跌跌撞撞進行自然領域的探究與實作至今大概一年多，整理一些課程設計的簡易入門方法，希望提供給還沒有方向的老師。這篇文章預計提供「最低限度」的課程設計建議，相信老師入門之後會覺得探究與實作課程其實很有趣，未來一定會繼續提升課程設計的層次，帶給學生更多深具意義的科學態度與解決問題的方法。
一、課程計畫撰寫與課程設計：自然領域探究與實作的課程計畫撰寫，必須依照自然領綱的內容 （填寫課程計畫的技巧請參考「 自然領域探究與實作課程計畫填寫技巧 」一文） ，老師若能先閱讀領綱的內容，再依照領綱來編寫課程計畫是最好（我對探究與實作的理解）。以下我簡單把領綱規範的內容分成幾個大項來簡單介紹：
- 發現問題（圖文版「發現問題」階段的課程設計）
- 觀察現象
- 老師提供一個觀察的對象，讓學生進行觀察。（例如：觀察植物葉子的外觀、蠟燭的燃燒、或聲音的傳遞等等。）
- 觀察方式可以用感官（眼、耳、鼻等等），或是用簡單的儀器（例如手機應用程式），盡量不要使用太複雜的儀器，否則還要解釋儀器運作原理。
- 學生要能夠將觀察到的現象描述出來，且觀察結果不只一個。
- 老師需要事先思考學生可能發現的現象和可能忽略掉的現象，並適時引導。
- 我是以「閱讀新聞媒體對颱風的報導」當作觀察現象的設計，取代真正用感官或儀器觀察自然現象。（例如我預期他們會觀察到：颱風帶來強風、豪雨、淹水、土石流等結果；以及颱風的位置會移動、颱風的強度會變化等現象。）
- 可以讓學生在觀察前預想自己會觀察到什麼，當他們發現觀察結果與預想不同時，可以引發好奇與學習動機。
- 如果將學生觀察發現的現象改成疑問句，就會變成問題。
- 越詳細的觀察結果越有助於後續探究活動的進行。
- 蒐集資料
- 老師可以根據「觀察現象」的設計，根據學生觀察到的現象改成疑問句，讓學生蒐集資料來解答這些疑問。（例如：植物葉子不同型態的功能差異是什麼、蠟燭燃燒的化學反應過程是什麼、颱風為何會造成豪雨、或聲音如何傳遞等等。）
- 老師也可以根據「觀察現象」的設計，讓學生進一步蒐集更多觀察結果。（例如：世界各地還有哪些奇特的樹葉外觀、科學單位對颱風現象的觀測記錄還有哪些等等。）
- 在進行下一個階段「提出問題」之前，學生可能會需要補充一些基礎科學背景知識，建議老師可在此階段安排講解。
- 形成或訂定問題＆提出可驗證的觀點
- 前二個階段是形成或訂定問題非常重要的基礎，必須對現象要有足夠且詳細的觀察，以及對現象原理的基本認識，才能提出合適的問題。
- 以下課程計畫其實只要照領綱標題寫就可以，但詳細的課程設計需要注意以下內容。
- 老師先引導學生提問，初期以各種天馬行空的問題都可以，希望提出一個以上的問題。
- 請學生根據以下條件，篩選自己提出的問題：
- 問題必須和觀察的現象有關，且具有科學價值。（例如：植物葉子的葉脈會什麼會有不同型態？颱風的移動路徑為什麼都不大一樣？）
- 必須能夠提出問題可能的答案，可能的答案最好有2個以上。（例如：植物葉子的葉脈型態可能和植物葉子的形狀有關，長條形的葉子葉脈都平行，有利於水分的傳輸。也有可能是需要比較多水的植物葉脈都平行，比較能夠快速運輸水分。）（例如：颱風移動的路徑可能和太平洋高壓的強度和中心位置有關，也有可能和颱風的大小質量有關。）
- 問題可能的答案必須能夠驗證。（例如：計算葉子的長寬比和葉脈型態的統計，或是分析天氣圖就可以知道颱風路徑和高壓位置之間的關係。）
- 初步只需提出簡單的驗證方法即可，後面才要設計詳細的步驟。
- 老師要預先設想學生可能提出哪些問題，如果根據老師所設計的「觀察」，學生只能提出一種問題或只有一種研究方法，那就要調整前面「觀察現象」的設計，以「學生可以提出不只一種問題和研究方法」為目標。（例如：原本設計觀察葉脈的型態，學生只能提出葉脈的問題。若改成觀察葉子的外觀，學生就可以提出葉子的顏色、形狀、正反面不同、以及葉脈的問題。）（例如：原本設計只觀察颱風風速強弱，可以改成觀察颱風的風速、雨量和移動路徑等現象。）
- 觀察現象
- 規劃與研究：就課程計畫來說，以下所有內容其實都照領綱標題寫就可以。但實際課程的進行，還是需要詳細的規劃和設計。
- 尋找變因與條件
- 同學必須根據想要驗證的問題，分辨實驗設計中哪些變因需要加以控制，哪些變因是想要得到的結果，以及哪些變因是要加以變動及調整。（例如：測量颱風中心氣壓和風速的關係，要選擇不同中心氣壓的颱風（操縱的變因），蒐集氣象觀測站觀察到的風速（應變的變因），要選擇氣象站與颱風中心距離相同，以及氣象站和颱風之間沒有地形阻隔（控制的變因）。）
- 同學必須能夠說明操縱的變因和應變的變因之間會有什麼關係，並預測觀測結果。（例如：颱風中心氣壓越低，氣壓梯度越大，風速應該越快。）
- 擬定研究計畫
- 同學根據剛剛設定的變因，擬定實驗進行的計畫。（例如：從颱風資料庫搜尋相同中心氣壓的颱風5個，並根據颱風觀測資料，各選擇5個距離相近的觀測站，蒐集觀測站當時觀測到的風速。然後再找另外5個相同中心氣壓的颱風，重複剛剛的資料蒐集過程。）
- 實際操作實驗器材的課程內容，還需要讓同學注意器材操作的正確性與安全性。
- 收集資料數據
- 同學要設計表格，紀錄觀察數據。
- 同學要瞭解儀器的觀測原理，注意觀測結果的正確性。
- 同學要根據觀測結果，適時調整觀測方法。（例如：原本找中心氣壓990百帕和980百帕的颱風，後來發現風速差異不大，要改成查990百帕和960百帕（中心氣壓差距較大）的颱風。）
- 尋找變因與條件
- 論證與建模
- 分析資料與呈現數據
- 同學要將觀測資料整理，並考慮呈現的方式。（固定颱風中心與測站距離），以散佈圖的方式作圖。）
- 同學要能夠找出不合理的資料。
- 同學要能夠比較自己的觀測結果和其他人或理論的觀測結果。
- 解釋與推理
- 同學要能夠合理解釋觀測結果。（例如：當颱風中心氣壓越低，代表颱風中心的氣壓與周圍氣壓差異越大，氣壓梯度越大，所以觀測到的最大風速應該也越大。）
- 提出結論或解決方案
- 如果觀測結果大致符合理論與預期，可以提出結論。
- 如果觀測結果不如預期，可以提出可能的問題以及改進實驗方法或理論依據。（例如：因為風速可能會受地形影響，導致部分觀測站的風速數據很小，所以最好選擇花東海岸的測站，選擇由台灣以東向西前進的颱風，可以降低其他因素的影響。）
- 建立模型
- 同學能夠根據結論，建立未來相同現象發生的條件與關係。例如：颱風中心氣壓與風速之間的線性關係式。（例如：將颱風中心氣壓與最大風速之間的關係寫成線性方程式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ），並用其他颱風資料做模擬驗證。）
- 分析資料與呈現數據
- 表達與分享
- 表達與溝通
- 學生要能夠清楚說明自己的探究過程。
- 學生要能夠理解別人的探究過程。
- 合作與討論
- 同學要能夠針對他人的研究結果提出建議。（例如：氣壓梯度不只要考慮颱風中心氣壓，應該還要考慮當時周圍的環境氣壓，兩者的差距才是氣壓梯度。）
- 評價與省思
- 同學要能夠反思自己研究的過程，評價研究結果的品質與價值。（例如：本次所選擇的颱風和觀測站中，部分沒有考慮到測站與颱風的相對位置，所以影響風速的變因沒有完全控制，導致最後的誤差有點大。）
- 同學要能夠瞭解自己的研究結果有哪些條件和限制。（例如：本次研究沒有討論地形的影響，但地形對風速的影響理論上應該很大，所以這次的研究結果應用性很有限，只能應用在周圍平坦的地形。）
- 表達與溝通
二、評量
探究與實作的評量不同於一般學科基礎知識的評量，較多科學方法與態度的內容。因此需要參考探究與實作的指標，來決定評量方式及內容。
建議以形成性評量方式，將部分指標的評量設計在逐週的學習單中。部分指標則可以進行總結性評量，利用紙筆測驗、實際操作或報告口試。
詳細的評量設計還要再找時間來寫說明。
三、參考資料
以上是我根據自然領綱裡面的架構所寫出來的簡單指引，如果老師的設計可以符合上述內容，應該就是完整的探究與實作了。但我還是強烈建議老師直接閱讀自然領綱中的詳細指標說明，才能夠更完整瞭解探究與實作的精神。