科學本質相關探討

一、科學本質範疇與內涵

當代學者 Abimbola（1983）強調的科學本質有下列三點：科學知識的暫時 性、科學方法的主觀性、科學社群的互動性。National Assessment of Education Progress ﹝NAEP﹞（1989）所提出的科學本質則區分成：（一）科學知識的本質：

科學的知識是暫時性的、科學知識是公開性的、科學的知識是實驗性的、科學的 知識是可複製性的、科學的知識是有歷史性的；(二)科學事業的價值與原則：知 識是有價值的、質疑是必要的、資料是基礎、驗證是必要的、邏輯是重要的；(三) 科學的方法與過程：觀察分類與推論、解釋資料、形成設計、設計實驗、引導探 究。而 AAAS（1989）提出的科學本質則分成：科學世界觀、科學探究活動及科 學事業。學者 Collett 與 Chiapetta（1994）所認定的科學為研究自然界的一種思 考探究方式，更是知識的結合體。

Lederman（1992）提出的：科學知識是暫時性的、經驗累積性的、科學的創 造性和主觀性、科學社群與文化扮演的角色、理論的建構（從觀察到推論的過程、

理論與定律的功能與關係）。 Smith 與 Scharmann（1999）認為的科學本質包括

（1）科學研究的目的與過程：經驗性(以直接或間接的觀察為基礎)、可測試性(有 事實根據的)、重複性(可重複驗證的)、暫時性(新的證據可以推翻舊的理論)、自 我修正性(排除錯誤)；（2）科學理論的價值判斷標準：解釋力、預測力、創造力、

包容性、簡明性、邏輯一貫性、質疑性等。

此外，教育部（2003）所提出以培養國民科學與科技素養為主的九年一貫自 然與生活科技課程，科學本質就是其中重要的主軸項目，而依照各國中、小階段

的不同，更逐項列出各階段學生所該具備的科學本質能力指標。

綜合以上文獻，科學本質可從科學知識和探究以及科學事業的本質等三個陎 向來看。科學知識的本質包含：累積性、暫時性、可驗證性、創造性、公開性、

包容性、可預測性等。而科學探究的本質包含：主觀性、質疑性、實證性、觀察 是理論涵蘊的、科學方法的多元化、邏輯推論性、科學的限制等。科學事業的本 質：倫理與道德原則、科學家的身分、科學社群的重要性、STS。

二、科學本質與教學

Lederman(1998)歸納前人的研究與自己的研究後，提出增進科學本質的教 學策略可歸納為內隱途徑和外顯途徑兩種，所謂內隱途徑一般是以科學探究的教 學（science inquiry instruction）、科學過程技能的教學（science process skills instruction）、科學內容課程工作（science content coursework）、從做中學科學

（doing science）、或其它教學策略來促進學生對於教學活動中所隱涵的科學本 質瞭解。而外顯途徑則是以科學史、哲以及（或者）與科學本質的各種方陎一致 的教學活動來增進對科學本質的認識（Akerson, Abd-El-Khalick, & Lederman, 2000）。內隱與外顯途徑之差異點，就在於外顯途徑需先明白且不斷重複指出科 學本質的成分內涵，以強化學生對科學本質的了解。而內隱途徑則不需要。

過去採用內隱途徑的學者Lederman(1986)針對18位高中生物教師與學生，使 用科學知識本質量表（Nature of Scientific Knowledge Scale，簡稱NSKS）問卷及 觀察班級教學的質性分析方法，結果顯示當教師採探究式教學時，班級氣氛是愉 悅的，且當師生互動頻繁時，也較能改變學生對科學本質的概念。而Forawi(1996) 另以8位中學教師及其班上共320位的十年級學生為對象，在進行完NSKS問卷 及、教學策略鑑定表（Instructional Strategy Identification Form，簡稱ISIF）問卷、

訪談及教室觀察等方式後，發現到教師對科學本質的認識是會影響其教學策略 的，當認識程度越高的教師會較債向於使用探究式教學法，而結果也顯示出探究 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。

Lieu(1997) 對 8 位在職中學教師進行了解科學測驗（Test on Understanding Science，簡稱 TOUS）問卷和科學科技社會觀點問卷（Views on

Science-Technology-Society，簡稱 VOSTS）後，卻發現運用科學-科技-社會（STS）

建構式情境的教學策略，對學生瞭解科學本質卻沒有很顯著的成效。

而採外顯途徑的Solomon、Duveen、Scot與 McCarthy（1992）針對英國5個 班級11-14歲的中學生，進行問卷調查和訪談，發現到將科學史融入教學中，是 能有效增進學生對科學本質的瞭解，此外，由於科學史教學能使學生把焦點放在 採納某一理論的理由，而非只是ㄧ昧地接受理論，因此，使用科學史的資料能使 學生產生較為持久的學習。Dawkins 與 Vitale （1999）以8位中學教師為對象，

採科學本質問卷 (Nature of Science Questionnaire，簡稱NSQ) 調查與小組訪談的 方式來施測，結果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 念是可行的；而這同時也是一項教師專業發展的計畫，對於中學生物教師發展必 要的知識和技能，採歷史個案融入教學的模式也是很有效率的，因為同時能也提 升了老師對科學本質主要概念的認識。

Abd-El-Khalick 與 Lederman (2000)，以166名未畢業、已畢業的大學生和15 位職前科學國中教師為對象，進行開放式問卷搭配個別晤談，文中就提到研究剛 開始時，幾乎所有研究對象都具有數個不適當的科學本質觀點情況，但在課程結 束後，研究對象的科學本質觀點具有顯著改變的人很少且有限，但卻有些研究對 象的科學本質觀點是有明顯改變的，特別是職前科學教師這部分。在他們參與過 科學史課程後，他們的科學本質架構與現代科學本質觀點較稍為ㄧ致。Lederman

（1992）提出以科學史教學來增進學生對科學本質的認識，一直是被學者推祟。

而國內的研究，林兆聖（2003）以高一學生兩班及國二學生兩班為實驗組學 生，以其研究所發展之「原子發現科學史」教材施測，採外顯途逕教學，發現有 助於學生了解科學本質中部分特定的向度，而融入科學史的教學更能減低不同先 備知識學生在科學本質觀之間的差異，此外，採用了解科學本質量表(UNOS)和 開放性問卷調查，也得到實驗組學生之科學本質觀皆呈現正向改變的結果；另

外，黃惠娥(2004) 對國小五年級學生，進行準實驗研究，以科學本質量表來評 量，研究採單因子共變數進行統計分析，發現到科學史教學對國小五年級學生的 科學本質觀具有正陎的顯著影響。

綜合上述國內外的研究發現：增進科學本質認識的策略中，內隱途徑為科學 探究的教學、科學過程技能的教學、學科內容課程工作、從做中學科學、或其他 的教學策略，用以促進學生對NOS的瞭解；外顯途徑是以科學史、哲或是與NOS 的各種向度一致的教學來增進學生對NOS的認識；但並不一定要嚴格的加以區 分。然而Lederman（1998）在一篇回顧性文章中比較內隱教學與外顯教學，指出 教師採用內隱教學是相對無效的，增進學生對科學本質的認識還是以外顯的途徑 較有效。此外，Khishfe與 Abd-El-Khalick（2002）以62位國小六年級學生為研 究對象，採準實驗研究，實驗組之教學採用外顯途徑，學生參與探究式活動後反 思討論科學本質的成分；控制組之教學採用內隱途徑傴進行探究式活動。研究結 果發現：控制組學生在教學後，對科學本質的觀點並沒有改變；但實驗組的學生 在教學後，對科學本質卻有了更清楚的認識，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是一致的 。

此外，研究者發現「科學的本質」本身具多樣層陎（multi- faceted）且是動 態的。個體對科學本質的體認是複雜的，所以若傴採「問卷法」去探討學生或老 師對科學本質了解的情形是不恰當的（Lederman, 1992 ; Loving, 1997）。若傴採 問卷調查往往可能得到過度簡化的結果，甚至有時候容易迫使受測者債向於落入

「經驗主義－實證主義」（empiricism-positivism）或「後實證主義」（postpositivism）

兩個極端化科學哲學觀的範疇裡，所以若能輔以「晤談法」、田野筆記或學生學 習歷程資料，往往可對受試對象的科學本質想法，能有更深一層的了解。，本研 究欲採外顯途逕將科學本質融入主題式的科學新聞，讓學生在進行過教學活動 後，能有效提昇學生科學本質與概念建構。