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虛擬實驗玩科學 數位自學樣樣行

豐原區翁子國小楊宗榮主任 03/08/2022 646 點閱

科技導入的自主學習

  孩子們與生俱來就對世界充滿好奇心,在這個動力驅使下,開始探索周遭的知識。因此,「自發」成為12年國教課綱中最基礎的出發點。近幾年數位科技大幅進步,網路及行動載具已成為居家必備的學習工具,學生很早就會利用google平台搜尋資料或觀看youtube來獲得資訊。不過,這些未經思考整理的資料很難形成有體系的概念,需要老師加以引導,幫助學生有脈絡的學習。有學者提出「科技輔助自主學習」的概念,利用「學生自學」、「組內共學」、「組間互學」、「教師導學」四個階段,運用數位平台討論困難的概念,形成共識,達到「有效率」的學習。

自然領域的數位學習

  自然領域的學習表現主要由「知識概念」、「思考與探究」、「科學態度」三個面向組合而成,從「自主學習」的觀點來看,除了科學知識的架構外,重點還是在於「探究過程」。因為學科的特殊性,所以在自然領域的自主學習應該包含「學生自學」、「問題導入」、「實驗驗證」、「組間討論」、「教師導學」、「診斷評量」等六個階段:

(一)學生自學

  教師分配數位任務,讓學生利用科學教學影片、課本等工具先預習,摘錄學習重點,形成初始概念。例如:教師可利用教育部「因材網」平台發布「影片學習任務」,學生透過影片掌握初步的科學知識。

學生觀看因材網影片(圖片1)
學生觀看因材網影片
學生完成自學筆記(圖片2)
學生完成自學筆記

(二)問題導入

  引導學生對迷思概念提出主要問題,例如:「要怎麼增加電磁鐵的磁力呢?」再分拆成幾個研究問題,例如:「增加線圈數量會增加磁力嗎?」、「增加串聯的電池數量會增加磁力嗎?」等。

(三)實驗驗證

  學生根據研究問題來設計實驗,操作器材進行實驗,以行動載具拍照、錄影等方法紀錄觀察重點,上傳到數位平台,例如:「因材網」、「google classroom」等。對於抽象概念,則可操作數位軟體來驗證。例如,學生對星體運行的規律很難理解,就可操作星空軟體(Stellarium)來幫助了解星體間的相互關係。

投放實驗數據來討論
投放實驗數據來討論

(四)組間討論

  各組利用「投放」功能或數位平台的「討論區」,將實驗紀錄或觀察證據呈現在大螢幕上,說明實驗過程及結論,其他組可提問,報告組成員則運用自學概念或實驗數據進行解釋,澄清迷思概念。例如:有組別進行「串聯多顆電池會增加電磁鐵磁力嗎?」的實驗時,結果出現吸起的迴紋針數量均一致的情形,經過反思並與其他組別的數據相比對,發現是電線接觸不良所造成。

(五)教師導學

  經過組間討論後,教師較能發現學生的學習難點,可適時採用證據,或利用數位工具幫助孩子澄清迷思。例如學生搞不懂「電磁鐵可以改變N、S極」這個概念,教師可用實物投影功能示範「電流方向改變,使電磁鐵的磁極改變的實驗」,或是利用PhET平台進行電流方向改變的模擬實驗,把抽象的概念變得具體化。

(六)診斷評量

  為了瞭解學生的學習狀況,教師能利用「數位診斷工具」讓學生進行短時間的測驗,測驗結果能被記錄下來。學生自己可了解本身的程度,教師也能當作調整教學的參考。例如:教師可發布「因材網」的診斷測驗、kahoot即時測驗、google classroom線上問題等。

基於探究的數位工具

  數位科技讓教師可以將細微的實驗放大到整個螢幕,也能將抽象化的概念具現化出來,讓學生跟老師達到同步理解的狀態,以下分為:「數位投放功能」、「數位學習平台」、「PhET模擬實驗平台」、「google試算表」、 「數位軟體」等來介紹自然領域常使用到的數位教學工具。

(一)數位投放功能

  前瞻基礎建設計畫補助中小學建置「數位教室」,目前學校大都有「智慧電視」及教室內「無線網路環境」,能夠支援行動載具投放到螢幕上的功能。學生可以各自在平板電腦上進行紀錄,立即投放到電視上跟全班共享。例如:以往使用顯微鏡只有單個學生可以觀察到黴菌,現在利用平板電腦+手機顯微鏡,就能同步呈現不同學生看到的黴菌構造。

(二)數位學習平台

  數位學習平台有許多種,筆者以教育部開發的「因材網」為例,介紹適合自然科教學的功能。因材網上的教學影片是以97課程綱要的能力指標來製作,每支影片約5-10分鐘,搭配2題練習題,依照各版本及單元歸類,教師及學生可用OPEN ID登入平台。教師端可發布影片學習任務,隨時能查詢各個學生的完成度,還能從影片的瀏覽紀錄中發現學生看不懂的知識點,作為教學的參考。學生端可進入觀看影片,製作學習筆記,之後可和實際實驗操作相互驗證,增加學習的效率。

(三) PhET模擬實驗平台

  PhET提供科學與數學的互動式模擬教材,學生可隨時改變線上的實驗變因,得到立即性的模擬實驗結果,進行數位探究。例如:電池與電路對中年級學生來說,有操作及理解雙重困難,接好電路後應該會亮的燈泡卻不會亮,有可能是電線沒有連接好所造成,為了避免操作失誤帶來的影響,可用PhET上的「電路組裝套件:直流電」教材讓學生進行數位模擬,了解電流移動方向及電路概念,為六年級「電流磁效應」概念打好基礎。

PhET模擬電流通過燈泡的情形(圖片3)
PhET模擬電流通過燈泡的情形

(四) google試算表

  自然領域相當重視圖表的判讀,尤其是將實驗記錄轉換成圖表的能力。google試算表可進行同步編輯,學生可用各自的行動載具登錄實驗數據,教師只要預先設定好函式,就能彙整數據輸出成長條圖或折線圖,學生能立即看到實驗結果,用來作為結論的佐證。

各組上傳的水質檢測數據製作統計圖(圖片4)
各組上傳的水質檢測數據製作統計圖

(五)數位軟體

  Stellarium星空軟體能模擬天空中的恆星、行星及衛星,拖動時間軸則能看到其運行的軌跡,將抽象的天體運行概念,用很直觀的方式讓學生看到。

quiver模擬鸚鵡飛行
quiver模擬鸚鵡飛行

  Quiver是一款3D擴增實境的模擬遊戲,教師可以到Quiver的網站下載有關科學的圖案卡,學生則在平板電腦上安裝Quiver的APP,利用鏡頭掃描圖案卡,螢幕上就會出現立體的動物,可以從不同視角觀察牠。例如:用手機掃描金剛鸚鵡的圖案卡,螢幕就會出現彩色的鸚鵡,點選牠,就會飛翔,移動手機到不同角度,可以觀察牠飛行的各種姿態,很適合用在「動物構造與運動」的教學活動中。

診斷式數位評量工具

(一)因材網診斷功能

  教育部的「因材網」具有學習診斷的功能,教師可以發布「測驗」,學生進行線上填答,系統會回報師生測驗結果。此外,教師還可以發布「縱貫性測驗」,如果上位科學概念不會,系統會自動派送前一個概念題目,直到答對為止,這種測驗結果能讓教師知道學生的程度。例如:教師發布高年級「電流磁效應」的題目,學生答錯,接著系統再測中年級「電流」的題目,學生也答錯,代表教師必須先幫學生建構「電流」概念。

(二) Kahoot!限時問答遊戲

  Kahoot!是一款互動式問答測驗,教師預先將題目及答案建置在Kahoot!平台上,測驗前啟動題目,產生教室代碼,學生只需連到Kahoot!網址並輸入教室代碼及暱稱,就能和全班同學同時答題,每次答題後都會出現各選項答題人數,如果錯誤率太高,教師可即時澄清學生的迷思概念。目前教科書出版社大都有建置對應課本的Kahoot!測驗卷,教師可在教學活動結束進行即時線上測驗。

利用平板電腦回答Kahoot颱風題目(圖片5)
利用平板電腦回答Kahoot颱風題目

(三) Coggle線上心智圖

  實驗紀錄和筆記有助師生瞭解科學概念建構的情形,不過紙筆紀錄較花時間,也不易分享。當學生進行自學的時候,可以採用Coggle線上心智圖整理科學概念,再輸出成JPG圖檔,如果要補充,也可以隨時修改。

用coggle繪製「天氣的變化」心智圖(圖片6)
用coggle繪製「天氣的變化」心智圖

數位讓學習更有效率

  有些自然科的抽象概念不易理解,經常造成教與學的困難,可以用數位工具來模擬真實世界,建置科學心智模型,之後再操作實驗,學生較能理解科學概念。此外,科學強調紀錄、證據、思考、解釋,運用數位科技實現協作式學習,線上統整各組數據並進行即時分析,以無線投放方式呈現觀察證據,讓學生更容易抓住報告重點,進行有效的論證反思。學習後立即測驗能幫助師生了解教學成效,運用數位工具來評量能有效節省時間,達到精準教學的效果。

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