研究問題

因此本研究的目的是企圖藉由個人或小組論證教學的模式，運用「數位論證 學習網」提升中學生 PISA 科學能力與論證能力，本研究的目的有四：

1. 探討不同數位論證教學模式對中學生科學概念建構的影響。

2. 探討不同數位論證教學模式對中學生之 PISA 科學能力的影響。

3. 探討不同數位論證教學模式對中學生論證能力的影響。

4. 探討不同數位論證教學模式之學習歷程，學生之 PISA 科學能力與論證能力 的本質與品質有何差異。

第三節 研究問題

在網路學習環境下，探討小組論證模式介入形成科學議題教學法與個人論證 模式介入形成科學議題教學法，在主題相依的學習活動中，對學生 PISA 科學能 力在論證前後的提升進行探討。並進一步觀察學生在學習過程中，對國中理化的 科學概念建構與對科學現象解釋的情形。基於本研究的目的，待答的問題如下：

1. 不同數位論證教學模式的學生對中學生科學概念的建構有何差異？

1-1 兩組數位論證教學模式可以提升中學生在科學概念的建構。

1-2 不同數位論證教學模式對學生理化主題相依二階概念測驗(後測)達顯著 差異。

2. 不同數位論證教學模式對中學生理化主題相依科學能力的影響如何？

2-1 兩組數位論證教學模式可以促進中學生理化主題相依科學能力。

2-2 不同數位論證教學模式對學生理化主題相依科學能力(後測)達顯著差 異。

3. 不同數位論證教學模式對中學生主題相依科學論證能力的影響如何？

3-1 兩組數位論證教學模式能提升中學生科學論證的能力。

3-2 不同數位論證教學模式對學生主題相依論證能力(後測)達顯著差異。

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4. 不同數位論證教學模式在「數位論證學習網」學習歷程中對中學生 PISA 科 學能力與論證的本質與品質有何差異？

4-1 兩組「數位論證學習網」學習歷程可以提升中學生的論證本質與品質。

4-2 兩組「數位論證學習網」學習歷程可以提升中學生科學能力品質，包括 形成科學議題、假設、變因及科學解釋能力。

第四節 名詞解釋

1. PISA 科學能力

OECD (2006)定義之科學能力為運用科學知識、區別問題及提出有證據的結 論以便理解自然界及幫助人類抉擇使自然界轉變的行為。PISA 2006 科學能 力包括形成科學議題，解釋科學現象與科學舉證等能力。本研究進一步分形 成科學議題、形成假設、提出所設計實驗的操縱變因與應變變因，運用科學 舉證進行科學現象解釋與分析等能力。

2. 論證(Argumentation)

論證的主要辯護方式是列舉相關證據，並藉由推理的過程將主張與證據連接 起來。Toulmin(1958)提出論證理論架構，論證的要素包括事實(Data)、宣稱 (Claim)、依據(Warrant)、支持(Backing)、反駁(Rebuttal)，主張者根據事實(D) 提出宣稱(C)，根據依據(W)為宣稱(C)辯護，並提出支持(B)來支持依據(W) 與宣稱(C)；他人提出反駁(R)時，主張者受到挑戰後再提出新的宣稱(C)，經 由來回的辯護產生一致性的結論。本研究針對下列四項論證要素進行深入研 究：

(一) 宣稱(Claim) ~ 根據事實提出一些結論、宣稱。

(二) 依據(Warrant) ~ 用來連接事實與宣稱、結論的理由

(三) 支持(Backing) ~ 支持依據的基本假設，提出實驗證據或生活經驗去證 明其假設是否正確加以辯護。

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(四) 反駁(Rebuttal) ~ 提出反駁來指出宣稱的不正確性。

3. 數位論證學習網

建置於「科學論證數位學習研究(Research of On-Line Scientific Argumentation)」

的伺服器下，根據論證理論與 PISA 科學能力為基礎，設計一系列的論證學 習內容。

第五節 研究範圍與限制

1. 本研究的研究對象是新竹市某國中二年級學生，因為採用便利取樣的方式，

若要將結果推論到全國國中生身上應多加考量。

2. 本研究所使用的教材內容是以康軒版、南一版、翰林版國二上學期自然與生 活科技教材做主題相依的課程設計，並未依照教學進度與內容逐步實施，因 此結果推論於其他單元需多加考量。

3. 本研究探討的是國中生以不同論證模式進行論證結合 PISA 科學能力之理化 課程學習成效，並包含形假設、操縱變因、控制變因以及科學解釋。所以要 將此教學套用至其他科學能力需再多加斟酌。

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第二章 文獻探討

本研究主要探討運用不同數位網路論證模式對學生之科學論證與 PISA 科學 能力研究，文獻探討共分三節，分別為 PISA 科學能力、科學論證、網路科學學 習等進行探討，最後進行小結。

第一節 PISA 科學能力

一、PISA 測驗

Millar 和 Osborne (1998)定義現代科學課程為「閱讀、融合科學和技術資訊 之能力」。Bybee (1997)認為科學能力有四個層次：最低的兩個層次為「名義上的 科學能力」、「功能能力」、第三個層次為「概念和過程的科學能力」、最高層次為

「多重領域的科學能力」。OECD/PISA 所提出的科學能力與 Bybee 所提出的第三 層次較類似。OECD (1999)乃是以「證據為基礎」的陳述，此為科學能力之基礎，

藉以瞭解測驗觀和理論之合理性。因此，OECD (2000)將科學能力定義為「此能 力包含使用科學知識、定義問題和陳述以證據為基礎的結論，可用來理解和幫助 關於自然世界的決定和透過人類活動而能創造改變」。換言之，OECD/PISA 強調 科學能力的培養，講究進行科學能力培養需具有「科學證據」的素養；科學過程 意指世界科學觀念的描繪和更進一步使用科學理解之成果。理解科學過程需包含 確認調查問題的科學性、在科學調查中界定證據需要、描述或評量結果、溝通有 效之結果、展現科學概念的理解。

新知識與技能對一個人是否能成功適應一個具有挑戰的世界是非常需要的，

因此學生應具有分析與推理的能力、有效和別人溝通的能力、理解資訊並將資訊 統整與評鑑的能力、自我省思的能力來面對真實世界的挑戰。國際合作發展組織 (OECD)所舉辦的國際性評量計畫(PISA)主旨尌是評量十五歲的學生能否使用習 得知識與技能，面對真實世界的挑戰而非僅是學校課程的精熟程度，並且提供跨 國際的比較以及各國教育效能的分析，並由此界定國民閱讀、數學和科學三個領 域素養的內涵。由於 PISA 調查建立在終身學習的動態模式上，因此詴題的設計

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著重在應用及情境擬態，並不限於課程內容，受測學生頇自行建構問題情境的答 案。自 2000 年開始每三年一次國際評量，每次評量會詳細測詴一個學科領域，

大約佔全部施測時間的三分之二，其學科週期的排列如下：2000 年閱讀為主、

科學和數學為輔；2003 年數學為主、閱讀和科學為輔；2006 年科學為主、閱讀 和數學為輔；2009 年又回到閱讀主、科學和數學為輔；2012 年則是數學為主、

閱讀和科學為輔，另加上測驗問題解決能力 (Problem Solving)。截至目前為止，

PISA 已經完成四次調查；分別是以閱讀(2000 年，2009 年)，數學(2003 年)和科 學(2006 年)為主軸，每一次的結果報告均能為參與國揭露以下的訊息：(A)提供 各國學生教育體質的基準概況；(B)由背景變項中窺探，當次所調查的技能與人 口學、社會經濟、教育變項的解釋力；(C)趨勢探究以顯示調查結果的趨勢及結 果與學生層級和學校層級背景變數的關連性。

PISA自2000年第一次施辦有43個國家、2003年有41個國家、2006年有56國，

到2009年有68個國家以及2012預計有67個國家，逐次增加中。我國於2006年首次 加入評比，在參與的國家之中台灣學生整體表現數學名列第一、科學第四、閱讀 第十六(PISA 2006)，其中形成科學議題能力第七名、解釋科學現象能力第三名、

科學論證能力第八名；2009年數學第五、科學第十二、閱讀第廿三 (PISA, 2009) ， 其中形成科學議題能力第十七名。我國學生的科學素養(Scientific literacy)在2009 表現與2006年相比卻降低許多，尤其是形成科學議題能力的素養是科學素養中最 弱的一環。

二、PISA科學能力

PISA 2006 定義科學素養(scientific literacy)為當一個人(1)面臨科學相關議 題時，能夠使用科學知識(scientific knowledge)去發現問題、形成新知識、解釋現 象並得到有事實根據(evidence-based)的結論；(2)能夠明瞭科學是經由人類所探究 而形成的知識；(3)能夠察覺科學和技學深深的影響我們週遭物質的(material)、智 力的(intellectual)以及文化的(cultural)環境。其科學素養包含科學知識、科學能力

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與科學態度三個面向，而科學能力主要包含：（1）能夠提出具有證據導向的結 論並說明它的原因，也尌是所謂的「科學舉證」(Use scientific evidences)能力；

（2）在解決日常生活困擾的過程中能夠提出研究問題，然後透過科學探究的方 式進行探究，也尌是確認科學議題(Identify science issues)的能力；（3）能夠充 分運用所了解的科學概念和知識，對自然界發生的現象加以解釋，也尌是所謂的

「解釋科學現象」(Explain phenomena scientifically)的能力。如圖2-1-1所示

圖 2-1-1 PISA科學能力

依據對科學素養的內涵，PISA 2006 科學評量理論架構包括了四個面向「科學情 境」、「科學能力」、「科學知識」、「科學態度」，來發展科學評量的工作(tasks)和 題目(questions) (OECD, 2006)，如下圖2-1-2所示：

圖 2-1-2 PISA 2006 科學評量理論架構(Ratcliffe & Millar, 2009)

在科學情境(context)的部分，PISA 要評量學生是否適應未來的生活，因此

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「個人的」、「社會的」和「全球的」三個項目(OECD, 2006)。

在科學能力(science competency) 能力方面，PISA 2006 的科學詴題注重學生 三種科學能力的表現，分別是確認科學議題(identify scientific issues)能力、解釋 科學現象(explain phenomena scientifically)能力以及科學舉證(use scientific

evidence)能力等三個項目。這三種科學能力在科學實踐中佔很高的重要性，以及 可連接到關鍵的認知能力，例如歸納/演繹推理、系統思考、關鍵決策、轉換訊 息、建構並溝通討論來解釋數據資料等(OECD, 2006)。如下圖 2-1-3 所示：

形成科學議題

(identify scientific issues)

 透過科學化研究辨識可能的議題

 在科學訊息當中發現研究的關鍵

 在科學研究當中辨識主要特徵 解釋科學現象

(explain phenomena scientifically)

 在主題情境當中應用科學知識

 科學地描述或解釋現象並預測改變

 給予恰當的描述、解釋與預測 科學舉證

(use scientific evidence)

 佐以科學證據建立與延伸出討論

 發現在結論背後的假設、證據與論述

 將科學應用於社會與科技的發展 圖 2-1-3 PISA 2006 科學能力素養(science competencies)向度

在科學知識(knowledge)方面，分為科學內容知識(knowledge of science)與科 學本質(knowledge about science)兩個項目。「科學內容知識」又主要由物理、化 學、生物學、地球、太空學(Earth and space science)與技學等領域而來。「科學 本質」包含科學的探究與科學的解釋，科學的探究強調探究是獲取科學證據的手

在科學知識(knowledge)方面，分為科學內容知識(knowledge of science)與科 學本質(knowledge about science)兩個項目。「科學內容知識」又主要由物理、化 學、生物學、地球、太空學(Earth and space science)與技學等領域而來。「科學 本質」包含科學的探究與科學的解釋，科學的探究強調探究是獲取科學證據的手