從一個食譜式實驗出發的探究與實作課程規劃

這篇文章已經併入另外一篇文章「從生活中到處都是探究與實作到規劃一個探究與實作的課程」之下，請參考該文章內的說明與介紹。

高中要教的「探究與實作」和國中講過的「科學的方法」有什麼不一樣嗎？其實是一樣的東西吧！既然如此，那為什麼高中老師會被探究與實作搞得那麼頭大呢？我也不知道，因為我前陣子也被搞得很頭大，但是我最近好像有點想通了，突然發現大部分課本的實驗應該都可以拿來運用，設計一下就可以是探究與實作，或許不會很困難才對。如果每一位老師都可以用自己熟悉的主題來教探究與實作，大家應該會比較開心吧！

自然領綱規範高中探究與實作包含四個大主題，分別是：發現問題、規劃研究、論證建模和表達分享。其中發現問題又再細分為：觀察現象、蒐集資料、建立問題和提出可驗證觀點。國中自然課本提到科學的方法包括：觀察、提出問題、參考文獻資料、提出假說、設計並進行實驗、分析實驗結果和討論並提出結論。稍微比較一下就可以發現，這兩者之間根本一樣吧？！但如果換成用國中科學的方法這些詞彙來說明高中的探究與實作，高中老師會不會瞬間就先放心一大半了呢？因為科學的方法我們都很會啊！我們只是沒聽過探究與實作是什麼而已。

雖然「我們都很會科學的方法」和「我們都很會『教』科學的方法」還是有點差距，可是至少要教的是我們會的東西，心裡還是安心很多的。所以在讓大家覺得有點安心之後，接下來我還想繼續從大家同樣覺得安心的方向來談探究與實作的課程規劃，那就是我想從一個「食譜式的實驗」開始講起。

什麼叫做食譜式的實驗呢？就是把實驗步驟都寫清楚，讓學生按照步驟操作，完成實驗後整理實驗數據並回答問題，就是食譜式的實驗。還記得剛接觸探究與實作的時候，第一件被提醒的事情就是「探究與實作不等於食譜式的實驗」，我也深深記得這件事。但是我現在希望各位老師先想一個食譜式的實驗，我認為一個食譜式的實驗室設計探究與實作課程最簡單的起點。

比方說，我想用一個虎克定律的實驗，提供學生數個相同規格的彈簧和砝碼，讓學生進行彈簧併聯的實驗。

以上這個食譜式的實驗，相當於探究與實作第二個主題「規劃研究」的後半段「研究」。接下來我們預想幾個操縱變因，應變變因則是彈簧的伸長量（或彈簧組合後的整體的彈性係數）。操縱變因如果可以有兩個以上的話比較好，除了可以當控制變因，還可以讓學生有多一點空間做不同變因的探究。

有了預設的操縱變因和應變變因，就可以預期當學生完成實驗之後，可以獲得的實驗數據和數據之間關係所得到的結論。

實驗數據需要經過科學原理的詮釋才完整，這裡會用到虎克定律和力的解析兩項科學原理。

以上就算完成第三個主題「論證與建模」。

以及第四個主題「表達與分享」。

若是我們預期學生在論證與建模時可以得到「彈簧併聯之後的彈性係數變化」這樣的結論，那這樣的結論可以回答怎樣的問題呢？對，現在的狀況就是先有答案再回頭湊一個可能的問題！

這個可能的問題也許是「如果把一個砝碼同時掛在兩根彈簧（併聯）的狀況下，彈簧的伸長量會和砝碼掛在一根彈簧下的伸長量有什麼不同？」，如果我有辦法讓學生問出這個問題，符合探究與實作的第一個主題「發現問題」。

為了避免學生的選擇性太過單一，只有一種研究方法可以規劃很沒意思。在「不增加太多實驗器材」和「不增加太多其他科學理論」的前提下，能不能讓學生多提出一個問題？多一種規劃研究的方法？並且多一項論證與建模的結果呢？可以啊！做彈簧串聯如何？讓學生問出「如果兩根彈簧連在一起（串聯），下面掛一個砝碼，此時彈簧的伸長量會和砝碼掛在一根彈簧下的伸長量有什麼不同？」這個主題就會有兩個問題、兩種規劃研究和兩項論證建模的結果。

其實學生只要夠機靈，「串聯加併聯」這樣的問題一定馬上就會被提出來，於是虎克定律這個老掉牙的彈簧實驗，就變身成為探究與實作的時髦主題了啊！

進行到這裡，其實一個探究與實作的課程規劃就大致完成了！

接下來我們再補幾個橋段，課程規劃就可以真正成形。

第一個橋段是「觀察現象」，我們要提供怎樣的自然現象或資料讓學生觀察，可以引導學生提出我們想要他提出的問題呢？

我認為這部分的設計是最有意思也最傷腦筋的地方，要讓學生提出（我們要他問的）問題雖然不簡單，但關鍵處其實不是提問本身，而是在於觀察。如果觀察設計得到位，引導得好，學生能夠觀察到（我們希望他觀察到的）細節時，提問就只是順水推舟，水到渠成的事而已。

第二個橋段是「提出假設」，這個橋段的內容和第三部分「論證建模」的原理相同，所以論證實需要用到的科學原理基礎，學生在這邊就必須具備。如果是學生曾經學過的，老師只需補強就可以讓學生運用。但如果是學生沒學過的，老師就要額外花時間教授，必須注意時間的掌控。

一旦「假設」可以建立，下一步「規劃研究」一直沒接起來的「規劃」就可以完成。

最後一個橋段說難不難，但卻不能不預做準備，那就是要用的實驗器材或要分析的數據資料是否齊備。我就曾經遇過中央氣象局的網路資料庫故障三天，害我上課差點開天窗。所以如何做好雨天備案也是很重要的。

當大家把最後這三個橋段都銜接上，我認為這時候已經值得為自己掌聲鼓勵，一個可行的探究與實作課程規劃就真正成形了。

老師可以下載以下空白表格，試著自己填寫看看。（或是下載電子檔）

但是，從課程規劃到實際上路，還有最短卻最難的一哩路，那就是「學生需要學什麼？我們該怎麼教？以及如何評量？」的課程設計。以下我列出幾個主要的課程設計重點，是我認為課程在實際上路之前必須完成的設計。這些設計不必在同一個主題裡面全部做到，假設學校探究與實作4學分有4個主題，只要4個主題全部完成後可以涵蓋到探究與實作的所有指標就可以。