新世纪自然科教学理念及策略

1、新世紀自然科教學理念及策略作者：陳心怡壹、前言時序邁入二十一世紀，國內外社會環境的嬗替演進劇烈，如何讓新生代能順應新世紀潮流，培育出二十一世紀的健全國民，是全體人民責無旁貸的義務，也是目前教育方針訂定的最高理想目標。為了能具體落實此目標，新自然科課程設計內容應強調生活化、人性化、彈性化及統整化、國際化、未來化，並著重於科學方法的應用、科學概念的學習與科學精神的養成。強調解決問題知能的培育與訓練，不光只是背誦記憶片段知識、應付考試；強調人與人、人與自然環境間和諧平衡的重要性，學習如何與他人互助合作，如何與大自然共榮共存，而不是剽竊掠奪自然資源，只顧一己之私而已。貳、新世紀的自然科教學理念新世紀自

2、然科教學理念，應包含下列數點基本認知：一、發展學生正確的價值觀全人教育是學科統整所追求的目標，任何一科的教學都應考慮到學生全人發展的需要。身為一位教育工作者，隨時要注意學生心智成長與發展的整體性，透過課程活動設計，例如：分組合作完成實驗、生態保育省思、人與人及人與自然如何和諧共存等議題探討，讓學生能從中自我成長，發展出正確的價值觀及道德律，如此才能真正影響學生的態度及行為。二、以學生為中心的活動設計和其他學科相較，自然科擁有更多讓學生能親自動手操作的機會，因此教師應在教學過程中安排適合於學生認知階層及先備知識的實作活動，例如：實驗操作、觀察記錄、資料蒐集、分組討論、整理歸納等，讓學生能從中獲得

3、第一手經驗，再把經驗同化於原有的知識體系中，或修改原有的知識系統，進而學習成長。三、尊重學生的個別差異每個學生因為智力發展程度、家庭環境、文化刺激等不同因素，其先備知識具有相當大的差異。在教學時，教師要特別注意到每位學生個人經驗的不同，分別採取適當的教學方法來進行個別化指導，如此方能使教材內容與學生原有的知識體系相融合，達成教學目標。四、與日常生活經驗相結合服務人類是科學研究的終極目標，任何學科的發展，都是為了能使生活更便利舒適，人類得以永續生存下去。因此自然科的教學不能只是純學科的學習，更要引導學生將所學的知識、態度、過程及方法應用在解決日常生活的問題上。過去的教材內容常引致與現實生活脫節之

4、批評，教材內容只有考試時才用的上。在當今全民的科學教育前提下，自然科教學應與學生的日常生活經驗相結合，讓學生有機會將所學實際運用出來，如此一定能引發學生更多的學習意願與興趣。五、培養學生解決問題的能力傳統的教學方式常予人有學生只會死讀書、學校只是製造讀書機器的地方之慨，學生只會教科書上有的標準答案，超過此範圍就一概不知。面對新世紀許多未知的挑戰，我們唯有培養學生自行解決問題的能力，才能適應未來新生活。因此，教學時應利用問題或設計情境，誘導兒童思考反省並尋找解決之道，並經由實際的學習活動來評估策略的可行性。六、培育學生的國際觀由於交通與網路資訊系統日益發達，地球村已不再是空想或口號而已，地球上每

5、一地區間的交互作用也日趨頻繁密切。諸如：糧食不均、能源短缺、人口爆炸、溫室效應、酸雨污染、核能污染及臭氧層破洞等全球性議題，都應在自然科相關教學單元中探討，藉以培養學生二十一世紀的世界責任觀。參、STS的自然科教學一、STS的由來與意義八年代的科學教育，有鑑於人類因科技過度或不當地使用，造成了生態破壞、環境污染日趨嚴重，再加上由於資訊時代來臨，網路的發展將使未來人類社會活動範圍快速地擴張。因此，引發了將科學與科技重新回歸到以人為主角的社會中之省思。所以八年代的科學課程設計及教學著重於科學、技學及社會( Science, Technology and Society, STS )三者不可分之人性

6、化關係的探討，亦即STS教學理念。STS是針對科技所帶來的社會問題，為培養具有科學素養能力的公民而發展的科學教育理念。也就是以學生日常生活中或社會上所發生與科技有關之問題為主題，讓學生自行解決問題的學習策略。學生在探討此主題的活動過程中，很自然地學到了科學知識、科學方法和科學態度。對一般學生而言，科學學科常讓他們覺得無聊，而且與實際生活沒有關連。因此，Yager在1990年提出：要用STS教學課程讓學生對一些與科學有關的社會問題產生興趣及好奇心，然後以科學的態度、科學概念、科學知識及探究過程尋找解決問題之道，讓學生產生創造力，並加以應用於社會上。二、STS的特色STS教學涵蓋了多項科學態度層面

7、，也符合二十一世紀教育理念的發展趨勢。其學習活動具有下列特徵：1. 以學習者為中心。2. 以問題為中心。3. 重視學習者的先備知識。4. 與教室外的世界相連結，注重日常生活上的應用。5. 探討社會、文化和環境相關議題，做全方位考量。6. 培養學生高層次思考的能力，能作正確抉擇並解決問題。7. 著重個人成長也鼓勵合作學習，以提昇道德倫理及社會價值觀。肆、建構主義的自然科教學一、建構主義的由來與意義建構主義是西方近數十年來興起的知識論，主張不論是個人自己或眾人共有的知識，每個人都會建構出自己獨有的心智模型（基模），並運用現有的心智模型來解釋新經驗，科學知識或數理概念架構只是暫時性，會不斷被修正和成

8、長。它不僅僅假設了個體具備建構知識的能力，更認為知識必須是學習者主動建構的，且與學習者過去經驗有密切關聯。 Tobin和Tippins認為：建構主義是探討知識獲得歷程與知識的本質是什麼的一種信念的總稱。而建構論大師Giambattista Vico則說明了科學的意義是人類歷史活動的產物，真理的被認定與時空脈絡有所關聯，強調真理是多方觀點的，會為了配合生存發展的需要，不斷地尋求演變。就客觀主義而言，科學的知識即是存在於自然世界的現象和事實，它有規律可循也可以預測，並且可以重複被驗證。而建構論的觀點則認為：這些科學知識和概念並非是放諸四海皆準的通則，每個人都會以自己的視野和想法來看待所處的世界。科

9、學家用他們所發明的定理、公式和符號來詮釋世界，學生則有另一套異於科學家的表徵方式。科學家和兒童都在建構自己的科學知識，雖然層次上有所不同，但是建構的歷程皆以自己的經驗為出發點卻是相同的。二、建構主義的教學理念建構論主張：每個人的先備知識與經驗各有不同，再以自己的知識經驗為基礎，將外界資訊建構成自己的理念，因此，學習者是不可能擁有和指導者傳遞下來的相同架構。在教學上，當一位教師傳授書本中科學知識予學生時，事實上已經產生許多偏差了，教師帶給學生的只是他個人對課程專家對科學家研究成果的詮釋的詮釋。我們可以用概念圖方式表示如下：科學家的科學課程專家詮釋的科學自然科教師詮釋的科學學生的先備科學知識學生學

10、習後建構的科學課 程 設 計教 學 設 計教室中與學生的活動 三、建構主義的特色建構主義者認為知識來源是由人架構而成，雖然各學派取向不同，但所持的觀點則共同基於下列二項主張：1. 知識並非被動地接受，而是被具有認知能力的個體所主動建構出來的。2. 認知的功能在於能夠適應環境，並將所經驗的世界予以組織及合理化，並非說明世界真理。建構論的典範具有下列三點特徵：1. 人類從其生活的意識型態中，給予外在世界意義。2. 外在世界的實體是無法直接得到的，必須經由人們自己去建構。3. 真理是多方觀點的，是為了配合人類追求生存發展的需要，不斷地形成演變。亦即建構主義在哲學上假設了人具有賦予世界意義的能動性、詮

11、釋世界的主動性和知識的多元、交互主觀性。因此，建構主義認為知識是一種創造，也是一種發明。科學教育即在此建構論的意義及特徵的影響之下，重新省思科學知識的本質為何？學習者的先備知識、原始想法及經驗對學習效果又有何影響？並且開始注意到學習者內心對於外在世界的看法，也提醒了科學教育者反思傳統的教學方式以及課程的安排。四、STS與建構主義STS教學法強調科學、技學及社會三方不可分之人性化關係探討，而建構式教學則強調自我知識的建構。其共同的特點在於二者皆強調：學生的有效學習必定建立於自己生活周遭所發生或所經驗、體會的事件上。唯有激發學生的學習興趣，讓他主動參與學習，進而探究科學知識、解決問題，方能達成真正

12、有效的學習成果。此外，STS教學法注重彼此討論及團隊合作，更是建構主義強力主張的學習方式。因為透過討論及合作學習，學生將得到更客觀而多元的看法，並且以皮亞傑的調適、同化及平衡三觀點來看，在同儕討論過程中所產生的共識或認知衝突，經不斷協調溝通後進而達成決議的互動經驗，更是學習過程中所不可或缺的。伍、教師與學習者應扮演的角色為了實踐STS與建構主義的教學理念，我們對於自然科教學時教師與學習者所應扮演的角色，需要有更進一步的體認。一、教師的角色1.從學習者的經驗出發：教師在教學時應事先考慮學習者的先備知識及現有的認知概念，對於學生學習程度上的歧異，分別採取適當的教學方法來進行個別化指導。務必使教學內

13、容與學習者原有的知識經驗緊密結合，如此才能引發學習者有意義的學習，進而建構與學科知識相容的科學概念。2.教師是學習的促進者：教師在教學的歷程當中已不再是一個知識的提供者，而是一個協助者。適時給予學習者機會由其自行組合、批判和澄清新、舊知識的差異，進而再搭建起自己新的認知。學習科學的概念必須由學習者主動地參與整個學習歷程，再建構自己的意義，傳統老師說、學生聽的學習方式已不復存在。3.教師是學習環境的建構者：佈置良好的學習情境，能使學習過程收事半功倍之效。因此教師應調整現有的教學材料，選擇適合學生年齡及發展階段的教材教具，並佈置適當的問題情境，製造學生認知上的衝突以引發其反省及解決問題的能力。4.

14、教師是教學者也是學習者：在教學過程裡，老師和學生一樣同時在建構自己的知識。而在整個學習脈絡中，教師必須隨著教學情境的變化不停地修改自己的知識和教學方式，以因應學生的學習發展。因此師生間情感、心智的學習活動彼此交融著，兩者的知識皆不斷地在此歷程中成長。是故，教師本身除了是教學者之外，也是一位學習者，與我國教育傳統上所說的教學相長理念不謀而合。二、學習者的角色1.學習者並非一張白紙：學生在教學前對於所要學習的材料已存在有許多先備知識，所以學習者並非是一張白紙。而存於學習者腦海中的相關概念有多也有少，個別差異頗大，新知識的學習即構築在這存有個別差異的先前概念之上。2.尊重他人意見和原始想法：科學知識

15、是人和自然互動的產物，已有人類價值參與的空間，不再是絕對的價值中立。個人的科學概念可反映其在社會環境影響下所形成的理念，不應強迫他人接受或拒絕，而是要透過社群成員間互相尊重、互動協調的過程，進而形成共識。3.培養自我反省、解決問題的能力：既然學習過程不再是單方面的知識傳輸，而是學習者主動地選擇了對其有意義的知識（與其先前經驗有關的知識），並且將之建構於心智中，因此學習者須培養自我反省的能力，時時省思所學所知。透過討論、溝通等方式，大家提出不同看法以刺激個體反省思考，在交互質疑辯證的過程裡，澄清疑慮並尋求最適方法來解決問題。陸、教學評量一、教學評量的內涵隨著基本教育理念的改變，教學評量也不能再依

16、據傳統的模式，而必須更多元化、更活潑化。教學評量應具有下列七項內涵：1. 注重學習能力養成的評量：教學評量將著重於學習者的獨立思考，並解除其思考和創造力的束縛。而學習者在學習過程中所發生的錯誤，更是一個深入了解學習者學習過程的契機。2. 整體性的評量：摒除以部分、分解性或事項記憶性等學習成果來作為評量依據。注重學習時的全部性、整體性及相互連貫性，例如以跨學科的主題評量方式來評定學習成果。3. 著重學習過程而非結果的評量：可以採用研究報告、研究日誌、研討會、教師平日課堂記錄、分組討論情況、能力檢核表等多種評量工具來檢核。4. 真實性學習經驗的評量：以學習者具有高度興趣、有用的、好玩的、切身相關的

17、學習主題來進行評量。例如：歌謠、報紙、雜誌、圖片、網際網路資訊等真實性教材來作為評量依據。5. 尊重個別差異性的評量：強調學習者在學習過程中的獨立性及自我引導性，每位學習者的學習都是個別化的，因此在評量方式上也應因人而異。6. 學習者參與的評量：學習活動的進行是由教師和學生共同協商規劃所達成的，學習者亦擁有參與設計學習活動的權利。因此評量可依相互及個別的方式為之，在老師的指導下，由學習者對自己及同儕進行評量。7. 同儕合作的評量：二十一世紀的學習觀乃著重於同儕夥伴間的相互合作學習，強調人與人之間的和諧互動而非敵我競爭。教學評量的目的不再是同儕間的相互比較，而是經由教師與學習者的相互協商與評量，

18、共同實踐學習目標。二、自然科學習成就評量：目前自然科的評量大致可分為形成性評量及總結性評量兩種，前者為教學中評量，後者為教學後評量。教學中評量應兼顧概念、方法、態度三方面：1. 科學概念評量：可以紙筆測驗或口頭發問等方式進行。為了避免學生無法運用語言、文字充分表達心中所思，亦可藉由操作具體實物，提供可觀察的情境，使學生從中表現他的科學概念。2. 科學方法評量：應以實際操作方式進行。教師可藉由學生操作儀器的動作、實驗流程的安排等方式，隨時隨地觀察兒童的反應，進而了解學生是如何做和如何想，是否真正達成學習目標。3. 科學態度評量：科學態度之養成，須歷經很長一段時間，因此科學態度的評量，不是在短時間

19、內可觀察清楚的。我們可以在學生參與小組工作或活動進行中，隨時加以觀察和評量。教學後評量則多以紙筆測驗來評量。紙筆測驗的命題內容，可把科學概念和科學方法互相配合。在命題的設計上，必須有一個主要的概念做基礎，再發展成一連續性的題組，引導兒童從事正確的觀察、思考和推論。評量進行中，先由教師操作，實驗器材，提供可觀察的情境。讓兒童看到現象以後，再提示問題，說明作答方式，並給與充分的時間思考及作答。 三、實作評量：相對於傳統的評量方式，實作評量（performance assessment）又稱另類評量（alternative assessment）則是一種新的評量方式。此評量方法深受當代認知心理學與學

20、習心理學中的建構論思潮所影響。為了促進學校課程的改革以及真正促使學校善盡培育人才之責，美國各州教育當局與教育相關學者近年來紛紛倡導實作評量的觀念。實作評量至少具備兩點共通之處：第一，它們都不是傳統的選擇題型式的測驗；第二，它們都是直接測量學生與真實生活相關的表現。 實作評量應具備的特色有下列數點：1. 強調學生對知識的自我決定。2. 強調學生對知識的自我組織性。3. 強調學生自我評鑑與自我校正的能力。4. 強調考核學生的實際生活表現。5. 強調解決問題的取向。6. 強調知識獲得的統整性而非零碎知識。7. 強調老師的開放心靈。8. 強調學習歷程與活動。9. 強調較長時間所發展的學習成果。10.

21、強調考核學生高層認知能力。11. 強調建立評量基準的發展階層。從建構論的觀點所推演出的實作評量雖然具有諸多特性，但實際上一個評量很難具備以上所有特性。實作評量的形式更是多元，可以是實際操作某項實驗、真實問題的解決，也可以是容許不同答案的測驗，或者是課堂上的一段演示，更可以是個人的學習筆記等等。雖然每個評量強調重點有所不同，採取的形式也有所不同，但評量的目的，仍然是強調考驗學生的學習成就，讓學生組織其所學，並將所學應用於實際生活中。實作評量可適用於傳統教學評量的任何時機，尤其在教學活動中使用，以期達成形成性或總結性評量目的之際，更顯得比傳統評量形式來的生動有效。除了教學評量之外，美國許多希望以評量改革帶動教育改革的學者或政策家們，也都倡導將實作評量使用在全州性或全國性的常模參照或標準參照評量上。然而，實作評量目前還只是初期發展階段。許多學者指出，它是必須通過許多挑戰才能有所成果的。實作評量在測驗技術上，常會遭遇到試題製作不易、製作與評量時間太長、評分缺乏客觀性與正確性、沒有標準可循等問題。柒、結語面對新世紀教學生態的演變，教師已不只是單純的知識傳播者，而是要協助學生成為學習的主導者，自行建構新的科學概念與科學知識。教師對於教學情境的看法，諸如教學環境設計、課程方針、科學本質認識等各層面，都