探究與論證

一、 探究之意涵

在科學教育中，探究扮演著不可或缺的角色。美國國家科學教育標準 (NRC,1996) 中強調科學教育應以科學素養及科學探究能力的培養作為目標。因 此，探究為科教社群成員常使用的教學方法，其教學模式與時俱進，為符合教育 現場及教學對象學習背景差異的需要，許多創新的教學觀念和多元的教學策略已 在教學現場使用。相當值得探討，以下就探究的幾個基本面向做文獻探討與整 理。分述如下：

(一) 探究的意涵

根據Anderson (2002) 的分析，美國國家科學教育標準所指的探究包括三種 意義：其一：科學家們在研究自然世界時，從各種不同的方式探究得到證據而提 出現象的解釋，稱為「科學的探究」；其二：學生在科學課室中的主動學習歷程，

稱為「探究的學習」；其三：教師在課室中讓學生以自己的經驗產生真實的問題，

而進行探索的重要教學策略，稱為「探究的教學」。上述三種意義的第二種意義，

理念近於Schwab 強調的「動手做」，意指由學生親自動手參與實驗研究，透過 發問、操弄、觀察、紀錄、分析轉化資料來學習科學知識，而非對學生進行直接 的教學來學習（洪振方，2003）。

(二) 探究式學習的重要性

國內的科學學習和評量方式，目前多以傳統式的學習及評量為主，由教師將

科學知識加以組織拼湊後傳授給學生，學生的學習以記憶、背誦為主，學生對學 科知識內容只要熟讀，便足以在紙筆測驗中獲得好的成績，因此，科學學習成為 零碎記憶的拼湊，學生常在考試後容易忘記這些知識性的記憶，原因便在於學生 的學習不是連貫的、親身經歷的，無法將之視加以轉化而內化成自己認知結構的 一部分。有鑑於此，教育部（2008）國民中小學九年一貫課程綱要，中小學生「自 然與生活科技學習領域」的「基本理念」指出：學習科學，讓我們學會如何去進 行探究活動：學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批判、創造 等各種能力。所以，學習該是以好奇心為基礎，而進行一連串的探究、發現問題、

解釋現象、解決問題，絕非知識的填鴨。

探究式的學習是建構式的學習，Tsai (2001) 提出「學習者主動建構學習過 程，使『學習』具有意義建構與解釋的歷程。」意指有意義的學習不該是被動式 學習，而是為達成學習目標，學習者主動架構出學習網絡。因此，探究式學習主 張學生是探究過程中主動學習的主角，因此探究式學習能培養學生主動建構知識 的能力（楊秀停、王國華，2007）。

(三) 探究式教學對於科學學習的幫助

楊秀停與王國華（2007）認為實施探究教學主要著重於引導學生發展出主動 發現及解決科學問題的方法和能力。Anderson (2002) 也呼應這樣的看法，指出 標準當中的探究教學是學生培養知識和對科學想法的理解之學習活動。國內則有 教育部（2008）創造力教育白皮書與國民中小學九年一貫課程綱要中的中小學生

「自然與生活科技學習領域」之「基本理念」相對應的教學實施「教師宜安排時 間使學生從事延伸性的探究活動。鼓勵做課外的主題研究，以使學生獲得深切探 索科學的機會。創設科學的社團、研討會、科學營等，以促進探究的風氣。而教 學方法「教學應以學生活動為主體，引導學生做科學探究，並依解決問題 (problem-solving)流程進行設計與製作專題。」由上可知，探究式教學有助提升 學習者的發現問題與解決問題的能力。

(四) 探究式教學的模式

探究式教學強調學生發現問題和解決問題的能力，在探究的過程中，學生 的學習是主動的，而非被動的吸取知識，探究式教學的模式有許多種，以下茲舉 幾個較常用的模式介紹如下：

1.學習環(Learning Cycle)：Karplus (1970) 提出學習環一詞，將學習環分為三個 階段，分別為探索(exploration)、發明(invention)和發現(discovery)。之後為了便 於他人瞭解，將階段名稱稍作修改，保留探索一詞，使用「概念引介」與「概念 應用」兩詞將「發明」和「發現」以更明確的方式加以詮釋。於教學中，教學者 可將此三階段不斷的循環、重複應用以輔助學生的學習，故稱「學習環」。許良 榮（2011）認為學習環的教學活動是以學生為活動主體，學生在老師引導下，一 方面藉由操作蒐集資料、記錄結果，探討與歸納現象的共同特徵。同時在教師的 引介中，連結現象與新概念的意義，最後再應用新概念，期能達成學生主動建構 知識的目標。

2.5E教學模式：Trowbridge 與 Bybee (1990) 修訂學習環，將學習環的三階段教 學模式增加為「投入」、「探索」、「解釋」、「精緻化」和「評鑑」五個階段。

稱之「5E學習環」。「投入」和「評鑑」兩階段是修改學習環後增加的階段。以 下就五個階段之教學加以分述如下：

投入：教學者於教學活動中利用和學生舊經驗相關之提問、數位媒體或演示 操弄等方式予學生觀摩後引發學生的好奇及興趣後而願意主動參與後續的學習 活動。

探索：是教師讓學生從經驗出發，給予足夠的時間和機會，協助學生親自「動 手操作」以探索問題。

解釋：學生此階段應將探索問題的操作過程和發現和同儕討論後加以論述，

並嘗試以科學原理解釋結果及發現。教學者再以學生的認知為基礎，利用影片、

講述的教學方式。

精緻化：與三階段的學習環中的概念應用相似，鼓勵學生將發展出的新概念 融入於新的情境中，達到內化之效果，加深新建構的概念。

評鑑：評鑑大致可分為學生自我評鑑及由教學者評鑑對概念的了解程度，評 鑑的目的除了可以讓學生了解自己對概念的學習狀況外，更可讓教學者瞭解自己 的教學技巧是否需要改進，教學的成效以及目標是否達到的目的。

3. Yore (2011) 提出調整式學習環(Modified Learning Cycle)教學模式，其引導探 究取向步驟為投入-探討-整合-評量，詳細步驟如圖2-1-1

圖2-1-1 調整式學習環 (Modified Learning Cycle) 圖片來源：Yore (2011)

茲將教學步驟分述如下：

投入階段：教學者引導學生對探討的主題產生研究動機，教學者利用有趣現 象引發學生對探討主題之興趣。

探討階段：教學者鼓勵學生「動手做」並觀察所發生的現象後，進行小組成 員間想法分享、事件發生原因的探討式談話。如使用數字或數量將組內探究結果 加以紀錄描和描述。學生嘗試解釋造成現象的原因?並討論如何測試組內預測？

整合階段：透過「小組與小組間討論分享」達到彼此論點「精緻化」。活動 內容為告訴另一個小組「自己的發現」、「最令人驚奇的發現」、「預測的事已 經發生」、並比較自己小組想法和他組想法差異。

投入

探討

整合

評

量

三階段為一循環實施完畢後，可利用第二套材料進行第二次探究活動。第二 次探究時，學生應注意第一次未注意和本次探究新發現的部分。過程皆加以評量。

(五) 探究式教學的實證研究

楊秀停與王國華（2007）實施「引導式探究教學」於國小五年級學生的科學 學習，探討對國小學童學習成效的影響，結果發現學生在知識的學習、能力的表 現及態度的培養等方面的成效有所提昇，同時也發現學生自行設計實驗的能力，

需要教師適度的引導才得以展現。

施富吉與陳錦章（2009）實施以論證為導向的「5E 探究教學」（簡稱論證 式探究教學）於八年級學生在浮力單元的概念改變以及科學能力（Competence）、

合作（Cooperation）和自信（Confidence）的素養（簡稱 3C 素養）的影響，並 探討學生概念改變的機制。結果發現實驗組在概念改變的成效明顯優於對照組；

在 3C 素養方面，實驗組在科學能力和合作素養顯著優於對照組，而自信素養 沒有顯著差異。最後分析學生的概念改變主要發生在探索和解釋階段以及小組和 全班的論證階段。

綜上所述，本研究的探究活動，強調學生透過自行設計實驗裝置和親自動手 組裝、操作裝置並實際觀察現象後和同儕作分享、討論及比較想法來進行探究活 動，因此採Yore (2011) 提出之「修改式學習環」為活動進行的引導藍圖。

二、論證之意涵、功能及模式

依據文獻關於論點(argument)的意涵有三種說法，其一：Toulmin (1958) 定 義論點(argument)為「論點是一個伴隨著辯護的聲明」；其二：Means 和 Voss (1996)定義論點(argument)為「論點是由至少一個理由所支持的結論」；其三：

Halpern(1989)將論點(argument)描述為「由一個或一個以上的陳述所組成，用來 提供結論支持」。綜上所述，論點(argument)是一個由辯護、理由支持的聲明或 結論(Zohar, & Nenet, 2002)。

至於論證(argumentation)的意涵。Toulmin (1958) 將論證的過程區分成下列

各項要素，並加以解釋即：主張(claim)、資料(data)、理由(warrant)、支持(backing)、

修飾(qualifier)、反駁(rebuttal)。表2-1-1 為各項要素定義。

表2-1-1 各項要素定義（引自黃翎斐、張文華、林陳涌，2008）

要素 定義

主張 是一個被試圖建立其價值的結論。

資料 是一種用來支持主張的事實。

理由 是一種推理的敘述用來證成某個證據與主張的關係，可能是規則、原理 或是推論的依據等等。

支持 是最普遍讓人能接受的基本假設，是用做支持理由的正當性。

修飾 是為限制主張之用，能指出主張在何種情況適用。

反駁 說明「主張」無法成立的特殊條件。

同樣的，學者Erdurant、Simon 與 Osborne (2004) 也指出Toulmin (1958) 提 出的TAP模式對科學教師如何使用論點影響很大，TAP模式的論證組成因子包括 資料(data)、主張(claim)、理由(warrant)、支持(backing)、修飾(qualifiers)及反駁 (rebuttal)，其中「資料」是可支持主張的事實；「主張」是論證過程中形成的結 論，論證者根據一些資料，試著建立合理的說明以說服他人；「理由」則是說明 資料如何推論至主張，提供所需的規則及證據；「支持」是指某些法律條文、原 理、理論或定律公式；「修飾」指出主張適用在何種情況；至於「反駁」則是用 來反駁某些薄弱的證據、資料或不合理的主張（陳文正、古智雄、許瑛玿、楊文

同樣的，學者Erdurant、Simon 與 Osborne (2004) 也指出Toulmin (1958) 提 出的TAP模式對科學教師如何使用論點影響很大，TAP模式的論證組成因子包括 資料(data)、主張(claim)、理由(warrant)、支持(backing)、修飾(qualifiers)及反駁 (rebuttal)，其中「資料」是可支持主張的事實；「主張」是論證過程中形成的結 論，論證者根據一些資料，試著建立合理的說明以說服他人；「理由」則是說明 資料如何推論至主張，提供所需的規則及證據；「支持」是指某些法律條文、原 理、理論或定律公式；「修飾」指出主張適用在何種情況；至於「反駁」則是用 來反駁某些薄弱的證據、資料或不合理的主張（陳文正、古智雄、許瑛玿、楊文