第二章 文獻探討
第一節 科學本質與科學理論本質
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第二章 文獻探討
本章將回顧對科學本質及科學理論本質的相關文獻，以了解在歷史層面上，
科學哲學如何影響過去與現今對科學本質的認識。此外，亦將探討科學本質與理 論本質對教師及學生在教學上之影響，以揭露其重要性。再者，將針對本研究所 使用的電腦支援協作學習與知識翻新教學法，進行理論背景與其特點之敘述，以 利本研究延伸相關論述與實踐。
第一節 科學本質與科學理論本質 一、 科學本質的定義與演變
近年來，科學教育者與科學教育機構開始積極提倡科學教育中，對學生、或 全民科學素養的培育（AAAS, 1993; NRC, 1996）。美國科學促進協會（AAAS, 1989）
於其報告中書寫到具備科學素養的必要性，認為為了能對當前世界性問題──如 酸雨、熱帶雨林消失或貧富不均等──進行思辯、判斷並尋思解決方法，科學素 養應是所有人都該具備的能力。
Abd-El-Khalick、Bell 與 Lederman（1998）認為，科學素養指稱一個人對科 學概念、準則、理論與科學過程的理解，此外也是一個人對科學與科技、社會間 關係的覺察，但一個具備科學素養的人，也必須發展出對科學本質功能性的理解。
當美國科學促進學會（AAAS）將科學本質放在其報告書的第一章節，且我國教 育部定案的九年一貫課程綱要中，也將「科學本質」列入「自然與生活科技」領 域的主要目標之一，則科學本質在科學教育及科學素養培育中的重要性，可見一 斑。
然而，什麼是科學本質？其定義雖因哲學家、歷史學家、社會學家或心理學 家的出發點或專業而有所不同，但許多人都同意，科學本質是多面向的（Deng, Chen, Tsai, & Chai, 2011; Wen, Kuo, Tsai, & Chang, 2010）。例如，Abd-El-Khalick、
Bell 與 Lederman（1998）認為，科學本質是一種對科學的認識論（epistemology），
是一種瞭解（世界）的方式（a way of knowing），抑或是作為發展科學知識的 信念與價值觀。
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美國科學促進協會（AAAS, 1989）則將科學理論分為科學世界觀
（scientific world view）、科學探究活動（scientific inquiry）及科學事業
（scientific enterprise）三個領域。
Lederman、Abd-El-Khalick、Bell 與 Schwartz（2002）等人則透過發展 與分析科學本質看法問卷（Views of the Nature of Science Questionnaire [VNOS-B]），將科學本質分為：（1）實徵的自然科學知識（empirical nature of scientific knowledge）、（2）科學中的推論與理論（inference and theoretical entities in science）、（3）科學知識本質（nature of scientific knowledge）、
（4）科學理論與定律（scientific theories vs. laws）、（5）科學創意 （creativity in science）、（6）科學中的主體性（subjectivity in science），及（7）社會 與文化影響（social and cultural influences）等七個面向。
Lederman 於其 2007 年的文章中探究各家說法後，認為科學知識的特徵 包括（1）暫時性（tentative），即可變動、更改的；（2）對自然世界的實 徵性觀察，或透過科學探究歷程而來。但雖然如此，科學知識同時卻也是（3）
主觀的，蘊含個人背景、偏見與內隱理論，以及（4）必然包含了人類的想 像、創意與詮釋，和（5）受社會、文化背景影響。Lederman 提及，有其餘 兩個重要面向包括要分清（6）觀察與推論之間的分野：前者為直接地，對 現象的描述，後者恆跨於現象之上，試著解釋機制或推論模型；此外，也要
（7）了解定理與理論之間的關係和功能：前者為對所觀察現象之間的描述，
後者則是對所觀察現象的推論和解釋 （Lederman, 2007）。
針對臺灣的研究，Tsai 和 Liu 也分析了臺灣學生對科學的認識，區分 為（1）社會論證在科學中的角色（the role of social negotiation on science）、
（2）科學中發明與創造性現實（the invented and creative reality of science）、
（3）科學的理論蘊含探索（the theory-laden exploration of science）、（4）
文化在科學上的影響（the cultural impacts on science），及（5）科學的改變 與可被測試性特徵（the changing and tentative features of science）等五個項
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度（Tsai & Liu, 2005）。此外，我國九年一貫在科學本質的能力指標中，也以 18 條指標作為界定。
綜言之，科學本質並無明確的定義，或者說其定義百家爭鳴。科學本質發展 深受科學哲學的影響，隨著科學哲學觀點的發展，學者的看法也可能隨之改變。
以下茲簡略敘述科學哲學歷史及流派之演變。
(一) 從實證論（positivism）到邏輯實證論（logical positivism）
在西洋哲學史中，「人如何認識其外在世界？」，一直都是重要而基礎的問 題。在探討此議題之下，其中亞里斯多德所持的「經驗論」（empiricism）──只 有感官所感受到的經驗才是真的──深深影響 16 世紀文藝復興後歐洲哲學家的 觀點，並進一步影響再後期實證論的提出。
當談到科學哲學時，大抵被公認最早的觀點，可以從邏輯實證論談起。邏輯 實證論演變自「實證論」，受到上述提及的經驗論之影響，認為知識當僅限於對 事實的認識。任何不可見的、形而上的東西，一律在科學之外。然而實證論者所 碰到的問題之一，在於數學一直是大家公認最精確、客觀的學問之一，但強調經 驗與現象的實證論方法，如何可以證實普世性的論證（如「1+1=2」）。為此，
實證論繼承者維也納學派（Vienna circle）透過羅素《數學原理》一書，認定數 學本身只有形式，沒有內容，故也不需要實證。對數學問題的證明，來自於邏輯 和符號定義的檢證。因此，知識其實可以有「邏輯」與「實證」二部分，即後來 邏輯實證論名稱之由來。
邏輯實證論代表人物包括石里克（M. Schlick）、卡爾納普（R. Carnap）等 維也納學派學者。其主要思想為馬赫（Ernst Mach）的現象論（phenomenalism）、
維根斯坦（L. Wittgenstein）的檢證原則（verifiability principle），及羅素（B. Russel）
的邏輯原子論（logical atomisim）所影響。邏輯實證論者認為，首先科學的命題 必需是有意義的，為此以檢證原則及語言模型檢證之；再者，科學命題必須要能 被證明為真，邏輯實證主義者使用邏輯或直接經驗證實。因此，對邏輯實證論者
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而言，不能被證實甚至命題上不能說是有意義的形上學等，都不是科學。邏 輯實證論視培根（Bacon）的歸納法為唯一一種科學方法，透過證據的質、
量，藉此獲得「確定的知識、真理」。
(二) Karl Popper 的證偽論（falsificationism）
Abimbola（1983）認為，對邏輯實證論提出批判的 Karl Popper，其「證 偽論」，是一種傳統科學哲學與新科學哲學的過渡（Abimbola, 1983; 郭重 吉、許玫理，1992）。Popper 摒棄歸納法，因為他指出，一個真的命題，也 可能導出假的結論。例如「所有烏鴉都是黑的」這個命題，若以邏輯實證論 者的直接觀察檢證，可以說在特定時間中，看到的第一隻烏鴉，到第 N 隻 烏鴉都是黑的，但是，「下一隻」烏鴉並不一定會是黑的。因此歸納法有其 限制性。為此，Popper 提出了演繹證偽法。對 Popper 而言，所謂的科學與 科學命題，先決條件必須是「可被證偽的」（falsiable）：「我摒棄歸納邏 輯的主要理由，正在於……它並不提供一個合適的『劃界標準』 （Popper，
1986） 。」（轉引自張巨青、吳寅華，1994，頁 64）
大抵而言，Popper 的演繹證偽法可以下公式／圖表示之：
P1→TT→EE→P2
P1 代表問題（problem），TT 表示試探性的理論（tentative theroy），
EE 代表排除錯誤（error elimination），P2 則代表受檢證後產生的新問題。
當面對問題，科學家會試著提出各種試探性假說，而此時的假說可以是大膽 的臆測，甚至可以是形而上的的思想。假說提出後，以確認理論本身是否符 合邏輯（先驗），或透過經驗證據（後驗）等方式檢視並排除錯誤理論，形 成另外一個試探性理論並繼續排除錯誤。如此周而復始，此動態過程對 Popper 而言，可以使理論或假說，愈來愈逼近真理。亦即，沒有一種理論是 永恆的真理，所有的理論都在不斷的被挑戰的過程之中，當前一個理論無法 解釋已知的現象，得以新的理論取而代之。
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（三） Thomas Kuhn 的科學歷史主義（historism of science）
Thomas Kuhn 的科學歷史主義被認為是科學哲學發展中的一場革命。他在 1962 年出版的《科學革命的結構》（The structure of Scientific Revolution）一書 中，呈現了典範（或稱之為派典）（paradigm）這個重要的概念：（1）科學發 展歷史中，某一時代的科學理論與系統；（2）一種世界觀、看問題的方法，及
（3）科學社群（scientific community）：「科學儘管是由個人進行的，科學知識 本質上卻是集團產物 （Khun，1981） 。」（轉引自張巨青、吳寅華，1994，
頁 93）認可並遵循某一典範，在該典範觀點之下進行研究活動的一群人，即科 學社群。
以典範這個概念為中心，Khun 的主張大抵可以下式作為理解：
前科學時期→常態科學→科學革命→（短暫的非常態科學）→新的常態科 學……
前科學時期指各家說法林立且尚未有一個被大家所共同肯認的典範階段。前 科學時期到常態科學時期的轉換，則透過典範的確立，相對好的典範有幾個標準
（Khun, 1962/1994）：理論的精確性、融洽性、簡明性、成效性，及廣泛性。當 一個被社群所共同肯認的典範出現後，便進入常態科學時期。
常態科學時期中，科學家所進行的任何研究，目的都不在創造新的典範，而 是在典範的規範下，收集支持典範的證據、拓展對典範中不明之處的了解。在實 驗或檢視證據的過程當中，當結果不能解釋典範，不同於 Popper 的理論取代，
在Khun 的說法中，科學家會相信是因為個人或工具所導致的錯誤，因此並不會 對典範產生威脅。然而當研究中所遇到的衝突一再出現，典範無法說明；或此典 範的反常對社會造成了極大問題，則典範的轉換，意味著科學革命（scientific revolution）的到來。經歷短暫的非常態科學時期，典範的取代並再次確立新典 範後，此一學門又邁入了常態科學時期。
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Popper 與 Kuhn 觀點的相似之處，在於二者皆認同科學是一動態過程，
在被否證或經歷科學革命下翻新進步。
（四） Paul Feyerabend 的極端多元主義方法論
從邏輯實證主義、Popper 到 Khun，對 Feyerabend 而言，都是所謂「單一方 法論」者：他們都以單一科學方法，作為唯一的科學方法，例如歸納論、演繹證 否論，甚至Khun 也認為，在常規科學時期中，科學方法是特定的（但對於不同
從邏輯實證主義、Popper 到 Khun，對 Feyerabend 而言，都是所謂「單一方 法論」者：他們都以單一科學方法，作為唯一的科學方法，例如歸納論、演繹證 否論，甚至Khun 也認為，在常規科學時期中，科學方法是特定的（但對於不同