科學史教學與概念學習

Monk 與 Osborne(1997)認為，教導科學的想法能幫助學生概念的學習，因為歷史上 科學想法常常和學生想法平行，而現今接受的科學想法在一開始遭遇到的反對理由也和 學生想法類似，且專注在不同對立的學說將增進概念的聚焦，故理論上科學史教學擁有 促進學生學習的功能。國內學者傅麗玉(1996)整理了從 1900 年至 1990 年有關運用科學 史於科學教育的文獻，指出科學史在科學教育上曾被認定的功能，其中和學生概念學習 相關的包括：兒童科學概念發展與科學史的發展類同、科學史可以幫助科學學生學習科

學概念、以及科學史滿足學習認知的需要(引自傅麗玉，1999)。

為什麼認定科學史能滿足學習認知的需要呢？從格式塔(Gestalt)學派的觀點，知識 不是片段、零碎的，Gestalt 這個字指的是組織(organization)以及結構(configuration)，意 指我們經歷的世界是充滿意義的型態(pattern)或組織過的整體(organized wholes)(Phillips

& Soltis, 2004)，故建議提供學生學習情境，引發頓悟(insight)，強化學習。在概念改變 理論中，Posner 等(1982)發表了學習者概念改變模式的必要條件：(1)對自己先前概念不 滿意(dissatisfaction)─當先前概念遇到問題卻無法解決而產生質疑；(2)新概念要容易了解 (intelligible)─新概念對學習者必須是能夠了解的；(3)新概念是合理的(plausible)─對學習 者來說新概念要合理；(4)新概念是豐富的(fruitful)─新概念不只能解決現有問題，還能 應用在更廣的範圍上，當上述條件滿足，學生產生概念改變─也就是學習。根據概念改 變理論，意義由長期記憶中的陳述性知識組成，學習要產生意義則必須將新的陳述性知 識和長期記憶中的陳述性知識做連結，且當新的知識和舊有知識容易整合時，真正的學 習才會發生(Carey, 1985 ; Hewson, 1981 ; Posener et al., 1982 ;引述自 Klassen, 2010)，所以 學習包含了產生意義以及記憶。故提供學習相關情境，可幫助學生產生意義並有助於記 憶，促進學習。提供學習情境的方式有很多，其中科學史教學可提供真實的科學情境，

可以促進學生對科學概念、科學過程以及科學情境的理解(Klopfer, 1969; Wang & Marsh, 2002; 引自林陳涌、鄭榮輝、張永達，2009)。

Klassen(2010)指出故事的結構和概念改變的學習過程是相關聯的。在故事的結構中，

Prince(1973)分析了大量的類似於故事的句子，認為故事的最小結構包含三個階段，其中 第一和第三個階段是陳述性的事件，第二個事件是動作性的事件，且第一個事件和第三 個事件是相反的，稱為最小化故事(minimal story)，Klassen 將此模型修改，認為在科學 史故事中，第一階段和第三階段最好是動作性的，且第一階段和第三階段不一定要相反，

只要經過轉變即可接受。Arntzenius(1995)提出了一個包含時間性因果關係的概念改變機 制，包含三個階段，第一階段是和過去相關的起始狀態，第二階段是和現在相關的事件，

第三階段是和未來相關的最終狀態，當新知識(未來)和舊知識(過去)比較之下若不一致，

形成認知上的不平衡，導致固有的需求(innate need)，將尋求理由解釋其不一致(引自

Klassen, 2010)。故此說明了為什麼科學史教學有促進學生學習的潛力，當科學故事的前 後不一致時，學生將尋求解釋，在尋求的過程中，不斷產生假設並修正，找尋最恰當的 解釋，促進學生學習。

另一個科學史能促進概念學習的說法來自於，部分學者發現兒童有許多概念是平行 於科學史的 (Fischer, 1983 ; Kass & Lambert, 1983 ; McCloskey, 1983 ; Nussbaum &

Novick, 1982 ; Nussbaum, 1983；引自 Wandersee, 1985)，Carey(1985)認為，兒童概念改 變歷程類似於Kuhn 所提出的科學革命般激烈的概念改變，或類似於科學知識的發現歷 程(引自邱美虹，2000)。Christos Dedes (2005)比較了視覺的機制，發現科學史上對視覺 的概念轉變和幼童的概念轉變有相當高的相似性，所以他認為，科學史能幫助老師預測、

尋找學生的迷思概念，此外還有兩種用途，其一當學生看見歷史事件時，可能就此發現 自己概念的不足，造成認知上的不平衡，進而產生概念改變；其二，雖然學生的概念不 恰當，但他們可能習以為常，所以科學史可以成為學生概念外選擇的資料庫，當學生發 現新的概念較好時，就能促進學習。Wandersee(1985)進行相關研究，研究了 1405 位來 自於國小、中學、大學的學生，探討科學史是否能預測學生關於光合作用的迷思概念，

結果發現科學史確實能預測學生的迷思概念，也有許多其他的實徵研究支持這樣的說法 (Mas & Perez, 1987; Son, Cho & Chung, 1997; Van Drie, De Vos & Verloop, 1998)。但對於 學生概念和科學史平行的說法，Dirver、Guesne 與 Tiberghien(1985)認為不應對此平行關 係作過度推論，因為：(1)兩者間通常只是部分相似，不代表整體架構是一致的；(2)科 學家的想法常常為一致性概念系統中的一部分，兒童所使用的概念卻未必具有一致性。

Thagard(1992)從內容(content)、結構(structure)、機制(mechanism)三個向度比較科學家和 兒童的知識成長歷程，均能發現彼此的差異性(引自邱美虹，2000)。Wandersee(1985)也 認為學生對世界的詮釋和科學家會有所不同，不能只是將學生當作不成熟的科學家。綜 上所述，科學史教學對學生概念學習的幫助主要有兩點，第一是提供學生科學史上相互 衝突的想法，促使學生對照自己的概念，引發學生概念改變，第二是經由科學史預測學 生迷思概念，教師能對症下藥，引導學生學習，但使用科學史促進學生學習時，必須注 意學生概念和科學家有許多不同處，須避免過度推論。

實徵研究上科學史教學是否能促進學生概念學習呢？研究者整理了1998 年後的中 英文文獻，見表2-4，發現許多實驗結果並未達統計上顯著結果，科學史教學和講述教 學的效果似乎沒有明顯的不同，但也沒有研究發現科學史教學有危害學生學習概念的傾 向，賴淑婷(2007)分析了 34 篇科學史教學的文獻，發現科學史教學對學生學習成就有正 向影響，但屬低效果量，故本研究主要目的並非探討科學史教學對學生學習成就之影響，

但考量到合作教師對於科學史教學質疑，將比較學生小考和段考成績，了解科學史教學 是否會影響學生概念學習表現。

表2- 4 科學史教學對概念學習的實徵研究結果整理

名稱 作者 年份 學習成就

Historical Case Studies: Teaching the

Nature of Science in Context. Allan R. Irwin 1998 未顯著 Using the history of science to promote

students’ problem-solving ability.

Huann-shyang Lin Fui-ying Hung

Su-chu Hung

2002 問題解決 能力較佳 History of Science as an Instructional

Context: Student Learning in Genetice and Nature of Science.

Sun Young Kim