十二年國教課程綱要中，「探究」的學習內容，包含四個主要項目：(1)發現問題；(2)規劃與研究；(3)論證與建模；(4)表達與分享。「實作」的學習內容則包括：觀察、測量、資料蒐集與分析、歸納與解釋、論證與作結論等等。課綱中探究與實作學習內容各項目並沒有固定的步驟或順序，可依探究的主題和實作活動採循環或遞迴等方式進行。由於探究與實作牽涉多項內涵，因此首先說明各項探究程序中重要名詞的意義。

以下各項名詞，「形成假說」、「論證與建模」為較高階層的概念，適合至少國中以上。其他各項適合國小高年級以上。更低年齡的學童與幼兒，建議不必要求理解以下各項的意涵，只須在親師的指導下進行動手操作與觀察即可。

「探究」基本上是進行「研究」，而「研究」的本質是「為問題尋求解答」，因此進行探究就需要先確定要研究的問題是什麼？設計探究問題牽涉到：研究問題有沒有價值？是否已經被解答？是否具有可行性？等等問題。由於在教學上主要在培養學生進行探究的能力，而非發表論文，因此建議著重在可行性與安全性即可。另一方面，要注意探究問題是否具有「可驗證性」?避免難以客觀檢驗或過於籠統的問題，例如：

（1）「探究鐵的生鏽快慢為何？」：不是恰當的探究問題，因為沒有指明要探究的操縱變因（實驗變因）是什麼？

（2）「探究不同酸鹼性的鐵有何差異？」：沒有指明要測量的應變變因為何？也是不恰當的探究問題。

（3）「探究不同形狀的鐵，生鏽的多寡有何差異？」：操縱變因「不同形狀的鐵」必須先釐清與定義，說明有哪些形狀是值得研究？而「生鏽多寡」如何測量？具備實際操作的可行性嗎？

「假說」（Hypothesis）是「暫時性的解釋」。當我們對於一個現象初步觀察之後，對於會影響現象的變因或原因，形成一個「假說」，然後再設計實驗進一步確認，以實驗結果來決定是要「接受假說」或是「拒絕假說」，也就是屬於一種「假說－驗證」的歷程。例如在觀察了石蕊試紙、廣用試紙之後，形成「遇到酸鹼會變色的物質，酸性都是呈現紅色」的假說。進一步實驗其他酸鹼指示劑，發現酚酞遇到酸是無色，違反了這個假說，因此就必須拒絕這個假說，修訂假說以符合實驗結果。

科學發展過程中，科學家經常會提出假說，例如亞佛加厥假說、大陸飄移假說。當累積的實驗證據反覆肯定這些假說，確認到某個程度就可以成為「理論（Theory）」（通常由科學社群共同決定）；如果已經確認到不可能錯誤，就再提升為「定律（Law）」。例如道爾頓提出的「原子說」現在已經被稱為「原子論」，達爾文的「演化說」也已被稱為「演化論」了。而牛頓的「萬有引力理論」則已經被稱為「萬有引力定律」。請留意成為「定律」的科學解釋，未必都永遠正確。科學發展強調的是「求真」的精神，只要有合理的證據，任何科學理論或定律都有可能被修正。

在形成假說時，如同「探究問題」也要注意「可驗證性」（能設計實驗驗證），避免提出不需要驗證或是不容易設計實驗驗證的假說。例如「酸性越大，鐵的生鏽速度會越快」的假說，具有可行性與明確性。而「不同地點的鐵生鏽速度會不同」的假說過於籠統，因為「不同地點」包含了海拔高度、濕度、降雨量等等變因，難以一一釐清。再例如「不同顏色紙蜻蜓的掉落時間會有不同」，此假說不必做實驗也可以推論紙張顏色不會影響掉落時間，因此不是有價值的假說。

另一方面，Hypothesis常被翻譯為「假設」，很容易造成混淆。例如「理想氣體：假設氣體粒子沒有體積、粒子間作用力為零」這句話的「假設」是指Assumption，其意義是「一種條件或狀況的設定（或定義）」，也就是說所謂的理想氣體是指「氣體粒子體積為零、粒子間作用力也為零」，這句話並不是對於理想氣體提出「暫時性的解釋」。

形成假說之後，要設計實驗來考驗假說。設計實驗要考慮三大變因：操縱變因、應變變因以及控制變因。通常一個研究問題或是假說，其敘述內容就包含了操縱變因以及應變變因，例如：

研究問題：紙蜻蜓的紙翼角度不同，紙蜻蜓的掉落時間有何差異？

形成假說：紙蜻蜓的紙翼角度越大，掉落時間越長。

以上的問題與假說，實操縱因都是「紙翼角度」，應變變因則是「掉落時間」。而控制變因呢？控制變因包括各種可能影響（或干擾），以下說明三大變因的意義。

(1)操縱變因

也稱為實驗變因、自變因，是指研究者決定要探究的實驗變因（研究者操弄的變因），也就是實驗中改變的變因。例如「探究不同酸鹼值，鐵的生鏽速度差異」，「酸鹼值」（不同pH值）就是操縱變因。

(2)應變變因

也稱為測量變因或依變因，是實驗中要測量的變因（實驗結果）。例如「探究不同酸鹼值，鐵的生鏽速度差異」，「生鏽速度」就是應變變因。應變變因應儘量選擇可以客觀測量或精確測量的變因，例如「生鏽速度」可以紀錄不同時間之生鏽情形（可用照片比對分析）。如果改為測量「生鏽形狀」，則不容易客觀的紀錄與描述。

進行測量時，要選擇恰當的測量工具，並正確解釋其意義。例如「分貝計」測量的是「音量」不是「噪音值」（音量必須大於一定分貝數才是噪音），更不是頻率或波長。另一方面，如果探究問題牽涉到難以客觀測量的應變變因，例如「探究不同煮法的米飯，好吃程度有何差異？」的研究問題，「好吃程度」為個人主觀判斷，可採用問卷調查方式，統計調查對象對於好吃程度的評分，再分析比較評分的差異性。

(3)控制變因

實驗過程中控制不變，保持一樣的變因。因為實驗要探究的是實驗變因對於應變變因的影響，需要排除其他變因的影響或干擾，因此控制變因通常包括很多變項。例如「探究不同酸鹼值，鐵的生鏽速度差異」，控制變因就包括了溫度、酸鹼溶液的量、鐵的大小尺寸形狀、實驗地點等等。甚至光線、實驗容器、空氣濕度等等也要考慮成為控制變因。

資料處理包括實驗時紀錄資料，實驗後資料的整理歸納與解釋。以下舉例說明常見的問題。

(1)有效位數必須一致

表1的資料紀錄有二個問題，一是紀錄表沒有註明測量的溫度單位（攝氏或華氏）。二是有效位數不一致，有的紀錄到整數，有的紀錄到小數點二位。

有效位數必須一致的原因是：同一測量工具的「精密度」不會改變。因為一個測量值包括了「正確值」加「一個位數的估計值」。以圖1為例，溫度應紀錄為23.8℃，其中23℃是「正確值」（可以確認23℃是正確的），接著估計下一位數為0.8℃，因此紀錄為23.8℃。如果紀錄為23.7℃可以嗎？答案是：可以！因為0.8或0.7都是估計值，人為的估計就會有變異性。

由上述可知，「同一個測量工具」有效位數必然會一致，如果表1的測量工具和圖1相同，則應修訂紀錄為表2。由正確紀錄的資料，也可以傳達測量工具的「精密度」，例如表2就傳達了溫度計的最小刻度是1℃ 。

 (2)實驗資料的圖形表達

實驗數據是否須要畫成圖形（條狀圖、折線圖、園餅圖等等），並沒有一定的規範，完全由研究者視表達的須要來決定。如果數據很單純，以數字表達已經很明確，就沒有必要再畫成圖形。如果想要表達數據的變化特徵或程度差異（例如線性變化、比例關係、分佈百分比差距），就以圖形的視覺效果強化表達的意圖。

(3)語詞表達注意精確性

科學講求精確客觀，對實驗結果的描述或下結論，必須避免使用模糊性的語詞。例如測量分貝數之後，結論：「共振筒的長度和發出聲音的大小並沒有關係。」，這個結論有二個問題須要釐清。一是「聲音大小」改為「音量大小」會更為明確；二是「沒有關係」是指相關是0還是關係很小？請留意：差異很小≠沒有關係≠沒有影響。如果實驗數據很接近，變動不大，描述「差異很小」即可，不宜結論說沒有影響或沒有關係（除非數據完全一樣，變異數為0）。

(4)區分資料之描述、解釋原因的差別

呈現實驗結果時，通常會先描述資料或數據的特徵，例如大小的差異性、變化的規律性等，進行說明與歸納。至於實驗資料的原因或原理的解釋，應避免混雜在資料的描述中。例如表3的實驗問題為「不同酸鹼性水溶液，鐵生鏽的快慢」，測量試管內水面上升的高度實驗結果：

 　　上例的資料說明有以下的問題：(1)缺乏實驗資料（數據）的「描述」；(2)加上圖形更能表達資料的變化趨勢；(3)對於實驗資料的說明，通常是：資料結果（what）→歸納變化特徵稱（how）→解釋原因（why）。避免先解釋原因再描述資料。因此本例子建議修訂如下：

(1)論證

論證的核心是「提出合理的主張」；所謂「合理」是指有依據、有道理（合邏輯），而「主張」是指一種看法或一種論點。

進行探究實驗，得到資料或數據之後，我們就會提出科學主張。例如：「酸性越大，鐵生鏽越快」就是一種主張，而其合理性要有實驗數據或結果做為依據。再例如：「由實驗結果發現不同紙翼角度的紙蜻蜓掉落時間，由20°的2.26秒，增加到40°的2.63秒，顯示紙翼角度越大，掉落的平均時間越長。」 這句話先描述不同角度的實驗數據，然後再依據結果提出「紙翼角度越大，掉落的平均時間越長」的主張。

準此而言，主張可說是一種歸納式的結論。除了結論，只要有依據、有道理，也可以提出關於實驗方法、器材特性、研究建議等等的主張。例如實驗之後，發現紙蜻蜓的尾翼角度容易變形，則可以提出「未來研究建議使用磅數較高的影印紙」的主張。

簡言之，論證就是研究者對於研究過程、研究結果的一種歸納性看法。在表達與溝通時，如果他人不同意或是質疑時，可以提出合理的解釋說明，捍衛自己的主張。但是同時也要保持正確的科學態度，願意思考與判斷其他主張之合理性的開放心胸。

(2)建模

科學家常運用模型，探究與解釋自然現象。因此在探究過程，可以利用模型來表達探究的過程、發現和成果，例如原子模型、行星運動模型等等。由於建模的形式與目的頗為複雜，建議在中小學的探究與實作的實施，採用較為簡易的圖形，進行原理解釋即可。本網站各單元的原理都提供了解釋性圖形，做為解釋模型，提供讀者參考。

能利用口語、文字、圖像、影音或實物等等方式表達，呈現自己或理解他人的探究過程與成果。簡言之，能以不同方式恰當地表達探究過程與實驗結果。

如何「表達與分享」並不容易說明清楚，也不是只有探究與實作須要培養這個能力，在日常生活也必須具備與人溝通與分享的能力，因此屬於一般能力，不是科學探究的專屬能力。

以下的句子是版主在日常生活與教學遇到的例子，請讀者思考這些句子在表達上有什麼問題？如何修訂？

 (1)預估白鹿颱風接近台灣時，是它生命期最強的時候。

這個例子是中央氣象局在2019年8月白鹿颱風接近台灣時，預報員公開播報的新聞。這句話的問題是：「生命期」屬於時間軸，只有長、短，或快、慢，沒有所謂的強或弱。如果要表達強、弱，應該是「生命力」。版主依據播報員的前後文，推論氣象局預報員要表達的意思，應該是：「預估白鹿颱風接近台灣時，是它生命期中最強的時候。」，只是少了一個字，意思就完全模糊了！

(2)當白糖與小蘇打的比例為4：1時，會導致實驗的效果最好。

這句文字有二個問題，一是「導致」的語意通常是負面的意涵，例如「抽菸容易導致肺癌」、「酒駕會導致車禍意外」。而實驗效果好是正面意義，因此「…導致實驗的效果最好」應該修訂為「…得到實驗的效果最好」。二是「實驗效果最好」過於籠統，應明確指出「實驗效果」是什麼？以及「最好」的「好」是什麼？因此整句話應修訂為：「當白糖與小蘇打的比例為4：1時，燃燒後產生黑蛇的長度最長，顯示實驗的效果最好」。

再以「論証」的角度說明修訂的理由；「實驗的效果最好」屬於研究者的「主張」，在表達時要避免只是提出主張，而沒有提出依據或證據。因此加上「燃燒後產生黑蛇的長度最長」就是為了提供「實驗的效果最好」的依據。

(3)雖然氧氣有助燃性，但是氧氣越多時鐵的生鏽越快。

這句話牽涉連接詞的恰當性問題，「雖然A，但是B」語句的表達目的是：A與B有所不同。如果A與B相同或相似，則應描述為「不僅A，而且B」。本例子企圖強調氧氣對於燃燒與鐵生鏽的必要性，屬於相同特徵，因此應修訂為「氧氣濃度越高，不僅使燃燒更旺盛，而且會使鐵的生鏽速度越快。」

有趣的是：描述一個現象的語句表達的前後順序，可以使閱聽者產生不同的評價，甚至得到不同的結論。例如以下二個由文獻歸納有關科學史教學的研究結果：

1.科學史教學雖然對於學生科學態度的影響達到顯著差異，但是對於科學概念的學習並沒有達到顯著差異，顯示科學史教學仍有待努力。

2.科學史教學雖然對於學生的科學概念學習沒有顯著差異，但是對於科學態度的影響達到了顯著差異，顯示科學史教學值得肯定。。

以上二句描述同樣事實（科學態度的影響達到顯著差異、科學概念學習沒有達到顯著差異），但是得到同樣合理但是評價不同的結論。類似的例子很多，再舉例：

1.雖然該位女孩在讀大學，但還是到酒家上班，自甘墮落。

2.雖然該位女孩在酒家上班，但還是到大學進修，力爭上游。

由此看來，似乎沒有「客觀語句」的存在，這是個大哉問的問題，不妨就留給科學哲學家、語言學家去傷腦筋吧，我們掌握好表達的合理性與邏輯性即可。

 (4)硼砂具有毒性毋庸質疑，實驗時要避免使用。

科學的進展是在不斷的修正中進步，所以科學的研究結果必須具備公開性、被質疑性。因此任何的科學主張都應避免「毋庸質疑」這種拒絕被質疑性的語句，因此首先應將「毋庸質疑」刪去。

其次是必須避免未經查證就下結論。根據MSDS（物質安全資料表），硼砂對口服、皮膚為低毒性（可能有害）。而物質的「毒性」是由LD50（半數致死劑量）或LC50（半數致死濃度）的標準試驗來決定，因此並非「有毒性」、「無毒性」的簡易二分法。在實驗時如果用到化學物質，應先收集相關資料或是查詢物質安全資料表，再提出明確的安全使用建議。例如：避免長時間接觸硼砂、實驗後或接觸後務必洗手、不可口嚐等等。

最後提醒讀者，本網站內容是針對十二年國教自然科學領域課綱的「探究與實作」而編寫，並沒有包含廣義的科學探究活動。科學上的探究並非一定要經過變因設計、實驗、假說驗證的歷程。例如達爾文的演化論、愛因斯坦的相對論、道爾頓的原子論等等，在提出時並未經過實驗、假說驗證的程序，但是都是科學探究的耀眼成果！