使用電腦模擬來進行科學探究(Pixabay)

 相比以往的課程,現行的課程在科學學習的範疇上較着重發展學生的科學探究知識、技巧和精神。雖然如此,初中科學老師仍不太重視科學探究。

作者﹕何瑞珠 (2016年8月27日於《灼見名家》發表)

初中的科學探究

在2002年,香港課程發展議會重新修訂小一至中三的科學教育學習領域課程,並將科學教育的各主要學習元素劃分成六個學習範疇。相比以往的課程,現行的課程在科學學習的範疇上較着重發展學生的科學探究知識、技巧和精神。雖然如此,初中科學老師仍不太重視科學探究。原因可能是相對初中科學課題內容,科學探究這個部分較沉悶而不易引起學生興趣。亦有可能由於老師並不太懂得如何評核科學探究,學校考試亦極少考核科學探究。現時老師擬定的科學科評測試卷,多集中評核內容知識(content knowledge),很少評核科學過程知識(procedural knowledge)或科學本質(nature of science),亦甚少評核科學過程技能或能力。事實上,初中科學科課程實施至今十多年,老師過往甚少得到這方面支援,教育局亦甚少提供有關的教師專業培訓課程,情況值得關注。

國際上的科學教育愈來愈強調在課堂內進行科學探究,但礙於時間和資源的限制及實驗的安全問題,在香港課堂進行的科學探究大多是簡單的,有既定步驟及預定結果,因此在過程中很難讓學生進行思考及主動參與。資訊科技正好可用來促進科學探究活動。例如,利用數據記錄儀(data logger)收集數據,其好處是學生可迅速地收集到數據,並製成圖表,繼而集中於實驗的觀察及分析所收集的數據,這亦有助提升學生進行科學探究的興趣。然而,很多學校只有兩套數據記錄儀,老師多使用來示範實驗,學生甚少可直接使用。此外,使用數據記錄儀並不太方便,需要一些時間來設定儀器及電腦,而且有不少局限性(如只有溫度、pH等探測器)。

至於使用電腦模擬(simulation)來進行科學探究活動,可讓學生探究一些不可能在現實中觀察到、不能直接操控的現象,例如颶風(規模太大及危險)、化學反應(粒子太小難以觀察)、地震(太快、突如其來)、植物的生長(太慢)等。因此使用電腦模擬來進行科學探究在促進科學教育上是值得推廣的方法,可惜香港仍未有全面發展。筆者於2015年在馬來西亞一個名為「Sixth International Conference on Science and Mathematics Education」的科學及數學教育會議上,發現東南亞社會已有不少國家積極採用各類資訊科技來促進學生學習科學、科技、工程、數學(STEM)及改善學生的高階思維(High Order Thinking, HOT)。

PISA 2015 利用電腦模擬評核科學探究能力

PISA 2015的評估內容及過程全面實現電子化,其主要考核範疇是科學科。OECD 在這屆 PISA 為科學科擬定了不少新的電腦化評估(CBA)題目,其中有些涉及互動(interactive),而學生回答這些題目時需利用電腦模擬來進行科學探究。這些題目通常渉及操控一些變項,及了解這變項對探究重點內容的影響。這些涉及互動的新題目對這個數碼世代的學生來說更有趣味,更重要的是它可用來評核學生的科學探究能力,這是在今天的香港文憑試(HKDSE)極少觸及的評核內容。

PISA 2015預試的樣本試題,已上載於 OECD/PISA 的網頁。 當中涉及互動的題目,學生除了需閱讀題目內容及介紹外,還需利用模擬來進行科學探究,從而以找出答案。學生能力國際評估計劃香港中心第25二十五期的通訊對此有更詳盡的分析。

電子學習支援科學科學習

在這個資訊和通訊技術(ICT)蓬勃發展的時代,政府投放不少資源推行資訊科技教育。自1998年起已推出四個資訊科技教育策略,第一個策略(1998至2003)及第二個策略(2004至2007)着重於配備足夠的基礎設施、教師的專業培訓及提供電子學習資源;第三個策略(2008至2014)開始着重於資訊科技的使用方面,期望學校將資訊科技融入學與教以提升學習成果;第四個策略(2015年開始)再進一步把核心推至學生的學習,希望透過發揮資訊科技的潛能,提升學與教的互動經驗,促進學生的自主學習、同儕學習。然而,羅陸慧英教授及其團隊在最近的研究中發現,香港學校推行的電子學習方式並未能提升學生在電子學習任務方面的表現,亦未能因應學科的本質有效地將資訊科技用於課堂教學中。

雖然近年政府已大力推動電子學習,例如2011-2014年推行電子學習試驗計劃,期望透過電子學習促進傳統教學模式的範式轉移,令課堂學習的學習模式由教師為中心轉變為以學生為中心及增強互動元素。然而,這個電子學習試驗計劃只涉及18間中學,當中只有一個計劃涉及初中科學科。對於全港接近500間中學來說,絕大部分的學校仍未獲得這方面的支援。而且大部分電子學習仍處於起步階段,例如時下一般「反轉課堂」,根本不能達到提升探究能力的成效,因為它未能觸及特定學科的高階思維,對科學探究的學習成效難有深入影響。

自2014年9月開始,為期三年的電子學習支援科學科自主學習計劃(此計劃由香港大學教育學院教育應用資訊科技發展研究中心羅陸慧英教授領導的專業團隊,負責向學校提供校本專業支援服務。)開始實施,當中一個支援重點是以電子學習支援科學探究的學生學習。令人憂慮的是,該計劃迄今亦只有22間中學受惠,成功經驗仍有待探討。2016年施政報告剛發表,其中一項(第190項)提到「政府將繼續為公營中小學建立無線網絡校園及購置流動電腦裝置提供財政支援」,這些措施是否有助電子學習進一步在全港推行,必須由學科專家、ICT 學者及前線教育工作者共同探索。

參考資料:

《第一個資訊科技教育策略:與時並進善用資訊科技學習五年策略 1998/99 至 2002/03》
《第二個資訊科技教育策略:「善用資訊新科技 開拓教學新世紀 」》
《第三個資訊科技教育策略:適時適用科技 學教效能兼備》
《第四個資訊科技教育策略:諮詢文件》
“Law, N., Yuen, J., & Lee, Y. (2015). E-Learning Pedagogy and School Leadership Practices to Improve HK students: Computer and Information Literacy Findings from ICILS 2013 and beyond. CITE, Faculty of Education, HKU.”

原文出處:學生能力國際評估計劃──香港中心(HK Centre for International Student Assessment)

HKPISA通訊 第25期 2016年6月

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