探究式教學(xué)的實(shí)踐──以創(chuàng)意科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)為例

.財(cái)團(tuán)法人金沙文教基金會(huì)；.元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心；.財(cái)團(tuán)法人國泰綜合醫(yī)院 湯幼竹 林懿偉 劉宗平 潘月里

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探究式教學(xué)的實(shí)踐──以創(chuàng)意科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)為例

1.財(cái)團(tuán)法人金沙文教基金會(huì)；2.元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心；3.財(cái)團(tuán)法人國泰綜合醫(yī)院 湯幼竹1林懿偉1劉宗平2潘月里3

在今日科學(xué)教學(xué)的現(xiàn)場中，探究式教學(xué)是一種逐漸受到認(rèn)同的教學(xué)方式，科學(xué)闖關(guān)為其一。倘若透過科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)，則課本中生硬、抽象的知識(shí)即可轉(zhuǎn)變成具體有效的教具，讓學(xué)生藉由操作實(shí)際的科學(xué)教具來學(xué)習(xí)與體會(huì)。不論能否通過科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)，在體驗(yàn)科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)的過程中，就能夠無壓力地學(xué)習(xí)到各種科學(xué)知識(shí)?？茖W(xué)闖關(guān)活動(dòng)不僅可以獲得成就感，還能增強(qiáng)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的動(dòng)力。

做中學(xué) 科學(xué)闖關(guān) 科學(xué)活動(dòng) 科學(xué)教育 科學(xué)傳播

0 前言

一般而言，幾乎沒有學(xué)童不喜歡游戲的。在各種的學(xué)習(xí)途徑中，游戲是最直接的方式之一。若能搭配教學(xué)主題，經(jīng)由生動(dòng)、有趣的游戲，則可讓學(xué)童們從做中學(xué)，在快樂中成長（劉宗平，2008）。

從做中學(xué)，可讓學(xué)童們能從生活中自我探索。通過思考問題的內(nèi)涵、尋找解決問題的方法，可以持續(xù)不斷地保有學(xué)習(xí)的動(dòng)力（劉宗平，2009）?？茖W(xué)的內(nèi)涵充滿高度的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，透過充滿創(chuàng)意的科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)，可帶領(lǐng)學(xué)童們進(jìn)入探究科學(xué)的世界，使他們的學(xué)習(xí)具有持久性，達(dá)到事半功倍的學(xué)習(xí)效果。

1 科學(xué)教學(xué)工作中的困擾

對于自然科學(xué)的教學(xué)工作而言，通常會(huì)教導(dǎo)學(xué)童們?nèi)绾芜\(yùn)用科學(xué)的態(tài)度，來面對生活中的各種問題，并應(yīng)用科學(xué)的方法來解決問題。然而，當(dāng)下學(xué)童們解決問題的能力，似乎不如預(yù)期。當(dāng)面臨生活中的問題時(shí)，許多學(xué)童經(jīng)常會(huì)顯得茫然不知所措，甚至還會(huì)選擇逃避、退縮。

經(jīng)過一番觀察后發(fā)現(xiàn)，可能的原因之一是科學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)單元不夠落實(shí)，導(dǎo)致學(xué)童們?nèi)狈μ魬?zhàn)問題及解決問題的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。在學(xué)校中，擔(dān)任科學(xué)教學(xué)的教師們，經(jīng)常會(huì)面臨科學(xué)進(jìn)步與升學(xué)競爭的雙重壓力，使得科學(xué)教學(xué)的工作產(chǎn)生極大的困擾，無法發(fā)揮科學(xué)教學(xué)的預(yù)期效果。

由于科學(xué)進(jìn)步神速，使得需要傳達(dá)的科學(xué)知識(shí)大增。在授課時(shí)數(shù)有限的情況下，只好在教材內(nèi)容上作一些取舍，難免會(huì)造成詞不達(dá)意。如再考慮升學(xué)競爭的現(xiàn)實(shí)問題時(shí)，則科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)數(shù)就會(huì)相對地減少，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作的執(zhí)行效果大打折扣（鄒玉鈿，2011）。

2 探究式教學(xué)與科學(xué)活動(dòng)

與其他學(xué)科目的教學(xué)相比，科學(xué)教學(xué)具有三項(xiàng)明顯的特色：實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、概念與原理的認(rèn)知與建構(gòu)、科學(xué)過程技能的培養(yǎng)（吳武雄、陳瓊森，1992）。這三項(xiàng)特色與科學(xué)創(chuàng)造力間的關(guān)系密切，它們彼此間是相輔相成的?？茖W(xué)活動(dòng)中含有“動(dòng)手做”和“科學(xué)闖關(guān)”兩項(xiàng)要素，其皆以科學(xué)探究的基本精神為主導(dǎo)，它們都是實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。

“動(dòng)手做”活動(dòng)之內(nèi)涵是一種探究式科學(xué)教學(xué)活動(dòng)，也是一種最具有科學(xué)特色的教學(xué)法（DeBoer，1991）。依照學(xué)童們各個(gè)階段的知識(shí)基礎(chǔ)，針對各個(gè)科學(xué)主題，可以設(shè)計(jì)一系列具有創(chuàng)意的科學(xué)闖關(guān)游戲。通過快樂、有趣的科學(xué)探究活動(dòng)，讓學(xué)童們建構(gòu)出屬于自己的概念性知識(shí)，孕育面對問題、解決問題的正確科學(xué)觀，培養(yǎng)出良好的科學(xué)態(tài)度與能力，親身感受科學(xué)實(shí)際應(yīng)用的可能性。

當(dāng)設(shè)計(jì)“科學(xué)闖關(guān)”活動(dòng)時(shí)，須讓學(xué)童們親身操作、應(yīng)用科學(xué)教具，不僅要體驗(yàn)科學(xué)原理，還要達(dá)成活動(dòng)設(shè)定的目標(biāo)，進(jìn)而獲得“過關(guān)”和“成功”的經(jīng)驗(yàn)。對于高年級的學(xué)童來說，因已在課堂上學(xué)過該項(xiàng)科學(xué)活動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，故具備了執(zhí)行科學(xué)活動(dòng)所需要的理論性基礎(chǔ)。經(jīng)由實(shí)際的活動(dòng)操作，可以驗(yàn)證科學(xué)理論的內(nèi)涵，加深其對科學(xué)原理的深入了解（劉宗平，2009）。

然而，對于低年級的學(xué)童而言，雖不一定具有活動(dòng)所需的理論性基礎(chǔ)，但藉由體驗(yàn)科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)的過程，可以親身感受科學(xué)是有趣的、好玩的，在心中建立“務(wù)實(shí)”的先備經(jīng)驗(yàn)。在未來的科學(xué)教學(xué)課程中，使學(xué)童們可以產(chǎn)生較大的興趣與信心，獲得較大的學(xué)習(xí)效果（劉宗平，2008）。

3 科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)內(nèi)容設(shè)計(jì)

根據(jù)上面所提到的基本原則，便可著手設(shè)計(jì)科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)。通常，會(huì)設(shè)計(jì)出50項(xiàng)以上的科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)作為題庫，其屬性要涵蓋到各種科學(xué)單元。每當(dāng)推展科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)時(shí)，必須配合特別選定的活動(dòng)主題，從題庫中挑選出其中的20項(xiàng)闖關(guān)活動(dòng)來施行。

設(shè)計(jì)科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)時(shí)，需要考慮的重要因素有：施行對象、闖關(guān)內(nèi)涵和執(zhí)行場所三大項(xiàng)。為了讓學(xué)童們接觸科學(xué)、認(rèn)識(shí)科學(xué)、接受科學(xué)，甚至喜歡科學(xué)，那么施行的對象就不能太過于侷限。然而，執(zhí)行闖關(guān)活動(dòng)需要一定的生活體驗(yàn)和科學(xué)知識(shí)作為基礎(chǔ)，才能達(dá)到某種預(yù)期的效果。如果學(xué)童年齡太小，則其生活經(jīng)驗(yàn)太少、科學(xué)知識(shí)不足，不易領(lǐng)會(huì)闖關(guān)活動(dòng)的內(nèi)涵。反之，若學(xué)童年齡太大，則因其擁有太多的定見，不易享受闖關(guān)活動(dòng)的樂趣。通常，闖關(guān)活動(dòng)的施行對象，大多會(huì)以小學(xué)1～4年級的學(xué)童為主。

施行對象選定之后，即可進(jìn)行設(shè)計(jì)闖關(guān)內(nèi)涵。每一項(xiàng)闖關(guān)活動(dòng)中，原則上包含了活動(dòng)名稱、單元主題、操作方式和原理說明等四個(gè)主要部分。前已提及，闖關(guān)活動(dòng)應(yīng)盡量擺脫課堂教學(xué)的刻板印象，代之以生動(dòng)、有趣的游戲方式來呈現(xiàn)。倘若闖關(guān)活動(dòng)的游戲份量太重，那么所欲表達(dá)的科學(xué)傳播就會(huì)變得模糊。在游戲份量與科學(xué)傳播之間，其取舍經(jīng)常會(huì)面臨兩難的窘境。因此，闖關(guān)游戲的內(nèi)涵，除了要顧及實(shí)驗(yàn)學(xué)童的背景知識(shí)之外，還要設(shè)想實(shí)驗(yàn)執(zhí)行時(shí)可能遭遇到的困難。為此，可在闖關(guān)活動(dòng)的攤位前方，放置一片廣告牌，上書游戲?qū)嶒?yàn)的科學(xué)原理和闖關(guān)提示，以增強(qiáng)學(xué)童闖關(guān)時(shí)的信心度和成就感。

由于科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)的施行場所不再限于教室，所以闖關(guān)游戲還要盡量適用于各種可能的場所?；旧?，施行20項(xiàng)科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)，需要一個(gè)寬廣的空間。倘若不在室內(nèi)進(jìn)行，那么一般的戶外場地或是操場，都是不錯(cuò)的選擇。若是艷陽天，搭個(gè)遮陽傘，便可施行活動(dòng)。然而，當(dāng)活動(dòng)進(jìn)行了一段時(shí)間之后，突然起風(fēng)了，或是下雨了，就要有事先備妥的對策來因應(yīng)，以確?；顒?dòng)可以繼續(xù)進(jìn)行。事實(shí)上，在設(shè)計(jì)活動(dòng)之初，要仔細(xì)思索所有可能影響活動(dòng)的因素。為了展現(xiàn)活動(dòng)的具體內(nèi)容，茲以6項(xiàng)普受好評的闖關(guān)游戲作為示例，分別敘述之。

闖關(guān)活動(dòng)（1）

活動(dòng)名稱：龍卷風(fēng) 單元主題：空氣壓力 操作方式：倒轉(zhuǎn)保特瓶，不得擠壓瓶體，讓瓶內(nèi)的水快速地流進(jìn)另一空瓶內(nèi)。水一流動(dòng)，即可成漩渦，像龍卷風(fēng)似地向下瓶注入。若水流快速注滿下瓶者，則算過關(guān)。 原理說明：兩瓶間有小口徑墊片，當(dāng)兩瓶顛倒時(shí)，因受下瓶空氣阻擋，上瓶內(nèi)的水不會(huì)下流。握住保特瓶，以畫圈方式搖動(dòng)，造成龍卷風(fēng)，水就會(huì)快速流下。

闖關(guān)活動(dòng)（2）

活動(dòng)名稱：電流急急棒 單元主題：導(dǎo)電與絕緣 操作說明：手持電流棒，沿著螺旋形導(dǎo)線移動(dòng)。當(dāng)從導(dǎo)線的一端移動(dòng)到另一端時(shí)，若沒有觸動(dòng)警報(bào)者，則算過關(guān)。從實(shí)驗(yàn)中，可認(rèn)識(shí)導(dǎo)體與絕緣體，分辨通路、斷路與短路，訓(xùn)練手眼間的協(xié)調(diào)。 原理說明：電流流動(dòng)所經(jīng)過的封閉路徑，稱為通路。一般的通路中，至少有三種元件：電源（干電池、其它種類電池）、導(dǎo)線（電線）與負(fù)載（燈泡、馬達(dá)）。如果通路斷掉，就成了斷路。有電池的通路中，若移除負(fù)載，就形成了短路。

闖關(guān)活動(dòng)（3）

活動(dòng)名稱：歸去來兮 單元主題：能量轉(zhuǎn)換 操作方式：圓罐中間，橫架著一條橡皮筋。在橡皮筋的中點(diǎn)處，吊著一個(gè)小鉛垂。當(dāng)用力推罐子向前滾動(dòng)時(shí)，若罐子向前滾動(dòng)一段距離后，能自動(dòng)滾回原來的出發(fā)位置者，則算過關(guān)。 原理說明：如果罐子向前滾動(dòng)，那么橡皮筋就會(huì)逐漸卷緊，把運(yùn)動(dòng)能量儲(chǔ)存為彈性位能。同時(shí)，罐子會(huì)減速。當(dāng)罐子滾動(dòng)停止后，橡皮筋的儲(chǔ)存能量便重新釋放出來，變成運(yùn)動(dòng)能量，使罐子反方向滾動(dòng)，回到原來的出發(fā)位置。

闖關(guān)活動(dòng)（4）

活動(dòng)名稱：慣性實(shí)驗(yàn) 單元主題：慣性定律 操作說明：先將鐵球、紙片平穩(wěn)地放置在直立鋼管的頂端，再在紙片旁放置一片可水平彈射紙片的鋼片。用手輕彈鋼片，將紙片彈出。若紙片彈出后，鋼球依然保持在鋼管的頂端處者，則算過關(guān)。 原理說明：在不受外力的情形下，物體會(huì)保持原有的狀態(tài)，稱為慣性定律。若巧妙地輕彈鋼片，則可使紙片水平彈出，不會(huì)影響物體在垂直方向的靜止?fàn)顟B(tài)。

闖關(guān)活動(dòng)（5）

活動(dòng)名稱：毛毛歷險(xiǎn) 單元主題：波動(dòng) 操作方式：在兩根音叉柱之間，套上橡皮筋。將“毛毛”輕放在橡皮筋的一端，并開始敲擊其中一根音叉，千萬不能讓“毛毛”摔下來。若“毛毛”可從橡皮筋一端抵達(dá)另一端者，則算過關(guān)。 原理說明：當(dāng)敲擊音叉時(shí)，音叉的振動(dòng)會(huì)直接傳遞到橡皮筋的一端，引起橡皮筋以同樣頻率振動(dòng)。若不斷地敲擊音叉，則“毛毛”便會(huì)慢慢地沿著橡皮筋移動(dòng)。在此活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，可以認(rèn)識(shí)音叉的振動(dòng)、振動(dòng)引起的波動(dòng)、波在橡皮筋上的傳播，以及波動(dòng)造成“毛毛”的移動(dòng)。

闖關(guān)活動(dòng)（6）

活動(dòng)名稱：畫過星空 單元主題：光反射與手眼協(xié)調(diào) 操作說明：目視前方的鋁板表面，手握金屬導(dǎo)電筆，從紅點(diǎn)處開始，一筆畫完一顆星。當(dāng)在不導(dǎo)電的星形區(qū)一筆畫時(shí)，若筆尖碰觸到黃色金屬板的區(qū)域時(shí)，則前方的紅色小燈就會(huì)發(fā)光，并發(fā)出聲響。在一筆畫的過程中，若紅色小燈沒有亮，則一筆畫完成者就過關(guān)了。 原理說明：光潔的鋁板表面，像一面反射鏡，可以反射入射光。目視前方的鋁板表面，可見倒映在其中的影像。若筆沒有接觸到黃色金屬板的區(qū)域，則電路是斷路，紅色小燈不會(huì)亮。反之，則會(huì)。手眼若能協(xié)調(diào)一致，就會(huì)過關(guān)。

5 結(jié)論

學(xué)習(xí)科學(xué)是提升全民知識(shí)水平的最佳途徑，所以科學(xué)教育的扎根工作必須從小學(xué)開始做起?？茖W(xué)闖關(guān)活動(dòng)將科學(xué)實(shí)驗(yàn)與實(shí)作體驗(yàn)結(jié)合在一起，讓不同年級的學(xué)童們在游戲中不斷地學(xué)習(xí)科學(xué)概念和知識(shí)。透過“觀察、假設(shè)、實(shí)驗(yàn)、結(jié)論”的步驟和過程，建構(gòu)屬于自己的知識(shí)體系，是一種寓教于樂相當(dāng)有效的方法。

組織推展科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)的團(tuán)隊(duì)，直接走進(jìn)各個(gè)學(xué)校，可讓學(xué)童們在自己熟悉的校園內(nèi)享受專業(yè)的科學(xué)教育服務(wù)。自2007年迄今，已走過臺(tái)灣150多所學(xué)校，服務(wù)過近三萬名的學(xué)童。經(jīng)過科學(xué)闖關(guān)活動(dòng)的洗禮，學(xué)童們不但可在快樂中成長、學(xué)習(xí)，還能培養(yǎng)出良好的科學(xué)態(tài)度、提升解決問題的能力，讓科學(xué)的種子發(fā)芽、成長與茁壯。

[1] 劉宗平, 王仲淳, 吳志榮, 尤克強(qiáng), 洪坤森, 陳文慶, 黃士文. 一種服務(wù)學(xué)習(xí)型“小學(xué)科學(xué)嘉年華巡回服務(wù)計(jì)劃”的活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施[C]. 首屆海峽兩岸科普研討會(huì)論文集，2008.

[2] 劉宗平, 王仲淳, 吳志榮, 潘月里,.學(xué)節(jié)能減碳課程的規(guī)劃與設(shè)計(jì)[J]. 二屆海峽兩岸科普研討會(huì)論文集, 2009.

[3] 鄒玉鈿. “探究式創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)教學(xué)”對八年級學(xué)生[D]. 慈濟(jì)大學(xué)教育研究所碩士論文，2011。

[4] 吳武雄, 陳瓊森. 有效的科學(xué)概念教學(xué)：職前科學(xué)教師教學(xué)能力培養(yǎng)之研究[R]. 臺(tái)灣科技主管部門專題研究計(jì)劃成果報(bào)告,1992.

[5] George E. Deboer, “A history of ideas in science education,” New York, Teacher College, 1991.

湯幼竹，財(cái)團(tuán)法人金沙文教基金會(huì)，執(zhí)行秘書。

林懿偉，財(cái)團(tuán)法人金沙文教基金會(huì)，副執(zhí)行長。

劉宗平，元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心，主任。

潘月里，財(cái)團(tuán)法人國泰綜合醫(yī)院，護(hù)理師。