運(yùn)用5E進(jìn)行行動(dòng)研究的密度研究

以5E探究教學(xué)模式促進(jìn)國(guó)中學(xué)生「密度」概念學(xué)習(xí)之行動(dòng)研究田中國(guó)中教師黃俊偉

摘要本研究的主旨是透過5E探究教學(xué)模式，促進(jìn)國(guó)二學(xué)生在「密度概念」的學(xué)習(xí)與探究能力的培養(yǎng)。本研究的主要發(fā)現(xiàn)是，經(jīng)由5E探究教學(xué)，個(gè)案學(xué)生在認(rèn)知、情意以及技能三個(gè)面向都有明顯且正向的改變。在探究情境中，學(xué)生能夠真正了解密度的意義，而非僅是質(zhì)量與體積的比例，而藉由真實(shí)的科學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生能真正體會(huì)「作中學(xué)」的樂趣，進(jìn)而發(fā)生有意義的學(xué)習(xí)。此外，探究活動(dòng)能學(xué)得觀察、測(cè)量、預(yù)測(cè)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、推理與傳達(dá)等科學(xué)技能，對(duì)于學(xué)生的概念建構(gòu)與理解是相當(dāng)重要的基礎(chǔ)，其能幫助學(xué)生在認(rèn)知上進(jìn)一步深化與廣化，并維持學(xué)生在科學(xué)活動(dòng)中高度而持久的興趣。而進(jìn)行5E探究教學(xué)，亦是幫助科學(xué)教師自我專業(yè)成長(zhǎng)的良好模式。關(guān)鍵詞：5E探究教學(xué)；密度概念研究背景現(xiàn)今國(guó)中自然教科書多將『密度』這一單元安排在二年級(jí)一開始的課程中，然而對(duì)許多國(guó)中生而言，這是一個(gè)困難的單元。一方面是它牽涉到比例概念(Gennaro,1996)的問題。另一方面則是，學(xué)生將本身的迷思概念帶到課堂，造成對(duì)密度概念學(xué)習(xí)的嚴(yán)重干擾（郭重吉,1989；Hewson,1986）。另一方面，密度也是一個(gè)重要的單元，對(duì)往后的學(xué)習(xí)影響層面頗大，如比例概念的建立、對(duì)流概念的闡述、浮力原理的解釋等，密度都是重要的先備知識(shí)(priorknowledge)。密度的觀念牽涉到物體的兩個(gè)性質(zhì)－－質(zhì)量和體積，但其義涵并不僅僅是這兩者的比例關(guān)系。在教學(xué)實(shí)務(wù)上，教師常會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于密度的了解，大多僅于密度的計(jì)算，而無(wú)法將其義函真正帶入生活的思考中。而5E探究式教學(xué)即是透過實(shí)作的探究活動(dòng)，讓學(xué)生真正能將科學(xué)概念與經(jīng)驗(yàn)作正確而深入的連結(jié)。將5E探究教學(xué)應(yīng)用在密度概念的教學(xué)上，究竟能對(duì)學(xué)生的密度概念學(xué)習(xí)產(chǎn)生何種影響？有何幫助？研究者以密度單元，運(yùn)用5E探究教學(xué)做了此一行動(dòng)研究。文獻(xiàn)探討學(xué)生在密度的主要迷思概念：喻鴻鈞，周進(jìn)洋（2001）經(jīng)開放性前測(cè)工具、晤談和開放性后測(cè)工具和再晤談，了解學(xué)生的主要迷思概念有以重量代替密度、以質(zhì)量代替密度、以形狀代替密度和沒有建立質(zhì)量/體積的比例概念等四類：以重量代替密度：學(xué)生認(rèn)為，重量大的物體會(huì)沉，重量輕的物體會(huì)浮。將重量替代密度，造成了學(xué)生對(duì)沉浮的誤判。以質(zhì)量代替密度：學(xué)生認(rèn)為質(zhì)量相等的兩種物體，沉浮的狀況就會(huì)相同，形成以質(zhì)量代替密度的迷思概念。以形狀代替密度:學(xué)生認(rèn)為細(xì)長(zhǎng)狀或者扁平狀的物體就會(huì)浮，像竹竿、浮板會(huì)浮。沒有建立質(zhì)量/體積的比例概念：學(xué)生認(rèn)為增加同一物質(zhì)的質(zhì)量(或體積)，則該物質(zhì)的密度增加；反之，減少同一物質(zhì)的質(zhì)量(或體積)，密度則會(huì)減少。缺乏質(zhì)量/體積的比例概念，形成學(xué)生對(duì)密度的誤判。這結(jié)果和王龍錫（1991）、Biddulph&Osborne（1984）的研究，歸納出兒童主要是以物體的「重量」、「大小」和「外觀」做為判別浮沈之考慮類似。學(xué)生在密度的迷思概念主要來源：喻鴻鈞，周進(jìn)洋（2001）亦指出學(xué)生密度迷思概念的主要來源包念日常生活經(jīng)驗(yàn)、日常生活用語(yǔ)、質(zhì)樸的比例觀念和錯(cuò)誤的模擬等四項(xiàng)。說明如下：日常生活經(jīng)驗(yàn)：石頭、鐵塊很重，在水中會(huì)沉；保利龍、塑料袋很輕，在水中會(huì)浮。造成學(xué)生認(rèn)為重的物體會(huì)沉，輕的物體會(huì)浮的迷思概念。日常生活用語(yǔ)：「沉重」、「輕浮」和「輕飄」等中文語(yǔ)詞，所造成學(xué)生誤用「輕」、「重」做為沉、浮判斷的依據(jù)。質(zhì)樸的比例觀念：學(xué)生認(rèn)為同一物體：如果質(zhì)量增加，（或體積增加）密度也跟著增加；質(zhì)量減少，（或體積減少）密度也跟著減少。這種質(zhì)樸的線性比例關(guān)系，造成迷思概念。錯(cuò)誤的模擬：學(xué)生會(huì)抓住物體間某些特質(zhì)(如質(zhì)量)相同，依此模擬物體彼此浮沉的情形也會(huì)相同。錯(cuò)誤的模擬，造成迷思概念。這結(jié)果和Head(1986)指出迷思概念主要來自于日常的經(jīng)驗(yàn)和生活中的觀察、模擬錯(cuò)誤產(chǎn)生混淆及Treagust(2000)指出，迷思概主要來自于個(gè)體的語(yǔ)言經(jīng)驗(yàn)，結(jié)果相似。而Driver(1993,引自張容君,2001)指出，當(dāng)學(xué)生在解釋變化時(shí)，他們的推理傾向于遵循單一的線性關(guān)系。正可解釋學(xué)生質(zhì)樸的比例觀念建構(gòu)主義的理論建構(gòu)主義自Piaget之后，逐漸興起，對(duì)科教的影響亦隨之深遠(yuǎn)，其理論基礎(chǔ)已臻完整。陳均伊、張惠博和張文華（2003）指出，建構(gòu)論者認(rèn)為學(xué)習(xí)是依據(jù)學(xué)習(xí)者自己的經(jīng)驗(yàn)主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的過程，所以，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，會(huì)運(yùn)用自己原有的經(jīng)驗(yàn)加以詮釋，依其經(jīng)驗(yàn)賦予意義，且用既存的基模去統(tǒng)整、意義化、概念化新的訊息。Wheatley（1991）曾提及學(xué)習(xí)不是在發(fā)現(xiàn)真理，而是學(xué)習(xí)者從經(jīng)驗(yàn)中建構(gòu)出可行的解釋。Driver與Bell（1986）認(rèn)為建構(gòu)論者強(qiáng)調(diào)的是動(dòng)態(tài)和連續(xù)的學(xué)習(xí)過程，學(xué)習(xí)者是基于先前的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，從環(huán)境中獲得信息，并主動(dòng)建構(gòu)其個(gè)人的解釋和意義（Piaget,1969）。郭重吉（1997）指出，為因應(yīng)廿一世紀(jì)種種新情況，傳統(tǒng)的教學(xué)方式必須重新調(diào)適：由教師中心轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生中心，學(xué)生由被動(dòng)的吸收轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極的主動(dòng)建構(gòu)，從個(gè)別的研讀到團(tuán)隊(duì)的合作學(xué)習(xí)，教材的內(nèi)容，也應(yīng)從固定到彈性、由單一學(xué)科轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗫平y(tǒng)整且與日常生活相連結(jié)。李口永吟（1998）認(rèn)為建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)個(gè)人直觀的想法和主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)的能力，教師應(yīng)該設(shè)法營(yíng)造一個(gè)能鼓勵(lì)學(xué)生自由探索與表達(dá)的情境。由此可知，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)了解學(xué)生的起點(diǎn)行為，以其先前知識(shí)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)符合學(xué)生需求的活動(dòng)，并經(jīng)由與生活情境相關(guān)的問題，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，以提高其學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而讓學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)。在教學(xué)的過程中，提供學(xué)生發(fā)表想法的機(jī)會(huì)，給予正向的鼓勵(lì)與支持，若學(xué)生的想法與科學(xué)概念不符，教師則適切的給予引導(dǎo)以協(xié)助學(xué)生學(xué)習(xí)。5E探究教學(xué)模式Trowbridge與Bybee（1990）提出以探究為基礎(chǔ)的5E教學(xué)模式，包括：參與（engagement）、探索（exploration）、解釋（explanation）、精致化（elaboration）與評(píng)量（evaluation）等五個(gè)階段，各階段的內(nèi)容如下：(一)參與（engagement）：教學(xué)活動(dòng)能引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生愿意主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)，并能將學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)與課程內(nèi)容相連結(jié)，經(jīng)由提問、定義問題與呈現(xiàn)矛盾的結(jié)果等方式，引出探討主題的方向。(二)探索（exploration）：學(xué)生參與活動(dòng)后，須有足夠的時(shí)間進(jìn)行探索，經(jīng)由動(dòng)手操作，建構(gòu)共同的、具體的經(jīng)驗(yàn)。教師以學(xué)生的共同經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，給予充分的時(shí)間與機(jī)會(huì)，協(xié)助學(xué)生進(jìn)行探索，并從中學(xué)習(xí)科學(xué)概念與過程技能。(三)解釋（explanation）：解釋意指能確實(shí)理解科學(xué)知識(shí)與過程技能，在此階段，先請(qǐng)學(xué)生提出解釋，教師再以學(xué)生的想法為基礎(chǔ)，并運(yùn)用口頭、影片或教學(xué)媒體等方式，簡(jiǎn)單、明確的介紹科學(xué)概念或技能，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入下一個(gè)階段的活動(dòng)，這是有別于直接講述的教學(xué)方式。(四)精致（elaboration）：以Vygotsky的理論為基礎(chǔ)，重視學(xué)生之間的互動(dòng)，營(yíng)造能促使學(xué)生討論以及互相合作的學(xué)習(xí)環(huán)境，分享想法并給予回饋，以建構(gòu)個(gè)人的理解。此外，此階段亦重視學(xué)生是否能將其所形成的解釋，應(yīng)用于新的情境或問題中，本階段在強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)與過程技能的一般化，俾發(fā)展更深、更廣的理解。(五)評(píng)量（evaluation）：在學(xué)生進(jìn)行探索與提出解釋后，給予回饋是很重要的，因此，教師在每個(gè)階段的活動(dòng)中，皆可進(jìn)行形成性評(píng)量。以實(shí)務(wù)層面而言，教師須對(duì)學(xué)生的理解進(jìn)行評(píng)量，并提供學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識(shí)與過程技能的機(jī)會(huì)，甚至，經(jīng)由學(xué)生自我評(píng)量，了解自己的學(xué)習(xí)情況。NRC（2000）指出Trowbridge與Bybee的5E教學(xué)模式，有助于學(xué)生學(xué)習(xí)搜尋證據(jù)、操作與解釋等科學(xué)探究技能。因此，本研究采用5E教學(xué)模式，希冀營(yíng)造以探究為基礎(chǔ)的教學(xué)模塊，俾培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)探究、解決問題與獨(dú)立思考等能力，并能將科學(xué)知能運(yùn)用于日常生活中。有意義的學(xué)習(xí)Ausubel（1968）認(rèn)為學(xué)習(xí)是個(gè)體將新訊息納入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的歷程，所以，當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候，其原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)會(huì)不斷地運(yùn)作，以整合新的訊息，使新訊息能夠融入認(rèn)知架構(gòu)中，而成為更有系統(tǒng)的組織架構(gòu)。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，能自行覺察到新訊息的內(nèi)容與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)間的關(guān)聯(lián)，將新的知識(shí)加以組織，使所要學(xué)習(xí)的知識(shí)與原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)產(chǎn)生連結(jié)，且能夠透過自己的語(yǔ)言來表達(dá)，稱為「有意義的學(xué)習(xí)」。為了要達(dá)成有意義的學(xué)習(xí)，Ausubel（1968）提出三項(xiàng)條件：知識(shí)要有意義：由于有意義的學(xué)習(xí)是將新訊息與原有的認(rèn)知架構(gòu)作連結(jié)，所以，對(duì)于所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，其本身必須是具有意義的，且能符合學(xué)生邏輯思考的特質(zhì)，形成一個(gè)完整的、有組織的系統(tǒng)，而非只是許多概念、命題的任意堆砌，如此，才能提供學(xué)習(xí)者做有意義的連結(jié)。學(xué)習(xí)者應(yīng)具備相關(guān)的先前知識(shí)：Ausubel認(rèn)為影響學(xué)習(xí)最主要的因素是學(xué)習(xí)者的先前知識(shí)。亦即，學(xué)習(xí)者須具備相關(guān)的先前知識(shí)，才能將新的訊息與合適的概念相連結(jié)。主動(dòng)學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)者必須是主動(dòng)自發(fā)地將新訊息與原有的認(rèn)知架構(gòu)做有意義的連結(jié)，而非只是用任意的或局限于名詞上的表面意義。所以，學(xué)習(xí)是由學(xué)生主動(dòng)探索知識(shí)，發(fā)現(xiàn)新知識(shí)與其生活經(jīng)驗(yàn)間的關(guān)系，將新知識(shí)加以組織、整理，并和既存的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中合適的概念或命題相聯(lián)結(jié)，俾統(tǒng)整出一個(gè)更完整的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，這才是真正的有意義的學(xué)習(xí)。Dewey（1916）提及在學(xué)生的眼中，社會(huì)是整體性的，其日常生活經(jīng)驗(yàn)與環(huán)境是不可分割的。學(xué)生的學(xué)習(xí)須重視知識(shí)的完整性，如果把學(xué)習(xí)活動(dòng)分為各個(gè)不同的學(xué)科范疇，勢(shì)必較難符合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)。Brown,Collins和Duguid（1989）指出知識(shí)是在情境中建構(gòu)而成的，難以與社會(huì)脈絡(luò)分離，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)應(yīng)在真實(shí)的情境中進(jìn)行。邱貴發(fā)（1996）亦認(rèn)為知識(shí)蘊(yùn)涵于情境當(dāng)中，學(xué)生在情境中，會(huì)以其日常生活的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)。日常生活與實(shí)作經(jīng)驗(yàn)的重要性日常生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)概念之間是交互作用的，Howe（1996）指出，這兩者之間的發(fā)展所呈現(xiàn)出來的，就像是在學(xué)習(xí)外語(yǔ)時(shí)，外語(yǔ)和母語(yǔ)之間的交互作用一樣，學(xué)習(xí)者須從對(duì)母語(yǔ)的認(rèn)知模擬、遷移到外語(yǔ)的學(xué)習(xí)，母語(yǔ)在學(xué)習(xí)外語(yǔ)的過程中，扮演中介的角色。同樣的，當(dāng)我們?cè)趯W(xué)習(xí)科學(xué)概念時(shí)，日常生活經(jīng)驗(yàn)即扮演著相同的角色。Inagaki和Hatano（1991）研究日本兒童日常生活中所擁有的生物知識(shí)。研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)時(shí)，當(dāng)兒童擁有和生活經(jīng)驗(yàn)有關(guān)的生物知識(shí)時(shí)，其學(xué)習(xí)成效比沒有這些經(jīng)驗(yàn)的兒童來得好，也較能彈性地應(yīng)用知識(shí)以及進(jìn)行合理的模擬和預(yù)測(cè)。Dewey（1916）認(rèn)為在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生能透過實(shí)作的方式來解決問題，以及省思已具有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，使其認(rèn)知架構(gòu)不斷地組織與重建。教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，不僅要重視學(xué)科內(nèi)容知識(shí)的獲得，尚需提供學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)過程技能與反思的能力，也應(yīng)能夠?qū)⑺鶎W(xué)的概念加以表征，并且能夠合宜的應(yīng)用于問題解決。Rithchie與Rigano（1996）指出科學(xué)教學(xué)應(yīng)真實(shí)反映從事科學(xué)探究的歷程，提供學(xué)生實(shí)際做科學(xué)的機(jī)會(huì)，藉此培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)知識(shí)與探究技能。亦即，教學(xué)能結(jié)合「做中學(xué)（LearningbyDoing）」與「做中知（KnowingbyDoing）」（Dewey,1916），重視學(xué)生的實(shí)作經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生從活動(dòng)中學(xué)習(xí)，讓學(xué)生由行動(dòng)中「行以致知」，主動(dòng)的認(rèn)知與建構(gòu)知識(shí)。同時(shí)，教學(xué)需加強(qiáng)學(xué)習(xí)活動(dòng)的真實(shí)性，讓學(xué)生能夠主動(dòng)的探索和操作，并重視學(xué)生之間的互動(dòng)與分享，經(jīng)由學(xué)習(xí)活動(dòng)，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)問題，并且能從實(shí)際操作中找出解決的方法。研究方法研究人員（一）教學(xué)者即研究者擔(dān)任此次教學(xué)教師即研究者，教學(xué)年資六年，且六年以來一直擔(dān)任國(guó)中自然科教師，對(duì)于教材有相當(dāng)程度的熟悉，且目前亦在彰化師大科學(xué)教育研究所進(jìn)修。（二）研究對(duì)象

為深入了解教學(xué)者在進(jìn)行「密度」單元5E探究教學(xué)后的教學(xué)成效，及對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的影響，對(duì)一班國(guó)二學(xué)生于教學(xué)前、教學(xué)后，依其前測(cè)成績(jī)高、中、低各取兩位，男女各半，共六位進(jìn)行晤談。希望能藉此了解學(xué)童所建立的概念中，對(duì)「密度」單元是否仍存迷思概念，及其概念改變情形。

研究設(shè)計(jì)

本研究在探究國(guó)中二年級(jí)學(xué)生，在「密度」概念進(jìn)行5E建構(gòu)式學(xué)習(xí)環(huán)概念改變教學(xué)的成效，因此本實(shí)驗(yàn)采準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行教學(xué)，并透過二階段的紙筆測(cè)驗(yàn)進(jìn)行前、后測(cè)，以了解「密度」概念改變教學(xué)策略的成效，因此本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)模式如表3所列，其中O代表測(cè)驗(yàn)處理，X代表經(jīng)過教學(xué)處理，O1、O2分別代表前、后測(cè)。表1：處理設(shè)計(jì)模式表教學(xué)方式前測(cè)教學(xué)后測(cè)5E概念改變教學(xué)O1X1O2

本研究實(shí)驗(yàn)組依研究者自編的「密度」5E探究式教學(xué)教案教學(xué)，時(shí)間共分為四節(jié)。研究工具（一）數(shù)據(jù)搜集、分析與處理

本研究在整個(gè)目標(biāo)單元的教學(xué)期前，先進(jìn)行小規(guī)模的施測(cè)無(wú)誤后再進(jìn)行前、后測(cè)，最后將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、解釋，經(jīng)晤談六位樣本學(xué)生后，再將晤談內(nèi)容轉(zhuǎn)錄成文字?jǐn)?shù)據(jù)，進(jìn)行分析、比較。

（二）晤談分析

晤談資料的分析，在征得受訪學(xué)生同意之下進(jìn)行全程的錄音，錄完音之后，再將全程資料分析如下：轉(zhuǎn)錄：將六位學(xué)生晤談錄音，轉(zhuǎn)錄晤談逐字書面稿資料，并排除不相關(guān)用語(yǔ)，如社交與重復(fù)的話外，盡可能保留學(xué)生原來的字句。分類：將學(xué)童的晤談數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)錄成文字?jǐn)?shù)據(jù)之后，進(jìn)行編號(hào)代號(hào)碼，分別是S1~S6代表六位學(xué)生。教學(xué)過程說明本研究設(shè)計(jì)5E探究式教學(xué)，時(shí)間為一百八十五分鐘共計(jì)四節(jié)課，教學(xué)活動(dòng)區(qū)分為「物體的浮沉情形（投入－E1），影響物體浮沉的條件（探索－E2），密度的定義（解釋－E3），物體密度的測(cè)量與密度性質(zhì)的比較（精致化－E4），密度現(xiàn)象的解釋（評(píng)鑒－E5）」五階段教學(xué)活動(dòng)，以下將5E探究式教學(xué)活動(dòng)流程做簡(jiǎn)要說明：物體的浮沉情形（投入－E1）將金屬塊與木塊放入水中，請(qǐng)學(xué)生觀察浮沉情形。提出影響物體浮沉的解釋。影響物體浮沉的條件（探索－E2）將同質(zhì)量，但不同體積（一個(gè)維持原狀，另一個(gè)先捏成緊實(shí)狀態(tài)）的土司面包放入水中，請(qǐng)學(xué)生先預(yù)測(cè)結(jié)果及解釋，再實(shí)際操作觀察并再做解釋。將不同質(zhì)量，且不同體積（一個(gè)維持原狀，另一個(gè)取原狀的一半質(zhì)量，再捏成緊實(shí)狀態(tài)）的土司面包放入水中，請(qǐng)學(xué)生先預(yù)測(cè)結(jié)果及解釋，再實(shí)際操作觀察并再做解釋。密度的定義（解釋－E3）引入密度定義。回顧E2階段的兩項(xiàng)活動(dòng)中，比較密度大小的情形。物體密度的測(cè)量與密度性質(zhì)的比較（精致化－E4）請(qǐng)各組分別就不同體積，但相同材質(zhì)的金屬塊及木塊作密度的測(cè)量。將各組測(cè)量結(jié)果共同呈現(xiàn)于黑板上，由學(xué)生討論其中異同，其中包括相同材質(zhì)，密度與不同體積的關(guān)系、密度與不同質(zhì)量的關(guān)系。請(qǐng)各組分別就不同體積的水，作密度的測(cè)量。密度現(xiàn)象的解釋（評(píng)鑒－E5）請(qǐng)各組學(xué)生就「潛水艇如何控制浮沉」，及「熱氣球如何控制升降」兩個(gè)問題進(jìn)行討論，提出說明與解釋。請(qǐng)各組學(xué)生提出其它可用密度說明的例子。研究結(jié)果與討論目前，最常被采用的教育目標(biāo)分類方式，源于1956年以來，布魯姆(B.S.Bloom)、克拉斯霍爾(D.R.Krathwohl)及辛普森(E.J.Simpson)等人所提出的教育目標(biāo)分類；他們將教育目標(biāo)，分為認(rèn)知、情意及技能三個(gè)領(lǐng)域。以下就分認(rèn)知、情意及技能三個(gè)方面，探討學(xué)生在5E探究教學(xué)中的改變。學(xué)生認(rèn)知方面的改變：如文獻(xiàn)探討中所提到，學(xué)生在密度單元中，主要的迷思概念為：以重量代替密度、以質(zhì)量代替密度、以形狀代替密度、沒有建立質(zhì)量/體積的比例概念，在本研究中亦發(fā)現(xiàn)相同的情形，因此，教學(xué)方式是以物體的浮沉現(xiàn)象作為進(jìn)入密度單元的活動(dòng)，藉由具體的、可知覺的現(xiàn)象，讓學(xué)生了解密度的意義。在此歷程中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在認(rèn)知方面有下列改變：能夠?qū)γ芏扔休^深入的了解學(xué)生在學(xué)習(xí)密度單元之前，多數(shù)學(xué)生知道「密度」一詞，所以在前測(cè)與E1、E2階段，學(xué)生在做解釋時(shí)，常引用「密度」一詞，但晤談時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生并不知道密度的意義。在E5、后測(cè)及事后晤談中，發(fā)現(xiàn)中、高組的學(xué)生能精確的使用密度概念，來解釋所見的現(xiàn)象。不以物體的體積來解釋物體的浮沉在E2階段的第一項(xiàng)活動(dòng)中，在預(yù)測(cè)土司浮沉與解釋中，全部的學(xué)生都正確預(yù)測(cè)，但作解釋時(shí)，除了僅使用「密度」一詞作解釋外，部分學(xué)生亦提出「捏緊土司，體積變小，感覺較重，所以下沉」的推論；但在E2階段的第二活動(dòng)中，學(xué)生卻提出「維持原狀的土司，體積較大，感覺較重，所以會(huì)下沉」。經(jīng)晤談后發(fā)現(xiàn)，該類學(xué)生以比較物體體積作為浮沉的推論依據(jù)，但經(jīng)引入密度概念，再回顧E2的活動(dòng)，學(xué)生則可了解體積為密度的變項(xiàng)之一，應(yīng)與質(zhì)量共同考慮。E5階段時(shí)，學(xué)生則可正確的利用密度的概念作出解釋。不以物體重量/質(zhì)量來解釋物體的浮沉在E2階段第一活動(dòng)，全部學(xué)生都能正確預(yù)測(cè)土司的浮沉，但在E2第二活動(dòng)中，基于第一活動(dòng)的結(jié)果，全部學(xué)生仍預(yù)測(cè)維持原狀的土司會(huì)上浮，但部分學(xué)生則認(rèn)為被捏緊的土司因?yàn)橘|(zhì)量較小，所以亦會(huì)上浮。經(jīng)晤談后發(fā)現(xiàn)，該類學(xué)生以比較物體質(zhì)量或重量（事實(shí)上，在晤談中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生并不清楚質(zhì)量與重量的差別）作為浮沉的推論依據(jù)。但經(jīng)引入密度概念，再回顧E2的活動(dòng)，學(xué)生則可了解質(zhì)量為密度的變項(xiàng)之一，應(yīng)與體積共同考慮。E5階段時(shí)，學(xué)生則可正確的利用密度的概念作出解釋。不以物體的軟硬來解釋物體的浮沉部分學(xué)生視物體的軟硬等同于物體的質(zhì)量或密度，即較硬的物體就是質(zhì)量較大、較重或密度較大的物體，故硬的東西都應(yīng)該下沉，特別在E5階段討論到「潛水艇」的例子時(shí)，提出「沉下去時(shí)用潛水艇是鐵這種硬的材質(zhì)，但浮起來，就是密度小于1較軟的材質(zhì)」，在晤談中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于學(xué)生較陌生的例子（如潛水艇），學(xué)生較易提出其它的觀點(diǎn)來解釋，但再回顧E1到E4的內(nèi)容，學(xué)生即易發(fā)現(xiàn)其觀點(diǎn)不合理之處，并重新聚焦于密度觀點(diǎn)上作討論。能夠了解相同材質(zhì)的物體有相同的密度在做不同體積水的密度測(cè)量，學(xué)生在預(yù)測(cè)時(shí)，多數(shù)的學(xué)生預(yù)測(cè)「水的體積越大，質(zhì)量也越大，密度則跟著越大」，但完成該活動(dòng)后即馬上發(fā)現(xiàn)，相同材質(zhì)的密度是相同的，也是在研究中發(fā)現(xiàn)最容易改變的迷思概念。學(xué)會(huì)繪制與看讀「質(zhì)量－體積關(guān)系圖」在前測(cè)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生并不了解「質(zhì)量－體積關(guān)系圖」的意義。在完成E4的活動(dòng)后，讓學(xué)生也完成活動(dòng)紀(jì)錄簿的「質(zhì)量－體積關(guān)系圖」，在后側(cè)，及晤談中發(fā)現(xiàn)學(xué)生則能了解「相同材質(zhì)，質(zhì)量－體積成一定比例的關(guān)系」及「利用『質(zhì)量－體積關(guān)系圖』比較物體密度大小」，亦即該活動(dòng)能賦予學(xué)生在「質(zhì)量－體積關(guān)系圖」上，產(chǎn)生有意義的學(xué)習(xí)。知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果中如何判斷誤差的合理性在E4的活動(dòng)完成后，將各組的結(jié)果展現(xiàn)在黑板上，由全班共同討論，很快即可達(dá)成下列共識(shí)：「何組的結(jié)果是可接受的誤差，何組是不合理的結(jié)果」。在這過程中讓學(xué)生了解，實(shí)驗(yàn)結(jié)果間相互比較的意義，及如何判斷誤差的合理性，并檢討誤差發(fā)生的原因（多發(fā)生于質(zhì)量的測(cè)量與計(jì)算，部分則為排水量體積法操作錯(cuò)誤）。能利用密度解釋物體的浮沉在進(jìn)行完整個(gè)教學(xué)活動(dòng)之后，有學(xué)生提出冰山與鐵達(dá)尼號(hào)的例子，且能利用密度解釋冰山與鐵達(dá)尼號(hào)相撞，鐵達(dá)尼號(hào)沉沒冰山仍浮著的原因，這代表密度對(duì)學(xué)生真正產(chǎn)生意義。學(xué)生情意方面的改變：Toh（1991）與Woolnough（1994b）的研究指出學(xué)生對(duì)科學(xué)活動(dòng)的興趣、執(zhí)行的意愿、對(duì)探究成果的滿意度…等情意因素，是影響科學(xué)學(xué)習(xí)的重要向度。探究教學(xué)為教育學(xué)者所推崇即是在探究過程中不只有認(rèn)知改變的發(fā)生，情意方面更易有顯著而正向的發(fā)展。以下為本研究中，學(xué)生在情意方面的改變。樂意參與探究的學(xué)習(xí)活動(dòng)。在學(xué)習(xí)單的「學(xué)習(xí)心得」這一項(xiàng)中，最多學(xué)生寫出「自然課變得令人有興趣」的反應(yīng)，這即表示，學(xué)生透過實(shí)際操作的歷程，能產(chǎn)生持久而高度的興趣。這樣的情形，讓學(xué)生在認(rèn)知方面的改變得以進(jìn)一步的深化與廣化。學(xué)會(huì)如何分工合作以有效率的完成實(shí)驗(yàn)在教學(xué)歷程中，研究者共將學(xué)生分為六組，其中第一組到第四組皆能在研究者要求的時(shí)間內(nèi)，完成交代的任務(wù)，惟第五、六組不僅未進(jìn)行該做的活動(dòng)，組員之間亦無(wú)互動(dòng)。在研究者與全班共同比較各組的成果及質(zhì)量，并說明研究者所觀察到各組內(nèi)的互動(dòng)情形，以使各組員對(duì)該組產(chǎn)生認(rèn)同與榮譽(yù)感，并讓這兩組及其它同學(xué)了解到分工合作對(duì)于探究活動(dòng)的重要，以及研究者在后續(xù)活動(dòng)中介入，即先扮演領(lǐng)導(dǎo)者與監(jiān)督者的角色，再逐漸將責(zé)任轉(zhuǎn)移至組員，研究者發(fā)現(xiàn)，進(jìn)行到后續(xù)其它單元時(shí)，這兩組組員互動(dòng)與任務(wù)成果的質(zhì)量已見明顯的改善。獲得與同儕互動(dòng)討論的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)在傳統(tǒng)講述教學(xué)的環(huán)境中，學(xué)習(xí)者少有與他人互動(dòng)對(duì)話的經(jīng)驗(yàn)；在學(xué)習(xí)單及晤談中則顯示，學(xué)生在探究活動(dòng)中的樂趣首要來自動(dòng)手操作，其次就是與同儕的互動(dòng)。探究活動(dòng)中，有意義的互動(dòng)應(yīng)是針對(duì)探究主題與內(nèi)容的討論，而非閑話家常，而5E探究式教學(xué)就是提供教師一個(gè)很好的模塊理論，藉由設(shè)計(jì)良好的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生有結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，并時(shí)時(shí)聚焦于探究主題，而不致分心。學(xué)生技能方面的改變：在教育部公布之「國(guó)民中小學(xué)九年一貫課程綱要」的「分段能力指標(biāo)」說明中，進(jìn)一步闡釋自然科學(xué)的學(xué)習(xí)，在于提升國(guó)民的科學(xué)素養(yǎng)，而「科學(xué)素養(yǎng)」的內(nèi)涵為－－經(jīng)由科學(xué)性的探究活動(dòng)，自然科學(xué)的學(xué)習(xí)使學(xué)生獲得相關(guān)的知識(shí)與技能。同時(shí)，也由于經(jīng)常依照科學(xué)方法從事探討與論證，養(yǎng)成了科學(xué)的思考習(xí)慣和運(yùn)用科學(xué)知識(shí)與技能以解決問題的能力。長(zhǎng)期的從事科學(xué)性的探討活動(dòng)，對(duì)于經(jīng)由這種以探究方式建立的知識(shí)之本質(zhì)將有所認(rèn)識(shí)，養(yǎng)成提證據(jù)和講道理的處事習(xí)慣。在面對(duì)問題、處理問題時(shí)，持以好奇與積極的探討、了解及合理解決的態(tài)度，我們統(tǒng)稱以上的各種知識(shí)、見解、能力與態(tài)度為「科學(xué)素養(yǎng)」。－－因此要培養(yǎng)具有良好科學(xué)素養(yǎng)的學(xué)生，科學(xué)技能提升亦是重要的一環(huán)?？茖W(xué)教育家將科學(xué)探究過程所需的技能分類為基本技能與統(tǒng)整技能兩種，基本技能有：觀察、分類、測(cè)量、預(yù)測(cè)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、應(yīng)用時(shí)空關(guān)系、推理與傳達(dá)等。統(tǒng)整技能有：解釋數(shù)據(jù)、控制變因、形成假設(shè)、操作型定義及實(shí)驗(yàn)?？茖W(xué)探究流程模式是一種思考模式，它具體統(tǒng)合了科學(xué)過程的各種技能，可以使學(xué)習(xí)者增強(qiáng)處理問題的能力、思考判斷能力與創(chuàng)造能力等（黃啟淵，民83）。在本研究中，學(xué)生所顯現(xiàn)的技能方面的改變?nèi)缦拢毫私饪茖W(xué)方法即為「操縱變因」與「控制變因」的方法由于本研究所進(jìn)行的是非開放式的探究，即Herron所指層次1之探究活動(dòng)（Tamir，1989），故實(shí)驗(yàn)與步驟方法皆為研究者所給，致學(xué)生無(wú)法自行安排實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，但在E4階段中，藉由相同物質(zhì)但不同體積的密度測(cè)量，即水的密度測(cè)量，學(xué)生能夠了解科學(xué)方法即為「操縱變因」與「控制變因」的方法。儀器的操作：天平的使用科學(xué)儀器操作適當(dāng)與否，對(duì)于探究活動(dòng)是否進(jìn)行順利，是極為重要的因素，而另一方面，探究活動(dòng)亦是熟練儀器操作的重要情境。在本研究中，天平是較需操作技巧的儀器，雖然在進(jìn)行本單元之前，已實(shí)際練習(xí)過天平的歸零，但并未真正量測(cè)物體質(zhì)量；在探究過程中，研究者觀察到學(xué)生從歸零、砝碼的挑選、砝碼置于在秤盤的位置與平衡的判斷等天平的使用技巧，都漸趨熟練，也使實(shí)驗(yàn)速度加快?！概潘矿w積法」的使用排水量體積法對(duì)學(xué)生來說，如何量取浮體的體積，是必要解決的問題，共有五組解決了這一問題，在此過程中，可觀察到各組的測(cè)量方法逐步改善，從一開始以手指下壓浮體，到最后以將浮體與沉體互綁，而得到較精確的結(jié)果。其中也有一組學(xué)生注意到，應(yīng)先測(cè)量質(zhì)量再測(cè)量體積，以避免因木塊吸水而產(chǎn)生誤差。但有一組學(xué)生并未知覺到浮體在排水量體積法的問題，所量取的仍只是液下體積，而未試圖讓浮體全部沒入水中，這是較令研究者意外之處。結(jié)論與建議一、結(jié)論將5E探究教學(xué)模式應(yīng)用在密度單元的教學(xué)上，就學(xué)生的改變而言，在本研究中有許多正面發(fā)現(xiàn)，就整體而言可歸納為以下三點(diǎn)：認(rèn)知方面：學(xué)生在觀察物體浮沉的情境中，能夠真正了解密度的意義，而非僅是質(zhì)量與體積的比例。情意方面：透過探究歷程，讓學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)的科學(xué)活動(dòng)，而非紙上談兵，讓學(xué)生能真正體會(huì)「作中學(xué)」的樂趣。技能方面：探究活動(dòng)能學(xué)得觀察、測(cè)量、預(yù)測(cè)、應(yīng)用數(shù)據(jù)、推理與傳達(dá)等科學(xué)技能，對(duì)于學(xué)生的概念建構(gòu)與理解是相當(dāng)重要的基礎(chǔ)，其能幫助學(xué)生在認(rèn)知上進(jìn)一步深化與廣化，并維持學(xué)生在科學(xué)活動(dòng)中高度而持久的興趣。另外，對(duì)教學(xué)者而言，5E探究教學(xué)提供有系統(tǒng)的模式，幫助教師能做好具有結(jié)構(gòu)的課前準(zhǔn)備；而在教學(xué)進(jìn)行時(shí)，讓研究者感到最大的不同是師生互動(dòng)的情形，以往的講述教學(xué)，與教師熱烈互動(dòng)的都是較為活潑的學(xué)生，其余同學(xué)皆只是守規(guī)矩、靜靜地做好教師交代的事情，無(wú)法提供太多可觀察的表征，讓教師了解其投入學(xué)習(xí)活動(dòng)的情況；在本研究中，藉由所設(shè)計(jì)的活動(dòng)，可以很快看出各組及個(gè)人的學(xué)習(xí)情況，并作出必須的介入，也由于有這樣互動(dòng)的機(jī)會(huì)，研究者也看到不同學(xué)生的不同認(rèn)知方式，在面對(duì)這些情況時(shí)，豐富了研究者的教學(xué)能力，提升自我專業(yè)成長(zhǎng)，而感受到教學(xué)相長(zhǎng)的樂趣。二、建議學(xué)習(xí)成就的性別差異與程度差異是本研究最令研究者感興趣的結(jié)果，也就是在前后測(cè)的差異與事后晤談中皆發(fā)現(xiàn)，認(rèn)知改變「男生優(yōu)于女生」以及「高成就學(xué)生優(yōu)于低成就學(xué)生」的結(jié)果，但礙于時(shí)間限制，無(wú)法進(jìn)一步厘清造成上述現(xiàn)象的原因，待將來有機(jī)會(huì)作更深入的探討。另外，5E探究教學(xué)對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)多種正面的意義，但是相對(duì)的在進(jìn)行5E探究教學(xué)，教師事先必須花費(fèi)更多的時(shí)間備課、準(zhǔn)備教材、器具、安排學(xué)習(xí)活動(dòng)等，且學(xué)生學(xué)習(xí)后并非立即顯現(xiàn)成效，在壓力進(jìn)度下，對(duì)教師確為一大挑戰(zhàn)，因此教師必須對(duì)5E探究教學(xué)具有正面觀點(diǎn)，當(dāng)師生雙方都習(xí)于此一模式，即可漸入佳境。參考文獻(xiàn)中文部分王龍錫（1991）：我國(guó)學(xué)生自然科概念發(fā)展與診斷教學(xué)之研究：（一）小學(xué)生浮力概念發(fā)展之結(jié)構(gòu)圖研究。國(guó)科會(huì)專題研究成果報(bào)告（NSC79-0111-S-153-02-D）臺(tái)北：行政院國(guó)家科學(xué)委員會(huì)。李詠吟（1998）：認(rèn)知教學(xué)理論與策略。臺(tái)北：心理。邱貴發(fā)（1996）：情境學(xué)習(xí)理論與點(diǎn)腦輔助學(xué)習(xí)：學(xué)習(xí)社群理念探討。臺(tái)北：師大書苑。陳均伊、張惠博和張文華（2003）：國(guó)中教學(xué)模塊發(fā)展實(shí)例：以「鏡」為例。自然與生活科技課程研討會(huì)。臺(tái)灣師大。郭重吉（1989）:利用晤談方式探查國(guó)中學(xué)生對(duì)重要物理概念的另有架構(gòu)。發(fā)表于第五屆科學(xué)教育學(xué)術(shù)研討會(huì)。郭重吉（1997）：迎接廿一世紀(jì)的科學(xué)教育。建構(gòu)與教學(xué)，10。張容君（2001）：發(fā)展二段式紙筆測(cè)驗(yàn)探討國(guó)中學(xué)生「燃燒」之概念。高雄市：國(guó)立高雄師范大學(xué)科學(xué)教育研究所碩士論文（未出版）。黃啟淵(民83)：從探究技能、專題研習(xí)到獨(dú)立研究。資優(yōu)教育季刊，52期，頁(yè)16-23。喻鴻鈞，周進(jìn)洋（2001）：發(fā)展「密度概念」二段式診斷性紙筆測(cè)驗(yàn)工具，第十七屆科學(xué)教育學(xué)術(shù)研討會(huì)手冊(cè)。高雄市：高雄師大。Treagust（2000）：八十九年度（南區(qū)）科學(xué)概念學(xué)術(shù)研究會(huì)會(huì)議手冊(cè)。臺(tái)北：國(guó)科會(huì)科教處。英文部分Ausubel,D.P.(1968).Educationalpsychology:Acognitiveview.NewYork:Holt,RinehartandWinston.Biddulph,F.,&Osborne,R.(1984).Children'squestionsandscienceteaching:Analternativeapproach.Floatingandsinking:Someteachingsuggestions.Learninginscienceproject(Primary).WorkingPaperNo.117[February1984andNovember1983versions].Brown,J.S.,Collins,A.,&Duguid,P.(1989).Situatedcognitionandthecultureoflearning.EducationalResearch,18(1),32-42.Dewey,J.(1916).Democracyandeducation:Anintroductiontothephilosophyofeducation.NewYork:TheMacmillanCompany.Driver,R.&Bell,B.(1986).Students'thinkingandthelearningofscience:Aconstructivistview.SchoolScienceReview,67(240),443-456.Gennaro,E.D.(1996).Teachingdensity-Arealproblem.SchoolscienceandMathematics,66,559-560.Head,J.(1986).Misconceptionsinphysicsa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