探究教学的实践与理论

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1、1,探究教学的实践与理论,1,2,大 纲,一、探究教学的实例 二、探究能力的评量 三、学生在探究教学中的成长 四、探究教学的相关学理,2,3,一、探究教学实例,重新布局与布题以改编课本的食谱式实验 教科书中的实验其实验条件及步骤均已设定，我们的做法就是将这些实验条件及步骤均开放给学生思考与讨论。 这样做的好处是不会增加老师太大的教学负担。 以初中二上教科书的第5章温度与热及我们设计的探究教学为例做说明。,3,4,4,实验 5-1 加热时间与水温上升 目的：了解加热时间、上升水温与水量三者间的数量关系。 器材：,5,5,6,6,7,7,8,8,实验 5-2 物体受热后温度上升的比较 目的：质量相

2、同的水和油，当加热时间相同，温度上升情形会不会一样。 器材：,9,9,10,10,11,11,12,12,科学家定义：使1公克的物质上升1所需的热量，为此物质的比热，单位为卡/克。油的比热就是使1公克的的油，温度上升 1所需的热量。和水相比，欲使1公克的油上升1所需的热量，将会小于1卡。,13,13,14,我们设计的探究教学,(一) 使学生投入条件开放的实验活动，自行决定实验的各项变因 (二) 经由各组的发表，发现相同的观察事件有不同的结果，引起好奇和反思可能的原因 (三) 确认各种影响因素，依据重要性排列出来 (四) 选择一个影响因素做探索，包括形成研究假设、设计实验、搜集与分析资料、检验研

3、究假设和发现规律性,14,15,(五) 交流与评估各组的实验设计与结论，确定存在的一些规律性，并反思交流前、后的想法是否改变及理由 (六) 学生回顾他们的探究与学习，包括学习到什么、如何学习、及思考进一步的研究问题等,15,16,以完全开放条件的情境，使学生体验到：影响水温上升的因素有很多,16,有使用挡风版，水装得比较少,有使用挡风版，水装得比较多,17,以完全开放条件的情境，使学生体验到：影响水温上升的因素有很多,17,没有使用挡风版，水装得比较少,没有使用挡风版，水装得比较多,18,问题一：用条件完全开放的活动，考验学生是否已经 学会如何记录实验资料，并加以分析的能力,18,有些小组的记

4、录稍微详细一点，但还是不够精细,19,问题一：用条件完全开放的活动，考验学生是否已经 学会如何记录实验资料，并加以分析的能力,19,有些小组已经学会使用详细的文字及绘图，来描述自己的实验经过，包括实验所需的器材、实验步骤及结果，能都描述清楚。,20,第一次探究之后，进行第一次的发表交流,20,整理实验资料准备第一次发表交流,21,第一次探究之后，进行第一次的发表交流,21,将探究所得的实验资料，报告给同学听，发表交流,22,问题二：各组学生将第一个活动（问题一），探究所 得到的资料向全班报告，比较异同之处,22,学生在听完各组的发表之后，发现到影响水温上升的因素有很多 ，进而察觉到控制变因的重

5、要 。,23,问题三：学生在小组讨论之后，把影响水温上升的 因素，依据重要性排列出来,23,依照重要性来排列影响水温上升的因素，藉此让学生练习收敛思考，也为下一个活动布局，让学生挑选一个他最有兴趣的因素来做研究。,24,问题四：各小组选择自己想要研究的变因、提出假说、 设计实验来搜集资料、并根据资料提出结论,24,能详细写出进行探究活动所需的器材，并设计出实验步骤,（第二组）想研究的变因,根据变因提出的研究假设，此即为探究之后可能被发现的Pattern,能根据探究活动所搜集到的资料，分析资料以形成结论,25,问题四：各小组选择自己想要研究的变因、提出假说、 设计实验来收集资料、并根据资料提出结

6、论,25,（第五组）想研究的变因,根据变因提出的研究假设，此即为探究之后可能被发现的Pattern,只用简单的文字叙述及绘图来说明自己的实验设计。,能根据实验搜集到的资料，形成结论,26,问题四：各小组选择自己想要研究的变因、提出假说、 设计实验来收集资料、并根据资料提出结论,26,能详细写出进行探究活动所需的器材，并设计出实验步骤,（第四组）想研究的变因,根据变因提出的研究假设，此即为探究之后可能被发现的Pattern,能将实验搜集到的资料，整理资料，画成图表。,能根据实验搜集到的资料，形成结论，并做出推论。,27,根据自己想研究的变因、提出假说、设计实验、进行探究活动，收集资料来验证自己的

7、想法,27,第四组选择的变因是容器材质的不同，依据此变因产生的假说是用铝杯和玻璃杯来装水加热，铝杯中的水温上升较快。这个假说也就是学生在进行探究活动之后，可以发现的Pattern。,玻璃杯,铝杯,28,整理实验资料，准备第二次发表交流,28,29,第二次探究所得的成果,29,第四组的发现是用铝杯和玻璃杯来装水加热，铝杯中的水温上升较快 。,由实验资料产生的，进一步的推论,30,进行第二次的发表交流,30,在发表之后，接受同学的提问,31,在发表交流之后，观摩比较各组的报告资料,31,在各组发表之后，将各组的报告，陈列于教室前面，让同学互相比较，并回顾整个探究历程,32,问题五：再次进行小组讨论

8、，并确认自己的想法是否 有改变,32,在经过探究活动之后，验证自己的想法，确认想法不需改变,听过各组报告之后，把影响水温的主要因素，做最后的确认,33,问题六：回顾本探究活动及探讨可进一步研究的问题,33,进一步延伸的研究问题,能体会到自己的知识来源：来自自己的探究所得、来自与其他人的交流,34,教学建议,一、使学生投入条件开放的实验活动，经由各小组的发表，发现相同的观察事件有不同的结果，以引起学生好奇和问为什么； 二、以上述因实验条件开放引起的问题为始，诱发学生进行探究； 三、连结学生的探究经验与科学思考策略的明示教学。 四、给学生时间投入思考的任务、利用非预期的思考机会、促进班级或小组讨论

9、、要求学生辩护和解释他们的想法。,35,二、探究能力的评量,科学探究能力的内涵包括发现问题、形成另有假设、评价及选择假设、设计实验、预测实验结果及解释等五个元素，由此构成科学探究能力测验的试题结构。 评分标准,35,36,36,37,37,38,38,一、比较图A和图B，你发现到什么可疑的问题呢？ 二、针对这个可疑的问题，请你提出至少二个不同的假设，来暂时解释这个可疑的问题。 三、在你所提出的不同假设中，你认为哪一个假设最有可能解释这个可疑的问题？为什么？ 四、如何设计一个实验来测试你所选择的假设是不是对的？请将你的实验设计写在下面，若有必要，可以用文字和图形一起说明。 五、根据你所选择的假设

10、和设计的实验，你预期实验的结果是什么？请详细说明你的理由。,39,第四题评分标准 依照学生是否能依据他所挑选的假设来设计实 验、设计的实验是否有做到操纵变因与控制变因 来给分，实验设计越详细，得分就越高。因此，学 生在第四题的作答情况，也可以细分成04分。1.有配合假设设计实验，并有明确的操纵变因与控制变因，给4分。2.配合假设设计实验，有操纵变因但无控制变因，或操纵变因与控制变因不够明确者，给3分。3.配合假设设计实验，仅有操纵变因或控制变因，但不够明确者，给2分。4.无明确的实验设计或未针对假设设计者，给1分。5.空白未作答或无效答案，给0分。,39,40,三、学生在探究教学中的成长,培养

11、科学创意人的个性和气质(强烈的好奇心、顽强、坚持、狂热、持续专注)、以及运用心智的习惯(于不疑处有疑、着迷于探索事物如何运作、持续沉思与反思)。 培养科学家般思考的特征。,40,41,科学家般思考的特征（Kida, 2006）： 1.保持心胸开放，对于任何未经证实的主张存疑。 2.确保某项主张或想法是可被检验的。 3.评鉴支持某个想法的证据质量。 4.尝试否证某项主张或想法。 5.考虑替代性解释。 6.在其他条件相等的状况下，选择能对现象提出最简单解释的主张或想法。 7.在其他条件相等的状况下，选择与已确立的知识不相牴触的主张或想法。 8.依照支持或驳斥那个想法的证据数量来调节自己的想法。,4

12、1,42,四、科学探究教学的相关学理,1. 科学探究的类型 2. 探究教学的三维架构 3. 探究教学的共同阶段 4. 科学探究与概念建构 5. 情境兴趣（situational interest） 6. 科学思考策略 7. 后设策略知识（meta-strategic knowledge） 8. 明示教学与内隐教学（explicit vs. implicit） 9. 分散式鹰架（distributed scaffolding）,42,43,1.科学探究的类型,(1)哪一个（哪些） 类型：(a)哪些因素影响着？(b)哪一个对是最好的？(c)哪一个设计对是最好的？,44,(2)什么类型：(a)与之间

13、有什么关连？(b)如果则将发生什么？,45,(3)如何类型：(a)如何随着而改变？(b)如何影响？(c)不同的如何影响？,46,2.探究教学的三维架构 （Wellington & Ireson, 2008）,47,3.探究教学的共同阶段(NRC, 2000),(1) 使学生接触问题、事件、或现象，藉机制造冲突事件； (2) 经由形成假说与测试假说的过程，以探讨所提出的解释之合理性； (3) 分析及诠释实验数据，综合各部分的想法，建立模型； (4) 应用所学到新的情境； (5) 回顾与评估学到什么及如何习得。,47,48,49,50,51,52,4. 科学探究与概念建构,科学探究目的在发现pat

14、terns, relationships,以及形成perspectives 学生可以从探究过程发现规律性的模式(pattern of regularity) ，但学生较无法从发现中自行建构此规律性的模式所指涉的科学概念（Lawson, 2010） mental patterntermconcept,52,53,5.情境兴趣,建立情境兴趣：由教室中的事件或经验所触发，包括自主的（给予学生做有意义的选择）、新奇的、令人惊讶的、悬疑的、及辩论等，点燃学生的兴趣，而这个短暂的兴趣，能让学生自发地投入活动中(Anderman,Noar, Zimmerman, Palmer, 2009),53,54,55

15、,56,6.科学思考策略,科学探究背后的思考策略（thinking behind the doing）（Li Roberts &Gott, 2000），例如控制实验的思考策略是一次只能改变一个因素，其它的因素都应保持不变。,56,57,58,在科学探究中学生所欠缺的，就是循着探究 活动来指挥他们思考以产生结果的能力（Lawson, 2002）,学生最显著的困难在形成问题上（Rop, 2003） 在形成假设上，学生会避免提出易遭反驳之精确假设（Klayman Klahr,Fay, & Dunbar, 1993），也不能够区别假设和实验预测之间的不同（Park, 2003）,59,在确认与控制变因

16、上，学生经常无法确认要探讨的变因，以及这些变因之间的关系（Njoo Germann, Aram, & Gerald,1996） 在实验阶段，学生常会设计出不得要领的实验，或者不足以测试假设的实验（DeJong & Van Joolingen, 1998）,60,在诠释实验证据时，学生会倾向忽视、拒绝或错误地诠释与他们的理论不符合的数据（Chinn Kuhm & Udell, 2003）,61,62,7.后设策略知识,科学思考背后的思考策略（thinking behindthe thinking）（Zohar & Ben-David,2008），例如什么是控制实验、为什么要进行控制实验、如何进行控制实验、何时进行控制实验等。属于科学思考策略的后设认知层次（Ben-David & Zohar, 2009）。,