Toulmin(1958)提出論證的架構之後，許多科學教育學者使用 Toulmin 的論 證架構來分析學生的論證能力與表現，本節首先說明論證的意涵與評量，並簡要 回顧與論證有關的實徵研究。
一、論證的意涵與評量
論證的意涵，可從個人及社會兩個層面來說明(D. Kuhn, 1992)。由個人的層 面來看，論證即是個體評估、精鍊、並建立理論的過程(Duschl, 1990)，不僅是一 種說話的形式，更是使學習者得以瞭解科學知識被建立的過程，意即一個觀點的 產生、採納、認可以及捨棄(Lawson, 2003)。由社會的層面來看，論證亦指以各 種形式，諸如言語、寫作，在社會互動的情境下表達與維護自身的立場(van Eemeren et al., 1996)。論證必須是各方觀點的整合與交流，參與論證的個體必須 在互動的過程中表達自身觀點、並在獲得別人提供的新論點後重新審視自身的觀 點(Erduran & Jiménez-Aleixandre, 2008; B. Schwarz, 2009)。
論證分成分析型論證(analytical arguments)、辯證型論證(dialectical arguments) 以 及 修 辭型 論 證 (rhetorical arguments)三 種 形 式 (Jim´enez-Aleixandre et al., 2000)。分析型論證是由個人依照邏輯產生假說，並經由歸納與演繹的過程獲得 結論，完整的結論甚至包括了舉出悖論的實例；辯證型論證是由群體在討論或辯 論的過程中產生，可針對證據不明顯的假說進行共同推理，屬於非正式的邏輯推 理過程；修辭型論證則是具演說的本質，也就是具有對外宣稱並使人信服的目 的。本研究中，主要聚焦在小組成員間的論證及組間論證的攻防，因此屬於辯證 型論證及修辭型論證兩種形式。
關於論證品質的評量，Toulmin(1958)認為論證的品質應以更多元的面向來 衡量，而不僅止於傳統的因與果、假說與結論這種單純的面向探討。他提出論證 的元素包括宣稱(claim)、資料(data)、理由(warrant)、支持(backing)、限制(qualifier)
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與反駁(rebuttal)六個元素(Toulmin, 1958)。Toulmin 以「哈利是一個英國人」這個 宣稱為例。首先，宣稱「哈利是一個英國人」必須被「哈利生於百慕達群島」這 項資料所支持；資料即由各種事實所組成；而理由「生於百慕達群島的人通常都 是英國人」則是用來表達宣稱與資料之間的連結，由宣稱與資料推斷而來；支持
「相關的法規」則是用以強化理由的可信度；而限制「亨利符合這些條件」用來 強化宣稱的有力程度；最後，反駁「除非哈利的爸媽都不是英國人，或者哈利早 已具有美國國籍了」則是代表某種例外的情況。
Toulmin 提出之論證組型被爾後之學者廣為採用(Garcia-Mila et al., 2013)，
因其論證組型具備某些特點及合理性(Verheij, 2005)。首先，在一個論證中，理由 和支持可依領域或情境改變；其二，一個論證可以用反駁來界定例外的情況；再 者，一個論證具有其有效的範圍；最後，可用論證的完整性、包含元素的多寡來 衡量一個論證的品質。本研究採用 Toulmin 的論證架構，來分析小組成員藉由互 動的歷程共同建構的論證及組間的論證攻防。
二、論證的實徵研究
近年之論證相關研究，不僅止於探討個體的論證能力，亦以各種多元的面 向及形式來探討課室中的科學論證。這些論證研究大致可分述為幾類，第一，依 論證相關的其他能力對論證能力本身進行探討，第二，探討如何提升與促進論證 的品質，例如教師信念的轉變、以及如何塑造適當的論證環境及教學法。
（一）論證及其相關能力
決定論證品質的高低通常會有幾個納入考慮的因素，包括了小組成員間對 他人論證的反饋程度、小組成員所提出的想法被其他成員反駁及挑戰或使用資料 來提出宣稱的頻率、以及小組成員對衡量論證品質規準的瞭解程度。首先，小組 成員間對他人論證的反饋程度。例如，在 Evagorou 與 Osborne (2013)研究中，比 較兩個小組的論證品質，發現較成功的小組，小組成員間較會聆聽對方提出之論
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點，以協商的方式產生結論；反之，較不成功的小組，成員間的論證過程比較像 是論點的累積，而缺乏小組成員間的交流、聆聽、與協商，也鮮少針對他人的論 點提出疑問。儘管成員間的交流與協商對個體知識的形成極有幫助，卻鮮少在課 室中發生(Mercer, Wegerif, & Dawes, 1999)。此外，小組成員間互相詢問的問題是 否發揮功能，亦是評估小組論證品質的方法，當小組成員間提出之問題聚焦在所 討論之議題時，較能導致成功的論證(Chin & Osborne, 2010)。其二，小組成員所 提出的想法被其他成員反駁及挑戰或使用資料來提出宣稱的頻率，在 Evagorou 與 Osborne (2013)研究中，提出較少宣稱的那組，在經歷了四節課的論證活動後，
並沒有改善他們所提出的論證的品質，提出宣稱即代表提出該議題的解決方法，
而較成功的小組能提出相對多的宣稱作為該議題的解決之道。第三，小組成員本 身的知識程度亦是影響論證品質的關鍵(Osborne et al., 2004)，當個體的知識有限 時，更難以衡量資料的可用性及論證品質的好壞；最後，小組成員對衡量論證品 質判準的瞭解程度，亦左右了整個小組產生之論證品質。在 Evagorou 與 Osborne (2013)研究中指出，小組成員對論證結構的察覺與重視，是影響小組論證成功與 否的因素。將論證品質有差異之小組做比較，發現較成功組別的成員，會針對他 們自己提出之論證的結構進行討論與修正，也就是說，若小組成員能察覺到論證 結構本身的重要性，便有助於論證品質的提升。小組成員必須對論證的本質及論 證的品質判準有一定程度的瞭解，才有辦法進行這樣的後設認知(Chin & Osborne, 2010; Evagorou & Osborne, 2013)。
這些研究大致提出的結果都指出，學生能理解一個宣稱必須要有證據的支 持(Garcia-Mila et al., 2013)，並且也會以證據充足與否來挑戰其他人的觀點 (Sandoval & Millwood, 2005)。儘管如此，學生在自己進行立論時，在提出證據 上卻面臨了困難(Bell, 2004)，他們時常堅持原本的宣稱，即使他們手邊的證據顯 示出相衝突的結果(Evagorou, Jime´nez-Aleixandre, & Osborne, 2012)。此外，
Sandoval 與 Millwood 認為學生對於將資料和宣稱之間連結的能力有限，他們大
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多不知如何解釋為何資料與宣稱之間具有關連，以及資料是如何支持宣稱的，因 為學生認為資料本身即為不證自明的事實資料本身就可以代表證據，不需要進行 額外的解釋或評估。
（二）促進課堂中的論證品質
教師與學生是課室中兩大核心的角色，也就是說，課室中的論證品質與教 師本身的信念及教學策略有關，亦與學生對論證及其任務的瞭解有關。因此，促 進課室中的論證品質，應可由幾個面向來探討，意即 1.教師教學信念的轉變、2.
認識論與社會情境的轉變，茲分述如下：
1. 教師教學信念的轉變
個體與個體間的溝通與思想的表達，都仰賴語言為媒介，因此，語言在科學 課室中扮演重要的角色(Lemke, 1990)。就科學論證的角度來說，語言不僅是表達 論證或宣稱的基礎，更是使教師得以引導學生進行論證的媒介。因此，教師在課 室中所使用的語言極為重要，教師所使用的語言不只關係到所表達之概念的正確 性，更顯露出教師本身的信念(Lemke, 1990)。例如教師傾向於認為學習即是知識 的累積，亦或是學生參與學習情境的過程(Mortimer & Scott, 2003)。換句話說，
若要將傳統以知識與成效為中心的學習取向轉變為現今注重學生必須參與學習 情境之取向，教師首先必須改變其對科學學習的信念，意即用以引導學習的語 言，這不只是更換使用的詞彙那樣簡單，而必須是信念的根本轉變(Simon et al., 2006)。
儘管教師常將自己定位為「學生」與「科學知識」兩者之間的媒介(Duit &
Treagust, 2012)，但以現今的科學教育觀點來看，科學學習不僅止於知識的累積，
更是師生共構知識的過程。然而已有研究指出，教師們對現今的教學與學習觀點 瞭解非常有限，他們無從得知最新的科學教育研究進展，亦或不知道該以怎樣的 方式攝取科學教育研究的知識，而導致他們的教學信念仍停留在傳統「知識累積」
的觀點(R. D. Anderson & Helms, 2001)。因此，研究者與教師之間充分的交流，
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便成為科學教育研究能實際融入課室裡的關鍵(Duit & Treagust, 2012)。
科學教育研究者與教師之間應可形成互惠的角色，當研究者提供理論依據及 實務資源以幫助教師有所轉變時，教師同時也激發了研究者的反思與靈感，諸如 工作坊或其他形式的座談，皆能增進研究者與教師之間的溝通與互惠(Osborne et al., 2004; Simon et al., 2006)。舉例來說，Simon等人(2006)以工作坊的形式培養教 師論證教學的素養，並以Toulmin的論證組型為基礎，作為發展教學的依據；而 Osborne等人(2004)則以為期一年的座談形式，與教師共同設計論證的教學，這些 教師也在這一年的座談期間，在他們的班級中進行數個論證教學。這樣的交流方 式無論對研究者或教師雙方都有許多助益。
首先，研究者與教師間的交流促進了雙方無形中的相互學習，例如，Toulmin 的架構使研究者得以評量教師或學習者的論證品質，更提供教師們進行課程的指 標參考，教師得以依據Toulmin的架構來組織科學概念的內容並引導學生進行 Toulmin架構中提到的成分作為論證活動的步驟，教師本身也得以經由Toulmin 的架構瞭解論證及科學的本質(Simon et al., 2006)。
其二，研究者與教師間的交流使得理論依據得以實體化，研究者得以基於 Toulmin的架構，設計讓教師們覺得實用且可行的教材與教學策略，以提升課室 中的論證品質。開發這些實體教材極為重要，畢竟對教師而言，這些教材才是具 體、可理解的東西，亦是能直接應用在教學上的工具。也就是說，工作坊的交流 使研究者能更具體的設計教材並因應教師的需求(Simon et al., 2006)。
再者，研究者與教師間的交流使教師得以獲得與科學教育研究相關的知識，
再者，研究者與教師間的交流使教師得以獲得與科學教育研究相關的知識，