《108課綱，自然科學探究與實作怎麼教？怎麼學？》

國立教育廣播電臺專訪，生活 In Design：《108課綱，自然科學探究與實作怎麼教？怎麼學？》

110年5月3日(一) 9: 00- 10: 00

《自然探究與實作怎麼教？怎麼學？》 

希望培養學生那些素養？ 

探究與實作的過程就是一個設計研究過程來尋找證據，想辦法引用證據來論證想法，最後跟大家清楚分享並說服同儕的科學過程。教學過程希望學生能夠親身體驗實踐科學家解決問題的方法，將前述科學素養遷移到未來的各行各業職涯情境當中。 

為什麼新課綱特別的強調實作與探究？ 

可以從科學及學習兩個面向切入。從科學本身看來，科學是實驗的學科，重視真實實驗結果與經驗，當作討論科學定律的證據，1972年P. W. Anderson在《科學》期刊上論證，不同尺度的物理現象需要全新的物理概念，意思是我們沒辦法因為掌握兩個原子的交互作用而解出整個宇宙的運行規則，許多日常生活中的現象，連專家都有可能束手無策，像是去年在《科學人》雜誌上討論飛機的飛行原理，科學家至今並未有一個周全的物理模型可以清楚描述，但是飛機早已在地球上超音速飛行，所以在學習過程中強調實作實驗結果的重要性，可以幫助學生得以更加完整的視角來窺探科學全貌，科學不只是課本當中已知解答的習題運算，更經常的是每天在我們身邊用合乎科學的方法找到的自然規則定律，也就是科學知識的形成過程。同時科學家形成物理定律的過程，是透過全球同行審閱的過程來進行，讓學生體認表達與分享在科學知識社群的重要性，科學家提出的物理定理是否可能成為物理課本當中的定律，是透過全球科學家同行共同審閱的過程，經過同行考驗確認之後，即成為現今最適合詮釋自然的一種觀點，但不保證下一刻沒有其它適合的定理出現，所以表達與分享與說服科學同行成為科學家日常，也成為科學課程當中期望學生接受教育之後可以有適合的邏輯論證及表達能力，將來當上政治人物，也可以用來30秒把政策說清楚。 從學習的角度看來，探究式教學的概念從認知心理學家皮亞傑的角度看，「知識是靠學習者自建構，而不是外在灌輸的」，課程設計成問題步驟，讓學生透過自行解決問題的過程來建構知識，是一個以學生為中心的教學策略，讓課堂的主體變成學生的主動建構知識的學習過程，教師成為學習過程的引導者，鼓勵自主學習是課綱強調「自發」、「 互動」、「 共好」的理念，腦神經科學的研究發現倫敦最聰明職業是計程車司機，對比公車司機的職場情境，倫敦2.5萬條街道以及眾多單行道，讓從業二十年的計程車司機在核磁共振儀下的大腦訊號反響遠強於公車司機，顯見鼓勵學生自動自發的學習成效相當值得教師與家長一起努力。 綜合科學與學習兩者，大家不難發現，科學 × 學習，是研究科學知識形成的過程，早在1970年代末，卡內基美侖大學心理學系學者就開始從科學史中重現發展量化分析科學定律的軟體系統Bacon system，向我們展示了後設物理定律的形成過程，正是人工智慧演算法的核心之一。 透過探究與實作的課程，希望提供給學生及教師一個更全面看待「自然科學是什麼?」的視角。同時運用探究與實作課程當中讓學生扮演科學家解決問題的過程，培養學生科學的過程性技能，期盼這些科學家天天用以解決問題的方法能夠遷移到學生未來面對問題的情境當中， 無論生涯如何發展，在任何職場都需要發現問題、解決問題的科學方法及清晰的論證及表達策略。自然科學是實驗的科學，學術傳統上要求從證據、經驗來論證科學定理，在以往的自然科學課堂當中，進行方式多包含理論內容講解以及實驗課程，探究與實作則是希望營造一個解決問題的情境，讓學生扮演科學家，從發現問題、規劃研究、論證建模、表達分享等科學家解決問題且形成科學知識的方法。凡事都從實驗證據著手考慮，是科學家思考問題的根本出發點。 

和過去的自然實驗課相比，自然探究與實作有何不同？ 

自然科學課程當中的實驗課通常安排既定步驟，學生依步驟執行實驗操作，最後會得出實驗設計預設的結果，所以在你我經驗中，實驗過程需要相信實驗沒問題，多用心按部就班來找到實驗數據的趨勢與結果。探究與實作課程設計則是從一個解決問題的情境為開端，學生試著運用科學方法，規劃探究步驟，試圖找出事物發生的規律，是不斷面對不確定情境的歷程。在面對人工智慧取代人類職涯的焦慮中，從課堂裡學習面對不確定情境與勇氣，是整體社會希望轉型文創或工業4.0的重要人才關鍵。 沒有課本和固定課程內容，且多為跨科課程，現場老師是如何共備、摸索出教學的方向？ 其實自然科老師天生自帶科學探究與實作模式，觀察發現學校教師透過校內外的研習工作坊、共備一起發展課程，從課程發展開始就呼應全球科學社群運作，以同儕審閱的角度來看待科學問題解決，運用跨科真實主題來對應各科的貢獻，是許多學校的發展方式。另外，各科對談互相理解學科本質來發展跨科課程，是老師的另種切入點，因為科學究竟是不是一個整體?是不是物理、化學、地球科學、生物的邏輯與科學方法都完全相同? 這些問題不容易有洽當的答案，顯然各科的本質特性差異在課程設計過程當中需透過同儕對話一起觀察各學科差異帶來的學習趣味。 

新課綱推行至今，教學現場發現了什麼改變？ 

教學現場發現，給老師空間(必修規定)與時間，許多教師最期待能夠幫助學生的課程設計，漸漸能在課堂發生。因為許多引導學生的問題與對話技巧需要真實面對學生執行，同時又因教師因學生組成而異。 在課程進行時，老師如何引導學生提問、討論、分享？ 許多引導或鼓勵學生進行主動思考、設計、動手嘗試、交流討論、表達分享、說服同儕等過程的非正式課程，需要教師對學生理解的經驗與嘗試。 2018年英國人的研究顯示，學生接受中學科學教育的時候，教師可以在課堂當中針對科學學習單元，不斷地提醒跟學生未來職涯發展的機會想像及相關行業現況，遠比教學方法的選擇，更容易影響學生未來選擇理工科相關領域工作。顯然在探究與實作不確定情境當中進行的課程，學生充滿對確定答案渴望的焦慮與不適應當中，教師需要花更多心力在非正式課程與鼓勵引導學生更加投入課程與實作。 在臺師大任教探究與實作課，筆者鼓勵學生貢獻天下來面對同儕審閱的過程，幫忙提出問題，也是貢獻天下。在臺大任教實驗課時，筆者在課前先提示學生貢獻天下是臺大人的責任，所以認真學習之外，還需努力與同學分享交流。 

學生的學習成果和回饋如何？ 

學生通常是剛開始不太能接受，覺得是很大的挑戰，也不是非常習慣動手執行，後來習慣之後，漸能夠融入。還有南部學校學生，被激起學習興趣，一路做成科展參賽的。 

關於設計自然實作與探究課程，有什麼具體建議？ 

筆者設計課程考慮以下幾點，首先包裝主題，讓學生覺得是個偉大的研究，一點都不簡單。其次，需要依據學生的能力與程度進行探究，降低學生進入討論的門檻。接著是，課程設計兩大要訣，正如韓劇的編劇的兩條鐵則，也適合運用在課程設計，(1)不斷地背叛觀眾，實驗結論避免讓學生猜出，(2)韓劇第8集kiss定律，探究與實作過程中，學生會有許多時機因為各種因素想放棄，教師在中間過程適時丟些提示、線索或鼓勵，幫助學生繼續產生動力往下一步驟邁進，就像以前陳卓老師看到我們上課打瞌睡，都會講些科學家八卦來醒腦一樣。 自然領域探究與實作，未來還有哪些可以持續推動、進步的地方？ 降低班級人數，讓老師在課堂立即回饋上做得更加精緻。課程設計更加符合學生需求，是最迫切需要解決的問題。 

自然探究與實作最重要的是讓學生學習到什麼？ 

解決問題的能力、理解科學知識的形成過程(人工智慧的核心運算思維)、更多元方式幫助學生找到人生志向(不是每個學生都擅長原先的理論學習)。 教育的功能除了要培養能力或素養之外，還有一個相當重要的目的，是希望能夠透過課堂當中的學習歷程，幫助學生了解自己的多元智慧，科學家除了理論派之外，還需要有另外一群實驗派，正在閱讀本文的讀者們可以想想，如果當年我們的課程當中就有自然科學探究與實作，面對理化計算題而信心崩潰的讀者們，或許現在仍然可能是一名成功的工程師或科學家。 教育當中核心中的核心，或許是如何透過教育的過程幫助學生建立自信，找到人生價值。 

國立教育廣播電臺專訪，新課綱自然科學探究與實作 主持人徐嘉妮，臺師大教育系畢業，具有地理科專長教師證，在中學任教後國考進入教育行政體系，目前任職於國立教育廣播電臺。