以預測、觀察、解釋開啟科學實驗教學 - 臺灣網路科教館

視覺學習法占了學習方法中的80%。

而視覺中觀察能力培養，則可從生活中微小事物訓練開始。

透過觀察，能夠讓孩子產生極大觀察興趣，因此帶孩子到大自然中培養觀察力，是 ... 以預測、觀察、解釋開啟科學實驗教學 瀏覽人次3428 加入最愛 文/許慧嫻、蕭世輝  前言 視知覺能力是將眼睛所看到的東西內化、重組、編碼轉化並賦予意義的一種能力。

視覺學習法占了學習方法中的80%。

而視覺中觀察能力培養，則可從生活中微小事物訓練開始。

透過觀察，能夠讓孩子產生極大觀察興趣，因此帶孩子到大自然中培養觀察力，是最有效的方法之一。

但如何將學生的觀察能力與課程內容結合，讓自然與生活科技課程成為學生超級喜愛的課程? 近幾年，筆者在自然領域教學中，嘗試導入POE教學策略，發現學生的學習興趣與學習成就皆因此提高。

在學生對教師的教學回饋中，學生表示在預測、觀察、實作中，經歷的每一個步驟都深印在腦中，這種並不是死背的知識，讓他們瞭解了，原來學習也可以這麼輕鬆有趣。

因此，筆者將現階段許多教師在校園裡運用的POE教學策略與自己淺薄經驗融合，分享給其他教學及研究者參考。

 從自然環境為起點培養觀察力 知識學習的路徑是從觀察→思考→記憶→想像→形成經驗，最後產出知識。

因此觀察是一切學習的起點。

我們可以從生活周遭自然環境來培養學生的觀察力。

例如從住家附近的步道或山區裡開始，以微觀的方式觀察，深入觀察土壤的生物、石頭的節理、花、草、樹木等等，並以此擴大到理解與探討當地人文、歷史與地理變化的原因。

以觀察植物為例，我們可以藉由觀察植物發芽、樹葉的顏色、枝芽生長情形來辨別季節。

藉由觀察樹葉外觀與形狀變化，分辨出是那一類昆蟲的傑作，甚至在不同植物上可以發現不同昆蟲，如捲葉象鼻蟲、蝶、蛾類、天牛、螳螂等昆蟲。

除此之外我們可以觀察當地步道日照多寡、潮溼或乾燥、晴天與雨天等，來判斷會有那一類的昆蟲或植物喜歡待在這裡。

亦可藉由觀察山壁土壤、密度、顏色、石頭大小、形狀與紋路，來了解此地的地形地貌、變化或發展史，並可擴增介紹周遭相關文化發展。

 自然觀察到課程教學 傳統的食譜式教學，優點是能有效夠掌握教學進度與實驗結果，有利於科學基本知識的扎根；但卻容易造成學生不了解實驗設計的原理與原因背景。

因為食譜式教學往往只是依照課本的步驟做，學生即使做到並完成正確的實驗，並無法提升學生主動學習的興趣和訓練他們的問題解決能力，更遑論激發開放性和高層次思考的能力。

因此，筆者在自然科教學中，常省思有那一些單元適合發展POE教學策略，那一些不適合?而導入POE教學策略，除了能較上述傳統食譜式教學的教學外，又是否為學生帶來學習成就以及解決學生學習上的困擾呢？以下簡述POE教學策略的意涵、POE教學策略的優點與實行教學的注意事項、如何運用POE教學策略於六年級自然課程中、授課困難與擔憂。

 POE教學的意涵 POE是Prediction(預測)、Observation(觀察)、Explanation(解釋)三個名詞字母開頭的縮寫。

POE教學策略的實驗順序是預測→觀察→解釋。

此種教學法與一般依照課本上課的模式是不同的。

POE教學設計包含生活情境中另有概念的議題在內，在設計過程中將學生認知衝突元素包含在實驗中，讓學生認知結構或基模的功能產生衝突，經過實驗觀察與記錄，學生認知結構產生同化與調適狀態，在同化與調適過程當中，形成心理內在驅動力改變或者調適原有認知結構，而容納新的知識經驗(張春興，1997)。

認知衝突運用在教學上能解決學生的另有概念，除此之外在教學前先分析學生的另有概念可以協助教學者設計適合的教學策略(簡青瑜，2013)。

POE教學策略是另一個衡量知識應用能力的一種方法，在實驗教學中，教學者以提問方式讓學生思考，正確答案會在問題描述過程中簡略帶過。

除此之外，學生可以從教科書中尋找到線索，並用課本裡的概念來回答(葉嘉雯，2105)。

當學生敘述不完整時學生可以預測，在預測時學生能更能運用原有認知基模推論而得到答案。

以六年級自然「熱與我們生活」單元為例 學生「預測」題目：我們所知的「能量」是否可以測量得出來？ 運用此提問時，教學者可以根據學生的回答，來理解學生的先備知識是否需要釐清與說明。

學生「觀察」：用手來感覺三杯不同溫度的水，並記錄那一杯最熱。

用手感覺水溫是否科學？學生必須辨識運用此法的可行性？在此階段學生可運用實驗過程的觀察，釐清在先前預測時原有觀念並強化實驗觀察後所見的事實證據與建構新概念。

學生「解釋」：身體可以感受到熱能，而且在相同條件下，獲得熱能的物質，溫度會升高。

運用解釋來確認學生學習理解程度，並讓學生加深印象。

如果學生沒有觀察到實驗變化關鍵時，教學者可以隨時調整教學內容的難易程度。

 POE教學策略的優點與實行教學的注意事項 POE教學策略的優點是可聚焦於學習的主題，可深入探究該主題知識概念的本質。

其次在學習過程中老師適當運用診斷性評量與形成性評量，可以幫助老師了解學生學習上的困難，提供老師調整授課的難易程度來提高學生學習的成效。

除此之外可以觀察學生本身原有的概念或信念，有助於釐清學生對於現象與概念之間關係的認知。

更可以幫助學生面對認知衝突時調適的機會。

實行POE教學策略需注意以下兩點。

一、是學生的參與度不高，如要提高學生的參與度，則應該賦予每一組學生，各別任務以提升學生的學習興趣。

二、學生對於寫POE學習單是反感的，雖然學習單是讓教師了解學生的學習歷程，但學生已經對測驗卷感到壓力。

(溫明豪，2018) 運用POE教學策略於課程中，在教師方面必須要留意下列幾點(陳坤祝，2018)。

首先教學者必需要有相當的科學知識背景。

其次是教師對於POE教學策略內容必須具備中等程度的科學認知，才可以釐清學生的既有概念問題。

最後是教師除了理解POE教學理論外，也必須具備POE的教學應用面的運用(黃以芬，2016)。

 POE教學策略的優點與實行教學的注意事項 藉由「熱與我們生活」單元以POE教學策略帶入，主要目標是讓學生體驗生活中物質受熱的變化，以及熱與物質的相互關係，如物質的外形、體積是否會受溫度的變化而改變物質的狀態。

1.教學目標：瞭解物質受熱的變化與相互關係，如包括外形、體積的改變及熱脹冷縮的現象。

2.POE教學策略課程結構 (1)預測：請學生觀看實驗裝置(如圖1)，接著(1)先在空寶特瓶上方淋上熱水。

(2)再將此寶特瓶從盤中拿出。

(3)將寶特瓶分別放入裝有冷水與熱水的燒塑膠盆中。

圖1.實驗裝置 請學生預測，將空寶特瓶放在加有冷水的塑膠盆中會吸水還是放在加有熱水的塑膠盆中會吸水？ A組學生預測放在冷水塑膠盆中的寶特瓶會吸水。

放在熱水寶特瓶塑膠盆中不會吸水。

B組學生則預測兩個塑膠盆內的寶特瓶都不會吸水。

  (2)觀察實驗—設計實驗步驟 學生必須針對先前的預測，進行實驗設計。

進行此階段時，雖然運用簡報指引實驗的流程，但學生對於自己設計實驗還是很不熟悉。

雖然小組已討論出實驗步驟(如圖2)：(1)先將有水的寶特瓶澆熱水。

(2)再放進熱水裡。

在實驗中，將熱水澆灌於加蓋的空寶特瓶外，主要目的是讓寶特瓶內的空氣成為熱空氣，因此寶特瓶瓶蓋必須蓋上。

但還是有些學生沒將寶特瓶瓶蓋蓋上。

(如圖3) 圖2.實驗步驟 圖3.有些學生沒蓋瓶蓋 (3)觀察實驗—依自己設計的實驗流程進行操作 在操作當中，學生發現實驗過後的結果與他們先前是不同的。

學生的預測是淋了熱水後的寶特瓶放進熱水中是不會吸水的。

但經過實驗後寶特瓶內卻有進水。

我反問：是甚麼原因造成的呢!我請學生親自操作一次讓我看。

看完之後我發現，學生將淋了熱水後的空寶特瓶，放在冷水的燒杯中，觀察得到結果後，又將空寶特瓶再次放進熱水中，並沒有重新將空寶特瓶淋上熱水後再實驗，因此導致實驗結果的不同。

問題二、學生發現裝有冷水塑膠盆內的寶特瓶不會吸水。

我請他再次觀察空寶特瓶裡吸管高度與寶特瓶外水位高度的關係？ 學生觀察發現，塑膠盆的冷水水位並未高過空寶特瓶的吸管(如圖4)放大圖解(如圖4)，因此淋了熱水的空寶特瓶，無法將塑膠盆中的冷水吸入寶特瓶中。

圖4.吸管高度高於水水位高度 (4)解釋科學原理 實驗到尾聲教師必須讓學生練習表達。

學生經過此次實驗的歷程，從剛開始的預測，觀察、解釋的流程後。

學生是不是可以表達出在實驗過程中，觀察到與課本相關的科學原理，並能經過小組討論統整出結論，且跟大家報告你們小組所學習到的科學理論。

此次學生表達了熱漲冷縮都是他們平常所知道的原理，經過此次的教學法後，讓他們對物質熱漲冷縮的科學知識加深加廣外，又更深一層的認識。

將熱脹冷縮的原理帶入學生生活裡，如圖5所示是最好的學習方法。

圖5.熱脹冷縮示例(圖片來源：[東森新聞]熬不過2013基隆小鴨「爆」了)  授課困難與擔憂 POE教學策略課程設計通常是由學生的迷思概念引入，教學者必須非常瞭解學生的科學迷思概念在那裡，藉由迷思概念提問後而引發學生學習興趣。

然而學生的迷思概念也可能跟老師的迷思概念是一樣的，有時學生的自然知識都比教師還強。

如果自然老師並不是自然方面專長的教師，執行POE教學策略時則無法達到預期的效果。

現階段的教材非常方便於教師教學，如要將此教學法導入目前的自然課中，教師必須花非常多的時間重新編寫教案，如能成立教學團隊一起編撰教案，集眾人智慧一起討論可蒐集更多學生迷思概念，即可集中火力對焦，達到成效。

學生的耐心不足在填寫學習單時，通常寫簡單的幾個字就敷衍了事，因此無法立即了解學生的學習狀況，如何突破這樣的問題，這是我們必須思考的。

綜合以上筆者運用POE教學策略是由實驗的預測、觀察、解釋訓練開始，學生很容易接受預測的樂趣，但深入詢問他預測的結果是依據甚麼科學原理與理由時，學生通常答不太出來。

如果學生在實驗過程中觀察不仔細，最後實驗結果是無法解釋出來的。

在推動POE教學策略之初，比較辛苦的是必須額外花時間解釋說明POE教學策略預測、觀察、解釋的上課方式，也必須耐心等待學生反應與學生吸收能力，時時調整教學內容以便學生能即時理解與吸收。

運用任務分配的方式，讓每一名學生都參與其中，以避免教室裡有「客人」出現。

實施POE教學策略後的甜美果實可以在學生身上看見，例如提高了學生觀察能力，並能接納同學不同的意見，更能將不同意見統整出屬於自己的語言來呈現結果。

學生從討論實驗主軸開始練習，再細分到注意實驗步驟的每一個細節。

這是培養學生組織概念、溝通技巧、邏輯思考的能力，不再是食譜式的教學，只要按照食譜的步驟做就能做出美味的佳餚。

然而在真實實驗中的每一個變化都是至關重要，如何引導學生思考、觀察、驗證就非常重要。

在教學的回饋中，學生很想嘗試自己設計實驗，更喜歡在實驗觀察中自己動手做實驗，更喜歡小組討論、解釋出合理實驗結果的過程。

甚至表達回想實驗的過程發現考試一點都不難。

有這樣的回饋，能顯示POE教學策略運用在自然科學領域是有效的教學方法之一。

運用POE教學策略在自然課程中，教學者必須對自然科學知識方面專精，以迎合現在科技知識爆炸的時代，必須跟上科技進步的腳步時時更新科技新知，才能帶領我們的下一代與新時代接軌。

 參考文獻 張春興(1997)。

教育心理學---三化取向的理論與實踐。

台北市：東華。

陳坤祝(2018)。

合作學習融入POE教學策略提升初一學生科學的學習成效之行動研究。

國立彰化師範大學碩士論文，彰化市。

黃以芬(2016)。

新北市國小自然領域教師實施POE教學現況調查。

台北市立教育大學碩士論文，台北市。

溫明豪(2018)。

POE教學與教師學科教學知識的影響之行動研究。

國立彰化師範大學碩士論文，彰化市。

葉嘉雯(2015)。

Co-POE教學模式應用於國小空氣與燃燒單元實驗教學之研究-探討不同認知風格學童的學習。

國立台北教育大學碩士論文，台北市。

蔡幸如(2019)。

探討「POE&科學解釋文字鷹架」教學法對研究生設計實驗、教學及科學探究能力的影響。

國立台北教育大學碩士論文，台北市。

White,R.,&Gunstone,R.F.(1992).Prediction-observation-explanation.InR.White&R.F.Gunstone(Eds.),Probingunderstanding(pp.44-64).London,UK:TheFalmerPress. 許慧嫻 國北教大自然科學教育學系研究生/新北市大崁國小教師 蕭世輝 國北教大自然科學教育學系助理教授