科學教育學習網93年度資訊融入教學研習 資訊融入教學的實務與分享 報告人：育英國中 蔡明致 台中市資訊種子學校

科學教育學習網93年度資訊融入教學研習
資訊融入教學的實務與分享
報告人：育英國中 蔡明致
台中市資訊種子學校
93年3月26日
小組分工
前言
1.強調資訊融入教學的目的何在？
2.資訊與教學對科學教師而言何者為重？
3.希望從資訊融入教學研習獲得哪些協助？
環環相扣的”教學環”與 ”學習環”
小組計分板
科學教師如何教完全不懂的事物？
 方案1：對教科書的資料蒐集及解讀，教授學生科學知識。
 方案2：以實驗室活動 、 虛擬實驗或示範活動，確認教科書中的科學知識。
 方案3 ：由模擬重現歷史上的科學發展歷程，教學生科學如何運作及所發展出的科學知識。
科學本質的三個領域 (AAAS ,1989)
(I)科學世界觀(scientific world view)：
 自然界是可理解的。
 科學知識是可改變的。
 科學知識並非很容易就可推翻。
 科學並非萬靈丹能解決所有問題。
科學本質的三個領域 (AAAS ,1989)
(2)科學探究活動(scientific inquiry)：
 證據對科學而言是重要的。
 科學是邏輯與想像約合成體。
 科學知識除了能說明自然界的現象也具有預測的功能。
 科學家會試著驗證理論及儘量避免誤差。
 既定的科學知識並不具有永久的權威地位，常態科學會影響科學的研究方向，但必要時仍會產生科學革命。

科學本質的三個領域 (AAAS ,1989)
(3)科學事業(scientific enterprise)：
 科學是許多不同科學領域的集合。
 科學的事業有許多機構來進行，例如大學、工業界、政府。
 各種領域的科學家在世界各地活動。
 科學活動受到杜會價值觀的影響。
 科學知識因資訊傳播發達而促使科學的進步。
 從事科學必須考慮倫理的原則。
 科學家兼具有科學專業及公民的身份，科學家利用科學思考的特性用來解決公眾事務。

以孟德爾的遺傳法則為例
 豌豆的雜交試驗的步驟：
 1.將白花花藥去除並把紫花花粉粒沾白花柱頭上。
2.收集白花豌豆所結的種子並播種。
3.計算開紫花和白花的子代數的比例。

 顯隱律：決定豌豆性狀的基因有顯性和隱性的區別，當顯性與隱性基因同時存在的情況下，只有顯性基因控制的性狀才會表現出來。
 分離律：成對的遺傳基因彼此獨立不混合，並在形成配子時彼此分離。
 自由組合律：基因是獨立遺傳的，因為有這種自由組合的分離，所以會出現與祖親代遺傳因子組合不同的後代。
Gregor Johann Mendel（孟德爾）
 身世
 西元1822年，孟德爾出生在奧地利的小村落，家裡世代務農，生活並不富裕。孟德爾自小便對自然科學非常感興趣，但因家境貧寒，只有於1843年輟學，進入奧古斯丁修道院(布台恩Brunn，今捷克的斯洛伐克布爾諾Brno)做修道士，並於1847年任職神父。
Gregor Johann Mendel（孟德爾）
 傳承
 1851~1853年為了延續其對自然科學的喜愛，他動身前往維也納大學學習自然科，在維也納大學中，他受到著名物理學家都卜勒指導數學和統計，及植物學家翁格爾（F.J.A.M）的物種可變，和植物通過雜交可能產生新種觀念的薰陶。
Gregor Johann Mendel（孟德爾）
 從事研究時的社會背景
 父系世襲社會及貴族血統觀念
 Like father , like son .

 問題情境 : 品種是如何決定的
 如何實驗 :
 ♂♀＝紫 白或白紫
是知識？還是能力？
問題解決的途徑
 可分成二大類。一是將概念性的知識導入情境，而不需思考數字上的問題，這種較質化的問題解決途逕，為「科學化的問題解決」(scientific problem-solving)
 另一是教導學生認知技能的遷移，並運用數字為計算工具，這種較量化的問題解決途逕，稱之為「數學化的問題解決」(mathematical problem-solving)。
 這二種技能是學校教育理應重視的教學目標，但身為教學設計者，如何能設計課程增進學生問題解決的能力呢？
訓練問題解決能力的教學策略
 能避免惰性知識(過於簡化的知識)的產生，有效培養學習者高層次科學規則歸納與問題解決的技能。
 透過問題解決的學習情境安排使學習更能符合假設、驗證的科學學習歷程，同時也符合以學習者為中心之自我引導學習的理念 (Aspy, Aspy & Quimby, 1993; CTGV, 1997)。
 例如：錨式情境教學(Anchored Instruction)、案例學習(Case-Based Learning)、專題式學習(Project-Based Learning)…等以問題解決為主要學習內涵的創新學習模式(Savery & Duffy, 1995)。
錨式情境教學 (Anchored Instruction)
 以Vanderbilt大學的Jasper系列教材為代表，相關資訊可參閱Jasper網站。
 Jasper是以解決真實生活情境中的任務挑戰為目標，透過影片呈現故事情節與解決問題的相關資訊與線索，讓學習者經由小組的分工、合作、與探索，來發展及驗證各種可能解決方案的可行性，進而有效培養問題解決的技能(CTGV, 1997)。
 情境教學的劇本。
案例學習(Case-Based Learning)
 是以美國西北大學的案例推理學習(Case-Based Reasoning)為代表(Schank, 1995)。案例推理是透過案例影片的問題情境呈現，協助學習者發展解決問題的推理技能與程序。世界各國案例推理相關研究與探討可參閱ai-cbr網站資訊。
專題式學習(Project-Based Learning )
 是科學領域學習被廣泛運用的教學策略，以柏克萊大學的整合知識環境(KIE)為其典型代表。專題式學習是以探索真實的科學知識為專題內容，強調透過合作學習提出對科學現象的種種證據，以便整合存在於學習社群成員中的分散性知識，進而達成改變學習者科學概念的目的。
 論壇模式。
講半天還聽不懂！
發現學生不明白課程的內容時怎麼辦？
處理方式：
 方案1：老師根據課本內容的編排方式，再詳細講解一次。
 方案2：教師分析教材概念，依循課文的概念架構，再詳細講解一遍， 找出學生癥結所在，並補充舉例或增加閱讀 。
 方案3：設計涵蓋教材概念之學習活動，引起學生主動探究的興趣，讓學生提出問題，然後再針對這些問題，逐步引導學生解決。
著重學生參與的現代科學教育
 康貝等 (Campbell et al, 1994) 在討論科學教育時，總結英國科學教育家沙堤爾 (Salters) 的一個教育觀點：
 「影響學習最重要的一個因素是學習者對於所學事物的主動投入。要用任何的方法教學，以維持這種投入的熱忱。」
要如何吸引學生的注意力？
以牛頓第二運動定律為例
 方案1：F=Ma 例如：陳金鋒大力一揮，擊出一支又高又遠的全壘打。
 方案2：神奇寶貝傑尼龜噴水槍與火箭隊的｢好討厭的感覺喔！｣
(「很高的加速度」和「很高的速度」的混淆)
 方案3 ：房車與跑車在同一公路上的加速運動，與乘客背部受力的大小 。
選擇恰當和有用的情境
 情境應該是有趣的和學生熟悉的。
(有趣若不真實，容易帶來誤解)
 情境最好能夠使學生清楚和具體地觀察到所要學習的物理現象，力求一矢中的。
(情境的選擇取決於學生背景和學習目標)
 學生應有機會運用知識解決情境中的問題。
(情境是學習的工具，用以提升學生的投入感，以及提供學習經歷，培養解決現實問題的能力，而不變成學習的內容和負擔。 )
情境教與學(湯兆昇,2004)
(Context-based Learning and Teaching)
 廣義的情境教學代表學生與老師應用生活、社會或文化背景的各種現象，作為學習科學的平台。其核心概念如下：
 教與學需要藉各種不同的情境進行，例如家庭、學校和社會。使教學內容與現實的各種環境連繫，並在這些環境下應用所學知識。
 強調訓練學生解決問題的能力，使學生成為投入和自發的學習者。
 利用小組活動鼓勵學生參與和互相學習。
對情境教學的質疑
 Anderson (1996)等學者曾就情境教學的理論提出下列四點質疑：
 情境教學主張活動須建基於實際情境？
 知識並不能轉移？
 抽象的訓練成效不大？
 指導須在複雜的情境下進行？
情境學學習的組成因素
 Collins, Brown, 及Newman(1989)提出一種修正模式，其中包含四大內涵：
(1)內容：包括學科知識、捷思思考策略（heuristic thinking） 、控制策略、及學習策略。
(2)方法：包括示範、指導、鷹架支撐、闡明、反省及探索。
(3)順序：包括複雜度逐漸增加、變化性逐漸增加、由部份技能到全面性技能等、 由巨觀到微觀。
(4)社會性：包括情境學習、專家演練環境、內在動機、開放性合作或競爭等。
情境學習的環境配合因素
 McLellan, H., ed, ( 1996 )提出建構情境學習環境的八種因素：
 故事、反省、
 認知學徒制、
 合作學習、
 指導、重複練習、
 闡明學習技能及科技。
科技在教學上如何應用？
 科技可增進學習資源的廣度、深度及變化性，及提供學習者親自參與之經歷與臨場感(first-person experience)並有助於增進其參與感及學習動機。
 科技可複製專家及生手之表現，並經二者比較提供“反省”(reflection)及“指導”(coaching)功能。
 實驗紀錄片，媒體教案。
 情境學習強調知識須在真實情境脈絡中習得，因此科技所提供的情境脈絡有三類：(1)實際的工作(學習)情境；(2)高度真實性的替代品； (3)藉由影像(video)或多媒體提供的工作(學習)情境，此種稱之為「錨式情境教學」。
 近年來隨著網路科技與多媒體的蓬勃發展，運用電腦虛擬空間提供問題情境與假設驗證的問題解決歷程，促進學習者學習掌握解決問題的關鍵，提昇問題解決的成效，是相當值得探討的議題。
網際網路與問題解決學習
1. 網際網路提供問題解決的社會化情境
 網路環境使學習的內涵由簡化的學習者個人「資訊處理」歷程擴展至不同知識與背景之參與者們互動與分享的真實「社群參與」歷程(Brown & Duguid, 1994)。
2. 網際網路提供學習社群彙集分散式知識的管道
 在網路化的學習社群中，學習者可以透過網際網路吸收與分享對問題解決上的觀點與可資運用的知識，經由社群互動與協商將「分散式認知」進一步彙整並建立解決問題的共識，然後依據解題方案進行問題解決與驗證。
3. 網際網路可以提供鷹架式的知識整合功能
 在KIE的「知識整合環境」建置上，Linn (1995)提出「確認學習目標」、「思維透明化」、「終身學習技能培養」、及「提供社會性支持」等四項「鷹架式知識整合」的學習重點與理念，以促進學習者有效習得問題解決之終身學習技能。

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