科学探究的技巧与步骤

创意教学实践：在小学教育中运用科学探究教学 创意教学实践： 内容

导论 本教学设计的理论背景 实践篇 反思篇 总结篇 参考资料

导论： 导论：科学探究过程与小学科学教育

不少人提起科学，多是从知识内容去看，但可能同样重要的，是科学亦是一个求知的探究过程， 两者中谁较重要，学者时有争论。但无论如何，在小学科学教学中运用科学探究过程，却日渐

成为一个热门课题。本文透过个案研究的方式，以小四科学作教学情景，去运用科学探究教学 法。一方面尝试去改进教与学， 亦藉此尝试突破一般以「教师为经， 课本为纬」的教学框架﹙苏 咏梅，2000; 王美芬和熊召弟，1995﹚ 。 在理论部分之前，笔者首先想澄清，本教学设计所运用的科学探究过程 (Scientific Investigation) 乃源自科学科的一种求知过程，并非其它科目所指的探究教学法 (Inquiry Teaching Method)，两者虽有相似，但却有不同之处。当然，有时 程序便是好例子，见图三。

图三： 图三：探究技巧和步骤并非两个完全独立的系统 例如在以上的「绿豆萌芽」探究步骤中，可训练学童的探究技巧包括观察、应用时间或空间的 关系、传意、推理、形成假设、控制变因等，视乎整个实验如何设计。而整套探究步骤本身便 为整个科学探究过程提供解决问题的思考方法。所以科学探究过程有助小学科学的学习。 在香港的情况， 更直接地将科学探究过程和小学科学教育拉上关系， 要算是 《小学课程纲要- 常 识科》的面世。当中，探究技能被规范在科学及科技学习的范畴之内，反映了小学科学教育为 科学探究过程提供了一个重要的学习情境， 此教学设计选了小四科学课题去实践科学探究过程， 而当中学生的实验设计亦会循以上的科学探究步骤。 情意学习 笔者认为学生要学好科学这门学问，不单只如上所提及的要掌握科学探究过程的知识内容及技 能运用，同等重要的是有关的情意学习﹙affective domain﹚，即对学生的科学态度及有关价

值观的培养，这其实与学生的学习动机和意欲有着密切的关系，这亦正配合常识科的综合学习 精神。 笔者发现， 大部分讨论科学教育的专着或研究亦多集中在科学作为知识内容层面的讨论， 但笔者认为这其实是科学教学中非常重要的一环，教师在小学科学教学可透过应用科学探究过 程去培养学生有关的科学精神、态度和价值观，当中包括坚毅、谦虚、关切、求真、精确、客 观、谨慎、好奇、独立思考、怀疑等等。综合来说，小学科学教育不只应为科学探究的知识和 技能提供了一个理想又具体的学习环境，亦有利于进行情意学习，因他们正是科学探究及科学 知识来源背后的灵魂和生命力，长期运用科学探究过程学习，更有助这些价值观能在学生心里 内化。 而课程发展议会最新的课程改革咨询文件， 对此亦有作出鼓励(Pang, 1992； Slavin, 1991； 香港课程发展议会，2000 年 11 月；余民宁，1997；郑燕祥，1995)。从情意学习学的角度，本 文第二部分的实践篇当中的教学设计旨在培养学生求真、客观、谨慎、好奇、独立思考、怀疑 等态度。

当然，除了运用「科学探究」外，笔者在设计本教学计划时，还兼顾其它的教学理念，其中以 创意教学为核心部分。其实这种「科学探究」教学法本质上已具创意教学的一些基本元素，但 为求清晰，笔者将他们分开讨论。 藉鼓励自由创作发挥其独创力 藉鼓励自由创作发挥其独创力 独创力是指反应的独特性，即想出别人想不到的事物，是一个相对性的观念，因独创力是由某 一项反应在全体反应所占的比例来决定。若在教

学中实践，就需要各方面的配合，例如较民主 的教学气氛、容许暂缓批判的教师、较开放性的习作设计及容许学生较多独立尝试的机会。在 第二部分中，学生运用的自制的导电体或绝缘体测试器，教师亦让其自行设计实验，旨在帮助 发挥学生的独创性(陈龙安，1997)。 知识建构而非知识灌输

本教学计划旨在透过一连串有意义的学习活动，让学习者从经验中学习，亦藉这些活动的趣味 性去引发学习者在学习上的主动性，避免被动的知识灌输。在整个实验过程中，教师除了提供 极少的物资外，其余一切的工具及材料皆由学生自行设计或搜集。此外，到了第二部分，有关 的实验亦是由学生亲自设计、进行和记绿的，旨在让他们透个亲身的经验及真实的教具验学习 (Mecer, 1995；张春兴，1994)。此外，其实透个亲自进行实验去学习，正配合学生的好奇、爱 行动、嗜发问、惯实践的性格特征(周淑惠，1997；Hirst & Peters，1994)。 综合学习 笔者认为科学教学应兼重知识、技能、态度的学习，但遗憾的是在现时的处境中常常只有知识 一面独大，教与学变得不平衡、不全面，但这教学设计的安排，正好补充了之前科学技能及态 度学习的不足，使整个教学变得更整全，更完备。有关的技能和态度学习，上文已讨论，这里 不再重复。

实践篇

课堂实践个案研究： 课堂实践个案研究：将科学探究的过程真真正正地带到小学科学的教学 要讨论科学探究的过程怎样在小学科学教育中实践，单是讨论，实在有点儿纸上谈兵。笔者遂 决定尝试在课堂中将之实践，并从中总结出其强、弱及一些值得关注的地方。笔者尝试在小四 教授「空气」这单元时在某班(以下称之为甲班)运用科学探究技巧及步骤教学，而另一班(以下 称之为乙班)则沿用传统以课本、教师为中心的教学方法，看看由课堂预备、课堂学习、学童的 反应到课后作业表现两班在不同教学法下的异同。 在整个单元的教学中，当然不是每个环节都运用了探究技巧及步骤，只是穿插使用而已，因为 不是每个教学部分皆适合运用科学探究过程。至于乙班，则用传统的以教师、课本为中心的教 学法，所做的实验与甲班的类同，但教师没有提出要按以上的步骤解决问题，而以上所列的实 验亦皆只由教师示范，学童只能从旁观察。有关的教学大纲及实验例子请参考表一。

表一： 表一：教学计划举隅一 以上乃笔者在本学年上学期的尝试与反思，其创意教学的安排可说主要侧重在创意的教学法。 基于以上的经验， 笔者决定在下学期抓紧机会， 将创意教学全面推动至不同的学习层面及环节， 虽然这次未赶及分析

其学习评估、组织有关反思及没有将学生分为控制及非控制组别，其深化 的创意教学设计令笔者认为它有相当的讨论价值。有关的教学大纲及实验例子请参考表二。

表二： 表二：教学计划举隅二

反思篇

透过这次尝试，教师和学生亦得益不少，以下乃组织后的反思。 设计构想和安排上的问题 运用科学探究过程，笔者发现备课时最大的困难是实验用品的搜集。乙班的教学只需要预备一 套供教师使用便可，但在甲班，由于要鼓励同学亲身尝试，就算是分组进行亦最少需要五套实 验用品，所以最好的方法还是运用生活常见的物品代替。第二个困难便是时间上的紧迫。教师 每天面对沉重的工作量，当运用科学探究过程教学，教师要将课堂预备得这么充足，计划得这 么仔细，背后付上的时间心血实在不少，况且小学鲜有实验助理员，备课由资料搜集、找寻实 验用品、教学及实验设计、事前测试等都要教师一手包办，所以要教师在小学科学教学运用科 学探究技巧，便倍加吃力。

此外，原有的课程设计本身亦是一个问题，教师虽然可让学童在一连串的探究步骤学到不同的 科学技巧，但现时小学常识科的课程﹙尤其是小学一至三年级﹚仍以知识导向为主，探究技巧 及步骤的学习相比下显得没有那么重要及迫切，所以要在科学课题中运用科学探究过程学习， 就要如某些学校，只好自行进行校本的课程设计。另一方面，笔者认为课本内容亦没有充足的 配合，当中并没有足够的探究活动，教师需要作一定程度的教学及课程调适。但学校的文化未 必一定配合这种改变，笔者算是幸运，虽然只是 18 班的学校，但亦设有课程统筹主任，协助同 事进行有关的工作。 资源的缺乏 运用科学探究过程在课堂学习时，笔者发觉主要的限制是由于资源上的缺乏。首先是课室空间 上的限制，不同组别的同学去做实验时常互有碰撞。其次是人手上的限制，教学中，教师经常 需要同一时间兼顾多项事情，例如分派实验用具，控制课室内的秩序，留意同学的安全，对各

组同学提供实时的实验指导及支持等，笔者觉得有时实在分身不下，若遇上学童人数较多的班 别，便倍加吃力。 除此之外，紧凑的教学进度亦形成了一个无形的限制，例如笔者任教的学校其常识科教节每班 每周只有四节，即平均每两个教节要教授完一个常识科课次，更大问题的是每个教节只有三十 分钟时间。所以相比之下，面对这赶急的教学节奏，传统以教师、课本主导的教学法可算是更 有「效率」，实践科学探究过程便显得较困难，尤其更糟的是实验进行时往往因着学童小小的 错误而牵涉很

多意料之外的结果，令教师在课堂时间管理上常朿手无策。例如，在分辨导电体 和绝源体的实验中， 笔者曾遇到学童不小心地把电灯泡掉在地上弄破了， 实验立刻要暂时终止。 鼓励了创意教学 纵使面对以上的困难和限制，但正所谓一分耕耘，一分收获，纵使甲班的备课时间比乙班长， 运用科学探究的过程却可以提供一个发挥创意的教学环境，因它由提出问题、实验设计、实验 用品选择等皆鼓励有创意的教与学，笔者在备课过程中亦有不少启发，以上想出用透明食物盒

代替盛水的器皿便是一例；在其中的一个实验中，笔者亦因此而想出用学童较熟悉的饭粒代替 较陌生的生粉。而事实上，实验用品改用学童生活常见的用品，更可以使学童对学习更投入， 同时亦鼓励了他们在可能的情况下在家中重做实验。当然，笔者要提醒学童一定要在家长陪同 下才可做实验，免生危险。其实总结而言，这亦正配合香港教育学院李荣安教授所提出的「廿 一世纪教师的角色」，即教师亦是学习者，与学生一同成为知识的创造者(李荣安，1999 )。此 外，从学童的角度，在下学期的学习中，学童因着可以自行设计实验，在加强了学习动机的同 时更帮助了发挥学生的独创性。 促成有趣、 促成有趣、有意义的学习活动 在小学科学课题中运用科学技巧探究过程，亦大大丰富了当中的教与学，学童能不断学习掌握 不同层次的探究技巧。当中包括细心的观察、控制变因、预测结果等。在不同的实验中，笔者 亦鼓励学童一同参与实验的设计、假设的形成、应用数字去解释实验的结果及作出分析。

此外，学童更渐渐学到应用探究步骤作为解决问题的思考工具，甚至有些学童能实时运用科学 步骤去解决一些生活上的问题。 所以笔者期望这可以不断提高学童的探索力、 分析力及解难力， 因它可提供理性和逻辑思维方法的训练。这些教学成果是传统以教师、课本为主的直接灌输法 望尘莫及的。在这样的情况下，学童的思维便可在更高的层次发展，而不是单在学习强记事物。 结果，学童在引导下去明白事物，然后学习较高层次的应用和分析。 同样值得讨论的，是笔者认为运用科学探究过程突破一般只集中在词语及逻辑思维学习，有助 培养学童在其它方面的多元智能。当然，运用科学探究过程学习，其范围亦包括词语及逻辑思 维学习，但不只于此，当中还可以包括空间智能、人际智能及自然观察智能等的学习，视乎教 学程序的安排。还要补充的，是这种学童做实验时这种分组学习基本上揉合了合作学习 (Co-operative Learning)的原素，透过这合作学习的过程，学童彼

此形成了相需相成的关系， 每个学童分担不同责任的领导角色，亦可发挥小组的检讨效果，遂在小学科学课题中实践科学 探究过程促成有趣、有意义的学习活动(Gardner，1997；李咏吟和单文经，1997；Tang, 1996)。

引发学生愉快、 引发学生愉快、主动地建构知识并达至综合学习 响应本教学设计的理论背景，其教学成果基本上是配合所预期的。一般来说，笔者发现在课室 中进行实验，绝大部分学童都会特别雀跃、兴奋，更何况现在可以让他们亲身尝试。继而一连 串正面的影响是学童更有学习动机，对课堂上的学习更投入，而这正配合笔者在甲班教学的观 察，尤其明显的是甲班学童平时比乙班的较被动，但运用了科学探究过程后，甲班的学童在学 习上反而比乙班积极、主动、投入，因借着亲身尝试，学童可从经验中学习，亦引发了他们在 学习上的主动性，知识藉此而得以建构。另一方面，笔者发现不少甲班的学童会在家中反复将 实验重试(当然，要提醒学童一定要在家长陪同下重试)，学会自学，并视之为有趣的活动，其 教学效果之理想是笔者所料不及的。在教授乙班时，教师其实只在把知识灌输，较少关注学童 对知识的发展和理解。 笔者认为，利用科学探究过程能带来这么理想的效果，是因这正配合学童的好奇、爱行动、嗜 发问、惯实践的特征(周淑惠，1997；Hirst & Peters，1994)，而这亦显示在小学科学教育运

用科学探究过程可创造一个理想的情意学习环境，加上过程中所训练出的技巧及实验中所建构 的知识，形成了一个综合学习。遂总结来说，教学的质素及效能亦得以提升，优胜于传统的教 学方法。 课后作业的表现： 课后作业的表现：有助改善学习上的个别差异 综合来说，运用探究过程学习，如以实时的功课作为评估的标准，真的提高了学童的学习表现。 纵然甲、乙两班一向的成绩是近似的，但笔者发现在运用探究过程后，无论是作业或工作纸， 甲班的表现均比乙班的较优胜，这尤其因为甲班学童彼此成绩的差异比过往的少，一向成绩好 的学童多能维持一贯的优良成绩，个别还有更进一步的，然而一些一向成绩较弱的学童不少有 明显的进步。笔者发现其进步尤集中在有关实验的题目﹙图五﹚、与实验有关的概念题目﹙图 六﹚及需要进一步思考的题目﹙图七﹚。

图五： 图五：有关实验的题目

图六： 图六：与实验有关的概念题目

图七： 图七：需要进一步思考的题目 当然，以上的比较还未最全面，但多少反映在小学科学教学运用科学探究过程能改善学童的学 习表现。

若以测验作为总结性评估作比较，与不少初步运用

新教学方法的学习评估结果相似，甲、乙两 班的学习成绩没有明显的差别，但正如以上所讨论的，甲班学生的学习动机明显地因此而提升 了，这是可以肯定的，绝对是一个好开始。

总结篇

从以上种种去分析，笔者认为，让学童学习科学探究方法比起学习科学本身的知识同等重要， 因它不单鼓励学童在课堂上主动学习，亦同时有助学童自发学习或将已有知识深化，知识因此 亦而得以建构，遂教师应帮助学童掌握科学探究技能和步骤。而如上文所提及，科学教学正好 为学习探究技能提供一个理想的学习环境，所以科学知识、技能和情意的学习可同步进行的， 这方向对高年级的小学学童尤其正确，而其中更可以有机会发挥其独创力。当然，培养学童科 学方法、技能及有关的情意学习确实会比教授科学知识难，其原因上文已一一提及，但能够引

导学童对他们不认识的问题进行探究， 加上有关的思维训练， 在小学学习中实践科学探究过程， 应进一步加以推广及肯定。 笔者认为科学教学应兼重知识、技能及有关的情意学习，但遗憾的是在现时的处境中常常只有 知识一面独大，教与学变得不平衡、不全面，但借着实践科学探究技能，正好补充了之前科学 技能及情意学习上的不足，使整个教学变得更整全，更完备，达至综合学习。 展望将来，虽然小学科学教育确实为学习科学探究过程提供了一个非常理想的学习情境，但笔 者认为这只是一个起步，学童在掌握科学探究的技能后还可以在不同科目中运用。例如笔者读 大学时是主修历史的，在日常生活分析跟历史无关的问题亦有时会运用史学的方法去解决：分 析问题的外证、内证，凡事爱问因由，嗜追查原始资料等。所以科学探究亦会这样发展，在这 信息爆炸的年代，不只在科学学习中运用，更会成为跨科目的学习技能，由科学学习，继而到 整个常识科，再伸延至其它学科，帮助学童去探索、分析及解决问题。

参考资料

Gardner, (1997)： Gardner, H. (1997)： ，《MI 开启多元智能新世纪》，台北：信谊。

Hirst, P.H. & Peters, R.S. (1994)，《教育的逻辑》，香港：五南。 Joyce, B. & Weil, M. (1996). Model of Teaching. Boston : Allyn and Bacon. Kellough, R.D. & Roberts, P.L. (1998). A Resource Guide for Elementary School Teaching: Planning for Competence. Upper Saddle River, New Jersey : Merrill. Pang, K.C. (1992). Lesson Planning. Hong Kong: Longman. Slavin, R. E. (1991). Educational Psychology. Boston : Allyn and Bacon. Starko, A.J.. (2000). Creativity in the Classroom. London: Lawrence Eribaum. Tang, C. (1996). Collaborative Learning: the Latest Dimension in Chinese Students' Learning. In Watkins, D.A. & Biggs, J.B. (ed.) The Chines

e Learner: Cultural, Psychological and Contextual Influences. Hong Kong: CERC & ACER. 王美芬和熊召弟 ﹙1995﹚，《国民小学自然科学教材教法》，台北：心理。

林宝山﹙1995﹚，《教学论：理论与方法》，台北：五南。

李咏吟和单文经(1997)，《教学原理》，台北：远流。 李荣安(1994.12.4)，迈向 2000 教师何去何从？从亚洲各国教育改革看廿一世纪教师的角色》 《 ， 香港教师会 1999-2000 年度教学研究周年大会主题演讲。 余民宁(1997)，《教育测验与评量》，台北：心理。 周淑惠（1997），《幼儿自然科学证验教材教法》，台北：心理。 香港课程发展议会（1993），《小学课程指引》，香港：印务处 。 香港课程发展议会（2000），《学会学习：学习领域，小学常识科》，香港：印务处。 钟圣校﹙1995﹚，《国小自然科学课程教学研究》，台北：五南。

郑燕祥﹙1995﹚，《教育功能与效能》，香港：广角镜。 魏明通（1997），《科学教育》，台北：五南。 苏咏梅﹙2000﹚，小学科学学习，辑于苏咏梅主编《小学科学学习活动经验汇编》，香港：香 港教育学院，页 1-3。

http://www.ied.edu.hk/apfslt/v2_issue2/tsewc/tsewc2.htm