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  108課綱中關於培養科學素養的基本理念與課程目標中指出,自然科學領域的學習重點有:

一、提供學生探究學習、問題解決的機會,並養成相關知能的科學探究能力;

二、協助學生了解科學知識產生方式,養成應用科學思考與探究習慣的科學的態度與本質;

三、引導學生學習科學知識的核心概念。

  自然科學領域課綱設定的目標是,藉由學習重點的實踐,培育十二年國民基本教育全人發展目標中的自然科學素養。其中,第一、二點稱為「學習表現」,而第三點則稱為「學習內容」,前者包含了思考智能、問題解決和科學的態度與本質,後者則是一般熟知的科學學科知識。簡言之,學習內容指的是人類文明發展至今累積的科學知識,學習表現則與形成這些科學知識的過程有關。

  形成科學知識(學習內容)的過程中,科學家除了需要縝密的「思考」,還必須結合現代科學特有的「實作」,思考的部分(思考智能)有,想像創造、推理論證、批判思辨、建立模型,而實作的部分(問題解決)則由觀察與定題、計畫與執行、分析與發現、討論與傳達組成。

  在探究過程中,學生通常需要先針對某個現象提出可能的想法,接著透過觀察或實驗蒐集資料,並檢驗蒐集到的資料是否能支持自己的想法,最後再結合自己的想法與蒐集到的資料,試著解釋自然現象。在探究過程中,教師為引導學生學習而設計的關鍵提問,或學生在學習過程中,為完成任務的反思或自我提問,都能幫助學生培養科學素養,而這些提問也都可以進一步轉化為素養導向試題。

  除了課堂中師生的討論,親子之間的互動與對話也是幫助孩子養成科學素養的絕佳契機。其中對話的方式與教師的提問相當類似,同樣以引導作為互動與對話的關鍵,盡量以「看到了什麼?」「看到什麼是不一樣的?」、「什麼時候會看到呢?」、「如果……會怎樣呢?」、「我們來看看會怎樣?」、「為什麼會這樣呢?」這類提問的問題作為親子之間對話的一部分。試想,沒有這類的問題,直接給孩子一個答案,親子間的對話與互動不就少了許多嗎?

  上述提問的問題在真實情境中如何運用呢?而這些提問又如何轉換為素養試題呢?本文將以物理學家費曼的故事為例,說明這些提問在親子對話中如何進行,接著再以同一個對話作為情境,示範由對話中的關鍵提問轉化而成的素養導向試題。

培養科學素養的親子對話

  費曼的父親是一般的上班族,週一到週五則都在紐約巿工作,只有週末能帶費曼到樹林裡散步。費曼和鄰居在公園玩,鄰居指著一隻鳥問費曼:「看到那隻鳥了嗎?那是什麼鳥?」費曼回答︰「我不知道那是什麼鳥。」鄰居說︰「那是棕頸畫眉。看來你爸爸什麼也沒教你!」

  然而,費曼的父親真的沒有教過他?他們父子倆曾有一段對話:

  父親︰「看到那隻鳥了嗎?那是一隻會唱歌的鳥。……就算你弄清楚了牠在全世界的稱呼,你對牠仍一無所知。我們不如來看看這隻鳥在做什麼。」

  父親︰「你看,那鳥經常要啄啄自己的羽毛。看到了沒?牠一邊走來走去,一邊啄羽毛?」 「你想想,牠為什麼要啄羽毛?」

  費曼:「嗯,也許牠們飛行時把羽毛弄亂了,所以要整理一下。」

  父親︰「好,若是這樣,牠們剛落地之後應該會啄得勤些,而停留在地面一段時間後就不太會啄了,你聽懂我的意思嗎?」

  「我們來看看牠們剛落地時是不是啄得勤些!?」

  透過父親一連串的提問,費曼學到了觀察自然現象時,不只是認識或記得相關的名詞(學習內容),他也培養了認識自然世界的態度(科學的態度與本質)。培養並擁有這種態度後,面對有趣或奇異的現象時,他知道可以先思考幾個可能的想法(思考智能),接著再透過有計畫的觀察,尋找可能的解答或驗證自己的想法是否正確(問題解決)。

親子對話轉化為素養導向試題

  如何以紙筆測驗評量學生的科學素養,始終是各界關心的議題。本文以費曼和鄰居在公園中的觀察、費曼父親的提問,以及費曼與父親的對話設計一系列的評量試題,作為素養試題的設計參考。第一題結合觀察的情境,評量學生是否具備「依據生物形態與構造的特徵,將生物分類」的能力(答案:B);第二題由費曼父親提出的問題以及費曼嘗試提出解答的過程,評量學生是否具備「應用所學到的科學知識與科學探究方法幫助自己做出最佳的決定」的能力(答案:B);第三題則是在費曼提出可能的解答作為假說後,如何根據假說設計觀察的方式,目的在評量學生是否具備「了解探究的計畫,並進而能根據問題特性、資源,規劃具有可信度的探究活動」的能力(答案:A);第四題則由費曼的觀察結果,評量學生是否具備「從(所得的)資訊或數據,形成解釋、獲知因果關係」的能力。

【試題一】

  費曼的鄰居在公園指出所看見的生物是鳥,可能是發現牠具有會飛翔、具有羽毛、能發出叫聲、能以後肢站立……等特徵。

  費曼的鄰居能明確指出該生物是鳥,主要是依據下列哪一項特徵?

  (A)會飛翔

  (B)具有羽毛

  (C)能發出叫聲

  (D)能以後肢站立

【試題二】

  在父親與費曼的某一段對話:

  父親︰「你看,那鳥經常要啄啄自己的羽毛。看到了沒?牠一面走來走去,一面啄羽毛?」「你想想,牠為什麼要啄羽毛?」

  費曼:「嗯,應該是牠們飛行時把羽毛弄亂了,所以要整理一下。」

  「科學方法」是一套尋求知識的系統性程序。上述對話中,費曼的回應較接近「科學方法」的哪一個階段?

 

 

【試題三】

  關於公園中畫眉具有啄咬羽毛的行為,費曼的想法是「應該是牠們飛行時把羽毛弄亂了,所以要整理一下」。

  在不影響畫眉個體與族群的生存情形之下,下列何種觀測方法,較能夠驗證費曼的想法?

  (A)記錄每一隻落地的畫眉是否皆有啄羽毛的行為

  (B)捕捉落地的畫眉並觀察其身上的羽毛平整情形

  (C)比較落地的畫眉在啄羽前、後的羽毛平整情形

  (D)隨機觀察100隻飛行中的畫眉身上羽毛是否平整

【試題四】

  當費曼的父親表示:「……若是這樣,牠們落地之後應該會啄得勤些,而停留在地面一段時間後就不太會啄了。」

  依據父親的說法,若是費曼觀察到五隻棕頸畫眉落地後的啄羽頻率如表(一),比對費曼原本的想法(棕頸畫眉啄羽是因為羽毛亂了)後發現,表中數據無法支持費曼父親的想法,試說明原因是什麼?

表1

棕頸畫眉啄羽紀錄表

 

落地的第1~3分鐘

落地的第4~6分鐘

落地的第7~9分鐘

第一隻

9次

8次

8次

第二隻

7次

9次

8次

第三隻

6次

7次

9次

第四隻

7次

7次

7次

第五隻

8次

9次

9次

參考解答:

須依據數據回答

  1. 前三分鐘的平均不是最高的
  2. 落地次數都差不多
  3. 多數畫眉落地後的啄羽頻率未隨落地時間增加而降低
  4. 第三隻鳥,1~3分鐘6次,4~6分鐘6次,7~9分鐘9次

 

資料來源:

蕭儒棠(2022)。第四學習階段科學素養長期追蹤研究。國家教育研究院整合研究計畫案(NAER-2019-041-A-1-1-E1-09)。新北市:國家教育研究院。計畫網址https://tpwli.naer.edu.tw

 

附加檔案

  1.  親子對話能培養科學素養,素養試題也在對話中.pdf(另開新視窗)

 

圖片來源:Pixta
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