是否合適？l學生是否懂分析數據，從而得出結論？研究工具研究工具l評估評估l學生有否重覆探究其他事物，或改進他們的探究方式？l學生有否根據取得的數據，再提出新的問題？l理解及應用理解及應用l學生有否建立對科學的新理解？l學生能否應用從日常生活中取得的知識？l反思反思l學生有否反思數據的意義，並思考探究過程及其產物所帶來的新發現？從觀察取得意念陳述探究目的閱讀參考資料設計及計劃探究過程分析及評估研究結果研究結果學生透過以下探究過程，建構他們對科學的理解：透過觀察取得意念透過觀察取得意念日常生活體驗 電視廣告參考資料新聞時
4、事曾經學習的知識從日常生活體驗而來的意念從日常生活體驗而來的意念 我看見人人都彎下腰我看見人人都彎下腰看信箱是否有信。看信箱是否有信。(實用眼實用眼 )我熟睡時總會我熟睡時總會把被子踢走。把被子踢走。(滾軸溜被滾軸溜被 )我記得我手上的魚腥我記得我手上的魚腥味十分強烈，用濃縮的味十分強烈，用濃縮的洗潔劑也洗不去。洗潔劑也洗不去。(跟魚腥說再見跟魚腥說再見 )在冬天，在冬天，我感到皮膚很乾。我感到皮膚很乾。(同爆拆講拜拜同爆拆講拜拜!)!)從日常生活體驗而來的意念從日常生活體驗而來的意念 我看到很多人容易忘記我看到很多人容易忘記把鑰匙從匙孔中抽出。把鑰匙從匙孔中抽出。(門匙提醒器門匙提醒器)我發
5、現小蟲使電我發現小蟲使電燈看來很髒。燈看來很髒。(SPEC Buster)(SPEC Buster)看到有人在桌上用過看到有人在桌上用過橡皮擦後留下的膠碎，橡皮擦後留下的膠碎，我覺得很討厭。我覺得很討厭。(微型吸紙屑機微型吸紙屑機 )看到吸盤沒有被釘住也不會看到吸盤沒有被釘住也不會掉到地上，我感到很驚奇。掉到地上，我感到很驚奇。(吸盤吸附的真理吸盤吸附的真理 )從曾經學習的知識而來的意念從曾經學習的知識而來的意念我們學過磁鐵互相吸我們學過磁鐵互相吸引和排斥的現象。引和排斥的現象。(磁力足球機磁力足球機 )(我們要運用以前學過我們要運用以前學過有關熱的傳導的知識。有關熱的傳導的知識。SUN力力U
6、N-UN車車)我們知道不同斜坡上物我們知道不同斜坡上物體的移動情況。體的移動情況。(SUN力力UN-UN車車)從曾經學習的知識而來的意念從曾經學習的知識而來的意念我們學過運用太陽能的好處我們學過運用太陽能的好處和有關磁效應的知識。和有關磁效應的知識。(太陽太陽能電動窗簾能電動窗簾 )我們參考在六年級時學過有我們參考在六年級時學過有關完整電路和槓桿系統的知關完整電路和槓桿系統的知識。識。(太陽能輪船太陽能輪船 )我們學過有關氣球推我們學過有關氣球推動的知識。動的知識。(水力火箭水力火箭)從新聞時事而來的意念從新聞時事而來的意念新聞報導一位特技人在駕車飛越萬里長城前，要在路上鋪上鹽。(冰加鹽的魔力
7、)俄羅斯的潛水艇意俄羅斯的潛水艇意外使我思考拯救設備外使我思考拯救設備不足的問題。不足的問題。(潛水艇潛水艇)從閱讀參考資料而來的意念從閱讀參考資料而來的意念 從互聯網和圖書中知道現在從互聯網和圖書中知道現在我們利用煤發電，但這會帶我們利用煤發電，但這會帶來嚴重的污染，人們亦開始來嚴重的污染，人們亦開始討論太陽能工具的優點。討論太陽能工具的優點。(SUN(SUN力力UN-UNUN-UN車車 )從對廣告的質疑而來的意念從對廣告的質疑而來的意念某廣告誇大某牌子的衛生紙比其他牌子的質素更好。某廣告誇大某牌子的衛生紙比其他牌子的質素更好。(紙巾睇真紙巾睇真D)D)透過觀察取得意念透過觀察取得意念從嗜好
8、及娛樂而來的經驗也扮演一定的角色。(Asoko&de Boo,2001)有研究指出，學生的原設計有時會過於複雜，使他們難以把意念實踐。教師應在此階段中多加支援，提升學生利用日常生活所得的經驗作探究的能力。陳述目的陳述目的學生未能理解探究目的與探究設計的關係（Lunetta，1998)。學生在探究的準備階段時，通常需要更多協助，以發展他們提出正確問題的能力 （Hollins Whitby，1998)。提出適當的問題是非常重要的，因這有助發展學生的思考能力，幫助他們集中探究的焦點，尋找答案。學生在探究目的陳述表現得較好，卻未有系統地構想問題及預測。陳述目的陳述目的陳述目的提出問題作出假設31173
9、陳述目的陳述目的書面報告很少提出一連串的問題引導探究：1.吸盤用甚麼能量吸住牆壁？為何我們只在廚房及浴室中使用吸盤？它們可否用在其他地方？大部分吸盤也是圓型，為何沒有方形或六角形的吸盤？吸盤的形狀會否影響它的效用？2.可否把桌上的橡皮膠碎吸起，保持書本、桌子及地上的整潔？是否有一種細小的可攜式吸塵機可以不發出聲響，有效吸掉橡皮膠碎？陳述目的陳述目的3.哪些因素影響日本麵的吸水能力？哪些因素影響日本麵的吸水能力？其他食物會否有同樣問題？其他食物會否有同樣問題？有否方法防止這個問題的出現？有否方法防止這個問題的出現？4.為何人們把鹽撒在鋪滿雪的路上？為何人們把鹽撒在鋪滿雪的路上？在特技人柯受良把車
10、加速再飛越長在特技人柯受良把車加速再飛越長城前，為何要在鋪滿雪的路上撒上城前，為何要在鋪滿雪的路上撒上鹽？鹽？閱讀參考資料閱讀參考資料在探究的過程中，學生搜尋及在探究的過程中，學生搜尋及閱讀與探究主題有關的資料閱讀與探究主題有關的資料大部分是從網頁、兒童科學叢書大部分是從網頁、兒童科學叢書、課本、雜誌、商品等而來的二手資料、課本、雜誌、商品等而來的二手資料學生也有向身邊不同的人物學生也有向身邊不同的人物如家長或學校中的技術人員如家長或學校中的技術人員發問，取得所需資料發問，取得所需資料參考資料來源參考資料來源網頁書籍課本家長學校中的技術人員雜誌商業產品參考資料來源參考資料來源l我們從兒童科學叢
11、書我們從兒童科學叢書 (十萬個為什麼十萬個為什麼)及香港天文台網站上找到有關皮膚乾燥的資及香港天文台網站上找到有關皮膚乾燥的資料。料。l我們從圖書館中找到一些書，書上說魚類身我們從圖書館中找到一些書，書上說魚類身上的蛋白質及脂肪在接觸空氣後，可能會氧化，上的蛋白質及脂肪在接觸空氣後，可能會氧化，產生產生tri-metylamine及魚腥味。及魚腥味。l我們從網站我們從網站 (小校園網小校園網)及課本上找到有關及課本上找到有關完整電路及槓桿系統的資料，可用以製作一個完整電路及槓桿系統的資料，可用以製作一個郵箱。郵箱。參考資料來源參考資料來源l要製作一個吸起橡皮膠碎的設備，我們從網要製作一個吸起橡
12、皮膠碎的設備，我們從網站站 (香港教育城網站及商業網站香港教育城網站及商業網站)上找到一些上找到一些有關吸塵機功能的資料及家用電器的使用指有關吸塵機功能的資料及家用電器的使用指引。引。l我們參考了課本上有關滑輪的資料，並向老我們參考了課本上有關滑輪的資料，並向老師及校工請教製造有特別功能的毛毯的方法。師及校工請教製造有特別功能的毛毯的方法。參考資料來源參考資料來源l我們參考了我們參考了LAGO ROBOLAB的資料，找出的資料，找出如何設計一個能提示人們從匙孔取出鑰匙的門如何設計一個能提示人們從匙孔取出鑰匙的門匙系統。匙系統。l我們從網站及圖書館中找不到所需的資料，於是看了一篇刊登在選擇月刊的
13、研究報告，不過它只討論了研究結果，並沒有提到測試的過程及方法。參考資料來源參考資料來源半數報告中沒有提供資料出處及參考資料的來源物件的進化過程是由現存物件的缺點引發（Petroski，1992)不單要認識到存在的缺點及作改善還要就原創者或原有意念表示谢忱需要教導學生察覺抄襲及知識版權重要性對資料提供者表示謝忱等問題設計及計劃設計及計劃一種探究模式多於一種探究模式教師應致力引發學生採取不同的探究模式不同的科學探究方法不同的科學探究方法公平測試公平測試設計與製作設計與製作探索探索找出規律找出規律鑑別與分類鑑別與分類(Watson et al.,2000)確認變量及利用控制項目確認變量及利用控制項目
14、 改變一個因素，改變一個因素，其他因素不變其他因素不變學生對變數的學生對變數的理解及對運用理解及對運用控制變項的認識控制變項的認識確認變量及利用控制項目確認變量及利用控制項目 l例如：l用相同份量的水、相同重量(或數量)及種類的物料來做測試。l在進行測試時也懂得把其他因素(如時間、測試次數、收集數據的方法、記錄數據的人、量度器具及外在環境因素)維持不變。l把項目維持不變，來取得可靠的探究結果。利用不同物料作比較利用不同物料作比較 l學生在進行探究時運用了多種物料及從不同地點/來源取得樣本。l在找出最理想的保溫物料時，用作測試的物料包括聚苯乙烯、樹葉、羊毛、絲及木l測試不同種類的潤滑乳液，以找出
15、最好的潤滑劑l測試不同的混合物(水、水及味精、水及糖、水及鹽及80 的暖水)，以找出它們對麵條的作用l測試來自超級市場、報紙檔及便利店六款不同品牌的衛生紙l測試九款不同的溶劑及物料(檸檬、茶、鹽、中式酒、牙膏、洗米的水、洗菜的水、洗潔清及水)，找出那一種去除魚腥味最有效l測試不同的物料(例如糖、生粉及雞精)，以找出那一種能最快把冰溶解l利用不同形狀的吸盤，測試它們吸住牆壁的時間從不同地點取得樣本從不同地點取得樣本 l從學校的不同樓層中取得空氣樣本，以測試空氣污染程度 在不同情景中進行測試在不同情景中進行測試 l在不同的室內及室外環境中在不同的室內及室外環境中測試太陽能車的功能測試太陽能車的功能
16、l讓十位同學分別使用特製的讓十位同學分別使用特製的蛋糕刀，以測試其效能蛋糕刀，以測試其效能運用儀器及用具運用儀器及用具電子儀器試紙自製儀器收集空氣樣本電子學習套 ROBOLAB凝凍槍收集數據收集數據l運用簡單的科學儀器收集以下數據：l溫度的改變l重量的改變l蒸發的速度l灰塵的數量l紙巾在顯微鏡及紫外光燈下的質樣l紙巾的吸水量l用五官觀察l氣味的改變l觀察冰的溶化l觀察試紙上的改變數據的展示數據的展示相片相片-過程及成果過程及成果文字文字表格表格數據的展示數據的展示繪圖繪圖圖表圖表分析數據及作結綸分析數據及作結綸l作出合理的結綸及建議l有些物料保溫能力較高l在空氣中有些肉眼看不見的污染物l很難除
17、去手上的魚腥味l鹽能加速冰的溶化l報紙上的廣告不應盡信l可接受的科學解釋l空氣和水l太陽能l力l磁力l完整電路科學探究對學生能力的特別要求科學探究對學生能力的特別要求利用圖表利用圖表表達數據表達數據使用儀器使用儀器收集及處理數據收集及處理數據設計對照測試設計對照測試設計及計劃設計及計劃l學生可能遇上的困難包括：l量度的技巧l使用工具及資料的技巧l整理資料及數據的能力分析及評估分析及評估l大部分探究都有進行重覆測試，以取得更可靠的數據注意因果關係把吸盆剪成不同形狀時疏忽了吸盆半徑的改變改用一些可測試的用品豬皮不能替代人體皮膚作感覺測試解決遇到的問題用不同的試紙來測試空氣的質素改變放置紙張的角度來
18、阻隔太陽光的照射改善設計的吸引力採用一個斜度更高的斜面分析及評估分析及評估l本研究結果與其他研究本研究結果與其他研究(Goldsworthy et al.,1998)(Goldsworthy et al.,1998)所得相似，學生也所得相似，學生也能夠：能夠：找出原設計的一些問題找出原設計的一些問題提出新的問題及假設提出新的問題及假設尋找及閱讀一些新的參考資料尋找及閱讀一些新的參考資料把探究的設計及計劃修正把探究的設計及計劃修正改善探究的方法改善探究的方法根據所得數據作簡單的總結根據所得數據作簡單的總結提出適當的、合乎科學的解釋提出適當的、合乎科學的解釋應用所學的科學知識應用所學的科學知識建構
19、對科學的理解建構對科學的理解l在資料搜集和數據分析過程中，學生能夠：在資料搜集和數據分析過程中，學生能夠：l探究過程是非線性的，這與其他研究（探究過程是非線性的，這與其他研究（LunettaLunetta,1998,1998）相符相符建構對科學的理解建構對科學的理解透過觀察取得意念閱讀參考資料設計及計劃調查方法對照變數搜集數據及思考數據意義描述數據分析及評估符合科學的解釋日常生活中的應用陳述目的提出問題提出假設提出新問題修正調查方法修正設計及計劃搜尋及閱讀新的參考資料提出新的問題及假設結論結論l教師很多時會以為科學探究只是發展學生科學知識的技巧及過程(Watson&Wood-Robinson,
20、1998)l只是單做科學或作科學實驗，未必能夠幫助學童建立對科學概念的理解(Asoko&de Boo,2001)l不過，本研究中的學生對科學的探究步驟及學習科學概念兩方面都同樣重視結論結論l影響探究多元化的三項因素(Watson,Goldsworthy&Wood-Robinson,2000)：l課程的敘述及闡釋方式l評估、教導及報告成績的要求l教師是否懂得以不同方式教學l本港學生所作的探究甚具創意，且內容多元化l整個科學課程，特別是科學探究所面對的最大挑戰，應列於有關的課題中作考慮(Feasey,1998)結論結論l科學探究的另一目的，是要幫助學生了解從觀察所得的數據及科學理論之間的關係(Driver,et al.,1996)，這種關係在本研究中並不常見l原因是十至十二歲的兒童的認知能力並未成熟，未能建構數據及理論間的聯繫l較為實際及有實效的方法，是向學生介紹一些科學概念，目的在於引領他們了解並適當地運用這些概念，鼓勵他們作觀察性的探究結論結論l讓學生小心進行幾個真實的探究，會比給他們進行大量而表面化的活動，更有學習上的意義(Lunetta,1998)l在計劃課題教學時，教師應考慮在教學過程中設計特定的延展探究及全人探究的活動
