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2017全國自然領域探究與實作研討會暨教學工作坊場面熱烈

彰化師範大學理學院於106年7月21日至22日兩天辦理「2017全國自然領域探究與實作研討會暨教學工作坊」,結合臺灣師範大學中等教育階段自然領域教學研究中心及國立中央大學理學院科學教育中心,共同辦理本次研討會,總共吸引兩百多位來自全國各地的中學自然科老師參加,場面熱烈。

本次研討會共安排三場大會演講,特別邀請台灣師大賈至達教授、中央大學科教中心朱慶琪教授、以及本校科教所段曉林教授。賈至達教授由新課綱理念探討自然領域教學之改變,因應當今的世界情勢,社會快速變遷,教師要轉變教學方式,教師要提高學科教學知能。演講中也引述一些簡單實例,如APP、開放軟硬體、方格紙、簡易 教具等實作素材應用教學,並以簡單的主題,討論探究與實作精神的教學模式,融入中學的自然領域課程。

另外,大會設計自然科五個領域,分別為物理、化學、生物、地科與 跨領域等五種類型共計18個工作坊,每場邀請國內探究與實作教學領域知名大學教授及中學教師進行教學工作坊。每個工作坊實際教導參與者如何在課堂上教導學生探究與實作課程,依照自然領域 108 新照課綱規劃,培育自然領域中學教師。大會也邀請自然科課綱小組召集人陳竹亭教授主持課綱討論會,對探究與實作課程規劃之意見交流。活動提供多元化及跨領域教學之工作坊,為國內創舉,讓參加活動的國高中教師都收穫滿滿,與會者反應極佳。

魔幻摩擦力的探究與實作教學

物理科工作坊邀請彰化師大林建隆教授,他設計了「魔幻摩擦力的探究與實作教學」,根據現行國中自然與生活科技或 高中物理教材有關摩擦力單元概念圖與命題內容,利用科學魔術結合 5E 探究教學策略:參與(Engagement) 、探索(Exploration) 、解釋(Explanation) 、精緻化 (Elaboration)、評鑑(Evaluation)來設計發展教材。利用簡易的材料(鐵環、塑膠環、橡皮筋、毛巾、發票、水桶)探究與實作,發票吊水桶。利用將紙發票層層堆疊並交疊一起,就可以吊起5公斤重的水桶;將兩條毛巾平鋪重疊1/3的部分,扭轉至緊繃後,可以觀察到互拉會拉不開。提出科學魔術的問題讓同學們去討論、探索,促使學生使用所學概念進行更深入精緻化的生活上之應用,再由林老師做統整解釋,釐清先前所學概念。最後再藉由多元形成性評量,讓學生檢視自我的學習成果。

跨領域探究與實作

有關跨領域工作坊,我們邀請前鎮高中林佰鴻主任提到什麼是「探究與實作?」,其實每個人都存在著探究與實作的靈魂,只是現今課是中的實驗課程,都僅是食譜是的實驗,並沒有讓學生有機會去觀察、發現問題、解決問題等等探究的元素存在,學生所做的僅是為了驗證課本中的內容,漸漸地擁有如大象一般有很大能量的學生們,就被知識這條細細的繩子給綁住了,而對這些有能量、有能力的孩子們來說是很可惜的。林主任認為探究與實作是能夠打破現今的教育現狀。因此一直以來主任都在自己的學校不斷的推動並且嘗試跨科的合作。

在前鎮高中所推行的探究與實作課程是一個跨領域的規劃,融入在地文化,以風向與小港機場跑道為例,將的地科、物理設計跨領域整合,透過觀看飛機起降影片、蒐集台灣機場跑道的方位、下載與分析風力數據、發表,最後的任務是要學生訂一張最安全的機票以及提出改建機場的規劃,這當中所預期的目標就包含了觀察現象、規畫與研究、表達與分享這幾個重點,並要求學生在過程中都要做記錄,目的是為了訓練孩子們說話是有憑有據的,因此需要數據,希望他們能夠從數據中找答案並且說服其他人。

大學教授與高中老師合作,共同合作研發探究與實作課程。由國立臺灣師範大學物理系傅祖怡教授及新北市立積穗國中教師何黛英老師希望藉由自己思考、設計實驗,由秤與密度計的設計到磁力量測,使用生活中常取得的東西,使探究活動接近日常生活,增加學生的探究能力,引發學習興趣。嘉義大學電子物理系蘇炯武教授及北港高級中學物理科教師方文宗老師光繞射應用於生活周遭中的週期性結構物理實作探究,結合大學的專業計算機控 制實驗課程結合高中翻轉實驗套件之簡便量測器材來觀察光的繞射現象,率先以 LED 光來進行高中等級未來可推廣實施的探究與實作實驗項目。

分子料理內含烹調科學,臺北市立大理高中的探究與實作物理、化學及烹飪,發展的跨領域的教學模組。探究烹調背後的物理、化學反應或應用物理、化學發展新的烹飪技術,都提供了大量的探究與實作題材。如蛋的烹調科學(密度)、蝶豆花變色飲品(酸鹼)、偽鮭魚卵晶球(濃度)與糖度計相關的折射率實驗,課程中並嘗試將科學探究過程融入教學過程中,期盼讓學生從貼近生活的烹調實作課程習慣觀察現象、思考、分析並提出方法去解決問題,以達提升學生科學素養之教學成效。

六所中學共同設計跨領域教材

結合台中市雙十國中、光德國中、龍津國中、豐東國中、高雄市楠梓國中、彰化藝術高中六所中學自然科老師,共同設計跨領域探究與實作教材「蓮葉出淤泥而不染–從文學到科學與科技」,藉由探究學習和合作問題解決策略,進行跨領域奈米科技的蓮葉效應主題。先觀察中體會蓮葉特有的自潔現象,動手做觀察並設計實驗,探討奈米碳黑的類蓮葉效應,以生活中常見的例子引發學生的學習情境興趣與內在動機。藉此探究學習活動,蓮葉的特殊奈米尺度的物理構造與特殊化學組成物質造成自潔防水原理,引發學生對科學科技的興趣。

生物科探究與實作課程,製作一個螞蟻生態盒子,透過微型攝影機的錄影,來觀察螞蟻是否有系統的分工。先行製作生態盒子教學模組及學習如何標記螞蟻,再利用生態教學模組,讓學生利用微型攝影機觀察動物行為模式,藉由操作、觀察與紀錄,達到科學實作的效果。本教學模組著重於學生對科學的自我探究,內容可隨學校而調整。期望能在實做過程中 誘發學生好奇、求知、探索等內在動機,同時引起學生的學習興趣,引導學生經 由實做、體驗與反省,探討科學的理論,了解相關的學科知識,藉由實驗運作,不斷地提升操作的技能,也能有效地啟動缺乏學習動機的學生。

十二年國教自然科學課程領綱提出以「探究與實作」的課程,預計於108年起新設課程,為4學分之必修課程。為講求課程之連貫與統整,實踐素養導向的課程與教學,課程著重「探究的技巧」及「探究的態度」來設計課程。一般高中老師都會很惶恐,不知如何進行教學。此次大會特別安排「自然科課綱的論壇」,邀請自然科課綱小組召集人陳竹亭教授主持,透過此次來自全國自然科中學老師們聚集的機會,相互討論了解目前在第一線的老師們碰到的問題,以落實新課綱規劃,發展自然領域探究與實作課程,盼能配合國家教育改革,促進中學教師的教學專業成長,引領當前國家師資培育自然科領域的教學。

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▲邀請自然科課綱小組召集人陳竹亭教授主持自然科課綱的論壇

為了要讓參與的老師了解探究與實作需要用到的工具,在晚上大會特別安排「科學示範活動」,邀請臺中市立長億高級中學林宣安老師講解「自己打造自己的工具」,利用身邊常見的材料,打造或改裝簡易的自造者工具,進而成設計上課用的教具,例如:電源供應器、喇叭型示波器、電烙鐵、桌鋸、靜電偵測器、閃燈調頻控制器、負電靜電棒、手機遠距遙控器、煙霧產 生器、圓盤砂光機、電磁攪拌器、焊接夾具、簡易抽氣機、木工車床等,讓自造者的意義不單只是應用,而是真正從源頭的創造。因大會安排精彩活潑,直至晚間 八點還有一百多位中學老師不辭辛勞參與活動演示。由此可見,中學老師對「探究與實作」此門課程教學技術需求的迫切性。

本次研討會的特色為安排為配合108課綱自然科學設計五個領域(物理、化學、 生物、地科與跨領域)之「探究與實作」課程,規劃設計18個工作坊。希望透過此次活動,加強自然科教師的學科教學知能(PCK),以落實科學探究素養和科學探究本質的理念。且探究與實作的學習重點分為「探究學習內容」和「實作學習內容」,教師在教學中能引導學生發現問題、規劃與研究、論證與建模、表達與分享。透過課堂上進行觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與作結論之訓練,讓學生在學習過程中能展現自學能力,並能培養探究精神與提升科學素養。

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