以目前「素養導向」的課程設計,有一個重要核心概念,就是不管你是使用「動手實作」、「閱讀理解」還是「資訊融入」等多元的教學策略,其主要的目的,都是要讓學生在學習的歷程中,來了解科學脈絡,最終來達成探究的目的。
教師首先要把自己和學生一樣,擺在「不知道」的角度去看一個科學現象,例如:想讓學生知道單擺的週期會受到什麼因素而改變?首先應該讓學生先進行思考,有那些因素「可能」會影響到單擺擺動的快慢,然後再著手進行一些變因的測試,甚至讓每一組學生,選定不同的操縱變因,動手測量這些變因,是否會影響單擺的擺動的快慢,學生在動手探究的過程中,就可以逐漸習得一些測量的技巧,及如何設計一個清晰易記錄的表格來呈現實作結果。接著可以進一步的分析實驗的數據,讓同儕間就會相互討論及分享結果,而最終歸納出結論。在過程中教師千萬不要急著破梗,就想將結果在第一時間「灌輸」給學生,而是在學生藉由探究的歷程中,逐漸清晰建構出屬於自己的知識及學習脈絡後,我們再適時給予總結及觀念澄清即可,這樣才能形成有意義的學習。
接下來,我們以認識電解質的探究課程為例,在「認識電解質」~屬於學習重點的學習內容,而「探究」~屬於學習重點的學習表現,我們將整個課程中,如何在學習表現在探究能力的部份,分成「思考智能t」及「問題解決p」,整理成下表:
「認識電解質」這個單元,是非常適合拿來設計成有完整探究歷程的知識 點。為什麼非常適合呢?是因為這個單元有幾個特點:
一、我們在生活中或一般的實驗室中,可以很容易找到鹽酸、小蘇打、糖、酒精、食鹽及氫氧化鈉等物品,來測試加入水中是否會幫助導電,這對一般國中生還容易實現。
二. 組成一個讓LED燈亮的簡單電路,在國小的學習內容已經有學過,如右圖,學生應該容易上手。
三、在判斷加入這些物品,是否幫助導電?除了可以直接看LED的亮度外,如果學生一時分辨不出LED的亮度不同,還可以讓學生觀察正、負極反應的狀況,氣泡產生的速率或多寡來判別幫助導電的情況,這對學生也會挺容易上手及會很有感覺的。
四、在水中加入等量的各式物品,觀察導電度,就可以帶入電解質的概念,強、弱電解質及是否為電解質的概念,就是清楚的建構完成。
在學生判別什麼是電解質及強、弱電解質的概念形成後,接下來還可以提出可能的變因,做出更多的概念延伸,例如:可以讓學生探究電解質的濃度是否會影響到溶液的導電度等。
若還有教學時間,我們也可以再設計一個探究正、負離子如何移動的實作。以過錳酸鉀KMnO4內正負離子的移動為例,告知學生鉀離子為無色,過錳酸根離子為紫紅色。
KMnO4K+(無色)+MnO4-(紫紅色)
將濾紙剪成長條形,用水浸濕濾紙,用鱷魚夾導線夾兩端,配合9V電池,接成一個通路,然後在濾紙中央放一匙的過錳酸鉀KMnO4,靜置幾分鐘,就會觀察到帶負電的過錳酸根離子MnO4-(紫紅色),會往電池正極移動,如下圖。
在這個實作的過程中,可以讓學生預測實作的結果,再驗證實作結果是否符合先前的預測,對於這一階段,要做的是運用模型,正、負離子在溶液中移動的一個現象做出假設。模型是已知理論,要運用已知理論去推論未知事件的意思。當然也可以更高層次的讓學生去想像,在導線中電流的走向,而在溶液的離子流流動的樣子,整個這樣流程跑下來,就是一個很典型的科學探究歷程。