1、第二章 学习环教学法(learning cycle teaching strategies)学习环源自于皮亚杰的认知发展理论，有很多研究都证实学习环在教学上对学生的学习是有帮助的，所以以下研究者分成三节来探讨，首先介绍学习环的发展与内容，再来深入认识何谓5E学习环教学模式，最后看国内外 5E学习环的应用。第一節学习环的学习环的发展与内容学习环源自于皮亚杰的认知发展理论，学习环三个阶段可追溯至1950年代晚期到1960年代早期，在加洲柏克莱大学所进行的SCIS （Science Curriculum Improvement Study）课程研究计划（Lawson, A. E,1995；甘汉銧、熊
2、召弟、钟圣校，1999；钟圣校，1999），在1957年Karplus 应邀到国小二年级上课，Karplus 发觉这个教学经验很有趣，学生们也很喜欢，因此Karplus 想为小学发展一套科学课程。1962年，Karplus和Atkin发展引导发现式教学法； Karplus在1967年提出学习环三阶段，教学阶段分别为探索（Exploration）、发明（Invention）、发现（ Discovery）；而后来因这几个名词很多教师都不了解意涵，故Karplus & Lawson在1977年将三阶段改为探索（Exploration）、概念引介（Concept introduction）、概念应用（
3、Concept application）（Lawson, A. E,1995；甘汉銧、熊召弟、钟圣校，1999；钟圣校，1999）。而之后Lawson 将概念引介改为名词引介(Term introduction)，因为他认为概念是学生自己建构来的，而不是教师所引介的（Lawson, A. E,1995；甘汉銧、熊召弟、钟圣校，1999）。 后来陆陆续续有学者提出不同阶段的学习环，Trowbridge & Bybee(1990)在美国BSCS（Biological Science Curriculum Study）以建构主义观点为基础所发展的5E 学习环教学模式，其教学阶段包括：参与（Engag
4、ement）、探索（Exploration ）、解释（Explanation）、精致化（ Elaboration）、评量（ Evaluation）（Bybee 1993；Trowbridge & Bybee ,1990）。研究者整理诸多学者的研究（Bybee1993；Driver, R., Asoko, H., Leach, J., Mortimer, E., & Scoti, P. ,1994；Lawson, A. E,1995；Hackett,1991；Trowbridge & Bybee ,1990；王美芬、熊召弟，1995；甘汉銧、熊召弟、钟圣校，1999；许顺钦，2003；钟圣校，1
5、999）修正之后，归纳出以下学习环的发展沿革，如表2-1。表 2-1 学习环的发展沿革学者 年代 阶段 内容Karplus等人 1957 开始进行SCIS课程计划。Karplus &Their1967 探索（Exploration）发明（Invention）发现（Discovery）1967年Karplus &Their出版一本着作，在首先明确提出探索、发明、发现三个阶段（许荣富、杨文金、洪振方，1990），而1970年在SCIS教师手册首次提出学习环这个用语（Lawson, A. E.、Abraham, M.R.& Renner,J.W., 1989）。Karplus &Lawson 197
6、7 探索（Exploration）概念引介（Concept introduction)概念应用(Concept application对于 Karplus & Their 提出的三阶段，很多教师不了解，探索、发明、发现的意涵，于是将三阶段改为探索、概念引介、概念应用（Lawson, A. E,1995） 。Erikson 1979 经验（Experience manoeuvres）发现异例（Anomolymanoeuvres）重整概念（restructing manoeuvres）Nussbaum & 1982 找出学生的另有架构在布鲁纳的教学理念上加入皮亚杰对认知的看法，强调制造认知冲突，透
7、过调适，以形成进一步的概念。Novick 制造概念冲突鼓励认知调适Abraham &Renner 等1983 经验诠释概念深入Smith & Good等1984 预测探索（Exploration）概念引介概念应用(Concept application认知科学和人工智能理论者建议增加预测阶段到学习环作为教学步骤的第一阶段。Lawson 等 1988 探索（Exploration）名词引介（Term introduction)概念应用(Concept application )Lawson 认为 概念是学习者本身建构出来的，无法经由教师引介得来。教师只是在介绍名词而已，因此以将Karplus &
8、Lawson 三阶段中的 名词引介代替概念引介（Lawson, A. E,1995）。Trowbridge & Bybee1990 参与(Engagement)探索(Exploration)解释(Explanation)精致化(Elaboration)评量(Evaluation)BSCS 课程是设计给小学生，具建构性的 5E 学习环教学模式（Trowbridge & Bybee ,1990）Hackett 1991 导入探索（Exploration）发展应用用以指导发现调查和其他的儿童课程。Westhrooks &Rogers1994 解释验证假设设计实验能够加强九年级生的物理课程的过程技能和
9、逻辑思考的能力（引自许顺钦，2003）自己有加有改，那要怎么写引用这些不同阶段的学习环教学模式后来被广泛使用（许顺钦，2003），在运用学习环教学策略时要按其顺序来教学，否则不再是学习环教学策略（Lawson，AbrahamRenner,1989 ），上面我们看到 每个学者都提出不同的学习环阶段，虽然名称不同，但教学流程相似，以下举几个学者所提出的学习环阶段，并简要的说明其内容：一、Karplus & Their的三阶段学习环教学模式，是Karplus所提，他在美国国家科学基金会（National Science Foundation，简称 NSF）支持下，与 一群志同道合的小学科学教师，以布
10、鲁纳的发现教学理论为基础，发展出 一套命名为 学习环（ learning cycle）的三阶段教学步骤，这套模式后来被广泛引用，也被不同专家略作修改或更名，但基本观念不变（钟圣校，1998）。Karplus等人将学习环经过一连串的发展，最后才明确提出探索、发明、发现三阶段的学习环教学法。其后三阶段学习环教学法被多位知名的科教学者修正其内容及更名。学习环教学中，教师所扮演的角色不再是一个知识的传输者，而是一方面倾听和注意学童再探索时进展情形的观察者，一方面也是引导学生注意他们的摸索与重要的科学概念间相互关系的引导者（姚珩，民83）。学习环的三阶段教学模式图如下图 2-1图 2-1 学习环的三阶段
11、教学模式图（姚珩，1994）二、Karplus & Lawson的三阶段对于Karplus & Their提出的三阶段，很多教师不了解，探索、发明、发现的意涵，于是Karplus & Their将三阶段改为探索(Exploration) 、概念引介(Concept Introduction)、概念应用(Concept Application)（Lawson, A. E, 1995） 。指出此三阶段内涵如下如2-2图：（一）探索(Exploration)：1.探 索 (學 生親 自 操 作 ）2.發 明 ； 概 念 引 介（ 概 念 形 成 及 命 名 ）3.發 現 ； 概 念 應 用（ 應 用
12、 概 念 於 新 情境 ）教师要针对想要教导的概念及要培养的科学方法，安排教学情境，提供学生感兴趣的观察事件，引发学生探索；而学生能亲自操作，并在过程中和同学合作、讨论、及交换意见。（二）概念引介(Concept Introduction)：教师要搜集学生的探索经验，加以综合，当学生尝试用自己的话述说某概念时，教师将科学习惯用的术语或名词介绍给学生，协助他们形成更完整的科学概念；而学生在此阶段必须要将探索的结果发表出来，并与同学及老师讨论，从而形成较成熟的科学概念。（三）概念应用 (Concept Application)： 教师在此阶段要陈述一个或多个新情境或提出新问题，让学生应用已学习到的
13、概念，而学生要将发展出来的概念活用于新情境，解答相关问题。图2-2 三段式学习环（引自Barman,1992）三、Lawson 等人的三阶段Lawson，Abraham和Renner （1989）将学习环分为描述型（descriptive） 、经验外展型（empirical-abductive）、假说演绎型（hypothetical-deductive）三种类型，它们之间原始的差异在于学生由纯粹描述的形式搜集资料或用受控形式先建立测试的另有假说，两者间程度上的不同。（一）描述型（descriptive）学生于特定情境中发现和描述某一经验的心智模型（探索），着教师给予新的探索(Explorati
14、on)學 生 與 教 材 及彼 此 之 間 交 互 作 用概念引介(Concept Introduction)對 物 體 或 事 物 命 名概念應用(Concept Application)學生應用知識於新的情境名称（名词引介），然后此心智模式在学生与教师仅描述其观察到的现象（概念应用），并未给予现象的解释，如2-3图。亦即学生只重在回答什么？而不是为什么？。探索（Exploration）新的名词确认名词引介（Term introduction)新的情境概念应用(Concept application )图2-3 描述型学习环（引自黄慧琳，1995）（二）经验外展型（empirical-abd
15、uctive）学生再次于特定情境中发现和描述某一经验的心智模式（探索），进一步产生该心智模式的可能原因（外展），此过程需要运用模拟推理以专换原有语词到新情境中（名词引介），在名词引介过程中，可由教师或学生两者共同参与，学生循着教师的引导，详察在探索阶段搜集的资料与其他已知的现象是否能证实该假说（概念应用）如图2-4。换言之，以描述的形式做观察，但更进一步形成可能原因与初步的测试。特定情境心智模式形成假说探索（Exploration）新的名词检测名词引介（Term introduction)新的情境 概念应用(Concept application )比較探索（發現，描述）概念應用外展（類比，推
16、理）名詞引介探索（發現，描述）概念應用名詞引介特定情境心智模式图2-4 假说演绎型学习环（引自黄慧琳，1995）（三）假说演绎型（hypothetical-deductive）起始于某一因果问题的叙述，学生进而产上假说，并致力于演绎假说的逻辑结果，然后设计实验以测试（探索），经实验结果的分析导致某些假说被拒绝、某些假说被保留，及语词因而被引介进来（名词引介）。最后这些概念及推理模式在新的情境再被应用（概念应用），如图2-5。因果问题叙述形成假说设计实验分析结果探索（Exploration）拒绝假说 接受假说新的名词 名词引介（Term introduction)新的情境概念应用(Concept
17、 application )图2-5 假说演绎型学习环（引自黄慧琳，1995）在运用学习环教学策略时，教师必须先确认预期教导的概念，并确认某些现象包含教导概念基础模式，而Lawson，Abraham和Renner（1989）将三类型学习环使用与准备步骤叙述如表2-2：探索檢驗邏輯推理（演繹）概念應用名詞引介表2-2 学习环使用与准备步骤描述型学习环 经验外展型学习环 假说演绎型学习环探索阶段 学生探索现象并尝试发现和描述此心智模式。教师提出一个描述性、因果关系的问题。学生探索现象，提出因果关系的问题，或由教师提出因果关系的问题。1.学生搜集资料以回答此描述性的问题。2.将回答该描述性的问题的资
18、料展示于黑板上。3.描述性的问题被回答且因果关系的问题被提出。4.另有假说被进一步用来回答因果关系的问题，且学生所搜集的资料已被用来检验最初的试验。1.在班级讨论中，进一步提出假说，以学生分组的方式去推论可能的关系并设计实验，或是以班级讨论的形式完成此一步骤。2.学生进行实验。名词引介 学生报告搜集的资料，并与教师叙述该心智模式，然后教师介绍与该心智模式相关的语词。引介该探索现象与最可能的假设性解释的相关名词。比较分析数据、介绍词语并下结论。概念应用 讨论或探索包含相同概念的现象。讨论或探索包含相同概念的现象。讨论或探索包含相同概念的现象。（引自 Lawson,Abraham和Renner,1
19、989）四、Trowbridge & Bybee 的五阶段Trowbridge & Bybee(1990)在美国BSCS（Biological Science Curriculum Study）以建构主义观点为基础所发展的5E学习环教学模式，其教学阶段包括：参与（ Engagement）、探索（Exploration）、解释（ Explanation）、精致化（Elaboration）、评量（Evaluation ）（Bybee1993；Trowbridge & Bybee ,1990），如图2-6。5E学习环教学模式特色使用时机是针对学童的心理认知能力出发，以 活动引起学习兴趣，并注意避免学
20、童逃避学习。学童以自己建构、解释所学习得新的概念，教师同时引进新名词或做概念澄清，使新概念应用于不同情境或扩展知识。评量是散布于整个教学活动历程中，并非独立学习情境外另加施行的纸笔测验。评量方式可由教师评量学童迷思概念的改变情形、知识的扩展或由学童自评、互评自己与同侪的学习（林晓雯，2001）。图2-5 5E建构式教学模式（引自黄凤琴，2002）評 量 (Evaluation) 精緻化(Elaboration)主 動原 則適 應原 則發 展原 則參與(Engagement) 解釋(Explanation)教材內容教學情境教具媒材教學方法探索(Exploration)10 下一小节会更深入了解5
21、E学习环的内涵。五、Hackett的四阶段Hackett（1991）对国小自然科教学提出导入、探索、发展、应用的四阶段学习环。由于学习环定位可以是大型的，并提供其他延伸学习章节的发展性结构；也可以是小型的，并构筑一种引导发现式探究或其他小学生的课程。换言之， 在较大的循环之内，会有一种自然的循环。学生在导入探究应用中，所发现的新问题又将形成下一次学习循环的契机，而环环相扣，产生更新一波的学习循环（陈惠芬，2000）。Hackett 的四阶段学习环模式见图2-7。图2-7 四阶段学习环模式（Hackett ， 1991）学习环是目前教学常使用的教学模式，从上面可以看到不同的学习环的不同阶段，但仔
22、细去看会发现学习环的内涵很相近，因学习环所涵盖的教学模式具有弹性，可在不同阶段使用不同的学习形式，在发展概念的理解上，每一阶段有一定的结构或形式（Renner, Abraham & Birnie, 1989），而本研究的研究主要对象是国小高年级原住民学生，考虑学生的概念发展阶段及学习环的历史演进选用较后期的5E学习环教学模式，也就是Trowbridge & Bybee(1990) 在美国BSCS的5E 学习环教学模式，而下面研究者就详细介绍5E 学习环。第二節5E学习环的教学策略与研究1980 年代，美国BSCS （ Biological Science CurriculumStudy）以建构主义ExtendApplyInitiateEngageClarifyExplainExploreQuestion
