國立臺中教育大學科學教育與應用學系

暑期在職進修專班碩士論文

指導教授：許良榮 博士

「科學玩具」設計科學探究教學之行動研究：

以「下坡玩偶」及「空中灌籃」為例

Action Research on the Teaching of Scientific Inquiry with Science Toys:

Examples of “An Ramp Walker” and “Slam Dunk in the Air”

研究生：蔡姵儀 撰

中華民國 108 年 6 月

「科學玩具」設計科學探究教學之行動研究：

以「下坡玩偶」及「空中灌籃」為例

摘要

本研究目的為利用「科學玩具」設計「科學探究」之教學，以行動研究探討

於教學歷程中學童之探究能力的學習、學習興趣，以及教學時遭遇到的困難與解

決方法，並探討教師之專業成長。本研究設計「下坡玩偶」與「空中灌籃」兩個

科學玩具單元，每個單元設計三節課程，並進行兩階段的教學循環，每階段選取

一個中部某國小六年級班級的學生為研究對象。研究透過蒐集與分析教學錄影、

教學札記、活動學習單、學習興趣問卷、協同教師教學觀察紀錄檢核表、訪談紀

錄、科學探究能力評量等相關資料，獲得以下結論：（1）「科學玩具設計科學探

究教學」之活動能引起國小六年級學童的學習興趣，第一階段教學之「學習興趣」

評量結果，平均分數為 4.42 分（滿分 5 分），第二階段教學為 4.25 分；（2）「科

學探究能力」評量結果（滿分 17 分），第一階段教學之實驗組平均分數為 10.30

分（對照組為 8.13 分），第二階段教學平均分數達到 12.52 分（對照組為 10.18

分）。兩階段教學中，實驗組的科學探究能力評量得分皆高於對照組，顯示學童

經過教學後，探究能力高於未經探究教學活動之對照組；（3）以科學玩具設計科

學探究教學之教學活動，能改善教師在探究教學上常遭遇的困難包括：「時間與

精力、教學進度太慢、閱讀困難、風險太高、學生的不成熟、師生的不舒適與價

錢太高」；（4）以科學玩具設計科學探究教學之研究歷程，使教師在「教學活動

設計」、「探究教學能力」、「教學研究能力」與「教學能力」面向上獲得專業成長。

本研究最後針對以「科學玩具設計科學探究教學」之設計，以及未來的研究發展

提出建議，提供教師與從事科學玩具及探究教學之研究者參考。

關鍵詞：行動研究、科學探究、科學玩具

I

Action Research on the Teaching of Scientific Inquiry with Science Toys:

Examples of “An Ramp Walker” and “Slam Dunk in the Air”

Abstract

The purpose of this study was to design the lessons of scientific inquiry that was

based on science toys. This study adopted action research to explore pupils’ scientific

inquiry ability, learning interests, difficulties in teaching and the solutions as well as

the professional development of teachers. The subjects were sixth grader in an

elementary school in central Taiwan. Two science toy units of “An Ramp Walker”

and “Slam Dunk in the Air” were designed. Each unit contains three sessions, and

two-stage teaching cycle was proceeded, in which a class of students was selected.

The collected data included recordings of teaching, teaching journals, activity

worksheets, learning interest questionnaire, observations by collaborative teachers,

interviews, and scientific inquiry ability evaluation. After analyzing the data, the

following conclusions were summarized. (1) The students were interested in the

“scientific inquiry teaching designed with science toys”. The five-point Likert scale of

learning interest questionnaire at the first stage presented the mean was 4.42 (full

score = 5), and it revealed 4.25 at the second stage. (2) The evaluation of Scientific

Inquiry Ability (full score = 17) showed the average score 10.30 for the experimental

group (8.13 for the control group) at the first stage. The average score for the

experimental group at the second stage was 12.52 (10.18 for the control group). At

both stages, the score of Scientific Inquiry Ability for the experimental group was

higher than the control group. (3) The scientific inquiry teaching designed with

science toys could overcome the difficulties of teachers in the inquiry-based teaching.

(4) The teacher enhanced professional development, including the abilities of lesson

planning, inquiry-based teaching and teaching study. Finally, several suggestions

were proposed for teaching of the scientific inquiry with toys, and the future research

II

of the teachers and researchers who intend to use the science toys to design the

teaching of scientific inquiry.

Key words: Action research, Scientific inquiry, Science toys

III

目錄

第一章 緒論

第一節 研究背景及動機........................................... 1

第二節 研究目的與問題........................................... 4

第三節 名詞解釋................................................. 4

第四節 研究範圍與限制........................................... 6

第二章 文獻探討

第一節 科學玩具的意涵與設計..................................... 7

第二節 科學探究之意涵與重要性.................................. 10

第三節 科學探究之教學相關研究.................................. 14

第四節 科學探究教學之問題與設計................................ 20

第三章 研究方法與設計

第一節 研究方法與流程.......................................... 26

第二節 以「科學玩具」設計科學探究之教學設計.................... 28

第三節 研究對象與參與人員...................................... 31

第四節 研究工具................................................ 33

第五節 資料蒐集與分析.......................................... 38

第四章 研究結果與討論

第一節 第一階段教學............................................ 42

第二節 第二階段教學............................................ 59

第三節 兩個教學階段之分析討論.................................. 75

第四節 教師的專業成長與省思.................................... 87

第五章 結論與建議

第一節 結論.................................................... 94

第二節 建議.................................................... 95

IV

參考文獻

中文部份....................................................... 98

英文部份...................................................... 104

附錄

附錄一、科學玩具設計科學探究教學(第一階段─下坡玩偶) .......... 109

附錄二、科學玩具設計科學探究教學(第一階段─空中灌籃) .......... 116

附錄三、第一階段第一單元學習單(兔警探的挑戰─下坡玩偶) ........ 124

附錄四、第一階段第二單元學習單(英木的挑戰─空中灌籃) .......... 127

附錄五、科學玩具設計科學探究教學(第二階段─下坡玩偶) .......... 130

附錄六、科學玩具設計科學探究教學(第二階段─空中灌籃) .......... 140

附錄七、第二階段第一單元學習單(兔警探的挑戰─下坡玩偶) ........ 150

附錄八、第二階段第二單元學習單(英木的挑戰─空中灌籃) .......... 153

附錄九、學習興趣問卷.......................................... 156

附錄十、協同教師教學觀察紀錄檢核表............................ 157

附錄十一、訪談大綱............................................ 158

附錄十二、第一階段之探究能力評量.............................. 159

附錄十三、第一階段之探究能力評量評分判準...................... 163

附錄十四、第二階段之探究能力評量.............................. 165

附錄十五、第二階段之探究能力評量評分判準...................... 168

附錄十六、學生訪談舉隅........................................ 170

V

1

表目次

表 2-1-1 教具與玩具之異同………………………………………………..……..….8

表 2-2-1 美國《國家科學教育標準》對於科學課程提升探究所強調的改變…...11

表 2-2-2 國科會計畫成果─「促進學生 3C 素養」之「科學探究」之面向……...12

表 2-2-3 科學探究能力面向之相關文獻…………………………………………...14

表 2-3-1 科學探究教學相關研究整理………………………………………..…….16

表 2-4-1 科學教師不使用探究式教學法的十個最常見理由…………………..….21

表 3-2-1 以科學玩具設計探究教學之教學概要……………………………..…….29

表 3-2-2 操作結果紀錄表………………………………………………………..….31

表 3-4-1 本研究之研究工具分類及分項說明………………………………..…….34

表 3-5-1 資料代碼說明…………………………………………………………..….39

表 4-1-1 第一階段「下坡玩偶」與「空中灌籃」兩單元之學習單得分比較…..……43

表 4-1-2 第一階段教學學習興趣問卷統計……………………………… ..…..46

表 4-1-3 第一階段教學協同教師教學觀察紀錄檢核表……………………..…..50

表 4-1-4 第一階段教學探究能力評量之比較及各題面向與配分...........................53

表 4-1-5 第一階段教學問題及改善方案之資料來源...............................................58

表 4-2-1 第二階段「下坡玩偶」與「空中灌籃」兩單元之學習單得分比較...............59

表 4-2-2 兩單元實驗結果以文字紀錄之比較...........................................................60

表 4-2-3 文字實驗紀錄表格之內容（以 S5 與 S16 學生所屬組別為例）.................61

表 4-2-4 第二階段教學學習興趣問卷統計...............................................................63

表 4-2-5 第二階段教學協同教師教學觀察紀錄檢核表...........................................68

表 4-2-6 第二階段教學探究能力評量之比較及各題面向與配分...........................73

表 4-3-1 第一階段與第二階段學習單內容之比較...................................................78

表 4-3-2 第一階段與第二階段學生學習單得分之比較...........................................79

表 4-3-3 探究能力評量修訂比較...............................................................................81

VI

2

表 4-3-4 兩個階段探究能力評量得分之比較...........................................................82

表 4-3-5 兩階段教學成果比較及改善科學教師不使用探究式教學法的部份理由

…………………………………………………………………………........83

表 4-4-1 教具改良表...................................................................................................88

圖目次

圖 3-1-1 Kemmis & Taggart(2007)行動研究螺旋圖………………….……….…...27

圖 3-1-2 研究流程………………………………………………………………..….28

圖 3-3-1 第一階段教室配置圖……….…………..………………………………....32

圖 3-3-2 第二階段教室配置圖...................................................................................33

圖 4-1-1 各節對應研究問題之架構………………………………………………...42

圖 4-3-1 實驗設計之三大變因教學簡報檔...............................................................76

VII

1

第一章 緒論

本章主要針對研究者的研究動機與研究目的，提出研究問題，並對本研究相

關的名詞作定義與解釋，再提出研究範圍及限制。本章共分為四節，第一節為研

究背景與動機、第二節為研究目的與問題、第三節為重要名詞解釋、第四節為研

究範圍與限制。

第一節 研究背景及動機

在中小學科學課程發展的趨勢中，科學教育的目標已由培養科學、技術和工

程專才轉變為培養全民的基本科學素養（鄭湧涇，2005），而關於「能力」素養

的培養著重在「溝通」和「科學探究」能力的發展（鄭湧涇，2008）。近年來我

國有許多活動或競賽以探究為主軸，例如從 2015 年開始，為培養我國國民對於

科學的興趣與科學的探究能力，由財團法人國家實驗研究院國家高速網路與計算

中心、高雄市政府教育局與國立自然科學博物館等主辦了「全國科學探究競賽─

這樣教我就懂」；還有從 2006 年起，為鼓勵中小學生運用網際網路進行科學探究

活動，由臺北市政府教育局主辦「國民中小學自然科學探究式網路競賽」；以及

為培養學生對科學之態度與方法，提昇學生對科學研究之興趣與能力，迄今已第

58 屆的中小學科學展覽會等，皆可顯示我國對科學探究的重視。

「探究」是科學素養重要的層面之一，例如美國於《探究與國家科學教育標

準》（Inquiry and the National Science Education Standards)一書中明確指出探究於

科學教育的重要性(National Research Council；NRC, 2000)。劉湘瑤（2016）指出

從 1990 年代開始，科學探究的形式早已納入我們的自然科學課程中。中華民國

科學教育學會（2014）則認為探究教學研究議題在過去二十多年來影響國際的科

學課程以及科學教育研究，此議題也將繼續影響未來的科學教學與學習之研究方

向。

由此可知探究是科學活動的核心，也是課程設計必須重視的要素之一。例如

教育部（2003）於《九年一貫自然與生活科技學習領域課程綱要》中明示，自然

2

與生活科技之學習應以探究和實作的方式來進行；其中「課程目標」的前兩項分

別為：一、培養探索科學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣。二、學習科學

與技術的探究方法和基本知能，並能應用所學於當前和未來的生活；而在「分段

能力指標」中所育培育的能力中，第一項「過程技能」：增進科學探究過程之心

智運作能力、第五項「科學態度」：處事求真求實、喜愛探究之科學精神與態度、

感受科學之美與影響力、第七項「科學應用」：應用科學知識以及探究方法以處

理問題的能力。又如於《十二年國民基本教育課程綱要─自然科學領域》（教育

部，2018）中明示，自然科學之核心素養「規劃執行與創新應變」的具體內涵為：

具備透過實地操作探究活動探索科學問題的能力。

由前述可知，培養「科學探究能力」在我國中小學階段是十分重要的一環。

但明訂於課程目標、分段能力指標與課綱中所欲得的成果，與實際執行後的結果

是否相符？由台灣教育研究學會（2017）所整理的 PISA 2015 評量之結果顯示，

我國學生在科學表現上有不錯的成績（於 72 個國家中排名第 4 名），但是在學

生對科學的興趣卻是排名於中後段（於 72 個國家中排名第 41 名）。而陳雅君、

洪瑞兒、佘曉清、林煥祥（2016）指出學生對科學的興趣、喜愛與其學習成效、

科學能力等都具有顯著相關性；台灣教育研究學會（2017）則指出國家未來競爭

力的指標與學生對科學的興趣、學習動機、正向的科學態度及落實科學探究教學

息息相關。

這些文獻顯示出我國學生對科學的學習興趣並不高，以及學習興趣對科學能

力與學習成效具有重要性。而綜合學者們的研究結果可知在課程中實施探究教學

能夠有效激發學生學習科學的興趣、增進科學能力，如陳育霖（2016）發現在課

程中執行探究，可以激發學習熱情，幫助學生形成建構知識的方法、態度；白佩

宜、許瑛玿（2011）指出實際進行探究教學能增進學生的探究能力，且除了能夠

幫助各探究分項能力的提升外，更對於原先低探究能力的同學有明顯的助益。

由前述文獻可知探究教學是我們在科學教育上應當重視並使用的，然在台灣

教育研究學會（2017）整理的 PISA 2015 評量之結果顯示我國在探究教學的實

3

施上排名為倒數第三（於 72 個國家中排名第 70 名）；陳均伊、張惠博（2008）

指出探究教學在中小學的科學課室中並不多見。探究教學為何在實際教學現場如

此少見，綜合學者陳均伊（2010）及白佩宜、許瑛玿（2011）所言，將探究教學

融入正式課程的過程中，經常會面臨教學時間不足、學生概念學習難以應付考試

等問題，並受到課程進度、課堂時間、上課地點、實驗器材的等因素限制。

由上述可知探究的重要性與推行的困境，而在實施探究教學中，「玩具」是

值得我們重視的資源之一。Froebel 將玩具視為上蒼的恩賜，而在 Piaget 的認知

發展理論中，於國小的兒童屬於需要具體事物來引導思考的階段，在教授科學知

識的過程中，科學玩具能讓孩童便於觀察，並幫助孩童理解較為抽象的科學概念

（陳芳慶，2009；Glazer, 1998）。許良榮、周偉苓、彭婷莉（2013）也指出，任

何物件只要能設計為達成科學教學之目標的玩具，就可稱之為「科學玩具」。現

今更有許多形形色色的科學活動都是期望孩子在接觸科學玩具的過程中，引發孩

子學習的動機、興趣和幫助習得科學的概念，如盧秀琴、施慧淳（2016）發現在

課堂中透過科學玩具的運用，能讓學童的科學過程技能與概念認知，有更好的學

習效果。

教師在學生的學習中擔當十分重要的一環，故其所應當具備的專業能力更是

令人重視，如 Bartos 與 Lederman (2014)和陳竹亭（2016）指出在實施探究課程

中，教師主導了課程內容的知識、引導、發展與設計；而舉凡對課程與教學的改

善及提升，學生創意與學習的開發潛能，亦皆屬於教師的專業能力（教育部，

2016）。此外，Shymansky, Yore 及 Anderson (2004)認為教師在提升學生科學學習

興趣上扮演著積極且重要的推動者之角色，然而大部分的中小學教師卻缺乏這方

面的專業能力。而根據靳知勤（2007）與 Blanchard、Southerland 及 Granger (2009)

的研究指出，探究教學的內涵可以幫助教師的專業發展。有鑑於此，教師對於自

身專業能力的精進，除了可以透過課程發展與設計、提升學生學習興趣、改善課

程與教學等來著手外，更可以以實施探究教學為方向發展。

4

關於課程設計，「力與運動」為國民中小學九年一貫課程綱要自然與生活科

技學習領域的主題之一（教育部，2003），其概念的學習也多被關注（郭奇政、

林哲彥，2009）。陳均伊、王懋勳、施昆易（2013）認為「力」是國小自然與生

活科技領域課程中的重要概念，在日常生活中有廣泛的應用，在國小階段的學生

須瞭解力可以造成物體形狀與運動狀態的改變。因此研究者由許良榮（2016）所

出版的「玩出創意 4：55 個玩悅科學實驗」及其科學遊戲實驗室網站中，選取與

「力」相關的「下坡玩偶」與「空中灌籃」進行探究教學之教案設計。

綜合上述，本研究希望藉由科學玩具好玩、有趣的特質，以「下坡玩偶」與

「空中灌籃」兩種科學玩具為素材，設計探究教學活動來提升學生的學習興趣、

協助學生發展科學探究能力，並藉此提升教師本身之專業能力。

第二節 研究目的與問題

以科學玩具設計探究教學的課程是值得努力的方向，是故本研究之目的為設

計與發展適用於國小六年級階段之課程，並以科學探究能力之培養為目標的科學

玩具探究教學教案，在教學現場以行動研究的方式進行檢驗與修正，作為提供國

小教師教學發展的參考。

基於上述研究目的，本研究探討的問題如下：

一、對於以科學玩具設計的探究教學，國小六年級學童的學習興趣為何？

二、經過科學玩具設計探究教學，國小六年級學童之探究能力的學習為何？

三、利用科學玩具設計探究教學，教師所遭遇到的困難與解決方法為何？

四、研究者在利用科學玩具設計探究教學的歷程中，教師的專業成長為何？

第三節 名詞解釋

一、探究教學

歐用生（1989）認為在探究教學的過程中沒有絕對固定的方式，應隨著各科

教材結構的不同，而各有其不同的思考、探究方法。是以科學探究並沒有一定的

步驟與標準的方法，本研究彙整了 NRC(1996)、 Zimmerman(2000)、Chinn &

5

Malhotra(2002)、Martin-Hansen(2002)、洪振方（2003）、高慧蓮（2005）、鄭湧

涇（2008）、白佩宜、許瑛玿（2011）與 Harlen(2014)等學者對探究教學之內涵

界定為：（一）察覺與界定問題、（二）形成假說、（三）設計或規劃實驗、（四）

蒐集與分析資料、（五）解釋資料、（六）下結論與溝通。本研究設計的「科學

玩具設計探究教學教案」將以這六面向為綱要進行設計。

二、科學玩具

參考許良榮等人（2013）的文獻，本研究之「科學玩具」的界定如下：

（一）「玩具」為一個可供把玩(play)的物件(object)。

（二）讓學生有主動操弄該物件的興趣，願意把玩。

（三）操弄該物件的現象或變化，能以科學原理或概念解釋。

本研究中的科學玩具為以上述條件篩選之「下坡玩偶」及「空中灌籃」兩項

玩具，並分別以此兩者做教學教案單元的課程規劃。

三、學習興趣

本研究之學習興趣修改自鄭嘉裕（2005）所發展的「學生科學學習興趣問卷」

（國小學生版），原問卷給予學生作答的選項僅有「是」與「否」，然而本研究欲

瞭解學生的學習興趣於程度上的差異，因此修訂為 Likert 五點量表之形式。除此

之外，把原問卷中內容重複者（例如第 4、19 題與第 10、23 題）刪除，並將題

目文字敘述過長者（例如第 3、13、14、16 題），精簡其之敘述。

四、探究能力評量

本研究之探究能力評量修訂自高慧蓮（2005）為國小學童所設計之開放性評

量。以此評量工具的得分為學生探究能力指標，本工具的探究能力共有六大面

向，包括：「提出探究問題」、「形成假說」、「新舊經驗連結」、「實驗設計」、

「實驗設計中的三大變因」與「解釋資料」。

6

第四節 研究範圍與限制

一、研究範圍

本研究只探討以自然與生活科技為主之科學活動，採用以「下坡玩偶」與「空

中灌籃」之科學玩具為主進行兩單元的教學。

在教學活動設計之部分，考量教學時間與場地安排，本研究設計一單元以三

節課課程進行。

二、研究限制

本研究只探討以自然與生活科技為主之科學活動，採用以科學玩具為主進行

教學，研究同時是為於研究情境中促進研究者本身的專業成長，因此不宜做過多

的推論。此外，本研究設計以適合六年級使用之科學活動，而本研究兩階段教學

分別在臺中市不同區域的學校進行，前後階段的協同教師亦非同一位，故研究結

果不宜推論至其他年級與不宜做過多的推論。

7

第二章 文獻探討

本章共分為四節，分別為：第一節、科學玩具的意涵與設計；第二節、科學

探究之意涵與重要性；第三節、科學探究之教學相關研究；第四節、科學探究教

學之問題與設計，分述如下：

第一節 科學玩具的意涵與設計

一、科學玩具的意涵

玩具對成長扮演著重要的角色，例如從幼兒階段開始玩具便能幫助幼兒身體

律動、語言能力、認知能力、創造能力、感覺、知覺等的發展（郭春在，2006）。

學者陳芳慶（2009）以福祿貝爾(F. Froebel)之論點為基礎，指出玩具的製作、把

玩等活動之刺激，可以引導人類潛能的進一步發展，使外在環境的經驗得以內

化，並豐富心靈之內涵。維基百科(Wikipedia, 2016)提到玩具和玩耍本身一樣，

對人和動物都有諸多用處，它們在教育的同時也提供了樂趣……，玩具能提高認

知能力和行為能力，它們也能幫助孩子逐步在身心發育上掌握之後生活中所需的

技能。

依前所述，玩具能幫助幼兒各項能力的發展，為輔助學習的一環，但除此之

外，玩具亦能提升學生學習科學的原理與技能，學者 O'Brien(1993)及

Almqvist(1994)表示任何玩具都可以具有教育功能。例如，在國小階段於科學學

習上的運用，能有效提升學習成就及科學過程技能的表現（盧秀琴、施慧淳，2016

；賴慶三、王錦銘，2010），而玩具在國、高中和社會階段的科學學習上，亦扮

演重要的角色（王裕宏，2009）。然而玩具是否能與教具完全畫上等號，依吳映

辰（2017）所整理的表2-1-1可知玩具與教具之間的異同，兩者雖在使用目的與

來源等方面略有不同，但皆具有教育的價值。

8

表2-1-1 教具與玩具之異同

項目 教具 玩具

定義 教師為教學目的之需要，

設計或應用實體物件來協

助其所欲傳達的理念或概

念。

學生們在生活環境中發現可與

之互動，自行操作把玩的玩具

或玩物。

使用目的 教學為主 娛樂為主，「玩」本身即目的

來源 購買或自製 多為購買

結構性的形式類型 有 不一定

使用者（主導者） 教師和幼兒 以幼兒為主

使用場地 學校居多 家庭居多

引起動機 玩具較能引起學生興趣及動機

學習成效 規劃預期中的封閉性成果 隨機性、開放性學習，成效收

獲不可預期

學習類型 言教--座中學

學生被教而學習

境教--錯中學

學生自我探索、自我發現學習

相同點 1. 皆以幼兒為主

2. 皆具成長功能

（引自吳映辰，2017）

玩具應用於科學課程或學習上，稱之為科學玩具（柯虹如，2006）；楊忠樵

（2001）將科學玩具視為兒童身邊容易取得的素材，以科學原理製作而成的玩

具，並利用其進行學習或遊戲活動的器具；王錦銘（2005）則認為利用科學原理

製成，讓兒童透過觀察現象及操作，可以啟發其推理、思考等能力的器具為科學

玩具。經許良榮等人（2013）指出，只要能夠培養學生科學概念、養成科學方法、

正向科學態度，以至解決問題能力、科學創造力等，都屬於「科學玩具」的一環。

綜合上述，本研究將「科學玩具」定義為能達成所設計之科學教學之教學目標的

器具。

二、科學玩具在教學上的重要性

已知玩具對於幼兒在發展上的重要角色與各階段學習的幫助，O’Brien(1993)

指出 Deway 認為當人想要學習時，教授的知識才得以被接受。意同激發學習者

9

的學習興趣就是學習的關鍵，學者 O’Brien(1993)認為對所有年齡層來說，玩具

都是迷人的存在，使用玩具能激發與影響學習的興趣。科學玩具能讓孩童便於觀

察，並幫助孩童理解較為抽象的科學概念（Glazer, 1998；陳芳慶，2009）。而

其在科學學習上的運用，更能引起學生的興趣增進學習的成效，像是謝依珊與張

世彗（2016）認為學生樂於動手製作與操作科學玩具，且帶動了其自主學習的興

趣。白榮銓（2014）指出玩具的科學原理，讓玩具不但具有趣味性與挑戰性，更

可以提昇學生的科學學習成就，且能增進國中小學生的課外經驗。綜合前述，將

科學玩具應用在教學上，對提升學習者的學習興趣有所助益。

而科學玩具除了能引起學習的興趣外，對於教師教學與學生學習皆有益處，

例如方金祥和劉奕萱（2007）研究發現，教師利用科學玩具來進行教學，能使教

學更生動、活潑且有趣，學生自己親手製作玩具，對於學生探究科學的耐心、毅

力與專注力之培養、操作及創造思考能力之訓練都有很大的幫助，同時也會得到

很大的成就感；O’Brien(1993)指出，使用科學玩具進行教學活動，可以使學生在

教師的教學活動中，於解決問題時能更積極且深入，並投入更多注意力，且能使

深奧抽象的科學概念能更具體；黃嬿樺、賴慶三（2009）發現科學玩具遊戲教學

能吸引孩子的專注力，從做科學玩具、進行科學遊戲中讓學童獲得學習上的成就

感與滿足，更幫助他們建構科學概念，因此學童在學習自然科學上，更願意表現

自我。綜合上述可知，科學玩具除了能引起學生興趣增進學習成效外，對於教師

的教學也有所助益。

三、科學玩具的設計原則

取得科學玩具的途徑眾多，類型與設計也十分多元，國內外的學者皆有類似

看法，好比O’Brien(1993)指出像是氣球、泡泡、紙製模型都屬不同類型的玩具，

可運用於教學上發展不同的變化，取得的途徑也很廣泛；李小鈴、陳娟娟（1990）

則認為除了自然素材之外，市面上較常見或較易自製的科學玩具可分成六大種

類：（一）觀察玩具、（二）平衡重心玩具、（三）繩軸玩具、（四）風動玩具、

（五）齒輪玩具、（六）其他（生活中平凡的用具，但蘊含著有趣的科學原理）。

10

除了上述所提到的自製科學玩具的種類外，有學者則是依特性作為區分的準

則，例如方金祥（2009）指出，自製科學玩具在設計上應具備簡易性、安全性、

趣味性及啟發性等特性；使用材料亦需具備器材簡易、取得容易以及操作簡便等

原則。由上述文獻可知，取得科學玩具的途徑多元，因此只要能達成科學教學之

教學目標所運用的玩具，即屬「科學玩具」。然而如何將其引導與應用才能發揮

最大的效益，更是在設計科學玩具時需要多加琢磨的地方（許良榮等人，2013）。

本研究所採取的科學玩具設計原則乃參考許良榮等人（2013）所提出的設

計，其原則如下：

（一）趣味性：現象或結果能引起學生的興趣？所謂「興趣」是指玩具的操弄

現象或結果能引起學生驚奇，會有主動把玩的傾向。

（二）器材的取得是否方便、經濟：避免需要經過訂製或是過於昂貴，亦即科

學玩具所需的材料儘量以家庭常備物品，或是在五金行、文具店能購買

得到為原則。

（三）為提升「科學教育」的價值性，設計的玩具必須蘊含科學原理或概念，

避免單純的「角色扮演」、「虛擬」、「知覺反應」或「形狀辨認」等

玩具。

（四）應避免在現行的課程中出現過的項目，因為如果該玩具已經在教科書中

介紹，則沒有必要重複發展，以避免資源浪費。

（五）刪除具潛在危險性之科學玩具：例如可能具有爆炸、劇烈燃燒、酸鹼侵

蝕、觸電可能、毒性物品等危險性的操作。

（六）應明確建議每項科學玩具的科學概念的難易程度、操作的困難度，提出

適合的年齡學習階段。

第二節 科學探究之意涵與重要性

根據美國《國家科學教育標準, National Science Education Standards》中對於

1996年前後於科學課程提升探究所強調的改變（取自NRC, 1996, p.113），其內容

11

整理如下表2-2-1所示。

表2-2-1 美國《國家科學教育標準》對於科學課程提升探究所強調的改變

分項 1996年之前 1996年之後

1 教學活動重視演示與驗證科學的內容。 教學活動重視問題的探究與分析。

2 探索在一節課完成。 探索進行較長的一段時間。

3 過程技能的學習脫離真實情境。 過程技能的學習與真實情境相關。

4 強調個別的過程技能（例如：觀察或推

論）。

同時運用多種過程技能 （例如：操作、

認知、程序性的）。

5 重視得出答案。 重視以證據和策略來發展或修改解釋。

6 科學為探索與實驗。 科學為論證與解釋。

7 對科學內容的問題提供答案。 科學的解釋來自大家的溝通。

8 個人或小組在缺乏辯論的情況下進行

數據的分析與歸納。

個人或小組在辯論之後進行數據的分

析與歸納。

9 為了學習大量的學科內容，只進行少量

的探究。

為了發展學生的理解、能力、探究和

學科知識，進行更多的探究。

10 以實驗結果下結論。 運用實驗結果進行科學的論證與解釋。

11 重視教材與設備的管理。 重視概念與資訊的管理。

12 學生將個人的想法和結論傳達給老師。 學生將想法公開並傳達給同學。

而我國《十二年國民基本教育課程綱要─自然科學領域》（教育部，2018）

之內容，多能符應前述美國《國家科學教育標準》（NRC, 1996）1996 年之後為

提升探究之改變。如美國於 1996 年之後所列之第一項改變：「教學活動皆重視問

題的探究與分析」，可對應到我國十二年國教中的自然領域學習重點之一：「提供

學生探究學習、問題解決的機會，並養成相關知能的科學探究力」，以及在國小

學習階段的學習表現中所列之「po-Ⅲ-2：能初步辨別適合科學探究的問題，並

能依據觀察、蒐集資料、閱讀思考、討論等，提出適宜探究之問題」；又如美國

在 1996 年後的第三項改變為「過程技能的學習與真實情境相關」，可對應到我國

十二年國教自然領域學習表現中所列：「ah-Ⅲ-1：利用科學知識理解日常生活觀

察到的現象」、「ah -Ⅲ-2：透過科學探究活動解決一部分生活週遭的問題」之內

容。

前述顯示我國之十二年國教之「探究」內涵，與美國《國家科學教育標準》

之 1996 年後於科學課程提升探究的改變關係密切。而美國科教中心於國家科學

12

標準中，對探究的定義是：「探究是多方面的活動，包括觀察、提出問題，經由

瀏覽書籍和其他資訊找出已知的結論，規劃調查研究計畫，根據實驗證據對已有

的結論作出評價；能利用科技蒐集、分析、解釋資料，提出假設答案、解釋、預

測與討論可能結果；探究要求確定假設，進行批判和邏輯思考，並兼及其他可以

替代的解釋」(CSMEE, Center for Science Mathematics and Engineering Education,

2000)。

於國內，教育部（2003）於《九年一貫自然與生活科技學習領域課程綱要》

中明示，自然與生活科技之學習應以探究和實作的方式來進行；亦在《十二年國

民基本教育課程綱要─總綱》（教育部，2014）中強調探究型課程的實施。十二

年國民教育自然科學領域（教育部，2018）指出科學的態度和本質則包括培養科

學探究的興趣、養成應用科學思考與探究的習慣和認識科學本質。綜合上述，如

美國《國家科學教育標準》所言，探究(inquiry)是學生發展科學知識、理解科學

知識、及瞭解科學家如何研究自然界所進行的活動(NRC, 1996)，並能根據資料

與數據，提出結論與表達溝通（邱美虹，2016）。

此外我國國科會於「促進學生 3C 素養 -Competency， Cooperation &

Confidence-科學課程發展與實施」之計畫成果中已經建立「3C素養能力指標」（鄭

湧涇，2008），表2-2-2所列之「科學探究」能力包含的要素相當多面性，包括了

科學家進行科學探究所應具備的基本知能。

表2-2-2 國科會計畫成果─「促進學生3C素養」之「科學探究」之面向 定義 面向

科學探究是獲取科

學知識的過程，透過

證據之建立與邏輯

分析來進行問題解

決的活動。科學探究

包含提問與假說、研

究、實驗與資料蒐集

分析，詮釋與結論等

四個面向。

1.提出問題與假說

(Posting Questions and Hypothesis)：

（1）能經由觀察的資料，提出問題。(Observing)

（2）能提出可以探究的問題。

（3）能使用操作型定義描述概念。

(Defining Operationally)

（4）能根據資料形成可以驗證的假設。(Hypothesizing)

13

2.計畫(Planning)：

（1）能根據問題提出可以執行的探究研究。

(Experimenting)

（2）能操弄與研究相關的控制變項。

(Identifying and Control Variables)

（3）能控制影響研究結果的干擾變項。

(Identifying and Control Variables)

3.實驗與資料蒐集分析(Experimenting, Data Gathering

and Analyzing)：

（1）能依據研究內容進行實驗。(Experimenting)

（2）能應用不同的方式蒐集資料。(Collecting data)

（3）能運用不同的工具紀錄資料。(Measuring)

（4）能對蒐集到的資料，進行比較分類。(Classifying)

4.詮釋與結論(Interpreting and Concluding)：

（1）能使用科學術語描述與解釋資料。

(Interpreting data)

（2）能根據資料形成結論。

（3）能根據資料進行推論。(Inferring)

（4）能根據資料進行預測。(predicting)

（引自鄭湧涇，2008）

有許多學者將「探究」視為科學家進行研究的方法與過程（例如 Hofstein &

Lunetta, 2004；Park, Jang & Kim, 2009），包含的面向頗具多樣性。如學者

Zimmerman(2000)認為學生在學習科學時應能：形成假說、實驗設計、觀察測量、

進行推理和形成理論；Martin-Hansen(2002)則將探究在課室中的變化分成確立問

題、設計實驗、分析結果、解釋證據、溝通與說明的架構。而 Chinn 和

Malhotra(2002)則以認知的過程來說明科學探究，認為其中的成分包含了形成研

究問題、設計、預測、解釋結果、發展理論，以及閱讀研究報告等，高慧蓮（2005）

則認為探究歷程應包含界定問題、設計規劃、實作驗證、解釋分析與溝通辯證五

個階段，洪振方（2010）認為科學探究的內涵包括發現問題、形成另有假說、評

價及選擇假說、設計實驗、預測實驗結果及解釋等。白佩宜、許瑛玿（2011）則

表2-2-2 國科會計畫成果─「促進學生3C素養」之「科學探究」之面向（續）

14

主張科學探究是獲取科學知識的一個過程，透過證據的建立與邏輯的分析來進行

問題的解決，包含了提出問題、計畫、資料蒐集和解釋等。Harlen(2014)認為雖

然探究存在許多不同的形式，但都應該包含以下四類技能：（一）提問、預測及

計畫探究；（二）通過觀察和使用訊息源蒐集數據；（三）分析、詮釋及解釋；（四）

溝通、論辯、反思及評估。雖然文獻資料中顯示出不同學者對於科學探究所提出

的包含面向會有所不同，但是其差異性並不會太大。

本研究歸納文獻之資料，整理出在國小學習階段應該具備的科學探究能力，

如表 2-2-3 所列，包括了：（一）提出探究問題；（二）形成假說；（三）實驗設

計；（四）蒐集與分析資料；（五）解釋資料；（六）下結論與溝通。

表 2-2-3 科學探究能力面向之相關文獻

面向出處 1 2 3 4 5 6 7 8 9

1.提出探究問題 v v v v v v v v

2.形成假說 v v v v v v v v

3.實驗設計 v v v v v v v v v

4.蒐集與分析資料 v v v v v v v v v

5.解釋資料 v v v v v v v v

6.下結論與溝通 v v v v v v v v v

註：出處代號：1.NRC(1996)；2.Zimmerman(2000)；3.Chinn & Malhotra(2002)；4.Martin-Hansen(2002)；

5.洪振方（2003）；6.高慧蓮（2005）；7.鄭湧涇（2008）；8.白佩宜、許瑛玿（2011）；9.Harlen(2014)

第三節 科學探究之教學相關研究

在《探究與全美科學探究標準》(NRC, 2000)中描述的探究教學意涵，主張

教師介入在探究教學中具有不同的程度，學生在主動參與學習的過程中，亦須教

師的協助與引導。而探究導向教學並沒有一個固定的形式，Keys 和 Bryan(2001)

指出探究並非一種特定的教學方法或課程模式；有些學者認為教師的教學介入應

愈少愈好，強調啟發式(heuristic device)設計，用以協助學生技能的學習；有些學

者則強調結構化（具有一定程序）的教學活動(Martin, Kass & Brouwen, 1990;

Shepardson, 1997; Sutman, 1996)。

15

探究學習是透過發現問題與解決問題的一種學習方式，以此方式習得的將不

只是學科內容知識，而是學科的概念 （陳慧蓉，2015）。在探究中教師除提供合

適的素材，亦須引導學生發現問題、蒐集資料與形成解釋等，透過探索自然與問

題解決的過程，獲得科學探究的知能及瞭解科學知識的本質與發展歷程（陳均

伊，2010）。因此，包括學習環、Vee 圖教學、專題導向(Project based)探究教學、

結構式探究等教學法，在教學現場皆可用不同的方式，具體落實探究教學。陳敬

岦（2015）認為雖然教學的策略有不同的形式，但是基本上皆重視：一、學習者

為學習歷程的中心；二、由生活世界的現象或議題來形成問題；三、增強學生

表達的機會；四、增加師生之間與學生之間的意見溝通；五、重視小組的學習。

但是在進行探究教學時，必須注意釐清此次教學是以透過探究進行「概念或

其他教學目標的學習」為教學目標，還是藉由實際探究「學習探究能力」。

Bybee(2000)以及 Lunetta(1998)指出 NRC(1996)的「探究」有兩種意涵：其一是

將「探究」視為一種內容的理解(content understanding)，讓學生以其建構概念、

創造意義以解釋他們的經驗；其二則是將「探究」視為一種能力和技能，學習觀

察並提出問題、形成假說、設計、執行實驗、修訂解釋、進行科學論證的溝通與

辯護等。就好比 Abd-El-Khalick et al.(2004)將「探究教學」區分為「方法與目的」

(means and ends)一般，若將其視為「方法」，則是將探究作為一種教學的方法，

其目標是為了讓學生理解科學的內容；若將其視為「目的」，則是將探究當作教

學的目標或成果，讓學生學習如何進行探究(to do inquiry)，以發展對科學本質以

及科學知識的認識論理解。類似的區分如 Anderson(2007)將「探究」的概念區分

為「探究教學」(inquiry teaching)與「探究學習」(inquiry learning)，前者屬於教

學實施的範疇，有多元教學方法及目標；而後者屬於將探究歸於學習的成果，因

此包含了技能的獲得，以及對探究的理解。國外、國內關於探究教學的研究資料

皆相當豐富且多元，研究者將其中與中小學師生學習相關的研究主題以及研究結

果與發現，整理列表 2-3-1 如下。

16

表 2-3-1 科學探究教學相關研究整理

研究者（年代） 研究主題 研究結果與發現

Dunkhase

(2003)

探討雙探究循環

教學策略作為學

生有效學習因素

建立以學生為中心之雙探究的學習環境，以

辯論的方式參與探究的議題，讓學生自行進

行探究的歷程，最後再由師生共同分享結

果，於歷程中教師能看到學生對於學習的熱

忱。

Sandoval &

Millwood

(2003)

實施生物探究單

元後，中學生科

學看法與論點改

變情形

科學探究教學能啟發學生對科學本質的理

解，提升學生的科學過程技能與科學學習成

就，並改善學生的知識建構以及學生溝通對

話的能力。

Lee, Hart,

Cuevas &

Enders

(2004)

國小教師在不同

學生群體下於探

究式教學的專業

發展

探討六所國小，三至四年級學生在探究式教

學的探究能力表現，該個案的研究結果支持

探究式教學能有效提升學生的探究能力。

Songer & Ho

(2005)

科學探究學習循

環對學生科學解

釋能力與概念學

習的影響

生物概念測驗的前測與後測達顯著差異，科

學解釋能力在前測與後測之中也達到顯著差

異，學習者在探索過程中，能整合自己對生

物的瞭解和其他同儕的發現，並反映在其他

推論結果上。

Minner, Levy

& Century

(2010)

探究式教學─是

什麼和重要嗎？

綜合 1984 至

2002 之研究結果

分析

從138個研究資料進行分析，發現探究式教學

對學生學習的主動性、思考與歸納結論皆有

正向的影響。

Furtak et

al.(2012)

蒐集 37 個探究

式教學之研究的

後設分析

研究結果顯示探究本位的教學方法能夠更有

效地幫助學生在概念上的理解，對學生學習

具有顯著的正向效果，並使學生投入於教師

引導的活動中有更好的影響效果。

Desouza (2017) 以 5E 教學模式

進行概念遊戲與

科學探索

在學齡前兒童進行概念遊戲與科學探索時，

透過教師以5E教學模式引領，讓兒童進行生

物「棲息地」的觀察與搭蓋，分析該活動結

果後可發現兒童在過程中能藉此方式學習到

簡單的科學概念，並與實際生活做連結。

17

研究者（年代） 研究主題 研究結果與發現

韓順興（2005） 創造性探究教學

對國中生理化科

學習動機、創造

力與學習成就之

影響

實施創造性探究教學後，實驗組學生的學習

動機於前測與後測有顯著差異，在學科概念

的測驗前測與後測達顯著差異，而對學生的

創造力也有明顯幫助。

陳均伊（2006） 以合作專業成長

模式協助二位科

學教師實施探究

教學之個案研究

個案教師對於探究教學的意涵之理解皆有明

顯進步，而在教學實務方面亦能考慮教學時

間與進度、學生特質、概念內容等因素，展

現出有別於傳統講述教學，且以學生為主體

並重視科學探究精神的教學實務。

張淑惠（2007） 以探究式教學活

動提升國小五年

級學生科學探究

能力之行動研究

探究式教學能顯著提昇學生設計規劃、實作

驗證、解釋分享、溝通辯證的能力。教師採

用探究式教學進行活動，可以提昇學生的探

究能力。

楊秀停、

王國華（2007）

實施引導式探究

教學對於國小學

童學習成效之影

響

學生透過實施引導式探究教學後，在知識的

學習、能力的表現及態度的培養等方面的成

效上皆有所提昇，也發現學生自行設計實驗

的能力，需要教師適度的引導才得以展現。

蔡執仲、段曉

林、靳知勤

（2007）

巢狀探究教學模

式對國二學生理

化學習動機影響

之探討

經歷一學期的探究教學，學生的科學學習動

機顯著優於傳統的教學，在主動建構知識的

後設認知策略上更為明顯。

盧秀琴、洪榮

昭、蔡春微

（2008）

5 Why 鷹架式提

問提升國小學生

學習成就與科學

探究學習能力之

研究

實驗組的學童經由“5 Why”鷹架式提問之探

究學習後，能擴散思考各個層面的問題，並

能以畫出的魚骨圖幫助聚合於核心問題，且

提出解決策略。實驗組學童的科學概念、科

學技巧和科學探究學習能力，均顯著優於對

照組學童。

李松濤、林煥

祥、洪振方

（2010）

探究式教學對學

童科學論證能力

影響之探究

探究式的教學效果對於學生科學論證之能力

表現的影響是緩慢而且漸進的，在一學年期

間，實驗組在科學論證能力的成長幅度大於

控制組，表示除了生理發展因素之外，探究

式教學可以有效地影響學生在科學論證能力

上的表現。

javascript:document.frmSimpleSearch.query.value='title:%22%E4%BB%A5%E5%90%88%E4%BD%9C%E5%B0%88%E6%A5%AD%E6%88%90%E9%95%B7%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E5%8D%94%E5%8A%A9%E4%BA%8C%E4%BD%8D%E7%A7%91%E5%AD%B8%E6%95%99%E5%B8%AB%E5%AF%A6%E6%96%BD%E6%8E%A2%E7%A9%B6%E6%95%99%E5%AD%B8%E4%B9%8B%E5%80%8B%E6%A1%88%E7%A0%94%E7%A9%B6%22';document.frmSimpleSearch.submit()javascript:document.frmSimpleSearch.query.value='title:%22%E4%BB%A5%E5%90%88%E4%BD%9C%E5%B0%88%E6%A5%AD%E6%88%90%E9%95%B7%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E5%8D%94%E5%8A%A9%E4%BA%8C%E4%BD%8D%E7%A7%91%E5%AD%B8%E6%95%99%E5%B8%AB%E5%AF%A6%E6%96%BD%E6%8E%A2%E7%A9%B6%E6%95%99%E5%AD%B8%E4%B9%8B%E5%80%8B%E6%A1%88%E7%A0%94%E7%A9%B6%22';document.frmSimpleSearch.submit()javascript:document.frmSimpleSearch.query.value='title:%22%E4%BB%A5%E5%90%88%E4%BD%9C%E5%B0%88%E6%A5%AD%E6%88%90%E9%95%B7%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E5%8D%94%E5%8A%A9%E4%BA%8C%E4%BD%8D%E7%A7%91%E5%AD%B8%E6%95%99%E5%B8%AB%E5%AF%A6%E6%96%BD%E6%8E%A2%E7%A9%B6%E6%95%99%E5%AD%B8%E4%B9%8B%E5%80%8B%E6%A1%88%E7%A0%94%E7%A9%B6%22';document.frmSimpleSearch.submit()javascript:document.frmSimpleSearch.query.value='title:%22%E4%BB%A5%E5%90%88%E4%BD%9C%E5%B0%88%E6%A5%AD%E6%88%90%E9%95%B7%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E5%8D%94%E5%8A%A9%E4%BA%8C%E4%BD%8D%E7%A7%91%E5%AD%B8%E6%95%99%E5%B8%AB%E5%AF%A6%E6%96%BD%E6%8E%A2%E7%A9%B6%E6%95%99%E5%AD%B8%E4%B9%8B%E5%80%8B%E6%A1%88%E7%A0%94%E7%A9%B6%22';document.frmSimpleSearch.submit()

18

研究者（年代） 研究主題 研究結果與發現

白佩宜、許瑛玿

（2011）

探討不同探究式

教學法對於高一

生科學探究能力

與學習環境觀感

之影響

探究課程的實施使學生在提出問題與形成假

說上有明顯的進步，並且對於低探究能力者

有更明顯的幫助。結構式探究能提升「提出

探究問題與假說」與「實驗與資料蒐集分析」

的能力，引導式探究對「提出問題與假說」

有助益，開放式探究能增進學生的「計畫」

能力。

林美馨、楊芳瑩

（2011）

由認識觀發展的

角度探討國小學

童對科學探究過

程之看法

研究工具為科學探究問卷，其內容包含科學

活動、科學方法與科學證據等三個面向。研

究結果顯示三、六年級學童在科學活動、科

學證據的看法上有顯著不同，但在科學方法

方面則沒有顯著差異。

黃湃翔、高慧蓮

、陳淑敏、黃楸

萍（2012）

教師實務社群專

業成長研究─以

小學科學探究教

學為例

團隊教師認為社群教師對教學者的回饋意

見，可以增進教學科學探究教學專業成長，

在專業成長省思上亦有相當的收穫。

凌蘋（2013） 科學遊戲融入引

導式探究教學對

國中低成就學生

自然科學習成效

影響之研究

科學遊戲融入引導式探究教學確實能提升低

成就學生之科學學習動機與參與度，有助於

低成就學生的科學學習。

陳敬岦（2015） 以科學玩具設計

科學探究之行動

研究 -以懸崖勒

馬及石在神器為

例

運用科學玩具設計引導式探究教學，能克服

教師在探究教學上常遭遇的困難，且於此種

的教學活動中學童有相當大的學習興趣。實

驗組學童經過教師明示的引導探究式教學

後，探究能力高於參照組。

楊桂瓊、陳雅

君、洪瑞兒、

林煥祥（2015）

新興科技融入探

究式教學的成效

探討

參與高瞻計畫之學生在PISA 2015預試所評

量的「解釋科學現象」、「評估與設計科學

探究」、「詮釋科學數據及證據」以及上述

三項科學能力的總分整體表現，均顯著地優

於未參與高瞻計畫之學生。

林惠瑄（2016） 以科學玩具設計

科學探究之行動

研究 -以波動現

形記及以小縛大

為例

透過科學玩具設計引導式探究教學，來改善

教師在探究式教學上常遭遇的困難，使學童

在教學活動中，具有學習興趣。此外，在教

師明示的引導探究式教學下，學童於教學活

動後的探究能力高於教學之前。

19

研究者（年代） 研究主題 研究結果與發現

周順德（2016） 以科學玩具設計

科學探究之行動

研究 -以一柱擎

天及聽話的螺旋

槳為例

以科學玩具設計引導式探究教學，改善了教

師在探究式教學上常遭遇的困難，且學童於

此教學活動中，具有學習興趣。在教師明示

的引導探究式教學下，實驗組學童的探究能

力高於對照組。

黃玉枝（2016） 實施引導式探究

教學發展國小聽

障學生的科學探

究技能

引導式探究教學有助於提升國小聽障學生的

科學探究技能，且在操作性的科學探究技能

上有較大的學習成效。

綜合以上國內外學者相關之研究，可知不論是以探究能力作為教學之目標，

或是以探究為教學之方法學習其他的目標，探究式教學的成效頗受學者們的肯

定。例如 Minner, Levy 和 Century(2010)蒐集並比較探究式教學與其他教學法之

差異，結果發現在 42 個研究之中，有 23 個（55%）研究中的實驗組（探究式教

學）其表現優於對照組。Furtak et al.(2012)指出有許多比較探究教學與其他教學

之差異的研究，而研究結果則顯示探究本位的教學，能更有效地幫助學生理解概

念。

本研究以「力」為主題設計「下坡玩偶」與「空中灌籃」之探究教學課程，

與此相關的研究，如韓順興（2005）使用力為主題進行探究教學的研究後指出，

經探究教學之學生的學習動機顯著優於傳統的教學。此外，本研究以「引導式探

究教學」進行活動，而相關研究指出使用探究式教學進行課程有其益處，如白佩

宜、許瑛玿（2011）發現引導式探究課程的實施使學生在提出問題與形成假說上

有明顯進步；楊秀停、王國華（2007）指出透過引導式探究教學，能讓國小學童

於知識、態度及技能三方面的學習成效皆有所提升。綜合前述文獻，顯示科學探

究之教學具有值得肯定之成效，是以為提升學生的科學學習，乃值得關注與持續

發展的方向之一。

20

第四節 科學探究教學之問題與設計

一、教師的問題

科學探究教學可以提升兒童科學學習成效，以及對於科學知識的理解；而教

師為教學與課程改革成功與否的關鍵，其專業能力會影響科學探究教學實踐的成

效（黃湃翔、高慧蓮、陳淑敏、黃楸萍，2012）。在美國國家科學研究委員會所

出版的《美國國家科學教育標準》一書中，強調教師應要能夠為學生設計探究導

向的課程、協助學生聚焦於探究學習、激發學生學習探究的技能，以及作為學生

學習探究技能的楷模等(NRC, 1996)。Trowbridge 和 Bybee(1990)指出，要有良

好的、理想的、有效的或成功的探究教學，「優秀的教師」絕對是重要的變因。

由前述可知，教師本身的能力與專業度，是影響探究教學是否成功的因素之

一，其在探究教學實施過程中的重要性與主導的角色，亦不可忽視。像是

Lawson(1995)強調在課程中實施探究教學時，必須考量以下三個決定性的要素：

（一）教師是否瞭解科學探究的本質；（二）教師對特定學科的結構是否瞭解；

（三）教師是否熟練探究式教學的策略。以及 Bartos, Lederman(2014)與陳竹亭

（2016）指出，在探究課程的實施中，教師對於課程內容的知識、引導、發展與

設計是首要配套措施，值得重視。

此外，探究教學除了可以增進學生的學習成效與科學能力外，在教師進行探

究教學的課程規畫與實施的過程中，亦對教師個人的專業能力與探究能力有所助

益。例如，近年來所強調的「教師是行動者也是探究者」的觀點，顯示在教師專

業成長的過程中，教師也會透過探究的過程提高教學成效，察覺何為影響教學的

因素，以建立自己的教學模式或理論 (Cox-Petersen, 2001；Crawford, 2000)。是

故探究教學除了可以提升國民與科學相關的知識與能力（靳知勤，2007），亦可

以幫助教師的專業發展(Blanchard et al., 2009)。而教師的教學專業能力是實施科

學探究成敗與否的關鍵，若專業能力有所成長則可使教師建立正向的教學態度

（黃湃翔等人，2012）。

21

國內外有關科學探究教學活動的相關研究越來越受到重視，尤其國小教育為

科學啟蒙的階段，培養兒童對科學的喜好並種下科學知識種子，以引導兒童邁入

科學殿堂之門，實極為重要（黃湃翔、高慧蓮、陳淑敏、黃楸萍，2014）。然而

關於探究式教學，有學者認為這是一個值得提倡但不易實施的教學方式（顏瓊

芬、黃世傑，1999），陳均伊、張惠博（2008）也指出探究教學在中小學的科學

課室中並不多見，可能原因在於科學教師對於探究教學的理解不足、不熟悉如何

實施探究教學，或者對於探究教學的成效抱持懷疑的態度。

洪振方（2003）引用 Lawson(1995)所分析，關於科學教師不使用探究式教學

法的十個最常見理由如表 2-4-1。

表 2-4-1 科學教師不使用探究式教學法的十個最常見理由

1.時間與精力 致力於發展良好的探究單元教材必須花費許多時間。

每天五節課要保持熱誠需要太多精力。

2.教學進度太慢 我們有學區規定的課程，並且必須涵蓋所有教材。

學生將無法涵蓋所有他們必須瞭解的。

3.閱讀困難 學生無法閱讀探究取向的書籍。

4.風險太高 行政單位不瞭解課室中發生了什麼事：他們會認為我沒有在

做教學的工作。

我不確定如何使用探究式教學使每一單元產生學習效能。

5.能力分班 沒有好的思考者留在普通生物班級。

6.學生的不成熟 學生太不成熟。

學生浪費太多時間而無法充分學習。

7.教學習慣 我這樣教學已經 15 年了，現在沒辦法改了。

8. 具順序性的教

科書

探究取向的教科書使我們陷於此書籍所編列的順序中。

我無法略過任一個實驗，因為太多的新教材呈現於其中。

9.師生的不舒適 當我無法掌控課室中正在進行什麼時，會覺得不舒適，學生

也覺得很不舒適。

10.價錢太高 我的實驗室設備不適合探究。

我的學區不會購買維持探究取向所需的材料。

（Lawson, 1995；引自洪振方，2003）

由上表顯示，如何提供教師一個合適的探究教學之設計，以及降低或克服教

師在時間與精力、教學進度、教學習慣、主觀感受等方面面臨的挑戰與困境，皆

是探究式教學需要留意與改善的問題之一。

22

二、完全結構式、引導式或開放式？明示或暗示？

顏弘志（2004）認為科學的探究、解決問題並無一定的流程，可能因教師與

學生特質、能力、題目的難易等而改變，所以不存在一個基本的「探究教學法」。

而 Key 和 Bryan(2001)進一步指出，應該因應教師教學、學生學習、教材難易、

教學資源等特質採取不同的教學策略，進行探究式教學的設計。關於探究本位的

教學可依照教師介入學生學習過程的程度做區分，分為開放式（發現式）、引導

式、結構式與印證式（食譜式）；或是分為開放式、引導式與講述式（顧炳宏、

陳瓊森、溫媺純，2011）。不論何種區分，基本上差別在於：（一）探究的問題與

假說是由教師選定或是讓學生自行決定；（二）實驗的設計與變因的操控，是由

教師設計或是學生自行決定；（三）解釋資料與下結論時，有特定的解答或非單

一種的解答。

分析文獻後可知，透過教師在教學過程中適當的進行引導，更可幫助達成探

究教學的成效。Sandoval 和 Reiser(2004)指出，探究學習是以解釋為導向的教學，

必須由教師以發問的方式來引導學生進行學習，將日常生活中的現象做為問題的

脈絡，才能連結學生先前的經驗，進而促進學生概念的轉變，讓知識得以在不同

情境中進行轉移。而 Furtak et al.(2012)的後設分析結論指出透過教師引導的活動

(teacher-led activities)比學生主導的活動有更高的效果量(effect size)，反映出在進

行探究本位的教學時，如果缺乏教師結構化的教學，其教學價值較低。白佩宜、

許瑛玿（2011）認為學生的探究能力有所差別，而不同的探究教學模式具有不同

的教學成效：（一）結構式探究可以增進低探究能力的學生提升「實驗與資料蒐

集分析」的能力；（二）引導式探究對於中、低探究能力的學生，在「提出問題

與假說」的部分有所幫助；（三）開放式探究能提升高探究能力學生的「計畫」

能力。而於國內學者楊秀停、王國華（2007）的研究也指出，學生其實是具有能

力設計實驗的，只要透過教師給予的引導與合適的任務，運用小組合作的力量，

就足以讓學生主動進行探究。依前所述，由於本研究以國小六年級學生為研究的

教學對象，故研究者採以引導式探究教學的方式進行課程設計。

23

在科學探究學習中，最重要的學習策略就是科學探究的策略，這部分的學習

必須透過明示教學(explicit teaching)來達成(Zimmerman, 2007; Zohar, 2004)。洪振

方(2010）指出有許多研究是以內隱教學(implicit teaching)的方式將科學思考策略

嵌入於探究活動中，例如以「你將會保持不變哪些變項？」的問題來提示學生，

或是讓學生列出控制變因、操縱變因和應變變因，但沒有向學生說明該用什麼樣

的思考策略來控制實驗，其認為教師應該以明示的方式引入與探究有關的科學思

考策略。Li 與 Klahr (2006)、Roberts 與 Gott (2000)等人指出，除非對與研究問題、

形成假說、設計實驗、蒐集與分析資料、解釋與論證等探究過程有關的科學思考

策略進行明示教學，否則多數的學生是無法在探究中發展出這些科學探究能力

的。除此之外，Kuhn (2005)、Li 與 Klahr (2006)、Roberts 與 Gott (2000)、Zohar

(2004)、Zimmerman(2007)等學者也建議應以明示教學的方式引介學生學習與探

究相關的科學思考策略，使這些科學思考策略與學生的探究經驗相連結，來發展

學生的科學探究能力。由上述文獻可知，以明示的教學方式進行探究課程，能有

效提升學生的學習與理解，故在本研究中，研究者將採「明示的教學」方式進行

課程。

綜合以上文獻所述，本研究將以「引導式探究」設計教學，並且以「明示的」

教學設計，促使國小學童進行「有意義的學習」。

三、引導式探究教學設計

探究的主題是否合適，是教師必須面對的問題，也是必須學習與反思的重要

課題之一。O’Brien(1993)指出 Deway 認為當人想要學習時，教授的知識才得以

被接受。意同激發學習者的學習興趣就是學習的關鍵，如同 Duggan, Johnson 和

Gott(1996)所指出，學生如果缺乏蒐集資料的動機，就難以產生明確的學習效果。

所以探究的問題必須要能夠引起學生主動探究的興趣與熱情。例如陳均伊（2010）

指出探究教學須以學生為中心，並需要考量學生已經具備的知識與能力，進而設

計學生能力所能完成的探究教學活動，在觀察、設計與製作的歷程中，發展科學

探究之知能，而如發現學生是樂於參與探究教學的，亦代表其能學習相關的科學

24

知能。而在 Krajcik, Czerniak 和 Berger(2003)對專題本位教學模式(project-based

instruction) 的論述中，也指出驅動性問題(driving question)是教學的起源，此驅

動性問題扮演專題探究的關鍵角色，必須是學生（能力）可以做(feasibility)、值

得做(worth)、意義化(meaning；學生有興趣去探索，對學生而言是有其意義的）、

真實世界的情境等。由此顯示，若要成功發展教學，其關鍵為探究的主題或問題

是否能夠引起學生的興趣。

Arcus(2003)提到紐西蘭的科學課程發展中，促進各階層學生的九項「傾向指

標(dispositional indicators)」包括：對於世界呈現出好奇心、對科學有熱情、被科

學的相關活動吸引、對觀察或解釋等有驚奇感與熱情……等。Milne(2010)則提到

讓學生產生「驚奇(wonder)」的美學經驗包含了三個面向：（一） Wonder about：

怎麼會這樣？為什麼會這樣？接下來會如何？（二）Wonder at：相當於鑑賞階

段(appreciation phase)，學生是否覺得好玩跟興奮？（三）Wonder whether：包含

了價值層面的問題，例如：我應該要做（實驗）嗎？我必須去做嗎？這個重要嗎？

這 樣 有 比 較 好 嗎 ？ 除 此 之 外 ， Milne(2010) 也 提 及 「 現 象 學 的 美 學

(phenomenological-aesthetic approaches)」強調美學經驗對於國小學童投入探索自

然現象時具有其重要性，除了可以促進概念的理解之外，也能夠發展出程序性的

知識(procedural knowledge)與技能。

綜合前述文獻顯示，在教案的設計上必須衡量學生的先備知識與能力，並在

教學活動中能對學生產生吸引力與引發其好奇心，以此為原動力促使學生在探究

教學中達到學習的成效。因此，本研究以科學玩具作為設計科學探究教學的素

材，讓學生在「玩玩具」中進行學習，並採取「明示」的「教師引導」進行探究

教學之活動。

由以上文獻探討，歸納本研究的主張與研究方向如下：

（一）由文獻分析不同學者們對於科學探究所包含的面向，歸納在國小階段應具

備的科學探究能力包括：1、提出探究問題；2、形成假說；3、實驗設計；

4、蒐集與分析資料；5、解釋資料；6、下結論與溝通。

25

（二）如何提供教師合適的教學設計，以降低或克服教師在時間與精力、教學進

度、教學習慣、主觀感受等等的問題，是科學探究中急需要改善的問題。

（三）在國小宜以「引導式探究」進行探究教學，由教師引導學生進行學習，並

以日常生活中的現象為問題的脈絡，以促使學生連結先前的經驗。

（四）本研究認為應以「明示教學」的方式設計科學探究教學，引介學生學習科

學探究的各項能力，促使對國小學童而言是「有意義的探究學習」。

（五）增進教學活動對於學生的吸引力與好奇心，是促進學生學習科學探究的最

佳原動力。因此本研究以科學玩具為設計科學探究教學的素材，讓學生在

「玩玩具」中進行學習。

26

第三章 研究方法與設計

本章共分為五節，分別為：第一節、研究方法與流程；第二節、以「科學玩

具」設計科學探究之教學設計；第三節、研究對象與參與人員；第四節、研究工

具；第五節、資料蒐集與分析，分述如下：

第一節 研究方法與流程

一、研究方法

本研究根據研究目的，所採用的研究方法為行動研究。「行動研究」顧名思

義就是將「行動」與「研究」結合起來（黃政傑，1999）。蔡清田（2007）主張

「行動研究」可以結合教師的「進修」與教師的「研究」，能協助教師順利進行

學校層次與教室層次的課程發展，更可以促進教師的專業發展。蔡清田（2000）

認為行動研究能協助實務工作者在遭遇問題或困難的實際情境中，嘗試解決問

題，改進實務，並有以下特點：

（一）以實務問題為主要導向。

（二）重視實務工作者的研究參與。

（三）從事行動研究的人員就是應用研究結果的人員。

（四）行動研究的情境就是實務工作環境。

（五）行動研究的過程強調協同合作。

（六）強調解決問題的立即性。

（七）問題或對象具有情境特定性。

（八）屬於發展反省彈性的行動計畫。

（九）結論只適用於該特定實務工作情境的解放，其目的不在於作理論上的推

論。

（十）結果除了實務工作情境獲得改善外，同時也使實際工作人員自身獲得研究

解決問題的經驗，可以促成專業成長。

歐用生（1994）認為推廣行動研究是加強教學研究的有效途徑，可以行動研

27

究讓教師研究自己的教學，來改進並提高教學品質，並提出下列作法：

（一）培養教師覺知問題的敏感

（二）熟悉研究基本技巧

（三）隨時蒐集資料並思考其意義

（四）擴充參與研究管道

（五）教師角色的反省與批判

以上述學者觀點可知，在實務現場進行行動研究，以其研究結果所提供的檢

驗、驗證、回饋及反思做為下一次行動的修正依據，更可以以此提升教學品質與

促進教師的專業成長。

圖3-1-1 Kemmis & Taggart(2007)行動研究螺旋圖

研究者參考 Kemmis 和 Taggart(2007)的螺旋狀行動研究模式（圖 3-1-1），依

「計畫－行動（執行教學研究）－觀察（收集資料）－反省－修正」五個步驟不

斷進行循環，將教學活動設計於實際教學行動中執行，觀察教師與學生的互動，

以及學生的學習反應，反省教學實務中所遭遇的困難與問題，再修正教學設計，

然後再重新進行教學行動。在行動及反省中達成問題解決、增進教學品質，並保

28

持開放、反省、批判的態度，於研究期間確認「利用科學玩具設計探究教學」的

可行性。

二、研究流程

本研究的研究程序是選定教學主題後，結合科學探究教學法，設計符合學生

認知發展與能力的教學活動，並與指導教授討論及專家協助審查、建議，並經由

教學行動研究中，協同教師的回饋與學生的反應，做修正與調整，改善教學流程

與內容，並促進教師的專業成長。本研究的研究流程，簡示如下圖 3-1-2。

圖 3-1-2 研究流程

第二節 以「科學玩具」設計科學探究之教學設計

一、教學設計概要

本研究以許良榮教授主持的國科會 102 年度計劃「科學玩具的設計與發展」

之成果為基礎，選取「下坡玩偶」與「空中灌籃」兩項「科學玩具」，分別進行

科學探究之單元課程設計，每一單元的「科學玩具探究式教學教案」設計為三節

課，兩單元共計六節課。而兩單元課程之教學概要是依據科學探究內涵的分項能

力指標做設計，其細項說明如表 3-2-1 所示，並以其為明示教學進行時之主架構。

29

表 3-2-1 以科學玩具設計探究教學之教學概要

科學玩具

探究能力

下坡玩偶 空中灌籃

用透明片製作下坡玩偶，透過調整圖案之腳的長度與黏土的重量及斜坡角度，使其在相同材質的斜坡上，能成功的步行下坡。

將小球放置於木棍上，透過調整木棍高度、籃框位置、小球位置、小球重量，使手在不碰到小球的情況下，能將小球灌進木棍上的籃框中。

1.提出探究問題

1.為什麼下坡玩偶能成功的步

行下坡？(Why)

2.有什麼因素會影響下坡玩偶

成功的下坡行走？(What &

How)

有什麼因素會影響小球成功灌進

籃框？(What & How)

2.形成假說 1.「玩偶的腳的長短」與成功下

坡有關係。

2.「行走斜坡的角度」與成功下

坡有關係。

3.「黏土重量」與成功下坡有關係。

4.「竹籤長短」與成功下坡有關係。

1.「籃框與黏土球之間的距離」

與成功灌籃有關係。

2.「黏土球與籃框靠攏時，放置

在木條的位置」與成功灌籃有

關係。

3.「木條的長短」與成功灌籃有

關係。

4.「木條提起的角度」與成功灌

籃有關係。

3.實驗設計 1.操縱變因：符合假說中要討論

的變因。

2.控制變因：例如斜坡的材質與

放置的位置等。

3.執行實驗操作。

1.操縱變因：符合假說中要討論

的變因。

2.控制變因：例如木棍的材質、

木棍提起的角度等。

3.執行實驗操作。

4.蒐集與分析資料

紀錄、蒐集與分析實驗資料。

5.解釋資料 能解釋腳的長短、黏土的重量、

斜坡坡度等變因與下坡玩偶成

功行走的關係。

能解釋籃框位置、小球位置、木

棍長短等變因與小球成功灌進籃

框的關係。

6.下結論與溝通

將結果歸納為通則性結論，並發表尋求認同。

二、教學設計流程與六大探究面向

（一）提出探究問題

透過玩具的演示活動，來引起學生的學習動機，讓學童產生「怎麼會這樣！」

或是「為什麼呢？」等想法，並引導學生提出 Why、What & How 的問題。

30

（二）形成假說

演示實驗之後，學生將觀察到的現象與自己本身舊有的經驗做連結，教師藉

此引導學生去作暫時性的解釋，並將學生的假說引導成可驗證性的假說。

（三）實驗設計

選定欲探究的問題，並設計實驗以考驗假說，各小組依照假說討論出實驗所

需的器材、實驗進行的步驟、紀錄的表格，以及實驗中的控制變因、操縱變因與

應變變因。研究者可以先以學生過去實驗經驗舉例，讓學生了解何者是操縱變

因、應變變因及控制變因。

（四）蒐集及分析資料

依實驗設計進行實驗，向學生說明實驗表格的紀錄方式，並指導學生詳細記

錄實驗中的數據，而且每項變因的實驗至少記錄三筆以上的資料。

（五）解釋資料

「形成假說」階段已經提出假說與其理由，在此則以實驗結果來進行實驗資

料的解釋。

（六）下結論與溝通

學生進行實驗成果的發表，上台做出總結性的口頭報告，發表實驗的結論，

尋求同儕的認同與接受。此階段的教學目標在於培養學生的傳達能力與溝通能

力，以及是否能分辨與判斷同儕的訊息，瞭解他人的想法與自己想法的異同等。

本研究依上述進行教學設計，教案初稿完成後邀請兩位專家進行審查，兩位

專家之學經歷如下：（1）甲教師為國立中興大學昆蟲學研究所畢業，任職於國小

自然與生活科技教師 8 年，常指導學生參加國小科展比賽，進行示範教學、公開

授課與教學觀摩，並舉辦「全民科學日」闖關等活動，現為某國小自然社群之召

集人，亦為國民教育輔導團─自然與生活科技領域國小組之輔導人員。（2）乙教

師目前就讀國立臺中教育大學科學教育與應用學系碩士在職專班，任教於自然與

生活科技 10 年，曾獲選為優良教育人員，多次指導學生參加科學競賽，例如國

小科展、創造力教育博覽會、全國少年科技創作競賽、大眾科學推廣教育─近代

31

科技巡禮計畫之實作競賽等並獲獎。

研究者所設計的教學初稿經專家審查後，參考專家之建議進行教學設計之修

正，使研究者的教學設計得以更精緻化。專家建議修改之內容舉例如下：

1.在教學活動設計的教案中，要定義「成功下坡」與「成功灌籃」。

2.學習單之內容修改，如表 3-2-2「操作結果紀錄表」的修訂。

表 3-2-2 操作結果紀錄表

次數

操縱

變因

第一次

第二次

第三次

第四次

第五次

第六次

第七次

第八次

第九次

第十次

累積次數

1

2

3

第三節 研究對象與參與人員

一、教學對象與研究對象

（一）行動研究之教師

於行動研究中，研究者本身亦為研究對象，研究者於大學與研究所皆就讀自

然教育學系，並具有實際教授自然科教學之一年經驗。本研究為發展適用之科學

玩具探究教學教案，除了於實際教學現場進行檢驗與修正外，並同時調整研究者

本身之教學以此獲得教師之專業素養與自我成長，故於本研究之課程設計、教學

與改進皆為研究者本人之研究歷程。

（二）行動研究之學生

本研究以科學玩具探究教學教案進行兩次的教學循環，每一循環階段共計採

用兩個班級，其一為臺中市某國小六年級的某班級進行共計兩單元六節課之教學

活動，並於每循環階段之教學後進行學生訪談，施以科學探究評量測驗；另取同

校且為同一個自然教師教授，自然科期中評量成績相近之另一班六年級學生，此

班級無額外進行其他教學活動，僅施以科學探究評量測驗，以做為接受教學班級

之對照。

32

1.第一階段教學的時間、場地與學生性質

第一階段教學對象為臺中市愛因斯坦國小（化名），該校位於工業區與市區

的交界，每年級有 10 多班，學生人數眾多且學業競爭十分激烈，參與研究的班

級為六年甲班的 28 名學生，該班學生皆未上過此次授課內容，於結束本階段兩

單元教學後，立即進行探究能力評量的測驗和學習興趣問卷的填寫，本教學活動

除了第二單元最後一節課於該班級教室上課未分組外，其餘皆於自然教室進行課

程，就班級原本自然課程的分組與座位進行授課，各組以 5-6 人為一組，一共分

成 5 組，如圖 3-3-1。並由多次指導科學相關活動的自然科教師擔任協同教師（簡

稱 A 教師）。

圖 3-3-1 第一階段教室配置圖

2.第二階段教學的時間、場地與學生性質

研究者第二階段教學對象為臺中市牛頓國小（化名），該校位於市區，但每

年級約 5 班，各班人數在 20 上下，且班級成員之家庭環境與前階段相比請領社

會補助者較多，並較無課業競爭的壓力。參與研究之班級為六年甲班 23 名學生，

該班學生皆未上過此次授課內容，於結束兩個單元教學後，進行探究能力評量的

測驗和學習興趣問卷的填寫。本教學活動皆於自然教室進行課程，就班級原本自

然課程的分組與座位進行授課，各組以 4 人到 5 人為一組，一共分成 5 組，如圖

3-3-2。本階段由多次指導科學相關活動的教師擔任協同教師（簡稱 B 教師）。

第

一

組

講 臺

第

二

組

第

四

組

第

三

組

第

五

組

空

桌

33

圖 3-3-2 第二階段教室配置圖

二、協同研究教師

於本研究中，協同教師於研究者教學時進行觀課，輔以協同教師觀察紀錄檢

核表之項目進行審核，並於教學單元結束後給予課程教學之建議。本研究邀請之

協同教師之學經歷如下：

（一）協同教師A（以下簡稱A教師）目前就讀國立臺中教育大學科學教育與應

用學系碩士在職專班，任教於自然與生活科技10年，曾獲選為優良教育人員，多

次指導學生參加科學競賽，例如國小科展、創造力教育博覽會、全國少年科技創

作競賽、大眾科學推廣教育─近代科技巡禮計畫之實作競賽等並多次獲獎。

（二）協同教師B（以下簡稱B教師）為教育資訊與測驗統計研究所畢業，大學

為自然相關科系畢業，目前於國小教學已有15年，其中擔任自然與生活科技教師

4年，常帶領學生參與學校辦理的科學遊戲及競賽，並指導某國小學生參與科展、

發明比賽、機關整合比賽等。

第四節 研究工具

本研究採行動研究，除研究者本身即為研究工具之外，亦以活動學習單、學

習興趣問卷、訪談大綱、協同教師觀察紀錄檢核表與探究能力評量等為研究之工

具，以協助研究者獲得相關資料。本研究之研究工具分類及分項說明如下表

3-4-1：

第

一

組

講 臺

第

二

組

第

四

組

第

三

組

第

五

組

34

表 3-4-1 本研究之研究工具分類及分項說明

研究問題 資料蒐集

1.對於以科學玩具設計的探究教學，國小六年

級學童的學習興趣為何？

學生學習單、學習興趣問卷、

學生訪談紀錄、教學錄影、協

同教師觀察紀錄檢核表、教學

札記。

2.經過科學玩具設計探究教學，國小六年級�