學生的科學認識觀─「隨堂學習單」

隨堂學習單分別屬於兩個科學史教學單元，第一節的科學史教學，從光的本質說─

波動說和微粒說開始，再進入初探光電效應的實驗過程，到雷納的實驗結果結束；第二 節的科學史教學從雷納的觸發假說和愛因斯坦的光量子假說開始，接著描寫科學界對光 量子假說的看法。由於對照組學生未進行科學史教學，也未填寫學習單，故本節僅比較 概念歷史組和歷史概念組的作答情形。將無效樣本剔除後，第一份學習單的有效樣本，

歷史概念組80 人，概念歷史組 86 人，共 166 人；第二份學習單的有效樣本，歷史概念 組73 人，概念歷史組 75 人，共 148 人。本節第一部分，將介紹學生接受假說、理論的 情形及理由；第二部分介紹學生處理理論和實驗結果衝突時的反應；第三部分介紹學生 對光本質的看法；第四部分介紹學生對於假說、實驗、理論三者關係的看法；第五部分 介紹學生對科學家的客觀性的看法，分別敘述如下：

一、學生接受理論、假說的理由

為了瞭解學生接受理論或學說的理由，研究者設計三題分屬兩份學習單的問題，分 別為第一份學習單的問題一、問題二，以及第二份學習單的問題一，分述如後。分析學 生接受學說的理由時，主要分為「解釋力」、「證據力」、「尋求權威」、「可理解性」、

「自身經驗」、「一致性」此六種類別，為了判斷學生選擇理由的優劣，本研究參考Baxter Magolda (2004)的認識論反思模型(Epistemological Reflection Model)評估學生選擇的理 由，她將學生的認識論分為四種認識階段，分為絕對性認識(absolute knowing)、過渡性 認識(transitional knowing)、獨立性認識(independent knowing)、情境性認識(contextual knowing)，絕對性認識的學習者將知識是為確定性的，並相信權威了解所有的知識；過 渡性認識的學習者開始認為有些知識是不確定的，且希望能了解某些知識的適用情形；

獨立性認識的學習者則質疑權威是否是唯一的知識來源，將自己的意見和知識視為是平 等有效的；情境性認識的學習者能在情境中使用證據建構自己的觀點。當學生選擇「解 釋力」、「證據力」、「一致性」時，這些學生是依照情境提出理由，類似於情境性認 識，這些學生表現最好；當學生理由為「自行經驗」時，代表學生提出自身意見，類似

於獨立性認識，這些學生表現次好；當學生理由為「容易理解」，這些學生並非將知識 是視為絕對的，類似於過渡性認識，「容易理解」本身並非健全的理由，無法用來說服 別人，故研究者將這些學生評估為次差；當學生理由為「尋求權威」時，學生尋求權威 保證，類似於絕對性認識，學生表現最差。「尋求權威」和「容易理解」兩者均為較不 成熟理由，分析時合併一起分析。

第一份問卷問題一：「波動說以及微粒說，哪一派學說(理論)對你來說比較有說服力？

為什麼？」在作答本題前，學生簡短複習了波動說以及微粒說兩方的優缺點，接下來請 學生閱讀學習單上閱讀資料再行回答，閱讀資料是19 世紀三個關於光本質相當重要的 實驗，分別為「楊氏干涉實驗」、「帕松亮點」、「傅柯測定水中光速」，均為強力支持波 動說的實驗，目的為提供學生回答時的佐證。本題要求學生先選擇波動說或微粒說何者 較有說服力，再論述其原因。由於學生在前一個單元已學習了光的波動性質，再加上隨 堂學習單所附的閱讀資料，描寫了三個支持波動說的重要實驗，所以實驗者預期多數學 生選擇波動說，且提出的原因多為實驗和證據的支持。分析結果顯示，歷史概念組學生 有18 人(22.5%)認為微粒說較具說服力，62 人(77.5%)認為波動說較具有說服力；概念歷 史組則有26 人(30.2%)選擇微粒說，58 人(67.4%)選擇波動說。兩組選擇上比例差不多，

但選擇微粒說人數比例比預期多，顯示部分學生即使學習了光的波動性質，也未必真正 接受波動說。

學生作答結果見表4-4，兩組學生多數認為理論的解釋能力是最重要的，歷史概念 組有31人(38.8%)，概念歷史組有42人(48.8%)，研究者所預期多數學生將選擇的實驗證 據的支持，選擇人數並不是最多，歷史概念組有14人(17.5%)，概念歷史組9人(10.5%)，

可能因為學生學過波動理論，且微粒理論也容易理解，所以能以解釋能力評估理論的優 劣。在學生的理由評估，將「解釋力」、「證據力」、「一致性」三項目學生加總計算 情境性認識，歷史概念組為共45人(56.3%)，概念歷史組52人(60.5%)，代表多數學生能 以較成熟認識階段作答。

表4- 4 學生接受波動說或微粒說的原因範例及作答情形

表4- 5 學生選擇波動說或微粒說後的理由分布情形 如Abd-El-Khalick 等(1998)研究 14 位職前教師的科學本質觀，發現每一位教師均會強調 科學的實徵性，本實驗的合作教師在面談時也強調實徵性，故研究者預期學生多數認為

表4- 6 學生認為接受理論最重要的理由之學生作答情形

類別 範例 歷史概念組

(n=73)

概念歷史組 (n=75) 解釋力 能解釋多數現象。 6 (07.5%) 4 (04.7%) 證據力 實驗證據最重要。 64 (80.0%) 63 (73.3%) 一致性 矛盾少。 3 (03.8%) 8 (09.3%)

自身經驗 要符合經驗。 0 1 (01.2%)

可理解性 需要我可以理解。 4 (05.0%) 3 (03.5%) 尋求權威 有名的人的理論。 1 (01.3%) 2 (02.3%)

第二份問卷問題一：「假說一(雷納的觸發假說)和假說二(愛因斯坦的光量子假說)，

哪一個對你來說較有說服力？為什麼？」在作答本題前，學生先行了解了觸發假說和光 量子假說的內容，並同時了解當時學界對此兩假說的反駁，學生依這些資訊進行判斷。

因為光量子假說由愛因斯坦提出，由於愛因斯坦是一位家喻戶曉的科學家，而學生對於 雷納則所知甚少，故研究者預期學生多數選擇光量子假說。結果顯示，6 成以上學生認 為光量子假說較有說服力，歷史概念組中有44 人(60.3%)，概念歷史組中 56 人(74.7%)，

顯示多數學生能夠接受光量子假說，而選擇觸發假說的學生，兩組比例差不多，歷史概 念組18 人(24.7%)，概念歷史組 16 人(21.3%)，有趣的是有少部分學生認為兩者都無法 接受，歷史概念組10 人(13.7%)，概念歷史組 2 人(2.7%)，尤其歷史概念組人數明顯較 概念歷史組多，可能因為概念歷史組已經先行學習光量子假說，所以接受光量子假說人 數比例較多，且兩者均無法接受的人數也較低。

進一步檢視學生接受此兩假說的原因，由於學生回答情形和前兩題略有不同，故除 了依照「解釋力」、「證據力」、「尋求權威」、「可理解性」、「自身經驗」、「一致性」分析 之外，並多加一項「數學來源」，選擇此項學生源於教師上課內容，故「數學來源」屬 於情境性認識。研究者預期學生原因多數為尋求權威保證，認為愛因斯坦所提出假說較 具有說服力。學生作答情形見表4-7，學生理由頗為分散，各類別均有一定人數選擇，

且兩組分布情形大不相同，在歷史概念組中，學生最多選擇「解釋力」(18 人，24.7%)，

這些學生著重在假說能解釋什麼，或不能解釋什麼，而概念歷史組則最多學生重視「可

理解性」(23 人，30.7%)這些學生重視哪個學說較容易理解，而研究者所預期的「尋求

組共9 人(50%)，概念歷史組共 7 人(43.8%)，比例和選擇較佳的理由人數差不多。

而選擇光量子假說的學生，選擇「解釋力」的人數比例較高，歷史概念組11 人(25.%)，

概念歷史組9 人(16.1%)，他們認為光量子假說能有效解釋光電效應現象；其次學生選擇

「尋求權威」的人數比例較多，歷史概念組有8 人(18.2%)，概念歷史組有 11 人(19.6%)，

符合研究者預期，這些學生因為愛因斯坦名氣，或是因為光量子假說是在課本上所教授 的，所以具說服力；有趣的是，兩組選擇「可理解性」和「自身經驗」比例有明顯差異，

歷史概念組選擇「自身經驗」的比例較多，歷史概念組有7 人(15.9%)選擇，而概念歷史 組只有3 人(5.4%)，而概念歷史組選擇「可理解性」的比例較多有 15 人(26.8%)，反觀 歷史概念組只有2 人(4.5%)，導致此兩項的差異可能是概念歷史組已經學習了光量子假 說，所以認為此假說較容易理解，而歷史概念組因為未詳細學過光量子假說，所以以自 身經驗推斷哪個學說較具說服力。值得一提的是選擇「數學來源」此項的人數雖不多(歷 史概念組：2/44、4.5%；概念歷史組：4/56、7.1%)，但這些學生的作答顯示，他們認為 光量子假說是源於數學、理論推導的，相較於基於實驗結果的觸發假說來得好，是因為 數學比實驗更為可靠。例如一位學生寫道「用理論和數學來推導較實驗推導來的更具可 信度」，另一位學生寫道「(光量子假說)它是從根本上去做解釋，進而推廣、應用到各 方面」，這些學生似乎較喜愛理論科學的治學方法。另有部分學生認為兩者均無法接受 (歷史概念組 5/10；概念歷史組 1/2)，主要原因是兩者均無法完全解釋所有現象，這些學 生對於知識的不確定性感到不安。

理由的評估上，兩組選擇情境性認識的比例差不多，歷史概念組18 人(40.9%)，概 念歷史組19 人(33.9%)，歷史概念組選擇較差理由(可理解性人數加上尋求權威人數)的 比例較概念歷史組明顯較少，歷史概念組有10 人(22.7%)，概念歷史組有 26 人(46.4%)，

可能因為這些概念歷史組學生先行學習了一節光電效應概念，但未能理解光量子假說內 容，所以當兩個困難的假說選擇時，學生優先選擇了雖似懂非懂但已學過的光量子假說，

認為它容易理解所以具說服力。

表4- 8 學生分別選擇觸發假說或光量子假說的理由分布情形

麼做。本題將從兩個面向檢視，首先根據學生所寫的做法，檢視學生遇到此種情況時的 想法，是質疑理論的正確性，或是懷疑實驗的結果，抑或是保持中立。結果顯示歷史概 念組選擇懷疑理論有29 人(36.3%)以及保持中立者有 31 人(38.8%)，此兩項人數最多且 比例差不多，而概念歷史組則是過半數選擇保持中立，人數47 人(54.7%)。概念歷史組 在選擇保持中立的比例上很明顯較多，可能因為概念歷史組已經先學習過光量子假說的 相關概念，對於雷納的實驗也較容易接受，所以能思考較為周全，而不是只懷疑其中之 一，而歷史概念組可能無法很快地理解實驗內容，所以思考取向較單一，導致懷疑理論 人數和保持中立人數差不多。

麼做。本題將從兩個面向檢視，首先根據學生所寫的做法，檢視學生遇到此種情況時的 想法，是質疑理論的正確性，或是懷疑實驗的結果，抑或是保持中立。結果顯示歷史概 念組選擇懷疑理論有29 人(36.3%)以及保持中立者有 31 人(38.8%)，此兩項人數最多且 比例差不多，而概念歷史組則是過半數選擇保持中立，人數47 人(54.7%)。概念歷史組 在選擇保持中立的比例上很明顯較多，可能因為概念歷史組已經先學習過光量子假說的 相關概念，對於雷納的實驗也較容易接受，所以能思考較為周全，而不是只懷疑其中之 一，而歷史概念組可能無法很快地理解實驗內容，所以思考取向較單一，導致懷疑理論 人數和保持中立人數差不多。