由溶解单元教学设计看如何培养学生解决问题能力

1、參、課程實施【教學部份】45自然與生活科技學習領域 研習手冊由由溶解溶解單元教學設計看如何培養學生解決問題能單元教學設計看如何培養學生解決問題能 力力黃茂在 國立教育研究院籌備處前言：即時經濟的社會需要涵養學習潛能，以因應不可預期的社 會變動，而思考智能是學習潛能的核心。在資訊社會中，企業體一切講求速率與效率 ，所謂的即時經濟 。其 生存之道（需具有）：敏銳洞察社會需求、適時轉變企業型態、快速創造符合 消費者需要的產品。有一句流行於企業界的名言：今日成功的條件，可能成 為明日失敗的原因。 永續經營成為一項艱鉅甚至是不可能的任務。這樣的 趨勢使得企業能存活的唯一定律就是改變與創新 。然而個體所需之生存之道 又是什麼？什麼樣的專業才不會被淘汰？以往的社會型態（從農業到工業社會） 二十年的苦讀，練就一身的專業技能，即足以應付未來的產出 。但是，這樣 的情況在資訊社會裡已是不可能。最近十年以來，多少企業體與個體起起落落， 昔日的明星產業 ，今日已成夕陽 。昔日叱吒風雲於產業的鉅子，今日已 消失於你我的記憶！在這樣的快速（動態）運轉的社會結構下，每一個企業體 須有隨時轉型的準備，而個體則須隨時準

2、備成長其他專長 。亦即，個體 無法停留於目前所具有專業以應付不可預期的（社會）變化需求！那麼唯一不 會被淘汰的專業就是：具有快速成長其他專業的能力-也就是學習 的潛能 。 九年一貫課程綱要所提八項科學素養中的思考智能正是筆者認 為涵養學習潛能的核心。什麼是思考智能？依循綱要所提，我們似乎可以 這麼說，所謂思考智能是：當面臨一個新情境或問題時，能分析問題的性 質、情境中的利弊因素、綜合判斷為提出解決問題的策略。亦即，思考智能是 一種分析批判、綜合組織、創造與解決問題能力的綜合。這樣的綜合能力 要如何涵養呢？以往課程設計，常被詬病著重認知，無法培養學生的思考智能。 那麼思考智能要如何培養呢？課程與教學又該如何調整才能實踐該目標呢？壹、九年一貫課程創新教學所為何事？壹、九年一貫課程創新教學所為何事？九年一貫課程，強調創新教學。過程中，有許許多多的教改理念被提 出-學校本位課程，教師專業自主，彈性課程，課程統整化、適性化、生活化、 個別化，學生為中心的教學、 、 、等。當忙碌於紛擾的教改理念的同時， 似乎有必要停下腳步 ，回頭看看：這些的理念更根本的內涵是什麼？是 否有共同的思維或目標？還是權

3、威學者一時提出的想法？如果不加以參、課程實施【教學部份】46自然與生活科技學習領域 研習手冊釐清，是否會淹沒在應接不暇的教改理念下，卻不知如何行動？甚至， 不知會行動向何方？ 82 年版的課程推出後，方實施過一輪（91 年 2 月才第一次使用第十二冊） ， 九年一貫課程卻也同時在一年級實施。那麼是 82 年版的課程出了問題？是什麼 因素促使課程必須來一次更根本的脫胎換骨？ 本文想從 82 年版的溶解單元教學設計（國編館出版，自然第七冊） ， 分析其教材設計並探討其課程理念與思維，藉以追溯這次教改理念的內涵- -實踐學生學習的主體性。 （至於創新教學設計，將以模組教學的理念另文刊載）貳、貳、 溶解溶解單元教材教法分析：單元教材教法分析：一、單元設計流程 （詳見附錄或國編館出版， 自然教材第七冊，單元二，民 89 年 8 月出版）活動一：鹽哪裡去了活動一：鹽哪裡去了 在活動一主要是以鹽溶於水中的現象，點出溶解概念 。間接對溶解下定 義-鹽放入水中不見了！但是，水變成鹹鹹的，而且鹽水的重量恰好等於 原來鹽和水的重量加起來。所以鹽雖然看不見，但是可以間接知道它還在水裡 面。另外，鹽鹹鹹的性質也

4、還維持著。除了以重量證明鹽存在水中外，並 引入濃度概念，再次證明鹽還在水中。這就是溶解 。 活動二：硼酸的溶解活動二：硼酸的溶解 以硼酸為例探究影響硼酸溶解量的因素-水量、攪拌、水溫度、 、 、等並藉探究 過程涵養科學實驗過程技能。例如：觀察、測量、預測、解釋、控制變因、實 驗等。活動三：溶解的應用活動三：溶解的應用 連結生活中有關溶解的現象。例如：衣服沾到油漬、硼酸水、力可白，如何處 理？可否用哪些溶濟去除（溶解）？泥土中養分的溶解、水中生物的呼吸、汽 水飲料製作等皆是溶解現象的應用。以下筆者將從上述活動流程，說明幾點培養思考智能有所不足之處， 從這些不足之處（或是課程與教材設計時，所受限制）瞭解到這次九年一貫創 新教學的內涵與改變之源由。二、教材生活化不足，預期產生有意義的學習成效需加強。 由上述活動流程可看出，雖然已有強調生活化體材-從生活現象導入，並 於結尾時連結生活應用。然而在活動二進行科學探究實驗時，為了顧及實 驗準確性及穩定性，以便於學生能於過程中容易觀測到實驗變化與結果，因而 不以活動一的鹽作為探究材料，而改以硼酸作為實驗材料。儘管參、課程實施【教學部份】47自然與生活

5、科技學習領域 研習手冊硼酸並非不常見，但是對學童的生活經驗而言是普遍缺乏的。三、在有意義學習層面待強化-由生活中學習科學，由科學學習關照生活 以易於實驗操作、變因控制的方式進行實驗探究，經探究活動過程與理性 的思維建構科學概念，再應用所形成的科學概念至生活事件。這是82 年版 課程的設計思維模式。然而，當簡化實驗操作複雜性，有時反而會使科學探 究活動落入實驗室的科學 ，而非生活中的科學 。那麼，預期學童將所 建構的科學概念應用（連結）至生活事件時，可能會產生困難；當（學校）實 驗室所學科學概念無法與生活經驗連結時時，就會產生以下情況：實驗室 的科學應用在實驗室或考試測驗時，生活中的科學則以生活經驗來處理或詮釋。 如果，有意義的學習是連結學習與生活經驗 ；是由生活中學習科學，由 科學學習關照生活，那麼在這個層面上， 82 年版的設計需再強化。四、已具有解決問題模式的教學精神與流程。但是，學生學習之主體性實踐不足。82 年版的課程主要設計理念是：解決問題模式的教學。因而在活動中 常由問題的提問為切入點，並加入插圖與提示語作為引導思考與探究。 例如活動一： 老師提問問題： 把鹽放入水中，鹽看

6、不見了。鹽到哪裡去了？ 怎麼做才能證明水中溶有鹽呢？ 即是以問題提問切入，接續以插圖及提示語引 導討論，分析問題。 學生：藉由討論分析，確定探究分析，確定探究的問題想一想：怎樣才能證明水加入了鹽 ，重量會改變嗎？ 學生：規劃工作進行探究 做做看：分別秤一秤水和鹽的重量。 把鹽加入水中，攪一攪，再秤這杯水 的重量。比原來的那一杯水重還是輕？學生：解釋資料 鹽水的重量和原來的水及鹽的重 量 兼有什麼關係？ 學生：統整與應用 說說看：除了鹽以外，還看過哪些物 質會溶於水中？是不是每種物質多會 溶於水中？氣體也會溶於水中嗎？參、課程實施【教學部份】48自然與生活科技學習領域 研習手冊再以活動二說明： 老師：提問 哪些因素會影響物質溶解在水中的量？讓我們利用硼酸來實驗看看。 用 50 毫升（mL）的水，舀 5 匙硼酸放入水中，發現硼酸並未完全溶解。 學生：分析討論並確定問題 想一想：有什麼辦法可以讓硼酸完全溶解？ 想一想：有哪些因素會影響硼酸在水中溶解的量？ 學生：預設與形成策略 小明這組認為認為水的冷熱不同，可能可能會影響硼酸在水中溶解的量。為了要研究 冷熱對硼酸溶解量的影響，他們想了一個實驗

7、：想了一個實驗： 小明這組是這樣做的： 1.用 100 毫升（mL）的熱水、冷水各一杯。 2.每次放一匙攪拌，完全溶解了再放。 3.無法在溶解時，就停止那杯的試驗。 學生：執行實驗 做做看：哪杯水溶解的硼酸比較多？哪杯比較少？把結果記錄下來。 學生：解釋資料 硼酸在水中溶解的量和水溫有什麼關係？ 學生：統整與應用 把熱的硼酸水放置一段時間，仔細看看，杯中有什麼現象發生？ 杯中的結晶可能是什麼？怎麼會有結晶呢？ 要怎樣取出硼酸水中的硼酸，才能回收再利用，而不會浪費呢？由活動一與活動二的流程可以看出，解決問題模式的教學步驟大致為： 1.1.提出問題提出問題 2.2.確定問題確定問題 3.3.探究問題探究問題（提出預設、規劃探究工作流程、執行探究工作） 4.4.解釋、統整與應用解釋、統整與應用在各階段除了探究相關的科學概念（溶解與溶解速率概念）外，科學實驗方法 （科學實驗過程技能）是另一項主要的教學目標。亦即，82 年版的課程設計是 以科學概念為經 ，科學過程技能為緯 ，並透過解決問題模式的教學架構 而成。這樣的設計雖然已展現解決問題的的流程，但是，開放的程度仍有不足。以下及針對不足之處作說

8、明： 重視科學概念學習與科學實驗方法的訓練。重視科學概念學習與科學實驗方法的訓練。 從活動流程可知單元教材設計的理念是： 1.藉由生活中的現象，引入溶解概念（科學概念） 。 2.在進行相關科學概念探究並涵養科學實驗方法（過程技能） 。 3.應用所習得科學概念連結生活事件 雖以解決問題模式穿插餘個活動，但是活動的主軸仍在科學概念與實驗方參、課程實施【教學部份】49自然與生活科技學習領域 研習手冊法。至於學生的思考層面的活動僅在附屬的位置。 問題的發現不是來自學生，且限制了學童學習的思考開放的空間與後續學習問題的發現不是來自學生，且限制了學童學習的思考開放的空間與後續學習 的主動性。的主動性。 創造力的培養一個重要的起點就是由情境觀察發現問題 ，在教學活動過程 雖然是以問題導入。但是，問題大多來自教師的提問，儘管教材設計者 或許期待教師於教學過程能自行安排適當的情境 ，進行觀察與討論再切入 問題。然而，礙於教材呈現（或理念傳達）的限制 ，使得切入探究問題的 方式是直接的，而且問題是限定的；大部分的教師依照教材提列問題進行教 學活動，非教材提及的問題，大多一語帶過；簡要的給了答案或是該問題不

9、 是本單元的範圍留待以後研究。這使得教材反而成為拓展思考智能的框架 。 從情境中發現問題並以適切語言表達問題，在中小學階段是最重要的訓練 （至少筆者這樣認為） 。1.過程中除培養學童敏銳的觀察力與發現問題外，2. 養成良好的思考習性：在觀察過程中時，學童以舊經驗詮釋所看現象。但是， 由於所具有的科學語彙（概念）較為不足，往往無法明確表達問題。經由其 主動的表達並配合教師的協助，互動過程學童即在整理自己的思考脈絡，並 逐漸養成在面對情況（事件、問題、現象）時，如何思考。當然，也會增加 個人的科學語彙。3. 涵養主動學習的態度：由於是自己發現的問題，對於後 續問題探究的動力較為強烈。因而，涵養主動學習的態度，成效應優於被動 的接受限定的問題 。 預設探究的問題，學習缺乏彈性選擇的空間。預設探究的問題，學習缺乏彈性選擇的空間。 探究過程於分析討論並確定問題的部分，雖有以插圖引導多項度的思考與討 論。然而，在討論後預期探究的問題是限定的。例如，活動一：以重量驗證 水中的鹽還在，而且沒有減少（P23） 。 。活動二：探討冷熱對溶解量的影響 P（27） 。當問題的發現不是來自於自己，探究的方向也是被限定的，長此以 往這樣的學習過程，因為不被鼓勵去做不一樣的想法與活動，久而久之 成為一種習慣或學習態度-不習慣表達自己的想法而猜測老師的意圖：老 師的問題是什麼？老師想要探討什麼問題？老師的答案是？這樣想是老師要 的嗎？的思考習慣。依循老師的想法、作法與要求。個人的思與想不 見了（也不習慣了） 問題內容的性質與難易層次為考量個別化與適性化發展。問題內容的性質與難易層次為考量個別化與適性化發展。 學童個人經驗背景不一，對問題的思考與處理當然會有不同。然而，教材設 計時，需考量一般性。而教學時，又需考量統一進度，使得根本無法顧及， 個別學習適性化的發展。以學童認知心理的發展

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