探究與實作(1):Why, What, & How

文／台大化學系退休教授 陳竹亭

108課綱上路已有一陣子，各地的老師們針對「探究與實作」課程的推動，有的積極主動、勇往直前；也有的是踟躕猶豫、推三阻四。最困難的是多數老師對課程精神要旨的拿揑，仍有許多莫衷一是、離標失準，甚或差之毫釐、謬以千里的情況。

103年自然科學領域的領綱委員小組初成立之時，除了將物理、化學、生物、地球科學四科各規劃出2學分的必修課程。同時，除了組成自然科學四科的領綱課程委員，也結合學科專家及科教專家，共同成立了「探究與實作」課綱制定委員小組，本人忝任召集委員。當時領綱小組針對剩下的必修4學分做出了前置共識原則，包括：

（1）4學分共屬於自然科學領域課程，可以「跨領域」而不再分科。
（2）此課程應含有操作內容，但不必再遷就傳統「食譜式」的實驗。
（3）課程內容必須依循「探究」的核心素養，在操作中要兼顧考據、分析、實証、論証及討論、語文報告、發表等過程。

WHY
確立此課程的正式名稱是經過了相當多的溝通。首先，理所當然的涵括了「探究」(inquiry)。「探究」不僅是自然科學領域的基本素養，更是基礎教育學習活動的核心能力。台灣學子在PISA數理科目的測驗中展現出高成就卻低興趣的表現，而且語文閱讀的能力和態度每下愈況，這顯示出我們的教育有著嚴重的捨本逐末。追逐升學績效，以填鴨教學鑽研狹隘的考題演練式的學習，已經剝奪了學生天生的好奇心，使他們普遍喪失了對未知的事物或對做學問追根究底的態度和能力。

課程名稱的另一部分則選擇了「實作」，英文為practice 。是取自美國「下一代科學標準」(NGSS)中，為了體驗科學家之科學活動的內涵，著重學習者的知識應用(knowledge in use)，而未必是以訓練學習者成為科學家當成目標。當然更不是單單強調學科知識的強記吸收。體驗過程的介入，是綜合了昔日科教以認知、技能、情意三分的學習目標。學習者要在主觀經驗上獲得專家從科學活動產出知識的過程，而不是一味的記誦其產出知識的內容！只重視「學習內容」，輕忽「學習表現」的傳統教育模式，正是108課綱以素養(核心能力)導向取代考試、升學為重心的教育改革方向。

WHAT
探究與實作的課程講穿了就是「研究法」的初階學習。做研究並非只是專家的專利活動。問題或議題導向式學習(problem-based or issue-based learning)或專題導向式學習(project- based learning)與習慣熟知的講演導向式學習(lecture-based learning)是兩種常見的教學模式。前者以學習者為中心、為主動角色;後者則以教師為中心、為主動角色。兩者優劣互見，教材、教法也各有其特殊擅長之處。由於以生活相關的問題、議題、或專題作為學習對象，其教材常常很自然地就有跨領域的特性，當然這不是必然的情況。至於教法上，兩種學習的確大相逕庭。老師常常抱怨前者教學耗時，教學進度趕不完，就可以知道教與學的行為動力在前後兩種教學法之間有著極大的異趣。

做研究本身就是運用高階思考的活動。所以學習研究法就是培養批判思考能力的操練。批判思考在研究法中包括了資料的蒐集、解析，並且進行驗證、推論、論證、判斷、裁決，從數據、資訊到獲得結論、知識的轉換過程更是需要心智能力的複雜運用。研究法的初學者僅僅是蒐集資料就常常有背景資料不足之嘆。在當今網路流行的時代，更要學習資料消息判讀，避免遭假資訊混淆視聽。此外，邏輯思維的訓練、設計和系統的思考以及思考統整都需要過程的練習，不能倚賴死記硬背。

今日的科學活動常常是團隊合作而成。108課綱也訴求互動和共好，所以團隊共學，必須有互動溝通，以至表達、發表等都屬於學習內容。此皆非一日之功能速成，若有一或兩學期的時間，譬如發展出兩門2學分的課程，就比較能讓學習者體驗稍微完整的思考方法與經驗。

HOW
做研究的英文是research，就是一再的尋找。所以研究的過程可以比方做玩拼圖的遊戲(puzzles)，過程可羅列如下：

對背景、資料做蒐集索引：[就像要了解打算拼出何種圖形，先把各種圖案、圖像、顏色等分門別類，可便於後續的尋找、攝取。]起手式先要認識處理可能的問題、議題或專題的背景和資料。參考資料的收集牽涉到其可考據性。重要的關鍵資料需要能做精細的閱讀和彙整，這時閱讀就是必須培養的核心能力。

定題：[就像將有邊的拼圖塊挑出來，確定拼圖的邊界，決定拼圖的範疇。]所有整理蒐集的背景資料必須經過梳理，以便決定要研究的主題和方向。

針對主題提出科學問題：[好比在分門別類的拼圖塊中，先要思考所蒐集的圖塊類別，如何才能有效快速地選擇合適「破題」方向。]問問題的能力就是此時的基本功。沒有好問題就無法從事探究！喬姆斯基認為能問好的問題，就算無法立刻獲得解答，也能累積有用的知識，藉而提出更好、更能釐清迷惑。不致停留沉滯在困難的泥淖之中。

針對問題，尋求證據：[這在拼圖過程中，最需要上窮碧落下黃泉的將正確的圖片放到正確的位置。最有特色的圖片常常是最初的房角石，或者是從邊界開始往圖中間連結。]在研究過程中就需要動手動腦找證據，正是就著前面提出的問題，設計實驗，進行驗證的時機。

分析數據，累積資訊：[在拼圖的過程中，經過反覆地嘗試分辨，這時對於拼圖的色調特徵或色系異同已經愈加熟悉，常常需要一分耕耘一分收穫。]在研究上，精闢的分析方法與分析技能，都是致勝關鍵。

匯集成果，尋求新突破：[好比拼圖已經有了一些有意義但是分散的圖像，就可以藉以連結不同的色塊或主題區域，以獲得更清楚的圖像。]這時候常需要的思考技能，譬諸推論、推理、論證等，都是十分嚴謹的邏輯思考，卻與日常的理性判斷有所差別。

團隊討論，溝通為上：上述的過程都不必是單兵作戰，最好是以團隊執行。三個臭皮匠，勝過一個諸葛亮。這時候溝通和合作就是核心素養。討論中發現了問題，前述過程就可重複實施，反覆驗謬。發現錯誤之處，就要誠實面對，改弦更張，重新尋找問題和解答(It’s re-search)。

統整結果，敘事表達：除了討論要學習溝通，科學活動的總結需要以發表為總結。完成的拼圖可以展示於人，讓過程的總體做一次整合的展現。研究的發表通常以語文敘事的形式發表。在此多媒體網路時代，多媒體的展現形式也是普遍接受的。

許多人聽過科學家傳記中，科學研究常是失敗的機會多於成功，這是就真正的發現或發明而言。探究與實作的精義則是在體驗一個探究活動歷程。教師如何引導學生規劃出一個有意義的主題，儘量掌握分析、論證的邏輯相關性，讓學生在@30-36小時中經歷幾個探究問題的思考實作歷程，並且最後能做總體整合發表，就是十分可觀、可評量的科學研究學習經驗。如今「探究與實作」也受到社會科學的青睞， 期待108課綱終能花開果熟，水到渠成。

本文載自陳竹亭老師網誌，感謝陳老師提供！