科學本質與科學史教學

針對國外科學本質含意 ：美國國家教育發展評鑑小組 NAEP（National Assessment of Education Progress, 1989）則認為科學領域內所包含的『科學知識、

價值和方法過程』就是科學本質（引自邱明富，2003）。而美國科學促進會（AAAS）

科學本質則是分成三個領域，『科學知識本質，科學探究本質，科學事業本質』。

Showalter（1974）使用了暫定（tentative），公開（public），可複製的（replicable），

概率（probabilisti），人文（humanistic），歷史，獨特的，全面的，以這些元素 為科學本質特點（引自 Meichtry, n.d.）。

針對國內科學本質含意：教育部則設有科學本質的能力指標：國民中小學九 年一貫課程自然與生活科技學習領域科學素養中科學本質的能力指標在下列

『a-b-c-d』的編號中，『a』代表能力指標，『b』代表學習階段序號： 4 為第 4 階段國中一二三年級，『c』代表能力指標之次目標序號，『d』則代表流水號。

表 2-6-1 摘自教育部（2003）科學素養的科學本質能力指標 第四階段（七、八、九年級）

3-4-0-1 體會『科學』是經由探究、驗證獲得的知識。

3-4-0-2 能判別什麼是觀察的現象，什麼是科學理論。

3-4-0-3 察覺有些理論彼此之間邏輯上不相關連，甚至相互矛盾，表示尚 不完備。好的理論應是有邏輯的、協調一致、且經過考驗的知識體 系。

3-4-0-4 察覺科學的產生過程雖然嚴謹，但是卻可能因為新的現象被發現 或新的觀察角度改變而有不同的詮釋。

3-4-0-5 察覺依據科學理論作推測，常可獲得證實。

3-4-0-6 相信宇宙的演變，有一共同的運作規律。

3-4-0-7 察覺科學探究的活動並不一定要遵循固定的程序，但其中通常包 括蒐集相關證據、邏輯推論、及運用想像來構思假說和解釋數據。

3-4-0-8 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。

綜合上述將科學本質以 AAAS 的分類方式分成科學知識本質，科學探究本 質，科學事業本質並將細目分類如下：（AAAS, 1990；林格朱，2004；邱明富，

2003；張宗婷；2007）

一、科學知識本質（the scientific world view）：科學知識是經過長時間演進，

可使學習者理解的（understandable），且科學知識可以在既有的科學基礎上，延 伸對其中的瞭解與解釋並演進。而同時科學知識也是耐用的（durable），科學知 識可以公開的接受檢驗。然而科學想法的變化也可能具有創新，跳脫原先知識架 構發明出新的概念如：量子力學，而可能更完美的解釋原有的科學知識。也就是 新的科學知識會以更強有力的架構，變得準確並且成為新的科學知識被廣泛地接 受。

（一）『累積性』：科學知識是經時間，由前人的智慧累積而來一種類似接 力的方式，也就是現在的科學理論是以過去的理論作基礎而得來的。（二）『暫 時性』：科學知識是暫時性的，可被改變的，但大部份的科學知識是經過無數次 的實驗與觀察與科學社群檢驗，所以這些科學知識也並不是很容易被推翻的。

（三）『可複製性』：科學知識是可以讓科學家們在相同的條件下，以相同的實 驗均應能做出相同的結果。（四）『公開性』：科學知識是科學家們公開的發表

文章，闡述自己的理論，並引用前人支持自己理論學說。（五）『創造性』：科 學知識是科學家們因為新現象被發現或新的觀察角度改變而有不同的詮釋。

二、科學探究本質（scientific inquiry）：科學探究要求證據，科學家需能有 意識地，去控制實驗的外在條件，而確切獲得他們的證據與實驗結果。同時科學 探究也是邏輯和想像的混合物（a blend of logic and imagination），因為科學家可 能經常有不同的意見和想法，因此探究的結果並非固定結論。連解決問題的方 法，科學家也認為並不一定只有一種方法，因此科學家也會常想像出另一套解釋 理論，來探求其科學知識真偽。然而受到科學家本身的生活經驗與文化影響，科 學家很難做出客觀的判斷與科學探究，也就是科學家無法避免偏見的發生。

（一）『實證性』：科學探究要依據科學理論作推測，蒐集相關證據獲得證 實。（二）『非單一性』：科學探究針對同一現象，科學家可能有新的觀察角度 而有不同的詮釋。（三）『非固定性』：科學探究是企圖解釋自然現象，並不一 定要遵循固定的方法，都可能獲得科學內容。（四）『理論蘊含』：科學探究的 方法是運用想像來構思，並明確蒐集相關證據，具有邏輯推論理論存在。（五）

『非絕對客觀』：科學探究仍會被科學家本身的生活經驗與社會文化背景所影 響，科學探究具有科學家本身的主觀性。

三、科學事業本質（the scientific enterprise）：科學事業是一項複雜的社會 活動（complex social activity）舉凡人與人有組織的科學活動都是科學的一部份。

且科學事業不可避免反映出社會價值和觀點，例如研究的主題也會有流行，這都 是科學的社會本質（the social nature of science）。而同時科學情報的媒體傳播也 會促進科學的演進或跳脫舊思維改變。在科學社群會議中的討論或在科學雜誌裡 出版文章提出的理論，最後都要經接受專家的討論與查驗，也都是科學事業的一 部份。

（一）『倫理與道德』：科學事業是受到人與人之間的關係影響，不能去研 發大規模毀滅性，從事傷害人類的事。（二）『科學與技學』：科學事業是科學 知識與技能的學習內容，科學事業能因為資訊傳播發達而促使科學蓬勃發展。

（三）『科學與社會』：科學事業能影響社會價值觀，因為科學家會將發現的資 訊或分析的技巧應用在公共事務，使科學事業也是文化傳統的一部分。（四）『科 學家的身份』：科學事業的工作內容是多樣的，因為科學工作可以是工程師，數 學家，內科醫生，圖書館管理員甚至從事政治。（五）『科學社群』：是科學事 業中科學界同儕檢查與持續驗證的過程。

因此從國內外對於科學本質的解釋，瞭解科學本質是指科學知識具有暫時 性，非永久的定理，同時科學探究受個人主觀與社會及文化影響，觀察同一個現 象可能因為角度不同而有不同的解釋。也就是當出現更詳盡的科學知識解釋時，

經由開放的討論空間，複雜的社會活動，被科學社群檢視與接受，就可能成為科 學知識。

而科學史教學內容即是強調在複雜科學事業中，一連串的科學知識暫時性，

並透過很多科學家再一次的探究，茲將學者提到科學史與科學本質的關係整理如 表 2-6-2。

表 2-6-2 科學史與科學本質的關係

學者 內容

Garrison & Lawwill

（1993）

認為利用科學史，可以讓學生了解科學知識的暫時性與方 法的不確定性。而以上這些概念正是科學知識本質與科學 探究本質的基本意涵（引自林兆聖，2003）。

Solomon, Duveen, Scot, & McCarthy,

（1992）

提到可以經由科學知識的演進歷程教學，呈現這些一次一 次的科學革命，並能促使學生對於科學本質認識的提升。

Allchin（1992） 藉由科學史教學可以促進（further enrich）科學本質，學 生將是與科學歷史中的科學家經教材而『對話』，自然而 然的進入情境並擁有潛移默化的科學素養。

Matthews（1994） 科學史教學說明了科學知識發展的過程，適時提醒學生該 認識的科學本質。因為大部份學校教材中只描述科學原理 之發展至最後，由專家所公認的理論，教學中少了科學發

展演進介紹，導致學生誤認為科學是不可挑戰與不容懷疑

（引自林兆聖，2003）。

由此不難發現經由科學史教學，學生結構重現與機制重現的過程，能促進其 科學本質。最後，國內使用科學史教學的方式提升學生對於科學本質的認識，整 理如下表：

表 2-6-3 使用科學史提升學生對於科學本質的認識 研究者（年代） 科學史教學單元 使用方法簡述 邱明富（2003） 牛頓的科學原理發現

經過

採科學 史內容 與教 科書內 容獨 立分 開，將科學本質明確定義，並將科學本 質內容明確寫入科學史教材中，在故事 的段落中若具有科學本質的特性的內 容，明確寫上如：暫時性，公開性，實 證性…等。

李玉真（2000） 光 採整合式，將科學本質融入教材中（未 明確寫出科學本質內容），最後使用科 學本質問卷，並事先列『科學本質問卷』

評分標準，針對『科學知識本質』，『科 學探究本質』，『科學社群』方向去探 討。

鄭子善（2000） 燃燒 選定課程主旨：融入科學本質的議題，

但文中針對的科學本質僅探討『暫時 性』，『科學社群』『科學家身份』『非客 觀性』。

林兆聖（2003） 原子 將科學本質融入教材中（未明確寫入內 容），但在研究方法中，有明確將段落 文章 與 想傳遞 的科 學本質 觀互 相對 應，最後試卷中則有原子概念演進的科 學本質題目。

張宗婷（2007） 血液循環 採『附加式』編排，將科學本質的內容 融入教材，並設計教師與學生的對答問 題，藉由中斷教學，提問學生的方式，

在課堂 進行中 直接 刺激學 生進 行思 考，同時提供範例，說明科學家的社會 責任，彰顯科學對於人類發展的貢獻以 及傳遞世界，幫助學生提升科學 本質 觀。

這些研究結果都顯示科學史教學是一項能夠提升學生科學本質觀的良好教 學方式。筆者綜合上面研究方式，以『整合式』編排，教師與學生的對答問題方 式，將科學本質觀融入教材，並將段落文章與想傳遞的科學本質觀互相對應，確 實將科學本質觀融入教材。