臺灣海洋大學師資培育中心與教育研究所助理教授 / 簡佑達 撰
臺灣師範大學科學教育研究所與地球科學系暨科學教育中心教授 / 張俊彥 撰
探究與實作評量的內涵與挑戰
「探究（inquiry）」與「實作（practice）」已是當代科學教育改革的重要元素。我國《十二年國民基本教育課程綱要：自然科學領域草案》將「想像創造」、「推理論證」、「批判思辨」、「建立模型」、「觀察與定題」、「計劃與執行」、「分析與發現」、「討論與傳達」列為學生探究能力與表現指標。美國《新世代科學標準（Next Generation Science Standards，NGSS）》亦建議相似的面向來檢核學生的科學實踐表現，包括提問、發展與使用模型、計劃與執行調查、分析與詮釋資料、使用數學與運算思維、建構解釋、從證據進行論證，以及取得、評估與溝通資訊。經濟合作暨發展組織（Organisation for Economic Co-operation and Development，OECD）的國際學生評量計畫（Programme for International Student Assessment，PISA）亦將科學素養定義為形成科學議題、解釋科學現象以及科學舉證的能力。很明顯的，上述指標均強調科學知識的建構「過程」，而這是難以透過傳統紙筆選擇題測驗來評估的。因此，本文期望透過簡介國際評量趨勢與筆者開發的數位平臺，提供科學教師進行探究與實作評量的有效工具。
國際現況
若要評估學生的探究與實作能力，最準確的方法當然是請學生進行科學專題計畫，並考察其定題、設計、執行、分析、詮釋、報告與辯論的表現。然而，當一位科學教師面對眾多的學生以及有限的課堂時間，這個評量方式顯得遙不可及。此時，若有互動式多媒體素材來呈現科學的實驗環境，讓學生以電腦或智慧型手機進行虛擬探究活動，或許能事半功倍。
美國科羅拉多大學波德分校（University of Colorado Boulder）Carl Wieman教授所發起的PhET平臺（https://phet.colorado.edu/zh_TW），即透過互動式動畫來模擬科學實驗，讓學生可使用電腦進行線上探究。以圖1為例，學生可透過拖曳滑鼠的方式，自由設定軌道的形狀、高度與長度，模擬滑板男孩在軌道上滑動的情形，觀察位能、動能與熱能的變化。學生亦可操控滑板男孩的質量以及軌道摩擦力，進一步推論位能、動能、熱能、質量以及摩擦力之間的關聯。
國際大型科學評比逐漸將互動式動畫納為測驗題型，用來評量學生的探究能力。以圖2為例，PISA2015科學測驗（http://www.oecd.org/pisa/test）以「在熱天中奔跑」為主題，要求學生使用動畫調控氣溫、濕度與是否喝水等變因，一但學生按下執行按鈕，動畫將自動產生跑者的脫水量以及中暑與否的模擬報表，讓學生推論與驗證上述各變因之間的關聯。該試題應可評估學生「計劃與執行」、「分析與發現」以及「推理論證」等探究能力。 圖2、PISA2015「在熱天中奔跑」動畫試題；取自
結合互動式動畫的行動評量工具
基於上述的觀察，以及現代師生廣泛使用智慧型手機的趨勢，筆者開發CloudClassRoom（CCR）雲端教室，嘗試將行動裝置轉化為探究與實作的即時評量工具。如圖3所示，一但師生使用智慧型手機、平板、筆記型電腦或一般桌上型電腦連結至CCR網址（http://ccr.tw），不限廠牌與作業系統，亦不需要額外下載或安裝軟體，即可隨時隨地進行匿名或記名的問答活動。這個概念相似於立即反饋系統 （IRS）或是俗稱的「按按按（clickers）」，讓學生透過手機作答，如同參與「百萬大富翁」電視節目，並即時自動統計全班的作答結果，增添科學課堂的互動性與趣味性。
圖3、CCR雲端教室
如圖4所示，以2015年八仙樂園派對粉塵爆炸事故為主題，CCR使用互動式動畫模擬實驗環境，包括點燃的蠟燭、透明塑膠桶、打氣筒、電子秤與未標明名稱的不同粉末。學生可透過手指將粉末拖曳至電子秤，調配粉末重量，再將粉末拖曳至塑膠桶內。當學生按壓打氣筒，即觸發實驗──當粉末重量與塑膠桶容積的比例達至某值，即產生爆炸動畫。本試題提供學生使用各種粉末，並調配粉末重量與容器容積，探索粉末爆炸的可能性。除了用來評估學生對於塵暴原理與爆炸下限的概念理解程度，模擬實驗的過程更可評估其「計劃與執行」、「分析與發現」以及「推理論證」等探究能力。
圖4、CCR「粉塵爆炸」互動式動畫試題
未來趨勢
當代HTML5技術已讓多媒體可跨平臺展出，其互動性更是與日俱增。PhET平臺與PISA國際科學評比也持續使用HTML5來革新科學學習素材與評量試題。CCR更使用行動裝置搭配HTML5互動式動畫，實現隨時隨地進行探究與實作評量之目的。我們已身處科學測驗數位化的時代，隨著軟硬體成本的降低，筆者可以預期未來測驗將會以更「擬真」的多媒體來評估學生的探究與實作能力。例如虛擬實境（Virtual Reality）與擴增實境（Augmented Reality）測驗，已在醫學與軍事這些需要複雜實作能力的領域行之有年。建議科學教師可多嘗試運用數位多媒體來培養與評估學生的探究與實作能力，不但不失為一個有效且便利的方式，亦能幫助學生累積數位化科學測驗的經驗與信心。
