科學教育示例 --「科學與生活」
第一輯及第二輯課程簡介：
本增益課程的設計者明白資優學生具有敏銳的觀察力和較強的思考能力，簡單及機械式的實驗活動並未能完全滿足資優學生的好奇心及強烈的求知慾，這些學生喜歡進行更深入、更全面的探究活動，從中發掘一些新的現象，吸收更多的知識，並用來解決與日常生活相關的問題上。所以，他們設計了「科學與生活」課程，不但能滿足資優學生的需要，並能配合科學教育的發展方向。根據科學教育課程指引，「科學是通過有系統的觀察和實驗，去探究我們周圍的現象和事件。」(課程發展議會，2002，頁3) 學生透過科學教育，吸收所需的科學知識和技能，培養科學思維習慣，學習取證、定量分析、邏輯推理、創意和處理不明確事物的技巧，幫助他們決策和解決問題，使他們能夠參與涉及科學、科技和社會的公眾討論。本示例中的課程設計是以科學教育的整體目標為基礎，培養資優學生的科學探究能力。「科學與生活」課程共分兩輯，每輯六個教節，每教節一小時三十分鐘。第一輯的對象是小五至小六年級資優學生，六個教節分別是「酵母也瘋狂」、「植物的生長」、「液體混合」、「淨化污水」、「溫室」、「磁的特性及應用」。第二輯的對象是中二至中三年級資優學生，六個教節分別是「神奇的酵母」、「心無二用」、「神奇的乳化劑」、「物質溶解時的熱反應」、「溫室」、「溫室效應」。六個教節的設計，涵蓋了科學教育的不同範疇(即科學探究、生命與生活、物質世界、能量與變化及地球與太空)，藉以加強資優學生的科學探究能力，包括歸納、推論、假設、分析和作出結論的能力。資優學生透過一連串的科學探究活動，既能夠有效地掌握不同範疇的科學知識，亦能發揮高層次思維技巧（運用記憶、綜合、理解、應用、分析、合成和評鑑），還發展了他們在創造力、想像力、獨立學習、協作和解決問題方面的能力。為切合資優學生的特質及需要，這兩輯課程示例在內容方面，跨越了相關核心課程的深度與廣度。課程採用了問題為本及學生主導的教學策略，並提供了大量探究式學習活動，使參與的資優學生有發展及發揮潛能的空間，藉著觀察、假設、試驗、求證、討論、設計實驗等活動培養科學探究的技能與精神，並從實踐中建構知識，成為自我導向的學習者。
| 對象： | 第一輯：小五至小六年級資優學生 |
| 第二輯：中二至中三年級資優學生 | |
| 目標： | 學生能夠 |
對科學學習的興趣更濃厚；
掌握一些與日常生活及環境問題相關的科學概念和理論，並鞏固已掌握的知識；
掌握一些基本的科學探究技巧，包括觀察、分類、找尋規律、作出假設、設計實驗、記錄、資料匯報、資料分析和作出結論等；
從知識、理解、應用、分析、綜合和評鑑等不同的層次，深入思考將要探究的課題；
以科學態度解決問題。
學與教過程：
整個學與教過程以問題為本（problem-based），並以學生為中心的教學策略施教。在學習每個課題的過程中，教師均以日常生活經驗來引發學生的學習動機，再讓他們從實驗中探索和領悟箇中的科學概念和原理。課程又以探究式學習模式來訓練學生的科學探究能力。另外，課堂活動以小組形式進行，以加強學生之間的協作。課程並提供網上參考資源，以鼓勵學生使用資訊科技及作課後延展學習。
第一輯（對象是小五至小六年級資優學生）：
第一輯的課題除了涉及小學常識科的「自然世界」和「科學與科技」範疇外，其內容與科學教育課程架構中的各個範疇有密切的關連。
在第一節「酵母也瘋狂」活動中，學生從實驗中找出酵母在製造麵包的過程中所發揮的作用，從而了解酵母使麵包發大的特性。他們又嘗試改變酵母的份量及發酵過程的溫度，以觀察這些因素對麵包質素的影響，從中學習處理變因、記錄及觀察結果等科學探究能力。
在第二節「植物的生長」活動中，學生栽種種籽以觀察種籽發芽的生長狀況，又另外設計實驗，在泥土中加入不同濃度的污染物（洗潔劑、消毒藥水、酸、鹽水等物質）以探究土壤污染對植物生長的影響。此外，學生須量度及記錄種籽各部分的生長變化，並分析所得資料及總結實驗結果。在第三節「液體混合」活動中，學生先通過觀察找出不同液體（油和酒精）與水混合的特性。然後提出實驗假設預測把各種液體混合後可能會發生的現象，最後進行實驗以證明假設是否正確。在第四節「淨化污水」的活動中，學生自行使用不同的物料設計及製造一個濾水器，然後進行實驗以測試其效能，並嘗試改良設計，以提高濾水器的淨化功能。在第五節「溫室」活動中，教師首先以溫室圖片引發學生的動機，繼而與學生討論一些有關溫室的基本知識，再引導學生思考溫室的貢獻和限制。其後學生學習如何使用數據提存器，然後用它來模擬溫室溫度與光度之間的關係，最後學生利用電腦和數據提存器，收集改變溫室內某些變因（如光度）對溫室溫度變化的影響，學習運用資訊科技進行科學探究，並通過觀察和數據分析整理出調控溫室變因對溫室溫度的影響。在第六節「磁的特性及應用」活動中，學生先進行一些有關這兩種磁鐵特性的活動（例如兩極相近有何現象、指南針如何被磁鐵影響、電磁鐵的特性等）〔參考 工作紙（一）〕，然後探究「磁浮」這種現象，最後再探討應用磁浮於交通運輸系統上的原理、好處及遇到的困難。
第二輯（對象是中二至中三年級資優學生）：
第一節「神奇的酵母」活動內容與在第一輯為小五至小六資優學生設計的「酵母也瘋狂」相同。學生從實驗中比較加入酵母和沒有加入酵母的麵粉製造出來的麵包質素，找出酵母對製造麵包的作用，然後與學生討論發酵的科學原理。學生接著自由列舉不同因素（例如酵母的份量及發酵的溫度）對酵母的作用，之後提出假設，繼而自行設計及進行實驗以驗證自己的假設，並深入探究不同因素如何影響酵母。之後，全組同學討論實驗結果及嘗試合理地解釋結果，並評鑑實驗設計。最後學生應用以上所得的資料，製造一個大麵包。這節課與「酵母也瘋狂」的分別，不在於課程內容，而在於教與學的過程。初中學生的知識與能力較高小學生為高，故此教師在評鑑學生的意見、假設、實驗設計、結果分析與結論時，都須作相應的調節。比如在設計與測試不同變因對酵母的作用時，初中學生應該可以考慮到不同的溫度及不同的酵母份量所產生的影響。因此，如學生的設計太簡單，教師會給予適當的引導與回饋。教師對初中學生探究能力的要求，亦較高小學生為高。教師會因應學生的表現引導他們作更深入的資料分析及更合乎科學理論與邏輯的結論。
在第二節「心無二用」活動中，教師以模型及豬心標本介紹心臟的結構及功能。透過操作氣泵比較心臟與氣泵在操作上的相若之處與分別。學生在理解心臟的構造及功能後，根據心臟的操作原理，用氣泵製作心臟及血液循環系統模型，再透過操作模型，領悟推論出心臟病的成因及評估心臟病發的後果〔參考工作紙(二)〕。
在第三節「神奇的乳化劑」活動中，教師以如何把鐵製萬字夾浮於水面的難題作引子，引發學生對表面張力原理的學習動機。之後，學生透過不同的活動，作出改變表面張力的假設，並試驗不同的日常生活物質（清潔劑、蛋黃、肥皂）如何改變水的表面張力，以驗證其假設，教師接著與學生討論實驗結果，從中導出乳化劑的作用，並分析及比較不同的日常生活物質作為乳化劑的效能。在第四節「物質溶解時的熱反應」活動中，學生先找出不同物質（CuSO4、CaCl2、NaCl、KNO3、NH4NO3）溶解時的熱反應，再利用所得的資料，自行設計及製作發熱敷袋。在第五節「溫室」活動中，學生以簡單材料製造一間小型溫室，並從溫室的操作中比較不同儀器（例如傳統溫度計和數據提存器）的準確度，學習如何恰當地運用不同的儀器（例如電腦和數據提存器）收集及分析數據（溫室溫度的變化），並從中理解溫室的特性。在第六節「溫室效應」活動中，學生要探究二氧化碳與溫室效應的關係。他們用醋和梳打粉製造二氧化碳，再將二氧化碳注入透明的容器（模擬溫室環境），經燈泡照射後以數據提存器測量容器內、外的溫度，以比較二氧化碳和空氣的「儲熱」差別（參照圖一）。
當實驗結果未有產生預期的溫室效應時，學生便深入檢討剛才的活動，並研究改良實驗的步驟和裝置，例如在透明容器中加入黑豆（黑豆能有效吸收光能，然後以熱幅射的形式發散出來），並添加一個注滿空氣的透明容器，加入相同數目的黑豆，作為對照實驗（參照圖二）。經過實驗的驗證後，學生與教師一起討論溫室效應對環境的影響。
學習成效：
完成這個科學探究的課程後，無論是小五、小六或是中二、中三年級的資優學生，都能夠對一些科學概念和理論有較廣泛、較深入的理解，亦能掌握基本科學探究能力（包括觀察、量度、找尋規律、作出假設、設計實驗、驗證假設、記錄結果、資料分析、資料匯報、作出合理的結論等。）此外，兩個級別的資優學生都學會使用一些基本儀器和運用資訊科技進行科學探究。透過與生活相關的課題，學生明白到科學與生活息息相關，而科學知識與技能，可用以改良生活之用。此外，本課程的活動是以問題為本並以學生主導（並非內容主導）的方式進行。因此，學生對科學的興趣大增，並學會以科學態度去解決問題及從生活中學習科學。
在這兩個課程中，學生所學的科學知識涉及不同範疇。例如小五、小六年級的資優學生，認識到酵母的特性、土壤污染對植物生長的影響、「磁浮」現象及交通運輸系統應用「磁浮」的好處和遇到的困難、溫室的特性等。而中二、中三年級的資優學生則能探討發酵所涉及的科學原理；明白心臟的操作原理並探討心臟病的成因及評估其後果；利用對乳化劑的認識，自行設計及製作發熱敷袋；使用數據提存器暸解溫室的特性並找出二氧化碳與溫室效應的關係。
本課程的實驗活動十分注重培養學生良好的科學探究精神。在一連串的活動中，學生能夠在科學探究中運用高層次思維技巧。他們透過發現問題、提出假設、驗證、作出結論及檢討、改良實驗等科學探究流程，力求得出更公正可信的結果。以溫室探究為例，這個活動超出一般高小學生的能力。對資優學生而言，亦有相當的挑戰性，他們要有過人的分析能力和邏輯思維，並須對溫室的概念有一定的理解，才能有系統地歸納出實驗結論。這些小五、小六年級的資優學生，在反覆改變溫室內某些變因（例如光的強弱）的過程中，探究不同變因對溫室溫度變化的影響，並記錄有關數據，從數據中分析出溫室的溫度和光度之間的關係，最後得出調控溫室溫度的結論。透過初次使用數據提存器，學生從中學習如何精確、有系統地觀察及記錄結果，進一步體會搜集科學數據的方法。他們卓越的能力因而得以發揮，不僅產生學習的滿足感及樂趣，還從中掌握科學探究的能力。至於在初中資優學生的活動中，學生不僅要認識溫室的運作，還要探討溫室效應的成因，所學的內容較高小的課程更深更廣，實驗的設計及驗證過程更具難度，但參加活動的中二、中三年級資優學生卻樂於接受這項挑戰。從圖一及圖二可以看到他們全情投入。當他們發現實驗結果未產生預期的溫室效應時，便立刻作深入的檢討，繼而自發性地改良實驗裝置，在透明容器中加入黑豆（黑豆能吸收光，然後以熱幅射的形式將能量釋放出來），並添加一個注滿空氣的透明容器，加入相同數目的黑豆，作為對照實驗。該課程引證：若教師能提供適當的學習環境、切合學生需要的活動與教學法，學生可以從實踐中建構科學知識，轉移已掌握的科學知識來解決問題，並培養出堅毅的探究精神。
