科學解釋相關實徵研究

一、科學解釋、教學與學習

就科學教學活動而言，口語行為在教師的教學行為中，佔了大部分的 時程，其中又以口語的科學解釋行為，對於學生在建構科學本質的了解上 扮演著重要的角色(Lederman,1992; Lederman ＆ Zeidler,1987)。

Sutton(1992)根據科學語言在科學教學上的使用方式，將科學語言所 扮演的角色分為兩類：

（一）解釋系統(interpretive system)

解釋系統語言使用的型態是以各種不同的方式解釋同一個概念，語 言的目的是用以解釋概念，「文字」不具固定意義。在學習方面著 重讓學習者能夠以自己的方式對一概念提出解釋，文字本身的意義 隨著情境而有所不同，因人而異。

（二）符號系統(labelling system)

符號系統是將語言視為一種描述、傳遞科學概念的工具，當科學家 有一些發展之後，便以一個文字去描述此一現象或事實。因此，在 某一特定情況下，「文字」即具有固定意義。在教學方面，即是指 教師使用這些概念性文字清楚地傳達給學生。

Duit(1997)指出科學教室裡欲進行有效的教學，使學生獲得學習與成 長，必須在教師的解釋行為與學生的思維模式是相互共鳴的情況下，才能 讓學生從良好的互動與溝通中建構知識。而 Cook(1985)提到老師在科目的 基本論點方面，缺少了著手強調科目的計畫，因此發展了一個基模(scheme) 使得教師在發展解釋時，可以運用此基模來強調論點的角色。

Roberts(1982)發展了一個科學的課程重點(curriculum emphases），在 課程中，他定義了一系列有關科學本質的訊息給學生，總共分成七個不同 的重點，其中的三個重點與「解釋」有關，分別是：正確的解釋(correct explanation)、科學的結構(structure of science)和解釋者本身(the self as explainer)。正確的解釋重點在於知道現行的標準和接受科學理論和科學解 釋的主體，在課程中，老師的職責是在運用研究社群所認可之解釋的陳述 方式向學生解釋一件事物；科學的結構則是讓學生知道科學是有關證據和 理論的相互作用，解釋的陳述可作為檢驗其適當與否，並知曉科學是一種 傾向錯誤的和自我修正的事業，在這邊老師的角色為解釋事物，但是解釋 必須隨時不斷地被加以詳細檢驗，也應瞭解解釋隨時都有可能變動以提供 新的證據和改善的論證；解釋者本身強調科學的個別性和文化性，科學解 釋的主體會受到時代的影響而有不同的解釋存在，而有關人如何去解釋他 們的周遭世界也被列入科學的範疇中，老師必須花更多心思於學生扮演解 釋者的活動上。

Jungwirth(1979)發現很高比例的高中生持有將「目的論」、「擬人化」

的解釋視為等同「因果的」解釋之傾向，這個結果令人值得憂心。他認為

這樣的研究結果應當為師資培訓課程所重視，因為教師口語的表達和反應 對於學生來說(無論是口語上或是書寫上)，都將決定是否能夠逐漸排除研 究中所呈現令人擔憂的現象。

根據許良榮和蔣盈姿(2005)以 POE 策略探究中小學生的燃燒概念之 研究發現：雖然某些學生經由 POE 活動調整了他們原先的看法，但僅有少 數學生能以科學原理(概念)加以解釋，許多學生仍持有原先的另有概念，

或 是 以 其 他 的 另 有 概 念 來 解 釋 物 質 的可 燃 性 ， 而 呈 現 所 謂 「 偽 說 明

（pseudo-explanation）」的形式，如：一位國二學生認為冰糖會燃燒，是由 於冰糖會熔化的關係，而另一位受訪學生則認為雙氧水不會燃燒，是由於 雙氧水是水的一種，由此可見學生無法以合乎科學原理的理由提出科學解 釋。

上述研究結果正如同 Taber(2001)研究發現：學生對於自然現象的說 明，經常呈現徒具形式而缺乏實際說明能力的「偽說明」。因此，顯示學 生科學解釋的能力相當缺乏，是科學教師在教學上值得注意和改進之處。

該研究也顯示學生較缺乏應用知識解釋的能力，可能是由於一般課程設計 較著重於給學生陳述性知識(declarative knowledge)，而運用程序性知識 (procedural knowledge)的機會較少，例如教授燃燒概念的時候僅給學生「燃 燒的三個必要的條件是要有可燃物、助燃物及溫度要達到燃點」的定義，

學生雖然了解其定義，但是面對不同情境時，學生卻不曉得如何去運用這 些概念。因此建議在教學設計上應該多給學生運用知識的機會而不僅是學 習概念和定義而已，舉例而言，在給學生「燃燒的三個必要的條件是要有 可燃物、助燃物及溫度要達到燃點」的定義之後，能夠再給予一些實際的 例子讓學生能有應用其所學的知識去做判斷以及說明和解釋的機會。

二 、科學解釋能力

Edgington ＆ Barufaldi(1995)提到可觀察之(物理)事件的科學解釋

是：根據一個理解的整合觀點來探索科學概念的有力工具。而科學家亦努 力藉著使用目前被接受的科學原理，或與科學原理一致的方式發明解釋，

使得現象的觀察具有意義(Science for All Americans, 1990, p. 7)。

McCubbin(1984)針對一群通過大學物理入學考試的學生，對其正確的 科學解釋能力進行評量，主要內容為能否從研究者所提供之有關小學電學 現象的一些陳述句子中辨別出有根據的解釋(valid explanations)，研究結果 顯示大學生未能選出正確的解釋，且傾向選擇不正確的解釋，不僅無法達 到給予正確的解釋的能力，也未能將錯誤的解釋陳述句與正確的陳述句加 以區分。

Tobin(1986)研究學生在進行過程取向(process approach)的科學活動 行為時，列出九項行為，隨機選定學生作為記錄的對象，結果發現在「設 計」和「解釋資料」時，學生的行為是隱性的(covert)，而顯性的(overt) 行為只有發生在「收集資料」的時候。同時發現具高形式推理能力的學生 傾向於作解釋資料的工作，低形式推理能力的學生傾向於理解的工作，研 究結果建議教師於設計科學活動時，應讓學生有較多顯性的參與行為。

Wong(1996)在比較學生與科學家的解釋之後，提出學生產生科學解釋 失敗的理由。他點出科學概念知識的重要性，並且強調情境因素將導致學 生低落的解釋成就，一方面提及社會語言規範(norms)，另一方面則言及 學校社群的期望、價值觀與互動(dynamics)。Wong 在社會語言規範方面，

主張解釋的適切性可藉由特定的目的(滿足好奇心、展現競爭力等)相稱的 程度、準確性以及所需要的熟練程度來判定。因此在學校情境中，學生會 依據老師的要求而進行解釋，他們傾向於簡短的回答，這樣的情形有可能 是假定教師無論如何都了解這些回答，或不願意顯露出含糊不清的狀態，

亦有可能是在掩飾他們是欠缺知識的。同時，學生在熟練與深度上會產生 困惑，轉而提出替代的、口頭的和較為瑣碎的描述。

Wong 進一步指出學生不佳的解釋可能歸因於學校情境的社會因素。

例如：學生為了尋求團體歸屬感，會相當重視順應與和諧，而這些標準常 與注重批判、協商與修正解釋的科學談論之常規運作相反，由此可知，學 生在學校情境中所產生的解釋類型是不佳的。

李暉、郭重吉(1998)探討科學話語與科學概念之學習，研究結果發現，

教室對話中學生所使用的科學陳述(術語)和這些話語所代表的意義之 間，有多種關係存在。包括：(一)科學陳述大致符合一般科學用語，且其 指稱之意義符合教科書的意義。(二)用法適當，但不符合教科書的意義。

(三)能夠正確理解科學概念，卻用錯科學術語，如：學生在問卷中將功率 解釋為作用的速率，但在隨後的訪談中卻能確切說出功率是同樣時間做多 少功。此外，對於排斥學習，不參與討論的學生，亦出現有幾乎完全無法 使用科學術語，且對其意義一無所知的情形。整體而言，藉著科學語言的 使用及主動參與討論，在科學概念的建構上有正面的助益。

Zuzovsky & Tamir (1999)從第三次國際數學與科學研究(the Third International Mathematics and Science Study，簡稱 TIMSS)所得到的資料，

研究四年級與八年級學生對科學現象的解釋，結果發現：(一)概念化、演 繹科學原理、使用原理解決問題，以及建構科學解釋等能力在四年級間是 低落的，但是似乎隨著學習的年齡而有改善。(二)當學生沒有機會去研讀 內容，他們會使用一些直覺型式的解釋(intuitive patterns of explanation)，

通常是一種通則化的型式(generic type)，而這樣的形式在一些例子裡是相 當多的。然而，在反直覺的學科領域中(如物理學)，這些直覺規則是不適 當的。(三)學生愈熟悉問題中的情境，他們愈能預測，並選擇適切的規則 來支持他們的預測。(四)學生的解釋傾向簡單。值得一提的是在兩個年齡 群(四年級與八年級)中的共通點有：得到的許多解釋是不完整的，缺乏詳 述先行條件，或是未提及相關規則，很少使用科學術語，時常提出描述與 目的論的解釋，卻鮮少提出因果關係的解釋。

而上述 TIMSS 的結果與 Pallrand(1996)研究的發現相符合：使用評量 錄音帶來提出問題的情境，要求學生「預測與解釋」，並根據額外的資料 來「修正與建構新的解釋」，做出以下結論：(一)呈現在大多數解釋裡的 知識是高度零散的，由許多細碎、片段的資料所組成。(二)延伸含義所需 的知識與程序是不完整的。(三)學生似乎無法應用他們之前所學過的一切 知識(四)當被要求解釋不同的現象時，學生時常訴諸描述而非解釋。(五) 學生似乎無法將其在教室中被教導的一切與新的、不一樣的情境產生連 結。(六)學生所知道的似乎都以孤立的單位(units)存在。

黃文吟(2000)從內容取向與認識取向兩方面，探討高中學生解釋物理 現象的表徵與評價，研究結果顯示學生對於物理現象的解釋可從兩方面加 以說明，一是將科學解釋視為傳達理念的工具，學生普遍喜歡作圖的、簡 捷公式化的以及易於想像的動態解釋模式；二是學生顯現出對解釋本身合

黃文吟(2000)從內容取向與認識取向兩方面，探討高中學生解釋物理 現象的表徵與評價，研究結果顯示學生對於物理現象的解釋可從兩方面加 以說明，一是將科學解釋視為傳達理念的工具，學生普遍喜歡作圖的、簡 捷公式化的以及易於想像的動態解釋模式；二是學生顯現出對解釋本身合