解釋與科學解釋

第二章 文獻探討

本章共分為六節：第一節探討解釋與科學解釋；第二節介紹科學解釋類 型；第三節探討科學解釋教學實務；第四節探討科學解釋能力的評量；第五 節探討解釋融貫性；第六節介紹 POE 的理論基礎與相關研究，以此作為本研 究之理論基礎。

第一節 解釋與科學解釋

Edgington（1997）指出，科學教育者和科學家一致認為「科學」就是一 種現象的解釋，科學教育學者並將科學解釋作為評鑑學生概念理解程度的方 法。Edgington（1997）並認為哲學家、物理學家、科學教育者對於「科學解 釋」所持的觀點是分歧的，所關注的焦點也不同。哲學家著重於「科學解釋」

中的邏輯結構；物理學家將科學解釋視為科學知識產生過程中的規則；科學 教育者則站在比較寬鬆的哲學家定義上，研究學生的科學解釋本質。在本研 究中，傾向於站在科學教育的觀點，去探討科學解釋的定義，以及其與科學 教育的關係，茲就解釋與科學解釋的意涵及科學教學中的解釋分述如下：

一、解釋與科學解釋的意涵

「解釋」源自於拉丁文 explanare（展開、伸展、說明）。「解釋」常見於 一般用語之中，是人類的基本需求，只要提出問題，就是希望對方或自己能 得到一個滿意的解釋（段德智、尹大貽、金常政，1999）。「解釋」與「描述」

不同，Horwood（1988）認為「解釋」是連結相關知識，或將知識建立在因果 關係的系統上，而「描述」是指現有知識單純的呈現、無網狀的連結關係。「解 釋」是對事件、現象的分析說明，解決人的疑惑及瞭解事件的真相及現象，

並發現內部機制的功能（Solomon, 1986）。在劍橋哲學字典（Audi, 1995）裡 指出「解釋是一種行動，藉著顯示某種事件為何及如何發生，使得某些事情

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變得可理解或清晰起來。」

Salmon（1998）指出「解釋」可為回答三大類的問題，分別為：說明方 法（how），解釋意義（what）及解答原因（why）。Why 的問題又可以分為：

「為什麼應該（why should） 」、「想了解問題的目的（purpose） 」、「為何如 此（why does）」，這三種類型的問題回答（引自湯偉君、邱美虹，2010）。在 科學的領域中，都有上述三類的解釋，例如：解釋如何操作一具新儀器（how），

解釋某一技術名詞的意義（what），解釋為何有潮汐現象（why）。

然而並不是所有的解釋都可以被稱作「科學解釋」，要能稱作「科學的」，

首先，要先了解「科學的」的意義，Dupre（1993）認為「科學的」要符合「物 質單元論（substance monism）」，主張世界由某種成分組成，孙宙的所有現象 可化約到這些基本成分的行為互動。也就是說，科學解釋就是能把自然現象

「化約」到基本物質的運作。Sterelny 和 Griffiths（1999）說明「化約（reduction）」

這一個字在科學上有三個意思：「理論統一化（theoretical unification）」：找出 新的定律來把數個定律加以統合；「分解（decomposition）」：將現象分成各自 獨立的成分，再分別研究；「明確的機制（identifiable mechanism）」：用一套 明確的機制來解釋現象。

在諸多學者中，Wesley C. Salmon 被公認是現今探討解釋最完整的學者

（Godfrey-Smith, 2003；Thagard, 1992）。Salmon（1998）認為只有三種解釋，

可算是科學解釋：「功能性解釋（functional）」及兩種回答「為何如此」的解 釋：「統一性解釋（unification）」和「因果－機制性解釋（causal-mechanical）」。

「功能性解釋」在部分科學領域普遍採用，且有簡化溝通的功能。「統一性解 釋」和「因果－機制性解釋」，在 Salmon（1998）的眼中，為典型的科學解釋。

「統一性解釋」，又稱定律性解釋，用一套通則定律來解釋事件，例如用 F=ma 來解釋運動現象。「因果－機制性解釋」牽涉到一連串的時空因果傳遞，導致 最後產生特定物質或現象，如解釋蛋白質的合成機制。

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二、科學教學中的解釋

在科學教學的現場，教師為了促進學生的理解，必頇解釋現象、說明原 理。Achinstein（1988）認為「解釋」是一種語言行動，是解釋者向某位聆聽 解釋者更加詳細的說明某一件現象，因而提出了 E=f（A，q，S）模式，在課 堂上，E 表示一個解釋，也就是老師解釋的內容；A 表示提出解釋者，也就是 老師； q 表示解釋了什麼，代表解釋的問題；S 表示接受解釋的人，也就是 學生，所以，一個令人滿意的解釋 E 就是要求讓 S 理解 q：它們依賴 S 的知 識以及這些知識在 S 的認知結構裡的關聯性、札確度和深度的關係。在自然 科學的探究情境裡，q 常常是「某個現象為什麼或如何發生」這一類的問題。

解釋者 A 提供解釋 E 給 S，就必頇讓 S 能夠理解，因此，解釋和理解之間的 關係是不容忽視的。

Edgington（1997）認為「解釋」要與科學理論相連結，「解釋」在教學上 表現出科學本質所隱含的訊息，藉由「解釋」，讓教師擔任不同的角色以達成 不同的課程目標，同時可以由學生對現象的解釋來評量學生實際的理解程 度。

湯偉君（2008）將解釋者、被解釋物及接受解釋者這三者關係，表徵為 圖 2-3-1。在科學教學的現場，教師為了促進學生的理解，但又不能完全昧於 事實，因此教師所使用的解釋會落在合理和滿足學生理解之間，稱之為「解 釋變動的範圍」（湯偉君、邱美虹，2010），因此，要向某人解釋一現象，不 光只是看所使用的理論是否合宜或是否貼近因果關係，也要考慮聽者的能力，

因為解釋是與情境相依的（Von Fraassen, 1988；Wong, 1996）。

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圖 2-1-1 解釋變動的範圍（引自湯偉君，2008）

Horwood（1988）則指出雖然教育用的解釋不一定需要符合真實狀況，但 是要能讓學生越來越接近札確的理解，並且「解釋」的不精確或簡化，不應 該干擾到學生未來的學習。

科學哲學家長期以來都在致力於科學解釋的架構以及解釋在科學中的意 義，但是，在科學教學上，科學解釋會因學科的本質、學生的理解程度，而 有適度的調整。Braaten 和 Windschitl （2011）針對適用於科學教育中的科學 解釋歸納出五種哲學模式，並說明各模式適用的情境及使用的限制：

1.涵蓋律模式（Covering Law）：利用演繹的方法來作解釋（Hempel&Oppenheim, 1948），學生在第一次嘗詴解釋通常會透過這個方法，引用定律去解釋一個特 殊的現象。

2.統計－機率模式（Statistical-Probabilistic）：從所觀察到的現象或統計的數據，

歸納原因來做解釋（Hempel, 1965；Salmon, 1989）。學生學習數據分析的實務 時，特別在生物族群的統計或地球科學的領域，會應用到此模式。

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3.因果模式（Causal）：解釋事件發生原因和現象的因果關係（Salmon 1978, 1989）。 在課堂上可應用學生的好奇心，讓學生學習用理論去說明所觀察現象的原 因。

4.實用性（Pragmatic）：涉及教導如何去進行一個物理或心智操作（Van Fraassen, 1980）。例如：說明顯微鏡使用的方法。

5.統一性（Unification）以某些現象的解釋當中找出統一性，使用科學理論歸納 出結論（Friedman, 1974；Kitcher, 1997）。例：分子運動理論的說明。

Braaten 和 Windschitl（2011）認為藉由了解科學解釋的意涵，確立其在 科學教育上的地位，並從介紹科學解釋的模式和其所包含的元素，讓我們得 以認識科學解釋的基本架構。