研究背景與動機

第一章 緒論

本章共分為四節，第一節說明研究背景與動機，第二節說明研究目的及問 題，第三節說明名詞定義，第四節說明研究範圍與限制，茲分述如下：

第一節 研究背景與動機

一、科學解釋的重要性

近年來科學教育相當注重科學素養的形成，而「解釋」是科學素養強調培 養的知能之一。例如：在國際性學生評量 PISA2006 中所定義的科學素養除了 能使用科學知識確認問題、形成新知識、得到有證據支持的結論之外，也包括 了「解釋」現象（Organisation for Economic Co-Operation and Development，簡 稱 OECD, 2006）。建立解釋不僅是了解現象的工具也是從事探究過程的方法

（Kuhn & Reiser, 2004），美國 NRC（National Research Council）的課程標準 中強調科學解釋是了解科學探究的基礎（NRC, 1996, 2000）；在我國中小學九 年一貫課程綱要的分段能力指標中也提到：希望學生能運用觀察、測量、蒐集、

比較、歸類與「解釋」等科學技能，做有計畫的探索（教育部，2008）。此外，

有學者認為解釋和近來備受關注的論證是互相配合的練習（McNeill, 2011），

在論證中了解和參與解釋是如何建立、質詢、調查以及修正是相當重要的

（Berland & Reiser, 2009）。

在教學現場上，Pallrand（1996）認為解釋是科學教育的中心，學生透過 解釋展現出對現象的理解，提供教師瞭解學生的知識組織架構，進一步瞭解學 生的想法。而進行科學解釋的活動，可以讓學生的科學概念更清楚，使其對內 容知識有更深層的了解（Bell & Linn, 2000）。國際數學與科學教育成就趨勢調

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查 2007（Trends in International Mathematics and Science Study 2007，簡稱 TIMSS2007）則提到科學教育的主要目的是讓學生有所基礎使用科學推理的方 法來解決問題、「給予完整的解釋」、提出結論、作出決策、及延伸他們的所 知於新的情形中（科學教育研究資料庫，2007）。由上述可知，無論國內或國 外，學生是否能對現象做解釋在科學教育中占有舉足輕重的地位。

然而，科學教育多年來常被詬病的缺失之一是：學生經常只是學習到片段 的知識，缺乏科學推理、解釋資料的能力（許良榮，2005）。這個現象在國際 數學與科學教育成就趨勢調查（TIMSS）中可見端倪，TIMSS2003 與 2007 的 結果分析顯示台灣八年級學生在科學知識得分都優於應用與推理（科學教育研 究資料庫，2007），由此可見，學生在學習科學時，偏重於知識的記憶，卻不 知如何將課堂上所學應用在問題解決上。研究者在國中任教五年多經常發現，

當要求國中學生對日常生活中的科學現象提出解釋，他們往往只會述說課本上 的定義或是教師曾說過的內容，一旦脫離課本內容，他們甚至直接回答不知道 或保持沉默。因此，促進學生科學解釋能力的學習，是目前科學教育重要的任 務之一。舉例來說：美國的教育政策“Taking Science to School”的課程架構中提 到：希望學生能夠提出和評估科學證據和解釋（Duschl, Schweingruber, &

Shouse, 2007），而且建立解釋的學習應該在中學以前就開始（NRC, 2007）。邱 美虹與林秀蓁（2004）亦發現教師若提供學生更多預測和解釋的機會，則學生 學習成就較高。

二、科學解釋能力

McNeill（2011）將「科學解釋」定義為提供解釋說明一個科學現象是如 何以及為什麼會發生，並且解釋自然世界為什麼會以特別型式運作。而科學解

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釋能力，是指學生能「科學地描述或解釋現象和預測變動」、「在特定情況中應 用科學知識」、「辨認適當的描述、解釋和預測」（洪曉憶，2010）。除此之外，

科學解釋的特徵之一為解釋是否具有融貫性，在《Conceptual Revolutions》一 書中，Thagard（1992）指出「解釋融貫性」為科學概念改變的核心，當有不 同的說法去解釋事件，最後人們所接受的通常是解釋融貫性最佳的那一個，例 如氧化說取代燃素說、天擇演化說優於神創說。Thagard（1992）並建議科學 教育應進行的研究為「探究解釋融貫性在兒童的信念修正（belief revision）及 拋棄舊概念系統的角色」（p.358），以及「確定是否可以教導學生對於解釋融 貫性有較高的敏感度，而提高敏感度是否能促使學生更能夠學習新的科學理 論？」（p.358）。因此，國中階段學生科學解釋的情形為何？是否能達成「解 釋的融貫性」？成為本研究想關注的研究問題。

三、序列性POE

欲了解學生科學解釋能力的方法有很多種，其中由 White & Gunstone

（1992）所提出的 POE 策略包含「預測」（predict）－「觀察」（observe）

－「解釋」（explain）三個步驟，可以引出學生的先備知識，給予學生機會去 觀察自己周遭的生活並加以詮釋，並可促進學生進行分享、協商個人的想法

（White & Gunstone, 1992；Liew & Treagust, 1995）。除了能協助教師探索學 童的先存概念或迷思概念（White & Gunstone, 1981），亦是一種有效的教學策 略（White & Gunstone, 1992；Liew & Treagust, 1995）。雖然 POE 對於了解學 生的概念特徵與思考歷程，具有很大的助益（Palmer, 1995），但先前學者所採 用的 POE 皆為單一實驗或是多次無關聯的 POE，對於想了解國中學生解釋的 融貫性情形，實質助益不大（陳嘉蕙，2007）。基於上述理由，本研究採用許

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良榮（2005）所提出的「序列性 POE」（Sequential Predict─Observe─Explain，

縮寫為 S-POE）策略進行研究，以探討國中生對現象的科學解釋能力和解釋融 貫性的情形。

四、研究主題的設定

想要研究學生解釋的觀點，了解日常生活多種情境中他們的想法是很重要 的。因為文化和語言背景影響了他們的先備知識，而先備知識影響著他們進行 科學練習的程度表現（McNeill, 2011）。基於這個因素，我們舉日常生活中常 常使用的「重心」這個語詞為例：當人們不小心跌倒，常聽到當事者說因為我

「重心不穩」；運動的時候，例如：練習平衡木、鴨子走路，會聽到大家說「重 心低一點比較穩」；一些簡易的玩具，例如：平衡鳥、不倒翁、跳豆等，是利 用重心的原理來製造；國中的數學課程中，有找出三角形重心的單元。這個口 頭上常使用的科學語詞在課堂中學習的情況，陳美玲，白菁汝，黃映慈與洪惠 君（2008）指出在學習物理「重心」單元時，學生常常將焦點放在公式和解題 上，若有適當的引導，學生才能理解重心的意義與對公式產生感覺。因此，本 研究設計以「重心、平衡」為主題概念之五個相關聯的實驗活動，利用 S-POE 策略了解國中生對此自然現象的科學解釋與解釋融貫性情形，此研究結果亦可 供教師選擇教學策略的參考。