科學概念建構

第二章文獻探討

第一節科學概念建構

當代的科學教育多認為教學就是教師的結論，把科學知識的建構視為傳遞經驗、刻板文字以及不變的真理 (Driver, Newton & Osborne, 2000) 。但 Perkins (1991) 指出給予學生「他們未接受過」的教育已證實是相當無效的做法，因為沒人可以用直截了當的方式傳承過去未達成的部分。科學的學習其實是一種個人理論與模式的建構與重建 (熊召弟、王美芬、段曉林、熊同鑫譯，1996) 。建構主義者認為學生是帶著已有的概念去學習，而非一張白紙。因此一個良好的學習活動應該幫助學生連結新舊概念或體念到舊概念的不足，進而主動建構或重建。科學教育企圖傳遞的不只是那些知識是什麼(what)的現象，還有這些知識如何(how)與其它事件有所關聯、為什麼(why)它重要以及這樣的觀點是如何(how)形成的 (Driver et al., 2000) 。

建構主義思潮以來已發展成許多派流，如Geelan (1993) 以「個人-社會」以及「客觀-相對主義」把建構主義分成六派，包括：個人建構主義（Personal constructivism）、

激進建構主義（Radical constructivism）、社會建構主義（Social constructivism）、社會構成論（Social constructionism）、批判建構主義（Critical constructivism）與情境脈絡建構主義（Contextual constructivism）。本研究者認為在諸多的派別中大致可分兩派:根本(激進)建構主義以及社會建構主義。

1. 根本(激進)建構主義: 以Von Glaserfeld為代表人物，主張知識不是認知個體被動的接受，而是主動的建構。認知的功能在於適應，是要用以組織個體所經驗的世界，而不在於發現客觀存在的現實世界

2. 社會建構主義:Vygotsky為代表人物，主張知識是個人與他人經由協商的社會建構。

概念是由個體所持有的，但在改變所持有的概念過程中，強調同儕的支持與達成共識的社會因素等的重要性。

綜合前文所述，雖然不同的派別對建構主義所強調部分有所差異，但核心概念不變，大體來說建構主義者認為：知識是主動建構的、新知識必須建立在原有概念的基礎上、知識是個人與環境互動的產物。然而，該如何進行建構式教學Driver 與Oldham (1986) 提出建構主義教學模式教學流程應包含：確定探討方向、引出學生概念、學生概念的重組(澄清與溝通、置於衝突情境、建構新的想法)、概念的應用、回顧所改變的概念 (郭重吉，1992) 。這樣建構主義式的教學與傳統有何差異呢? Brooks 與 Brooks (1993) 整理了傳統教室環境與建構主義式教室環境的比較，如表 2-1-1:

表 2-1-1 傳統與建構主義式教室環境比較表 (Brooks & Brooks, 1993)

(Data-D) 、宣稱(Claims-D)、依據(Warrant-W)、支持(Backing-B)及限制(Qualifiers-Q)，

並排除了反駁(Rrebuttal-R)等成分，定義如下:

1. 事實(D):描述事實與現象。

圖 2-2-1 Toulmin 的論證分析架構(Toulmin,1958；2003)

Toulmin 非常重視論證的合理性(soundness)，由資料到宣稱的過程要符合邏輯的推據Krummheuer (1995) 把推理(reasoning)的解釋為獨自的論證，是單向的，而許多人推理的過程則為論證，是雙向的。簡言之，論證是一種「個人企圖向他人來解釋自己推理的過程」，透過論證可以看到人們的高層次思考以及推理的相關過程 (Kuhn, 1993) 。論證亦可能是一種特定社群的社會協商活動 (Driver, Newton & Osborne , 2000) 。因此，論證不只包含認知，還包含社會與文化的互動歷程。由於科學知識的形成是知識建構社會化的過程，科學家從有效的證據中去想像、推測，從證據推理到宣稱並說明理由 (Newton et al., 1999) 。Lawson (2003) 曾針對假設-預測性(hypothetico-predictive)論證研究，他認為論證的產生除了提出暫時正確的解釋外，還應包括在特定情況下對解釋的檢驗、對證據的分析。科學理論的確立必須倚賴證據與解釋的相互配合，兩者缺一不可。

Glassner、Weinstock 和 Neuman (2005) 認為論證目的有兩種，一為理論的解釋，闡明宣稱的因果關係；二為證據的支持，證明其宣稱的真實性。科學家必須思考提出的理論

是否得以成立同時必須顧及其他可能推翻自己主張的理由，並針對這些理由予以各個擊

van Eemeren、Grootendorst 和 Henkemans (1996) 在「論證理論的基礎(Fundamentals of Argumentation Theory)」一書中將論證依其目的不同分成三類型。第一種是分析性論證(analytical argument)：以邏輯為基礎，從前提經演繹(deductive)或歸納(inductive)的方法推理到結論的部份。此種論證通常用於科學理論的推導與運用或是符號的推理等，

其為一種形式推理(formal reasoning)的過程。第二種是溝通性論證(dialectical argument):

當團體在討論問題時必須經溝通達成共識，其論述必須包含從前提推理到結論的過程，

但此過程無法只靠邏輯推理達成，中間還牽涉許多考慮的因素，如:判斷與決策等是一種非形式推理(informal reasoning)的過程。第三種是演說性論證(Rhetorical argument):是個人提出說服性的理由來向他人進行單方面的演說。Kuhn、Shaw 與 Felton (1997) 欲使學生從事溝通性論證必須提升學生推理的練習。本研究著重科學理論的推導為分析性論

(justification)知識的宣稱、信念和活動以及了解本質 (Jimenez Aleixandre, Rodrignez, & 點。Osborne、Erduran 及 Simon (2004) 認為將論證視為學習科學的重心有兩個功能:

1. 啟發學習知識論與概念上的協調。

2. 呈現學習者的科學思考與科學推理，教師可以做為形成性評量。

由此可知論證在科學教育的重要性，許多研究指出論證的能力是可以由訓練與教育的方式達到提升的效果 (Osborne et al., 2004；Simon, Drduran, & Osborne, 2006) ，但在實際的課堂間，科學教師很少給予學生發展論證技巧的機會。大部分的時間仍以教師為程具備科學探究的精神（丁信中等，2001) 。Jimenez Aleixandre、Rodrignez與Duschl (2000) 亦建議設計以問題解決為中心的單元與活動來提升論證。而Lawson (1993) 認為科學教育應該著重在假設-預測性論點的產生與爭論，如此一來可以改變學生概念的理解與論證/推理的技巧。Hoskins、Stevens以及Nehm (2007) 更提出CREATE，這是透過第一手資料教科學與科學本質的新方法，強調給學生像科學家般真實的實驗環境。

CREATE是C-考慮(Consider)、R-閱讀(Read)、E-說明假設(Elucidate hypotheses)、A-分析並解釋數據(Analyze and interpret the data)、TE想下一個實驗(Think of the next

experiment)，在此課程後學生獲得了閱讀以及評論分析科學數據的能力。除此，在 Herrenkohl、Palincsar、DeWater及Kawasaki (1999) 的研究中設計了三原則於教學模式中，其三原則如下:

1.讓學生從事科學推理的練習，例如用模型來支持自己的解釋。

2.提供學生評量自己或其他人想法的明確準則。

3.讓學生了解科學發展是一連串的修正以培養認識論觀點。

表 2-2-1 教師口語編碼和分類論證的過程(按照階層性排列) (Simon, Erduran, & Osborne, 2006)

教師口語論證編碼教師口語論證分類

3.核心信念影響論證:學生常會依據自己的信念來產生自己的論點，如此無法有能力

Lound和Baker (2002) 研究指出同步(synchronous)的系統溝通相較於非同步

(asynchronous)系統可以傳遞更縝密的細節且建構一個普遍分享的論點，但這樣的同步模式需要學習者有較高的能力來解釋所挑戰的概念。

Zohar & Nemet (2002) 研究結果顯示將論證教學能增強學生科學知識和論證的表現，提升論證品質，同時學生能將相關背景所學的推理能力應用至日常生活中解決問題。除此，許多研究都指出論證有助於科學學習可以幫助概念理解(Duschl & Osborne, 2002；Kuhn, 1992；Osborne, Erduran, Simon, & Monk, 2001；Osborne, 2006) 、發展科學探究能力 (Driver , et al., 2000) 、了解科學的知識論（Driver, et al., 2000； Jimenez Aleixandre, Rodrignez, & Duschl, 2000）、促進批判思考與科學思考能力的發展 (Kuhn, 1992) 。然而論證還是很難在課堂上看到，Newton等人 (1999) 認為課堂中沒有論證的

Clark、Sampson 和 Erkens (2007b) 把測量學習者在線上論證環境中互動的分析架構大致分為五種。1.正規的論證架構 2.概念的品質 3.對話的本質與功能之貢獻 4.認識觀本質的推理 5.論證順序跟互動的模式。目前研究多集中在第一種及第二種。學生在論證過程中科學推理、論證能力是否有進步為關鍵，論證的歷程與結構是評論論證品質的重要依據。根據Toulmin (1958；2003) 的論證能力指標:從事實得到宣稱(C)、可以提出依據 (W)、支持(B)、限制(Q)並排除反駁(R)，Osborne 等人 (2004) 把論證進一步分成五個等級，簡述如下:

稱(C)或反對的宣稱(C)。

5.第五級:論證中不只一個反駁(R)延伸論點。

Means與Voss (1996) 評估項目的合理性有兩個標準，對支持證據的接受度及其延伸支持結論的關聯性提出下列標準評斷: Mason 與 Scirica (2006) 根據先前的研究(Means & Voss, 1996；Zohar & Nement, 2002) 綜合評估根據理由的數目與內容給予分數，其給分標準與分級制度相似，詳述如下:

分配不當而非農業不發達。例如巴西在農產品輸出上全球第三，然而卻有18%的人口營養不良。因此這不是食物短缺的問題，而是跨國公司把窮國當奴隸，因為他們懂得如何生產新的有機品。

Mason 與 Scirica (2006) 評斷學生論點的品質有三個主要的因素:第一有辯護支持的論點較簡單的主張佳，第二考慮只有可接受與相關辯護支持的結論，第三有許多可接受的理由之論點較為有力。

Clark 與 Sampson (2007a) 的研究中更把溝通性論證的品質分成零到六級。

1. 第零級:沒有反對的。

2. 第一級:論證有簡單且有理由(grounds)的宣稱(C)但無反駁(R) 3. 弟二級: 論證有理由的宣稱(C)或反面的宣稱(C)但沒有反駁(R)

4. 第三級: 論證有理由的宣稱(C)或反面的宣稱(C)但只有單一個反駁(R)來挑戰這些宣稱。

5. 第四級:論證包含多個反駁(R)來挑戰理論性宣稱(C)但這些反駁無法挑戰有理由支持的宣稱(C)

6. 第五級:論證包含多個反駁(R)且至少有一個反駁可以挑戰包含理由支持的宣稱 (C)

根據 Osborne 等人 (2004) 、Sadler 與 Fowler (2006) 、Mason 與 Scirica (2006 )以及 Clark 與 Sampson (2007a) 的研究整理論證品質的評鑑標準，請見表 2-2-2:

表 2-2-2 論證品質評鑑標準表 Osborne & Erduran

& Simon (2004)

Sadler &

Fowler (2006)

Mason &

Scirica (2006)

Clark & Sampson (2007a)

由表2-2-2可以看到，評鑑論證本質時多數研究者根據正規的論證架構結合概念的品質並考量提出的次數與完整性來做評斷。大體而言，包含反駁的論點的層次最高，有根據(可能是依據或支持)的論點的層次次高，僅有宣稱(C)的論點的層次最低。

除了以論證架構的成分予與等級之分，有一部分的研究是以論證模式 (Toulmin’s argument pattern, TAP)來評量論證的品質。在 Simon 等人在 2006 年的研究，以教師為研究對象分析其論證模式(TAP ，Toulmin’s Argument Pattern)的要素 CD、CW、CDW、

CDR、CWR、CDWB、CDWR 來做分類評量，發現經過一段時間的練習後，其 TAP 越來越複雜，例如從CD(宣稱-事實)轉換到 CDWB(宣稱-事實-依據-支持)。

相較於Toulmin以依賴事實(D)、依據(W)和支持(B)而為宣稱(C)作正確辯護(Justify) 的論證，Lawson的假設-預測性(hypothetico-predictive)論證研究是以多個解釋的假設-預測性為基礎，不只對假設進行檢驗，同時也討論幾種另有觀點。因此，Lawson的模式從推論的正確性與否出發，強調對假設的解釋進行檢驗評估、預測與檢驗結果是否符合以及結論是否具有說服力等方面，來評估科學論證的品質。在Kuhn與Udell (2003) 的研究中將論證概念的品質分成三種階層。最低階是「無辨護的論點(nonjustificatory

在文檔中探討數位論證學習課程對中學生科學概念建構與論證能力之影響 (頁 14-25)

第二章 文獻探討

第一節 科學概念建構

第二章文獻探討

第一節科學概念建構