科學本質

國內學者翁秀玉與段曉林（1997）綜合整理了文獻，對科學本質提出了看法包括「科 學知識的形成需有證據支持，且具有可複製性」、「科學知識並非真理、可以修改甚至被 推翻」。王美芬與熊召弟（1995）認為科學是產生知識的一個過程，而且必需始於觀察，

再予以合理的解釋，並且加以驗證，使之趨近於完美，而科學的工作包括形成假說及驗 證。郭博嵐和劉聖忠（2005）分析國內外文獻中科學本質的內涵，歸納出「科學知識不 是真理」、「科學知識具有可驗證性」、「科學知識具有持久性」、「科學知識具有累積性」

等 16 項關鍵概念。

國外學者 Kimball（1967）在其發展的科學本質觀量表中提到「科學是動態的持續 過程，以過程導向為中心，而不是靜態的累積資訊」、「科學具有暫時性和不確定性，沒 有科學知識能完全證實，這一事實是科學的指導原則」。Showalter(1974)認為科學知識的 特徵具有：暫時性、公開性、重複性、可能性、人類的、歷史的、經驗的。Rubba 與 Anderson

（1978）發展科學知識本質量表，其中包括了「科學知識不斷進展，具有暫時性」、「科 學知識禁得起經驗考驗，具可測試性」。Lederman(1987)提出「科學知識不是真理，能夠 修改，甚至被推翻」、「科學知識由各種領域的科學共同構成」、「科學是可被測試驗證的」。

AAAS（1989）在「Project 2061:Science for all Americans」一書中，提到科學知識 是可改變的，現有的科學知識不具有永久的權威地位，但科學知識並不容易被推翻，從 事科學探究活動時講究證據，科學家們會嘗試著驗證理論以避免錯誤，而且科學事業是 由許多不同科學領域的集合。1989 年美國國家教育發展評鑑小組（National Assessment of Education Progress，簡稱 NAEP）指出科學知識具有暫時性、公開性、實驗性、可複製

活科技學習領域裡，共分為八大項分段能力指標，其中第三大項為科學與技術本質，其 中提到「能由科學性的探究活動中，了解科學知識是經過考驗的」、「察覺以新觀點看舊 資料或以新資料檢視舊理論時，常可發現出新問題」、「知道可用驗證或試驗的方法來查 核想法」、「知道有些事件（如飛碟）因採證困難，無法做科學性實驗」、「察覺只要實驗 的情況相同，產生的結果會很相近」、「察覺有時實驗情況雖然相同，也可能因存在著未 能控制的因素之影響，使得產生的結果有差異」、「體會科學是經由探究、驗證獲得的知 識」、「認識作精確信實的紀錄、開放的心胸、與可重做實驗來證實等，是維持科學知識 可信賴性的基礎」。

雖然學者們對於科學本質的看法不完全相同，但上述文獻均一致指出許多科學現象 會重複出現，因此可以透過相同的觀察或實驗得到同樣的結果，由於可見「科學知識具 有可驗證的特性」（AAAS, 1989；Lederman, 1987；NAEP, 1989；Rubba & Anderson, 1978；

Showalter, 1974）。新的科學觀點提出必需經過公開發表，面對科學社群的質疑與挑戰，

其觀點才能被接受，而形成普世接受科學知識理論，是以普世接受的「科學知識不容易 被推翻，具有持久特性」（郭博嵐與劉聖忠，2005；AAAS, 1989）。但新觀點與現有科學 知識理論相比，當新觀點能解釋科學現象比較圓滿時，現有的科學知識理論可能被修改 或捨棄，由此可見「科學知識並不是真理，具有暫時特性」（AAAS, 1989；Kimball, 1967；

Lederman, 1987；NAEP, 1989；Rubba & Anderson, 1978；Showalter, 1974）。科學知識並 非科學家所專屬，它是由不同領域的人所共同創造，歷經世世代代人類的修正，是人類 持續努力累積的結果，由此可見「科學知識具有歷史累積的特性」（郭博嵐與劉聖忠，

2005；AAAS, 1989；Lederman, 1987；NAEP, 1989；Showalter, 1974）。根據筆教在國民 中學十二年的教學經驗，發現國中學生普遍存在「課本上的科學知識就是真理，不會改 變，也不需要證明」的不合宜科學本質觀念，因此，本研究設計的教學內容，特別針對 科學知識具有暫時性、科學知識具有持久性、科學知識具有驗證性三個關鍵概念進行追 蹤深入研究。

二、科學本質與教學

科學史在科學教育中具有多重的角色與功能，廣為學者所肯定(Kauffman,1991)。到 目前為止，研究科學本質的教學策略可概分為內隱和外顯兩種途徑（Abd-El-Khalick, Bell

& Lederman, 1998），內隱途徑一般採用科學過程技能的教學、科學探究的活動、科學 內容課程工作、從做中學科學、或其它的教學策略來促進對科學本質的瞭解，所要學習 的科學本質概念的意涵隱喻（implicit）在課程活動之中，教師並沒有特別介紹或討論，

學生由課程教學氛圍中自行感受發覺出科學本質的意涵；外顯途徑則是以科學史、哲或 者與科學本質的各種方面一致的教學活動來增進對科學本質的認識（Akerson, et al., 2000），課程中教師需明示（explicit）特定科學本質概念的意涵，即在教學設計著重於 特定的科學本質概念，將其當作教學目標（劉聖忠，2007；Clough, 2006），以求學生 都能充分瞭解所學科學本質的意涵。所以內隱與外顯途徑最大的差異就在教師是否「明 示」學生所要學習的科學本質概念。

不論採用內隱或外顯途徑做為科學本質的教學策略，對於提升學生科學本質皆有幫 助。內隱途徑教學策如Lederman(1986)觀察發現，當教師採探究式教學時，師生互動頻 繁，班級氣氛愉悅，也較能改變學生對科學本質的概念。而Forawi(1996)也發現探究式 教學法是比傳統式教學法更容易提升學生學習科學本質之成效。外顯途徑教學策略如 Solomon、Duveen、Scott與McCarthy（1992）發現將科學史融入教學中，能夠有效增進 學生對科學本質的瞭解，而且科學史教學讓學生把焦點放在採納某一理論的理由，不再 只是單純地接受理論，因此，使用科學史的教學策略讓學生產生較為持久的學習。

Garrison 與 Lawwill(1993)認為利用科學史，可以讓學生了解科學理論的暫時性與不確 定性。Dawkins與Vitale（1999）發現利用歷史個案融入教學的模式來教導中學生的科學 本質概念，對學生認識科學本質有幫助，同時也提升了老師對科學本質主要概念的認 識。Lederman（1992）認為科學史教學是增進學生對科學本質認識的有效策略。林兆聖

（2003）發展「原子發現科學史」教材，發現融入科學史的教學更能降低不同先備知識 學生在科學本質觀之間的差異，而且有助於學生了解科學本質中部分特定的向度。

Lederman和Lederman（2004）也主張有效的科學本質教學方法是在進行科學教學中，以 明示的教學方法介紹科學本質的意涵，並將科學本質當作教學目標，加上反思來協助學 生將學習活動與科學本質學教目標進行適切地連結。

但部分學者卻發現內隱途徑的教學策略，對學生瞭解科學本質並沒有很顯著的成 效，如Lieu(1997)發現運用科學-科技-社會（STS）建構式情境的教學策略，對學生瞭解 科學本質提昇並沒有很顯著的成效。Khishfe與Abd-El-Khalick（2002）實驗研究發現採 用外顯途徑（學生參與探究式活動後反思討論科學本質的成分），對科學本質卻有了更 清楚的認識，而採用內隱途徑（僅進行探究式活動），對科學本質的觀點並沒有改變；

這樣的結果與Abd-El-Khalick和Lederman（2000）改變教師科學本質的研究結果相符。

綜合上述國內外的研究發現，增進學生對科學本質的認識還是以外顯的途徑較有 效，而且，外顯途徑的教學策略，以融入科學史的教學方式為主。周建和（2003）認為

科學故事融入教學時，在課堂上講述一段精彩的科學家生平或科技發展的小故事，讓學 生在不知不覺中學到了重要科學概念，並看到這個科學概念完整的發展歷程。邱明富與 高慧蓮（2004, 2006）研究科學史融入科學教學，結果顯示科學史融入教學能夠提升學 生對科學本質的理解並增進科學學習的興趣。因此，本研究採用外顯途徑教學策略，不 論實驗組或對照組，均介紹「何謂科學本質？」與科學知識具有「驗證性」、「持久性」

及「驗證性」的特質，教學中則將科學本質融入科學故事之中，介紹科學理論發展的歷 程，並以學習單要求學生找出科學故事文本中符合科學本質的述敘來加深印象。