概念節點(node)網絡連結屬於連結主義(connectionism)範圍，連結主義是認知科學期望能以 人工類比的方式解釋人類心智運作的能力，有些類似電腦符號語言的運算機制，透過節點之間的 網絡連結強弱表徵個體內在的概念組成(Garson, 2007)。如圖 2-4-2 所示，本文作者以 Anderson (1983)概念節點網絡觀點做為概念之間的關係呈現表徵學生概念結構融貫程度的結果，持完全理 論看法的學者(e.g., Carey, 1985)認為學生內在的概念結構能以融貫的心智模型顯現出與先前科學 家相似完整的理論結構，其概念的聯繫關係屬於強烈的網狀組織結構(圖 2-4-2-a)；似理論者(e.g., Ioannides & Vosniadou, 2002)認為學生不像科學家一樣具有理論深度，概念間的關係結構不似科 學家完整，其心智模型以局部融貫的方式呈現(圖 2-4-2-b)；而片段者(e.g., diSessa, 2002)認為學生 的概念結構不能以融貫的心智模型稱之，它是片段的知識訊息以配位方式形成的次組織系統，這 些次組織系統再彼此配位形成更大的複雜系統(圖 2-4-2-c)。
學生概念結構不斷擴充與成長主要是受到外在文化訊息影響的結果(Greeno & van de Sande, 2007)，當學生在學校學習時，教師會以有組織系統的方式讓學生獲得並組織其概念結構，使得 個體的概念生態會與外在系統性的知識作用逐漸發展成具有融貫的科學模式；然而由於每位學生 原始概念生態的差異使其與外在文化訊息交互作用之後的組織方式不盡相同，同時也因為個體之 間的概念生態的多樣性使得個體顯現多樣的心智模型類型。
2-4-2-a 完全理論 2-4-2-b 似理論 2-4-2-c 片段或有限的整合 圖 2-4-2 以概念節點描述不同概念結構融貫程度的差異 (本文作者自行整理)
三、理論證成與概念結構融貫性之間的關係
融貫是指命題與其他命題之間具有一致，沒有矛盾產生(Thagard, 1992)。科學實務上，科學 家對於自然現象形成假說模型，而假說模型即是將各命題做一個連結，形成融貫的假說模型，而 此假說模型必須在經由證成的步驟獲得確認，並說明假說模型內所指命題之間的關聯性的合理 性。假說模型可以透過多種形式獲得證成，包括：思考實驗(Nersessian, 1992)、實驗數據(Chinn &
Brewer, 2001)，並與其他相關理論具有互融的特性。
若是假說模型或是理論能夠獲得證成，則科學家可以確認假說模型或是理論與其他相關科學 概念融貫而為「真」。當我們獲得一個訊息時，我們會確認與已知的訊息是否相互符合，如果外 在的訊息，無法與原先的概念結構融合，則會因為個體的不同知識系統產生不同的認知反應 (Chinn & Brewer, 1993, 1998)。當理論的假說模型建立之後，必須經由實踐檢驗的過程，亦即所 建構的理論假說模型必須經由實際的檢驗才能知道成效為何。而檢驗的的方式可以自行設計實驗 收集數據、他人的實驗結果或是相關的科學知識。當理論假說模型獲得有效的檢驗之後，可以提 升假說模型的可確證性，意即提高假說模型的融貫性。當假說模型可以解釋的事件越多則假說模 型獲得更多的證成，即表示此一假說模型通過了檢驗，內容命題彼此間關係呈現愈加融貫，而獲 得證成的假說模型可以在特定的條件範圍內說明相關的已知事實。同時為了獲得高度的證實，必 須經由更多實驗或證據確認適切的假說模型，而相互競爭的假說模型若是可以證成同樣具備融貫
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性。理論如果沒有獲得思想實驗的檢證或是證實，則理論無法獲得證實，其融貫性相較於獲得證 實的理論為低(Thargard, 1992)。
培養學生具備融貫的知識結構是長久以來科學學習的重要目標(Koponen, 2007; Thagard,
1992)。融貫的科學知識是以學科專家為標準所顯示的概念組織與階層(Chi, Feltovich, Glaser, 1981;Snyder, 2000; van Zele, Lenaerts, & Wieme, 2004)。理解科學知識的結構即是理解概念之間如何彼 此相互連結，生手可以經過與專家概念結構的差異性比較得知概念遺漏之處。如果個體的概念系 統具備融貫的特徵，則透過概念與概念之間的連結，個體可以經由概念系統產生融貫的解釋、預 測進而產生理解。
科學家使用不同種類的證成方式確保(warrant)宣稱(claim)的有效性。多數假說模型或是理論 模型的證成是經由實驗數據，少數依據與其他相關科學知識的符合程度做出合理的判斷(Sandoval
& Ç am, 2011)。證成的過程若是經過不同立場的爭論過程即可稱為論證，若無則可歸為解釋 (Osborne & Patteson, 2011)。在以往的科學教育文件中將解釋能力與學科內容標準分離(NRC, 1996)，但是近來的科教文件開始著重整併解釋能力與學科知識，也就是說期待學生的表現能以 解釋說明科學素養的相關內容(College Board, 2009)。因此，雖然融貫性具有多種形式，本文主要 著重在學生對於已建模型是否能夠透過證據推理出支持自己宣稱的科學解釋，強調學生是否能以 科學模型進行推理的解釋融貫性。
四、因果推理與科學解釋的理解
(一)科學解釋模型
Hempel 與 Oppenheim (1948)以演繹律理法則(deductive-nomological)提出科學解釋的模型，
認為科學解釋是一種演繹法則的延伸，如圖 2-4-3 與圖 2-4-4 所示，它必須滿足先行條件的陳述 (C1, C2, C3, …)再透過歸結的一些自然定律之下(L1, L2, L3, …)才能形成經驗現象的解釋描述。
例如：我們將糖放入水中(先行條件)，因為極性物質(polar compound)會溶於極性溶劑(polar
solvent)(普遍定律)，因此糖會溶解於水中(經驗現象的解釋描述)。而此種解釋可以被視為是一種 因果關係的解釋(Hempel & Oppenheim, 1948；Hempel, 1965)：如果 E 表示特殊的事件，則先行條 件的陳述可以被視為是事件 E 的因，而事件 E 是否可以發生，必須視理論陳述與經驗現象的聯 結關係。
先行條件 C1, C2, … Ck ┐
解釋語句 普遍定律 L1, L2, … Lr ┘
結論 E 被解釋語句 圖 2-4-3 Hempel 與 Oppenheim (1948)演繹律理法則
普遍定律(L)：任何物體放入任何液體中，若物體的重量大於同體積液體之重量，則物體 會沉入液體之中；反之，若物體之重量小於同體積液體之重量，則物體會浮 出水面；若兩者重量相等，則物體可停留於液體中的任何地方，不浮不沉。
先行條件(C)：(1)玩具丟入池中 (2)池中的液體是水
(3)此玩具的重量較同體積的水的重量為輕
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結論(E)：此玩具浮出水面
圖 2-4-4 玩具能夠浮出水面的科學解釋模型 (Hempel, 1965)
如果將前述普遍定律的全稱語句轉化為統計語句，雖然造成結論不一定是前提的必然結論，
但是仍可透過統計語句以歸納推論的方式獲得結論(見圖 2-4-5)。
普遍定律(L)：用盤尼西林治療鏈球菌感染，有百分之 98 會迅速痊癒 先行條件(C)：(1)甲感染鏈球菌
(2)甲接受盤尼西林治療
--- 結論(待說明事項)(E)：甲接受治療後迅速痊癒
圖 2-4-5 接受盤尼西林治療能夠痊癒科學解釋模型(Hempel, 1965)
因此，Hempel (1965)進一步說明達到科學解釋時，科學理論如何透過語意規則的陳述將經驗 現象相互聯結，並且認為透過科學解釋可使我們理解預期發生經驗現象的原因。Hempel 與 Oppenheim (1948)所提出的演繹規律模型(ductive-nomological model, D-N model)解釋模型屬於演 繹式論證(deductive arguments)，而歸納統計模型(inductive-statistical model, I-S model)歸納統計模 型屬於歸納式論證(Hempel, 1965)，兩種形式所進行的推理都可以解釋自然事件是常規科學定律 的邏輯結果。不管是演繹模型或是歸納統計模型，兩者都是把通則做為解釋的內容，差別在於通 則命題是否以全稱語句稱之，因此，兩者仍有稱為涵蓋律模式(林正弘, 1988)。當科學家企圖解釋 經驗現象的同時隨即預測相似現象的存在(Salmon, 1989)，若是預測的現象獲得證實，即假說模 型暫時獲得認可。
部分學者認為Hempel科學解釋模型並不符合實際的科學解釋的情形(e.g., 林正弘，1988)，因 此針對Hempel所提出「理想化」的解釋可以透過修正而符合實際科學解釋的推理過程(林正弘，
1988)，包括：(1)不要求普遍定律必須得到高度的驗證，而只要求未遭受反例推翻；(2)不要求敘 述理想狀態的先行條件為真，而只要求未知其為假即可；(3)不要求普遍定律與先行條件足以支持 待說明事項會發生的結論。然而修正後的模式仍處在Hempel的主要推理架構模式，因此，科學解 釋並不單單只是描述現象而已，並須對自然現象的發生提出發生原因的說明，也就是說不僅能夠 陳述事件的發生，尚且能夠以理論說明自然現象如何或為什麼會發生(Achinstein, 1983; Salmon, 1989)。