自然科研習(xí)講義

自然科研習(xí)講義王美芬臺(tái)北市立師範(fàn)學(xué)院自然科學(xué)教育系自然科探究教學(xué)教育領(lǐng)域中有各家知識(shí)論點(diǎn)，對於教學(xué)策略有所影響。例如經(jīng)驗(yàn)主義者強(qiáng)調(diào)五官直接獲得經(jīng)驗(yàn)，知識(shí)的獲得可由感覺印象重複練習(xí)而獲得。行為學(xué)派的學(xué)習(xí)心理學(xué)應(yīng)用此論點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)刺激—反應(yīng)的聯(lián)結(jié)特性，教材上強(qiáng)調(diào)事實(shí)的知識(shí)、技術(shù)性和記性的教材，教法上強(qiáng)調(diào)反覆練習(xí)和記憶，不重視實(shí)驗(yàn)。實(shí)證主義者強(qiáng)調(diào)觀察、實(shí)驗(yàn)、測量、驗(yàn)證、歸納等方法為主要獲得知識(shí)的方法，因此在科學(xué)教學(xué)上，就會(huì)安排食譜式的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，或教師示範(fàn)性的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生獲得科學(xué)知識(shí)。理性主義者認(rèn)為由經(jīng)驗(yàn)為起始，以實(shí)證為基礎(chǔ)，再經(jīng)由心智的「理性」來詮釋，而形成新知識(shí)，是用一種演繹法建立新概念。當(dāng)今科學(xué)教育界以人本建構(gòu)為觀點(diǎn)來看待科學(xué)本質(zhì)，認(rèn)為人類是意義（meaning）的製造者，教育的目標(biāo)是去建構(gòu)分享意義，此目標(biāo)可以經(jīng)由師生互動(dòng)、同儕合作、共同學(xué)習(xí)來完成。所以建構(gòu)主義教學(xué)強(qiáng)調(diào)有意義的學(xué)習(xí)要比反覆練習(xí)重要，理解勝於覺察。建構(gòu)論的教師要注意學(xué)生的腦子內(nèi)有什麼、它如何跑到學(xué)生的腦子以及如何跑出來，因此教師要多聽學(xué)生說出「什麼」、「理由」、「如何」，因?yàn)槊恳粋€(gè)學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)不同，每一個(gè)人建構(gòu)的知識(shí)不同。建構(gòu)主義教學(xué)不是一種固定的教學(xué)方法，是一種認(rèn)知論、一種學(xué)習(xí)理論之下所產(chǎn)生的教學(xué)理念和策略。綜合多位科學(xué)教育者之意見及筆者之觀點(diǎn)，建構(gòu)式教學(xué)策略可歸納如下：教師運(yùn)用矛盾現(xiàn)象引起動(dòng)機(jī)；教學(xué)流程設(shè)計(jì)中，應(yīng)找出所有的迷思概念。鼓勵(lì)學(xué)生說出自己的想法，尊重其科學(xué)迷思概念。從迷思概念出發(fā)，進(jìn)行概念改變的教學(xué)。給學(xué)生嘗試錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)，以便進(jìn)行同化和調(diào)適，而成為他自己的知識(shí)；學(xué)習(xí)者所建構(gòu)的觀點(diǎn)不一，學(xué)習(xí)成果互異。教師多問什麼、為什麼、何時(shí)、怎樣、如果等的問題。鼓勵(lì)學(xué)生自己提問題、提假設(shè)、答案，對於一個(gè)問題能提出多種解決之道。鼓勵(lì)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)概念與概念之間的關(guān)連或可比喻的情況，並把概念模式轉(zhuǎn)換成具體實(shí)物模式。應(yīng)用合作學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生和學(xué)生（小組討論）、學(xué)生和老師之間的互動(dòng)。教師所擔(dān)任的是佈題者和學(xué)習(xí)者中介者的角色；教師由權(quán)威者的角色轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助者、引導(dǎo)者。進(jìn)行多元評(píng)量而非只實(shí)施紙筆測驗(yàn)。自然科的知識(shí)可分類，其性質(zhì)、來源不同，學(xué)習(xí)者就應(yīng)有不同的學(xué)習(xí)途徑，才能獲得最佳的學(xué)習(xí)效果。建構(gòu)主義教學(xué)並非是唯一適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。若是宣告性的事實(shí)（facts）的科學(xué)知識(shí)，則必須用傳統(tǒng)的知識(shí)論為基礎(chǔ)去學(xué)習(xí)，亦即五官觀察、體驗(yàn)、證明、記憶、重複練習(xí)。因此，行為學(xué)派的教學(xué)策略則不能全然棄置不用﹔若為程序性的、觀念關(guān)係的知識(shí)，則應(yīng)進(jìn)行認(rèn)知建構(gòu)的教學(xué)策略。建構(gòu)主義教學(xué)強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)概念的學(xué)習(xí)。惟自然科的教學(xué)不只讓學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念而已，自然與科技的學(xué)習(xí)還包括了科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、思考知能、設(shè)計(jì)創(chuàng)造等科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)習(xí)。因此本文以「探究教學(xué)」相對於「講述教學(xué)」，而不以「建構(gòu)教學(xué)」相對於「講述教學(xué)」的分類。吾人常將建構(gòu)教學(xué)獨(dú)立於探究教學(xué)之外，這是一種迷思；它應(yīng)包含於探究教學(xué)之中。茲比較此三者之異同如下表。講述教學(xué)與探究教學(xué)之比較探究學(xué)習(xí)的程度愈多-講述教學(xué)食譜式實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)建構(gòu)教學(xué)1.問題呈現(xiàn)已存在課本中已存在課本中教師提問。學(xué)生提問迷思概念出發(fā)2.資料收集來源教師講述、轉(zhuǎn)移知識(shí)操作後教師引導(dǎo)學(xué)生收集學(xué)生多元來源收集3.問題解決步驟教師講述課本中陳述的步驟閱讀課本中陳述的步驟老師引導(dǎo)提出假設(shè)，控制變因。學(xué)生自己提出假設(shè)、決定控制的變因。4.資料解釋教師講述課本中陳述的現(xiàn)成結(jié)論操作後獲得知識(shí)根據(jù)上述２、３項(xiàng)及操作實(shí)驗(yàn)結(jié)果解答問題。學(xué)生自已依據(jù)上述各步驟所做之結(jié)果用各種不同方式呈現(xiàn)，如圖、文、表、推理等去傳達(dá)。5.發(fā)表傳達(dá)學(xué)生複述課本的結(jié)果6.學(xué)習(xí)者接受模式閱讀課本或聽講耳到被動(dòng)觀察操作hands-onhands-on和minds-on觀察hands-on和minds-on主動(dòng)觀察操作7.學(xué)習(xí)者規(guī)模個(gè)人個(gè)人或小組合作小組合作社會(huì)建構(gòu)8.學(xué)習(xí)結(jié)果被動(dòng)接受權(quán)威者之教材知識(shí)獲得獲得科學(xué)概念、科學(xué)過程技、科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)概念、獲得科學(xué)過程技能、科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)。9.教學(xué)者角色權(quán)威者；演員主角說明者引導(dǎo)者、導(dǎo)演、評(píng)鑑者引導(dǎo)者、輔助者、激思者、觀察者、評(píng)鑑者10.評(píng)量紙筆測驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)答案除紙筆測驗(yàn)外，另加總結(jié)性之實(shí)作評(píng)量除紙筆測驗(yàn)外，形成性多元評(píng)量除標(biāo)準(zhǔn)答案外，允許合理的另類答案；形成性多元評(píng)量總之，探究教學(xué)讓學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)科學(xué)概念並發(fā)現(xiàn)科學(xué)之外，還有許多屬於「能力」之科學(xué)素養(yǎng)學(xué)習(xí)。當(dāng)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)建構(gòu)學(xué)習(xí)的過程中，除可獲得知識(shí)之外，還有各種能力的學(xué)習(xí)，這正是符合「九年一貫自然與生活科技」領(lǐng)域能力指標(biāo)的特色。因此自然與科技的教學(xué)，應(yīng)使用多元教學(xué)策略，使學(xué)生有科學(xué)概念及科學(xué)能力之學(xué)習(xí)，而不侷限於建構(gòu)教學(xué)而已。國小自然科教學(xué)應(yīng)培養(yǎng)兒童什麼能力？任何科目之教學(xué)都應(yīng)該有三方面的目標(biāo)，亦即認(rèn)知的、技能的、情意的，這是眾所週知的。在自然科的教學(xué)目標(biāo)，近二十幾年來，則以「科學(xué)概念」、「科學(xué)方法」和「科學(xué)態(tài)度」三個(gè)向度來訂定。本文暫不討論在科學(xué)概念、科學(xué)知識(shí)等學(xué)科內(nèi)容內(nèi)著墨，而只談在技能、方法或十大能力方面。首先是觀察能力的培養(yǎng)。培養(yǎng)兒童細(xì)心的、敏銳的、正確的、週全的觀察能力，是所有科學(xué)活動(dòng)的起步。沒有觀察，無法再進(jìn)一步的進(jìn)行科學(xué)活動(dòng)，所以眼、手、耳、鼻、口的五官觀察要隨時(shí)應(yīng)用於任何科學(xué)活動(dòng)之中。聾子可以產(chǎn)生音樂家，但沒有瞎子的科學(xué)家，所以應(yīng)用五官觀察的能力，在自然科教學(xué)中不可或缺。正確操作器材能力的培養(yǎng)必須在「做中學(xué)」完成。為了達(dá)到此目標(biāo)，自然科的教學(xué)不能只「唸課本」、只「聽老師講授」來學(xué)自然，因此，以學(xué)生活動(dòng)為中心的hands-on學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)兒童操作各科實(shí)驗(yàn)器材、工具、簡單儀器，當(dāng)然，這也包括栽種、養(yǎng)殖的操作；進(jìn)而能應(yīng)用於日常生活中，不至於被譏為「讀書人只動(dòng)口、不會(huì)動(dòng)手」的人。此外，思考能力的培養(yǎng)是極重要的。思考能力包括了推理、分析、綜合、演譯、歸納、創(chuàng)造、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，這些動(dòng)腦的能力有別於前兩項(xiàng)的動(dòng)手（操作型）能力。兒童學(xué)科學(xué)不但要hands-on，還要minds-on。所謂推理是讓兒童在觀察一種現(xiàn)象後，提出可能的原因。例如見地面有一灘水，推理可能是地下水管漏水，可能是…。有此能力之人，容易找到事件發(fā)生正確的原因，則可增強(qiáng)或避免再發(fā)生。分析是化整為零、抽絲剝繭地把宏觀事物分解成重要的、少量的項(xiàng)目，以利短時(shí)間內(nèi)吸收、了解。綜合是將零星的、少量的微觀事物，統(tǒng)合起來成為一個(gè)宏觀的事項(xiàng)。演譯、歸納也是思考能力的重要部分。舉一反三是演譯，提綱挈領(lǐng)是歸納。當(dāng)然這些都是在「動(dòng)腦思考」的層次。因此，在國小階段，常讓兒童想一想、說一說，都是傳達(dá)其思考結(jié)果的途徑。因此老師上自然課時(shí)，不要一味的自己從頭說到尾，應(yīng)儘量讓兒童思考、發(fā)表。較為綜合性的能力包括了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、創(chuàng)造、解決問題的能力。有了上述這些技能的、思考的能力基礎(chǔ)之後，便能培養(yǎng)兒童這種綜合性的能力。事實(shí)上，綜合性能力的培養(yǎng)方法，是給學(xué)生一些特定情境或條件，讓學(xué)生去發(fā)展不同的、更多的情境或狀況。給他們一些「問題」，所謂問題是需要解決的狀況，這個(gè)問題沒有解決之前，這種狀況會(huì)持續(xù)存在，無法再有進(jìn)一步更好的狀況出現(xiàn)。我們要強(qiáng)調(diào)的是，教師應(yīng)儘量給學(xué)生機(jī)會(huì)去實(shí)踐設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)造、解決問題的機(jī)會(huì)，有了實(shí)踐的機(jī)會(huì)，自然而然培養(yǎng)了這些能力。目前知識(shí)爆炸、資訊發(fā)達(dá)，學(xué)校不可能教給學(xué)生所有的知識(shí)，不應(yīng)該以提供孩子「吃魚」的方式來教學(xué)，而是要教孩子們「釣魚」。釣魚的方式之一就是「收集資料」。收集資料的方式包括圖書館中平面媒體的查閱、現(xiàn)場野外的調(diào)查、訪問、多媒體的應(yīng)用、電腦網(wǎng)路上資源的搜尋等技能，是身為現(xiàn)代國民所不能缺少的釣魚方法。應(yīng)用在教學(xué)上，教師應(yīng)先教學(xué)生如何進(jìn)行這些方法，然後再提供「機(jī)會(huì)」讓學(xué)生去操作、去實(shí)習(xí)、再分享或評(píng)鑑其成果。這種能力在最新的課程綱要中是很重要的一項(xiàng)。在自然科技中，教師應(yīng)配合課程內(nèi)容，呈現(xiàn)各種能力之培養(yǎng)，在教學(xué)策略上，多給學(xué)生機(jī)會(huì)去獲得這些能力，以培養(yǎng)一個(gè)與社會(huì)及自然和諧共存的個(gè)人。研習(xí)實(shí)作綱要一、怎樣畫概念圖（鼓勵(lì)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)概念與概念之間的關(guān)連，建構(gòu)概念、了解學(xué)生的科學(xué)概念）1.把圖故事畫成概念圖（2）畫概念圖的步驟(a)概念圖的畫法選擇一段文章給學(xué)生，讓學(xué)生閱讀並選出可以幫助了解這段文章的關(guān)鍵字。將學(xué)生所選的關(guān)鍵字依最重要的、包含最廣的順序依次排列。請學(xué)生選出適當(dāng)?shù)倪B接詞、形成命題。請學(xué)生作概念間的橫向聯(lián)結(jié)，並且使用適當(dāng)?shù)倪B接詞形成意義。建議學(xué)生將自己的概念圖再做幾次，可以幫助自己釐清一些概念。二、創(chuàng)造性思考教學(xué)＊?jiǎng)?chuàng)造性思考的特性1.獨(dú)創(chuàng)性思考：（以新奇獨(dú)特的方式思考）：非尋常的反應(yīng)、提出聰明的主意、產(chǎn)生不同凡響的結(jié)果2.精密性思考：能修飾觀念、擴(kuò)展簡單的主意或反應(yīng)進(jìn)趨完美、引申事物或看法3.開放性思考：對問題做周全的考慮、能廣納意見、具開放的傾向4.流暢性思考：想起最多的、量的擴(kuò)充、思路的流利、反應(yīng)數(shù)目的多寡5.變通性思考：提出各種不同的意見：移轉(zhuǎn)類別的能力：富有迂迴變化的思路＊?jiǎng)?chuàng)造思考的實(shí)作請將瓶內(nèi)鴨子完整的移出來。創(chuàng)意圖片解說。請用連續(xù)的四條直線通過9點(diǎn)；一條線經(jīng)過9個(gè)點(diǎn)?！瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛瘛裼脭?shù)字造句；如54088我是你爸爸。請用右圖畫出無數(shù)個(gè)圖。三、設(shè)計(jì)與製作實(shí)作*製作浮沉子：密度與浮力用什麼物品做浮沉子b.怎樣讓浮沉子剛好浮在水面用什麼方法讓不同浮沉子在不同時(shí)候下沉*用電路板通路設(shè)計(jì)玩具或教具a.六個(gè)接頭的電路連接b.設(shè)計(jì)題目：答對燈就亮錯(cuò)不亮四、自然科的角色扮演與遊戲教學(xué)1.纖維素和澱粉（同分異構(gòu)物）：由一排學(xué)生手拉手，手向下表示纖維素分子；手向上表示澱粉分子?？v波和橫波：由一排學(xué)生排成一排，縱波時(shí)依序由半蹲到蹲來表現(xiàn)縱波。在地板上每人站直排出S型隊(duì)伍就是橫波。3.空氣的體積可以擠壓：數(shù)人一組拉手圍成一團(tuán)，每個(gè)小朋友都是面向圓心的手牽著手，而且不能任意放手，然後圍成一個(gè)最大的圓圈。其餘的人喊「壓！」，向圓心走一小步。第二次「壓！」，再向圓心走一小步，使圓圈持續(xù)縮小。直到使圍成圓圈的小朋友彼此間沒有空隙。5.串連和並連。電池並連，燈泡依亮度用站的；移去一個(gè)電池，燈泡較暗用彎腰；只剩一個(gè)電池，燈泡更暗用蹲的6.磁鐵的吸力：一位小朋友出來當(dāng)大磁鐵及常見的物品，並貼上寫著大磁鐵、原子筆、塑膠袋、迴紋針的貼紙。「我是大磁鐵要來找朋友」，大磁鐵依序去找那些生活常見物品，可相吸的就，最後再由老師和其他小朋友檢查大磁鐵有沒有都找對好朋友?；蛴脛?dòng)作表示不同物品：磁鐵；鐵製品；非鐵製品。7找北極星。.。8水的三態(tài)。9模仿鏡子裡的影子。10光、竿和影子。11.請?jiān)O(shè)計(jì)暖氣團(tuán)和冷暖鋒、滯留鋒五、假設(shè)與驗(yàn)證a.、觀察已見到的現(xiàn)象b.、假設(shè)（解釋、想法、推理）現(xiàn)象的發(fā)生（肯定句）。c.、設(shè)計(jì)控制變因，注意不變的變因d.、實(shí)驗(yàn)結(jié)果符