科學解釋文字鷹架

1. 鷹架理論

維高斯基( Vygotsky )發現環境對人心理活動有所影響，他從社會觀點來解釋個體的 發展，強調社會所具有的文化及符號有決定性的影響。當個體將外在他人的活動內化成 自己的概念，繼而發出更高的心智模式，而個體能達到的最大發展區就稱為 ZPD( Zone of Proximal Development, 近側發展區 )。ZPD 定義為：個體自己獨自解決問體所發展層次 與經由成人或有能力同儕的協助所能達到程度兩者之間的距離。鷹架( Scaffolding )的概 念由 Wood、Bruner 與 Ross( 1976 )提出，所謂鷹架就是教學時應該減少學習者自己摸索 的過程，教學者應做出示範並提示學習者引導學習者進行學習( Davis & Miyake, 2004 )。

當教師提供一個鷹架，就可以支持學生往更高的 ZPD 攀爬。

除了成人可當鷹架以外，Stone( 1998 )提出了：因為大班級中學生的異質性很高，

教師無法對每個學生進行輔助，故讓學生分組提供同儕鷹架或提供學習工具，如電腦或 文字式的鷹架等等，不失為解決辦法。

鷹架教學的特色歸納如下：(1) 學習責任轉移：重心漸漸由教學者轉為學習者身上，

學習者要能主動解決問題；(2) 教學中的對話：透過學習者與教學者的對話，或與同儕 之間溝通、辯論建立出自己的認知模式；(3) 建立自我鷹架：學習者應建立主動歸納整 合資訊，建立出自我的學習鷹架( Wang & Peverly, 1986；施思勤，2000 )。

學習者在進行新科學概念的學習時，他的認知支持可以是工具、教師、專家和同儕 ( Hannafin, Land, & Oliver, 1999 )。Brown 與 Palincsar( 1989 )提出情境、專業者是一個很 好的鷹架支持，而文字提示也可以是一種學習上的鷹架。在環境中各種學習材料及表徵 都可以視為學習上的工具，幫助學習者進行學習( Palincsar, 1998 )。Mahoney、Novak 與 Gleason( 2006 )提出教師應提供的支持：以簡單清楚的語言說明解釋目的與架構、以生 活實例示範解釋、讓學生有重寫並練習的機會。

在本研究中所採用的鷹架設計為一種以科學解釋做為導向的文字鷹架，旨在幫助學 生進行學習活動時，能夠找出更多證據作為推理的依據。因為學生在科學解釋的困難常 為找出分辨合適的證據並運用資料，故在鷹架上提示學生提出兩個證據，並且對其定義 做闡釋，以期學生在做科學解釋上能夠將學過理論與觀察到現象和主張做連結，提高科 學解釋的品質。

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2. 與科學解釋文字鷹架有關的實徵研究：

探討採用融入科學解釋文字鷹架對學生科學解釋能力提升之影響的研究並不多見，

以下針對融入文字鷹架對學生科學解釋能力提升之效果進行探討。

Reiser、Tabak、Sandoval、Smith、Steinmuller 與 Leone ( 2001 )以生物課程設計一系 列探究活動，並在活動中提供文字式鷹架，例如以”what if” 及”what can you learn”等提 問，並提示如”support your argument with data”幫助學生在形成科學解釋時，需以科學理 論來支持其資料證據。研究後發現，此文字鷹架可以幫助學生在形成科學解釋的重點上 聚焦。Lee 與 Songer( 2004 )以及 Kuhn 與 Reiser( 2005 )的研究亦有類似的發現。Lee 與 Songer 以五、六年級學生為對象，以生物多樣性為主題進行教學。其研究結果發現，在 搜尋資料或證據階段若以提問方式提供引導與提示，較能找出適當證據來支持其解釋，

且對科學概念有較深入了解。Kuhn 與 Reiser 的研究結果則顯示，以三個 W，分別為「答 案是什麼( what )？」、「為什麼這答案在科學上是有意義的( why )？」、「你如何知道這答 案是正確的( how )？」所設計的文字鷹架雖然能協助學生在使用證據來解釋所研究的現 象上更具意義，但學生缺無法明確將證據與推論做出適當的說明。以上結果顯示，以提 問的方式引導學生反思其探討現象，對學生在證據的尋找與選擇雖然有幫助，但在以所 學過之科學概念作為支持，來連結主張與證據的部份可能需額外的協助。

McNeill 等人( 2006 )採用以科學解釋的三要素：(1) 主張：提出針對問題說明會發 生什麼事；(2) 證據：可以觀察到的事實數據與閱讀材料，用來支持主張和；(3) 推理：

將主張與證據做出合理說明，找出因果與邏輯來設計學解釋文字鷹架，以 331 名七年級 學生為對象，使用文字鷹架進行八週 36 堂課的練習後，結果顯示，科學解釋能力中的 主張、證據、推理三方陎皆有進步，但在於區別適當和不適當的證據仍有困難。另外，

研究結果發現教師在學生學習科學探究過程中扮演著很重要的角色，當教師討論解背後 的科學原理，並做科學解釋的示範，對學生在建構科學解釋時，有正向的影響。簡錦鳳 ( 2008 )參考了 McNeill 的文字鷹架設計，並在教學中增函「分辨變因」的階段，對七年 級學生一共 87 人進行 5 週的探究活動，其結果發現，學生不太了解什麼是證據，也無 法使用足夠且適當的證據來連結主張。但經過課程學習後，整體的科學解釋能力是成長 的，而成長最多的是找出證據能力。黃惠鈺( 2009 )採用類似的科學解釋文字鷹架設計，

以口頭及文字方式提供鷹架，對國小五年級學生進行探究教學。其結果呼應簡錦鳳的研 究發現，學生在經過學習後，科學解釋能力中有關：提出完整適當主張、使用切合主題 的證據與提出正確完整推理上都有所進步，但推理部分還是常使用自身經驗且含有錯誤 概念。

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小結：學生在做科學解釋學習活動時，若有文字鷹架幫助，可提高學生找出證據的 能力。然而學生在以所學過之科學概念做為支持，來連結主張與證據的部份，則可能需 額外的協助。本研究採用 McNeill 等人( 2006 )所設計的科學解釋文字鷹架，嘗詴將此鷹 架與 POE 教學法結合，來設計實驗組與控制組的科學解釋架構，以探討科學解釋文字 鷹架以及 POE 概念改變教學來促進學生之概念改變之成效。實驗組與控制組教學設計 詳細說明如下，兩組之比較並整理如表 2-3-2：

(1) 實驗組：科學解釋鷹架結合 POE 教學策略

① 主張：在 POE 預測時，對問題預測結果提出說明。

② 證據：提出兩個與主張有關的實際數據或理論來支持主張。

③ 支持：運用推理將主張與證據做合理的連結。

(2) 控制組：POE 教學策略

① 主張：即 POE 預測時，對問題預測結果提出的說明。

② 理由：對自己的主張提出適當的理由函以解釋。

表 2-3-3 POE 教學法結合科學解釋文字鷹架

POE 項目 P(預測) E(理由) 觀察(O) E(解釋) 實驗組 提出主張 兩個證據

與支持 觀察結果 兩個證據 與支持

控制組 提出主張 理由 觀察結果 理由