第一章 緖論
本章共分為四節，第一節說明研究背景與動機，第二節說明研究目的 與問題，第三節為名詞釋義，第四節說明研究範圍與限制，分述如下：
第一節 研究背景與動機
無論國內外，科學教育的主要目標是培養具有科學素養的國民(教育部，
2008；NRC, 2000)。因此，如何培養具有科學素養的國民，是科學課程以 及教學中應努力的方向之一，但如何培養出具有科學素養的國民並未一蹴 可幾，靳知勤(2007)提出，以現今社會中活動所與科學技術相互交涉的程 度，科學素養勢必成為不可忽略的社會活動，人們在其生活中自然不可避 免地需要具備科學素養以供運用。林純雯（2011）也表示，隨著資訊科技 時代降臨，科學素養逐漸成為現代化國民必備的生活技能與不可或缺的生 活素養。
科學素養包含了很多面向，例如：正向的科學態度、正確的科學概念 和知識以及科學過程技能的培養……等；科學過程技能中極為重要的成分 之一為科學解釋，所謂科學解釋為能夠提出恰當的解釋，以及進行科學思 考 與 推 論 ， 美 國 科 學 促 進 會 （ AAAS ： American Association for the Advancement of Science）在西元 1967 年提出一套稱之為 SAPA（Science-A Process Approach）的課程。在 SAPA 課程中，「科學過程技能」和「科學 知識」一樣都是列為學生所應學習的內容。SAPA 課程中的「科學過程技 能」共標示出：觀察、應用時空關係、分類、應用數字、測量、傳達、預 測、推理、控制變因、解釋資料、形成假設、下操作型定義、進行實驗等 十三項技能。此十三項過程技能中所包含的「解釋資料」是值得我們重視 的，Unsworth（2001）則認為：提出解釋（explanation）是科學教育的核
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心。
從現有的文獻指出，學生的科學解釋能力極為重要且需要加強，邱美 虹和林秀蓁（2004）的研究指出教師若提供更多的機會讓學生做預測和解 釋，則學生的學習成就較高。但是學生的科學解釋往往是不經證據證明，
仍基於自己的假設與想像去描述（謝州恩、吳心楷，2005）。而在教學現 場中，科學解釋雖然具其權威性，其並非科學教育者的唯一或常用手段（湯 偉君、邱美虹，2010）。因此，學生對於自然現象的科學解釋能力是值得 去探討的。Sandoval（2003）於研究中表示，透過科學定理來解釋自然現 象，是科學教育的重要目標；由此可見，科學解釋對於科學教育的重要性。
如何探討學生的科學解釋能力有許多不同的研究方法，其中 POE
（Predict-Observe-Explain）是值得重視參考的策略與方法，所謂的 POE 就 是於活動中採用預測（predict）、觀察（observe）、解釋（explain）三個步 驟。而在文獻中，POE 被用來做為教學方法，尤其也能用來做為評量的工 具（李家銘，2001；葉辰楨，2000； Gunstone & White, 1981； Liew & Treagust, 1995）。因此，為了探討學生的科學解釋能力，POE 是很值得採用的策略 及方法，但在 POE 的策略中，如果僅用單一個 POE 的實驗來衡量學生的 科學解釋能力，其所獲得的資訊會較為缺乏，因此若以多樣關聯性的 POE 策略來設計探究學生的科學解釋能力是值得發展的方向，許良榮（2005）
曾發展「序列性 POE」（Sequential Prediction-Observation- Explanation；
S-POE），羅佩娟（2009）以序列性 POE 探究國小學生的科學解釋能力，
由此可知，S-POE 為值得參考及有效的探究方法。
「融貫」（coherence）在日常生活中代表相互扶持的意思，而「解釋 融貫性」（explanatory coherence）則是指解釋之間的相互支持（Thagard, 1992）。Vosniadou（1994）提出這些解釋的形成會隨著個人的概念架構不 同而異，或許這些解釋有別於科學家的解釋，但卻有自成一格的解釋融貫
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性（引自劉誠宗，2003）。當學生面對一系列相關的自然現象時，他們針 對前一個實驗進行操作觀察後所提出之科學解釋內容是否會因為後續的 實驗結果而被取代？在前後實驗所應用的科學概念是否一致？而其科學 解釋內容是否會前後呼應？許良榮、羅佩娟（2009）的研究即發現，理工 背景學生「解釋不一致」人數的比例高於非理工背景學生，而且人數比率 都達 36.7%以上；由此顯示解釋融貫性是極待深入探討與研究的問題。
另一方面，學習科學主要的任務之一就是對於自然現象進行解釋，而
「水之表面張力」是日常生活中常見的一種現象，也是科學課程中學習的 重要主題之一，蔡尚芳（2003）認為一般高中與大學普通物理學的教材中，
對表面張力的說法較為簡略，使得學生對於表面張力的某些概念容易引起 混淆或誤解，特別是造成液體表面出現「表面張力」的作用力，究竟是在 什麼方向。陳建偉（2009）於研究中也提到，學生對於「表面張力與浮力」
之概念容易誤用與混淆。因此，本研究以「水之表面張力」做為探討學生 科學解釋能力之主題。
綜合上述，本研究設計對於水之表面力具有關連性的數個 S-POE 實驗，
以探究學生的科學解釋能力。
第二節 研究目的及研究問題
本研究發展「序列性 POE」，設計前後具有相關連；設計與「水之表面張 力」有關的四個 POE 實驗，讓學生進行預測、觀察與解釋，詴著以此探討學 生對於自然現象「水之表面張力」之科學解釋能力以及科學解釋類型，並進 一步探討解釋融貫性的特徵。
待答問題如下：
1. 大學學生中理工與非理工背景學生在「水之表面張力」之「科學解 釋能力」為何？
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2. 大學學生中理工與非理工背景學生在「水之表面張力」之「科學解 釋類型」為何？
3. 大學學生中理工與非理工背景學生在「水之表面張力」之「解釋 融貫性」為何？
第三節 名詞釋義
一、序列性 POE（Sequential Predict-Observe-Explain; S-POE）
本研究的序列性 POE（Sequential Predict-Observe-Explain; S-POE）是指 許良榮（2005）所發展的「序列性 POE」實驗設計，其以 POE 的策略為基 礎，設計一連串相互關係的 POE，用以探討大學生對於自然現象之解釋說明 能力以及「解釋融貫性」之特徵；讓學生依 POE 實驗的先後順序預測結果、
觀察現象並針對現象做出解釋或解釋預測結果與觀察現象之間的衝突。本實 驗中之序列性 POE 實驗設計所涉及的科學概念是關於「水之表面張力」。
二、科學解釋能力（the ability of scientific explanation）
本研究參考謝州恩、吳心楷（2005）所提出關於科學解釋的標準，其標 準為：
1. 核心能力：指出因果關係、運用推理能力、使用證據。
2. 相關能力：解釋提出主張、運用圖表協助解釋。
本研究以晤談方式蒐集大學生對「水的表面張力」之序列性 POE 實驗 的科學解釋內容，並運用上述所提之標準分析所蒐集到之資料，分析學生 對自然現象提出的科學解釋，達成上述標準的情形。
三、科學解釋類型（the type of scientific explanation）
本研究將所蒐集到之資料進行分類，分析學生對自然現象提出的科學 解釋類型為何。將蒐集到的訪談資料編碼並分成 A（外部特徵型）、B（內 部性質型）、C（科學語詞型）、D（類比方式型）、E（機制型）五種類型。
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四、解釋融貫性（explanatory coherence）
解釋融貫性意指各命題之間的關係因解釋之故而得以連結在一起，由 於各命題之邏輯的承續與一致性，使得解釋之間具有相互支持的特性（陳 瑞麟，2001）。本研究所指的「解釋融貫性」以陳瑞麟（2001）的觀點來 查驗大學生對不同的 S-POE 實驗所提出的解釋是否相互扶持、連貫。
第四節 研究範圍與限制
一、研究範圍
1. 本研究對象範圍為中部地區某大學之學生，在此大學中抽取理工 與非理工背景大三學生各十位，研究對象共二十人。
2. 理工背景學生為科學教育與應用學系學生，而非理工背景學生為 人文或教育類科系之學生。
3. 本研究所探討之概念範圍為「水的表面張力」方面的四個 POE 實 驗情境，研究內容範圍是依據晤談結果而來。
二、研究限制
1. 因受到人力、時間、經費等因素的限制，本研究的樣本僅限於採立 意取樣選取之大學理工與非理工背景大三學生各十名，因此所得結 果不宜過度推論到其他對象。
2. 本研究僅限於中部地區某大學學生有關「水之表面張力」之科學概 念及科學解釋的差異，故不宜將研究結果推論至其他科學概念上。
3. 本研究的研究性質是質性研究，研究的方式主要以晤談為主，因此 研究結果不宜過度推論，僅供類似研究情境參考。
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