研究目的與問題

壹、研究目的

本研究旨在運用POE策略以及個別晤談的方式，探討國中二年級學生對於

「磁浮地球儀」相關原理的科學解釋能力和解釋類型。並嘗試從晤談資料中，找 出解釋融貫性的特徵。

貳、研究問題

一、國中二年級學生對於「磁浮地球儀」設計原理的科學解釋能力為何？

二、國中二年級學生對於「磁浮地球儀」設計原理的解釋類型為何？

三、國中二年級學生對於「磁浮地球儀」設計原理的「解釋融貫性」特徵為何？

第三節 名詞釋義

壹、磁浮地球儀

磁浮地球儀由一顆地球及基座所構成，利用基座上部線圈電流的磁效應與地

貳、科學解釋能力(the ability of scientific explanation)

所謂科學解釋能力，是要能符合國小學童心智的科學解釋能力，學生能在某 一特定狀況或現象中，能應用科學知識來描述出其發生的原因和推論，進而解釋 和預測（OECD, 2007）。本研究參考Reiser, Tabak, Sandoval, Smith, Steinmuller &

Leone(2001)所提出的科學解釋的標準 (引自謝州恩，2005)，其科學解釋清楚的標 準定義如下 ：

(一)解釋應描述因果機制：在活動中被要求建構解釋，提供因果關係，說明事 件發生的理由。

（二）解釋要符合觀察的資料：受訪教師的解釋需描述到在特殊狀況或現象中，

與理論連結的部分。

本研究將與國中二年級學生對於「磁浮地球」相關的自然現象之晤談資料，

亦即學生之科學解釋內容，將以上述的科學解釋清楚的標準，加以探討分析學生 的科學解釋中符合因果關係且滿足合理性及正確性的科學解釋能力。

參、解釋類型(the types of explanation)

本研究參考Dagher和Cossman(1992) 將國中科學教師口語解釋分成十種科學 解釋類型，如下所述，虛無的、實用的、形上學、擬人化、類比、機制式、功能、

目的論、理性的及基因性，以及參考Treagust和Harrison（2000）所提學童在科學 教室教室中所進行的科學解釋類型，將國中二年級學生對於「磁浮地球」相關的 自然現象之科學解釋進行分析及歸類，若受訪學生之解釋均無符合上述類型，則 由研究者自行歸類。

肆、解釋融貫性(explanatory coherence)

Thagard(1992)在「概念革命」這本書中提到，當我們嘗試去解釋一個懸疑的 事情，或者我們會為了去解釋一些已經知道的事實而提出假說，這時可能的解釋 通常會有許多種，但是最後勝出的解釋及假說通常是其解釋融貫性最好的一個，

此即解釋融貫性的定義。

伍、POE 策略（Predict-Observe-Explain）

在活動過程中，由教學者設計預測（Prediction）-觀察（Observation）-解釋

（Explanation）三步驟的策略，要求受測者在活動中先對所要探究的現象進行預 測，預測完後，接著讓受測者觀察實驗的結果，最後讓受測者就觀察的結果與先 前的預測做解釋，此策略可以用於探究學生的認知理解情形。

第四節 研究範圍與限制

本研究屬於質的研究，研究目的在探討研究者所任教學校之國中二年級學 生，其對於「磁浮地球儀」相關自然現象的科學解釋能力及科學解釋類型。研究 結果僅供讀者在面對相似教學情境時，能作為參考之用。受到人力、時間等種種 因素的影響，研究的範圍和限制如下：

一、研究範圍 (一)研究樣本的範圍

本研究對象的範圍，僅限於台中市某國民中學二年級學生，採立意取樣，並 未朝隨機、大樣本方向做廣度的取樣，而是直接自研究者教學的國中二年級學童 中，抽取一班29名學生，利用POE的策略，輔以個別晤談的方式，深入探討國中 二年級學童對於「磁浮地球科學玩具」相關自然現象的科學解釋能力及科學解釋 類型。並從晤談資料中，找出解釋融貫性的特徵。

(二)研究內容的範圍

本研究所探討之概念範圍為「磁浮地球科學玩具」的五個POE 實驗情境，

研究內容範圍是依據晤談結果而來。

二、研究限制 (一)研究內容的限制

(二)研究結果的限制

本研究為質性研究，採用晤談的方式蒐集資料，僅限於台中市某國民中學二 年級學生對於「磁浮地球科學玩具」的解釋過程及解釋類型之分析，限於有限的 人力及物力，因此不宜做過度的推論。

第二章 文獻探討

本章共分為六節：第一節探討「解釋」與「科學解釋」的內涵；第二節探討 國內外有關科學解釋之相關研究；第三節探討科學解釋的評量；第四節探討解釋 融貫性的原理及意義；第五節介紹POE的理論基礎、起源、意義、目的、實施和 國內外相關實徵研究，以此作為本研究之理論基礎。

第一節 解釋與科學解釋

為自然現象提出合理的解釋，是科學研究者的目標。針對某一自然現象，

能給予學生適當的解釋，則是教育工作者或科學教育研究者的目標。「解釋」是 日常生活和教室中常見的行為，尤其需要討論自然現象成因的科學教育，更是不 可或缺（湯偉君，2008）。

壹、解釋（explanation）的內涵

「解釋」是解釋者、接受解釋者與被解釋物，三者間的互動，也是科學教室 常見的行為（湯偉君，2008）。Ohlsson (1992)認為解釋扮演了科學家們想要了解 世界的主要角色；是學生學習與了解科學現象的訴求。陸健體（1994）提出就「解 釋 」 的 意 義 與 內 涵 而 論 ， 它 可 以 分 成 兩 個 層 面 ， 一 個 作 為 推 論 的 說 明

（explanation），即對一個「為什麼」這種形式的問題所做的回答；另一個層面 則是作為傳遞行為的說明（explaining）。綜合上述學者的觀點，解釋是一種讓人 們瞭解問題為什麼的原因，解釋者也可以透過解釋來讓接受解釋者更瞭解被解釋 物，以達到瞭解世界的目的。

一、哲學辭典對解釋的定義

劍橋哲學字典裡（Audi，1999）指出「解釋是一種行動，藉著顯示出某種事

釋，這就假定有被解釋的現象存在。而如果一個人要求一種證明，則這就假定這 個事物可能並非已經出現，必須提出它們出現的某種證據。而各解釋也有其各種 不同的意義，有所差異，敘述如下（引自段德智、尹大貽、金常政譯Angeles, 1999）：

（一）功能的解釋（functional explanation）：用描寫一個事物在其存在時，各成 份之間相互聯繫的活動（功能、作用）來對現象作出解釋。如：對「為什麼會有 心跳？」作出功能性解釋，就是以諸如血液循環和作為心跳基礎的心臟和肉體的 哪些部分的物理、化學的功能來說明心跳。

（二）整體的解釋（holistic explanation）：用整體（形式、總體、統一體）的功 能（目的、特性、活動）對現象作出解釋，認為整體是它的部分指導原則。用整 體的功能來解釋整體的各部分活動。

（三）機械的解釋（mechanistic explanation）：描寫在一個複合體中，一個部分 如何與其他部分發生機械的相互作用。

（四）有機論解釋（organismic explanation）：這種解釋把一個整體的特性看作是 有別於個體部分（或部分的群組）的特性，以及對於解釋某些事物是必不可少的，

就如對各個部分的相互作用分析對於它的解釋是必不可少的一種。整體被認為不 僅僅是其各個部分的量的總和，而且在質上與它們總和有別。

（五）目的論解釋（teleological explanation）：

1.按某物所完成的某種目的（結果、目標）所做出的解釋。

2.用達到某種目標或某種目的的活動所做出的解釋，通常這種目標或目的是 預定或計畫好的。

3.以涉及某物所正在追求的，或為了這種追求而發生的過程，以走向未來的 事情（目標、目的、終結、結果）而解釋現在和過去的事情。它用先在的 條件解釋現在的和任何未來的事件。

4.適合用於（適應於、協調於、相應於、適當於、相當於）完成整體的目的 和需要這個整體的各部分的相互關係結構和活動而作出的解釋。

（六）科學解釋（scientific explanation）：通過描寫一個事物的結構和過程是什麼

而使某物成為可理解的，和（或）表明一個事物如何完成它的活動。科學解釋的 基礎是：

1.用歸納-演繹方法（inductive-deductive methods）從事（經驗觀察） 形成概 括化（generalization）（理論）。

2.把這些事實與這種前後一致的和系統的概括化體系聯繫起來，也和已經累 積和以為人們所接受（已被肯定、已得到證實）有關的事實聯繫起來。

3.引出對概括化體系論這些事實可能具有的邏輯和經驗的含義和系統。

4.建構一種對這些事實和概括化的辯解（justification）、認證（confirmation）、

驗證（verification）。

5.表明這種事實是可以在數量上被計算（被推演）的，或從這種概括化體預 測到的。

劍橋哲學字典裡（Audi，1999）指出幾乎所有事物都可成為解釋的對象，但 哲學裡只注意到兩種事物的解釋：事件和人類行動。個別事件例如：橋的崩蹋，

通常都要找出其起因來做解釋，這是因果解釋的一例。因果解釋回答了「why」

之類的問題，常拿來和第二種解釋：回答「how」之類的問題做比較。後者回答 一事件「如何」發生，只是針對導致事件發生的過程性的訊息描述，不過這種描 述也會牽涉到因果過程的敘述（Audi，1999，p298）。（引自湯偉君，2008）

哲學辭典中的解釋有眾多分類，各分類也都各有不同的定義，我們發現有些 解釋的定義甚至是相對立，而科學解釋是解釋分類中相當重要的一類，也是本研 究所關注的焦點。

二、解釋的定義

我們在日常生活中時常用到「解釋」，黃達三（1998）曾就對「解釋」下了 簡單的註解，他說「解釋」就是對事件、現象的分析說明，使人有解惑及了解事

邏輯條件和實證條件（Woodward, 2003）。

（一）邏輯條件

1.待解釋的詞必須是合乎邏輯結果的解釋要素；換言之，待解釋的詞必須從 邏輯演繹所載資料說明解釋要素，否則，待解釋的詞之解釋要素無法構成 足夠的理由。

2.解釋要素必須包含一般規律，而這些待解釋的詞之來歷必須是真正所需 的。我們不會將它作為一個合理解釋的必要條件，但是，解釋要素必須至 少包含一個聲明，一項規則，及一個原因。

3.解釋要素必須有經驗主義的內容，也就是說，它必須有能力，至少在原則

3.解釋要素必須有經驗主義的內容，也就是說，它必須有能力，至少在原則