科學史教學與科學認識觀

科學認識觀一詞源自於哲學，哲學上的認識論(epistemology)是研究人類知識的本質 (nature)和證成(justification)，而心理學上則集中在研究個人的認識論(personal

epistemology)，不同學者所使用的名稱不盡相同，例如認識論信念(epistemological beliefs)、

反思性判斷(reflective judgment)、知曉的方式(way of knowing)、認識論的反思

(epistemological reflection)、認識論理論(epistemological theories)等，這些研究主題均為 研究個人對知識(knowledge)和知曉(knowing)的想法和信念。研究支線主要分為兩類，第 一類研究是將個人認識論視為是一種普遍性、系統化且階段性的發展過程，第二類研究 則將個人認識論視為是相互獨立的信念。(Hofer, 2001; Hofer & Pintrich, 1997)

在第一類的研究中，研究者各自發展了認識論發展階段的模型，例如Perry(1970) 的智力和道德發展模型(intellectual and ethical development)、Belenky et al.(1986)的女人 的知曉方式(women’s ways of knowing)、Baxter Magolda(1992)的認識論反思

(epistemological reflection)模型、King and Kitchener(1994)的反思性判斷(reflective judgment)模型、Kuhn(1991)的論證推理(argumentative reasoning)模型，這些模型所描述

的認識論發展階段擁有相似的方式，一開始的認識論階段認為知識是客觀的，並擁有二 元論的想法─知識不是正確就是錯誤；接著發展成多元論，開始能接受知識的不確定性；

隨後則認為知識是極端的客觀，能從不同角度看出相對的特質，並能了解證據所扮演的 腳色；最後了解知識是人類所建構出來的，且知識和真理是會演化的，且知曉和證成是 相互調和的(Hofer, 2001; Hofer & Pintrich, 1997)。這些研究可發現，學生所表達的認識觀 擁有優劣之分，一開始的階段較接近邏輯實證主義(e.g.認為知識只有對與錯)，而最後的 階段則接近建構主義(e.g.了解知識是人類建構出來的)。綜上所述，學生作答之科學認識 觀階段有所不同，故研究者可利用學者所述之科學認識觀階段評價學生作答，本研究將 以Baxter Magolda(1992)的認識論反思模型，評鑑學生學習單之作答屬於何種認識觀階 段。Baxter Magolda 將學生的認識論分為四種認識階段，分為絕對性認識(absolute knowing)─認為知識是確定的並相信權威了解所有的知識；過渡性認識(transitional knowing)─開始認為有些知識是不確定的，且希望能了解某些知識的適用情形；獨立性 認識(independent knowing)─質疑權威是否是唯一的知識來源，將自己的意見和知識視為 是平等有效的；情境性認識(contextual knowing)─能在情境中使用證據建構自己的觀點 (Baxter Magolda, 2004; Hofer, 2001; Hofer & Pintrich, 1997)。

在第二類研究中，嘗試找出認識論中的項目，在科學教育領域中稱為科學認識觀，

或稱為科學本質觀，代表個人對科學、知識建構的理解。關於科學的本質，並沒有一個 明確的定義(Abd-El-Khalick & Lederman, 2000)，所以關於科學本質的內容有許多不同版 本，如AAAS 將科學本質列為將科學本質分成三個面向：科學世界觀(the Scientific World view)、科學探究(Scientific Inquiry)、科學事業(the Scientific Enterprise)，整理如表 2-1。

Schommer (1990)將科學認識觀分為五個向度：穩定性(stability)、結構(structure)、來源 (source)、獲取速率(speed of acquisition)、獲取控制(control of acquisition)，Schraw, Bendixen 與 Dunkle(2002)開發了知識信念工具(Epistemic Beliefs Inventory)，測量類似於 Schommer 的五個向度：確定的知識(certain knowledge)、簡明的知識(simple knowledge)、

全知的權威(omniscient authority)、快速學習(quick learning)、固有的能力(innate ability)。

Hofer 與 Pintrich(1997)則認為有四個一般性的科學認識觀向度：知識的確定性(certainty

of knowledge)、知識的簡要性(simplicity of knowledge)、知曉的來源(source of knowing)、

知曉的辯護(justification for knowing)。Conley 等(2004)將學生科學認識的信念分為兩類，

知曉的本質(nature of knowing)和知識的本質(nature of knowledge)，將認識觀分為四個向 度，知識的來源(source)和科學理論的驗證(justification)屬於知曉的本質，理論的確定性 (certainty)和科學知識的發展(development)則屬於知識的本質(引自 Conley, Pintrich, Vekiri, & Harrison, 2004)。以上可以發現不同學者對科學本質應該包含哪些項目擁有不 同的看法。

在科學教育領域上，科學認識觀是否重要呢？美國科學促進學會(American

Association for the Advancement for Science, 簡稱 AAAS)於 1989 年 Project 2061 的出版品

「Science for all American」中，將下世代學生所該具備的能力彙集，定義了科學素養

(Science Literacy)，當中提出科學本質一詞，從此各國開始重視科學本質的教育。國內

教育部在2000 公布的九年一貫暫行綱要以及 2003 年的九年一貫課程綱要中也將科學本 質視為一個教學目標。故就科學教育領域來說，科學本質的教學是一個重要的研究目標。

而科學教育學者建議，在K-12 階段，也就是從幼稚園到高中階段，學生可以學習以下 較無爭議的科學本質觀：(1)科學知識的暫時性─科學知識可能會改變(後稱暫時性)；(2) 科學知識的實徵性─科學知識是基於自然現象的觀察(後稱實徵性)；(3)科學知識的主觀 性(後稱理論蘊含)─每件科學知識背後是有理論的；(4)科學知識是人類想像力、創造力 的產物(後稱創造力)；(5)科學知識受到社會與文化的影響；(6)觀察和推論的區別；(7) 理論和定律的功能與關係(Abd-El-Khalick & Lederman, 2000)。學者建議這幾個向度可成 為教學上的目標，故研究者將參考以上科學本質進行課程設計，以期學生能理解這些科 學本質觀。

表2- 1 AAAS 的科學本質觀

科學世界觀 1.世界是可理解的。

2.科學想法是會改變的。

3.科學知識是持久的。

4.科學無法提供所有問題的解答。

科學探究 1.科學需要證據。

2.科學是邏輯與想像的混合。

3.科學能解釋和預測的功能。

4.科學家驗明偏見並避免偏見。

5.科學並非獨裁主義。

科學事業 1.科學是複雜的社會活動。

2.科學有不同學科且由不同機構所進行。

3.進行科學活動時，存在普遍同意的倫理原則。

4.科學家參與公共事務時，同時是專家以及公民。

本研究所採用之科學認識觀，將依照本研究的不同目標而使用不同之科學認識觀，

在教學目標上，本研究將參考自Abd-El-Khalick 與 Lederman (2000)所提出之七項之科學 認識觀：(1)科學知識的暫時性；(2)科學知識的實徵性；(3)科學知識的主觀性；(4)科學 知識是人類想像力、創造力的產物；(5)科學知識受到社會與文化的影響；(6)觀察和推 論的區別；(7)理論和定律的功能與關係。而在評量學生科學認識觀的目標上，將採用 Conley 等(2004)的科學認識觀，分為知曉的本質與知識的本質兩類型，在知曉的本質中 包含知識的來源和科學理論的驗證兩項，知識的本質中包含理論的確定性和科學知識的 發展兩項。此兩類之科學認識觀相互比較見表2-2。由表中可發現，本研究所用之評量 目標較教學目標廣泛，是可接受的設計方式。

表2- 2 Abd-El-Khalick 與 Lederman (2000)和 Conley 等(2004)所提出之科學認識觀比較 Conley 等(2004) Abd-El-Khalick 與 Lederman (2000)

科學 認識觀

知曉的本質 科學知識的來源 無

科學理論的驗證 無

知識的本質 科學知識的發展 理論蘊含、創造力、實徵性、社會與文化的影 響、觀察和推論的區別、理論和定律的關係

科學的確定性 暫時性

所以實徵研究上，科學史教學是否能促進學生科學認識觀呢？研究者觀察了2003 年之後的部分中英文科學史教學的文獻，結果見表2-3，可以發現多數研究對學生的科 學認識觀是有顯著性差異的，即使如此，少部分研究也是有無顯著差異的結果，故研究 者藉此機會研究光電效應單元中，科學史教學是否能提升學生認識觀。

表2- 3 近年中英文科學史教學文獻之對學生科學本質觀影響實驗結果

名稱 作者 年份 實驗結果

Making Science Vivid: Using a historical episodes map.

Chen-Yung Lin Jung-Hui Cheng Wen-Hua Chang

2010 顯著 History of Science as an Instructional

Context: Student Learning in Genetice and Nature of Science.

Sun Young Kim

Jaren E. Irving 2010 顯著