Transcript 科學教育研習 - 台中市立人國中教師網誌

科
學
教
育
研
習
台中市國教輔導團
自然與生活科技領域精進教學計畫
科展製作
與
經驗分享
主
8月25日
講：台中市立居仁國民中學
蔡明致 老師
指導教授：彰師大科學教育研究所
王國華 博士
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大 綱
 壹.如何選定主題
 貳.科展作品發展綱要
 叁.探究學習之其他策略
 肆.探究活動實例
 伍.作品說明書寫作規準
 陸.論文解說注意事項
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壹‧如何選定主題
認識科學展覽作品的屬性
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(整理自Windschitl，2003)
活動
教科書實驗
科學競賽
專題研究
科覽展覽
層次
證實的經驗
結構性探究
引導式探究
開放式探究
問題
提供
教師提供
教師提供
教師提供
學生發展
教師
提供的步驟
教師
提供的步驟
學生
設計的方法
學生
設計的方法
答案
已知的答案
未知的答案
未知的答案
未知的答案
複雜度
簡單
複雜
困難度
容易
困難
自由度
限定
自由
技能
需求
單純
多元
經驗
需求
生手
專家
時間
需求
節單位
週單位
方法或
步驟
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全國科展評審項目
１．主題或材料之鄉土性。
２．主題或解決問題之創意。
３．科學方法之適切性（包括科學精神與
態度、思考邏輯程序、研究或實驗日誌
之詳實性及作品之完整性）。
４．學術性或實用性價值。
５．表達能力及生動程度（操作技術）
６．主題與教材之相關性。
(參閱國立台灣科學教育館網站資料)
http://www.ntsec.gov.tw
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國展評審項目的對應原則
1、學術性或實用性價值。
目的：以「主題小而內容精緻」
提升研究價值
研究價值---學術性：台灣區的新發現
ex： （觀察壁虎 VS 發現寄生蟲）
研究價值---實用性：新應用或改良
ex： （改良冰包 VS 急救冰包
改良水火箭 VS 簡易拋繩槍 ）
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國展評審項目的對應原則
2、主題或材料之鄉土性。
目的：以地區性題材強化台灣本土科學
發展
ex：系列樂器原理與應用
旋音管裡的精靈（48，第一名）
吸管笛的諧音之研究與發展（2007國
際科展第一名）
鄒之風聲--風笛（2007 國際科展第二
名、美國國際科展大會二等獎 ）
目的：以實作材料的便利性強化作品的
科學性及創意
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國展評審項目的對應原則
3、主題或解決問題之創意。
目的：培育手腦並用科學家
（李遠哲 vs 千萬美元實驗室）
ex：
自製簡便儀器（變速風笛 & 直流風洞）、
簡易檢測法（冰包 vs 食品添加物規格檢驗
方法專輯，衛生署藥物食品檢驗局 ）
國展評審項目的對應原則
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4、科學方法之適切性（包括科學
精神與態度、思考邏輯程序、研
究或實驗日誌之詳實性及作品之
完整性）。
目的：體驗完整科學家的探究歷程
ex：觀察→問題聚焦→假設→實驗
→規律性→推論原理原則
國展評審項目的對應原則
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5、表達能力及生動程度
（操作技術）
目的：學生為探究主角
(適性培育少年科學家→推展科學事業)
ex：(學術性向發展)
少年科學家→中小學科展
→青少年科學家培育計畫、中學生參與
科學專題研究計畫、中研院高中科學
資優生培育計畫
→國際科展、國際奧林匹亞競試
→保送大學相關科系→科學家
國展評審項目的對應原則
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6、主題與教材之相關性。
目的：熟習文獻探討與學理的應用
ex：陶笛 vs 駐波 、
大葉桃花心木種子 vs 展弦比
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小 結
複雜情境的小題目
有價值(學術或實用性)的
題目
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貳、科展作品發展綱要
科學教師的教學理念
善用科學方法(探究流程)
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「科學教師」的教學理念
---法源篇
法源依據：九年一貫課程綱要
對「自然與生活科技領域」的基本理念：
1.學習科學，讓我們學會如何進行探究活動。
2.學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判
，培養出批判、創造等各種能力。
3.特別是以實驗或實地觀察的方式去進行學習
，使我們獲得處理事務、解決問題的能力。了解
到探究過程中，細心、耐心與切實的重要性。
（教育部，2003）
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「科學教師」的教學理念
---理論篇
在眾多知識論的哲學觀點中，建構主義
的學習理論重心就在於促進學生進行「
有意義的學習」。
 認知心理學家 Ausubel於1963年提出「
有意義的學習」( meaningful learning )，他強
調學習必須和本身已有的認知結構產生
交互作用，進而概念改變形成另一新的概
念結構，這過程就是進行有意義學習。

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「科學教師」的教學理念
---策略篇
要達成有意義的學習，Ausubel於1968年提出三項條件
：
 1、知識要有意義：由於有意義的學習是將新訊息與原
有的認知架構作連結，所以，對於所要學習的內容，其
本身必須是具有意義的，且能符合學生邏輯思考的特質
，形成一個完整的、有組織的系統，而非只是許多概念
、命題的任意堆砌，如此，才能提供學習者做有意義的
連結。
 2、學習者應具備相關的先前知識：Ausubel認為影
響學習最主要的因素是學習者的先前知識。亦即，學習
者須具備相關的先前知識，才能將新的訊息與合適的概
念相連結。
 3、主動學習：學習者必須是主動自發地將新訊息與原
有的認知架構做有意義的連結，而非只是用任意的或侷
限於名詞上的表面意義。
（引自 陳均伊、張惠博、張文華，2003）
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小 結
 1、知識要有意義
→有系統的探究過程(科學方法)
→有組織的認知架構(概念聯結)
 2、學習者應具備相關的先前知識
→探究情境的觀測
→文獻探討
 3、主動學習
→發掘有意願、體力、時間的學生
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善用「科學方法」
---給他魚吃，不如給他釣竿，
教他釣魚。
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教學策略的應用時機
(行動研究)
教學困難
↓
學理及策略
↓
學校本位之實施方式
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認識「探究式教學」
教學困難：孩子們缺乏適當探究情境
 目標：提供探究情境增進學習成效 (學習
動機及有意義的認知)
 策略：提供符合其能力及興趣的合適課程
題材，達到因材施教的目的。
 設計原則：
1.尋求可仿作的題材，教師依據課程及教材
內容，允許學生進行探究性的學習。
2.將同一主題分成核心概念及，學生可以依
照自己能力的不同，學習適合自己能力及
興趣的內容。

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科學教師的作法
目標：
學生：提昇從事科學探究的「能力」。
教師：累積活動設計與實驗指導「經驗」。
原則：
以學生為學習的主角及創意的實踐者。
以敎師為資源提供者及統整方案諮詢者。
作法：
1.組織教師暨專家團隊。(訓練者 智囊團
專家 學者)
2.參考科學教學策略與模式。(學習環、5E
、POE、Vee圖、概念圖、腦力激盪術…)
3.行動研究(教學研究者 vs.少年科學家)
4.多元社團(競賽 科展 發明展 科學園遊會
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教科書的科學探究流程
(科學方法)
觀察(探究情境的觀測)
提出問題(比對、”小題大作”)
假設(變因分析)
實驗(變因操、控)
討論及推論(避免過度推論)
結論(學術性或實用性價值)
科學教學策略與模式--5E學習環
科
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




BSCS 改良發展出含有建構主義特性的「5E 建構式學習環
教學模式」，分述如下： 【配合科學展覽活動】
1.投入（engagement），其實就是模仿learning task，利
用活動使學生聯繫起舊經驗，並關注於當下學習活動的歷
程。【仿作、觀察】
2.探索（exploration），和原learning cycle 的探索階段相
同，學生主動操作教具、資料，主動探索問題。 【挑戰問
題、文獻探討、假設、實驗操作】
3.解釋（explanation），和原learning cycle 的發明階段相
同，學生發表、示範他們對概念的了解或操作過程，而教
師可引介科學概念進來。 【討論、獲致規律性】
4.精緻化（elaboration），和原learning cycle 的發現階段
相同，學生將發展出來之新概念活用於新情境中，藉此能
深入、並獲得更多的資訊與高層次的技巧。 【規律性的發
現及應用、學術性及實用性】
5.評鑑（evaluation），鼓勵學生評量自己的了解程度與能
力，並提供教師評量自己的教學技巧、成效和目標進展情
況。 【發表、科展】
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探究教學策略與模式--學習環
學習環(Learning Cycle)，是於1970 年首次
出現在SCIS 課程的教師手冊內。
 創造探討教學模式
（創造探討學習環 Creative Inquiry Model ）
 由Torrance、Carin、Sund 等人所倡導，
是一種以探討、發現、問題解決為方法，
來發展個人創造能力的主要教學模式。
 水火箭 + 拋繩槍 → 水火箭拋繩槍。

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探究教學策略與模式-- POE教學策略







台灣師大科教所所長邱美虹教授在學生學科學習與評量
其中提到在教學中：運用POE模式的實驗活動與評量，強
調問題情境與觀察現象之間的互動，針對爭議之處再思
考，以達成概念的一致。
Prediction 預測
Observation 觀察
Explanation 解釋
運用POE 模式在教學中聚焦於學生對實驗活動的了解，
並藉其結果呈現科學概念的內容與關聯，在教學上獲致
正向的成效。
使用POE 模式教學時，發現由於作「預測」較少受到「
什麼是正確答案？」的想法影響，平時內向不善表達的
學生較能在同學鼓勵下發言；兒童在實驗中運用，學生
的投入度亦有所提昇。
所以將POE模式運用在實驗活動中以及教學單元中，以
求提昇合作學習之教學成效。
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叁、探究學習之其他策略
1.腦力激盪 術
2.合 作 學 習
3. 概 念 圖
4.
Vee
圖
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探究教學策略與模式---腦力激盪術









腦力激盪術（Brain Storming ）：一群人在短時間內針對
問題共同運用腦力， 激發腦力，解決困難，利用「靈機
一動」與「集體創作」方式思考，在短時間之內對某項
問題的解決，提出大量構想的技巧 。
兩大階段：1.構想產生階段 2.構想評價階段
二大原理：1.延遲判斷 2.量中求質
四大規律：1.不批評他人意見 2.觀念意見越多越好 3.允
許自由思考應用想像 4.組合改進別人意見
腦力激盪活動
1.腦力激盪活動人數最多七~八人(最佳人數)2.腦力激盪活
動時間控制以不超過一小時為主，因大多數人的專注力
只可維持20分鐘，時間過長反會造成反效果
2.先決定出討論的主題
3.每人輪流提出建議，所有想到的點子都應該說出來
4.在白板或海報上紀錄每人提出的點子，以便大家看得見
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探究教學策略與模式---腦力激盪術
停停又想想
訂欲解決之問
題題目
腦力激盪術小組
會議
評估
Idea evaluation
Idea generation
繼續追求
評估後的Idea再
B.S
解決問題方
案
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認識「合作學習」的
經營策略
教學困難：老師無法滿足所有學生之需求
 目標：
1.引導學生間進行科學對談情境。
2.提供全面性的多元智慧發展情境。
 策略：教師提供合作學習的學習情境
1.小組分工
2.組內小老師制度
3.小組進度確認表
4.小組及個人獎勵制度

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團隊力量的發揮 ---居仁學生在科學領域的表現
2007、2008、2009國際奧林匹亞科學競試
金牌獎
 2010國際奧林匹亞科學競試國家代表隊
 2007德國紐倫堡發明展金牌獎

 2008全國科展第二名、佳作
(台中市科展第一名2件第二名3件第三名2件佳作5件)
 2009臺中市科展最佳團體獎

(台中市科展第二名3件第三名2件佳作3件)
 2010臺中市科展最佳團體獎

(台中市科展第一名2件第二名3件第三名5件佳作4件)
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1. 『概念圖』---概念分析策略
 目的：系統化的概念學習
 使用方式：
教學準備期：
1.教材分析：先備概念（preconception）、
概念架構、概念連結
2.教學活動設計：提供新概念的前置組織因
子（advance organizer）、有利新概念的
含攝學習 (subsumption)
 形成性評量：
1.概念架構的重現
2.迷思概念的診斷

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「概念圖」的觀點


Novak and Gowin（1984）據「有意義學習」理
論發展出表徵個人內在知識結構的概念構圖工
具，並將其定義：可表徵一組概念意義的架構，
將所學得概念結構以平面圖樣表達，涉及三類
型知識：事實（facts）、概念（concepts）和通
則（generalizations）。
余民寧（1997:68）即認為概念構圖應用在彰顯
提綱契領（advance organizer）、含攝學習
（subsumption）、層級學習（superordinate
learning）、漸進分化（progressive
differentiation）、及統整調合（integration
recilliation）等Ausubel的學習理論方面，是一
種非常優秀的工具。
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教材分析範例
分類學自早期古希臘、羅馬時代，僅以描述、賦予名稱、
認識自然為基礎，歷經達爾文等推出演化論、孟德爾等在
遺傳學的貢獻、加上近代分子生物與資訊科技的蓬勃發展，
已邁入另一新的紀元，且應用至為廣泛。本課程將以演化
學為基礎，融入科學哲學的理念，介紹系統分類的基本原
理。
生物分類學
描述
性徵
親緣關係
演化論 遺傳學 系統分類學
功能 分子生物學
名稱
命名法
2.科展探究計畫及寫作之架構
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(改編自1997年Ahoranta的Vee圖)
目的：系統化的研究計畫設計與評鑑策略
第46屆國小第3名
網路高手
長疣馬蛛
2.動機
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牠們如何運用
絲的糾纏性和
張力強度進行
獵物？
概念圖一
(文獻探討)
1.主題
2.動機
6.討論
一、可進一步探討同在草原
上的豹蛛屬為何不結網。
二、型態為過渡物種型態，
尚不會結平面網，可探討構
造與蛛網型態的演化關係。
三、片網的角度是否會影響
張力的大小？值得深究。
概念圖二
(討論)
5.結果
3.目的
一、觀察長疣馬蛛的形態構造
二、探討長疣馬蛛介於游走狩獵型
與結網型過渡物種之構造
三、探討長疣馬蛛在不同環境下的
結網行為
四、探討長疣馬蛛的食性
五、測量長疣馬蛛蛛絲的糾纏性及
張力強度
7.結論
4.方法
母蛛與公蛛外觀上具有不同構造。
長疣馬蛛具有游走狩獵型與結網型物
種共同特徵。
不同環境下的結網行為不同。
食性有特定的喜好。
片網平均張力0.0774 g/cm2，
一條支架絲平均承受重量約0.092g
一條絆絲平均承受重量約0.0125g
二、使用解剖顯微鏡觀察形態構造。
使用尺測量蛛網的網位高、網面積、管口直徑。
尋找不同昆蟲加以餵食。
使用葉子、昆蟲、方格紙…等測試糾纏度與張力強度。
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概念圖一
研究動機
(文獻探討)
長疣馬蛛
結網
行為
外部
型態
蛛網
構造
趾節
絲疣
面
積
高
度
網位
選擇
口
徑
體
型
大
小
食性
收網
行為
草
的
長
度
蜘絲
性質
糾
纏
性
張
力
強
度
科
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概念圖二
(實驗結果討論
)
長疣馬蛛
結網
行為
外部
型態
蛛網
構造
趾節
絲疣
面
積
高
度
網位
選擇
口
徑
體
型
大
小
食性
收網
行為
蜘絲
性質
性糾
纏
張
力
強
度
草
的
長
度
081556 網路高手---長疣馬蛛 評 語
1.表達生動，團隊合作默契佳。
2.實驗設計重覆，測量紀錄完整，具科學研究方法
3.圖文說明有誤(p13 是蟋蟀不是螽蟖)。
科
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教
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科學探究策略與模式--學習環
創造探究學習環 Creative Inquiry Model --Learning Cycle
 由Torrance、Carin、Sund 等人所倡導，
是一種以探討、發現、問題解決為方法，
來發展個人創造能力的主要教學模式。
 水火箭 + 拋繩槍 → 水火箭拋繩槍。

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科學探究模式
認知
架構
(概念
澄清)
核心
問題
(探究
情境)
單元
問題
(概念
認知)
科
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科學探究活動階段一
核心問題的初探
 核心問題的示範
 仿作(變因確認的關鍵)
 (熟悉問題情境或競賽規則)
 觀察→(資料蒐集)→提出
問題→(資料分析)→假設
→實驗(操縱變因驗證假設)
科學探究階段一實例 (核心問題初探)--科
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「大葉桃花心木種子」飛行競賽
•動機：
竹蜻蜓的雙葉片飛行，不稀奇；
大葉桃花心木的單葉片飛行才稀奇！
•初探階段標準：
利用1.5*6cm的長條投影片以油性黏土模仿大葉桃
花心木種子構造，使投影片投擲後能產生水平轉動
，即可過關。
科
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探究科學問題的第一步
---觀察
有翅種子的飛行
主題
物件
(構造)
種子
翅
降落
旋轉
關聯
因素
(原理
假設)
事件或
現象
其他構造
觀察及分析紀錄第
科
學
教
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研
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小組 組員：
步驟：
根據問題→觀察→形成假設(大膽假設)→設計實驗→驗證假設(小心求證)
主題
物件
(構造)
關聯
(假設)
事件及
現象(問
題)
有翅種子的飛行
種子
翅
科
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教
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科學探究活動階段二
利用單元問題進行概念引介
搜尋科學及教學網站
根據理論→驗證及觀摩
重複：假設→設計實驗→驗證
科學探究階段二實例 (單元問題概念引介)--科
學
教
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研
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「終極平衡遛鳥俠」競賽
•原理：
操控長度重心原理使鳥身向前傾斜
操控寬度重心原理使兩翅向前傾斜
產生轉動平衡的現象。
•階段標準：
利用細鐵絲及黏土製作平衡鳥，3秒內以食指遛鳥
(如圖)5公尺不離手指即可過關。
觀察及分析紀錄第
科
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教
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研
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小組 組員：
步驟：
根據問題→觀察→形成假設(大膽假設)→設計實驗→驗證假設(小心求證)
主題
物件
(構造)
關聯
(假設)
事件及
現象(問
題)
平衡鳥的平衡
尾部
翅
科學探究階段三
科
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---概念應用
 根據理論之應用、改良
及觀摩
 腦力激盪、原理組合
 討論及結論
科學探究階段三實例 (概念應用)--科
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研
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「大葉桃花心木種子」飛行競賽
原理：
操控長度重心(轉動平衡)原理使葉片長度水平
操控寬度重心(轉動平衡)原理使葉片寬度傾斜
產生轉動的現象。
應用階段標準：
利用1.5*6cm的長條投影片以黏土控制長寬重心使
投影片投擲後能產生轉動並落地時間超過3秒，即
可過關。
觀察及分析紀錄第
科
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教
育
研
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小組 組員：
步驟：
根據問題→觀察→形成假設(大膽假設)→設計實驗→驗證假設(小心求證)
主題
物件
(構造)
關聯
(假設)
事件及
現象(問
題)
有翅種子的飛行
種子
翅
科
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實驗技能訓練篇
參考網站資料，例如：
Steve Spangler Science
http://www.stevespanglerscience.com/video/
http://www.youtube.com/profile?user=Stevespanglerscie
nce
三階段探究學習 (自我實作訓練)：
初探→概念引介→概念應用
科
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伍、作品說明書寫作規準
作品說明書寫作規準
科
參閱：中華民國中小學科學展覽會實施要點
學
教
配合 Vee 圖的分析內容、反覆省思
育
研  摘要（300字以內）
習  壹、研究動機（主題發想及研究價值）







貳、研究目的（待答問題；變因分析）
參、研究設備及器材
（使用記錄；自製儀器附設計照片或設計圖）
肆、研究過程或方法（變因操縱及控制）
伍、研究結果（數據、圖表及文字描述）
陸、討論（與待答問題比對）
柒、結論（摘要討論、延伸問題與應用）
捌、參考資料及其他（依照APA第五版）
依進度記錄：壹→捌 ；摘要（包含 壹~柒）
科
學
教
育
研
習
作品說明書寫作規準
---繕寫書面報告
 注意格式
 語文通順，描述說明要清楚
 架構正確顯現邏輯思考
 內容依字數篇幅限制而定
 圖、表要格式化且標示清析
 內容清楚具可讀性
 結果說明要明確而清楚
 討論要合邏輯，證據要充分
 證據引用要精準正確
 結論簡潔扼要，強而有力且正確
 參考文獻要格式化而統一
作品說明書寫作規準
---摘要(Abstract)
科
學
教  1. 字數限定（中文字300字左右）
育
研
習  2.精簡扼要敘述研究計畫或論文
 3.內容包含研究方法、目的或重要結果
 4.擴充式摘要（300~500字）可略述其
重要性及動機
 5.依架構順序書寫
 6.摘要書寫有一定格式
科
學
教
育
研
習
作品說明書寫作規準
---研究動機(引言Introduction)
 1.敘述緣由及研究動機，強調其重要性
 2.現存問題及解決方案
 3.明確指出擬解決的問題及研究方法（
原理）
 4.擬完成的研究結果
 5.作品說明書「研究動機」項下應說明
與教材之相關性（教學單元）
作品說明書寫作規準
---研究方法(Material and method)
科
學
教
育
研  1.詳細描述本主題的研究方法
習
(methodology)、觀測及度量
 2.精簡扼要列出實驗儀器元件（以自創
及自裝為佳）可附照片或設計圖說明
 3.實驗步驟及變因
 4.確認重現性、誤差及統計概念
 5.只包含本年度之研究工作
五、作品說明書寫作規準--資料收集、實驗數據簿(Data book)
科
學
教
育  1.實驗數據簿(data book)的填寫及存檔
研
習
 2.可繪製數據曲線供評證
 3.以不可塗改的原子筆繪製草圖（要加
註日期及時間）
 4.可進行電腦文書處理或繪圖
 5.簡單寫下分析結果及評論
 6.實驗數據簿必需自己帶到會場給評審
查閱，請勿連同說明書繳交
作品說明書寫作規準--結果與討論(Result and discussion)
科
學
教  1.結果之展現是研究最重要的部份
育  2.理論推導、實驗觀察與測量
研
習  3.不可為符合假設而修改數據

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4.依邏輯思考架構及順序標出重點
5.各子結果先依圖表清楚說明，給予討論
6.如果「表」與「圖」相似，以「圖」討論；需
量化描述，以「表」為佳
7.實驗結果與理論值比較
8.實驗結果與已發表論文比較
9.實驗誤差與測量精確度
10.若數據量大，選擇具代表性且有意義的展現
11.依每一結果標示的子題做成果概述
作品說明書寫作規準--科
學
教
育
研
習
結論(Conclusion)
1.精簡扼要而切題的概述
(sumnarize)重要成果
2.切忌長篇大論或與主題無關的
結論
3.未探索的內容，不給予討論
4.要具專一性，非一般性結論
5.未在「結果與討論」提及事項
，勿在結論提起
作品說明書寫作規準--誌謝(Acknowledgement) 及參考文獻(References)
科
學
教
育
研  誌謝詞不要出現在競賽場合的文件或壁
習
報論文出現，但在作品專輯或發表期刊
、會議論文上，可感謝提供協助的單位
或人士。
 參考資料格式應依規定的格式書寫，國
內科展目前規定的格式請參考台灣科學
教育館網站資料（www.ntsec.gov.tw）。
陸、科展競賽
---論文解說注意事項
科
學
教
育  1.講解時間依各級科展規定而定（全國科展至少十
研
分鐘，作品較少之組別會延長）
習  2.儀容要端莊，微笑有禮貌
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3.用簡潔有力的詞句說明目的、方法與重要結果
4.結語精簡扼要
5.預留五分鐘時間給予問答
6.準備不同講解版本，依時間不同而修改內容
7.開始時要有簡單的問候語，結束時別忘記致謝詞
8.不要用背書方式報告
9.事前反覆演練，模擬評審可能提出的問題
10.了解文字、圖表在海報上的位置（固定指揮棒
或雷射筆位置）
參考資料
科
學
教
育
研
習
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f_matters.pdf
POE 實驗教學設計－挖掘太陽能的大寶山
http://sts.dhp.ks.edu.tw/andy/2005/ICCITE2005-138.pdf
創意思考技法(協助系統思考的方法) 腦力激盪術(Brain Storming)
黃台珠，Aldridge, J. M.，& Fraser, B. J.（1998）。台灣和西澳
科學教室環境的跨國研究：結合質性與量的研究方法。科學教育學刊
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Reasoning. Journal of Research in Science Teaching. 14(2), 169-175
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theory based tools to monitor and promote quality of
geographical education and learning. International Research
in Geographical and Environmental Education, 11(2), 119 –
137. 。
科
學
教
育
研
習
感謝您參與
敬請指教