化學探究教學：介紹一本化學探究教材的免費書籍—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry 林靜雯 國立東華大學課程設計暨潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw 許多科學課程重視動手做，但學生投入科學活動的同時，其實對科學過程或所涵蓋的概念所知甚少。因此，美國國家研究委員會在1996年出版的「國家科學教育標準」（National Science Education Standards, NSES）中便強調以「探究」教學法來解決這種問題。在臺灣，無論九年一貫課程或即將實施的十二年國教課綱亦皆強調科學學習應以探究和實作的方式來進行。但，究竟探究教學應如何進行？即使是教學現場多年的資深科學教師，也不見得能掌握精要。若您對如何進行探究教學同樣一頭霧水，不妨一同探索一本化學探究的公開教材—Inquiry in Action: Investigating Matter Through Inquiry（以下簡稱Inquiry in Action），如圖一所示，整本書下載網址：http://www.inquiryinaction.org/pdf/InquiryinAction.pdf。此書由美國化學會（American Chemical Society）出版，公開在網路上，內容非常豐富，包含學生講義和教師手冊，提供了一整套詳細的物質科學課堂活動設計，手把手地帶著3至8年級科學教師回應這個重要問題。 圖一：一本化學探究的公開教材 （圖片取自：www.inquiryinaction.org/） n  本書中探究的定義及特徵 對學生而言，「探究」指的是學生通過提問、觀察、測量、做實驗、基於證據進行邏輯推理，以及報導結果這個科學調查研究過程發展出來的一套能力與理解力。對於教師而言，「探究」或「探究式教學」指的是教師為了盡可能地讓學生參與科學調查研究所採用的策略和技巧。探究式教學最顯著的特徵是教師幫助學生識別並匯報研究，以及實施調查研究過程中，學生思維過程的展現。透過探究式教學，學生不但可以掌握學習內容，還可以學會進行科學探究的技能。Inquiry in Action這本書乃以引導式探究教學方法為基礎來設計課堂活動，其具有探究式教學的五項基本特徵：1. 學生藉由一個可用科學研究回答的問題開始進行研究；2. 學生仰賴證據嘗試解答問題；3.學生基於所搜集的證據來解釋對問題的解答；4. 學生評鑑自己的解釋；5. 學生就其提出之解釋進行溝通與辯證。 n  本書含括之概念及其結構 本書共包含1.科學問題及其探究、2.物理屬性、3.物理變化、4.固體、液體和氣體的溶解、5.化學變化、6.物質的狀態、及7.密度七個主題。這些主題的篩選乃基於美國「科學教育內容標準」（National Science Education Content Standards），以及對教師們進行問卷調查之結果。雖然這些基本概念主要適合3至8年級學生（7-12歲）學習，但教師還是可以藉由不同的提問策略、提供不同程度的引導，或調整詞彙難度，來加強中學10至11年級（14-15歲）學生對這些基本概念的理解深度。每個主題有數個活動，都圍繞著一個特定「調查研究」的主題。每一個「調查研究」之結構又包含1.「主要概念、課程目標和標準」、2.「活動材料」、3.「提供教師參考的科學背景知識」、4.數個詳細的教學「活動」、5.「評量規準」、及6.「複習與應用」等環節。 在「主要概念、課程目標和標準」中，本書又進一步區分出K-4年級及5-8年級兩種課程目標和標準，教師可以依據自己教學的需要，選定適合的學習目標。不過，這裡的課程目標和標準，為美國的課程，臺灣的教師仍需進一步參考九年一貫課程或十二年國教課程綱要進行轉換。而在「活動材料」部份，所有的材料都考量過安全性，且大部分的材料都是日常生活中就垂手可得的物品。此外，在進行實驗前，教師常需進行教學準備，例如：溶液的製備、準備小組使用的燒杯、在燒杯上貼標籤等等，這些繁瑣的事前準備，本書亦製作彩色書頁，特別將教師事前準備活動給獨立出來，是個貼心的小設計。而在提供教師參考的科學背景知識中，書中已經提供一些進階知識，但另有一些線上資源與影音資料供教師們參考選用。例如：分子模擬等補充資料，建議教師們有空時，不妨到此書的網站上探索。調查研究的最後，通常須對學生進行總結性的評量，在本書「複習與應用」一節中，提供了許多調查的回顧、動手做的活動和短篇文章閱讀等學習單，教師可以依據實際需求，選擇適合的活動進行評量。此外書中每單元皆有延伸的補充閱讀，標題為：「這是怎麼回事？」（“What’s going on here?”）此處的內容皆是在分子的層次解釋該單元中各項觀察，對小學生而言，這些解釋難度過高，但這些內容可以連結未來中學階段的延伸學習。 圖二：Inquiry in Action一書之教師資源網站 （圖片擷取自：www.inquiryinaction.org/） n  教學「活動」之結構：以第一主題「科學問題及其探究」為例 其中，「活動」這個環節最是鉅細靡遺，藉此幫助學生：識別與控制變因、設計實驗、報導觀察結果、在證據與解釋之間建立邏輯連結，並評鑑結果。每一項活動的設計包括以下這些元素：調查研究之問題、研究流程、預期結果、活動單和評量。此書的網站（www.inquiryinaction.org，見圖二）上方另有「Classroom Activities」選單，分別對應到書中的七個章節，方便教師快速瀏覽使用。以下藉由第一主題「科學問題及其探究」舉例說明如下： （一）調查研究之問題 […]

科學模型與建模：國小教師對普適性科學模型和氣體粒子模型之本質知多少？ 林靜雯 國立東華大學課程設計與潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw n  緒論 模型（model）與建模（modelling）是科學發展的重要元素，也是科學學習中不可或缺的認知與能力（Coll & Lajium, 2011）。即將實施的十二年國教因應國際潮流，亦將建模納為重要學習目標。在教室中，教師是教和學活動的主要引導者。當學生進行科學活動時，教師對模型的知識和建模能力的表現便是學生學習品質的關鍵。雖然許多研究指出教師會利用科學模型進行教學，但可惜的是大部分教師僅將模型當作靜態的科學事實傳遞給學生（van Driel & Verloop, 2002）。此外，教師對於學生模型和建模的理解相亦當有限，普遍而言，教師缺乏將科學模型整合到教學活動的能力，也很難引導學生發展建模能力。林靜雯與吳育倫（2010）利用林靜雯、邱美虹（2008）發展之普適性科學模型本質觀點四點李克氏量表進行調查，發現國小教師於科學模型功能及建模歷程皆具有正向認同，且在溝通、解釋及模擬等與教學直接相關之功能有較高認同，但於模型進階功能（如：預測、問題解決、產生新想法）之認同則略低。Lin (2014) 運用相同量表比較科學背景與非科學背景之小學教師，則發現具科學背景的教師雖有較多使用模型的經驗，但兩者對普適性模型本質之認同度並無顯著差異，這意味著光是使用模型並無法增進模型本質，更重要的應是選擇怎樣的模型？如何使用？以及運用怎樣的教學方式協助職前教師將使用模型的經驗轉化到模型本質的覺察及模型教學的轉化。相關研究結果值得師資培育單位重視。 本文主要探討教師對於模型功能和建模歷程相關之模型本質。在模型功能方面，Grosslight、Unger、Jay與 Smith (1991) 經專家與生手比較後，提出模型具有描述實體、溝通、解釋與預測等功能，其中描述屬於低層次的功能，溝通為中層次的功能，而解釋與預測為較高層次的功能。所謂的低層次，意味較為基礎的模型功能，相對地，高層次則真正展現科學家如何運用模型進行相關科學探究。Treagust、Chittleborough與Mamiala (2002) 的研究則另外提到模型具有視覺化的功能，可以視覺呈現事物、幫助我們在腦中創造科學事件的畫面，甚至形成科學的理論。概括而言，科學教育不僅強調模型內容，亦整合了科學教學與科學學習以培植學生建模能力。在建模歷程方面，Halloun (1996) 提出了五個建模階段協助學生建立科學模型以解決物理學科中一系列之典型問題。這五個階段分別為模型選擇、建立、效化、分析及調度。此外，Halloun (1996) 特別指出這些階段並未有層次之別，在模型建立、模型效化與模型分析階段通常是重疊的，且其中有一些步驟甚至為同步並行。故此，教師應指導學生在解決典型問題的情境中發展建模能力，但不宜限制學生解題時一定要依據特定的建模歷程。此外，Clement (1989) 指出模型的建立應考量模型的使用與限制，當模型在一新的情境中超出其應用範圍，則應重新實驗並形成新概念，再以新的心智模型去解釋新的實驗設計，並重新執行建模歷程。 有鑑於此，本研究主要探討國小教師於普適性（domain general）科學模型與氣體粒子模型（air particle model）之模型本質（模型功能與建模歷程）知識，並探討兩者之間的相關性。 n  研究方法 研究對象與流程 本研究之受試者為81位於臺北市修讀科學教育碩士課程之國小現職教師。受試者先填寫「普適性科學模型本質觀點量表」，而後立即填寫「氣體粒子模型本質觀點量表」問卷。 研究工具及資料分析 本研究使用的兩項工具：「普適性科學模型本質觀點量表」（林靜雯、邱美虹，2008），及「氣體粒子模型本質觀點量表」（張志康、林靜雯及邱美虹，2009）皆為四點李克氏量表，兩者皆具有文獻基礎及專家效度，且普適性科學模型本質觀點量表更經驗證式因素分析，確認模型之因素結構，因此具有良好的構念效度（林靜雯、吳育倫，2010）。無論「普適性科學模型」或是「氣體粒子模型」本質觀點量表皆有16題，其中，1-10題與模型功能有關。其1、2、4題為模型基本功能，其餘則為模型進階功能。至於11-16題則與建模歷程有關。此工具以191位在職國小教師為受試者，其Cronbach’s α為0.919（林靜雯、吳育倫，2010）。而「氣體粒子模型本質觀點量表」則與「普適性科學模型本質觀點量表」全面對應。茲以11題為例，說明如下： 【普適性科學模型】－11題 【氣體粒子模型】－11題 我認為針對同一個事物或現象，會因為使用目的不同而選擇不同的模型。 我認為針對氣體的行為，會因為使用目的不同而選擇不同的「氣體模型」。 本研究以描述性統計分析每一題項在普適性∕氣體粒子於模型方法論向度之平均數、標準差，再者，運用Pearson積差相關以解釋在普適性觀點、氣體粒子觀點間之知識關聯程度。 n  研究結果 教師於普適性科學模型及氣體粒子模型中之模型功能及建模歷程知識之比較 表1顯示81位在職國小教師於「普適性科學模型本質觀點量表」之整體平均為3.27，標準差為0.33。而其於「氣體粒子模型本質觀點量表」平均為3.17，標準差為0.33。結果顯示多數教師無論對於普適性科學模型或氣體粒子模型之功能、建模歷程持正面同意態度。但教師對於氣體粒子模型之平均略低於普適性科學模型。若逐一比較各題項則發現：除了「我認為模型的功能是可以產生新的想法」一題項以外，教師在兩個量表中，皆持正面同意態度（高於3），特別是在16題「我認為一個能有效解決問題的模型，仍然需要進一步思考其解題範圍與限制」，教師皆持最高的同意態度。此外，除了「氣體模型的建立應包含氣體的組成、結構和行為」題項以外，教師在普適性科學模型的同意度皆高於氣體粒子模型。這意味著教師普遍認為氣體模型的重要功能是呈現氣體的組成、結構和行為，因此在此題中所提到的組成、結構和行為之對應情形要比其他科學主題的模型有較高的要求。而「預測」方面的功能，則是教師認為氣體粒子模型最不具備而忽略的向度。事實上，教師對於氣體粒子於進階功能方面的認同度相較於其他項目而言都偏低。 表1：教師普適性科學模型與氣體粒子模型之描述性統計及相關性 N = 81 普適性科學模型 氣體粒子模型 r p […]

國內外化學教育交流（第十一期） 林靜雯 國立東華大學課程設計與潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw n  內容摘要 一、化學教育重要研討會期程: 16th ACC、2016 BCCE、24th ICCE、46th IUPAC World Chemistry Congress 二、IUPAC的重要資訊—週期表加入新元素 n  詳細介紹 一、化學教育重要研討會期程 A.        The 16th Asian Chemical Congress, 16th ACC（第十六屆亞洲化學大會） 地點：達卡，孟加拉 日期：2016年3月16-19日 相關網址：http://www.16acc.org/about_acc.php 摘要投稿截止日：2015年8月31日 早鳥報名優惠截止日：2015年9月30日 ACC大會由亞洲化學聯盟（Federation of Asian Chemical Societies, FACS）每兩年舉辦一次，FACS係亞太地區28個國家的化學協會所組成，目標在集結亞太地區之科學家進行最新研究活動之交流，以建立一穩固科學社群致力於服務此地區人民。本次ACC大會主題為「人性的化學（chemistry for humanity）」，透過科學與技術之進步改善人類的生活。 B.         2016 Biennial Conference on Chemical Education, 2016 BCCE（2016年化學教育雙年會） 地點：北科羅拉多大學，美國 日期：2016年7月31-8月4日 網址：http://www.unco.edu/bcce2016/ 摘要投稿截止日：2016年2月28日 早鳥報名優惠截止日：2016年6月2日 BCCE 2016是全球化學教育最大型的會議之一，其中包含超過一千篇發表、工作坊與展示。本次在格里利（Greeley）市舉行，預估今年有一千位以上的高中、大學化學教師參加，享受在化學的學習氛圍，探索科羅拉多州和洛磯山脈。 […]

國內外化學教育交流 林靜雯 國立東華大學課程設計與潛能開發學系jingwenlin@mail.ndhu.edu.tw n  內容摘要 一、EC2E2N NewsLetter（2015年2月刊）搶先線上閱覽！ 二、化學教育重要研討會期程 n  詳細介紹 一、EC2E2N NewsLetter（2015年2月刊）搶先線上閱覽！ EC2E2N NewsLetter由European Chemistry and Chemical Engineering Education Network於1999年創立的電子報，英文版，一年有五期，每兩月出一期。電子報通過電子郵件免費寄發給所有協會會員和註冊讀者。自2011年以來，每年至少出一期The International Year of Chemistry會議論文特刊，以關注某一地區之化學教育或化學教育之某一議題。 本期為2015年2月刊，是以“Chemistry teaching and learning, at secondary and tertiary levels of education and between them” 為主題的特刊，刊登的13篇文章，涉及以下四個議題：1.化學教育的多種層面和類型；2.品質之保障—教職員工的發展；3.教育尖端科學（如Nano-chemistry）和RRI（Responsible Research and Innovation approach，負責任的研究與創新途徑）；4.致力科學與教育之非政府機構。 此期刊為免費的電子刊物，詳情請點閱網頁：http://www.ec2e2n.info/contact-us。此期刊邀請大家使用這個電子郵寄地址：newsletter@ec2e2n.info，踴躍投稿到：http://www.ec2e2n.info/contact-us。請點閱Communication and NewsLetter（溝通與電子報）一節。 二、化學教育重要研討會期程 A.      The 6th Network for Inter-Asian Chemistry Educators, […]