圖2-4-6 以D-N法則證成假說模型 (本文作者自行整理)
(三)提供鷹架協助學生進行科學解釋，促進學生證成所建構的模型
提供認知鷹架可以協助學生針對所建構的學科知識進行推理解釋(McNeill, Lizotte, Krajcik,
& Marx, 2006; McNeill & Krajcik, 2012; Songer, Kelcey, & Gotwals, 2009)，推理的過程即是基於證 據針對所建模型證成自己的想法的歷程；然而，研究發現課室中的學習很少強調如何證成科學理 論的合理性或是自己的想法是正確的(Braaten & Windschitl, 2011)，同時學生對於如何基於證據以
及利用科學模型證成自己的宣稱是困難的(McNeill et al., 2006)。McNeill和Krajcik (2012)建議教師 使用策略，包括：(1)使論證架構外顯化，意即協助學生理解論證的組成成分，再提供彼此之間關 係的連結；(2)討論解釋動作的深層意涵；(3)提供學生解釋的範例，讓學生熟悉論證組成的定義 並理解如何進行有效論證；(4)討論與生活中解釋的差異性；(5)讓學生有機會可以實際進行解釋；
(6)讓學生實際評論解釋；(7)提供學生解釋回饋等。同時透過宣稱-證據-推理的鷹架策略，鼓勵學 生使用證據與推理模式證成自己的宣稱(McNeill, 2009)。
五、小結
目前很少研究提供深入的洞察檢視學生進行模型效化時，如何透過證據推理出科學解釋以證 成科學模型。本研究根據文獻進行課程設計，包括(1)建模教學(e.g.,張志康、邱美虹，2009；劉俊 庚、邱美虹，2010；Hestenes, 1992; Halloun, 1996; Schwarz & White, 2005; Schwarz et al., 2009)；
(2)既有的科學解釋研究結果(e.g., Lehrer & Schauble, 2010; Metz, 1991)；(3)假說模型或是理論證 成的融貫性(Thargard, 1992)；(4)認知鷹架工具的協助(e.g., McNeill & Krajcik, 2012; McNeill et al., 2006; Songer et al., 2009)。在此以物理學的「等加速度」以及「牛頓第二運動定律」為主，強調 演繹與歸納統計模型的科學解釋類型，同時本研究嘗試以 McNeill 論證鷹架做為學生進行所建模 型檢驗時的科學解釋，檢驗學生在模型效化的過程中其理論模型的融貫性。
第五節 力與運動相關研究
歐洲 14 世紀時進行文藝復興運動，開始重新崇尚古希臘時期對於知識的追求，間接誘導往 後的一連串的科學革命。17 世紀時，伽利略(Galileo)以思考實驗的方式利用尺規作圖，說明物體 具有維持原來運動狀態的特性以及物體下落時與物體本身的重量無關，推翻了亞里斯多德 (Aristotle)關於不同重量的物體落下速度不同的論點。克普勒(Kepler)依據布拉赫(Brahe)長時間紀 錄的成果重新思考天體中行星的運動規則，完善並簡化哥白尼(Kopernik)的日心說。伽利略的研 究替牛頓第一與第二運動定律立下某些基礎，而牛頓亦根據第二定律以及第三定律發展出萬有引 力定律，以數學量化的方式檢證克普勒定律。
牛頓進行萬有引力定律的建構主要是依據演繹法則的運用。透過《原理》的闡述說明，牛頓 首先透過公理系統說明第一與第二運動定律，並且強化萬有引力所使用到的數學運算基礎，再經 由數學推理的方式，論證出萬有引力定律以含攝(subsumption)克普勒的發現(陳瑞麟，2004)。
國中自然與生活科技課程中，關於運動學主要是以加速度的有無描述物體運動的情形，而動 力學主要探討力作用對物體運動造成的影響。兩者涵蓋的概念主題包括：位置、位移、路徑長、
速度、速率、加速度以及牛頓三大運動定律。課程的安排先學習一維的運動再強調二維運動，接 著再說明物體運動狀態變化來自於力作用，強調作用力(F)、物體質量(m)以及加速度(a)之間的關 係。雖然物體運動與受力情形是日常生活時常接觸的名詞，但是大多數學生在未正式教學之前，
對於力以及運動都存在另有概念(diSessa, 1993; McCloskey, 1983; Vosniadou, 1994)，與科學社群所 接受的科學理論不同。
一、力與運動的另有概念
許多關於力與運動的研究顯示，學生在進入課室之前對於物體運動與其受力作用的情形即具 有特定的想法(Clement, 1982; diSessa, 1993; Driver, Guesne, & Tiberghien, 1985; Eryilmaz, 2002;
Helm & Novak, 1983; Ioannides & Vosniadou, 2002; Kikas, 2003; Minstrell, 1982; McCloskey, 1983;
Nersessian & Resnik, 1989; Osborne & Freyberg, 1985; Trowbridge & McDermott, 1980, 1981; Vionnet, 1979; West & Pines, 1985)。綜合文獻，關於運動與力的另有概念如表5-1-1所示。例如：學生難以 區分物體位置、速度、以及加速度(Hestenes,Wells, & Swackhamer, 1992; Trowbridge & McDermott, 1980)、不能理解速度具有方向性(Goldberg & Anderson, 1989)、無法詮釋位置與時間(X-t)以及速 度與時間(V-t)圖(McDermott, Rosenquist, & van Zee, 1987)、難以使用訊息預測物體的位置或速度 (Shternberg & Yerushalmy, 2003)。最顯著的另有概念即為學生持有類似中世紀提出的衝量理論 (impetus theory)(Kikas, 2003; McCloskey, 1983; Osborn & Freyberg, 1985; Palmer & Flanagan, 1997;
Ioannides & Vosniadou, 2002)。衝量理論是指一個運動的物體具有衝量，而這個衝量並非來自於 目前所認可的作用力與時間間隔的乘積，而是來只來自於物體一開始所承受的力作用大小，當物 體受到力作用後會持續保有此力作用，直到物體受到阻力之後，衝量逐漸消耗殆盡，例如：Osborn 和Freyberg (1985)詢問學生對於擊出的高爾夫球是否仍存在一開始撞擊的力，而大部分的學生都 認為一開始撞擊的力仍持續作用在高爾夫球上，然後逐漸消失，最後高爾夫球才會停止下來。