第二章 文獻探討
第五節 解釋融貫性
一、解釋融貫性的意涵
Thagard(1992)在概念革命一書中，描述了在科學史上的一些重大理論 被取代的現象，如燃素論的衰微，燃燒的氧理論興起，或是達爾文的天擇 演化論優於神創說等，說明一個假說之所以成立或是被取代，皆是取決於 其解釋融貫性(explanatory coherence)，而取代的過程則稱之為「概念革 命」，並發展一程式ECHO來運算假說的解釋融貫性。融貫(coherence)於 日常的語言是表示相互扶持(hold together)之意，而解釋融貫性則是因為解 釋關係而相互扶持。
解釋融貫性理論(the theory of explanatory coherence，簡稱TEC)是科學 概念改變原理的核心，概念革命需要一個能引導人們放棄舊的概念，並採 納新的概念系統的機制，亦即我們需要一個更全面的機制來設置一個新的 概念系統，用來說明具新假說的概念系統如何取代舊概念系統的過程。概 念革命意指相關概念與命題系統結構的轉變，且這樣的轉變是由於新的命 題系統使用新概念時擁有更廣大的解釋融貫性。而在命題系統中的各個命 題之間，必涉及「解釋」或是「反駁」此兩種陳述上的不同表現，若是各 命題之間能彼此解釋，則有較高的解釋融貫性。
解釋融貫性在許多領域上皆受到重視與應用。在哲學上對於解釋性假 說(explanatory hypotheses)已有長久的討論，若一解釋性假說有著最佳解釋 的推論，則將被接受；在科學上更是不斷地思考著如何以解釋的力量來評 估理論；而在社會心理學上，歸因理論考慮人們如何於每天生活中形成假 說以解釋事件(Fiske ＆ Taylor,1984)。
二、 解釋融貫性的原理
Thagard(1992)綜合在哲學、心理學以及科學方面對於解釋融貫性的一 些探討，提出解釋融貫性理論，旨在說明大範圍的解釋推論，並在解釋系 統S中建立評估命題之可接受性。S包括命題P，Q，與P1...Pn。以連結主義 為基礎，發展一個電腦程式ECHO 以驗證某一假說中各個命題之間的融貫 性，而命題包含了證據與子假說兩類。此程式可以輸入證據與子假說之 間，或是子假說與子假說之間的關係，然後讓輸入的資訊以人工智慧的方 式，進行彼此間的相互影響，進而歸結出這些資訊之間的解釋融貫性，而 其計算奠基於七個原理：
（一）對稱(Symmetry)：主張成對命題間之融貫性和不融貫性是對稱的關 係，就好像日常相互扶持的感覺一樣。
（1）若P與Q融貫，則Q與P融貫。
（2）若P與Q不融貫，則Q與P不融貫。
（二）解釋(Explanation)：是目前評估解釋融貫性中最重要的原理，因為 它建立大多數融貫性的關係。若P1...Pm能解釋Q 則:
（1）在P1…Pm 中的每個Pi皆與Q融貫。
（2）在P1…Pm 中的任一Pi與Pj皆彼此融貫。
（三）類比(Analogy)：類比並非簡單地認為任何兩個類似的命題都融貫，
還必須有一個解釋類比，而以兩個類似的命題來解釋彼此是類似的其他 兩個命題。
若P1 解釋Q1，而P2 解釋Q2，又P1 類似P2，與Q1類似於Q2，則P1與P2融貫，
Q1與Q2 融貫。
（四）資料優先權(Data Priority)：聲明某命題可描述某觀察結果的行為，
有某種程度的可信度，如同在不同層面上，我們對於謹慎審查之科學期 刊中實驗結果的可靠性依舊保有信心。敘述觀察結果之命題，也就是證 據，本身有一定的可接受程度。
（五）矛盾(Contradiction)：若P與Q矛盾，則P與Q不融貫。
（六）競爭(Competition)：除非另有理由，否則應該相信解釋相同事實證 明的假說是互相競爭的。
若P與Q兩者解釋Pi，假如P與Q不能被連貫地解釋，則P與Q不融貫。若 有以下的狀況成立時，這裡P 和Q的解釋就是連貫的：
（1）P是Q解釋的一部分。
（2）Q是P解釋的一部分。
（3）P和Q一起是一些命題Pj的部份解釋。
（七）可接受性(Acceptability)：
（1）命題P於系統S中的可接受性取決於它與S中其他命題的融貫性。
（2）假如許多有關實驗的觀察結果都無法解釋，則僅解釋少部份的 命題P的可接受性就減少了。
由以上七個原理，曾舒平(2004)整理歸納出以下幾點：
1.命題之間若擁有解釋關係，則可以視相關命題為彼此融貫，而這樣的融 貫性稱為解釋融貫性。
2.在一假說系統中，由於證據命題較子假說命題更能獲得較高之可接受 性，所以與證據命題融貫之子假說命題之可接受性較高。
3.命題之可接受性越高，則表示其之於整個假說系統的解釋融貫性越高。
三、解釋融貫性之相關研究
Clough ＆ Driver(1986)利用晤談的方法，研究學生科學概念在不同 問題情境中是否具有一致性，結果發現，學生解釋兩個不同情境的現象所 使用的概念具有一致性，且他們的解釋模式普遍存在相似的理解特性；相 對的，學生的科學概念並不似科學社群建構的理論，在廣域的推論上具有 高度普遍一致性的特性。
Reiner(1991)在一項了解高中生對「光」的概念理解之研究中發現，
學生在面對不同的情境時，會用不同的概念回答，這些與情境有關的知識
稱之為表面結構知識(surface structure knowledge)。然而，有些較為強而有 力的觀點，卻在許多不同的情境中穩定的出現，也就呈現較高的一致性，
而且，這些知識是構成學生陳述觀念的基本元素，稱為深層結構知識(deep structure knowledge)。此外，有些學者以「科學解釋」的角度提及學生概 念的不穩定性或變動性，例如Nakhleh & Samarapungavan(1999)研究學生 對 於 物 質 的 信 念 時 發 現 ： 學 生 缺 乏 真 正 的 說 明 架 構 (true explanatory frameworks)。
Thagard(1992)指出不同科學理論有不同層面的「解釋融貫性」，而「解 釋融貫性」是概念革命最主要的機制，例如氧化說取代燃素說，即是因為 氧化說有較大的解釋融貫性。他進一步在討論兒童與科學家的概念改變之 異同時，認為在科學家與兒童兩者之間，無須去探討兩者在「概念產生」
與「獲得新的概念」的機制上有何不同，比較值得深思的是兒童與科學家 對於(概念)理論的「解釋融貫性」的評估是否一樣。
曾舒平(2004)以Thagard的解釋融貫性理論來探討高一學生對於「板塊 構造運動」的理論架構之解釋融貫性，以其所提出的ECHO程式加以檢驗，
探討擁有不同解釋融貫性的學生在學習成效上的差異，及其在概念改變的 程度上有何相異之處，並在教學中採用反駁式文本以及自我解釋的教學技 巧，促使學生歸納出具有最佳解釋融貫性的理論架構。簡述研究結果發現 (一)在教學過程中增加促進自我解釋的活動可以使得學生之學習成就明 顯較佳，而對於學生所持有之概念架構之解釋融貫性也有明顯的影響。(二) 學生所持有之原有概念架構之解釋融貫性越高，其在後測與延宕測驗中回 答改變之題數越少，顯示其概念架構越難以改變。反之，原有解釋融貫性 越低者，其進步幅度越大，推論是較容易改變其概念架構的原因，使其在 教學之後的學習成就進步較多。
上述之文獻著重於探討學生在不同情境下所展現的理解情況，即在探 討學生在概念架構與提出解釋方面，其穩定性或一致性的情形為何。
Thagard 亦建議科學教育應著手進行一些相關議題，如：解釋融貫性在信 念修正(belief revision)與拋棄舊概念系統的角色，以及如何教導學生對於 解釋融貫性有較高的敏感度，而提高敏感度能否促進學生學習新的科學理 論等研究問題。
本研究旨在探討國小科學教師於一系列相關性實驗活動中，其所持有 的科學概念的穩定性，以及提出的科學解釋是否符合前後融貫性的原則。
第六節 POE 的理論基礎與相關研究
ㄧ、 POE 的起源
POE是Predict-Observe-Explain 的簡稱，最初是由美國Pittsburgh大學 Champagne 、 Klopfer ＆ Anderso 於 1980 年 發 展 的 DOE 是 (Demonstrate-Observe-Explain)「示範-觀察-解釋」概念晤談教學策略改良 而來的。DOE概念晤談教學策略為首先對學生進行紙筆測驗，接著由教師 進行實驗示範讓學生觀察，隨後要求學生回答測驗裡的題目並且提出說 明，當時有些DOE的問題情境會要求學生於觀察之前先對該項實驗的結果 進行預測。該工具用於探討大一學生學習古典力學時，對於物體運動 (Motions)的原有想法，研究者要求學生觀察在不同情況下，自由落體於阿 特武機(Atwood machine)的運動，並要求學生描述他們的觀察以及回答有 關物體運動的問題。在活動中，研究者要求學生在觀察之前先預測運動的 現象。最後，學生將他們所有的回應記錄在事先印好的答案卷上。其研究 發現學生即使在高中修習了至少一年的物理課，他們還是存有許多有別於 正統牛頓力學的概念，例如「當一力施於一物體，將會產生運動」、「在 一固定力的作用下，物體將會等速運動」等另有概念(Champagne, Klopfer &
Anderson,1980)。
Gunstone & White(1992)認為預測的理由不僅能呈現學生原本的認知 架構，還能引發學生的學習興趣，特別強調預測階段對了解學生概念及提 升教學成效的重要性，因此將DOE策略設計改良成POE教學策略，以期更 富教學成效。於是他們提出了POE策略運用於探究學生概念之改變，其策 略的主要步驟有三：
（一）預測(Prediction)：學習者運用其原有的知識去預測一個事件的結 果，其預測必須要有其支持的理由，才能提出。
（二）觀察(Observation)：在事件完成之後，學習者去描述所觀察之事件 的真正結果。
（三）解釋(Explanation)：由學習者解釋其預測和觀察結果之間的矛盾，
通常學習者遇到困難時，此歷程便具有認知衝突(cognitive conflict)的特色;
教學者要鼓勵學生去考慮所有的可能因素，此時的鼓勵是重要的，因為學 生在這個步驟中會展現出他們對於事件的理解，若發生的現象與學習者所 作預測不一樣時，便能更進一步探索學習者如何解釋自己的觀點與現象間 的差異。
而POE 除了強調預測的部分外，更重視在「預測─觀察─解釋」的歷 程中，學生在觀察後所提出的解釋；洪淑凌(2007)提及POE最重要的關鍵
而POE 除了強調預測的部分外，更重視在「預測─觀察─解釋」的歷 程中，學生在觀察後所提出的解釋；洪淑凌(2007)提及POE最重要的關鍵