科學史應用於教學的理念

本節探討科學本質及其與科學教育的關係，以及科學史融入教學對於學習科 學本質的影響，並從文獻中歸納科學史融入科學教育的研究，從中探討科學史教 材的設計原則，並探討不同科學史教材的設計方法，作為教材設計時的依據。

壹、 科學史與科學本質學習

科學教育的改革中，科學本質和科學史受到相當廣泛的重視，美國科學促進 會(American Association for the Advancement of Science, [AAAS], 1989)呼籲科學 教育學者及教師應注重培養學生對於科學本質的瞭解，其所提出的 Project 2061 將科學本質分成三個領域，如下所示。

1. 科學的世界觀 (scientific world view)：科學的世界觀著重於科學家擁 有共同的信念，並在嚴謹的科學規範之下，對現象提出解釋。但這些 經由解釋產生的理論是不斷變化的，新的觀察證據會影響已存在的理 論，也因此科學家所提出的理論也僅是暫時的。

2. 科學探究活動 (scientific inquiry)：科學的探究活動是科學家在面對問 題時從提出假設，以邏輯的方式分析證據，最後得到理論的過程。

3. 科學事業 (science enterprise)：科學事業強調科學家與科學社群之間 互動的情形，亦即理論辯證的過程，與人文社會及時代背景有關。

林陳涌（1996）的「了解科學本質量表」 (Understanding of the Nature of Science Scale, UNOS)將科學本質分成三個部份，分為科學知識，科學方法以及科 學事業。科學知識指的是學生的科學世界觀，科學方法指的是學生對於科學探究 活動的理解，而科學事業則是指學生對於科學事業的瞭解。

國外的學者對於發展科學本質的評量工具研究已久，如 Cooley 和 Klopfer

（1961）發展的「了解科學測驗」（Test on Understanding Science, TOUS），偏重 在科學家與科學社群，科學知識本質的題目較少。Rubba 和 Andersen（1978）發 展的「科學知識本質量表」（Nature of Scientific Knowledge Scale, NSKS）則偏重 於科學知識的議題；林陳涌（1996）的「了解科學本質量表」則綜合了國內外學 者對於科學本質的定義，並以國內的高中作為研究的對象，其量表的信度和效度 均有嚴格考驗。

謝甫宜和洪振方（2010）以林陳涌（1996）科學本質的三個向度為範疇，對 科學本質提出進一步的闡述：

1. 科學知識的本質：科學知識具有經久性與可重複性，亦可被新知識所取 代，也必須被公開發表和被科學社群接受。項目包括：累積性、暫時性、

可重複性、創造性、公開性以及可預測性。

2. 科學方法的本質：科學方法是建構科學知識的過程，沒有固定的科學方 法和步驟，且受到科學家本身的信念和理論影響。此面向包括：質疑性、

經驗性、實證性、理論蘊含的、科學方法的多元性、邏輯推論性以及科 學的限制。

3. 科學事業的本質：科學家兼具科學專業與公民的身份，並且受到倫理和 道德、科學社群的規範，同時科學、科技和社會三者會互相影響。此面 向包括：倫理與道德原則、科學家的身份、科學社群的重要性以及 STS 的交互影響。

上述對於科學本質的闡述，與蘇明州和高慧蓮（2006）提出科學本質的範疇 吻合，兩者之差異僅在前者使用「科學方法的本質」，後者使用「科學探究的本

質」，兩者在名稱上稍微不同，但實質上其內涵是一致的。

許良榮和蕭培玉（2007）調查近三十年的國內外文獻，發現仍有許多學生具 有不恰當的科學本質觀。因此，如何培養學生具備有良好的科學本質觀，是科學 教育上應重視的地方。科學本質必須內含於科學的教學之中（Lederman, 1986;

Duschl, 1988），而以科學史融入教學可以達到科學本質的教學目標（巫俊明, 1997；

Solomon, Duveen & McCarthy, 1992; Abd-El-Khalick & Lederman, 2000）。

科學史和科學的發展緊密連結（William, Susan, & Wilke, 2011），科學史不僅 僅是歷史，其中包含了科學的知識與辯證過程。學生在學習的過程中，會產生迷 思概念，而這些迷思常常與科學史的發展並存（Simona & Barbara, 2010）。透過 科學史，不僅可以幫助學生及早發現迷思，並且提供當時代科學發展時的社會文 化、政治、和歷史的背景，協助學生可以想像和模擬，進而引起學習的興趣

（William, Susan, & Wilke, 2011）。而許多的抽象概念也融合在科學史當中，學生 可以經由科學史，很容易地了解這些抽象的概念（Bülent, Bilal, Cemalettin, &

Selahattin, 2011）；學生可以像科學家一樣地從事科學的發展過程（Simona &

Barbara, 2010）；科學史正是扮演穿針引線的工作，協助學生了解科學本質，例 如科學的變動性、科學與社會文化的相關性、科學是暫定性且可靠和可重複被驗 證的、定理和定律是嚴謹證明等（William , Susan, & Wilke, 2011）；科學史在科 學教育上，具有強化學生對於科學本質的認識 （Lin , Cheng & Chang, 2011）。

貳、科學史融入科學教學的方法

許多研究發現融入科學史在科學教學中，對學生的科學本質觀、學 習態度，以及學習成就都有正面的影響（Simona & Barbara, 2010; Lin, Cheng &

Chang, 2011; Bülent et al., 2011）。科學史可作為進入核心的科學概念前探究科學 現象的背景（Simona & Barbara, 2010），歷史事件圖（Historical Episode Map, HEM）

可以完整呈現科學發展的來龍去脈（Lin , Cheng & Chang, 2011），科學史與生活 經驗的結合使學生容易了解抽象的概念（Bülent et al., 2011）。教師有許多種融入

科學史在科學教育上的方法，大致上可以分為「科學傳記或史料閱讀」、「角色扮

& Chang, 2011）。而在教材設計的取向，因設計的教學方法不同而有相對應的方 式，例如以「角色扮演」和「議題討論與辯護」的教學方式，其教材內容偏向強 調科學發展歷程中具有辯論性的議題，因此多以歷史對話，互動式歷史小故事等 方式呈現，如拉馬克和達爾文的演化理論辯論（廖麗貞、林寶英和洪振方，2000），

以及拉瓦節與卜利士力爭辯是否存在燃素說（張容君、張慧博和鄭子善，2010）

皆屬此類。而若是「實驗重現」或「科學史料的閱讀」，則教材的內容多呈現科 學家如何找到證據的過程，屬於歷史個案研究（Lin , Hung & Hung, 2002；李明 昆、劉靜怡和洪振方，2011）。由此可見，教材的編寫應考量教師的教學設計，

並考慮教師使用的彈性與方便性，以期能推廣科學史的教學。