自序
依邏輯架構，從做中學習
科學探究能力是國家競爭力的基礎，多次教改皆對科學探究能力有著不同的詮釋與期許，但科學探究並不好教，也不好學，這是為什麼呢？科學探究能力的教學並不是只有理論、原則的陳述，而是須透過實際演練來訓練研究設計、實驗操作、邏輯思辨與表達分享等能力，且不同的性質的實作經驗旨在訓練不同的探究能力。簡單的說，科學探究能力是一門「依邏輯架構，從做中學習」的學門。若提供科學知識與實驗設計的原則，卻無法在操作中實踐，會讓學習者知其然而不知其所以然，成為知識的承載者而非創造者；但若讓學習者盲目地進行操作，又會淪落成依指令行事的技術員而非能獨立思考的研究者，依然無法習得探究的技能。因此科學探究能力的訓練，應是在建立理論、學理、規則的基礎上，進行有計畫性、經設計的實驗操作，最後透過歸納結論而分享、批判，與回顧檢討而自省、除錯，慢慢訓練成能獨立思考、邏輯辯證、解決問題、分項共進的科學探究人才。本書期望能提供科學知識與實驗設計原則，同時也提供多個科學探究活動的指引，使學習者可學、做兼備。
本書內容包含四個章節：「實驗設計」、「研究資料的種類、數據的處理與科學圖表」、「動手做科學-科學探究活動」與「科學報告的撰寫」，期待能從建立科學探究的基礎概念、知識，到透過實作來演練各種探究技能，最後介紹如何將研究成果撰寫成專業的科學報告，來訓練國小高年級至國中階段的孩子，厚實其科學探究能力。本書的編排與設計具有以下的理念與精神：
一、由簡而難，先實後虛
先透過食譜式的實驗活動，先引導學習者熟悉實驗操作的過程，了解各項工具的特性與限制，也先練習數據的收集、紀錄與整理方法，之後才依不同的任務，探討指定變因與規劃實驗設計，或是自行尋找變因與研究方向。
二、探究不是漫無目標的創意發想，而是精心設計的教學活動
透過預先設計的探索歷程，甚至預先設計相關的變因讓學習者在探究時得出不合理的結論，再透過科學學理上的邏輯思考與辯證，健全學習者的邏輯思辨與解決問題的能力。若無法掌控學習者的探究過程，引導者不易從中給予適當指導，而易流於放牛吃草，不但浪費教學時間，學習者在探究過程可能出現違反科學技能，甚至違反科學精神的想法或做法。
三、按部就班的量化技能訓練
科學探究需以數學工具作為基礎，讓數據為科學探究發聲。在科學探究的課程中，必然需一併訓練數據紀錄、處理、運算、甚至統計等數學技能，但若一開始就使用複雜的式子運算，不但學習者無法理解其原理，也會懼怕複雜難懂的計算而減少探索的動機。本書規劃的科學探究活動，透過操作說明與數據紀錄表的設計，訓練學習者從簡易的數據運算開始練習，並逐漸增加運算的複雜程度。
四、重視探究歷程而非研究結果
科學探究課程的學習，主要發生在科學探究的歷程，而非實驗結果的發現。為了加強探究歷程的教育功能，在探究活動後的問題討論，透過詢問：在實驗操作的過程中，哪一步驟的挑戰最大？你覺得還可以如何改良或設計實驗？等問題，讓學習者自行組織實驗結果與自我檢討，讓學習者能從錯誤中學習，累積自我評估、修正的經驗與能力。
訓練科學探究能力需要精心設計的課程規劃與相對應的教材教法，也需考慮器材與場地的限制。本書期望能提供科學探究所應先建立的基本觀念與知識，再透過多種不同性質的科學探究活動演練各項能力，這些科學探究活動有以下幾個特色：
一、器材容易準備、價格便宜，且操作活動的場地限制小，在教室或家中皆可執行。
二、操作技巧的門檻低，國小學生即能操作，但背後可探討的科學學理可由淺至深，故即使是高中或大學生，亦能作為訓練科學探究的教材。
三、各科學探究活動的主題，皆設計有初階、進階與高階的探究任務，從具體易行的食譜式實驗，逐漸提升至較為複雜、具挑戰的開放性任務。
四、不局限於單一自然科科目的概念，而是橫跨物理、化學、生物，甚至是數學的領域，使科學探究的學習能更加廣泛全面。
五、兼具質性比較與量化分析的訓練，亦練習不同科學表格與圖形的紀錄與繪製，並藉由問題討論，使學習者統整探究的過程與成果，以培訓各種科學探究技能。
六、各科學探究活動後，皆提供相關的科學學理說明，讓師生在探究的過程中，有相關理論與機制的支持，幫助師生在詮釋研究成果時能具有科學學理深度。
科學探究能力的培訓課程，因為所要教授的知識、技能與態度實在博大精深，即使很努力想編寫入本書，仍有許多遺漏、不足。本書期望能拋磚引玉，喚起大眾對科學教育重視，尤其是對下一代科學探究能力的培養。
依邏輯架構，從做中學習
科學探究能力是國家競爭力的基礎，多次教改皆對科學探究能力有著不同的詮釋與期許，但科學探究並不好教，也不好學，這是為什麼呢？科學探究能力的教學並不是只有理論、原則的陳述，而是須透過實際演練來訓練研究設計、實驗操作、邏輯思辨與表達分享等能力，且不同的性質的實作經驗旨在訓練不同的探究能力。簡單的說，科學探究能力是一門「依邏輯架構，從做中學習」的學門。若提供科學知識與實驗設計的原則，卻無法在操作中實踐，會讓學習者知其然而不知其所以然，成為知識的承載者而非創造者；但若讓學習者盲目地進行操作，又會淪落成依指令行事的技術員而非能獨立思考的研究者，依然無法習得探究的技能。因此科學探究能力的訓練，應是在建立理論、學理、規則的基礎上，進行有計畫性、經設計的實驗操作，最後透過歸納結論而分享、批判，與回顧檢討而自省、除錯，慢慢訓練成能獨立思考、邏輯辯證、解決問題、分項共進的科學探究人才。本書期望能提供科學知識與實驗設計原則，同時也提供多個科學探究活動的指引，使學習者可學、做兼備。
本書內容包含四個章節：「實驗設計」、「研究資料的種類、數據的處理與科學圖表」、「動手做科學-科學探究活動」與「科學報告的撰寫」，期待能從建立科學探究的基礎概念、知識，到透過實作來演練各種探究技能，最後介紹如何將研究成果撰寫成專業的科學報告，來訓練國小高年級至國中階段的孩子，厚實其科學探究能力。本書的編排與設計具有以下的理念與精神：
一、由簡而難，先實後虛
先透過食譜式的實驗活動，先引導學習者熟悉實驗操作的過程，了解各項工具的特性與限制，也先練習數據的收集、紀錄與整理方法，之後才依不同的任務，探討指定變因與規劃實驗設計，或是自行尋找變因與研究方向。
二、探究不是漫無目標的創意發想，而是精心設計的教學活動
透過預先設計的探索歷程，甚至預先設計相關的變因讓學習者在探究時得出不合理的結論，再透過科學學理上的邏輯思考與辯證，健全學習者的邏輯思辨與解決問題的能力。若無法掌控學習者的探究過程，引導者不易從中給予適當指導，而易流於放牛吃草，不但浪費教學時間，學習者在探究過程可能出現違反科學技能，甚至違反科學精神的想法或做法。
三、按部就班的量化技能訓練
科學探究需以數學工具作為基礎，讓數據為科學探究發聲。在科學探究的課程中，必然需一併訓練數據紀錄、處理、運算、甚至統計等數學技能，但若一開始就使用複雜的式子運算，不但學習者無法理解其原理，也會懼怕複雜難懂的計算而減少探索的動機。本書規劃的科學探究活動，透過操作說明與數據紀錄表的設計，訓練學習者從簡易的數據運算開始練習，並逐漸增加運算的複雜程度。
四、重視探究歷程而非研究結果
科學探究課程的學習，主要發生在科學探究的歷程，而非實驗結果的發現。為了加強探究歷程的教育功能，在探究活動後的問題討論，透過詢問：在實驗操作的過程中，哪一步驟的挑戰最大？你覺得還可以如何改良或設計實驗？等問題，讓學習者自行組織實驗結果與自我檢討，讓學習者能從錯誤中學習，累積自我評估、修正的經驗與能力。
訓練科學探究能力需要精心設計的課程規劃與相對應的教材教法，也需考慮器材與場地的限制。本書期望能提供科學探究所應先建立的基本觀念與知識，再透過多種不同性質的科學探究活動演練各項能力，這些科學探究活動有以下幾個特色：
一、器材容易準備、價格便宜，且操作活動的場地限制小，在教室或家中皆可執行。
二、操作技巧的門檻低，國小學生即能操作，但背後可探討的科學學理可由淺至深，故即使是高中或大學生，亦能作為訓練科學探究的教材。
三、各科學探究活動的主題，皆設計有初階、進階與高階的探究任務，從具體易行的食譜式實驗，逐漸提升至較為複雜、具挑戰的開放性任務。
四、不局限於單一自然科科目的概念，而是橫跨物理、化學、生物，甚至是數學的領域，使科學探究的學習能更加廣泛全面。
五、兼具質性比較與量化分析的訓練，亦練習不同科學表格與圖形的紀錄與繪製，並藉由問題討論，使學習者統整探究的過程與成果，以培訓各種科學探究技能。
六、各科學探究活動後，皆提供相關的科學學理說明，讓師生在探究的過程中，有相關理論與機制的支持，幫助師生在詮釋研究成果時能具有科學學理深度。
科學探究能力的培訓課程，因為所要教授的知識、技能與態度實在博大精深，即使很努力想編寫入本書，仍有許多遺漏、不足。本書期望能拋磚引玉，喚起大眾對科學教育重視，尤其是對下一代科學探究能力的培養。
