 |
亞太科學教育論壇，第十二期，第一冊，文章九(二零一一年六月)
王晶瑩 國際理科教育中科學探究理念的發展路徑
|
| |
亞太科學教育論壇，第十二期，第一冊，文章九(二零一一年六月)
王晶瑩 國際理科教育中科學探究理念的發展路徑
|
科學探究在學校科學課程中興起近一百年，在1900年之前，多數學者將科學視為知識的總體，學生經由直接的教學來學習這些知識。對於這種觀點的批判起於1909年，當時杜威在給美國科學促進學會的信中指出，科學教學太過於強調知識的累積，卻對科學作為思考的途徑及心智的態度等方面的教育欠缺。縱觀美國近一個世紀的科學探究的研究過程，杜威、施瓦布、布魯納、薩奇曼、盧瑟福……以及之後的2061計畫和科學教育標準都凝聚了數代學者對科學探究的探索。畢比(Bybee)在總結科學探究的發展史時談到，科學探究涉及到課程內容、教學策略、學生活動等多個方面；在基礎科學教育領域，科學探究不論作為一種教與學的方式，還是教學目標與內容，都有不同的理論基礎和價值取向。
（一）杜威的科學探究目標
杜威(Dewey)最早提出了在學校科學教育中要用探究方法，並將探究納入到K-12科學課程，作為他教育哲學的核心。他認為科學教育不僅僅是讓學生學習大量的知識，更重要的是要學習科學研究的過程或方法，最好的方法就是從做中學。他指出科學教育的目標應該發展學生的思維和推理、學習科學和認識科學的過程。[2] 他提出反省性思維過程的“疑難——問題——假設——推斷——驗證”五個階段，不僅科學方法是工具，概念、理論也具有工具性，他推崇近代科學的方法，並不是停留在操作層面，而是認為科學體現了一種新的精神與態度、瓦解舊的信念、樹立新的信念；杜威強調的是近代科學在實驗方法上對傳統思維方式反叛的思維品質，近代科學發展的核心動力是依靠懷疑、探究、假設的精神，他將懷疑和假設作為科學方法的核心。
（二）施瓦布的探究式科學教學
施瓦布(Schwab)主張教師和課本都應該以探究為主，以探究的形式來教。他認為當今的科學家不再把科學作為靜止的真理，而是看作探究的原理、對新證據概念修正的結構，他將探究分為穩定的(stable enquiry)探究和動態的(fluid enquiry)探究，他們的目的和方法都不同。穩定的探究用以解釋當前科學知識不斷增長的空白，動態的探究是概念結果的引發帶來的科學革命。穩定的探究是將教化式的教育作為知識的整體教授給學生，主要是指在一定的科學原理指導下，利用常規的研究方法，發現並積累關於某個問題或現象的科學知識的過程；用於指導探究實踐的科學原理本身在這一探究過程中被認為是正確的。動態的探究與穩定的探究不同，它沒有現成的科學原理或方法作為探究實踐的依據和效仿的物件。它常出現在穩定探究遇到問題的時候，即當穩定的探究利用現有理論或方法不能解決實際問題。動態探究的根本理念是發展一種與傳統認識和做法不同的新概念和方法，甚至是理論體系。施瓦布提出“探究的探究”即是教師給學生提供關於研究的材料，學生參與到問題、資料、技術、解釋、科學家得出結論等方面的討論中，進行多種解釋、實驗、關於假設的爭論、事實的運用等。施瓦布還解釋了課堂中的探究和敘述探究(Narrative of Enquiry)，前者可以看作一種教學方式，還可以看作是課程內容的教學；而敘述探究意味著可以將作為課程內容的探究擴大化，作為教學的探究縮小化，它需要開放性思維，發展結論的準確性和探究的可行性，敘述探究後來發展成個人經驗的研究方法。
（三）布魯納、薩奇曼和盧瑟福的貢獻
布魯納(Bruner)吸取了德國格式塔和瑞士皮亞傑發展心理學的觀點，在批判繼承杜威教育思想的基礎上，逐漸形成了發現學習的模式和理論。布魯納在歸納推理和問題解決方面的著作，提供了發現學習的基礎，他最有影響力的作品《教育的過程》(The Process of Education)，強調教師應該鼓勵學生利用探究科學的活動來發展直觀(intuitive)和分析(analytic)的技巧。學生在學習情境中必須經過自己主動的探索和來獲得知識的答案，他們應該按照自己的方式去學習。薩奇曼(Suchman)主要從事培養探究能力的小學理科課程研究，他設計了旨在培養學生探究能力、讓學生學會探究的“探究訓練模式”，並提出了展示問題情境、建立假設與收集資料、獲得解釋和反思探究過程的四個基本階段的主張。他認為知識是探究的結果，應該從過程與結果兩個維度評價學生的科學探究能力，注重學生知識獲得的過程以及知識的生成性。他宣導探究教學應該為學生有效地探究做準備，使學生熟悉和掌握科學探究的內在邏輯，親歷探究過程，自主地建構知識，培養科學精神與科學素養。盧瑟福(Rutherford)認為探究既是一種科學內容，也是一種科學觀念。他主張所有的科學教師都應該瞭解科學史和科學哲學，具備較高的科學史和科學哲學素養，能勝任作為探究的科學教學。在他看來，科學過程與科學內容的對立、二分是人為造成的，科學在本質上並非如此。結論與產生結論的過程密不可分，學生不可能脫離一方面而認識另一方面。[3] 在盧瑟福看來，科學探究的含義是雙重的，一方面探究是科學內容，作為科學事業的探究；另一方面探究是教學技巧，用來學習科學的一種方法。他認為作為學習方法的探究與作為科學本質的探究是有區別的，只有在確定所要達到的狀況和探究程度的情境下，探究作為內容和操作的前提才能被理解。不按照探究過程所進行的探究方法也同樣可以學到科學探究，只有在仔細分析實驗內容對已知探究的適用性後，才能培養學生關於探究某方面或者某些要素的體驗。
（四）加涅的科學探究技能和層級
心理學家加涅(Gagne)提出的科學過程方法課程，是用來培養學生的科學過程技能，理念來自於加涅的學習層次(hierarchy of learning levels)。在20世紀60年代初期，加涅的觀點發展成低年級學習的基本科學過程技能(如測量、推理、預測)和中高年級以上學習的統整的科學過程(如形成假設、控制變數、解釋資料)；[4]他認為儘管科學家的探究過程各異，但探究活動存在一些相同的關鍵特徵或要素，如觀察、分類、描述、操作定義、假設、控制變數、實驗、解釋資料、形成結論等，如果學生掌握了這些過程技能，就能逐漸掌握複雜技能，直至從事複雜的科學探究。加涅按照八類學習的複雜性程度，提出了學習的層次理論。基本論點是：學習任何一種新的知識技能，都是以已經習得的、從屬於它們的知識技能為基礎。他把學習理論研究的結果運用於教學實踐，提出從低級到高級八類學習，依次為信號學習、刺激反應學習、動作鏈索、言語聯想、辨別學習、概念學習、規則學習和問題解決。後四種學習在學校教育中最為重要，具體到探究教學中，與基本過程技能和綜合過程技能密切相關。
（五）美國的科學探究綜合專案
20世紀70年代後期和80年代早期，美國科學基金會(NSF)資助了一個綜合性的全美調查項目，評價和研究科學教育在美國的地位。其中一個主要部分是由韋爾奇、克勞夫、艾肯海和羅賓遜(Weleh, Klopfer, Aikenhead & Robinson)負責調查探究在科學教學中的實踐情況。[5]他們的研究表明，在科學家群體中，探究一詞以多種方式使用，包括一般意義上作為內容的探究和作為教學技術的探究，但是這些術語的概念並不清楚。儘管教師強調探究的正面價值，但是他們覺得更有責任教授科學事實、與考試有關的知識基礎和結構以及學科規範。在調查的教師當中，大多數人將探究作為一種教學技術，而不以探究的方式教授科學或引入知識內容，他們不是利用探究的經驗。教師對此給出了很多原因，有管理課堂的問題、滿足州政府的要求、獲得教學儀器和設備的困難、擔心學生損壞儀器、質疑探究是否真的有效等。研究報告指出，在改革實踐中，大部分教師都是表面贊同而不是付諸于實踐，教師支持探究教學的最大障礙是他們的意識。教師對課堂中探究意義的認識存在混淆，對於學科的關注以及學生進行下一階段學習程度的擔憂，對教授科學事實的追求以及遵從大學教授的模式，都是阻礙改革進行的負面因素。畢比等人認為雖然遇到了困難，但是探究教學方式可以推及中學的其他學科，他們號召將科學作為探究的方式進行教學，注重科學課堂的實踐。他們認為在課堂中進行探究的三個重要因素是：ヾ教師必須明確地認識什麼是科學探究；ゝ教師必須充分認識生物學本身的結構；ゞ教師必須熟練掌握探究教學技術的技能。他們的主張明確區分了兩個方面，即探究作為內容被教師和學生認識，探究作為技術來幫助學生學習科學。
（六）2061計畫中的科學探究
2061計畫是美國科學促進協會(AAAS)為改革K-12科學教育而進行的一項長期計畫，它對科學教育目標的定位，表達了這樣一種理念，即通過對中小學生進行科學教育，使科學素養成為未來美國公民的一種內在品質。盧瑟福首先發起了2061計畫，他曾提出將科學本質和科學史作為思維方式的培養途徑。[6]2061計畫包括《面向全體美國人的科學》、《科學素養的設計》、《科學教育改革的藍本》、《科學素養的基準》、《科學素養的導航圖》、《科學素養的資源》等一系列出版物，它們是一套完整的科學教育改革工具。
Copyright (C) 2011 HKIEd APFSLT. Volume 11, Issue 1, Article 9 (Jun., 2011). All Rights Reserved.
