科學解釋能

一 、科學解釋的意義

在瞭解「科學解釋」之前，我們要先認識「解釋」。根據哲學辭典裡 對解 釋的定義：解釋（explanation）源自拉丁文 explanare（展開、伸展、說明）。一般來說，

是使某事成為可理解、合理的或熟悉的（引自段德智、 尹大貽、金常政譯， 2005）。

邱美虹與林秀蓁（2004）亦發現教師若提供學生更多預測和解釋的機會，則學生 學習成就較高。因此「解釋」在科學教學活動中有其重要的 地位，探討「解釋」

對科學教育研究，應有一定的貢獻。

如果將它應用在學習上，解釋就是連結學生已知的概念 去學習未知的事物。

透過讓學生學習解釋的建構，是鼓勵學生積極主動建構知識的有效方式（McNeill &

Krajcik, 2007） 為自然現象提出合理的解釋，是科學研究者的目標。針對某一個自然 現象，能給予學生適當的解釋，則是教育工作者或科學教育研究者的目 標。「解釋」

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在日常生活和教室中是常見的行為，尤其在需要討論自然現 象成因的科學教育，更 是不可或缺（湯偉君，2008）。

在所有的解釋中，「科學解釋」便具有此能力。科學解釋似乎有其權威性（陳 恆安，2005），一個解釋如果冠上「科學」的標誌，對於普羅大眾而言，就代表了 正確、合理、令人 信服。雖然科學解釋有其權威和說服力，但在科學教室中，學 生並不會因為科學解釋的強大理性而完全的信服和瞭解，這是科學學習心理學 研究中所常探討的。本文不擬深究為何科學解釋之所以難被一些學生接受的議 題，我會探討自己自編 POE 教學設計活動流程、以課本為主傳統教學活動流程、

科學教室，甚至課程綱要裡，也就是實際科學教室現場裡，可能具備哪些不同的解 釋類型。換言之，本文擬從解釋類型此一角度分析科學教學，並期望能提供科學教 師新的角度來反思自己的教學歷程及提升學生科學解釋能力。

解釋的看法沒有像哲學家那麼嚴謹和連貫，而解釋的理論模型也較哲學領域不 嚴謹，在科學研究中的科學解釋建立在以下幾個的假設上：（1）描述與觀察常連結 在一起，但他們和理論是不同的；（2）於教學時，解釋的特性中所蘊含科學本質 的 觀點能夠達成不同的課程目標，且教師的角色會因課程目標的不同而有 所改變；

（3）對於現象所做的解釋可用來評量學生的理解程度（Edgington）。其中第三個假 設也使得科學教育學者常以科學解釋作為評量學生概念理解的程度。由上可知，科 學解釋就是敘述說明某些科學現象為什麼會發生的活動，而如果這些解釋在被大眾 接受認同之後，就會形成理論，成為科學知識。以教育立場來看，藉由學生的科學 解釋可了解其概念發展的情形。

學生如何解釋自然現象與其具備的科學概念有密切的關係，因為進行「解釋說 明」必須運用心智中既存的科學知識或概念，將相關的概念進行合理的組織之後，

提出被認為最合理的解釋。因此，如果先備知識（既有概念）不足，則難以期望能 提出合理、合邏輯的科學解釋。文獻中有些學者以「科學解釋」的角度---說明學生 概念的不穩定性或變動性，例如Sandoval & Reiser（2002）發現學生在「設計實驗」

與「結果解釋」有很大的困難，而其困難經常是由於學生對實驗活動的瞭解不足，

以及綜合判斷能力有待加強frameworks）。許良榮和蔣盈姿（2005）以POE 策略探 究小學至高中學生對於物質之可燃性的另有概念，研究結果除了發現學生普遍持有 的另有概念之外，也發現學生缺乏科學解釋的能力。謝州恩（2004）的研究則指出

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學生的科學解釋困難，包括：（一）科學術語的運用有困難；（二）較不會使用證 據；（三）過程或機制的描述不清楚…等等。由此顯示學生的科學解釋能力，是值 得科教學者重視的一環。。張俊彥和翁玉華（2000）研究我國高中生的問題解決能 力與科學過程技能之相關性，結果發現；問題解決高、低能力不同者，在「科學過 程技能總分」或「解釋資料」等，高能力者皆顯著優於低能力者。所以探究學生的 科學解釋能力，POE 是值得努力的研究。

二 、科學解釋形成原因

要產生一個完整的科學解釋是不容易的，目前已知學生在科學解釋能力的 難處有:

(一)指出因果關係:未指出因果關係、不完整的解釋(姜滿，1993)。

(二)運用推理能力:缺乏推理機制，使用非邏輯的推理。(姜滿，

1993;Sandoval&Reiser,2004)。

(三)使用證據:缺乏證據、實驗數據與理論相違(Solomon,1995)。

(四)解釋提出主張:解釋時並未提出主張、主張與解釋內容相違(姜滿，1993)。

(五)運用圖表協助解釋:課本無法提供圖表轉換之過程學習;有些圖表與符號會造 成學童學習的困擾(Wavering,1989;Bowen&Roth,2002)。

(六)語文傳達解釋能力:在口語傳達峙，可能隱含錯誤，造成誤解，或缺乏完整、

清楚的敘述(毛松霖，1987;李暉、郭重吉，1998)。

(七)評鑑解釋:對評鑑本身的意義與科學解釋各項暸解有限 (Sandoval&Reiser, 2004)。

從事理解概念的研究經驗也發現，學生在科學解釋的能力方面相當缺乏，值得 注意改進。例如許良榮、蔣盈姿（2005）以 POE 探究中小學的燃燒概念，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，但是僅有少數學生能以科學原 理 加 以 解 釋 ， 許 多 學 生 仍 持 有 原 先 的 另 有 概 念 ， ， 而 呈 現 所 謂 「 偽 說 明

（pseudo-explanation）」的形式，如同 Taber（2001）研究發現學生對於自然現象的說 明，經常只是徒具形式（form）而缺乏實際說明能力的「偽說明」。例如某位學生國 中九年級學生認為擺角與擺錘的質量不會影響週期，是「擺長」的關係，另一位國 中九年級受訪學生認為擺角與擺錘的質量是會影響週期 。因此顯示學生的說明能 力是教學上值得注意改善之處。該研究也指出學生缺乏應用知識解釋的能力，其原 因可能由於一般課程設計較著重教導陳述性知識（declarative knowledge），而運用程

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序性知識（procedural knowledge）的機會較少，例擺角與擺錘的質量會影響週期概念 的時候，僅提供學生「單擺實驗的三個必要的條件是要有擺長固定、擺角及擺錘的 質量改變時使週期不一致」定義的說明，而學生雖然了解其定義，但是面對不同情 境的時候，學生不曉得如何去運用這些概念。因此在教學設計上我們應多給學生運 用知識的機會，而不僅是學習概念和定義而已，例如說明燃燒的定義之後，能夠再 給予某些實際的例子，讓學生能有應用所學的知識進行判斷，以及練習如何說明和 解釋的機會。

三、科學解釋評量

本研究的研究目的之一是為了要瞭解實施科學探究教學模組，在提升國中九 年級學生的科學過程技能的成效為何？因此為了檢測本研究的POE教學學習是否確 實提升學生的科學解釋能力，研究者採用「科學解釋能力測驗試題」做為本研究的 工具，研究者依評量的時機將所採用的評量方式分成包括科學解釋能力前後測、國 中學生科學課討論學習態度問卷 、小組討論、及學習單、實驗數據結果等。

1.學習單及實驗數據結果

「學習單及實驗數據結果」為探究活動中的實驗，我們就實驗中內容與學生科學解 釋能力各項來比對學生使用情形，並分析實驗數據傳達效果，進而與先前相關的結 果討論。

2.「科學解釋能力前後測」為參考國內學者(謝州恩，2004)對國中學解釋能力編訂的 試題，科學解釋能力測驗細分為核心能力兩部分。核心能力是：「指出因果關係」、

「運用推理能力」、「使用證據」；相關能力有：「解釋提出主張」、「活動設計 說明」、「運用圖表協助解釋」、「語文傳達解釋能力」與「學生評鑑解釋」。與 自行發展的科學解釋問卷，科學解釋能力測驗細分為「指出因果關係」、「形成假 設」及「使用證據」三面向。經專家效度檢核與試測修正後成為正式試題。

3.小組討論(small group discussion) 是合作學習的一種形式，許多學者均曾對其意義 提出說明。O rlich , Harder, Callahan, & Gibson(1998 ) 指出小組討論是六到八人的學生 組合，成員彼此交換意見的活動，其目的是用以協助達成教學目標。它需要五項基 本要素，分別是：(1)一組學生(最好是6~8 人)聚在一起；(2)共同的主題或問題；(3) 過程中，組員彼此介紹、交換或評鑑彼此的訊息或意見； (4)朝由參與者自己選擇 的目標進行； (5)透過語言互動。

四、科學解釋能力的相關研究

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17 有關 如國外學者 Sandoval 及 Reiser（2004）、Hakkarainen （2004）、Songer 及 Ho

（2005）、McNeill 及 Krajcik（2007）等，可見科學解釋是探究教學中一個重要 的能力。另外有學者以提供學習鷹架來協助學生建構科學解釋，如 Sandoval（2003）、 Kuhn 及 Reiser（2004） 、McNeill, Lizotte, Krajcik, 及 Marx (2006） ，則參考 McNeill, Lizotte, Krajcik 及 Marx（2006）等學者的文字式鷹架的架構發展教學策略與教學課 程，設計培養學生科學解釋能力的教學。所以在西元 2007 年以前引向上面學者的資

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能 力 研 究 定 義 只 有 解 釋「 指 示 因 果 關 係 」、「 形 成 假 設 」及「 使 用 證 據 」、

「 活 動 設 計 說 明 」 及 「 圖 表 協 助 解 釋 」 五 大 面 向 。