「現在我們去路上問別人數學好不好，很多人會說自己數學很爛！」臺南大學教育學系林素微教授笑著說。

聽起來似乎如此，數學簡直像是臺灣人──尤其是學生的集體痛點。

但有趣的是，根據中華民國教育部發布國際數學與科學教育成就趨勢調查（Trends in International Mathematics and Science Study ，簡稱TIMSS）的數據，可以看見臺灣學生的「數學和科學整體成就表現均顯著優於國際平均水準」。

顯然，事情沒那麼簡單。

為了解決幾何思考方式的問題，林素微研發新式教材和教學方式。
攝影／張傑凱

「臺灣學生的數學不差，真正卡關的人只集中在少數族群。數學強的超強，討厭數學的人數也是世界前段班。」林素微表示，正是因為這樣的學習落差，讓不少學生對數學提不起興趣。

為了協助那些在學習上遇到瓶頸的學生，教育部在2006年推出「攜手計畫」，讓課後輔導更有彈性，幫大家補強弱點。到了2015年，林素微再看TIMSS數據，發現臺灣學生的整體表現更亮眼了。但當她細看各項細節，卻注意到四年級學生的幾何表現還是相對薄弱。這也讓她開始投入兩大方向的研究：怎麼幫助低成就學生？又該如何提升國小中年級學生的幾何認知？

為什麼小學四年級的幾何特別難？

林素微指出，四年級正好是幾何學習難度提升的轉折點：「三年級以前的幾何多半圍繞特定的基本圖形認識，到了四年級，開始正式進入定義、性質與抽象概念的學習。」比如「平行」、「對稱」、「角度關係」等等新概念，需要孩子能夠進行抽象思考，而不少學生便在這個階段感到吃力。

數學圖形的學習隨著不同階段逐步提升難度和抽象化，從辨識簡單圖形到具體操作，逐步過渡到理解圖形的抽象性質、公式的推導與應用，並擴展到立體空間的概念，以及圖形變換的影響。而四年級的幾何學習針對平面圖形的定義、基本性質的認識、角度概念的引入以及面積與周長公式的理解和應用，對於一些孩子來說，難度陡然上升。
圖表繪製／張力予

除了抽象程度提升讓一些孩子跟不上之外，對低成就學生來說，此時數學學習的劣勢更是一道難關。「這些孩子通常比較容易分心，學習動機也低，很多時候得花比別人多好幾倍的時間。我們也發現，他們對數學的信心、控制感跟行為意圖普遍比較弱，這些心理因素其實影響很大。」

低成就學生的問題，不只是學習挫折，而是整個學習過程從一開始就不太順利。傳統教學常預設所有學生都能跟上一樣的步調，這對他們來說其實蠻吃力的。林素微希望幫助學生把這些抽象內容，先轉成具體經驗來操作，慢慢引導他們進入抽象思考。

理解教學＋認知本位＝學習系統

為了打破這個困境，林素微從學生的學習特性與幾何本身的難點出發，重新設計教學內容。她與其團隊研發了「數位化認知取向的數學低成就學生幾何學習與診斷評量系統」。

他們依照學生的「理解順序」去設計學習路徑。林素微解釋道：「簡單來說，先讓學生做得到，再讓他們看得懂，最後才去算出來。比如學三角形的邊長關係，會先讓學生實際拿線段去拼，拼出哪些邊可以湊成三角形，然後才慢慢加進數字，最後才練習純計算的題目。」

林素微表示，這套「系統」結合了「理解教學」（Teaching for Robust Understanding，TRU）和「認知本位評量」（Cognition-Based Assessment）概念。不再一味灌輸知識，而是一步步跟著學生的思考邏輯走，幫助學生在每一個理解環節都能站穩腳步。

系統內建超過三百題針對幾何核心概念的診斷題庫，幫助老師持續追蹤學生每個小步驟的學習狀況，隨時進行調整與補強。林素微強調：「動畫可以幫助學生看懂概念的變化，圖像呈現也能減輕理解負擔。數位化讓這套系統更有彈性，對容易分心的孩子來說，這些設計更能吸引注意。」

在題庫的研發過程中，林素微與其團隊還特別導入了 PDCA 理論──計劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）、行動（Action）這四個步驟──該理論的重點在於，當計劃擬定之後，即是循環的開始，而後續的每個步驟皆緊密相扣、互相制衡。「我們不是做一次就結束，而是不斷反覆檢查哪些題目能真正看出學生的認知困難，哪些還要修改。每經過一輪修正，診斷工具的精準度就更好一點，老師後續才能對症下藥。」

最重要的是，實證研究結果顯示，使用這套系統的低成就學生，在幾何成績統計平均顯著進步，而對照組部分學生甚至出現退步。

「一定有些成功經驗可以複製，那我們為什麼不這樣做呢？」林素微鼓勵大家一起坐下來討論、共思可行方案。
攝影／張傑凱

數學好不好，環境很重要！

不過，林素微很快發現，單靠教材和系統設計，還不足以解開低成就學生的數學困局。林素微與其研究團隊特別採用了計畫行為理論（TPB）分析學生的學習動機。這個理論強調，學生的學習意圖往往受到他們對數學的觀感與整體學習環境的長期影響。

「簡單來說，有些學生一開始心裡就不相信自己能學好數學，加上周遭又缺乏鼓勵，學習意圖自然也就更低。」林素微表示，影響學生學習的不只是課堂裡的教材設計，還有日常中那些看不見的社會心理因素。

更讓她警覺的是，隨著年級升高，學生對數學的投入反而持續下滑。她與團隊比較研究發現，七、八年級學生在數學行為與表現上，普遍低於國小五、六年級。林素微解釋說：「這個數據其實反映了學生不是能力突然下降，而是他們在中途漸漸選擇放棄了。尤其原本學習就吃力的學生而言，面對越來越難的課程內容，很容易出現『乾脆不碰了』的心態。」

疫情後，這種落差又被進一步拉大。「需要老師盯著才會讀的學生，遠距教學期間幾乎直接脫隊。」林素微觀察到那些原本就能自學的學生，在疫情期間越學越順，但反觀學習數學挫折的學生，跟不上的人卻越來越掉隊。

「真正能放大教材成效的，仍是教學現場的整體環境。」林素微肅容說：「當教師在課堂中結合數位教材進行引導與補充，學生的理解效果遠比單靠自己操作更為穩固。但學生的學習意圖，往往取決於他們內心對數學的看法、對自身學習能力的信心、以及是否感受到支持性氛圍。對低成就學生來說，這些社會心理因素的高低起伏，連帶會影響學習意圖與實際投入行為。」

數學學習成效不佳是由多方面因素組成。
圖表製作／Napkin

教學現場的任務，不僅是傳授內容，更是在課堂中創造出安全、可討論、可嘗試的學習空間。林素微呼籲，盼第一線的老師能夠更早、更積極的介入學習現場，協助建立「不一樣」的環境，例如有效分組，營造出正面氛圍的環境，讓學生在討論與互動中逐漸累積數學自信，避免在早期挫折後快速失去動力。對許多低成就學生而言，缺乏的往往不是解題技巧，而是「可以再試一次」的那份心理安全感。

在研究過程中，林素微也觀察到一群被稱為「韌性學生」的特例──這些來自社經條件較弱的孩子，卻能夠持續維持良好表現。關鍵在於，他們懂得主動創造正向學習經驗，讓成就感逐步累積，形成穩定的學習動力。然而，韌性學生的支持系統來自哪裡？要如何轉化這些個案經驗為多數學生可以學習的參考？便是林素微接下來關注的主題。

採訪撰文／李佳芳
攝影／張傑凱
編輯／張傑凱

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請看以下這段影片。我們將燒瓶中的水加熱到沸點，然後塞住瓶口，倒置燒瓶，再拿一袋冰塊放在燒瓶的上面。您認為冰塊放上去之後，燒瓶裡面會發生什麼事？

此前我們將燒瓶中的水加熱到沸點，然後塞住瓶口，倒置燒瓶，再拿一袋冰塊放在燒瓶的上面，接下來會發生什麼事呢？
（影片授權／國教院課程中心吳文龍博士）

正如影片所見，瓶中的水冒出氣泡了！這些氣泡是從哪裡來的？它跟燒瓶上面的冰塊有什麼關係？

其實瓶中的氣泡就是沸騰的水蒸氣。冰塊凝結瓶中的水汽，減少瓶內的空氣，氣壓降低，沸點也跟著降低，於是瓶中的熱水就沸騰了。要讓熱水沸騰，方法不是只有加熱而已！

不過「放冰的東西上去會讓熱水沸騰」實在太反直覺了。我們幾乎都有「沸騰=加熱」這種刻板印象，而且生活中要讓液體沸騰的方法通常也都只有加熱。所以大多數人看到影片之後，都難以想到瓶中的熱水沸騰會和壓力有關。

網路上的網友，以及參加國立臺灣師範大學科學教育研究所邱美虹教授測試的高中生也是這樣，他們在聽到科學解說之前，通常並不會把影片中的現象，解釋成瓶中氣壓降低造成的沸騰，邱美虹笑說：「非常有趣！大家第一個反應是『這影片作假』！」

這瓶熱水怎麼了？

「不過這都是在概念改變之前的常見反應。」邱美虹提到：「當科學現象違反了我們的直覺，使得既有的科學理論框架無法解釋現象，於是大腦為了整合既有的知識和詭異的現實，便會找出各式各樣的外部理由，試圖在不改變概念的狀況下說服自己。」

壓力和溫度都是國中教過的概念，學生在看完文字解說之後，比較能夠將沸騰的現象跟之前學到的概念連接起來，明白自己沒有注意到瓶中的水將會沸騰，只是因為過去的迷思而有額外的驚奇。

「當學生在理解其中的原理後，便會產生『概念改變』，之後不僅能夠正確解釋這個實驗的過程和原理，而且在實驗結束之後的訪談中，都能清楚瞭解自己一開始的迷思是怎麼回事。」邱美虹進一步說道：「最有趣的是，這些受測的學生，在觀看實驗影片以及之後的解說影片時，除露出驚訝的微表情外，大部分會露出負面的微表情，而這些負面的表情並不意味著學生就是不懂，反而這些出現負面表情的學生，大都有比較高的比例是會進行概念改變的。」

微表情（Micro Facial Expression）是一種稍縱即逝的臉部表情，是在人們產生特定情緒的時候，下意識所表現出來的表情，通常只維持幾分之一秒。整理出人類基礎微表情的保羅·艾克曼（Paul Ekman）從1970年代以來的研究，把臉部微表情分成：快樂（happy）、悲傷（sad）、生氣（angry）、驚訝（surprised）、害怕（scared）、厭惡（disgusted）、鄙視（contempt）、中性（neutral）這八種基本模式。

微表情幾乎完全不受人們自主控制，所以有些心理學家，就試圖用它來判斷受測者有沒有說謊，艾克曼的研究應用範圍很廣，美國FBI等組織也以他的理論和工具來辦案，也就是俗稱的「測謊」。

不過，這種下意識的表情改變只能拿來測謊嗎？能不能用來判斷其他事情呢？

舉例來說，我們在學習新概念的時候，是不是經常會有納悶、懷疑的感覺？這種時候我們也會下意識做出表情嗎？這些微表情有共通性嗎？如果有的話，是不是可以藉由偵測微表情的變化，在教學現場就能夠即時預測學生的學習狀況並適時提供輔助學習的教學策略？

這便是邱美虹的研究目標，她說：「我希望用新興科技找到學生在學習科學知識時的難點，改善科學學習時的困境。而其中的一步，就是用辨識微表情的AI系統，找出學生面對非預期的科學現象和多重表徵的解釋所出現的某些特定微表情時所代表的意義，以瞭解學生面對這些情況時的反應與效益，以便設計有意義的學習和教學策略。」

邱美虹試圖解決教學現場上最即時、也是最重要的問題：學生到底懂不懂？
攝影／汪正翔

POEVC教學策略

當人們原本知道的科學理論和背後的機制，無法解釋眼前的新現象時，就會陷入「概念衝突」的處境。這時候會出現許多不同的反應：例如我們可能會當成沒看到這個現象、或刻意不去討論、也可能認為眼前的現象造假、進而編出新的理由將現象合理化等等，而這個過程，便是俗稱的「迷思」。但除此之外，有些人可能會懷疑自己，甚而重新檢討自己原先的認識是否不合理，進而開始修正，也就產生了「概念改變」。邱美虹徐徐說道：「概念改變有兩種，一種是同化，將新知識納入既有的知識架構中；一種是調適，是以新知識取代既有的知識。真正的『概念改變』並不容易發生，相關研究指出，人們必須瞭解新概念和原有概念的差異，並且面對科學現象時，知道原有的概念無法順利解釋，而新的概念解釋力更強大且更合理，這樣才會願意真正放棄舊概念，轉向接納新概念，之後將新概念運用來理解或解釋其他科學現象。」

可想而知，這樣的「概念改變」當然是科學教育最想要的目標。但我們要如何知道「概念改變」有沒有發生呢？

我們之前提過，概念改變的必要條件，就是當事人理解到原有概念無法解釋眼前現象，然後學到一套新概念，瞭解新舊概念的差異，接著更新舊概念，合理解釋全新的現象。

邱美虹團隊將這套促進「概念改變」的教學策略整理為「POEVC」，也就是「預測 （P, Predict）」、「觀察 （O, Observe）」、「解釋（E, Explain）」、「視覺化（V, Visualize）」、「比較 （C, Compare）」。

她進一步解釋，POEVC 之中的 POE 源自於1992年由White和 Gunstone所提出的「預測」、「觀察」與「解釋」概念。前三個步驟是要提取既有的知識去對觀察的現象進行觀察與解釋，之後「視覺化」與「比較」為新增的程序，目的在增強並支援學習者對科學現象的理解，以電腦動畫呈現微觀世界的運作機制，讓學生比較新舊概念之間的異同，提供學生自我反思和進行有意義的概念重建之機會。

簡單而言，邱美虹說：「『預測』指的是要求學生對他們所見到的科學示範實驗預測其實驗結果；『觀察』為讓學生觀察科學現象；『解釋』則是讓學生嘗試提出可以解釋科學示範實驗之結果的理由或推論；『視覺化』主要是將科學教育中難以理解的科學現象以動畫等方式視覺化，讓學生能夠更容易理解科學示範實驗的微觀科學解釋；『比較』則是讓學生將他們在教學前所持有的先前概念與教學中吸收到的新概念做比較，提供學習者們一個更深入理解教學內容與自我建構知識的機會。」

藉由微表情，便能夠在學習的過程中，顯示學生是否經歷「預測失準」，以及學生是否能夠「比較新舊概念」。本圖為示意圖，非當事人。
製圖／張力予

POEVC模型、概念改變與微表情之間的關係

目前已經有科技公司製作出能夠辨別這八種表情模式的AI系統，而邱美虹團隊便利用這套軟體，研究能夠順利產生概念改變的學生，從「預測」到「比較」的過程中，是不是在某些環節會出現特定的微表情反應？

利用統計上的決策樹方法分析，結果發現，受測學生在觀看實驗影片的時候，果然大部分都出現了「驚訝」或「負向」的微表情；並且在看完解說動畫之後出現「負向」的微表情是概念改變與否的重要指標。

「因為影片與學生的預期不同，其中有些人可能覺得不可思議，所以露出驚訝的表情；也有些人可能難以接受，所以露出負向的表情。這些人都明白自己既有的理論框架無法解釋眼前的現象。」

邱美虹提到，之後，受測者若在看完解說影片接受了新概念，獲得一個能夠成功解釋的框架，大都就不再產生「驚訝」或「負向」的情緒。

反倒是另一部分從頭到尾表情一直保持「中性」，或在看完三次解說之後依然出現驚訝或負向表情的學生，大部分都不能正確解釋影片中的現象究竟如何發生，也就是沒有順利的進行「概念改變」。

不過，邱美虹特別強調：「許多第一線教師經常認為自己做的實驗必須贏得滿堂彩，才算是成功的教學；或者一看到學生皺眉頭，表現出困惑的態度，就擔心學生沒有理解；但研究顯示，單看驚訝表情是不夠的，負向表情可能才是開始學習的契機。」這個研究的結果推翻一般教師認為學生看到實驗很驚訝或很開心時，就代表學習發生的看法。

如果藉由「微表情」的辨識，讓教師得以清楚掌握學生當下的內隱情緒，進一步隨時調整教學提供鷹架，便可讓學生從之前已知的知識，連結到眼前的現象或是教學的目標內容，就會在之後帶來科學教育中最重要的「概念改變」。

邱美虹團隊的這項研究目前已漸成熟，研究取向具備大量潛力，尤其這幾年遠端教學和錄影教學越來越普及，掃描物件與人臉的演算法也越來越成熟。如果能夠有更多實證，找出我們在面對新觀念或概念改變時的關鍵點，反應出哪些表情或情緒，進而調整適合的教學引導方法，相信能夠突破更多學習中的障礙。

藉由新科技辨識「微表情」，邱美虹相信能夠突破更多科學學習中的許多障礙。
攝影／汪正翔

採訪撰文／劉維人
攝影／汪正翔
編輯／張傑凱

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「為什麼不是用協調的？要玩的可以說或者問問對方還要多久？」（小布，9歲）

「難道他都沒想到別的方法，只能計時器嗎？想玩的抽籤也可以呀！」（蓁蓁，6歲）

「計時器沒有辦法讓人分享，計時器是拿來強迫別人的工具，人會拿計時器來警告別人。小孩沒辦法分享的原因可能是玩的不夠，盪鞦韆太少了，應該是要多蓋盪鞦韆。」（瀚瀚，10歲）

「小孩不是霸佔鞦韆，而只是想玩久一點。就像大人在玩手機的時候，如果你的老婆也想用，那個大人就會說我再玩一下下。不公平！大人為什麼就不用被計時器規定！ 但如果大人願意被規定，也不能規定小孩，因為小孩被規定的事太多了，而且要做計時器的事也沒有事先跟小孩討論。」（春尋，9歲）

……等等眾多發言，都看得到小朋友心中童言童語，十分逗趣的觀想方式，網友們也紛紛分享。

而這一百位平均八歲的孩童，除了可愛逗趣之外，其中透露的創意和巧思，更令大人們大開眼界，小朋友並非一無所知，他們其實已有自己看待事情的思考方式，並能提出讓大人反思的純真想法。

高雄醫學大學人文與藝術教育中心洪瑞兒特聘教授，長期在教育體制中探索，研究臺灣各年齡層科技素養、參與情形及學習成效，並從教學現場中透過更有效能的教學方式，試圖激發學生的科學學習興趣，發現以「批判式探究教學」（Critique-driven Inquiry, CDI）方式，鼓勵學生養成深入思考與主動探究的能力，她認為：「小學的科學自我效能比國中高，因為還沒有被體制框架侷限住，社會化與環境壓力影響較小，可塑性、好奇心、探索欲、創造力都更活絡。」

洪瑞兒曾在教育場域的第一線教學多年，又四處走訪偏鄉與離島進行科學教育研究，推動「批判式探究教學」。
照片來源／洪瑞兒提供

研究顯示，學生的科學興趣從九歲之後一路下滑，直到高中才回攀。洪瑞兒說：「九歲是學習科學的黃金時期，若這時受到適性的啟發與培育，可以持續維持科學學習興趣、科學好奇心和創造力，之後比較不會受體制所限制，在科學學習表現受挫，可避免出現我們研究中所看到的科學興趣一路下滑。」

這個發現也符合國際學者的理論，九歲開始培養，日後批判思考與探究能力都能持續維持，較不會因內在興趣、外在環境等因素而消失。關鍵原因在於認知能力的發展，九歲恰好處於從具體運思期逐漸轉換至形式運思期的階段，對事物的理解開始跨越具體的表象，逐漸具備抽象思考能力。

科學興趣影響成人的思考與理解力

進入青春期的國中生除了面臨生理轉變，心理層面的發展也滿布荊棘。在尋找自我認同時，可能感到自卑、自我懷疑，又必須融入群體結交同儕。

升學壓力、家長和教師的約束要求、處處在比較中成長，這些都會降低學習興趣與批判能力。洪瑞兒感慨道：「愛發言的同學會被所有人惡意攻訐。國中生最怕的就是被同學笑，所以表達能力會受限，怕被排斥而不敢提出自己的看法。」

因此洪瑞兒團隊透過約定每個人都要輪流發言，避免同儕排擠或閒話，慢慢把學生的表達與解釋能力帶起來。她也強調國中小和50歲以上成人，是培養批判思考與探究能力關鍵年齡層：「公民素養是國家競爭力來源，尤其是四十歲以上的公民在社會上最有影響力，參與很多社會國家重要決策，如果他們有錯誤認知，會造成很大的危機。況且他們還很健康很活躍，所以需要有探究和批判思考能力，才不會做出錯誤的判斷和決策。」

「批判式探究教學」就像教導如何騎單車一樣，只要學會了就熟能生巧。若能在學校打好基礎，在成人出社會之後，便能運用批判思考與探究能力，持續關注各種科學、科技素養或公民議題，保持在專業領域與社會生活中的創造力。」

就像學會騎單車一樣，只要學會了「批判式探究教學」，就能熟能生巧。
圖片來源／pexels

由國際學生能力評量計畫（PISA）於2015年發現，臺灣學生在科學素養表現中「評量及設計科學探究能力」及「解讀科學數據舉證科學證據能力」都有待加強。洪瑞兒指出傳統教學以教師為主體，從上對下傳授知識、學生只是被動吸收的客體，狠背暗記的學習方式並不利於培養彈性思考和活用知識。尤其如今網路時代，可隨時獲取龐大的資訊，所以資訊判讀才是關鍵能力。

「有時候老師教得越多，學生學得越少，因為學習的責任都在教師身上。」洪瑞兒強調在大量資訊充斥的時代中判定哪些資訊真確可信、哪些資訊充足完備有無闕漏?才能具備新時代的競爭力。

批判式探究教學以提升批判思考與探究能力為主要目標，再加上師生教學的合作、溝通表達能力的訓練、科學興趣和態度的培養等等。洪瑞兒認為，給學生機會從教室中的客人成為主動者，讓學生自己尋找方法與答案，才能提升學習者探究與批判思考能力。

批判式探究教學實作與效益

洪瑞兒指出批判性思考（critical thinking）指兼用歸納與演繹能力進行判斷，有時候也會以『有效思考』指稱。

實際上該如何進行呢？洪瑞兒舉「紙花開了」的實驗為例，說明批判式探究教學的九個歷程。實驗利用毛細現象的原理，讓紙花在水上綻放。九個階段分別如下：

（一）分組提出研究主題，不能重複，例如做最大的紙花、開最快的紙花、多層次綻放等。
（二）小組提出初步計畫，例如紙花材質或摺法。
（三）小組內批判，討論製作方法是否可行，得出初步結論。
（四）小組初次修正研究設計。
（五）各組演示主題計畫，進行跨組別的批判。
（六）小組再次修改研究計畫，設計更精密的實驗。
（七）至少進行三次探究實驗，測試、蒐集、分析資料，以此為根據提出結論。
（八）各組演示計畫成果，進行最後的跨組批判。
（九）各組完成計畫，得出最後結論。

靈活運用批判式探究教學的九個歷程，讓學生在課堂上轉為主動學習的一方。
圖表繪製／李昀

洪瑞兒在國小與國中實施批判式探究教學介入。其中總能力最高的是國中組，因其年齡較長、認知發展較為成熟；進步最顯著的是國小四年級（約九歲），總分甚至逼近國中組。而且有批判式探究教學介入的組別，總分皆顯著高於未介入的對照組。

批判式探究教學能依照年齡與能力調整，例如七歲以下語言與認知能力尚未成熟，採用有趣的引導方式，培養興趣與好奇心；八、九歲開始具備較複雜的認知能力，可培養科學素養與探究能力；十歲以上能再加入較有深度的科學知識。

洪瑞兒說：「剛剛我提的九個歷程，國高中可以採用九階段、國小簡化成五個階段，幼兒園甚至可以更簡化為兩個階段，方法都可以調整。」除了批判與探究之外，刺激科學學習興趣和溝通表達、自己動手尋找答案的成就感，都能增強學習動機。

然而批判式探究教學也有限制，需要具備一定的溝通表達能力與知識基礎，害羞內向的孩子相較會不習慣。因此洪瑞兒採用異質性分組來彌補這些限制：「我們讓高、中、低能力的學生組成一組，依據前測能力表現，五人一組，一高兩中兩低，或兩高兩中一低，看班上程度。」這樣的分組，除了讓中高能力組學生都能提升能力之外，低能力組學生也可以藉由中高能力成員帶領一起進步。

批判性探究思考也能運用在社會、文學、歷史等學科，甚至一般日常生活之中，遇到矛盾衝突的情境中，蒐集資料並加以分析，考量各方面因素做出適當批判，找出最符合邏輯的論述，做出最妥當的結論或是抉擇。

紙花綻放實驗很適合親子遊戲，也可以說明批判式探究教學的九個歷程。
影片來源／Tina禾 授權轉載

「我們要教學生適當的批判，正面負面都想一些，找出最符合邏輯的結論。」洪瑞兒舉例：「像『世風日下，人心不古』這句話就有批判空間，過去的人心都很古嗎？這句話的意涵是認為古代人比現代人純樸善良，但真是如此嗎？我們可以進行探究。」

2018年洪瑞兒等人曾以18~70歲的公民為對象，調查公民科技素養概況，發現低素養、低興趣組的人數最多，其中又以女性比例較高。

「一般人的科學素養能力，大概在大學畢業後的20年間較好，之後就開始降低。但生也有涯，而知也無涯，所以50歲以上，特別是科技素養和批判思考能力提升，是我們未來的重點。」洪瑞兒強調批判思考是一種能力、一種思考傾向，不是知識，學會了就不會忘記，藉由主動探究的過程中，獲得課本沒有寫的未知答案，學生可以獲得更多可能性。

資訊時代的知識更新瞬息萬變，當學生離開學校，沒有老師與考試壓力，科學素養與科技參與逐漸降低，要如何持續吸收新知識？

洪瑞兒曾在教育場域的第一線教學多年，又四處走訪偏鄉和離島進行科學教育研究。「跟學生相處下來，覺得他們對探究式教學其實是抱有期待的，會跟我說，如果所有科目都能這樣教感覺會很棒。而且看見學生在討論設計實驗時，那種投入與享受的神情，我覺得非常開心。」洪瑞兒笑說，現在不再只是工作，而是變成她的志業了，「我們要把學生越教越聰明，讓他們有自信有能力，在面對未來快速且艱鉅的挑戰，都能夠知道要往一條正確的道路前進，讓我們的國家更好，社會更安定、更富足。」

採訪撰文／曾郁茹
編輯／張傑凱

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「學這個有甚麼用？」這可能是許多人求學時期，在課堂上遭遇學習困境時，最常浮現的疑問。

無論是化學繁複瑣碎的元素週期表，或是數學加入xyz的代數，都不易與日常生活連結。面對孩子「實用性」的疑問，這時老師、家長若是啞口無言，甚或敷衍的隨口一句：「反正你學就對了！」那可就錯過了建立孩子「任務價值」、改進學習情緒與學習動機的大好良機了！

根據國立臺灣科技大學數位學習與教育研究所，陳素芬講座教授的研究，如果家長和老師重視學習成效，只將重心擺在學科成績，往往會弄巧成拙。

更應該關注的焦點，是孩子對科目的學習情緒是否出現學習倦怠的情形，如果孩子太過挫折疲倦、反而會更不願意努力學習。

陳素芬長年觀察到，中學教育如同跑馬拉松，如何讓學生有正向的學習情緒和任務價值的認知，是關鍵。
攝影／汪正翔

傳統教育的數理課程，多數是紙上的驗算，學生難以應用於現實生活。學生不易自行發現科目與日常生活的關連、發掘其中的興味。陳素芬與跨國團隊長期合作，透過問卷，進一步分析學習情緒、社群軟體如何與學生成就互相影響，並提出建言。

她的研究更指出，讓孩子學得開心、有興趣，的確可以有效提升學習成效，「苦讀」與學習成就未必是等號。

是先喜歡科目，還是先得到高分？

陳素芬的研究發現，平均來說，在國中三年間，對於數學與科學（如生物、理化）等科目，負面情緒會隨年級增加，感到「學習倦怠」的程度也越來越嚴重。

「我們的教育很像是跑馬拉松，讓學生越跑越累、越跑越沒興趣。」陳素芬於每學期第二次段考之後請學生填寫問卷，試圖了解國高中生在學期進行中，對於數學、自然、英文等主科的「學習情緒」與「任務價值」（task value）變化的情況。

「學習情緒」是當學生著重學習該科目時，情緒上的感受。分為正向如驕傲、開心、有成就感；或是負面如生氣、焦慮或是無趣等。

而「任務價值」則指學生是否認知到該科目的重要性、是否願意花時間、有耐心的實際投入身心去學習。

研究後發現，隨著課業的加重，越到國中後期的學生，對於自然科的負面情緒越來越高，並認為學習自然科「沒有用」，不應該耗費時間與心力在上面。

為什麼會這樣呢？

「長期以來，大多數的教育現場與家庭氛圍都比較重視成績，學生個人的學習興趣與個人動機常被忽略。」根據陳素芬的觀察，學習情緒對學生的短期和長期表現，都有很廣泛而深遠的影響。

她強調與其關切成績，更應著重於孩子的學習情緒：「國小高年級之後，孩子待在學校的時數變長，此時青春期的孩子也開始探索興趣，並希望有時間做自己的事了。因此，對於時間佔比最大的課業抱持高或低的學習情緒，便會連帶影響孩子的生活品質。」

另外長期來說，對於各學科的興趣與學習成就互為因果，也會影響未來就讀的科系選擇。最長遠的，當然就是影響未來的職涯選擇偏好。

孩子的學習如同在汪洋上載浮載沉，不能單靠補習或測驗提高孩子成就的傳統教育方法，關注學習情緒也同等重要。
繪圖／李昀

陳素芬從研究發現，學科成績與學習情緒，是彼此相關、互相影響的。她說：「有可能傳統上重視成績的風氣，影響了學生對於某科目是否抱持正向的學習情緒和任務價值。」

換句話說，學生如果在某個科目拿到好成績，就會覺得自己對於該科是有興趣的，也比較容易認同學習該科目的「有用」與「必要性」；而認同該學科的用途、擁有正向的學習情緒和興趣的學生，也相對容易獲得較高的成績。

反之，在成績上缺乏肯定的學生，也會很容易因此否定自己學習該科目的能力，對學習興致缺缺，感受不到科目的價值。成績不佳的學生更容易「學習倦怠」，也就更不容易獲得良好的學習成就，成為一個負向沉淪的循環。

因此陳素芬認為，以成績為主要目標，督促孩子用功讀書或補習，事實上更有可能適得其反。

提高正向情緒，擺脫學習倦怠

那麼實務上該怎麼做，能夠強化學生的學習情緒，擺脫學習倦怠呢？許多老師試圖將教材遊戲化，採用更活潑的教學內容。

陳素芬與團隊曾針對國中的化學課程研發有趣的教案，選擇了最無聊的『週期表』章節做設計，採用常見的派對桌遊 UNO 牌的規則。學生需要根據週期表上的各式屬性數據，決定是否能出牌。

在實際課堂的演練中，學生的反應相當熱烈。九年級的學生分組進行，在玩遊戲的過程中又跳又笑，互相提醒週期表上的知識內容，當化學元素屬性成為遊戲裡的一部分，繁複的化學細節不再為了成績考試背誦，一轉而成為遊戲勝利的關鍵，就讓化學知識不知不覺擺脫了以往沉悶艱難的印象。

適當提供有趣的教材設計，花費相同的課程時間，不只讓學生學得更開心，也可以有效提升學習成就。
圖片來源／Unsplash

除了上課的歡樂過程，課後的問卷也反映了遊戲化教案的成效，陳素芬說：「與採用傳統上課方式做複習的對照組相比，參與遊戲的實驗組學習的情緒都顯著正向。」

再且，陳素芬另外將每班學生依學期成績分為高分群、中分群、低分群，高分群的學習情緒一向高於低分群。但是參與遊戲的低分群，其學習情緒的正向程度，明顯高於上課複習的對照組高分群。

而在學習的成就上，也獲得令人振奮的結果。實驗組與對照組在高分群並沒有顯著的差異，陳素芬提及：「成績好的學生，不管用哪個方式，成績都不受影響。但在中分群與低分群，參與遊戲的實驗組得分都顯著高於對照組。」

這樣的案例顯示，適當提供有趣的教材設計，花費相同的課程時間，不只讓學生學得更開心，也可以有效提升學習成就。在孩子學習表現不理想的情況下，與其用威逼或補習的方式強制孩子花更多的時間在課業上，或許設法增加學習興趣與動機更為有效。

破解「學這個有甚麼用？」迷思

由研究成果可以看出，臺灣學生的學習倦怠很強烈。

因此寒暑假與其強迫孩子補習先修學校的課業，不如讓孩子好好休息。陳素芬莞爾笑說：「寒暑假補習是一種假象，孩子就是第一次段考特別好而已。」

家長在意課業，不應該將分數成績當作與孩子主要討論的內容，反而應該轉從孩子的學習情緒，以及任務價值的認知下手。

陳素芬強調，內在的學習情緒需要長期培養，應從小在日常生活中，由情感面支持鼓勵，讓孩子不再害怕數理或國英文的學習，擁有從中獲得成就感的經驗。

家長應該轉從孩子的學習情緒，以及任務價值的認知著手，讓孩子體察到學習的正向。
繪圖／李昀

另外可以將學科的概念素材，與日常生活或孩子的興趣做連結，讓孩子感受到各科學習「實用」、「有用」的一面，才能培養長久持續的學習動機。

陳素芬在教學現場的另一項實踐，便試著將物理課帶到了學校操場上。

國中校園草地上，體育班的學生舉腳踢球射門，旁邊的同學舉起平板錄下足球移動的軌跡，使用平板裡的 App 加上了比例尺，換算距離加上時間，計算同伴的球速。

學生們興致勃勃的計算自己的球速，與心愛的足球球星做比較。原本課堂上枯燥乏味、難以記憶的速率公式，在此成了理所當然琅琅上口的常識。

陳素芬分享：「他們在理化和數學課上都有學速率、加速度，但孩子在那之後都跟我分享說，從來沒想過可以這樣算自己的球速。」

對體育班的學生來說，有了實際應用的經驗，速率公式不僅不難，而且還很有用。使得課堂上覺得非常遙遠、很困難、不知道在講什麼的挫折感，被拋諸了腦後。

對學習成就不佳的學生來說，「學這個有甚麼用？」是師長們經常聽到的疑問，陳素芬認為這便是學生在負面情緒的累積下，所形成的學習倦怠。

「學習經歷太差的時候，沒有學習的動力、動機和熱情，都是很可惜的。」陳素芬補充，希望未來，能有更多的學生像這樣，在課堂活動間感受到學習的魅力，擺脫持續沉淪的倦怠感。

汲取新的知識是一件有趣的事情，陳素芬希望孩子們也都能體會到學習的魅力。
攝影／汪正翔

採訪撰文／陳亭瑋
攝影／汪正翔
編輯／張傑凱

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