如何引導學生觀察與定題(上)— 先看出端倪、再決定怎麼驗證

        自然新領綱強調的探究，到底要怎麼教？這是老師們心中的大問號。在籌備「全國中小學教師探究教學專業成長計畫」的第二階段研習時，國中場講師(這梯次研習分國中、國小兩場)小P老師邀請我擔任生物科助教，讓老師們現場實作po(問題解決-觀察與定題)、pe(問題解決-計畫與執行)的探究教學共同備課時，可以將理化、生物老師們分群進行。

       一直引領探究研習規劃方向的月鈴老師曾提醒我們：po比pe更困難，因為萬事起頭難，沒有到位的觀察、定題，就不會有下面的「計畫與執行」。但是觀察要怎麼教？參考過去兩年月鈴老師在本計畫的各場研習所教導的、及她部落格中的分享 (https://bell5-platform.blogspot.tw/)，可以發現其實觀察不是「有看沒有到」，而是在引導學生進行「有計畫的觀察」。

圖片取自「月鈴的講台」

     什麼是「有計畫的觀察」呢？我覺得有一個重要的元素需要進來，就是：「比較與分類」。這是我從月鈴老師之前帶的示範活動中看到的元素。容我將她的活動改編如下來做說明。

       例如：學生看到密閉寶特瓶中有一段枝條及綠葉，也看到老師倒入澄清石灰水、搖晃之後水變白色混濁，但那只是「喔！我看到了！」學生可能會問：「為什麼會這樣？」然後等著老師餵他「單一正確答案」，他不需要繼續探究下去，只需要把老師給的標準答案記起來就好。那種觀察，其實不是探究教學要培養的「有計畫的觀察」。

       那什麼是「有計畫的觀察」呢？試試看下面的處理：老師提供兩個裝綠葉植物的瓶子，瓶身的顏色形狀大小皆不同、裡面裝的葉子顏色也不一樣，甚至葉片數量、大小都不一樣，加上老師事先秘密的前置處理也不同(一個照光三小時、一個在暗處三小時)，結果一個瓶子內澄清石灰水變成白色混濁(表示有大量二氧化碳)、一個依然澄清。於是老師要求學生先不要問「為什麼」，改成先猜猜看(預測)可能是什麼原因造成兩瓶不同？「如果...(我們做了什麼處理)...會不會它就...？」

      這時學生再次觀察兩個瓶子，這時進行的就是「有計畫的觀察」了：是「有目標地去比較」兩瓶的處理差異，老師再從學生提出的各種理由中(可能合理、可能天馬行空)引導學生篩選出課堂上做得到的、時間及設備許可的變因來驗證，更重要的是，這個變因是「合乎邏輯推理的」。關於如何從一團發散的點子中理出頭緒，之前小P老師在研習時帶過的「電阻實驗」、及月鈴老師示範過的「酵素分解實驗」都曾展現出厲害的手段：就是不動聲色地「挖坑給學生跳」，引導學生選擇、講出、做出「原本課本實驗要做的變因」。

       依照這樣的模式，要引導學生進行「觀察與定題」，老師需要做的就是「提供可比對的反差現象」，吸引學生先問「Why？」，再問How、what if，讓學生進行「有計畫的觀察」、提出各種可能的原因，接著老師引導學生從「多個自變項」中篩選出課堂上「實際可行」的變因(最好超過四個)。

       接下來要做的是：老師可以先挑一個「不是課本原本要學生做的變因」來示範實驗可以怎麼設計：把這個變因當作「操縱變因」，而其它變因則都要一樣、才能公平比較，這些叫做「控制變因」，然後提供學生最方便的驗證方式來得到「應變變因」，就可以很快就得到結果、證明原先猜的對不對。

       老師示範完，就放手讓各組學生去練習，根據「學生自己選的」可行的變因(其實是老師暗示他們選的)，去設計出「有一個操縱變因、及兩個以上控制變因」的實驗設計，連所需材料都由學生自己列清單來，經老師檢查OK的話(月鈴老師甚至先讓不同組交換互評)，就提供器材讓各組去進行驗證，以上這樣的過程就是「計畫與執行」。

          很明顯的，自然新領綱中希望培養學生科學探究能力，在「問題解決」這個學習表現中所要求的「計畫與執行」，絕不會是食譜式的「照課本實驗步驟」執行、或是「照老師規定的步驟、用老師事先提供各組都一樣的器材」去實驗，而是「學生自己」決定要驗證的變因之後(定題)，「自行設計實驗」、「自己去想辦法執行驗證」。

       換句話說，流程大概是：
1.   把一個本來要教學生的原理，不直接講定義及結果，反而是用各種變因去弄亂這個現象，包裝成有趣的、吸引學生的活動，這活動必須展現出至少兩個反差很大的結果，讓學生問「為什麼會這樣？」(Why問題)

2.   引導學生「有計畫地」觀察兩者不同之處，提出各種差別。(觀察)

3.   容許學生提出各種可能的推理(How問題)，再引導學生從中選擇、決定一個「可行的變因」來驗證。(定題)

3.    教師示範如何「設計實驗」：將選定的變因試著進行不同操縱，而之前提出的其他變因都要控制一樣，做實驗確認是這個因素造成的應變變因、或不是。

4.    學生各自依他們自己選擇的變因，模仿老師的示範來進行實驗設計。(計畫)

5.    學生進行「自己設計」的實驗，看得到什麼結果。(執行)

6.    實驗完就是要進行「pa 分析與發現」、「pc 討論與傳達」，不過那是以後的故事，本文先不提那部分。

       還要提醒老師們的是：為了減少學生摸索的時間，戲劇性反差的演示活動還要順便示範(直接給學生)怎樣用最快、最簡便的方法得到應變變因。例如「澄清石灰水碰到高濃度二氧化碳會變白色混濁」、「糖碰到藍色本氏液再加熱之後，就會變綠黃橙紅」等，這些事情是學生處理未知問題用得到的「檢驗工具」，不是學習的核心概念。換句話說：得到應變變因的方法先不需要學生去探究(七年級還不需要上智下愚都去理解澄清石灰水變白色沈澱的反應式)，由教師直接說明作法就好。

        講了老半天，是不是想看個更清楚的例子？下一篇文章就是要以這次探究研習的「反應時間測定」為例來示範。