「颱風來了！」1.探究與實作課程詳細規劃與教材內容

探究與實作是什麼？怎麼教？很多人都有不同的想像。我以自己設計的「颱風來了！」探究與實作課程規劃為例，介紹一種探究與實作的課程形式，以及在課堂實行時會看見的學生反應。希望可以讓還目前沒有機會參與探究與實作課程的老師，透過我的實際經驗分享，可以多一點身歷其境的畫面，有助於未來課程的規劃與實施。

本篇文章會介紹「颱風來了！」一學期18週完整的課程內容，每週課程的：教學流程、講義、學習單、試題、以及學生學習成果，在文章結尾有連結分享。文章結尾也有課程介紹的影音檔分享。

這個課程設計的架構是依照自然領綱探究與實作的學習內容所規劃，相關說明請參閱「什麼是探究與實作？從自然領綱的說明開始看起」一文的說明。

會選擇以颱風當作探究與實作的主題，除了考量我對地球科學的主題比較熟悉之外，颱風現象是學生日常生活會接觸到，國中時期也學習過的主題。所以學生對颱風現象會有一些基本的認識與相關的生活經驗，可以降低學習的門檻，但可能也少了一點新鮮感。

學期開始的第一週，我先以「發現餐廳生意變差」這種生活中可能會遇到的例子，讓學生練習套用探究與實作（科學的方法）來思考並解決問題。目的是讓學生重新熟悉國中學過的科學方法，同時讓學生感受科學方法可以應用的範圍很廣泛，不是只侷限在科學研究。實際進行之後大部分學生都可以很快連結過去的基礎知識，在設計變因的時候有點困難，也會出現錯誤，但透過同學相討論就可以改正。對照組的設計是最好的討論焦點，同學可以發表各種不同的想法，藉此激發學生對科學方法的邏輯推理進行思考。

從第一週課程的後半到到第二週的前半，我挑選學生國中時期讀過的科學家故事，讓同學練習套用探究與實作的架構，把思考的焦點從日常生活的面向重新拉回科學議題的探究。由於課本中的科學家故事常常沒有提到規劃研究之前的假設，重點都是在於將研究結果進行推理並獲得結論。所以實際進行課程時，關於「科學家究竟觀察到什麼現象？」以及「科學家提出的假設是什麼？」都是很有意思的討論主題。這個學習主題的難度不高，學生可以很快套用過去的學習基礎來完成能力的遷移。

在第二週前半段結尾的時候，我會將本學期要以颱風為主題所進行的探究與實作進行說明，同樣將颱風相關的內容套用探究與實作的架構，讓同學先認識整學期課程內容的概略輪廓，未來每次上課都還會持續重複提醒學生當週上課內容位在整學期課程架構的哪一個階段。

從第二週開始，我設計幾種颱風現象的觀察任務給學生。觀察任務的進行都是由老師先說明並示範，再由學生根據不同的颱風資料以同樣的方式進行觀察並描述現象。第一次的觀察任務是「從新聞媒體對颱風的報導觀察颱風現象」，資料來源是聯合報的全版報紙資料庫。觀察的重點項目是由學生根據過去生活與學習經驗討論後決定。學生選定的觀察項目都可以涵蓋到颱風現象的重要特徵，包括：強度、位置與移動路徑變化、與風雨強度及分布等。

第三週是延續第二週利用新聞媒體的颱風報導進行觀察，增加「比較不同颱風的特徵」觀察方法，讓同學可以在有限的資料中進行更深入的觀察與比較。同時第三週到第四週課程設計搭配現象觀察進行提出問題、假設原因、規劃實驗與論證的簡單練習，讓同學漸漸熟悉完整的探究步驟與過程。

第四週的觀察任務加入颱風警報單的觀察，資料來源是中央氣象局的颱風資料庫。觀察項目其實和新聞媒體的報導內容相近，包括颱風強度、位置於移動路徑變化、風速與中心氣壓等資訊。由於相關資料是以格式化的科學描述呈現，學生第一次接觸會感到有點陌生，需要簡單的說明與練習才能夠熟悉。本週同時加入觀察颱風現象隨時間變化的特徵，相當於比較同一個颱風在不同時間的特徵差異。

第五週到第七週則以同樣的模式，提供颱風侵襲臺灣期間颱風的位置、各地降雨量強度、風速快慢及風向隨時間的變化，讓學生進行觀察。資料來源除了中央氣象局的颱風資料庫以外，還包括中央氣象局觀測資料查詢資料庫。由於觀測資料查詢資料庫內只有2005年至今的觀測資料，所以學生無法以2005年以前的颱風當作觀察對象，否則就會沒有觀測資料可以利用。

這三週的觀察練習，主要在強調颱風造成的風雨現象隨時間與空間變化，同時也加強學生對自然現象的科學性觀察與文字描述，包括數值與單位的呈現都需要注意。同時為了提升學生的好奇心與提出問題的動機，課程設計會加入「預測」的步驟，讓學生在進行觀察前先預測觀察結果。當觀察結果與預測有差異時，就容易引發學習興趣並提出問題。

未來希望安排學習活動讓學生自己設計一個觀察任務，可以取代目前課程中所設定觀察任務或直接新增不同的觀察。例如颱風資料庫中的衛星雲圖、地面天氣圖等資料，都可以設計成觀察任務來認識更多颱風相關的現象。

第八週的學習活動是統整前面各週對颱風現象的觀察以及所提出的問題，從中選擇本學期探究與實作的主題，進行後續的探究活動。本週同樣以教師示範從一個天氣圖資料觀察各地風向，並提出問題與假設的例子，再次說明如何從觀察到的現象中提出問題，並從已知的科學原理建立假設的原則。大部分過去數週有仔細進行觀察現象及提問練習的同學，多會提出與颱風風雨分布及變化的相關問題。少部分會以過去聽聞過的現象來提問，例如颱風眼或西南氣流等，但這些問題比較超出學生過去的學習基礎，要建立假設時需要額外補充科學原理。

在同學決定要探討的問題同時，同學要根據問題提出可能的答案做為假設（觀點），並根據假設規劃研究並設定變因，然後確認這些變因相關的觀測資料可以從何處取得。

第八週後半段是根據經過發表與檢查完成的假設來進行規劃研究練習，重點從假設中找出操縱變因、應變變因、控制變因、以及實驗組與對照組的設定。其中對照組的設定比較困難，最困難的是控制變因的設定。上課時會再次以天氣圖及各地風向的例子，或以班上沒有組別選擇做為探究題目的主題，說明規劃研究的原則與示範。這個過程的目的在於初步確認學生決定探討的問題具備「可驗證」的觀點，未來才有辦法繼續驗證與研究的過程。

第九週是第一次分組報告，同學各自提出自己觀察到的現象、根據現象觀察所發現的問題、根據問題所建立的科學假設、初步規劃研究的變因設定以及觀測資料來源。同學可以互相觀摩不同組別所選擇要進行探究的議題，老師也藉此檢查各組報告內容的正確性，包括現象的描述是否真確、提問是否符合觀察結果、假設是否可以回答提問、規劃研究的變因設定是否正確、以及是否有足夠的資料驗證此一假設。

部分同學會對於如何設定對照組感到困難，但觀察其他組的設定可以有助於同學理解。控制變因各組多半無法完整列出，主要是對於假設中科學原理的理解還不夠深入，需要老師協助。受限於時間有限，我會針對需要太過複雜科學理論、不確定因果關係、及數據資料難以取得的研究主題加以說明，建議同學改換題目。

第九週的後半段重點在指導同學將變因設計轉化為實際可運用的觀測數據。在「颱風來了！」這個課程中，即使變因設定完成，仍然需要一個實驗設計轉換的過程，才能順利找到需要的觀測資料。例如：應變的變因是迎風坡測站的降雨量，那實際應該找哪一個測站的資料？以及找哪一天、哪一個時刻的降雨量？還需要配合臺灣的地形、地理位置、特定時間的颱風位置等概念。因此透過設計紀錄表格的過程，同時也讓同學思考變因要轉換為實際觀測資料時，還需要考慮哪些參數。而練習根據假設預測觀測數據，則有助於未來論證建模時的推理思考。

第十週再次進行分組報告，重點雖然是上週根據變因設定所對應的一筆實際觀測資料，但同時檢驗各組的提問、假設與規劃研究是否已經根據前二週老師與其他同學的建議進行修正，確保研究方向與實驗設計的正確性。

第十一週進行實驗紀錄表格的設計與實驗結果的預測學習活動。同學根據前二週完成的規劃研究，設計記錄觀測數據的表格，並在表格中根據假設填入預測的觀測結果。

第十二週到第十三週為實際收集觀測資料、記錄、並進行簡單數據統計及分析。除了讓同學持續利用課堂時間完成觀測資料的收集，並提供部分基本電腦操作技巧示範以及數值分析方法。例如：利用電腦簡報軟體進行簡易電腦繪圖及影像處理、利用試算表軟體繪製常用統計圖表、線性回歸直線方程式及相關係數解讀等。

第十四週各組呈現觀測數據資料及統計圖表，互相檢核資料的選用是否符合研究規劃、觀測數值是否正確或合理、統計圖表的選用是否合適及清楚呈現、分析結果是否符合假設等等。各班大約會有一半左右的組別，數據資料的選用還有點問題，這時候多半是因為同學沒有掌握到部分控制變因的緣故，可以透過討論提供同學改進建議。