電腦輔助合作學習與知識翻新對大學生科學本質觀之影響 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學教育學院教育學系碩士論文. 指導教授：洪煌堯博士. 學. ‧ 國. 立. 政治大. 電腦輔助合作學習與知識翻新對大學生 sit. y. ‧. Nat. 科學本質觀之影響. er. io. Effects of Computer-Supported Collaborative. n. v Learning anda lKnowledge Building n i on College Ch. engchi U. Students’ View of Nature of Science. 研究生：林靜宜. 撰. 中華民國九十九年四月.

(2) 致謝那年夏天，踏進政大的校門，踏進美麗圓弧的井塘樓，與師長、學姊及同學們邂逅的景象，一切仍歷歷在目，如同昨天才發生似的。而今，完成論文的這一刻，心中充滿無限感慨，必頇與這裡的種種揮手道別；但也充滿無限感激，感謝這段旅程中，所有給予支持的鼓勵的人們。論文得以順利完成，最要感謝指導教授─洪煌堯老師的悉心指導，從最初的議題搜索到過程中的問題挑戰，以及最後修改定案完成，老師不間斷的給予指導，督促我進行腦力激盪、激發新的想法，精進整個研究架構；因為老師細心的指導，讓我學習到做研究的態度與精神，也讓我的論文得以呈現。對於老師無私的教導以及提攜，心中充滿無盡的感謝。. 政治大. 感謝口詴委員─詹志禹教授與吳心楷教授惠予指導。提出論文中的盲點與待加強之處，使我的論文更臻精益，尤其是在口詴過程中，教授們激盪我的想法，. 立. 點出可以更好的地方，懇切地指導並給予支持肯定，讓論文的產出能更順利與精. ‧ 國. 學. 進。. 在研究所學習歷程中，感謝所有給予支持的朋友們，一同走過教心翻譯、統. ‧. 計課、資格考…等種種挑戰；感謝婉玟、巧如，給我實際教學的經驗談，並在我徬徫時給予鼓勵；感謝如秀、雅婷，當我不知所措時提供方向指引，也為我得生. Nat. sit. y. 活添增歡樂。當然還要感謝井塘 409 室的研究夥伴，尤其是雯靜與博賢，陎對新. er. io. 領域的挑戰，他們總是給予無限的協助，而每星期固定的團體 meeting，他們的建議讓我豁然開朗，產生新的想法。感謝這群一同歡笑、一同哭泣、一同奮鬥的. n. al. Ch. i n U. v. 好友們，因為有你們，讓我在研究學習的過程中不孤單，有你們的陪伴，讓我陎. engchi. 對徬徫的研究歷程補足信心；謝謝你們讓我的研究所生活充滿溫馨、笑語。謝謝你們！！最後，要感謝我的家人一路上陪伴著我、鼓勵我，雖然較少明確的口語鼓勵，但是你們的眼神、你們的行為都給我無限力量，讓我無後顧之憂的在這條路上衝刺，謝謝你們，我最愛的家人們！因為師長、朋友們的幫助與支持鼓勵，讓我獲得許多寶貴的經驗，也因為所有人的陪伴，使得這段研究的路程多采多姿，衷心感謝。願所有我愛及愛我的人們，幸福快樂，永遠~~~ 林靜宜. 謹致於國立政治大學中華民國九十九年四月.

(3) 電腦輔助合作學習與知識翻新對大學生科學本質觀之影響指導教授：洪煌堯博士研究生：林靜宜. 摘要本研究的主要目的在幫助學生發展更主動與建構取向的科學本質觀。以 42 位修習「自然科學概論」通識課程的大學生為對象，採用「知識論壇」(Knowledge Forum, KF)的線上學習帄台，透過集體共. 政治大. 構與分享知識讓學生學習自然科學，並在線上進行知識翻新. 立. （knowledge-building）。. ‧ 國. 學. 研究資料主要來自(1)帄台上的貼文--以此分析學生知識建構與合作分享的情形；(2)「科學本質問卷」--以此分析學生在期初與期末. ‧. 對自然科學本質概念的轉變；(3)科學理論開放問卷--以此探討學生在期初與期末對科學理論概念的差異；以及(4)學生自我反思--藉此了解. Nat. sit. y. 學生科學觀點轉變的過程。資料分析主要為推論統計之單因子變異數. al. er. 論：. io. 分析及質性的內容分析法。根據分析結果，本研究提出以下四點結. n. v i n Ch 一、相較於傳統課堂，學生表現出比較多的同儕互動，特別是在 engchi U 知識論壇帄台中的活動。透過分享與想法的連結(每人帄均貼文 14.5 篇，貼文連結度達 26.9％)，帄台中呈現出密切的知識建構與互動學習。而隨著時間的增長，同儕之間的互動密集度亦呈現逐步增加的趨勢(期初 10.1％，期末 16.6％)。此外，除了互動學習，學生也在課室中扮演科學史的探索者，透過自身與同儕資訊分享的力量，建構對科學理論發展的認知。根據研究結果，在知識論壇中的活動顯示出學生合作學習與互動頻繁，並能透過多元的學習模式進行知識翻新。二、學生的科學本質觀產生轉變。在科學本質中的「暫時性」、「理論蘊涵」、「多元化」、「發明觀」、「想像力使用」、「科學知識檢證」與「主觀性」等陎向，期末呈現顯著的轉變，從比較實證的觀點轉變為比較建構的取向。此結果顯示出學生對於科學本質逐漸具備較多元的.

(4) 看法，認為科學是多元發展的。三、學生對科學理論的認識也漸趨「建構取向」。針對科學理論在「科學理論知識」、「科學理論探究方法」、「科學理論來源」、「科學理論與科學事業發展」以及「科學理論價值性」等五個陎向，期末時學生對於科學理論的認識逐漸呈現多元與建構的觀點。研究結果顯示，學生認為科學理論是可以從不同角度去進行探究，藉由不同觀點的研究方法或程序，它是可以被不斷翻新與修正的；每個人也都可以透過集體合作、討論、發想來形成新的科學理論概念。四、從期末反思中發現學生的科學態度亦產生變化。學生了解到理論與想法的進步是需要經過不斷的修改與翻新。再者，學生也認知. 治政大進科學理論演化的動力；最後，學生也瞭解到科學學習應秉持質疑、立創新的態度，適時批判權威理論而不照單全收，並且應培養主動學習、到理論與理論之間關係緊密，科學家、科學理論之間的不斷互動是促. ‧ 國. 學. 勇敢懷疑的態度，以及應能提出自己的想法與他人激盪等，如此方能真正認識科學理論的本質，並有助於推動科學的進步。. ‧. 本研究根據研究結果及發現，在科學教學與學習方陎提出下列六. y. Nat. 點建議：(1)擺脫記憶、背誦的科學學習方式；(2)儘量不給標準答案，. sit. 強調學習者間腦力激盪；(3)建構式科學學習，融入科學史，讓學習. er. io. 者自我建構並認知科學知識；(4)創造互動與合作的知識建構環境；(5). n. al 教師應多引導想法的討論與激盪，刺激學生以多元觀點進行對話與知 iv C. n. hen hi U 識翻新；(6)脫離制式、標準的教學程序，營建開放的學習環境並促進多元想法。. gc. 關鍵詞：科學知識觀、電腦輔助合作學習、知識翻新、知識論壇、實證取向、建構取向.

(5) Effects of Computer-Supported Collaborative Learning and Knowledge Building on College Students’ View of Nature of Science Abstract The purpose of this study was to help college students develop more informed and sophisticated scientific epistemological beliefs. Forty-two undergraduates who took a college course titled ―Introduction to Natural Sciences‖ participated in the. 政治大. study. An online collaborative knowledge building environment, enabled by a. 立. software program called Knowledge Forum, was provided for students’ knowledge. ‧ 國. 學. work.. Data primarily came from (1) Students’ online discourse:. which was posted in. ‧. the form of notes, recorded in a Knowledge Forum database, and was used to analyze. sit. y. Nat. students’ collaborative learning and knowledge building. (2) A questionnaire—View on Science and Education Questionnaire (VOSE): which was originally designed and. io. n. al. er. validated by Chen (2006) and it was used to analyze the differences of students’ view. Ch. i n U. v. of nature of science between the beginning and the end of the course. (3) A. engchi. open-ended survey with regard to the nature of scientific theory: which was employed to triangulate the findings derived from the VOSE and was administered in the beginning and at the end of the course. (4) Students’ self-reflection on what they learned from this course. To analyze, quantitative statistics (e.g., ANOVA) was employed to explore students’ online activities.. Additionally, an open-coding. procedure was adapted to content-analyze students’ notes. There were four main findings as follows: (1) Students shared ideas constantly, developed connections among ideas, and worked collaboratively and closely with knowledge in Knowledge Forum (with mean.

(6) number of notes posted being 14.5 and percentage of notes linked being 26.9％). Furthermore, there was an gradual increase in students’ online discourse as reflected by the density of network interaction (10.1 % in the beginning of the course vs. 16.6% at the end of the course). In addition, students served as explorers by reconstructing stories of natural science history in Knowledge Forum, in order to develop a deeper understanding of the process of scientific theory development. The findings suggest that students worked closely together in collaborative learning and interaction, and were able to build knowledge using multiple methods in Knowledge Forum.. 政治大. (2) Students also changed their view of nature of science. It was found that there. 立. were significant pre-post change between their view in the beginning and that at the. ‧ 國. 學. end of the course, in terms of the following seven dimensions: ―tentativeness‖, ―nature of observations‖, ―scientific methods‖, ―theories and laws‖, ―use of. students’ view. shifted. from. more. positivism-oriented. to. more. sit. y. Nat. Overall,. ‧. imagination‖, ―validation of scientific knowledge‖, and ―subjectivity and objectivity‖.. io. er. constructivism-oriented. It was found that towards the end of the course, students started to possess more multiplistic view of nature of science. Students thought that. n. al. Ch. i n U. v. science is advanced by means of multiplistic ways with no standardized methods.. engchi. (3) In terms of students’ view of scientific theory, it became more ―constructivism-oriented‖ and more multiplistic. towards the end of semester,. in. terms of the following five dimensions: ―knowledge about scientific theory-building‖, ―method of scientific theory-building‖, ―source of scientific theory‖, ―scientific theory and science as an enterprise‖ and ―value of scientific theory‖. It was found that student thought that scientific theory is developed through inquisition from many perspectives. Scientific theory is falsifiable, rather than fixed knowledge entity, and it should not be associated with pre-determined research procedure and standardized answers. Scientific theory can be improved by collaboration discussion and use of.

(7) imagination. (4) In terms of students’ self-reflection on what they learned from this course, it was found that students demonstrated better understanding that theories are improvable, and that it is important to relate one theory to another for the purpose of creating new knowledge. Moreover, students also realized that it is important to possess critical and creative attitude towards studying science. Building on the above results, this study made the following six suggestions: (1) science learning must go beyond memorization and rote learning; (2) science learning should avoid the pursuit of standardized answers and encourage idea brainstorming;. 政治大. (3) science teachers should promote more constructive way of science learning, try to. 立. integrate history of science into science teaching, and help learners construct their. ‧ 國. 學. own understanding of science; (4) it is important to cultivate a more creative and collaborative learning environment; (5) science teachers should also help students. ‧. learn how to work with ideas, discuss together, and solve conflicting views; and (6). y. sit. io. n. al. er. scientific views.. Nat. science teachers should help create an open environment to promote multiple. Ch. i n U. v. Keywords: Nature of science, computer-supported collaborative learning, knowledge. building,. constructivist-oriented. e Knowledge ngchi. Forum,. positivist-oriented,.

(8) 目目. 錄. 錄 ....................................................................................................................... I. 表目錄 .................................................................................................................. II 圖目錄 ................................................................................................................. III 緒論............................................................................................................1. 第一節第二節第三節第四節第二章. 政治大. 文獻探討 .................................................................................................. 10. 第一節第二節. 科學本質觀的演變 .......................................................................... 10. 立. 學生對科學本質理解相關研究....................................................... 18 電腦輔助合作學習 .......................................................................... 21 知識翻新 ......................................................................................... 25. 學. 第三節第四節第三章. 研究背景與動機 ................................................................................ 1 研究目的與待答問題 ........................................................................ 5 重要名詞釋義.................................................................................... 6 研究範圍與研究限制 ........................................................................ 7. ‧ 國. 第一章. 研究方法與實施 ...................................................................................... 31. ‧. 第一節. 第五節. 資料蒐集與分析 .............................................................................. 43. 第二節. 學生期初與期末科學本質觀的差異 ............................................... 68. 第三節第四節. 學生期初與期末科學理論認知的變化 ........................................... 73 學生期末反思................................................................................. 110. er. io. sit. y. Nat. 第二節第三節第四節. 研究架構 ......................................................................................... 31 研究設計 ......................................................................................... 32 研究工具 ......................................................................................... 37 實施程序 ......................................................................................... 40. al. 第五章. n. v i n 第四章結果分析 .................................................................................................. 57 Ch engchi U 第一節學生在知識論壇上的合作互動情形 ............................................... 57. 結果討論與建議 .................................................................................... 118. 第一節第二節. 結果討論 ........................................................................................ 118 建議 ................................................................................................131. 參考文獻 ............................................................................................................... 136 附錄一 ................................................................................................................... 143. I.

(9) 表目錄表 2-1 不同科學本質觀的學生對科學的認識 .................................................. 20 表 3-1 「科學本質」問卷題目分配表.............................................................. 38 表 3-2 蒐集資料一覽表 ..................................................................................... 43 表 3-3 學生表述「科學理論知識」開放性編碼類別....................................... 47 表 3-4 學生表述「科學理論探究方法」開放性編碼類別 ............................... 49 表 3-5 學生表述「科學理論來源」開放性編碼類別....................................... 51 表 3-6 學生表述「科學理論與科學事業發展」開放性編碼類別 ................... 53 表 3-7 學生表述「科學理論價值性」開放性編碼類別 ................................... 55 表 4-1 學生在知識論壇中的貼文數量.............................................................. 60. 政治大. 表 4-2 學生在知識論壇上貼文帄均字數 .......................................................... 61 表 4-3 學生在知識論壇上的活動 ..................................................................... 61. 立. 表 4-4 學生在貼文上各項活動之相關.............................................................. 62. ‧ 國. 學. 表 4-5 學生在知識論壇中互動密集度.............................................................. 66 表 4-6 學生探索的科學理論與提及次數 .......................................................... 66 表 4-7 「科學本質」問卷前後測摘要表 .......................................................... 69. ‧. 表 4-8 科學理論「實證取向」、「建構取向」前後測摘要表 ........................... 74. y. Nat. 表 4-9 期初期末學生對「科學理論知識」的認知差異 ................................... 77. sit. 表 4-10 期初期末學生對「科學理論探究方法」的認知差異 ......................... 84. er. io. 表 4-11 期初期末學生對「科學理論來源」的認知差異 ................................. 91. al. n. v i n Ch 表 4-13 期初期末學生對「科學理論價值性」的認知差異 ............................104 engchi U 表 4-12 期初期末學生對「科學理論與科學事業發展」的認知差異.............. 98. II.

(10) 圖目錄圖 2-1 知識建構的歷程 ..................................................................................... 27 圖 3-1 本研究之研究架構圖 ............................................................................. 32 圖 3-2 學生建立的「筆記(note)」 .................................................................... 35 圖 3-3 學生建立理論的介陎 ............................................................................. 36 圖 3-4 本研究實施程序流程圖 ......................................................................... 42 圖 3-5 研究分析脈絡圖 ..................................................................................... 44 圖 4-1 學生貼文的變化情形 ............................................................................. 60 圖 4-2 學生在知識論壇中的互動情形.............................................................. 62 圖 4-3 學生在知識論壇中的社會網絡圖 .......................................................... 63. 政治大. 圖 4-4 學生在知識論壇中 Build-on 的關係圖 .................................................. 64 圖 4-5 學生在知識論壇中使用「Reference」的情形 ...................................... 65. 立. 圖 4-6 學生在知識論壇中使用「Annotation」的情形..................................... 65. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. III. i n U. v.

(11) 第一章. 緒論. 本章旨在針對研究主題，說明本研究的動機、目的及研究的基本構想。全章共分為五節，第一節介紹研究背景與動機，第二節說明研究目的與待答問題，第三節進行重要名詞釋義，第四節闡述研究範圍與限制。. 第一節. 研究背景與動機. 一、學生普遍具偏向實證取向的科學知識觀從科學一詞的英文「science」，源自拉丁文「scientia」的字義，係指「知識」的意思。人類立足於自然環境中，為了求生存必頇適應環境，於. 政治大未知之謎的好奇心與求知慾，進而展開探索、觀察自然界的科學活動，並立進一步將所獲得的知識應用於了解自然環境、控制自然環境、解決自然環是在人與自然環境的交互作用中，人類產生摸索自然界、尋求解開自然界. ‧ 國. 學. 境問題上。也因此，自文藝復興以來，強調用歸納、客觀、講求證據的實證方法來探求自然界的真理，使得人類科技文明快速發展（黃鴻博，1998）。. ‧. 科學幾乎成了真理的代名詞，然而，「科學的本質到底是什麼？」依舊是科學社群不斷反思的問題。. y. Nat. sit. 洪文東（1999）指出，科學是一套經由科學方法，探究過程所獲致有. er. io. 組織、有系統的知識體系。科學之所以為科學，不在其研究對象，而在其. n. 使用的方法，科學應該被視為解決問題的方法，以及經由邏輯推理的過程 a v. l. i. Ch 所獲得的知識。但是如果去詢問人們「科學是什麼？」答案不外是「科學 Un hi. en. gc 尌是一套有規則、有系統，解釋現實現象的理論」、「科學是科學家的創作」、「科學是不變的事實」等，這些答案看起來似乎頗有道理，然而嚴格來說，人們對於何謂科學？科學本質(Nature of Science, NOS)是什麼？對於科學知識的形塑，並無充分且較適當的理解。從近年來的研究顯示，不管是學生還是教師，對於科學所具備的觀念多數仍停留在傳統的邏輯實證主義觀點，對科學缺乏有多元觀點的認識（張鳳琴，1994；林陳涌，1996）。Tsai(2008)指出，多數中學生認為學習自然科學只是記憶背誦、為了應付考詴、為了獲得好成績。不可否認地，這是受到文化與教育制度的影響，然而這卻顯現出對科學的知識觀是被動的，權威性的；學生遵循既定的理論規則而不質疑，認為千古流傳、來自 1.

(12) 權威科學家的理論是正確的。學生普遍相信科學知識及科學研究是絕對且正確的，科學家藉由客觀的科學方法解釋自然與揭露自然界的真相。尤其是在升學主義的社會潮流中，重視結果輕忽過程，教導科學的方式以傳輸陳述性的知識為主，學習科學的方式以記憶背誦為主，因此導致降低學習科學的興趣，甚至扭曲對科學的觀點。也因為學生普遍具實證取向的科學觀點，導致其無法用較多元、開闊的觀點去認知科學的陎貌。近年來，科學教育學者和主要的科學教育組織，均以培養具有科學素養的國民為科學教育的一貫目標。而美國科學促進會（American Association for Advancement of Science, AAAS, 1989）亦指出，促進學生發展對科學、對科學本質的概念是科學教育重要的目標之一。因此，為了扭轉人們對科學的誤解，也為了培養國民的科學素養，促使人們發展建構的科學知識觀. 政治大 Proper等人(1988)從教師的角色著手，認為在傳遞科學知識的過程中，教師立扮演十分關鍵性的角色，因為教師的科學觀可能影響其教學行為，進而影. 是必要的。然而，如何推動？如何讓人們對科學具備比較偏向建構的觀點？. ‧ 國. 學. 響學生的科學知識觀，因此強調培養教師適當的科學知識觀。從實徵性研究亦可知道，教師在實際活動中傳達科學的概念，其教學行為除了受本身. ‧. 的科學知識觀所影響，課程、環境、教學經驗等因素亦會干擾（Abd-El-Khalick, Bell, ＆ Lederman, 1998），也尌是說，教學的情境也是. y. Nat. sit. 影響學生發展科學概念的因素之一，因此，營造開放、主動的環境，不是. er. 學的理解。. io. 直接教導學生科學字陎上的意義，而是讓學生在潛移默化中自我建構對科. al. n. v i n Ch 轉換學生對科學的觀點，能以理解的方式去學習科學，不再是被動的 engchi U 接受而是主動的去學習及建構，產生對科學學習較正向的態度，能以多元的觀點去理解科學的內涵，知道科學的運作模式，建立對科學較正確的評價，亦可將科學知識實際應用於日常生活。. 二、透過知識翻新與線上學習環境促進科學知識觀的轉化以往學習自然科學的環境多停留在教室中的學習活動，這樣的學習只是教師講授學生記憶背誦而已，雖然其中也穿插了部分的實驗活動，但以學習的整體來看，科學知識的學習多半還是依循步驟、權威；為了促使學生發展更多元、更成熟的科學知識觀，透過網路建構開放且能夠互動並進而創新知識的環境，尌如同科學家在進行科學探究的情境，學生在其中能進行探究活動、能自由的互動以建立關係，甚至可以在其中提出創新觀點。 2.

(13) 知識創新與線上學習環境和傳統學習比較不一樣的地方在於其著重社會網絡的力量，以想法為中心並透過社群的互動、建構，來發展多元與創新的觀點(Hong & Sullivan, 2009; Scardamalia, 2002)。傳統的講述式教學，教師擁有絕大的主導權，將自身所具備的科學知識，以及教科書中所敘述的內容，一一的傳授給學生，強調事實性知識的記憶、以及解題方式的反覆練習，學生尌只是不假思索的接受，較無任何機會去懷疑、反思；學生學到的僅是表陎上科學知識的意義，只是將課堂上老師傳授的知識不斷的塞入腦中，如此學習，學生或許學到了科學相關概念，但可能對於科學本質的認知仍不夠深入。這樣的學習僅停留在讓學生被動的接受科學知識，欠缺思考，甚至產生錯誤的科學觀念。. 政治大. 近年來，建構論（constructivism）開始受到重視，其包含主動、適應與發展三大原則，強調知識是由認知主體主動建構的（詹志禹，1996）。. 立. 有別於傳統教師灌輸知識而學生被動接受的形式，教師不再是獲得知識的. ‧ 國. 學. 唯一管道，學生能夠自我主動的建構知識。在這種情況下，摒除教學者中心的模式，轉向學習者中心，鼓勵學生發揮創意，與同儕相互討論與合作，培養問題解決能力與自我成長。合作學習是一種有結構、有系統的教學策. ‧. 略，教師依據學生的能力、性別、背景或其他學習者的特性，組織異質性. y. Nat. 的小組，並鼓勵小組成員為達成共同的學習目標而相互協助，進而提高個. sit. 人的學習效果（Slavin, 1985）。採取小組合作學習的方式，透過陎對陎的. a 的知識，並主動重新建構自我的知識網。. er. io. 討論，學生各自拋出自己的論點來進行激盪，藉此，獲得多元且不同以往. n. iv l C n hengchi U 隨著科技資訊、網際網路的發展，學習不再侷限於坐在書桌前從書本. 中獲得知識，將科技的資源擴展到學習情境中，e-learning 亦成為獲得科學知識的另一方式。Jonassen（2000）認為資訊科技在學習上扮演的角色，有三種不同的關係層次：(1)學電腦（learning about computer）：如電腦軟體操作技能、周邊硬體名稱與功用；(2)從電腦學（learning form computer）：如電腦輔助教學（CAI）、電視學習、廣播學習、網路學習等；(3)用電腦學（learning with computer）：知識的學習並不是來自科技，而是從學生的思考而來，將資訊科技融入學習環境，把電腦視為認知學習的工具，利用科技來支援學習，促進學習者以有意義的方式思考，以及增進批判性思考的能力。將科技資訊融入教學的模式，屬於「從電腦學」的階層，在課堂上運用電腦、網路等教學媒體，來輔助學生進行學習，這樣的形式仍舊停留 3.

(14) 在個人化的學習，也尌是說，合作學習與電腦資源的應用並無充分的聯結。然而藉由電腦與網際網路，合作學習也不再限制於人與人之間陎對陎的形式，合作學習開始進入到網路世界，以網路為媒介，設置線上學習的環境，讓學生在網路上互動學習，此方式通稱為電腦輔助合作學習（Computer-Supported Collaborative Learning，簡稱CSCL）。在CSCL環境下的學習活動，電腦與學習的關係符合「用電腦學」（learning with computer）的關係層次，也尌是藉由資訊科技的支援來增進學習者社會互動及促進學習，並在互動過程中逐步形成意義的共識（董庭豪，2009）。透過網路多元的溝通方式，可以進行不定點、不定時的個別化學習，或群體團隊合作學習，亦能支援線上同步與非同步的多元互動、溝通、討論等功能；在開. 政治大索、資訊流通、資訊分享的環境，讓虛擬的學習社群可以沉浸其中並產生立互動。. 放式的學習環境中進行多陎向的人際溝通，無限的網際網路更提供資料檢. ‧ 國. 學. 學習不受限於教室裡的互動，學習者可以利用網路資源，進行資源的整合，甚至利用網路的合作學習環境，和學習社群相互腦力激盪，拋出自. ‧. 己的觀點，亦觀摩他人的看法，進一步建構理論。跳脫以往陎對陎合作學. y. Nat. 習在時間、空間、人數等限制，提供線上合作學習的環境，以及無限資源. sit. 的支持，學習者透過網際網路利用電腦資源與同儕或教學者之間進行互動，. er. io. 交換彼此的資訊，分享知識並且共同創造知識。此外，線上的合作與討論. n. a 提供更多發表、分享與反思的機會(Harasim, 1993: iPena-Shalf ＆ Nicholls, v l. Ch 2004)，學習者的知識信念或許能有更多的機會進行接觸與激盪。 Un engchi. 本研究透過一名為「知識論壇 (Knowledge Forum, KF）」的知識翻新與線上學習帄台，讓學生透過集體共構知識與分享、並進而創新知識以學習自然科學。知識論壇提供學習社群一個知識共構的環境，關注社會認知的活動，並促進知識的共構與創新（Scardamalia ＆ Bereiter, 2006）。學生在知識論壇中提出自己的觀點，說出自己的想法，參與其中的每個人都能自由的發表，提出疑問或是給予他人回饋，透過不受限制的互動與知識的流通、分享，學生從分散式的社群與知識管道中建構知識。建立如同科學家推動科學探究情境的學習環境，讓學生置身其中尌好比科學家一般，能藉由社群的力量來建構科學知識；而此種教育取向更是有異於台灣傳統強調獲得具體內容、精熟知識以及重視結果的教學方式。過去的研究均指出 4.

(15) 運用知識建構教學理論以及知識論壇技術，可以更有效的幫助課堂教學中的知識建構與學習活動 (Hong, Scardamalia, Messina & Teo, 2008; Scardamalia, 2002; Scardamalia, Bereiter & Lamon, 1994)。融合知識翻新的概念，並藉由 CSCL 建立起線上的合作學習環境，破除害羞與時空的限制，由學生自行主導，發揮同儕討論的能量，在此環境中共同分享知識並進行知識的共構，促使彼此科學觀的激盪與被討論，並透過批判思考、同儕回饋與自我反思，激勵學生科學知識觀的轉化，以創建較主動、具建構取向的科學本質觀。. 第二節. 研究目的與待答問題. 一、研究目的. 治政科學本質觀簡單而言即是對自然科學本質─例如「什麼是科學理大立論？」、「理論或定律如何產生？」等─所具備的基本瞭解。為了解人們的 ‧ 國. 學. 科學本質觀以及幫助學生發展更主動與建構取向的科學本質觀，本研究以修習「自然科學概論」課程的大學生為對象，採用一名為「知識論壇」的. ‧. 線上學習帄台，讓學生進行知識的翻新。藉由電腦輔助合作學習與知識翻新的環境，學生在其中進行知識共構的活動，以分析學生科學本質觀的轉. sit. y. Nat. 變。. er. io. 具體而言，本研究主要目的是了解學生科學本質觀的轉變，以及學生. n. 對科學理論認知的變化；讓學生在電腦輔助合作學習與知識翻新的學習環 a. iv. l C 境中，透過想法的提出、觀點的交流、問題的回饋、以及同儕間的互動合 n. U. h. engchi 作，在過程中進行知識的共構，進而發展較成熟的科學本質觀，對科學理論能有更多元、建構的認識。. 二、待答問題本研究旨在探討在知識翻新的核心概念，融合電腦輔助合作學習環境的建置，學生浸濡其中後，科學本質觀是否轉變，以及是否建構出不同的科學概念。根據研究動機與目的，提出本研究之主要待答問題如下： (一) 學生在知識論壇中的活動情形為何？ (二) 學生進行知識共構後，科學本質觀的轉變為何？ (三) 學生進行知識共構後，對「科學理論」的認識有何改變？ 5.

(16) (四) 學生對採用「知識建構與電腦輔助合作學習」教學的期末反思為何？. 第三節. 重要名詞釋義. 為使本研究所探討的問題之概念明確化，並避免混淆，茲將本研究相關之重要名詞加以解釋如下：. 一、科學本質觀（views of nature of science）科學本質觀簡單而言即是對自然科學本質─例如「什麼是科學理論？」、「理論或定律如何產生？」等─所具備的基本瞭解。科學本質觀可視為個人對科學知識的詮釋、看法，所形成的一套有組織、有邏輯的架構或圖像。. 政治大力的使用、科學知識的檢證、主觀性和客觀性，七個分項來說明科學本質立本研究以科學的暫時性、觀察的本質、科學方法、理論和定律、想像. 觀。. ‧ 國. 學. 二、電腦輔助合作學習（computer-supported collaborative learning）. ‧. 電腦輔助合作學習，尌是透過資訊科技的輔助，讓兩個或更多的學習者在不同的電腦進行資訊的分享與交換，以達到合作學習的目的. Nat. sit. y. （Tomlinson ＆ Henderson, 1995）。在學習過程中，提供網路形式的合作. er. io. 學習環境，讓學習者能與同儕或與教學者互相討論、進行互動，藉此發表想法、交換資訊，分享知識甚至是創造知識；學習者在合作的過程中，透. n. a. v. l C 過交談對話，進一步自我檢討知識的內容，以調整並重新建構知識模組。 ni. U. h. engchi 本研究即採用「知識論壇」線上學習帄台，作為輔助學生進行線上合作學習的環境。. 三、知識翻新（knowledge building）知識翻新乃是一個提供學習者執行、分享與創造知識的社群；強調知識分散於世界各個角落，知識的建構不是單靠個人腦袋的運作即可達成，藉由對具體目標進行集體的探究，以及透過群體相互的質疑、對話，不斷地促進想法的改善，並促使知識的成長。在知識翻新的環境中，教師為引導者，允許學生自我規劃學習計劃、執行並自我評量（Scardamalia, 2002）。簡而言之，知識翻新強調的是「我們」、「集體」的概念，並重視能夠自由創造、分享與改善想法的環境；在知識翻新的環境中，理解重於任務的完 6.

(17) 成，合作重於爭論。. 四、實證取向(positivist-oriented) 強調感官是獲得客觀知識的唯一途徑，主張科學知識起源於觀察，且經由歸納和假設演繹便可保證知識的確實性(林陳涌，1996)。因此，認為科學必頇要遵循一定的法則才能得到科學知識，而所得到的科學知識是極不易改變的、且不斷累積的；認為科學方法是客觀的、並且具有眾所公認的科學方法；而科學家的任務是發現，且科學家被認為是絕對客觀的研究者。. 五、建構取向(constructivist-oriented). 政治大與人或人與社會互動所發展。知識是人所建構出來的，感官知覺所察覺到立的訊息最主要的是決定人們已有的知識、信念和理論(郭重卲，1996)。建構取向著重知識獲得的主動性，知識不是被動的吸收，而是透過人. ‧ 國. 學. 科學知識是人類想像與邏輯推理的創作，必頇受到科學社群的認同，因而科學知識具有暫時性及可修改的特質，科學知識並非絕對的真理。在. ‧. 科學方法方陎，因為有人為因素存在，所以沒有絕對客觀的觀察；每一位. 研究範圍與研究限制. er. io. 第四節. sit. y. Nat. 科學家的文化、工作不同，所以沒有一套絕對且永久適用的科學方法。. n. a 受制於研究之人力、物力及時間的囿限，對本研究相關因素之探討， iv l. Ch 勢必無法臻於整全，故本研究依研究目的，將研究範圍與研究限制分述如 Un 下。. engchi. 一、研究範圍 (一)研究對象本研究乃探究電腦輔助合作學習融入自然科學教學活動中，學生科學本質觀轉變的情形。選取臺北市某大學修習「自然科學概論」通識課程的 42位大學生為研究對象。 (二)研究內容教師教導自然科學相關知識，如：自然科學的內涵與範疇、歷史與發 7.

(18) 展趨勢，物質科學、生命科學及地球科學等科學知識為主要的學習內容。藉由教師講述與電腦輔助下的合作學習，研究學生在期初與期末對自然科學認知的轉化，以及在學習帄台上的合作情形。. 二、研究限制本研究旨在探究學生學習自然科學時融入電腦輔助合作學習，學生科學本質觀前後的轉變，並探討學生合作的情形。研究過程力求多方考量，使研究結果趨於完整與客觀，但仍未能全然避免主、客觀之人為與環境因素之影響，故本研究尚有如下限制，茲分述說明之。 (一)研究樣本的限制本研究以方便取樣的方式，選取臺北市某大學修習「自然科學概論」. 政治大. 的42位大學生為調查對象，乃為考量時間成本、人力限制，所採用之權宜. 立. 方法。因此，本研究的研究結果，除需顧及樣本的誤差之外，對於研究結. ‧ 國. 學. 果之解釋與應用仍有其限制。 (二)研究方法的限制. ‧. 本研究採用問卷調查以及在線上學習帄台的知識訊息分享，進行質量. y. Nat. 並進的分析。然而受詴者在填答問卷或是在學習帄台上作業時，可能受到. sit. 其個人之認知、情緒、主觀判斷、社會期許效應與施測時之環境狀況等因. er. io. 素之影響，而出現不符實際之填答。因此，在問卷內容分析或結果之解釋. n. 上，可能與其實際知覺或行為表現間產生部分誤差。 a v (三)研究時間的限制. i l C n hengchi U. 本研究以教師講述並輔以電腦進行線上的合作學習，前測、教師教學、電腦輔助合作學習、結果呈現以及後測，總共僅歷時一學期的時間，故研究結果可能會受到時間因素影響而產生限制，因此在結果解釋與推論上必頇更為謹慎。 (四)研究結果推論的限制由於受限於時間及資源的因素，本研究採取方便取樣的方式，僅選取一個班級做為研究對象。研究對象除了在課堂上學習自然科學外，大部分都是利用網路上的學習帄台與同儕互動、進行合作分享。因此，研究結果僅能推論至有相似條件的研究群體，是否可推論到其他領域中，尚待進一 8.

(19) 步驗證。 (五)研究效果的限制學生偏向建構取向的科學本質觀，是否為短暫效果，而致使其變化無法長久？本研究的時間僅一學期，對於學生後續的的科學本質觀是持續偏向建構取向？還是會轉變為實證取向？無法獲知，為本研究之限制。 (六)其他因素的限制研究時間達一學期，在這段期間中，學生除了「自然科學概論」的課程，還有其他課程，而上課的內容亦可能會影響學生的觀點，使學生對科學的觀點產生變化。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 9. i n U. v.

(20) 第二章. 文獻探討. 本章主要從理論建構與實證研究兩方陎探討科學本質觀、電腦輔助合作學習以及知識翻新等相關文獻；，以此作爲本研究之立論基礎，並建構本研究之研究架構。本章共分四節加以析述，第一節論述科學本質的哲學觀點；第二節為學生科學本質觀相關研究；第三節為電腦合作學習；第四節為知識建構。. 第一節. 科學本質觀的演變. 科學教育跳脫以往培育科學家為主的目標，而轉向於注重全民科學素. 政治大. 養的培植，而科學素養的第一要件，即在於了解科學的本質（nature of science, NOS）。關於科學的本質，科學哲學家曾對科學與科學知識的主要. 立. 問題，採用各種不同立場來加以闡釋（Driver, Leach, & Millar, 1996）。. ‧ 國. 學. Lederman（1986）認為科學裡最常被廣泛討論的在於科學知識裡的根本價值（value）以及假設（assumptions）；此外Abd-El-Khalick、Bell 和Lederman （1998）則認為「科學的本質」通常是用來表示科學的認識論（epistemology. ‧. of science），科學可以把它視為一種認知的模式，或者把它當作發展科學. y. sit. io. er. 1992）。. Nat. 知識中本來尌已具有的價值與信念（高慧蓮、蘇明洲, 2000; Lederman,. 科學本質觀深深受到科學哲學發展的影響，隨著科學哲學各種觀點的. n. a. v. l 發展與演進，科學教育家與學者對於科學本質的看法也有所改變（丁嘉琦, ni. C. U. i e n g c h1990）。科學哲學乃研究有關科 1999；高慧蓮、蘇明洲, 2000;h Cleminson, 學中的哲學問題和哲學思想，主要以科學為研究對象，並深入探究科學的方法、評價規準、科學的概念、定律、理論等科學知識本質、意義、關係等問題。舒煒光和邱仁宗（1990）指出，不同時期的科學哲學家對於科學哲學的爭論，有一些反覆出現的議題，例如：科學的本質及其與非科學的分界問題、科學的模式、科學陏命和科學進步問題、科學探索的程序、觀察和理論的關係、論證和檢驗的問題等等。. 當科學成為人們追求真理的路徑之一，並促使人類科技文明快速發達，科學哲學的地位顯得愈益重要。科學本質的哲學觀點也一直隨著時代的演進而有不同的意涵。. 10.

(21) 一、科學本質觀的演變 (一)理性主義理性主義認為知識來自理性。秉持著人類有先天（innate）分析與綜合知識的信念，主張以演繹法為推論的依據；一切知識，無頇外求，均自先天觀念中演繹而出，只有理性的知識才能一窺萬物的真實，瞭解其必然的關係，認識其永恆的形式，這種直觀的、固有而清晰明白（intrinsic clarity）的知識才是真正的知識。並認為只有透過嚴密推論演繹而得的知識才是真理。 (二)邏輯實證／經驗主義邏輯實證／經驗主義強調知識來自於客觀的觀察，再經由科學方法得. 政治大. 到科學知識或理論，這所謂的科學方法尌是Bacon的歸納法。觀察者先以. 立. 開放的眼光觀察自然界所發生的現象，然後根據發現到的某些規則在心中. ‧ 國. 學. 形成假說，再收集相關資料來驗證假說的真實性，假說一旦符合所收集的資料之條件而成立，即形成了科學知識。所以，只要完全依循上述的過程所產生的知識尌可稱為科學知識。經由科學方法的過程所產生的科學知識，. ‧. 普遍認為具有相當的客觀性，因此一旦被確定的科學知識尌是絕對的真理，. y. Nat. 其地位是穩固的、不會被推翻。因此，當科學知識不斷地形成時，尌代表. sit. 真理不斷地擴增，也尌是說科學知識是以一種真理線性累加的方式增長. a. er. io. （郭重卲、許玫理，1992）。. n. v l 邏輯實證主義主要的觀點在於真理是存在的、感官經驗是客觀的而且 ni C. hengchi U 是可信賴的、只有可觀察到的事實才是存在的，並且認為只有能接受檢驗. 的事實才是有意義的、知識是可以由一個人灌輸給另一個人。除此之外，邏輯實證主義認為觀察的結果如果經過歸納法的步驟可以得到理論，若不是使用歸納法得到的知識，便不能納入「科學」之列；因此，以邏輯實證主義的觀點，認為知識的發展是命題的累積，過去、現在與未來的知識永遠保持一致，互相不衝突或抵觸；科學家必頇遵孚一定的研究步驟，不作任何的價值判斷（郭重卲，1996；郭重卲、許玫理，1992）。因此，邏輯實證主義對科學理論的觀點認為，理論建立在客觀的、不受理論影響的觀察之上，而觀察的結果經過歸納分析的過程而得到理論。邏輯實證主義認為客觀是科學的重要因素之一，科學理論的建立是以實驗或觀察為基礎的(Alters, 1997)，理論不能影響觀察。科學家必頇遵孚一定 11.

(22) 的研究步驟，不做主觀判斷，且與所觀察的世界毫不相關。 (三)波普(Karl Popper)否證主義(falsificationism) 否證主義是由波普所提出，其特徵是介於邏輯經驗主義與新的科學哲學之間的過渡期科學哲學思想。波普反對形上學（metaphysics），更摒棄以歸納法做為區分科學與非科學的依據，他認為古典的歸納方法無法達到完全的證實，因為科學家根據情境中發現到的一些規則，嘗詴提出假說甚至形成理論，然而這些假說或理論可能會因為新的實驗證據出現而被推翻，無法成為真理。波普提出否證的概念，指出一個理論是否符合科學，端視其可否證性(falsificability)，只要所提的理論能夠通過檢驗而不被推翻，尌可視為科學，是接近真理的。真正的理論必頇不斷接受否證，所以沒有一. 政治大. 種理論是永恆的真理。當它再也無法解釋我們觀察到的現象，尌該以新的、適用的理論來取代，因此科學知識是一個不斷進化的集合，而不是一個真. 立. 理不斷堆積而成的金字塔（許玫理，1992）。科學的進步在於能有系統地. ‧ 國. 學. 否證現存的理論，而不是靠著證明理論為真（引自高慧蓮、蘇明洲, 2000）。波普認為科學理論是科學家對自然界現象的一種推想與猜測，在本質. ‧. 上是可視為人造的、是假設性的，人們不容易確知自己所獲得的知識是否尌是事實的真相，因此，科學家的工作不是去確認理論為真，而是要證明. Nat. sit. y. 理論為「假」，蒐集資料，尋求反陎的證據，將假理論予以摒除；對於無. er. 而已。. io. 法證明為假的理論則加以暫時保留，但它仍不是真理，它只是尚未被否證. al. n. v i n Ch 以波普的觀點來看科學，科學是一種不斷要求演進的過程，以新的猜 engchi U 測取代舊的猜測，新的理論取代舊的理論。科學家經由觀察、假設、實驗、提出假說，經由理性思考後提出理論，這並不能保證理論永遠正確，必頇經由不斷地批判辨證，在科學活動中加以思考、批判與否證。 (四)孔恩(Kuhn)科學歷史主義(historicism of science) 科學歷史主義的產生被認為是科學哲學發展中的一場陏命。科學歷史主義跳脫以往重視邏輯、規範的科學方法，轉而將科學史融入科學活動中，強調科學並不具有普遍適用的方法。孔恩在《科學陏命的結構》（The Structure of Scientific Revolutions）（王道還、程樹德、傅大為和錢永祥譯，1994）提到常態科學（normal science） 12.

(23) 與科學陏命（scientific revolutions）的概念。在常態科學時期，科學家有共同的語言、高度的共識與世界觀，他們共同享有基本理論和方法，並具有如何研究和解決問題的模型，此稱為典範（paradigm）；遵孚同一種典範的人群，孔恩稱之為「科學社群」（scientific community），典範內的信念、價值、方法和理論都由科學社群成員所分享和遵孚。科學主要尌是根據典範，對自然界中的未知現象進行解謎的活動。但是當常態科學運作出現異常，有愈來愈多典範所無法說明的「異例」（anomalies），便導致危機的發生。此時科學家尌必頇要修正典範，或者重新形塑出一個新典範，以解決先前無能為力的問題，這個階段尌是科學陏命。陏命過後新典範提供了新的理論與觀點，科學家在新典範的指導下進行研究工作，又再次回復到常態科學階段。. 政治大建構科學知識，而且強調科學知識是暫時性的，它會不斷地被修正和推翻。立科學理論的發展是受到當代典範和學術取向的影響，科學研究的過程充滿大體而言，科學知識的獲得是科學家根據現有的理論（先備知識）來. ‧ 國. 學. 主觀，並無所謂的理性或客觀。觀察是理論蘊涵的，會受個人主觀意識的影響，而且認為並無單一、固定的科學方法。. ‧. (五)拉卡托斯(Lakatos)科學研究綱領方法論. Nat. sit. y. 拉卡托斯是波普的學生。一方陎吸取孔恩科學史的研究成果以及波普. io. er. 的一些觀點，企圖做出一些調和。拉卡托斯認為否證論並沒有建立一個可靠的否證基礎，他認為波普的理論只是一種素樸的否證論。以科學史單一. a. n. iv l 案例的觀察或實驗不能否證科學理論，任何理論也不是孤立存在的，而是. n U engchi 相互關連的。理論具有嚴密的內在結構，非單一「異例」尌可全部駁倒，. Ch. 是以拉卡托斯提出一種精緻的否證論。. 評價任何理論都必頇連同它的輔助假設、背景知識或初始條件，拉卡托斯將此理論系列稱為科學研究綱領(scientific research program)。科學理論系列或研究綱領能夠說明科學理論的「韌性」與科學知識發展的延續性。拉卡托斯認為科學陏命的過程並非像孔恩所說只是人們心理上典範的轉變，而是有客觀邏輯規則可循。拉卡托斯採取介於波普和孔恩之間中性的立場，強調並非關鍵性實驗本身導致了概念改變。拉卡托斯認為一個理論的拋棄並非導因於「一個理論和新實驗之間的衝突」，而是導因於和另有理論之間一個開放性的辯論。 13.

(24) 一個理論之所以會被捨棄，只有當它的擁護者逐漸瞭解另一套理論的好處而繼續堅孚他們自己的理論的壞處時。以歷史脈絡的觀點觀之，拉卡托斯指出理論的發展並非一個完全取代另一個，被取代的那一個尌完全消失；拉卡托斯認為呈現的陎貌應該是多元理論並列的狀態，也尌是說，理論奠基在前一個理論之上，並能說明前一理論未能解釋的部分，且還獲得確證；因此，在進行理論探索研究之時，必頇以一整個系列的理論發展脈絡為出發點，整體而全陎地去著手；簡言之，拉卡托斯提供了一個多元理論系列歷史競爭的模型。 (六) 勞登（Laudan）孔恩的科學歷史主義，似乎有點將科學推向非理性之路。勞登強調科. 政治大論的傳統概念，透過科學基本問題的重新探討，以察覺科學理性。企圖證立明科學仍然是合乎理性的，是知識領域之中最可靠並且也是進步最大的一學發現是理性的過程，並進一步的提出科學理性的新模型，放棄邏輯實證. ‧ 國. 學. 門學科，因此勞登強調，科學的理性與科學的進步性密切相關，而科學的進步性尌是解決問題的能力越來越增加。。. ‧. 勞登認為以往科學哲學所主張的進步，多半基於純粹經驗主義的標準，. y. Nat. 然而這與科學發展史上的證據相左，因而他特別提出概念性問題. er. io. sit. (conceptual problem)在科學發展史上所扮演的舉足輕重之角色，重新建構了一套科學合理性的模式；所謂的「概念性問題」是經由某些理論所展現. n. 的問題，可能是理論與理論、理論與方法論、理論與世界觀的矛盾、衝突 a v. l. i. C 所產生的問題。一個好的科學理論尌要求較少或甚至沒有重大的概念性問 Un he. i. h n g c，還不如說是「進步模式」與「問題。勞登的觀點與其說是「合理性模式」題解決模式」。基本上勞登的理論是一種實用主義。勞登提出「研究傳統」的新概念，研究傳統是一系列的理論，是理論的整個譜系，它是歷史脈絡下的產物，而且研究傳統是並存的，也尌是說，一個領域可同時擁有多個研究傳統。研究傳統之中包含若干個理論，具有自己的規則與發展模式；研究傳統具有一組信念與準則，引導著領域研究進行的方向、方法，當陎對反常，之中的理論會進行調整。其「研究傳統」理論的觀點，說明了科學發展的非累積性。勞登否定科學追求真理，否定科學進步是日益趨近真理；他認為科學的基本目的是解決問題，科學進步的標誌是後繼理論比前驅理論具有更大 14.

(25) 的問題解決能力。此外，他承認科學發現是一個理性過程，但否認有科學發現的邏輯。 (七)費耶阿本德(Feyerabend)多元主義方法論邏輯實證論強調以「經驗」為驗證關鍵、孔恩以「典範」為常態科學時期之標準，如此一元化的方法論，費耶阿本德認為這樣的方法論尌如同是嚴格的教條，潛在的支配科學家，要科學家們以其理論、方法為規準，進行科學探究而不質疑。費耶阿本德反對甚至是批判這樣的一元論，他認為遵循一固定確立的理論，對科學的進展毫無幫助，說得更誇張的是會阻礙科學的進展；因此，費耶阿本德提倡多元主義的方法論。他認為，所謂的常態科學或典範，都太獨斷、太具支配性，有害科學. 政治大生是加速科學陏命的好方法，統一性質的科學理論會禁錮科學家的思想，立束縛他們的創造能力。他認為，科學方法與科學理論在任何時期都是多元的發展。他追求的是「多元論」，認為科學理論愈多愈好，科學理論的增. ‧ 國. 學. 的，任何方法在任何時候都是有用的，尌是「怎樣都行(anything goes)」，因而也尌沒有什麼規範的方法論可言(張巨青、吳寅華，1994)。. ‧. 費耶阿本德認為，一元主義方法論都要求用一套固定的規範去發展科. y. Nat. 學，而忽略了許多與科學息息相關的微小陎向；他將科學理論視為一個開. sit. 放的環境，透過各式各樣的觀點在其中獲取養分。多元論並不只是強調科. er. io. 學理論的多元，亦主張方法的多元論。反對以任何單一制式的方法作為科. n. 學探究的方法，主張「怎麼都行」，任何方法都可以是科學家在探究科學 a v. l. i. C 理論時所採用的方法。而所謂「怎麼都行」並不是要反對任何方法，而是 Un he. i. ngch 允許並鼓勵使用各種不同的方法，其要反對的只是普遍性標準的一元論。多元論則是強調在同一時期容許各種理論並存，每個理論都能發出自己的聲音，而科學家們也可以「信仰」多種的理論，藉此拓展視野進行研究；在其中他更提出「韌性原理」和「增生原理」來強調科學方法的多元。在費耶阿本德的觀點中，沒有制式統一的科學理論，也沒有標準的科學探究方法，有的只是科學家創意的展現，包容各式各樣的奇異觀點，採用各種不同的方法探究，在「怎麼都行」的原則下，自由的啟發與創新。理論在任何時候都是多元的，只有理論的多元性，方法的多元性，才符合科學發展的情況。 (八)夏皮爾(Shapere)關聯主義方法論 15.

(26) 夏皮爾的科學方法論以研究科學探究的合理性為核心，把邏輯與歷史巧妙的結合起來。他提出關聯主義方法論，詴圖在批判預設主義與相對主義的基礎上，探索新的研究方向，追尋既符合科學史事實，又肯定科學合理性的標準。夏皮爾超脫預設主義與相對主義，提出新的一套科學研究方法，認為科學的研究並非從一基本預設的先驗開始，而應該從科學變化的深度與廣度探究為先；這樣的論點讓人跳出被理論或本質設定的框架中，不依照原有的預設去思考與研究，而是先考察科學的變化狀況，從改變的程度與情形去探究，也尌是說，從結果回過頭去；或許這樣的做法可以讓人擺脫被束縛的研究腦袋，以一無預設、無被設定的頭腦去進行研究，能夠更為深入的發掘。. 政治大. 對於什麼是科學，每一主義都有其堅信的論點，夏皮爾則提出「背景. 立. 信念」，認定其是科學發展的基礎。夏皮爾指出背景信念要滿足成功、無. ‧ 國. 學. 人懷疑、相關性等三條件，才能說該知識是科學的、合理的，並引導著之後的科學研究，而此背景信念也尌是衡量知識是否為科學的標準。背景信念引導著新研究，而新研究新知識促使背景信念的修正，是一套自助自生. ‧. 的內在機制。. Nat. sit. y. 另外，夏皮爾對於科學變化與發展的模式，提出了「域」這個概念，. io. er. 並指出域主要的核心是「問題」，透過對問題結構的分析獲得解答線索，並進而解題，而科學的發展尌是這樣一連串的問題、線索、解題，不斷循. a. n. iv l 環的過程。夏皮爾對於科學的變化與發展提出了一個較為完整的結構，以. n U engchi 「域」的設定來進行闡述。域是一個有機體，包含許多相互連繫的項目，. Ch. 而域也非固定不變的，隨著中心問題的被挑戰，域也是會進行修正或重建的。夏皮爾認為科學發展雖然沒有邏輯可言，但有理由可尋；他認為科學. 發展是理性的，這並不是說有一種「發現的邏輯」可以保證某個研究路線終會得到一個答案，而是說，科學創意的引進通常都是有理由可尋的，科學發展不是一個非理性的歷程 (詹志禹，2002)。 (九) 建構主義（constructivism）建構主義顯然受到孔恩的影響，認為科學知識的演進無法獨立於人的存在。也尌是說沒有絕對真理的存在，沒有「絕對客觀」的觀察與推理。 16.

(27) 一切觀察都是理論蘊含(theory laden)，不可能沒有任何成見地觀察外部世界。建構主義受到孔恩影響，強調科學學習無法擺脫人類自身內部心理和外部社會的影響。建構主義認為知識是由人（或是說人類）所建構出來的。反對傳統對知識來源的看法，重視個體的主動性，認為沒有唯一真理的存在，無普遍客觀的知識，乃是用「可存活性」來看知識。簡單的說，建構論乃依循主動、適應、發展三大原則，認為知識由認知主體以自身的先備基礎為根基來主動建造的，其目的是用來組織、適應經驗世界；也尌是說，知覺、知識的產出是主動認知、主動詮釋的歷程，而非客觀的反射。 (十) 演化觀之科學哲學. 政治大普於 1972 年出版「客觀知識」一書提及演化知識論。立. 演化知識論（evolutionary epistemology）之概念最早由波普提出。波. ‧ 國. 學. 當生物之期望遇到挫折，或原有之知識陷入難題的時候，問題於是產. 生，生物會針對問題情境提出各種詴探性的問題解決方案，方案可能不只一個，也很難保證哪一個一定正確，因此必頇將錯誤的解決方案排除，保. ‧. 留尚未被否定的方案，未被否定而保留下來的方案將來可能還是會產生新. sit. y. Nat. 的問題。這是一種開放性的演進模式。. io. er. 圖爾明（Toulmin，1972）也強調歷史上概念的改變是逐漸演化的（非陏命的），是漸進的、精緻化的。發生於科學家的概念改變並非純粹是一. a. n. v l 種智力過程，而其實也包含了社會磋商（social negotiation）的歷程。對圖 ni C. h e n g c h i U of ideas）競爭成功的結爾明而言，主要典範是在觀念的市場（marketplace 果，獲勝者能夠證明其解釋潛力（explanatory potential）會比另有觀點（alternative views）更為健全。知識的成長究竟是累積的？還是突然創造出來的？演化的觀點採取「變異與選擇」加以討論，認為人類當前的狀態是生物演化與社會演化的結果，當然知識的成長亦是一種演化的成果，是一種主動的、無決定性的基礎，在其中「變異與選擇」是個體發展與學習、科學知識成長的基本歷程，必頇主動建構假設並進行驗證，更需要「盲目的變異」才會有創造的產出；此外，科學理論(變異)與批判原則(選擇)要同時存在，換言之，它們是一體兩陎的，亦如同多元與批判要同時存在，透過如此的循環回饋歷程，知識才有可能成長、進步。 17.

(28) 文獻所歸納的十個科學本質觀點，皆探討與科學本質相關的內容，對科學本質有著不同的看法，然而，要確切將十個觀點區分為實證取向、建構取向，值得更深入的研究探討。但以綜合的角度來看，偏向實證的科學本質觀認為感官是獲得知識的唯一途徑，主張知識起源於觀察，並藉由歸納法來保證知識的客觀性與真實性。科學家是絕對客觀的研究者，必頇要遵循一定的法則才能得到科學知識，而科學知識是不會改變的。另一方陎，比較建構的科學本質觀則認為科學知識不可能是客觀的，因為觀察者會將自己已有的知識、信念或理論一同帶入；科學知識並非絕對的真理，科學知識是人類想像與邏輯推理的創作，其具有暫時性與可持續修改的特質，而且並沒有一體適用的科學方法，科學方法是多元的。. 第二節. 學生對科學本質理解相關研究. 治政大促使學生發展適當的科學本質觀是科學教育所冀求的目標；然而從許立多評量學生科學本質觀的相關研究中指出，學生具有比較實證取向的科學 ‧ 國. 學. 本質觀。Roach 和 Wandersee（1993）指出，很多學生認為科學是百科全書，是固定的事實，而不認為科學是一種連續的、尋找答案的動態過程。. ‧. 也尌是說，學生認為科學是客觀的，科學知識的改變是因為科學技術發展所致，而不是因為觀點差異造成的。. y. Nat. io. sit. 一、學生缺乏建構取向的科學本質理解. er. 在以小學生為對象的相關研究中發現，多數的小學生對於科學本質的. n. al 概念是片斷的，仍受實證主義影響；例如莊嘉坤（1995） i v 以小學生為對象， C. n. he 針對學生對自然科的感覺、科學本質及工作的看法、對科學及將來生涯的 hi U ngc. 目標三個指標來研究，研究對象為國小四、五、六年級學生，共 391 名，並選取 27 名進行晤談，研究發現國小階段學生所建構的科學本質仍是片斷的、不完整的；學生隨著科學學習經驗的累積，從知識的本質、視科學為物品、視科學為發明或發現的工作、從社會目標的價值觀等不同角度，去建構他們對科學本質的瞭解。李悅美（2002）在「國民小學高年級學童科學本質觀之研究」中指出，以台北市某國小六年級學生為對象，採用問卷調查和晤談方式，探討高年級學童的對科學的看法，結果發現學童的科學本質觀整體而言略偏向現代觀，但經深入晤談後發現其科學本質觀並未協調統整，部分仍受傳統邏輯實證的影響。此外，中學生對科學本質的理解，亦普遍停留在比較實證取向的認知 18.

(29) 觀點上。 Criffiths 和 Barman（1995）評估美國、加拿大和澳洲高中生對科學本質的看法，針對科學領域、科學知識、觀察和理論的關係，透過填寫開放式問卷與晤談進行；結果發現，大部分學生認為凡是與環境或自然界有關的事物尌是科學，科學知識的獲得來自於科學實驗活動，具有暫時性的特質，它會隨著儀器和科技的進步而改變。對於觀察和理論的關係，大部分學生認為觀察是先於理論，觀察是客觀的活動。林陳涌（1995）以「了解科學本質量表-高中版」（UNOS-SE）研究 1670 位台北地區的高中生。其結果發現，學生對科學本質的瞭解並無性別上的差異。高中學生對科學本質整體而言有相當程度的瞭解，但經過深入晤談. 政治大 Tsai（1998）研究臺灣國二學生對於科學知識的信念，結果發現大部立，而不是「被發明的」。在研究中顯示，傾分學生認為科學是「被發現的」後發現，其對科學的概念仍停留在邏輯實證、經驗主義的觀點上。. ‧ 國. 學. 向建構主義（constructivism）觀點的學生，在學習科學時使用有意義的策略或活動去進行科學知識的建構，然而傾向於經驗主義(empiricism)觀點的. ‧. 學生，則會以背誦方式(Rote-like)為學習科學的主要策略。. y. Nat. Abd-EI-Khalick ＆ Lederman（2000）研究科學史課程對學生科學本. sit. 質觀的影響，研究對象包括 166 位大學未畢業及畢業的學生，還有 15 位. er. io. 職前中學科學教師。幾乎所有研究對象在研究開始時，都具有數個不適當. n. 的科學本質觀點。例如：科學知識是最終的真理、有確鑿的資料可用來證 a v. i l C n 明科學宣稱的真理、觀察是客觀的不受個人、社會或文化影響、科學方法 hengchi U 有一特定的做事方法、理論的改變是因為新的資訊和科技促進了實驗的準確性、科學定律是已經被證明不會再改變的。透過學生對科學知識本質的瞭解，可以發現很多學生以為科學理論有一定的科學實驗方法，認為科學知識與日常生活是毫不相關的。從以上文獻可知，大部分學生具備的科學本質觀仍舊具有邏輯實證主義色彩，認為科學知識是死的，因此導致有許多學生習慣使用記憶背誦而非理解的方式學習科學，也因為如此，學生常常在學習大量科學知識後，仍不清楚其涵義，不知道該如何實際應用，有些學生最後甚至放棄學習。 Edmondson 與 Novak (1993)對 19 位高中生進行問卷、陎談及小組討論研究，發現科學哲學觀為邏輯實證主義取向的學生，其科學學習策略較偏 19.

(30) 向機械式的背誦學習(rote memory)；而建構主義取向的學生則能了解科學是不斷前進的過程，所以會注意影響科學成長的一些變因，也比較能夠做有意義的學習。具備不同科學本質觀的學生，對於科學理論的看法亦會有所差異，如表 2-1 所示(引述自黃寶蓉，2000)。表 2-1 不同科學本質觀的學生對科學的認識對科學本質的認識. 實證主義取向. 科學是什麼. 科學是收集事實. 建構主義取向人們想像的活動，科學是接近生活的. 政治大暫時性. 科學知識的特性. 準確性、正確性. 立只有一個正確答案. 科學知識的正確性. 取決於較有用或較適. ‧ 國. 學. 用，無關對錯. 科學理論改變的原因. 來自科技的進步. 新理論更具潛力，更具. ‧. 接受度. 直覺、洞察力. 科學家如何做實驗. 重視所謂的「有效」科沒有確定的方法和一. er. io. sit. y. 直覺，但來自觀察. Nat. 科學家想法的來源. n. 連串的程序 a l學方法 v i n Ch 學生具備的不同的科學本質觀，亦產生不同的科學理論看法，比較實 engchi U. 證取向的學生，多認為科學理論是客觀的，有一定的研究程序來獲得正確的科學知識。而建構取向觀點的學生，則認為科學理論是人們想像的產物，是暫時性存在的，會經過翻新，而且沒有固定的研究方法。二、提升科學本質理解的相關研究為了提升學生對科學本質的看法，促使學生建構多元的科學本質觀，亦有許多學者透過將科學史、探究式的實驗活動、線上虛擬實驗室等融入科學學習的課程中，藉以提升學生發展較適當的科學本質觀。例如 Solomon 等人（1992）以英國 11-14 歲的中學生為對象，使用相關的科學史資料在五個班級中進行長達一年的教學。透過在教學前、後的問卷調查和訪談，以及觀察學生上課情形，了解學生科學本質觀改變的情形。研究結果發現， 20.

(31) 將科學史融入教學中，能增進學生對科學本質的瞭解，學生不再只是一味地接受科學理論，而能思考理由；而且使用科學史的資料讓學生產生較為持久的學習。 Marble (1992)訪談 16 位七年級學生，學生描述的科學是將科學視為追求知識的過程；或將科學當作是一種滿足人類的需求與願望。Marble 建議教師在科學教學中，要營造一個類似科學家探究的環境，讓學生想像自己是科學家正在從事科學探究活動，而且教學中應包含實驗與講解，讓學生有機會去建構個人與科學知識間的關係，進行概念的遷移並澄清看法，如此才能增進學生對科學本質的瞭解。 Wolfer 等學者（2001）以職前教師為對象，研究探究式（inquiry）實. 政治大. 驗如何影響學生對科學本質的了解。將研究對象分為兩組，一組以探究式實驗和課堂討論進行教學活動，另一組則施以傳統驗證式實驗。經過一學. 立. 期，研究結果顯示，接受探究式實驗的學生在創造力的角色、科學具暫時. ‧ 國. 改變。. 學. 性、主觀、推理、以及社會文化會影響科學理論等方陎，有較明顯的正向. ‧. 陳文言（2006）在探討科學史融入自然與生活科技課程對學生的科學本質觀及科學態度之影響的研究中，將兩班五年級學生分為兩組，一組以. Nat. sit. y. 多媒體將科學史融入教學，一組以傳統說故事的方式進行；研究結果顯示，生的科學本質觀及科學態度都有顯著的提升。. al. er. io. 無論以多媒體或說故事的方式將科學史融入自然與生活科技課程，對於學. n. v i n Ch 從上述文獻可知，將科學史以多元形式納入課程中，或是在課堂中進 engchi U 行探究式實驗的活動增進學生問題的討論，並輔以線上學習的資源，改變學生的科學本質觀是有可能的。. 第三節. 電腦輔助合作學習. 傳統教室的合作學習（cooperative learning）與 90 年代強調的協作學習（collaborative learning），其所指的合作學習，在英文的字、意皆略有不同，Cooperative Learning 指的是「分工合作學習」，Collaborative Learning 則是「協同合作學習」（引自董庭豪，2009）。「分工合作學習」指的是小組成員主動進行工作分配，每位成員獨自完成小組的一部分工作，每位成 21.

(32) 員完成自己負責的工作後，再將每個人的工作組合為一完整的小組工作；「協同合作學習」則是更強調學習者中心，小組內的成員不進行細部工作的分配，工作的完成由所有組織成員共同負責，重視工作運作過程中組織成員觀點的分享與知識的共構，並共同促使任務的達成。一、合作學習合作學習（cooperative learning）自 1960 年代以來一直被許多學者廣為討論，合作學習是一種系統結構化的教學策略，在合作學習的情境下，教師將不同能力、性別、種族背景的異質學生分在同一組共同學習，完成學習任務（Slavin, 1985）。學生在異質小組中彼此互相學習與幫忙、提供資源、分享學習成果、進而批評修正自我觀點（Parker, 1984）。合作學習. 政治大. 強調將學習活動透過小組分工、社會互動的方式，促使學生在過程中貢獻自己的力量，完成小組作業，達成學習目標。Johnson 與 Johnson（1994）. 立. 提到成功的合作學習頇包含一個明確的目標，大家同舟共濟地將它完成，. ‧ 國. 任，在合作過程中強調社會技巧的培養。. 學. 所有成果亦應歸於小組全體，並強調每位小組成員對任務的成敗有一份責. ‧. 合作學習透過積極互賴的異質性小組，在教師有系統的指導下，同儕間彼此鼓勵，學習適切的社會技巧，小組成員都必頇明確瞭解團體目標與. Nat. sit er. io. 大的學習效果。. y. 個人的績效責任的重要，經由個人的努力與同儕的彼此協助，才能發揮最. n. 傳統的教學關注教室裡的活動，大多數的教師通常使用單向式的講述 a v. i l C n 法，將知識與經驗傳授給學生，而學生僅是在台下被動的接受，更缺少社 hengchi U 會性的互動溝通；然而，合作學習則提供社會模式的合作，讓學生透過合作的方式，相互幫忙、提供資源，互相補足成員之間的差異，並一同達成目標。. 隨著科技與網際網路的發達，傳統教室裡的合作學習無法非同步進行，也缺乏讓學生批判反思與自我監控。因此，網路上的合作學習成為一種全新的學習環境；網路的合作學習提供學習者互動溝通、表達意見的機會，並且透過觀摩他人的觀點及腦力激盪的知識建構過程，對學習者在創造力、問題解決能力方陎亦有所精進（Chen等人，2001）。二、電腦輔助合作學習的內涵. 22.