第四章 結果與討論
第四節 學生在科學史教學學習單的表現
本研究在每次科學史教學活動中，都會安排一份科學史教學學習單做為學生 的輔助教材，學習單中除了科學史小故事的內容、科學家相片或實驗示意圖之外，
也提供學生數則與科學本質相關的問題，藉由學生思考之後所產生的回應，可瞭 解學生對於科學本質的觀點與想法。接下來的討論，將依照教學順序，簡介科學 史教學的內容，並將學生對於反思性問題所做的回應，以及研究者在設計教學活 動與問題時，期待能傳遞給學生的科學本質觀點，進行討論。
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一、科學史教學活動：布爾哈夫疑難
在第一次科學史教學活動中，所安排的科學史小故事為布爾哈夫疑難，這 問題主要是來自於十八世紀中葉以前，科學家們認為「熱」與「溫度」並沒有不 同，在當時還沒有比熱或熱容量的概念，因此對於部分熱平衡的問題，出現了無 法解釋的狀況，在科學小故事之後所提供的問題，學生回答的大致狀況為：
(一) 幾乎全部的學生都同意科學家所提出的理論並不一定是正確的；
(二) 對於如何判斷科學知識的正確性，學生多半認為要藉由實驗驗證以及對 於自然現象的解釋是否合理，兩方面判斷科學理論是否適用，是否需要修 正。以下為部分學生的回答：
“必須對種種自然現象有各方面的驗證，且有嚴謹的推論，數據實驗證明才可以更加加深 他的正確性，而不是用多少人說這個理論是正確的而來決定這篇論文的正確性” (S31716)
“我覺得科學原理無所謂的絕對性，只有不斷提出質疑和不斷的修正才有可能離真相更接 近，因為我相信在這大自然或宇宙中是不能用幾個簡單的方程式所表現出來的。”
(S31729)
“當然不可能，一個原理可能直到最後都不確定是真的，萬物隨時都在改變，科技也一直 在進步，還有很多東西可能尚未發現，不過現今的原理是由目前所能見識的事物，經過多 次的研究及時代的考驗所建立的，我們仍能相信。雖然我們的科學都建立於這些原則中，
但我們可以在心中保持一絲的懷疑之心，我認為這才是科學的態度。” (S31745)
也有部分學生認為即使從前的科學理論就現在看來是有錯誤的，但是仍然 不能否定這些科學家們曾經做過的努力，因為學生表示，自己在學習時對於科學 知識的想法也跟從前的科學家雷同，瞭解從前科學家的想法是很重要的。此外，
也有學生在回答中，將科技對於科學知識發展的影響納入問題思考的要素之一。
“科學家也是人，只是專門在研究，提出的原理也是歷經千辛萬苦才發表，但也不一定都 是正確的，因為仍有許多現象無法解釋，雖然如此，卻不能完全否認他們的努力，因為學 生的我們在學習時也會有和他們一樣的問題，了解他們是怎麼想的也非常重要。要經過繁 多的實驗來驗證吧，而且有些現象根本是無法解釋的，就算是現在的科學理論也無法真正 確定是正確的。” (S31712)
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“因時代不同，科技發達程度相對也不同，很多實驗上的用品在當代也許無法做出來，以 致於實驗的結果，原理有待商確。以多種實驗的結果，來做推論會比單看一個實驗的正確 性還高，也可能只能先提出初步的看法，正確的理論要等後代才能正確提出，不同時代會 有不同的思考方式，對和錯其實很難下定論，可能我們現在學的東西在未來會被推翻也說 不定。” (S31101)
“科學原理對我來說沒有永遠的正確，隨著科技不斷的進步，科學原理也會有新的發現，
現在認為正確的也許會改變，因此要確認科學原理的正確性就是不斷追求、實驗”
(S31706)
由上述學生對於科學知識的正確性所做的回應，許多學生已具備科學知識 並非絕對不變的態度，也認為透過實驗驗證以及該理論對於自然現象解釋的合理 性，可做為判斷科學知識正確性的方式，透過一次次的修正與調整，科學理論才 能對於自然現象提供更合適的解釋，即使到了現代，教科書上的科學知識仍然有 修正甚至被推翻的可能。研究者認為透過科學史教材「布爾哈夫的疑難」以及相 關科學本質問題的反思活動，學生能夠體會到科學知識並不具有永恆的權威地位，
也能夠對於科學知識的累積性與暫時性有更深刻的認識。
二、科學史教學活動：熱質說與熱能說
在本科學史教學活動中，先讓學生瞭解當時科學社群對於熱的本質所抱持的 觀點－熱質說，對於熱的自然現象有哪些論點，接著介紹倫伏特、戴維、焦耳等 科學家對於熱質說所提出的質疑以及對於建立熱能說過程所進行的相關實驗與 論述，最後再以焦耳的熱功當量轉換研究在英國皇家學會報告時，所遭受到的冷 淡對待，強調當時科學社群對於新舊科學理論的態度。在活動最後，給予學生思 考的問題為：「科學家是用怎麼樣的標準來評估一份科學研究報告的重要性？」。 部分學生對於這個問題的回答，不再將科學家視為客觀的、理性的象徵，而 是將科學家視為與一般人相同，對於科學理論的判斷，會受到個人價值觀、原有 科學信念所影響。
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“能擠身「科學家界」要有很豐富的專業知識，而且多少要有點知名度，所以會有點驕傲。
焦耳當時只是個業餘科學家，其他科學家當然不把它放在眼裡，更不會認為他提出的科學 研究報告有任何可看處。因為他們認為他們可是學問非常豐富的人，提出「熱是物質」的 推論一定沒有人可以反駁，何況只是一個業餘的科學家” (S31719)
“我想科學家們並不是完全的客觀，多多少少都會參雜一些自己的觀點，尤其當自己所認 定的事，被業餘者給推翻，大多都難以置信吧” (S31712)
“科學家有時會因深信原有理論或輕視或忌妒，甚至宗教、政治、國家等人性想法，而否 定新理論。但真正的科學家應秉持其專業，由他人的實驗結果去改變想法，甚至可以進而 推論新的假說來補充。” (S31735)
此外，令研究者訝異的是，有兩個學生的回答是藉由舉出其它類似的例子，說明 自己對於這個問題的看法：
“就好比希格斯粒子，當時希格斯博士早在十年前就推出的理論。但卻不被大家接受，霍 金，稱的上是第二個愛因斯坦的天才，物理學界有十足份量的一個人，在當時也極力否認 有希格斯粒子的存在，他的否定，使大家對於此理論的正確性，有了更大的疑問。認為希 格斯博士的理論是不可能的。甚至還跟支持他理論的人打賭…，賭金也只是數期的雜誌，
可見是多不在意的論點。直到強力粒子對撞機，成功的撞出了希格斯粒子，也還了希格斯 博士的清白，越是有份量的科學家，似乎度量越是狹小（大部…），因為他們是那塊領域 的權威，帶頭的人都錯了，哪還有面子呢？也蓄勢自尊和自信，一種對於自己能力的自信，
驅使他們來判斷新理論的對 or 錯（個人淺見）” (S31744)
“像焦耳類似的事件多不勝數，孟德爾就是一人，就因為他不是生物學家，只是一個植物 學家，而提出的遺傳學不被馬上接受，科學家大都認為不是專家，提出的基本上不正確，
而不想聽的成見。” (S31727)
研究者在設計此教學活動時，期待能藉由熱質說→熱能說的科學知識發展 過程，讓學生體會新舊科學知識的轉換過程、科學知識的暫時性以及科學社群對 於科學知識發展的影響。並藉由焦耳在英國皇家學會報告的小故事，讓學生重新 思考科學家在做判斷時，是否完全的客觀、理性。由學生在本活動的回答情形，
似乎達到研究者在設計課程時期待的教學目標。
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三、科學史教學活動：科學典範轉移
透過「熱質說→熱能說」以及「自然界厭惡真空→承認真空存在」這兩個科 學典範轉移的例子，說明要讓科學社群改變原本深信的科學理論、知識結構與研 究方法，是相當不容易的事情。在學生的回答中，多數學生認為光靠少數幾個與 原本科學理論截然不同的實驗結果，在短時間之內改變科學家們原有的科學信念 是不可能的，需要透過更多實驗進行重覆的驗證或是獲得有地位的科學家認同，
才能夠逐漸地讓科學家們捨棄舊的科學信念，接受新的科學知識架構或是研究方 法。以下為部分學生的回答：
“概念的正確與否是需要受時間來考驗的，在眾人的想法都一致時，突然發表出另一種群 眾不能理解卻又無法否定這理論的真實性，這時才會有人開始懷疑原本所堅信的論點是否 合乎常理，隨著時間流逝，更多更多的實驗結果都符合新的理論，漸漸的，這種新的概念 才會讓人普遍接受，所以典範轉移絕對不是短時間內就會發生，必須能補足舊理論的不足 甚至汰換，再以大量的實驗證明理論，才能讓科學界改變原本認同的概念” (S31701)
“其實大部分的人都是盲從的，有些科學家根本就沒有自己的想法，只要是大部分的人遵 從的道理，他們將無條件接受，所以要改變舊有的科學典範並不容易，需要有完善的科學 數據，且此理論要廣泛流傳，並經得起時間的考驗，不被推翻，最重要的是，要得到比較 有地位的科學家認同，才可能取代舊有的典範為新的科學典範” (S31725)
“其實大部分的人都是盲從的，有些科學家根本就沒有自己的想法，只要是大部分的人遵 從的道理，他們將無條件接受，所以要改變舊有的科學典範並不容易，需要有完善的科學 數據，且此理論要廣泛流傳，並經得起時間的考驗，不被推翻，最重要的是，要得到比較 有地位的科學家認同，才可能取代舊有的典範為新的科學典範” (S31725)