異例與異象

學校窮、地方小，一切也就克難些吧。對他而言，他已經十分滿意目前他的環境了，他 不像張凡和李鍾發那般人，整天不是埋怨設備不好，就是嫌實驗室又小又舊，他們都只是一 心一意想畢了業出國深造……。

這學期在實驗課開始之前，助教就宣佈本學期的分數是按各組每次實際結果和實際值之 間的差別來決定，換句話說，你所做出來的數據越接近實際值，分數就越高。而大部分的實 驗結果是可由書上查到或推算出來的，為了爭取高分，許多人不惜刪改自己所做出來的數 據，使它更接近實際值……。

『大家都改，只有你最清高……』

『既然要改，那何必麻煩做實驗？乾脆把標準答案抄給助教好了……』

『怎麼，你也做出兩百左右啊！我看，這回你別再頑固了，改成一百六十好啦，以免又 再當眾出醜。』

『奇怪？』周篤行這下也對自己的答案感到懷疑了，信心似乎又大減了……。

『課本還會錯嗎？求求你，別猶豫了，就改吧。』

在全班驚訝的嘆息聲中，老師宣佈了這件事：『各位不要奇怪，我今天給各位的並不是 棉子油，而是玉米油，我是故意說錯的。目的就在測驗各位同學是否對自己的實驗有信心？

更重要的，也是測驗各位會不會刪改自己的數據。由這次實驗我發現你們真太不誠實了。……

想不到就因為我說是棉子油，你們的答案都變成棉子油的了。』(小野，1988: 31-39)

許多科學教育學者共同主張科學研究總是從「問題」開始，將異常問題與未解決問 題轉變為已解決問題，即是科學進步的指標之一 (Popper, 1959; Kuhn, 1962; Lakatos, 1970; Laudan, 1977; 洪振方，1999)。

從科學發展的脈絡來看，Kuhn (1962) 首先對科學知識提出了典範 (paradigm) 的 概念，認為整個科學知識的成長是由於科學社群在困頓的環境下，企圖以改變對外在世 界的觀點而成長（趙金祈、許榮富、黃芳裕，1993）。Kuhn 更指出科學家發現新問題時，

會先進行一段時間的調適 (adjust) 並嘗試接受該問題。此一問題挑戰其先備知識 (prior knowledge) 與既有科學理論 (existing scientific theory) 的不足，因此導致科學家開始發 展新理論或修正舊理論來滿足其所發現的新問題。此一導致科學理論有嶄新發現的「問 題」稱為「異例」(anomaly)。此外，Kuhn 認為雖然在科學哲學的詞彙中，異例的確是 典範的反例，然而從科學史來看，科學發展的歷程與否證論 (falsificationism) 的主張並 不相同，即科學家常常不把異例當成反例。Kuhn 相信典範除了有助於科學家認定其研 究方向外，亦具有啟發科學家嘗試解答新問題的功用（引自洪振方，1994：4。趙金祈，

1992）。

在典範之內所從事的科學活動，不斷地遭遇異例 (anomaly)，而當典範無法解釋的 異例越來越多時，危機就會出現。Kuhn 認為當危機發生時，就是新舊理論交替的階段，

即「科學革命」的時期。在科學革命後，新的典範產生，就開始進行新的常態科學活動，

因此科學知識的進展並非不斷的累積知識，而是不斷的進行科學革命。且在革命時期，

異例所造成的認知威脅性，使其成為科學理論變遷的先決條件 (Kuhn, 1962; 洪振方，

1994)。

由上述可知異例在科學理論變遷、知識習得與概念改變的歷程中，經常扮演著一個 關鍵的角色。然而，許多科學教育學家、心理學家與科學哲學家並不認為在科學教室中 學習的學生與實際發明理論或推翻理論的科學家具有完全相同的特徵，即學生的角色並 不完全等同於科學家的角色。其主張科學家發展理論的歷程與學生知識習得之間的關係 是有所侷限的，即認為學生是一種發展中的科學家 (developing scientist) (Duschl, 1990;

Chinn & Brewer, 1993; Niaz, 1995; Abd-El-Khalick et al. 2003)。國內學者也對於學習科學 的學生與鑽研科學的科學家兩者角色的特徵持不同的看法。

Kuhn 的科學典範是存在於科學專業社群中，並不一定存在於學生的「生活世界」。

因此典範的實用性與限制性等的感受，對於研讀科學的學生當然不同於鑽研科學的科學 家（引自楊文金，1997。許榮富、黃芳裕，1995：624）。

許榮富、黃芳裕認為典範並不存於學生的科學社群中，故對於學生而言，典範一詞 就變成無可理解的詞彙，並且所謂的異例與異象也就變成類似子虛的詞彙（引自楊文 金，1997）。然而 Kuhn (1962) 卻認為教科書的目的在於形塑一個最新的典範，使學生 可以在最短的時間內瞭解當今科學社群所接受的實驗、觀念、定律及理論。

上述兩者不同的說法顯示學生與科學家是否可等同視之，確實仍存在相當大的討論 空間。但本研究提及的「異象」並不需要藉由Kuhn 的科學革命作為判別的依據，且研 究者認為僅擷取Kuhn 對於「解決問題」及「理解」的重要概念並用於學生身上並無不 妥，故可排除「學生是不是等同於科學家」的爭議。

因此，了解人們遭遇到與其先備知識有所衝突的資訊 (conflicting information) 時所 做出的反應以及探討人們產生此種反應的原因，有助於研究者進一步了解理論改變的過 程 (Mason, 2000)。

壹、異例與異象的定義

異象可挑戰科學家及學生的先備知識與既有理論概念，進而促進概念改變與知識重 建，但究竟何謂「異象」？又何謂「異例」？對異例與異象做進一步研究探討前，我們 必須先對異例與異象的定義有所了解，經本研究者統整發現許多研究者對於異例與異象 的分類與定義不盡相同 (Chinn & Brewer, 1993, 1998; Lin, 2007; 洪振方，1994)，經統整 如下：

一、從後實徵主義角度看異例：以Popper 與 Kuhn 為例

洪振方 (1994) 指出，從後實徵主義 (post-positivism) 的角度探討「異例」，可 區分為下列兩種意義：

1. 狹義的異例

異例即是反例，就算理論只遭遇到一個異例，科學家就可駁斥與放棄該理論，

此為Popper 否證論 (falsificationism) 的主張。

2. 廣義的異例

異例並不等同於反例，依據 Kuhn 的觀點，異例在「常態科學」與「革命科學」

的作用不同。異例在常態科學中的本質被看成是一個「待解的謎」，其作用主要是用 以擴張典範的廣度與精確度。而其在革命科學的主要作用為使科學社群對典範形成 危機意識，以促成新典範的產生（洪振方，1994：23-24）。因此，黃光國 (2003) 認 為Kuhn 所定義的異例為「出現不符合典範所預期的現象」而 Laudan 的定義則為「在 邏輯上與理論不一致的經驗事實」。

在常態科學時期，異例是屢見不鮮的。但隨著常態科學的進展，經由典範的調整，

這些異例不僅可以成為符合典範的預期結果，而且還可以由反例變成支持典範的正 例。由於常態科學是由某種典範所宰制著，典範總是受到絕對的信賴，但它與實驗結 果之間的銜接並不會十分完美，總是存在著明顯的差異或異例。常態研究的主要工作，

便是經過恰當的調整，來解決這些反常的異例，以使典範不受損害 （黃光國，2003：

165）。

二、以當代科學教育學者角度看異象：以Chinn & Brewer (1993) 為例

Chinn & Brewer (1993) 指出，個體本身已經具備 A 理論的概念，但遭逢到異常 數據或現象的挑戰時，而此數據或現象又不能被A 理論所解釋時，此種與 A 理論相 衝突、矛盾或只因A 理論無法舉證出任何一個可以用來解釋該異常數據或現象的概 念，研究者將此種無法被既有理論完整解釋的異常數據或現象稱之為「異象」。此一 異象並不一定隱含在新理論—B 理論中，但 B 理論勢必可以用以解釋 A 理論原本可 說明的數據或現象以及異常數據或現象。茲以圖2-1-1 顯示：

解釋

A 理論

不能解釋 可以解釋

異象

A 理論

異象

B 理論

圖2-1-1 個體遭遇異象之處理模式 資料來源：研究者整理

三、本研究對異象及實驗異象之定義

異例與異象對於學生的意義並不相同，研究者已於本節詳盡說明此部分，故本 處不再贅述，因此本研究僅針對異象與實驗異象進行研究。根據上述科學教育學者 對異象在科學教育上的研究，本研究認為當個體遭逢與其先備知識與既有理論相衝 突、矛盾之數據或現象，導致其開始對固有概念產生懷疑，進而檢視其先備知識與 既有理論的正確性與可解釋現象或數據的廣度，不論個體是否有產生概念改變或知 識重建，皆被視為遭遇到「異象」而有所反應。

因此，本研究將異象定義為「可使個體對其先備知識與既有理論產生衝突或矛 盾，進而挑戰、重新檢視先備知識與既有理論的精度與廣度之數據或現象」。此外，

由於本研究者之研究環境為大學實驗室，因此在實驗室中遭遇到可使個體對先備知 識或既有實驗理論產生衝突、矛盾，進而可挑戰、重新檢視先備知識或既有實驗理 論的精度與廣度之數據或現象，本研究稱之為「實驗異象」(anomalous data in science laboratory)。茲將異例之定義整理如表 2-1-1，異象之定義整理如表 2-1-2：

表2-1-1 異例定義之比較

代表人物 異例之定義

Karl R. Popper (1959) ♦ 異例即是反例。

♦ 當理論遭遇到異例時，科學家就可駁斥與放棄該理論。

Thomas Kuhn (1962) ♦ 異例不等同於反例。

♦ 出現不符合典範所預期的現象。

♦ 在常態科學中，異例被看成是一個「待解的謎」，其作用 主要是用以擴張典範的廣度與精確度。

Larry Laudan (1977) ♦ 異例係指在邏輯上與理論不一致的經驗事實 資料來源：研究者整理

表2-1-2 異象定義之比較

代表人物 異象之定義

Chinn & Brewer (1993) ♦ 異象係指無法被既有理論完整解釋的異常數據或現象。

本研究者 (2007) ♦ 異象：可使個體對其先備知識與既有理論產生衝突或矛 盾，進而挑戰、重新檢視先備知識與既有理論的精度與 廣度之數據或現象。

♦ 實驗異象：在實驗室中遭遇到可使個體對先備知識或既 有實驗理論產生衝突、矛盾，進而可挑戰、重新檢視先 備知識或既有實驗理論的精度與廣度之數據或現象。

資料來源：研究者整理

貳、學生面對異象所產生之反應類型

當個體遭遇異象時，其處理方式並不只一種，根據Chinn & Brewer (1993, 1998)