科學本質的理解與教學

長期以來的科學教學目標之一是發展適切的科學本質觀， Lederman

（1992）整理了 1950-1990 年代有關科學本質的實徵研究，並將其分成四個 主題討論：（一）評量學生的科學本質觀之研究；（二）提升學生科學本質觀 的課程之發展、使用與評量之研究；（三）評量教師科學本質觀與提升教師 科學本質概念之研究；（四）確定教師科學本質觀、班級實務與學生科學本 質觀間的關係之研究。從中可以看出，了解及提升學生和教師的科學本質理 解，還有對科學本質的課程、教學等研究是目前所重視的。欲提升學生的科 學本質，更須自課程內容、教學目標著手，在本節研究者將分述科學本質的 理解，及科學本質教學的問題。

壹、科學本質的理解

許多文獻指出學生具有不恰當的科學本質觀（Lederman, 1992）。 Tsai

（1998）研究台灣國二學生對於科學知識的信念，結果發現大部分學生認為 科學是「被發現的」，而不是「被發明的」。而且傾向於經驗主義（Empiricism）

觀點的學生，會以背誦方式（Rote-like）為學習科學的主要策略。

莊嘉坤（1999）以自編的『國小學童對科學本質的了解與科學的生涯目 標調查問卷』探討科學認同程度不同的國小學童，對科學本質與科學生涯的 想法或知覺。研究發現：學童對科學本質的想法之心智表徵有七個類型，分 別為- （1）視科學為發明、發現或研究的工作；（2）視科學為思考的活動；

（3）視科學為科學的方法；（4）視科學為現象、知識或是一門學科；（5）

視科學為物品；（6）科學的價值；（7）其他。另外亦發現，學童們所持的科 學意象，仍然是零碎、不一致且呈現個人天真的想法。

Abd-El-Khalick and Lederman（2000b）研究科學史課程對學生科學本質 觀的影響，研究對象包括 166 位大學未畢業及畢業的學生，還有 15 位職前 中學科學教師。幾乎所有研究對象在研究開始時，都具有數個不適當的科學

本質觀點，例如：科學知識是最終的真理、有確鑿的資料可用來證明科學宣 稱的真理、觀察是客觀的不受個人、社會或文化影響、科學方法有一特定的 做事方法、理論的改變是因為新的資訊和科技促進了實驗的準確性、科學定 律是已經被證明不會再改變的。在課程結束後，研究對象觀點很少有顯著的 改變，但也有一些研究對象之觀點有明顯的改變，特別是職前科學教師，在 他們參與科學史課程後，他們科學本質的架構與現代科學本質的觀點稍微一 致。

黃鴻博（1998）探討國小教師對於科學本質的信念，研究結果顯示國小 教師對科學本質的觀點如下：（1）科學內容的範圍片面且模糊，對科學的描 述只含科學本質三個向度（科學知識概念、探究方法、科學事業）中之一；

（2）科學知識缺乏統整性；（3）在科學探究方法，傾向實證主義取向；（4）

科學事業強調功能性，較少注意科學與社會的關係。

綜合上述文獻，從小學到大學、職前教師到現職教師，在在都可看出目 前師生對科學本質的理解尚不恰當，這些觀點會影響科學的教學與學習，例 如：Lin and Chiu（2004）調查學生科學本質理解及其解題策略間的關係，

發現學生對科學本質有較深入的了解，可能可提高學生的解題能力。柯玉婷

（2000）研究台中地區國小職前與在職教師對科學本質之理解及其對科學本 質的教學態度時，進一步建議小學有關科學本質教學必須有其範圍與選擇 性。Lederman, Abd-El-Khalick, Bell & Schwartz（2002）除了發展科學本質觀 點的問卷，來評量學習者的科學本質概念外，更指出目前科學本質研究的重 點，應以介入個別教室提升學習者的科學本質觀點為目的，而非大量施測、

描述或評量學生的信念。由此更可看出提升學生的科學本質觀是必要的，而 不同階段的學習者需要學習哪些科學本質內容，亦值得研究者重視。

貳、科學本質教學的問題和限制

Abd-El-Khalick and Lederman（2000a）在改善教師科學本質概念的評論 性文獻中提到，將傳達科學本質分成內隱取向（ Implicit approach）及明確取 向 （ Explicit approach）。 內 隱 取 向 是 以 科 學 探 究 教 學 （ Science inquiry instruction）、科學過程技能教學（Science process-skills instruction）、科學 內容課程工作（Science content coursework）、從做中學科學（Doing science）、

或 其 它 學 習 環 境 的 營 造 （ Manipulated certain aspects of the learning environment）來促進對科學本質的瞭解。內隱取向的教學並不明白指出科學 本質的成分，來增進學生對科學本質的了解。這樣的說法基於兩個固有的假 定。第一個是發展科學本質理解是一種“感性的”學習而非 “認知的”學習成 果。第二個是當學習者致力於科學相關活動時必然發展科學本質的理解。

Abd-El-Khalick, Bell & Lederman（1998）指出 1960 到 1970 年代許多課程採 用內隱取向的學習，強調透過動手做，學生便能從中學到科學本質，然而當 時許多研究（e.g. Durkee, 1974；Tamir, 1972；Trent, 1965；Troxel, 1968）卻 顯示這樣的方式是無效的。

明確取向必須明白地指出科學本質的部分，可以透過科學史、哲的材料 來呈現，以增進學童對科學本質的了解。然而內隱取向與明確取向的不同不 在於用來提升科學本質理解的活動的種類不同，而在於提供學習者概念上的 工具的程度，例如一些科學本質的關鍵觀點（Key aspects of NOS），可以使 學生有能力去思考其從事的活動。

近年來許多研究顯示明確取向是比內隱取向更能增進學習者的科學本 質理解（Abd-El-Khalick et al., 1998；Abd-El-Khalick & Lederman, 2000a、

2000b；Khishfe & Abd-El-Khalick, 2002；陳美雯、王靜如，2004）。正如上 述所言，內隱與明確不在於活動的種類，而在於教學時是否明示，確切給予 學習者概念上的工具（Conceptual tools）。後續研究者的教學方式跳脫僅是 科學史方式或只有探究導向的教學，在不同教學活動中輔以內隱或明確的傳 達方式，研究者將其整理如下：

Akerson, Abd-El-Khalick & Lederman（2000）在國小科學方法課程的情 境中以反思的、明確的、活動基礎取向來進行科學本質教學，以探討國小職 前教師的科學本質觀。此研究的科學本質內涵包括實徵性、暫時性、主觀性 理論負載、想像力及創造力和社會文化，以及兩個額外的觀點包括觀察和推 論及理論和定律的功能。參與者包括 25 個大學生和 25 個畢業的職前國小教 師。使用開放性科學本質問卷及個別晤談來評估參與者的科學本質觀，包含 前測及後測。大部分的參與者在研究開始時持有質樸的科學本質觀。第一個 星期，參與者被安排於一特殊設計的活動，當中包含明確的科學本質教學。

透過剩下的課程，參與者被提供建構的機會來反思其科學本質的觀點。之後 的教育評量指出參與者在他們一些科學本質觀上有實質的獲得。在社會文化 及主觀性上獲得較少。研究結果支持明確的、反思的科學本質教學是有效 的。也進一步提出，這樣的教學若統整進概念改變取向可能會更有效。

Abd-El-Khalick and Lederman（2000b）探討在學生科學本質觀點中，科 學史課程的影響。以 166 位大學生、畢業生和 15 位職前教師為研究對象，

開設三種課程，包括：演化論課程、科學史概論課程與辯論課程。其中只有 演化論課程是以明確取向的教學方式，來增進學生對科學本質的了解。而 15 位職前教師於研究前參與過科學方法課程。研究結果發現：（1）就全體 研究對象而言，融入科學史的教學，對於科學本質知識的觀點很少有顯著的 改變，但是針對參加過科學方法課程的職前教師來看，他們的科學本質觀與 現今的科學本質觀較為一致。因此建議，讓學習者上科學史課程前先接受科 學方法課程的明確科學本質教學。有了跟科學史一致的經驗，可能可以增加 學生科學本質的豐富性或改變其科學本質觀；（2）若要顯著提昇學生科學本 質觀，在科學史課程中以明確的方式說明科學本質，是比較有效的，但這樣 的方式也是有限；（3）在研究前，學習者所持有的科學本質迷思概念限制了 此科學史課程的影響。因此，一個概念改變的方法（例如：Posner, Srike, Hewson & Gertzog, 1982）可能是更有效的；（4）科學史課程的目標並不以

教授科學本質觀點為優先，也同樣限制了科學本質的學習。

Khishfe and Abd-El-Khalick （2002）以兩班國小六年級的學生為對象，

探究內隱及明確反思的探究導向教學對科學本質觀的影響，以暫時性、實徵 性、推論、及想像力和創造力為科學本質教學內涵。兩班學童進行相同的探 究活動，在活動後進行討論，以實驗組明確的進行科學本質觀的反思討論，

對照組則無明確的提及。研究前後採開放性問卷輔以非結構晤談來評量學童 的科學本質觀，前測和後測相距 2.5 個月。前測資料顯示，大多數學童的科 學本質觀都是素樸的。對照組的觀點在研究結論後也沒有什麼改變。相比之 下，實驗組在大體上有更多的學生擁有更清楚的當代科學本質觀。研究結果 認為，在提升學習者的科學本質概念上，一個明確的、反思的探究導向方法 是比隱含取向更有效。

Schwartz, Lederman & Crawford（2004）以一相似於科學家研究的探究 情境來了解 13 位中學職前教師的科學本質觀發展，這研究是以一科學研究 的實習課程進行，課程包含真實探究的經驗、明確的科學本質教學、研討會 和帶領反思。研究結果指出實習者在科學本質的知識上展露豐富的發展。在 實習期間歸納出三個影響科學本質發展的重要因素- 透過日誌和討論給反 思明確的機會、研究設置的真實情境和實習者的反思觀點。反思日誌的撰寫

Schwartz, Lederman & Crawford（2004）以一相似於科學家研究的探究 情境來了解 13 位中學職前教師的科學本質觀發展，這研究是以一科學研究 的實習課程進行，課程包含真實探究的經驗、明確的科學本質教學、研討會 和帶領反思。研究結果指出實習者在科學本質的知識上展露豐富的發展。在 實習期間歸納出三個影響科學本質發展的重要因素- 透過日誌和討論給反 思明確的機會、研究設置的真實情境和實習者的反思觀點。反思日誌的撰寫