學生對科學本質理解相關研究

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文獻所歸納的十個科學本質觀點，皆探討與科學本質相關的內容，對 科學本質有著不同的看法，然而，要確切將十個觀點區分為實證取向、建 構取向，值得更深入的研究探討。但以綜合的角度來看，偏向實證的科學 本質觀認為感官是獲得知識的唯一途徑，主張知識起源於觀察，並藉由歸 納法來保證知識的客觀性與真實性。科學家是絕對客觀的研究者，必頇要 遵循一定的法則才能得到科學知識，而科學知識是不會改變的。另一方陎，

比較建構的科學本質觀則認為科學知識不可能是客觀的，因為觀察者會將 自己已有的知識、信念或理論一同帶入；科學知識並非絕對的真理，科學 知識是人類想像與邏輯推理的創作，其具有暫時性與可持續修改的特質，

而且並沒有一體適用的科學方法，科學方法是多元的。

第二節 學生對科學本質理解相關研究

促使學生發展適當的科學本質觀是科學教育所冀求的目標；然而從許 多評量學生科學本質觀的相關研究中指出，學生具有比較實證取向的科學 本質觀。Roach 和 Wandersee（1993）指出，很多學生認為科學是百科全 書，是固定的事實，而不認為科學是一種連續的、尋找答案的動態過程。

也尌是說，學生認為科學是客觀的，科學知識的改變是因為科學技術發展 所致，而不是因為觀點差異造成的。

一、學生缺乏建構取向的科學本質理解

在以小學生為對象的相關研究中發現，多數的小學生對於科學本質的 概念是片斷的，仍受實證主義影響；例如莊嘉坤（1995）以小學生為對象，

針對學生對自然科的感覺、科學本質及工作的看法、對科學及將來生涯的 目標三個指標來研究，研究對象為國小四、五、六年級學生，共 391 名，

並選取 27 名進行晤談，研究發現國小階段學生所建構的科學本質仍是片 斷的、不完整的；學生隨著科學學習經驗的累積，從知識的本質、視科學 為物品、視科學為發明或發現的工作、從社會目標的價值觀等不同角度，

去建構他們對科學本質的瞭解。李悅美（2002）在「國民小學高年級學童 科學本質觀之研究」中指出，以台北市某國小六年級學生為對象，採用問 卷調查和晤談方式，探討高年級學童的對科學的看法，結果發現學童的科 學本質觀整體而言略偏向現代觀，但經深入晤談後發現其科學本質觀並未 協調統整，部分仍受傳統邏輯實證的影響。

此外，中學生對科學本質的理解，亦普遍停留在比較實證取向的認知

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觀點上。

Criffiths 和 Barman（1995）評估美國、加拿大和澳洲高中生對科學本 質的看法，針對科學領域、科學知識、觀察和理論的關係，透過填寫開放 式問卷與晤談進行；結果發現，大部分學生認為凡是與環境或自然界有關 的事物尌是科學，科學知識的獲得來自於科學實驗活動，具有暫時性的特 質，它會隨著儀器和科技的進步而改變。對於觀察和理論的關係，大部分 學生認為觀察是先於理論，觀察是客觀的活動。

林陳涌（1995）以「了解科學本質量表-高中版」（UNOS-SE）研究 1670 位台北地區的高中生。其結果發現，學生對科學本質的瞭解並無性別上的 差異。高中學生對科學本質整體而言有相當程度的瞭解，但經過深入晤談 後發現，其對科學的概念仍停留在邏輯實證、經驗主義的觀點上。

Tsai（1998）研究臺灣國二學生對於科學知識的信念，結果發現大部 分學生認為科學是「被發現的」，而不是「被發明的」。在研究中顯示，傾 向建構主義（constructivism）觀點的學生，在學習科學時使用有意義的策 略或活動去進行科學知識的建構，然而傾向於經驗主義(empiricism)觀點的 學生，則會以背誦方式(Rote-like)為學習科學的主要策略。

Abd-EI-Khalick ＆ Lederman（2000）研究科學史課程對學生科學本 質觀的影響，研究對象包括 166 位大學未畢業及畢業的學生，還有 15 位 職前中學科學教師。幾乎所有研究對象在研究開始時，都具有數個不適當 的科學本質觀點。例如：科學知識是最終的真理、有確鑿的資料可用來證 明科學宣稱的真理、觀察是客觀的不受個人、社會或文化影響、科學方法 有一特定的做事方法、理論的改變是因為新的資訊和科技促進了實驗的準 確性、科學定律是已經被證明不會再改變的。

透過學生對科學知識本質的瞭解，可以發現很多學生以為科學理論有 一定的科學實驗方法，認為科學知識與日常生活是毫不相關的。從以上文 獻可知，大部分學生具備的科學本質觀仍舊具有邏輯實證主義色彩，認為 科學知識是死的，因此導致有許多學生習慣使用記憶背誦而非理解的方式 學習科學，也因為如此，學生常常在學習大量科學知識後，仍不清楚其涵 義，不知道該如何實際應用，有些學生最後甚至放棄學習。

Edmondson 與 Novak (1993)對 19 位高中生進行問卷、陎談及小組討論 研究，發現科學哲學觀為邏輯實證主義取向的學生，其科學學習策略較偏

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向機械式的背誦學習(rote memory)；而建構主義取向的學生則能了解科學 是不斷前進的過程，所以會注意影響科學成長的一些變因，也比較能夠做 有意義的學習。

具備不同科學本質觀的學生，對於科學理論的看法亦會有所差異，如 表 2-1 所示(引述自黃寶蓉，2000)。

表 2-1 不同科學本質觀的學生對科學的認識

對科學本質的認識 實證主義取向 建構主義取向 科學是什麼 科學是收集事實 人們想像的活動，科學

是接近生活的 科學知識的特性 準確性、正確性 暫時性

科學知識的正確性 只有一個正確答案 取 決 於 較 有 用 或 較 適 用，無關對錯

科學理論改變的原因 來自科技的進步 新理論更具潛力，更具 接受度

科學家想法的來源 直覺，但來自觀察 直覺、洞察力 科學家如何做實驗 重視所謂的「有效」科

學方法

沒 有 確 定 的 方 法 和 一 連串的程序

學生具備的不同的科學本質觀，亦產生不同的科學理論看法，比較實 證取向的學生，多認為科學理論是客觀的，有一定的研究程序來獲得正確 的科學知識。而建構取向觀點的學生，則認為科學理論是人們想像的產物，

是暫時性存在的，會經過翻新，而且沒有固定的研究方法。

二、提升科學本質理解的相關研究

為了提升學生對科學本質的看法，促使學生建構多元的科學本質觀，

亦有許多學者透過將科學史、探究式的實驗活動、線上虛擬實驗室等融入 科學學習的課程中，藉以提升學生發展較適當的科學本質觀。例如 Solomon 等人（1992）以英國 11-14 歲的中學生為對象，使用相關的科學史資料在 五個班級中進行長達一年的教學。透過在教學前、後的問卷調查和訪談，

以及觀察學生上課情形，了解學生科學本質觀改變的情形。研究結果發現，

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將科學史融入教學中，能增進學生對科學本質的瞭解，學生不再只是一味 地接受科學理論，而能思考理由；而且使用科學史的資料讓學生產生較為 持久的學習。

Marble (1992)訪談 16 位七年級學生，學生描述的科學是將科學視為追 求知識的過程；或將科學當作是一種滿足人類的需求與願望。Marble 建議 教師在科學教學中，要營造一個類似科學家探究的環境，讓學生想像自己 是科學家正在從事科學探究活動，而且教學中應包含實驗與講解，讓學生 有機會去建構個人與科學知識間的關係，進行概念的遷移並澄清看法，如 此才能增進學生對科學本質的瞭解。

Wolfer 等學者（2001）以職前教師為對象，研究探究式（inquiry）實 驗如何影響學生對科學本質的了解。將研究對象分為兩組，一組以探究式 實驗和課堂討論進行教學活動，另一組則施以傳統驗證式實驗。經過一學 期，研究結果顯示，接受探究式實驗的學生在創造力的角色、科學具暫時 性、主觀、推理、以及社會文化會影響科學理論等方陎，有較明顯的正向 改變。

陳文言（2006）在探討科學史融入自然與生活科技課程對學生的科學 本質觀及科學態度之影響的研究中，將兩班五年級學生分為兩組，一組以 多媒體將科學史融入教學，一組以傳統說故事的方式進行；研究結果顯示，

無論以多媒體或說故事的方式將科學史融入自然與生活科技課程，對於學 生的科學本質觀及科學態度都有顯著的提升。

從上述文獻可知，將科學史以多元形式納入課程中，或是在課堂中進 行探究式實驗的活動增進學生問題的討論，並輔以線上學習的資源，改變 學生的科學本質觀是有可能的。