第二章 文獻探討
第一節 科學本質與科學本質教學…
第二章 文獻探討
為解答本研究的研究問題，藉由收集科學本質的文獻資料與科學史融入教學 的相關教學研究結果，做為研究者進行科學史教材設計、科學史教學活動規劃及 後續資料分析的參考依據。
本章主要分為三節，第一節為科學本質與科學本質教學的相關研究文獻；第 二節為科學史融入教學的相關文獻；第三節為科學史融入高中教學的相關研究。
第一節 科學本質與科學本質教學
一、科學本質
從文藝復興時期開始，科學企圖脫離哲學，成為一個獨立的研究領域，科 學家們藉由對自然的觀察、實證的方法，試著對自然現象找出最合理的解釋。累 積了數百年人們對於科學所做的努力，新的科學知識不斷地被創造出來，原有的 科學知識也可能因為反例的出現與研究工具的改良，而必須修改原有科學知識的 內容甚至是被淘汰。同樣地，人們對於科學本質的定義，也會隨著社會、文化、
哲學理論..等時空背景因素而有所調整。
科學的本質是什麼？許多科教學者指出，這個問題並沒有固定的答案，就如 同科學知識並不是恆久不變的真理，科學本質的觀點也具有動態性的特質 (Lederman,1996; Matthews,1996; 引自翁秀玉、段曉林，1997)，對於科學本質的 範疇與內涵，科教學者們各自抱持著不同的觀點與見解。美國科學促進協會 (AAAS,1989)所出版的 Project 2061 研究報告對於科學本質的相關說明，經常被 科學本質教學相關研究所引用，該研究報告將科學本質區分為三個不同領域進行 說明：
(一) 在科學的世界觀(Science world view)部分，強調科學不是萬能的，無法解 決所有問題；科學知識是人類對於自然現象理解後的產物，可以被改變，
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但是要推翻原有的科學知識並不容易。
(二) 在科學的探究活動(Scientific inquiry)部分，強調證據對於科學的重要性，
科學家會試著驗證理論並盡量避免讓科學知識與自然現象出現不一致的 情形；科學知識不但能解釋自然界的現象，也具有預測的功能；既定的 科學知識並不具有永恆的權威地位，常態科學會影響科學的研究方向，
但是必要時仍會出現科學革命改變常態科學的型態。
(三) 在科學的事業(Science enterprise)部分，強調不同領域的科學家在世界各 地從事科學活動，且必須考慮倫理的原則；科學是不同學科領域的集合；
科學事業是由許多機構來進行。
許多研究均指出教師所抱持的科學本質觀點會影響其教學行為與教學評量 的方式，進而影響學生對科學的看法與學習科學的態度 (Brickhouse,1990;
Aikhenhead &Duffee, 1992；引自吳美瑩，2004)。許國忠與王靜如(2003)指出學生 的科學本質觀會影響其科學學習的方式，與科學學習成就有正相關的關聯，強調 科學本質對於科學教學的重要性。
近年來 PISA 逐漸受到國內教育學者的重視，其中 PISA2006 是 OECD 第一 次以科學為主所做的評量，與其它傳統科學評量的最大差異在於該評量並不侷限 測量學生科學概念的精熟程度。在 PISA2006 所定義的科學素養為(張惠博、林陳 涌，2012)：
(一) 面臨科學相關議題時，能夠使用科學知識去發現問題、形成新知識、解 釋現象並得到有事實根據的結論。
(二) 能夠明瞭科學是人類經由探究所形成的知識。
(三) 能夠察覺科學和技學深深的影響我們周遭物質的、符號的、文化的環境。
(四) 願意以公民身分參與和科學相關的社會議題或科學想法。
PISA 根據四個相互關聯的向度對上述的科學素養加以定義，其中的一個向
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度為「科學知識的素養」，在該向度中包含科學內容知識與科學本質兩個項目。
對於科學本質又細分為科學的探究與科學的解釋兩個部分。由上述 PISA2006 對 於科學素養的相關定義可知道科學本質在目前國際科學教育評量中的重要性。
對於學生所抱持的科學本質觀，有許多相關的研究：林陳涌(1996)調查台北 地區 1670 位高中學生的科學本質觀點，認為學生對於科學本質的觀點，主要受 到邏輯實證主義的影響，在 UNOS 表現上自然組學生明顯優於社會組學生，因 而認為學生對科學本質的理解與修習科學學科的課程量有關。許良榮與蕭培玉 (2007)也在整理近年來許多相關研究後指出多數的學生抱持著不恰當的科學本 質觀。然而，近幾年來隨著教育改革的影響，學生對於科學本質的觀點似乎也有 些改變，林于湘(2006)透過 Tsai & Liu(2005)所研發之「多向度科學認識觀問卷」，
將對科學知識的看法分為建構主義和實徵主義兩端，調查 583 位高二以上自然組 學生的科學認識觀，發現高中自然組學生的科學認識觀頗為一致，男女生並無顯 著差異且傾向建構觀點。
劉錫忠和段曉林(2002)參考科學本質的相關文獻，包含：林陳涌(1996)、翁 秀玉和段曉林(1997)、AAAS(1989)、McComas,Clough&Almazroa(1998)、
Benchmark for science literacy(1993)，將上述文獻中關於科學本質的看法，由三 個不同的面向，比較「傳統科學本質觀」與「現今科學本質觀」的異同，其分析 的結果整理為表 2-1。
藉由表 2-1 對於科學本質傳統觀點與現代觀點的比較，可做為在設計科學史 教材時的參考依據，針對新舊觀點的不同之處，透過相關的科學史料與科學史教 學活動，讓學生對於科學本質的現代觀點有更深刻的體會，提升科學本質教學的 效益。
林陳涌(1996)在其設計的「了解科學本質問卷」中，將科學本質分為「科學 方法的本質」、「科學知識的本質」、「科學事業的本質」三個向度。在本研究中，
將採用相同的向度分類，對於學生的科學本質進行前後測的分析比較，探討科學
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程理念及教學方面，都是以升學準備為導向，以學習升學所需的基本知能為主要 目標，相較於國中小課程的激烈改變，高中科學課程並未有顯著的改變(鄭湧涇，
2005)。然而，由於大學的普及化，考上大學已經不是件困難的事，隨著高中教 科書的編輯制度由統編改為審定，高中科學課程也逐漸地發生了變化。為了讓接 受九年一貫課程教育的國中生進入高中時，能夠順利銜接，高中科學課程的目標、
理念，甚至是教師的教學，都需要有所改變。
九年一貫課程著重於國中小課程的綜向連貫與橫向統整，並強調以學生為教 育主體的精神與導引學生適性發展，為了將這樣的理念延續至後期中等學校，教 育部於民國 95 年制訂「中小學一貫課程體系參考指引」，做為發展中小學課程 綱要的依據，以建構中小學一貫的體系。為了能夠培育學生成為世界公民，提升 國民素質與國家競爭力，教育部在「中小學一貫課程體系參考指引」中，列舉出 國小、國中、中等後期學校(高中、職業學校)學生的基本能力(教育部，2006)。
基本能力可分為一般能力與學科(跨領域)能力，並依照不同年齡的發展階段，
劃分為12歲(國小)、15歲(國中)、18歲(高中、職業學校)三個階段。在「中小學一 貫課程體系參考指引」中，對18歲的高中學生所設定的四項物理學科能力，其中 兩項是與科學本質有關連的，相關敘述如表2-3。
表2-3 與科學本質有關的高中物理學科能力(教育部，2006)
物理學科能力敘述內容 相關的科學本質
3.能具有近代物理、現代科技的發展及宇宙演化 的基本知識，並了解其與社會、文化及日常生 活的關係。
科學事業的本質(科學與社會)
4.能了解物理學的目的是尋求對物理現象的合 理解釋，在過程中能持有不同的理論觀點。並 能尊重別人的觀點及分辨觀點的正誤，以及能 與他人合作，有計畫的進行科學探究活動。
科學知識的本質(暫時性) 科學事業的本質(科學社群) 科學方法的本質(實證性)
由此可知，高中物理教師在設定教學目標時，除了課綱所設定的學科知識之
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外，科學本質也是應當設定於教學活動過程中需要重視的教學目標。如此才能與 從前以培養科學菁英為目標的教育目標有所區別，才能符合當今的教育潮流－培 養學生成為具有科學素養的公民。
三、科學本質教學的相關研究
許國忠、王靜如(2003)提出，許多學者認為，近年來科學教育界開始重視科 學本質教學的原因在於：邏輯實證取向的學生，傾向採用機械式的背誦記憶學習 科學；而建構主義取向的學生，比較能夠做有意義的學習。既然科學本質對於學 生的科學學習具有如此重要的影響，那麼科學教師在進行科學本質教學時，應該 設定哪些教學目標、融入哪些科學史內容？
許良榮與蕭培玉(2007)依據林陳涌(1996)對於科學本質內涵所做的三個向度 分類，透過大慧(Delphi)調查法，諮詢國內 20 名科學史哲、科學教育學者，歸納 出在國小、國中、高中各階段應教導學生之科學本質的教學目標，結果整理在表 2-4。由表 2-4 得知，相較於國小、國中學生，對於高中階段的學生可將更豐富 的科學本質內涵設定為科學本質教學的教學目標，透過科學史素材適當地融入課 程中，並引導學生對於相關科學本質概念進行思考，增進高中學生對於現代科學 本質觀點的認識。
隨著科學哲學的觀點由從前的邏輯實證主義轉向當代的建構主義，科學本質 的內涵也同樣地發生了改變。但是許多實徵性的研究指出，學生、科學教師以及 教科書並未同步地跟上轉換的步調。翁秀玉與段曉林(1997)認為必須透過課程、
教師、學生進行全方面的改善，才能提升學生對科學本質的瞭解，並針對「教師 在課室教學中應該如何提升學生科學本質」提出數點建議：
(一) 對學生而言從科學活動中主動思考科學本質的內涵是不容易的。因此，
建議教師必須主動地協助學生連結課程內容與相關的科學本質內涵。
(二) 透過科學史可協助學生瞭解科學知識形成的過程，對科學有更完整的認
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由於當前教育的重心逐漸地由從前「培養科學專長的菁英分子」轉變為「培
由於當前教育的重心逐漸地由從前「培養科學專長的菁英分子」轉變為「培