探究式教學(xué)的實踐──以創(chuàng)意科學(xué)闖關(guān)活動為例

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

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探究式教學(xué)的實踐──以創(chuàng)意科學(xué)闖關(guān)活動為例

1.財團法人金沙文教基金會；2.元智大學(xué)科學(xué)教育研究中心；3.財團法人國泰綜合醫(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，則課本中生硬、抽象的知識即可轉(zhuǎn)變成具體有效的教具，讓學(xué)生藉由操作實際的科學(xué)教具來學(xué)習(xí)與體會。不論能否通過科學(xué)闖關(guān)活動，在體驗科學(xué)闖關(guān)活動的過程中，就能夠無壓力地學(xué)習(xí)到各種科學(xué)知識。科學(xué)闖關(guān)活動不僅可以獲得成就感，還能增強學(xué)習(xí)科學(xué)知識的動力。

做中學(xué) 科學(xué)闖關(guān) 科學(xué)活動 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、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)的動力（劉宗平，2009）。科學(xué)的內(nèi)涵充滿高度的學(xué)習(xí)動機，透過充滿創(chuàng)意的科學(xué)闖關(guān)活動，可帶領(lǐng)學(xué)童們進入探究科學(xué)的世界，使他們的學(xué)習(xí)具有持久性，達到事半功倍的學(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，通常會教導(dǎo)學(xué)童們?nèi)绾芜\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，許多學(xué)童經(jīng)常會顯得茫然不知所措，甚至還會選擇逃避、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)中的實驗單元不夠落實，導(dǎo)致學(xué)童們?nèi)狈μ魬?zhàn)問題及解決問題的實際經(jīng)驗。在學(xué)校中，擔(dān)任科學(xué)教學(xué)的教師們，經(jīng)常會面臨科學(xué)進步與升學(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)進步神速，使得需要傳達的科學(xué)知識大增。在授課時數(shù)有限的情況下，只好在教材內(nèi)容上作一些取舍，難免會造成詞不達意。如再考慮升學(xué)競爭的現(xiàn)實問題時，則科學(xué)實驗課程的時數(shù)就會相對地減少，導(dǎo)致實驗教學(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

與其他學(xué)科目的教學(xué)相比，科學(xué)教學(xué)具有三項明顯的特色：實驗室教學(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。科學(xué)活動中含有“動手做”和“科學(xué)闖關(guān)”兩項要素，其皆以科學(xué)探究的基本精神為主導(dǎo)，它們都是實驗室教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。

“動手做”活動之內(nèi)涵是一種探究式科學(xué)教學(xué)活動，也是一種最具有科學(xué)特色的教學(xué)法（DeBoer，1991）。依照學(xué)童們各個階段的知識基礎(chǔ)，針對各個科學(xué)主題，可以設(shè)計一系列具有創(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，讓學(xué)童們建構(gòu)出屬于自己的概念性知識，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)實際應(yīng)用的可能性。

當(dāng)設(shè)計“科學(xué)闖關(guān)”活動時，須讓學(xué)童們親身操作、應(yīng)用科學(xué)教具，不僅要體驗科學(xué)原理，還要達成活動設(shè)定的目標(biāo)，進而獲得“過關(guān)”和“成功”的經(jīng)驗。對于高年級的學(xué)童來說，因已在課堂上學(xué)過該項科學(xué)活動的相關(guān)知識，故具備了執(zhí)行科學(xué)活動所需要的理論性基礎(chǔ)。經(jīng)由實際的活動操作，可以驗證科學(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，雖不一定具有活動所需的理論性基礎(chǔ)，但藉由體驗科學(xué)闖關(guān)活動的過程，可以親身感受科學(xué)是有趣的、好玩的，在心中建立“務(wù)實”的先備經(jīng)驗。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)活動內(nèi)容設(shè)計

根據(jù)上面所提到的基本原則，便可著手設(shè)計科學(xué)闖關(guān)活動。通常，會設(shè)計出50項以上的科學(xué)闖關(guān)活動作為題庫，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)活動時，必須配合特別選定的活動主題，從題庫中挑選出其中的20項闖關(guān)活動來施行。

設(shè)計科學(xué)闖關(guān)活動時，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。為了讓學(xué)童們接觸科學(xué)、認(rèn)識科學(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)活動需要一定的生活體驗和科學(xué)知識作為基礎(chǔ)，才能達到某種預(yù)期的效果。如果學(xué)童年齡太小，則其生活經(jīng)驗太少、科學(xué)知識不足，不易領(lǐng)會闖關(guān)活動的內(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)活動的樂趣。通常，闖關(guān)活動的施行對象，大多會以小學(xué)1～4年級的學(xué)童為主。

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

由于科學(xué)闖關(guān)活動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。基本上，施行20項科學(xué)闖關(guān)活動，需要一個寬廣的空間。倘若不在室內(nèi)進行，那么一般的戶外場地或是操場，都是不錯的選擇。若是艷陽天，搭個遮陽傘，便可施行活動。然而，當(dāng)活動進行了一段時間之后，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)，以確保活動可以繼續(xù)進行。事實上，在設(shè)計活動之初，要仔細(xì)思索所有可能影響活動的因素。為了展現(xiàn)活動的具體內(nèi)容，茲以6項普受好評的闖關(guān)游戲作為示例，分別敘述之。

闖關(guān)活動（1）

活動名稱：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)的水快速地流進另一空瓶內(nèi)。水一流動，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，因受下瓶空氣阻擋，上瓶內(nèi)的水不會下流。握住保特瓶，以畫圈方式搖動，造成龍卷風(fēng)，水就會快速流下。

闖關(guān)活動（2）

活動名稱：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。當(dāng)從導(dǎo)線的一端移動到另一端時，若沒有觸動警報者，則算過關(guān)。從實驗中，可認(rèn)識導(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）。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（3）

活動名稱：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。在橡皮筋的中點處，吊著一個小鉛垂。當(dāng)用力推罐子向前滾動時，若罐子向前滾動一段距離后，能自動滾回原來的出發(fā)位置者，則算過關(guān)。 原理說明：如果罐子向前滾動，那么橡皮筋就會逐漸卷緊，把運動能量儲存為彈性位能。同時，罐子會減速。當(dāng)罐子滾動停止后，橡皮筋的儲存能量便重新釋放出來，變成運動能量，使罐子反方向滾動，回到原來的出發(fā)位置。

闖關(guān)活動（4）

活動名稱：慣性實驗 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，不會影響物體在垂直方向的靜止?fàn)顟B(tài)。

闖關(guān)活動（5）

活動名稱：毛毛歷險 單元主題：波動 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另一端者，則算過關(guān)。 原理說明：當(dāng)敲擊音叉時，音叉的振動會直接傳遞到橡皮筋的一端，引起橡皮筋以同樣頻率振動。若不斷地敲擊音叉，則“毛毛”便會慢慢地沿著橡皮筋移動。在此活動的實驗中，可以認(rèn)識音叉的振動、振動引起的波動、波在橡皮筋上的傳播，以及波動造成“毛毛”的移動。

闖關(guān)活動（6）

活動名稱：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，若筆尖碰觸到黃色金屬板的區(qū)域時，則前方的紅色小燈就會發(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，紅色小燈不會亮。反之，則會。手眼若能協(xié)調(diào)一致，就會過關(guān)。

5 結(jié)論

學(xué)習(xí)科學(xué)是提升全民知識水平的最佳途徑，所以科學(xué)教育的扎根工作必須從小學(xué)開始做起。科學(xué)闖關(guān)活動將科學(xué)實驗與實作體驗結(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。透過“觀察、假設(shè)、實驗、結(jié)論”的步驟和過程，建構(gòu)屬于自己的知識體系，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)活動的團隊，直接走進各個學(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, 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)計劃”的活動設(shè)計與實施[C]. 首屆海峽兩岸科普研討會論文集，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[J]. 二屆海峽兩岸科普研討會論文集, 2009.

[3] 鄒玉鈿. “探究式創(chuàng)意實驗教學(xué)”對八年級學(xué)生[D]. 慈濟大學(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]. 臺灣科技主管部門專題研究計劃成果報告,1992.

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

湯幼竹，財團法人金沙文教基金會，執(zhí)行秘書。

林懿偉，財團法人金沙文教基金會，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，財團法人國泰綜合醫(yī)院，護理師。