科學史教材設計

壹、科學史教材的設計原則

科學史可以提昇科學本質，但如何編寫適當的科學史教材且能有效的傳達科 學本質是值得討論的重點（Abd-El-Khalick & Lederman, 2000）。林淑梤等人（2008）

依據 Monk 和 Osborne（1998）所提出的科學史融入教學的模式，統整出科學史 教材的設計原則，如下：

1. 提供科學理論建立前，應有現象和問題的存在。這些可以說明科學本質 中的一致性，累積性，可複製性等概念。

2. 提供科學原理被提出來的過程和背景，過程可以說明科學本質中的可驗 證性、可預測性、實證性，經驗性、理論蘊含的，以及方法的多元性、

邏輯推理性等；背景則可以呈現科學家之間的互動，亦即科學社群的重 要性和 STS 的交互影響等。

許良榮（1998）依據文獻探討的結果，針對如何利用科學史的資源設計科學 課文，建立六項科學史教材內容的設計原則如下：

1. 以符合科學發展的順序呈現科學理論。

2. 必須呈現科學理論之「背景知識」，是指描述在理論建立之前，與之不同 的主張看法及其差異。

3. 必須呈現科學理論之「先前條件」，是指建立該理論前必須具備的知識或 者理論。

4. 必須描述科學家不同觀點的差異性或是衝突，使學生了解科學理論之間 的互動關係，強化對於理論的連結。

5. 以知識發現的角度描述科學理論的建構過程，「知識發現的角度」是指科 學家從觀察現象到對於證據的解釋和思考的過程，而非直接先把理論的 結果呈現給學生。

6. 避免以現有的科學知識說明科學理論，例如十九世紀初「定比定律」剛 建立時，科學家尚未完全建立元素的原子量，因此在解釋時應避免使用 化學式，亦即不使用原子量的比值來解釋定比定律。

上述文獻關於科學史教材設計的原則，著重在科學理論發展時背景的呈現，

以及不同科學家根據其自身的先備知識和證據解釋某個現象的過程。而從融入科 學史教學的研究中，觀察其所使用的科學史教材是否具備這些特性，亦可以發現 這些設計原則的存在，如林陳涌、鄭榮輝和張永達（2009）「在豌豆尋找雙螺旋」

的教材，先提出孟德爾發現遺傳物質與外表性徵的差異現象，但當時候的科學家 卻仍然不明白這之間的過程是如何發生，直到 1920 年開始，科學社群先是證實 了蛋白質與遺傳有關，因此有科學家認為蛋白質就是基因，經不斷地討論和辯論，

提出證據，最後才被證明決定外表性徵的基因是 DNA。又如李明昆、劉靜怡和 洪振方（2011）所發展的物理學教材，先是提出在十九世紀初時人們已經發現電 和磁，但當時是個別的獨立現象，直到奧斯特在 1806 年因受到德國哲學家康德 主張：「自然界中各種力是出自於同一源」的影響，開始研究電和磁的關係，並 發現了電流磁效應，從此電和磁結合成「電磁學」。

教師應如何使用科學史教材進行教學，才能有效利用科學史的功能？邱明富 和高慧蓮（2006）提到，以科學史融入教學時，教師應該在關鍵處以 6W（What, Why, Where, Who, When, How）提醒學生，能加強學生對於科學史的了解。再對 應科學史教材的設計原則，可以發現「What」為主要的中心思想，如理論的發 現或者概念的發明; 「Where」是透過師生的討論和思考，指出科學家之間對於 理論解釋的差異之處; 「Who」為歷史個案中的關鍵人物; 「When」為事件發

生的時間; 「Why」可以描述科學家為什麼要從事研究的契機，影響科學家使用 哪些研究方法的理由等;「How」為科學家如何找尋答案的過程，以及使用哪些 科學的方法得到理論的結果。

林淑梤等人（2011）認為，設計科學史教材時，應先選定教學的主題，並從 科學和科技的百科全書、博物館展示品、書籍、影片、網路資源尋找相關的歷史 故事，選擇合適的資料，設計成適合閱讀或觀賞的教材；張容君、張慧博和鄭子 善（2010）認為，科學史教材可以用部落格或者影片的方式呈現。

貳、不同科學史教材的設計方法

許多學者利用不同的方法設計科學史的教材，為有效傳達科學本質，且符合 教師教學需求，本研究選擇一些能呈現科學背景、科學概念與脈絡發展的教材設 計方式，進一步探討其內涵。

一、以傳記方式設計

廖麗貞、林寶英和洪振方（2000）將教材分為兩個部份，第一部份以達爾文 的生平及思想為主，乃採用科學家傳記及學說在其社會文化脈絡中發展的方式編 寫，並配以每次授課約二十分鐘長度的錄影帶，其中一套是由英國 BBC 電視台 所錄製的「達爾文的航行」（The Voyage of Charles Darwin），共七捲；另有一捲 是自然界的偽裝術，皆由國立教育資料館翻譯配音。研究者從教材和錄影帶所提 供的情境中，讓學生瞭解達爾文的求學生涯、小獵犬號所見到自然界的事實、個 人的思考及他如何和同世代的人互動、建立科學通訊網絡及如何將理論呈現在世 人面前的過程。第二部份的教材談論「物種的形成和生命的起源及其發展」，配 合由 NHK 及 BDF 製作的錄影帶，論及生命的起源和演化，並談論生命的本質，

進而讓學生重視並尊重生命，培養學生的思辨和價值反思能力。

二、以概念圖方式設計

林淑梤等人（2008）先繪製出每個單元的概念圖，並依此設計對應的科學概 念和科學本質教學藍圖，如圖 2-1，在每個概念中尋找歷史素材，並規劃教材 呈現的順序。

圖 2- 1 簡單機械單元之概念圖

（引自：林淑梤等人，2008）

三、以歷史事件圖設計

林陳涌等人（2009）選定高中遺傳學主題之後，訂立各主軸的發展脈絡和關 聯性，發展成為遺傳學歷史事件圖（Historical Episode Map，HEM），並根據歷 史事件圖中的概念關係，呈現科學發展的過程，每個歷史事件涵蓋數個科學家的 故事，時間從 19 世紀末到 20 世紀初，共有 20 則歷史的故事，如圖 2-2。

分子遺傳學歷史事件圖沿著基因和性狀兩個概念的轉換，左軸呈現的是自古 典遺傳學的基因發展成 DNA 的歷史脈絡，右軸呈現的是自古典遺傳學外表性狀 的意義發展成酵素或蛋白質的過程，彼此之間又有許多科學活動交互影響，終於 成為現今的分子遺傳學。

圖 2- 2 分子遺傳學發展歷史事件圖

（引自：林陳涌等人，2009）

歷史事件圖能夠完整呈現概念之間的脈絡，能呈現科學家與社會之間的互動 過程，能使學生瞭解科學知識的本質，也能透過科學活動使學生瞭解科學探究方 法的本質觀，而其運用在教學實驗的結果，發現學生的科學本質有顯著的影響，

對於學習態度也有正面的提昇。