研究背景與動機

本章共分為四節，第一節敘述研究背景與動機；第二節說明研究目的與 問題；第三節為名詞釋義；第四節是研究範圍與限制。

第一節 研究背景與動機

在邁入新世紀之後，我們的國家、社會已逐漸轉型成為一個訊息暴增、

民主、多元的社會。在此民主自由的社會趨勢之下，我們的教育必須要讓學 生能透過學習活動，去蒐集、整理、分析、與運用相關資訊，能獨立思考，

並有系統研判問題；而能養成溝通協調、講道理、理性批判事物、容忍不同 的意見、與反省的習慣；並能有效地解決問題和衝突。

近數年來，學校教育的課程內容及其教學法有著顯著的改變。在落實學 習是以兒童為本位的觀點之下，只有在學童主動參與教學活動之中，學習才 會發生；有意義的學習，一定要將課程內容由學生具體的感覺經驗和日常生 活情境著手，並且配合其認知發展，由其自然的想法開始，逐步聯結到形式 的知識；學生由問題發現到收集資料到形成假設，最後解決問題，皆是目前 發展的趨勢。是故，解題 (problem solving)和推理(reasoning)是當今教育 的主流（教育部，2003）。

九年一貫課程教育是台灣邁向新世紀的教育改革課程，其課程理念以生 活為中心，配合學生的身心能力發展歷程；尊重個性發展，激發個人潛能；

培養科學智能，以適應現代生活需要（教育部，2003）。由此，教育部也頒 定了以下十個課程目標：

1. 增進自我瞭解，發展個人潛能。

2. 培養欣賞、表現、審美及創作能力。

3. 提升生涯規劃與終身學習能力。

4. 培養表達、溝通和分享的知能。

5. 發展尊重他人、關懷社會、增進團隊合作。

6. 促進文化學習與國際瞭解。

7. 增進規劃、組織與實踐的知能。

8. 運用科技與資訊的能力。

9. 激發主動探索和研究的精神。

10.培養獨立思考與解決問題的能力。

其中的第十個課程目標－「獨立思考」，指的就是期望學生能獨立解決 問題，並培養學生在發現問題時，能獨自去做推理及解決問題的過程。推理 是思考的歷程中，高於回憶之層次，其包含基本的思考、批判性思考，以及 創造性思考（教育部，2003 年）。Hogan 和 Fisherkeller（2000）也認為科 學推理是科學探究活動歷程的思考過程，並且指出：「我們用推理去建構知 識，我們也用知識去推理」。另外 Gagne（1970）也認為問題解決可視為一種 過程，結合且運用先前所學的規則去解決新的情境，並且在過程中產生新的 學習。由此可知，知識的建立與推理之間的關係可謂密不可分。

現今科學教育已將建構知識的主體回歸到學生身上，強調知識建構的主 體是學生，同時也讓學生有時間和機會去面對問題、解決問題。科學的學習 方式現在也由填鴨式的科學知識和概念的記憶，轉向強調科學探索能力和問 題解決能力的養成（丁信中、洪振方、楊芳瑩，2001）。而所謂「解決問題」

需要將許多已知的東西加以組織，運用這些知能找出解決方法或途徑。解題 的「方法（過程）」和「答案（產品）」是同樣重要的。問題的解決的過程包 含五個步驟：瞭解與思考，探究與計畫，選擇策略，尋找答案，以及省思與 擴展問題（教育部，2008）。

但在科學教育的現場中，常常為人所詬病的缺失是：學生經常只學到片 段的知識，卻缺乏科學推理、解釋資料的能力（許良榮，2005）。對於學生

偏向記憶式的學習方式，並且為了配合評量，重視評量的分數高低而忽略科 學過程技能的重要性和能力培養，是科學教育的一大隱憂。

因此我國所公佈的「九四課程新綱」中也特別提到培養學生處理資訊、

使用資訊、應用資訊的能力，使用既有的資訊尋找問題的解決方式（教育部，

2008）。這其中就牽涉、包含推理，當學生在聽講、閱讀、進行實驗時，都 會運用到推理的技能，因此推理是學生必須學習的科學過程技能。

在自然與生活科技領域的課程教學現場中，研究者也發現如同許良榮

（2005）的研究所顯示的現象，亦即學生的學習常常流於片段記憶的學習，

對於科學的過程則較缺少關注。但學生如果能夠了解科學的過程，對他來說，

科學即是有意義的，也有助於他學習科學的內容。

美國科學促進會的 SAPA （Science：A Process Approach）課程中，認為 在自然科學的學習，應包涵科學研究的十三種過程技能：觀察、使用空間和 時間關係、運用數字、測量、分類、溝通、預測、推論、假設、控制變因、

解釋數據、下定義、實驗等步驟，其與科學家進行科學探討的過程相符。而 科學過程技能中，假設到驗證的歷程特色與邏輯推理原則不謀而合。

反觀國內教育的現況，在過去的國際數理資優競賽中，我國學生常能 獲得優異成績表現，雖然我國 9-13 歲學童的科學知識在國際間成就輝煌，但 存在著一個不可忽視的事實，即我國學童一般來說缺乏推理的能力（邱美虹，

1993），研究者在數年的自然與生活領域課程的教學經驗中也發現類似的結 果，特別是在讓學生使用紙筆以外的方式呈現學習成果，或自行操作實驗時 最為明顯。例如讓學生使用輔助教具說明影子的成因：光線是如何被物體擋 住?又是如何在物體後方形成陰影？此時學生往往會不知道如何說明；又如學 生對於自然實驗的結果，會根據自己的概念或所觀察到的現象而進行預測，

但若實驗的結果不符合先前的預測時，則往往不知道如何經由推理來修正自 己先前的預測。即便是預測的結果與自己實驗所觀察到的結果相符，亦無法

從中去正確的推論何以會有這樣的結果。因此學生對於概念的認知以及理 解，往往不若在紙筆測驗中用數字成績那般容易判定，學生如何運用概念、

使用推理來解決問題，更是科學教師所必須關注的。

美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science；

AAAS）提出Projedct 2061，也認為科學即是探究，其教育目標便是培養美 國全民具有科學素養，並能用科學過程解決問題，為達此目的，必需學習科 學的過程技能，培養推理能力。所以，推理能力在自然科學教育上也是極為 重要的課題。

在幾何光學課程的安排中，成影概念通常被認為是相當簡單的學習單 元。在我國國小課程中，影子單元安排在小學低年級，包括踩影子遊戲、竿 影等活動。然而，很多研究顯示，大多數的中小學生，對影子的成因、影子 的大小、影子的深淺及影子的顏色等相關問題都有很多的迷思概念（例如：

邱韻如，1998）。但研究者在教學經驗中也發現，學生多能提出對於影子是 如何形成的解釋，也能明白的指出影子的形成是由於光線被物體所阻擋。那 為何學生對於影子的大小、影子的顏色、影子顏色的深淺仍會有許多的另有 概念呢?在使用概念與解決問題之間是否存有其他的推理過程呢?

因此，本研究使用POE策略的方式來了解學生進行推理的過程及推理的類 型，此一策略能運用晤談的方式來了解並呈現學生對於對於某一概念的認 知、理解以及推理過程；並能透過推理活動的安排來呈現學生從概念到問題 解決的結果之間的過程 (White & Gunston, 1992) 。同時也希望能透過此一研 究使科學教師能了解學生如何運用既有的概念與認知來進行推理，並將此運 用於教學之中，期望能減少學生另有概念的產生與建構，並增加以促進教學 的成效。