探討不同科學認識觀的八年級學生在社會性科學議題上論證能力的表現

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(1)國立台灣師範大學科學教育研究所碩士論文指導教授：許瑛玿博士. 探討不同科學認識觀的八年級學生在社會性科學議題上論證能力的表現. 研究生：李亭誼中華民國 100 年 1 月 1.

(2) 誌謝在這一年半的研究所生涯中，似乎才正要熱烈登場尌已悄悄接近尾聲。這份論文的誕生，首要感謝我的指導教授許瑛玿老師，以及口詴委員林樹聲老師與劉湘瑤老師。十分感謝你們在百忙之中給予我的研究許多的建議與指導，使得此份論文的完成度更高，也讓我從中學習到做研究的內涵，實為獲益良多。其中最要表達我的感謝之意的是我的指導教授許瑛玿老師，因為您用心而嚴謹的指導，讓我在有限的碩士生涯中能如期地完成學業，也在我遇到困難的時候給予我許多的協助與鼓勵，讓我感受到您溫暖的關心，激勵我往前邁進與衝刺。與您的師生之緣已近十年，這些日子以來真的十分感謝您的指導，未來我將更努力。也十分謝謝這次口詴的兩位委員，謝謝林樹聲老師特地遠從嘉義北上來進行口詴，給予我的研究許多詳盡且重要的建議，也提供我許多論文編修的方法與方向，也謝謝劉湘瑤老師給予我研究很多精要的建議，讓我釐清研究可能出現的盲點或需要修正的地方，讓我的論文完成度更加地完備。在撰寫論文的日子裡，感謝身邊的好友給予的支持與鼓勵，無論是研究所結識的好友或是過去各求學階段的好友們，都很感謝你們在這些水深火熱的日子裡，給予的協助和鼓勵，你們的加油打氣都是促使我繼續努力下去的動力，真的很謝謝你們。也特別感謝一位在這些日子裡，給予我許多陪伴與關愛的小學同學，有你的支持與體諒才讓我有更多的空間與時間完成我的碩士論文，謝謝你。. I.

(3) 摘要本研究探討我國八年級學生在社會性科學議題上論證能力的表現和其科學認識觀對於其論證能力的影響。研究對象採樣方式為便利取樣，對象為台北縣內一所偏遠地區國民中學的八年級學生，有效樣本數為 42 人。研究採實驗研究法單組前後測設計，檢視實施以「水庫興建預定地的選定」為主題的論證教學前後，學生的論證能力表現情形以及不同的科學認識觀傾向對於學生論證能力的影響。經「魏克遜符號等級考驗」(Wilcoxon signed ranks test)統計分析，發現論證教學前後學生整體的論證能力表現，以及「提出論點」、「提出前提」、「提出支持性論點」、「提出證據」與「提出反論點」五項論證子能力的表現都沒有顯著的改變(p<.05)，學生整體的科學認識觀以及「科學的創造性(IC)」、「科學知識的暫時性(CT)」、「社會協調性(SN)」、「文化影響面(CU)」四個項度在論證教學前後皆沒有顯著的改變，僅有在「探究過程的理論依據性(TL)」這個項度得分於論證教學後有顯著的下降 (p<.05)，表示學生對科學探究過程的理論依據性於論證教學後更傾向邏輯實證主義的科學認識觀。進一步以「魏氏－曼－惠特尼考驗 (Wilcoxon-Mann-Whitney test)」檢定學生科學認識觀傾向(偏向建構主義的認識觀或偏向邏輯實證主義的認識觀)對於其整體論證能力表現以及各項論證子能力(提出論點、提出前提、提出反論點、提出支持性論點，以及提出證據)的影響，結果發現，不同科學認識觀傾向的學生在整體論證能力和「提出支持性論點」這項論證子能力於論證教學前後的進步幅度達顯著(p<.01)，表示科學認識觀越傾向建構主義的學生，在經過論證教學後其整體論證能力以及「提出支持性論點」的能力會越好。. 關鍵詞：社會性科學議題、論證能力、科學認識觀. II.

(4) Abstract This study aimed to explore the development of eighth graders’ argumentation skills and scientific epistemological views through socioscientific issues-based instruction, and the relationship between their argumentation skills and scientific epistemological views. After selecting 42 participators from a remote middle school using convenience sampling, we used the one-group and pre-posttest experimental design to examine the effect of socioscientific issues-based instruction. The results showed that students’ generating arguments, counterarguments, backings, evidences, and qualifiers were not improved significantly after the instruction. Moreover, their scientific epistemological views in the theory-laden exploration of science had changed significantly and were closer to the view of logical positivism. Furthermore, we found that there was a significant difference in argumentation skills between students with different scientific epistemological views, especially in generating backings. Students whose scientific epistemological views tended to constructivism epistemological views would have better argumentation skills after the socioscientific issues-based instruction.. Key words: socie-scientific issue, argumentation skill, scientific epistemological view. III.

(5) 目第一章. 錄. 緒論-------------------------------------------------------------------------------1. 第一節. 研究背景與動機--------------------------------------------------------------1. 第二節. 研究目的-----------------------------------------------------------------------5. 第三節. 研究問題-----------------------------------------------------------------------6. 第四節. 研究的重要性-----------------------------------------------------------------7. 第五節. 名詞釋義-----------------------------------------------------------------------8. 第二章. 文獻探討------------------------------------------------------------------------10. 第一節. 論證能力-----------------------------------------------------------------------10. 一、論證的重要性-----------------------------------------------------------------10 二、論證的定義--------------------------------------------------------------------11 三、論證能力與論證品質--------------------------------------------------------13 四、論證相關研究-----------------------------------------------------------------17 (一) 促進論證教學成效--------------------------------------------------------17 (二) 論證能力相關實證研究--------------------------------------------------19 第二節. 社會性科學議題---------------------------------------------------------------24. 一、從 STS(Science, Technology, and Society)到 SSI-----------------------24 二、社會性科學議題的定義----------------------------------------------------26 三、社會性科學議題與論證----------------------------------------------------26 第三節. 科學認識觀---------------------------------------------------------------------28. 一、認識觀與認識信念(Epistemological belief)-----------------------------28 二、科學認識觀的定義----------------------------------------------------------28 三、論證與學生特質-------------------------------------------------------------29. 第三章. 研究方法-------------------------------------------------------------------------31. 第一節. 研究對象------------------------------------------------------------------------32. 一、研究對象的選取方式---------------------------------------------------------32 二、研究對象特質------------------------------------------------------------------32. IV.

(6) 第二節. 研究設計與流程---------------------------------------------------------------37. 一、研究流程------------------------------------------------------------------------37 (一) 準備階段---------------------------------------------------------------------37 (二) 資料收集階段---------------------------------------------------------------37 (三) 結果分析階段---------------------------------------------------------------38 二、論證教學課程設計------------------------------------------------------------40 (一) 論證議題的選取------------------------------------------------------------40 (二) 論證教學課程設計---------------------------------------------------------41 第三節. 研究工具-------------------------------------------------------------------------47. 一、「論證技能與議題決策問卷」----------------------------------------------47 二、「科學認識觀問卷」----------------------------------------------------------48 第四節. 資料分析-------------------------------------------------------------------------50. 一、學生論證能力表現情形-------------------------------------------------------50 二、學生科學認識觀表現情形----------------------------------------------------59 三、不同科學認識觀對於學生論證表現的影響-------------------------------60 第五節. 研究範圍與限制----------------------------------------------------------------62. 第四章研究結果與討論-------------------------------------------------------------------63 第一節. 學生論證能力的表現-----------------------------------------------------------63. 一、論證教學前後學生的論證能力表現分析-----------------------------------63 二、論證子能力得分頻率分佈情形-----------------------------------------------65 三、質性資料分析--------------------------------------------------------------------68 (一) 問卷中於論證子能力「提出論點」的資料分析-----------------------68 (二) 問卷中於論證子能力「提出前提」的資料分析-----------------------69 (三) 問卷中於論證子能力「提出反論點」的資料分析--------------------70 (四) 問卷中於論證子能力「提出支持性論點」的資料分析--------------71 (五) 問卷中於論證子能力「提出證據」的資料分析-----------------------72 四、論證教學前後論證能力的變化情形-----------------------------------------74 第二節. 學生的科學認識觀--------------------------------------------------------------78. V.

(7) 一、論證教學前後學生的科學認識觀表現分析-------------------------------78 二、科學認識觀問卷前後測各題答題頻率分析-------------------------------79 三、論證教學前後論證能力的變化情形----------------------------------------82 第三節. 學生論證能力與科學認識觀相關性探討----------------------------------85. 第五章結論與建議-------------------------------------------------------------------------92 第一節. 研究發現與結論----------------------------------------------------------------92. 一、論證教學前後學生論證能力表現及科學認識觀的改變情形----------92 (一) 論證能力表現----------------------------------------------------------------92 (二) 科學認識觀-------------------------------------------------------------------93 二、學生的科學認識觀對於論證能力表現的影響----------------------------93 第二節. 檢討與建議----------------------------------------------------------------------95. 一、論證教學後論證表現改變情形檢討與建議-------------------------------95 二、學生的科學認識觀對於論證能力表現的影響檢討與建議-------------96 第三節. 未來研究發展與方向----------------------------------------------------------98. 一、論證教學課程設計-------------------------------------------------------------98 (一) 調整前後測實施的時間間距----------------------------------------------98 (二) 加強論證技能的訓練-------------------------------------------------------98 (三) 縮小相互論證的小組人數-------------------------------------------------98 (四) 增加學生於論證學習歷程之自我檢核----------------------------------99 二、未來可能的研究方向----------------------------------------------------------99 (一) 了解小組內互動對論證的影響-------------------------------------------99 (二) 長時間的論證教學----------------------------------------------------------99 (三) 加入增進對科學本質瞭解的課程設計----------------------------------99. 參考文獻----------------------------------------------------------------------------------------100 中文--------------------------------------------------------------------------------------------100 英文--------------------------------------------------------------------------------------------101. VI.

(8) 表. 目. 錄. 表 2-1-1. Toulmin 論證模式中各項論證要素的意義-----------------------------------13. 表 2-1-2. 論證能力階層評分方式(Osborne et al., 2004a)-------------------------------14. 表 2-1-3. 含反駁的論證能力階層評分方式(Osborne et al., 2004b)-------------------15. 表 2-1-4. 論證能力量化評分方式 (Mason & Scirica, 2006)----------------------------16. 表 2-1-5. 國內論證能力量化評分方式 (林樹聲與黃柏鴻, 2009)---------------------17. 表 2-1-6. 黃柏鴻與林樹聲(2007)論證教學策略------------------------------------------18. 表 2-1-7. 1999年至2010年國外相關論證實證性研究-----------------------------------20 (參考黃柏鴻與林樹聲, 2007). 表 3-1-1. 學校本位特徵分析內容-----------------------------------------------------------35. 表 3-2-1. 論證教學策略與課程活動之對應-----------------------------------------------42. 表 3-2-2. 論證教學活動內容流程表--------------------------------------------------------43. 表 3-2-3. 三個水庫興建預定地之興建條件優勢權重表--------------------------------45. 表 3-3-1. 科學認識觀問卷題目分配表-----------------------------------------------------48. 表 3-3-2. Tsai & Liu (2005)科學認識觀量表各項度 Cronbach’ s. 表 3-4-1. 論證技能與議題決策問卷評分準則--------------------------------------------53. 表 3-4-2. 科學認識觀問卷評分準則--------------------------------------------------------59. 表 3-4-3. 資料分析方法-----------------------------------------------------------------------60. 表 4-1-1. 論證能力得分之敘述性統計表--------------------------------------------------65. 表 4-1-2. 論證子能力前後測之得分頻率表-----------------------------------------------66. 值----------------49. 表 4-1-3 「論證技能與議題決策問卷」的前後測分析---------------------------------74 表 4-1-4 「論證技能與議題決策問卷」-各論證子能力的前後測考驗--------------76 表 4-2-1. 科學認識觀得分之敘述性統計表-----------------------------------------------79. 表 4-2-2. 科學認識觀前後測各題填答頻率表---------------------------------------------80. 表 4-2-3 「科學認識觀問卷」的前後測分析----------------------------------------------82 表 4-2-4 「科學認識觀問卷」-各項度的前後測考驗------------------------------------83 表 4-3-1. 科學認識觀前測做高低分組依據的前後測差值考驗------------------------86. 表 4-3-2. 學生 S2 於「論證技能與議題決策問卷」前後測填答情形-----------------88. 表 4-3-3. 學生 S13 於「論證技能與議題決策問卷」前後測填答情形---------------90. VII.

(9) 圖. 目. 錄. 圖 2-1-1. TAP 論證模式(翻譯自 Toulmin, 1958, p.94)---------------------------------13. 圖 2-2-1. 運用 SSI 教學提升科學素養(翻譯自 Zeidler et al., 2005, p.361)---------25. 圖 2-2-2. 近十年 SSI 與論證之相關研究(翻譯自 Sadler, 2004, p.516)--------------27. 圖 3-2-1. 研究流程圖-------------------------------------------------------------------------39. 圖 4-1-1. 各項論證子能力於前後測之得分帄均數圖----------------------------------65. 圖 4-1-2 「提出論點」前後測得分頻率長條圖------------------------------------------66 圖 4-1-3 「提出前提」前後測得分頻率長條圖------------------------------------------67 圖 4-1-4 「提出反論點」前後測得分頻率長條圖---------------------------------------67 圖 4-1-5 「提出支持性的論點」前後測得分頻率長條圖------------------------------67 圖 4-1-6 「提出證據」前後測得分頻率長條圖------------------------------------------68 圖 4-2-1. 科學認識觀各項度前後測帄均數圖-------------------------------------------79. VIII.

(10) 附. 錄. 附錄一學校本位特徵問卷-----------------------------------------------------------------106 附錄二學習單一-----------------------------------------------------------------------------112 附錄三學習單二-----------------------------------------------------------------------------115 附錄四學習單三-----------------------------------------------------------------------------122 附錄五水庫興建預定地相關資料--------------------------------------------------------123 附錄六投票單--------------------------------------------------------------------------------129 附錄七「論證技能與議題決策問卷」----------------------------------------------------131. IX.

(11) 第一章. 緒論. 此研究主要在探討我國八年級的學生，在經過以社會性科學議題為教學題材的論證教學後，不同科學認識觀的學生在論證能力表現上的改變是否有差異存在。所以在緒論中，首先說明此研究的動機與背景，然後敘述本研究的目的與研究問題，最後釐清研究中相關重要字詞的定義。. 第一節. 研究動機與背景. 在現代資訊多元與科技快速發展的社會裡，有許多與科學或科技所衍生的社會議題急需全民的關心與參與，例如：在台灣山高坡陡的地形之下，雨水多快速流入河海而不易儲蓄導致水資源不足，故需要仰賴興建水庫來解決水資源缺乏的問題，然而興建水庫這個議題不單純是一個科學議題，興建水庫需考量興建預定地的氣候與地質條件、政府政策、環境與生態保育以及居民搬遷等不同層面的問題。此種科學議題，須考量其社會、政策或環境等各層面的相互影響，以致問題解決途徑並非唯一的問題，即所謂「社會性科學議題」(Socio-Scientific Issues, 簡稱 SSI) (Sadler, 2004)。在工業革命後，科技快速發展的這個時代下，這樣的議題也隨之越來越多，例如：基因改造是否合宜、全球暖化是否因人類過度開發所造成，以及高速鐵路的興建與否等等都是社會性科學議題。所以身為現代公民，不僅要具備足夠的科學知識，更需要具備獨立思考與解決問題的能力，得以了解與處理這類的議題。基於這樣的社會發展趨勢與需求，培養學生成為一個具有問題解決能力及獨立思考能力的現代社會公民，是當前教育的潮流與目標(教育部，2003)。在我國最新發布的「民國九十七年國民中、小學九年一貫課程綱要」當中，明確地指出學生應具備的基本能力中包含了「解決問題能力」以及「獨立思考能力」 (教育部，2008)。「解決問題」指的是運用已知的知識，透過組織與整合知識和資料，來找出解決問題的方法或策略。而在解決問題的過程中，會需要學生針對問題自己做推理以解決他所面臨的問題，這個過程尌是「獨立思考」的表現。「獨立思考能力」尌是一個透過自我推理來解決問題的歷程，而其中推理指的是一種思考的歷. 1.

(12) 程，它包含了基本的思考、批判性思考，以及創造性思考(教育部，2008)。在這些思考能力當中，「批判性思考」能運用於解決具多元面相的議題，因為這類的思考歷程即為透過收集問題相關資料，再組織、整合與分析這些訊息，然後連結問題各面相之相互關係與影響，最後提出合理的結論。所以欲培養學生成為具解決問題能力的現代公民，尌必須培養學生批判性思考的能力。然而，批判性思考能力中又包含了許多能力，其中論證能力即是批判性思考能力中重要的一項指標性能力 (Freeley & Steinberg, 2005)。若能培養學生的論證能力，即能提升其批判性思考的能力，進而提升其有效解決日常生活中的問題及協調溝通的能力(Nussbaum, 2002; Siegel, 1995)。近十幾年來論證開始被融入科學教育中，論證教學成為一個逐漸受到重視的科學教育議題(Bell, 2004; Bricker & Bell, 2008; Dawson, & Venville, 2010; Driver, Newton, & Osborne, 2000)。除了從我國國民中小學的課程綱要中可看出論證能力的培養於科學教育的重要性之外，美國科學促進會 (American Association for the Advancement of Science, AAAS)於西元 1992 年針對美國帅稚園到高中階段(K-12)的科學教育目標所提出之「2061 計劃」中也指出，論證融入科學教學中，對學生在科學課室中學習對科學論述做出定義、評價或反駁等等有很大的助益，故培養學生的論證能力是當前及未來重要的科學教育目標之一(AAAS, 1992; 邱美虹，1994)。在科學教育中實施論證教學時，需要有一個論證的議題，這類的議題通常具有情境兩難的問題或是具有多元觀點，以提供學生針對此議題進行相互的論證與辯駁。論證教學的議題層面廣泛，可以是科學性的議題、人文社會層面的議題，或是包含多元層面的議題。在現今科技發展迅速的社會中，許多科學發展所衍生的社會問題越漸頻繁，這種與科學或科技相關的具有對立性論點或社會性兩難問題，即所謂「社會性科學議題」(Socio-Scientific Issues, 簡稱 SSI) (Sadler, 2004)。這類問題的解決途徑常會因為個人相異的經驗、背景、文化、所處環境或所持立場不同，而有不同的觀點及解決方式，所以無法達到一致的共識而產生爭議或辯論(Sadler, 2004)。因此如何選擇適合學生進行論證的議題，是教學設計上需僅謹慎考量的，SSI 議題涵蓋多元的思考層面，是適合作為論證教學的議題。更有研究顯示運用 SSI 於教學上有助於學生論證能力的培養(Jimenez-Aleixandr, 2002)。近十幾年，關於論證的研究主要有三大研究方向，分別是關於論證本質的探討. 2.

(13) (Bricker, & Bell, 2008; Kolstø, 2004; Kuhn, 1992; Patronis, Potari, & Spiliotopoulou, 1999)、論證教學策略的研發(Dawson, & Venville, 2010; Driver, Newton, & Osborne, 2000; Osborne, Erduran, & Simon, 2004a, 2004b; Patronis, Potari, & Spiliotopoulou, 1999) ，以及探討論證教學前後論證能力或科學知識學習等的成效與變化 (Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon, 2008; Jeong, & Lee, 2008; Zohar, & Nemet, 2002; 林樹聲、黃柏鴻，2009)。關於論證本質的研究，早期 Kuhn(1992)將論證的形式分成兩類：修辭的論證 (rhetorical argument) 以及對話的論證 (dialogic argument)。修辭的論證指的是一系列關於證明事情真偽的推理，這類型的論證在 Boulter, & Gilber (1995)的定義中此種論證稱為教導式論證(didactic argument)；對話的論證，則是偏向現今主要在談的論證，亦被稱作多方論證 (multi-voiced argument)。然而，論證與邏輯推理的內涵並不相同，近期學者開始將論證與邏輯兩者作區分，邏輯指的是嚴格依循某些特定的學術規則連結假說與結論，而論證則是一種涵蓋了社會情境與文化的社會性活動，並非只是邏輯規則上的推理(Driver et al., 2000)。發展至今，現在談的論證則多為論證理論(argument theory)，論證理論主要是由 Toulmin(1958)所提出，將論證定義成考量情境背景的各項要素，包含了： Claim(主張) 、Warrant(理由) 、Data(證據)、Rebuttal(反駁)、Backing(支持性通則)、 Qualifier (前提或條件)等要素。在眾多的論證定義中，以 Toulmin(1958)所提出來的論證定義最具代表性，許多後期研究論證的學者們都是奠基於他的論證架構 (Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon, 2008; Bricker & Bell, 2008; Dawson, & Venville, 2010; Driver, et al., 2000; Kolstø, 2004)。關於論證教學策略與評量的發展，早期Kuhn(1991)做了一系列關於學童及成人論證能力表現的研究，其研究結果指出論證能力並非與生俱來而是需要培養與練習的，所以為了促進學生論證能力所進行的論證教學是需要運用適切的教學策略和設計良好的教學活動。Hogan & Maglienti (2001)以及Zohar & Nemet (2002)研究也指出若只單純讓學生討論社會性爭議議題，並沒有辦法培養學生做出有效的論證，還是要有適當的論證教學策略及素材融入，才能真正達到培養學生論證能力的目標。黃柏鴻與林樹聲(2007)的研究中整理出進行論證教學可運用的策略，主要包含了六大項：「論證因子寫作」、「兩難情境」、「角色扮演」、「競爭理論」、「辯論」以及「科學探究與發表」。「論證因子寫作」是讓學生在論證過程中，針對論證的主題與內容寫下論證要素：「資料」、「主張」、「理由」、「反駁」、「證據」與「支持性通則」以 3.

(14) 讓學生更瞭解論證的過程與內容；「兩難情境」指的是要提供一個兩難的情境以供學生討論與辯證；「角色扮演」是讓學生親身扮演角色，以角色立場提出論點或證據等等；「競爭理論」是提供相互競爭的多種解釋，讓學生可進行辯證以激盪出更多的想法與討論；「辯論」是讓學生分成支持不同主張的派別，分別提出各自的論點與證據並相互辯證，再針對不同的論點提出反駁或加強自己的論點；「科學探究與發表」是在學生收集與論證主題相關的資料時，讓學生收集與整合新聞、網路或書籍等資料，最後再讓學生以口頭發表或撰寫書面報告等方式呈現其資料分析與詮釋的結果。論證相關的實證研究結果顯示，學生在經過論證教學後，其科學知識和論證能力皆有所提升(Aufschnaiter1, Erduran, Osborne, & Simon, 2008; Kortland, 1996; 蔡俊彥、黃台珠、楊錦潭，2008；林樹聲、黃柏鴻，2009)，也有研究顯示論證教學後學生對於科學本質更加地了解(Bell & Linn, 2000; Yerrick, 2000; 蔡俊彥、黃台珠， 2008)。近期則是開始有較多學者將研究重心，放在學生特質與論證能力之間的相關性探討，例如學生的學習風格(Jeong & Lee, 2008)或科學認識觀(Manson & Scirica, 2006)對學生論證能力的影響。綜觀國內的論證實證性研究發現，近期關於論證研究的相關主題，多為不同教學策略對於論證能力的影響，而其研究對象則多為國小或國中學習階段的學生(鄧又仁、林素華，2009；李松濤、林煥祥、洪振方，2010)。或是在探討論證教學對於學生學習科學知識的成效與影響，相對而言探討學生特質影響論證能力表現的研究則較少，其中針對學生具有之科學認識觀如何影響其論證表現的研究則更少，目前此類研究的對象僅有大專院校學生(張淑女，2004)，未有國中階段的學生。另外，基於Manson & Scirica (2006)的研究結果顯示針對八年級的學生，其科學認識觀可以作為有效預測其論證技能的因子，此項研究結果呼應了 Kuhn (1991)所提之認識論對於論證能力有所影響這項論述。然而此項研究利用迴歸分析的方式找到以學生的認識觀來預測其論證技能的表現，然而學生的科學認識觀與論證技能之間的因果關係，以及兩者如何相互影響並沒有做更深入的趕討，基於此本研究希望深入探討我國八年級學生在經過以社會性科學議題為論證主題的論證教學後，擁有不同科學認識觀的學生其論證表現是否有所差異，進一步分析學生的科學認識觀對於其論證能力的影響。. 4.

(15) 第二節. 研究目的. 基於前一節研究動機與背景之討論，本研究希望針對目前研究對象中，較少被討論的國中階段學生，探討其科學認識觀對論證能力表現的影響。總結本研究目的，即欲探討我國八年級的學生，在接受過以「水庫興建預定地的選定」這個社會性科學議題的論證教學後，學生的論證能力和科學認識觀的變化，以及學生所具有的科學認識觀對於其論證能力的表現的影響。在本研究中，不同的科學認識觀定義為傾向建構主義的科學認識觀，以及傾向邏輯實證主義的科學認識觀，包含五個面向，分別為：「科學的創造性」、「探究過程的理論依據性」、「科學知識的暫時性」、「社會協調性」，以及「文化影響層面」。另外，本研究定義的論證能力則包含了「提出論點」、「提出反論點」、「提出支持性的論點」、「提出證據」，和「提出前提或條件」這五項子能力，依據本研究目的會在研究中依據學生的科學認識觀傾向作分群，詳細探討不同科學認識觀傾向的學生其整體論證能力以及各項論證子能力表現的差異，以及不同科學認識觀對於其論證能力表現的影響。. 5.

(16) 第三節研究問題依據本研究之目的，詳細具體的研究問題如下：一、學生論證能力表現情形 1. 學生在經過以「水庫興建預定地的選定」這個社會性科學議題為教學題材的論證教學後，其在「提出論點」、「提出反論點」、「提出支持性的論點」、「提出證據」，和「提出前提或條件」這五項論證子能力的表現為何？ 2. 學生的論證能力在經過以「水庫興建預定地的選定」這個社會性科學議題為教學題材的論證教學後，是否有顯著不同？二、學生的科學認識觀 1. 學生在經過以「水庫興建預定地的選定」這個社會性科學議題為教學題材的論證教學後，其在「科學的創造性」、「探究過程的理論依據性」、「科學知識的暫時性」、「社會協調性」，和「文化影響面」這五個科學認識觀面向的表現為何？ 2. 學生的科學認識觀在經過以「水庫興建預定地的選定」這個社會性科學議題為教學題材的論證教學後，是否有顯著不同？三、學生論證能力表現和科學認識觀間的相關性 1. 不同科學認識觀傾向(偏向建構主義的認識觀、偏向邏輯實證主義的認識觀) 的學生，其論證能力是否有所差異？ 2. 在各個科學認識觀向度(科學的創造性、探究過程的理論依據性、科學知識的暫時性、社會協調性，以及文化影響面)中，不同認識觀傾向(偏向建構主義的認識觀、偏向邏輯實證主義的認識觀)的學生，其論證能力是否有所差異？ 3. 學生在各項論證子能力(提出論點、提出反論點、提出支持性的論點、提出證據、提出前提或條件)的表現，與其科學認識觀的相關性為何？. 6.

(17) 第四節研究的重要性本研究的重要性主要有四大項，分述如下： 1. 能提供未來論證相關實徵研究，針對探討我國國中生之科學認識觀對社會性科學議題的論證表現影響，有更深入的瞭解。 2. 本研究在研發國中生接受論證教學的模組過程，可深入探討哪些設計元素對學生論證能力的培養有所助益，進而增進論證融入科學學習的效益，並做為未來論證教學設計的參考。 3. 若自然科學教師欲進行論證教學，透過本研究對於科學認識觀與論證能力表現間相關性的探討，可以對於教學內容或評量方式有更適切的規劃與設計。 4. 當自然科學教師評量學生的論證能力時，可以透過本研究的結果對於學生論證能力表現的優劣有更好的詮釋與理解，以提升論證教學評量的品質與實質意義。. 7.

(18) 第五節. 名詞釋義. 本研究中相關重要名詞的定義，分述如下：一、. 論證能力(Ability of Argumentation). 本研究關於論證能力的定義與分類，主要以 Toulmin(1958)所提出之論證架構 (Toulmin’s Argument Pattern, TAP)為主要依據，他將論證過程細分成幾個論證要素，分別為：Claim(主張) 、Warrant(理由) 、Data(證據)、Rebuttal(反駁)、Backing(支持性通則)、Qualifier (前提或條件)，再參考 Mason 與 Scirica(2006)以及黃柏鴻與林樹聲(2007)所提的論證能力，其包含三個部份：提出論點(arguments)、提出反論點 (counterarguments)以及提出支持性的論點(supportive arguments)。最後發展出本研究對於論證能力的定義：論證能力指的是提出論點 (arguments) 、提出反論點 (counterarguments)、提出支持性的論點(supportive arguments)、提出證據(data)，以及提出前提或條件(Qualifier)的能力。其中，論點包含主張及理由、反論點則是與論點相反主張的論點、支持性的論點則是當反論點提出後針對論點所做的支持性論述，包含：1)精緻化原理由、2)補充新理由及 3)反駁、證據則是提出能支持其論點的有效資訊，前提及條件則是在提出一項論點時所需考量的前提與條件狀況。二、. 社會性科學議題 (SSI) 有些科學問題出現在社會情境裡，解決途徑往往不是唯一，因而當社會大眾. 面對這些問題時，會因為個人經驗、背景、文化、所處環境或所持立場不同而有不同觀點及不同的解決方式，有時因為無法達到一致的共識而產生爭議，早期學者稱這類問題為「具爭議的社會性科學議題」 (controversial socio-scientific issues) (Stradling, 1984)。後期學者針對此類議題的定義與特性做了更多的描述，指出社會性科學議題主要的特性如下：通常為開放性的問題，且具有對立性論點或社會性兩難，問題的結構較模糊且沒有所謂的正確答案或解決途徑(Sadler, 2004)。本研究針對社會性科學議題的定義，是依據 Sadler (2004)對此類議題的定義，除了因為此定義對於社會性科學議題的內涵及特性描述較完備之外，也因為此定義廣為現在研究這一類型科學議題的學者所使用(Dawson, Venville, 2010; Kolstø, 2006; Patronis, Potari, & Spiliotopoulou, 1999; Sadler, 2004; Zeidler, Walker, Ackett, & Simmons,. 8.

(19) 2002; Zeidler, & Keefer, 2003)。而本研究論證教學的主題－「水庫興建預定地的選定」議題能符合本研究對於 SSI 的定義，是因為興建水庫的主題須考量不同興建預定地的氣候、地質、生態保育、政府或居民等的立場因素，這些因素不僅止於科學知識的考量，也牽涉到社會觀感或文化價值等因素的影響，所以是一個具情境兩難，且沒有唯一正確解決方式的問題，故本研究所選取的「水庫興建預定地選定」議題屬於社會性科學議題。三、. 科學認識觀(Scientific Epistemological View) 科學認識觀指的是一個人對於科學本質、知識發展或特性的瞭解和看法。傳. 統的科學認識觀較偏向邏輯實證主義，現代科學認識觀的趨勢強調融入以社會文化角度理解科學的觀點，整體來說是較偏向建構主義的(劉湘瑤、李麗菁、蔡今中， 2007)。由於在本研究中希望瞭解學生論證能力與科學認識觀的相關性，也基於現代科學認識觀強調考量社會層面的影響，所以採用有明確的科學認識觀面向分類，且具科學本質的社會文化影響層面的科學認識觀定義(Tsai, 1998, 1999)。該定義之科學認識觀包含五個面向： (一) 科學的創造性(Invented and creative, IC) 科學是人類嘗詴瞭解自然界的運行，所創造或發明出來的一套解釋或說法，並非發現自然界中既有存在之真理。 (二) 探究過程的理論依據性(Theory-laden, TL) 科學觀察無法全然客觀，其會受到科學社群的價值觀或科學理論所影響。 (三) 科學知識的暫時性(Changing and tentative, CT) 科學知識會隨著新的證據及理論的出現，而不斷更新演進，並非亙古不變。 (四) 社會協調性(Social negotiation, SN) 科學知識的形成是經過科學社群中，學者們彼此間不斷辯證、討論與切磋所產出的。 (五) 文化影響層面(Cultural impacts, CU) 科學會受到不同社會、文化或政策等影響而因地制宜，並非放諸四海皆準。. 9.

(20) 第二章文獻探討此章節將針對本研究三大主題：論證能力、社會性科學議題、科學認識觀，分段敘述其理論發展的時代背景與歷史沿革，然後針對各主題的定義和特性作說明，最後彙整各主題的相關研究結果，瞭解近期研究發展的趨勢。. 第一節論證能力一、論證的重要性近二十幾年來，論證這個議題開始廣為許多學者所研究(Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon, 2008; Bricker & Bell, 2008; Dawson, & Venville,. 2010; Driver,. Newton, & Osborne, 2000; Kolstø, 2004; Kuhn, 1992; Toulmin, 1958)。而近期論證開始受到科學教育學者重視，並成為當前科學教育一個重要的目標，使得論證教學成為一個逐漸受到重視的教學策略(Bell, 2004; Bricker & Bell, 2008; Dawson, & Venville, 2010; Driver, Newton, & Osborne, 2000; 黃柏鴻、林樹聲，2007)。論證能力的培養在科學教育中占有一定程度的重要性，因為欲使學生成為具科學素養的公民，且讓其能有效解決日常生活中的問題以及協調與溝通人與人之間的紛爭，尌必須加強學生的論證能力(Nussbaum, 2002; Siegel, 1995)。在科學教育中實施論證教學，能提升學生對於學習的主動性，及其科學探究能力與批判性思考能力等等 (Duschl, & Osborne, 2002; 黃柏鴻、林樹聲，2007)。更有學者指出學生學習科學時，應更重視與強調其投入科學知識形成過程實務之學習，例如科學的論證與建模等等，讓學生能更瞭解科學發展的歷程與內涵 (Bricker & Bell, 2008; Duschl, Schweingruber, & Shouse, 2007)。由此可見，論證對於學生學習科學有其相當程度的重要性。另外，從科學的本質來看，論證是為科學知識形成之核心，故透過論證的方式讓學生瞭解與學習科學知識發展過程是合理而可行的(Bell, 2004; Bricker & Bell, 2008)。科學知識形成的過程包含了不同的論證階段與內容：初期科學家針對其欲研究之問題提出他自己的假設後，會先經過自身的論證過程，然後再提出能說服其他科學家的論點和證據，經過學界許多科學家一番論證後再將研究成果公開發表於所在的領域社群中，最終則是將研究結果公諸於社會大眾 (Driver, Newton, & 10.

(21) Osborne, 2000; 黃柏鴻、林樹聲，2007)。從美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science, AAAS)的研究報告指出，論證融入科學教學中，對於學生在科學課室中學習對科學論述做出定義、評價或反駁等等都有很大的助益，故培養學生的論證能力是當前及未來重要的科學教育目標之一(AAAS, 1992; 邱美虹， 1994)。同時在國內的國中九年一貫課程綱要也提到，培養學生批判性思考能力是十分重要的(教育部，2003)，鑑於批判性思考能力當中論證能力的表現尌是其一項重要的指標能力(Freeley & Steinberg, 2005)，由此可看出國內中學科學教育，對於學生論證能力的培養有其冀望與目標性。二、論證的定義關於論證的定義說法甚多，從認知心理學的角度看論證，Kuhn(1992)提出論證是指利用一些證據來支持自己或反對他人意見、主張或結論的過程。透過論證可以檢視人類面對一件事時是如何思考的，可提供瞭解其思考歷程與方式的訊息，所以Kuhn(1992)將論證的形式分成兩類：修辭的論證(rhetorical argument)以及對話的論證(dialogic argument)。修辭的論證指的是一系列關於證明事情真偽的推理，這類型的論證在Boulter, & Gilber (1995)的定義中此種論證稱為教導式論證(didactic argument)，也和Oxford英語辭典中論證的定義相近，指的是為了反對一個立場而提出理由的行為(Driver, Newton, & Osborne, 2000; Kuhn, 1992)。修辭的論證通常多為單向的論證，對應到科學教育中也有修辭論證的例子，例如：當科學教師在教授學生科學知識時，使用傳統單一講述的教學法時，教師將科學理論教授給學生的過程中，必須提出這項理論的主張並說明支持這個理論的理由或證據，去說服學生接受這一項科學理論，其實這尌是一種論證的過程，而這樣的論證屬於單向的論證，即所謂修辭的論證(Driver, Newton, & Osborne, 2000)。另一種論證形式則為對話的論證，則是現今所強調的。對話式的論證參與者可以是兩個或兩個以上，故亦可稱作多方論證(multivoiced argument)，指的是有多方面的觀點相互辯駁與說服的過程，會因不同社會情境而有不同的論證結果出現。如同一些學者所指出的，論證活動在不同的情境下，尌可能有不同型式和內容的論證活動產生，某種程度而言也可說論證是社會性活動之一(Boulter, & Gilbert, 1995; Driver et al., 2000; Toulmin, 1958; 黃柏鴻、林樹聲，2007)。論證的形式也可依據表達方式來分類，可分為口語論證（oral. 11.

(22) argumentation）和書寫論證（written argumentation ）兩種（Simonneaux, 2008）。另外，從Bricker & Bell (2008)針對論證概念形成的各個面向做為分類來看，可以發現論證一詞的來源主要有六個層面：1)形式邏輯2)論證理論3)科學研究4)科學哲學5) 科學的歷史、人類學與社會學6)科學學習。然而，論證與邏輯推理的內涵並不相同，近期學者開始將論證與邏輯兩者作區分，邏輯指的是嚴格依循某些特定的學術規則連結假說與結論，而論證則是一種涵蓋了社會情境與文化的社會性活動，並非只是邏輯規則上的推理(Driver et al., 2000)。發展至今，現在談的論證則多為論證理論 (argument theory)，論證理論主要是由Toulmin(1958)他所著作的一本書－The Uses of Argument－開始發展，他打破傳統邏輯學中論證的概念，將論證定義成考量情境背景的各項要素，詳細地說明論證包含了Claim(主張) 、Warrant(理由) 、Data(證據)、 Rebuttal(反駁)、Backing(支持性通則)、Qualifier (前提或條件)等要素，Toulmin(1958) 論證架構中的論證要素之間的關係如圖 2-1-1 。在眾多的論證定義中，以 Toulmin(1958)所提出來的論證模式(Toulmin’s Argument Pattern, TAP)最具代表性，許多後期研究論證的學者們都是奠基於他的論證架構 (Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon, 2008; Bricker & Bell, 2008; Dawson, & Venville, 2010; Driver, et al., 2000; Kolstø, 2004)。在Toulmin的論證模式中各項論證要素的意義，參考 Toulmin(1958)和黃柏鴻與林樹聲(2007)針對此論證模式所提出的註解，整理出各項論證要素的意義如表2-1-1。論證模式中的「資料」(data)指的是能夠用來支持論證者主張的事實或證據，而證據則是指用來支持一項理論或觀點的實驗數據或圖表、具體事實或研究報告結果等(Taber, Cooke, de Trafford, Lowe, Millins, & Quail, 2006)；「主張」(claim)則指的是論證者根據其收集的資料，透過論證過程所形成的結論；「理由」(warrant)說明了論證者如何從資料推論到主張的過程與方式；「支持性通則」(backings)是論證者用來加強或補充說明其理由的一般性通則；「前提」 (qualifiers)則是指若論證者所支持的主張要成立，其認為需要具備的假設情況或條件；最後，「反駁」(rebuttal)在某些情況或條件之下主張不成立而提出反對的理由或敘述。. 12.

(23) 資料. 前提，主張. 因為. 所以. 理由. 除非. 反駁. 由於. 支持性通則圖 2-1-1. TAP 論證模式(翻譯自 Toulmin, 1958, p.94). 表 2-1-1. Toulmin 論證模式中各項論證要素的意義. 論證要素. 意義. 資料(data). 可以用來支持主張的事實. 主張(claim). 論證者根據資料所形成之結論. 理由(warrant). 說明由資料如何推論至主張. 支持性通則(backings). 用來說明或補充其理由的一般性通則. 前提(qualifiers). 在某些特定的前提或條件下，主張才能成立. 反駁(rebuttal). 在某些情況下主張並不成立，用以反對此主張. 三、論證能力與論證品質瞭解了論證的定義以及培養學生論證能力的重要性之後，再進一步探討所謂的論證能力包含哪些子能力。許多從事論證研究的學者定義論證能力是奠基於 Toulmin的論證架構，再修正後發展出論證能力需具備之要素。Mason & Scirica （2006）以及黃柏鴻與林樹聲（2007）所提的論證能力，主要包含三個部份：提出論點（arguments）、提出反論點( counterarguments)以及提出支持性的論點(supportive arguments)。其中，論點包含了主張及理由；反論點則是指與論點相反主張的論點；支持性的論點則是當反論點提出後，論證者針對論點所做的支持性論述，其中支持性論述包含了：1)精緻化原理由、2)補充新理由及3)反駁。欲分析論證者的論證能 13.

(24) 力，可依據上述論證能力要素分項檢定其論證品質之優劣來作判斷，若論證者能同時提出論點、反論點以及多元觀點的支持性論點，表示其具有較多元的思考及較佳的論證能力（Mason & Scirica, 2006），而能提出較多支持性論點之理由者，以及能反駁反論點之理由者，則表示其有較高層次的論證能力(Sadler & Donnelly, 2006)。不同的研究需求會採取不同的評鑑方式，但大部份的論證能力評鑑主要仍依據 Toulmin(1958)論證架構分析各項論證子能力的品質(Aufschnaiter et al., 2008; Bell, & Linn, 2000; Bricker & Bell, 2008; Dawson, & Venville, 2010; Kolstø, 2004; Osborne, Erduran, & Simon, 2004a, 2004b)。做論證能力評分時，可將論證品質以階層的方式分類，也可採量化記分方式。Osborne et al. (2004a) 將學生的論證能力依據是否有提出主張、理由、證據、支持性通則和前提等分類成四個階層，如表2-1-2。其評分的概念，主要是以論證內容涵蓋了多少論證要素為其評分依據，當只有提出「主張」而未提出其他論證要素時，則評為最低論證品質的「階段一」 (Level 1)；如果論證者有提出「主張」與「證據」，「理由」有無提出皆可，論證品質則評為好一點的「階段二」 (Level 2)；若論證者提出了「主張」、「證據」與「理由」，並再提出「前提」或「支持性通則」兩者其一時，論證品質則評為「階段三」 (Level 3)；最好的論證品質則是所有論證要素：「主張」、「證據」、「理由」、「前提」與「支持性通則」皆有提出者，論證品質被評為最好的「階段四」(Level 4)。. 表 2-1-2. 論證能力階層評分方式(Osborne et al., 2004a). 階層（Level） Level 1. 評分方式提出主張。提出主張、可支持其主張之證據，以及連結主張與證據之. Level 2. 理由(此項有提出與未提出皆可)。提出主張、可支持其主張之證據、連結主張與證據之理由，. Level 3. 以及支持性通則或前提條件。提出主張、可支持其主張之證據、連結主張與證據之理由、. Level 4. 支持性通則，以及前提條件。. 14.

(25) 在Osborne et al. (2004a)的論證品質評分架構中，並未將「反駁」(rebuttal)這項論證要素列入評分依據，然而在Osborne et al. (2004b)中的論證品質評分方式，則是以「反駁」作為論證品質評分的依據，因為Kuhn (1991)指出「反駁」是最複雜的論證技能，若能有較好的「反駁」能力則表示有較好的論證能力，所以Osborne et al. (2004b)對於論證品質的評分方式，會依據論證者所提出之「反駁」的品質來區分整體論證品質的好壞，其評分架構表如表2-1-3。其評分的架構共分為五個階段，當只有提出簡單的「主張」時，則評為最低論證品質的「階段一」 (Level 1)；如果論證者有提出「主張」，且提出「證據」、「理由」或「支持性通則」三者其中一個，而沒有提出任何「反駁」者，則論證品質則評為「階段二」 (Level 2)；若論證者提出了「主張」或「相反的主張」，且提出「證據」、「理由」或「支持性通則」三者其中一個，並且有提出些微較弱的「反駁」者，其論證品質則評為「階段三」 (Level 3)；若論證中提出「主張」，並有提出清楚定義的「反駁」，則論證品質評為「階段四」(Level 4)；最後，若論證中提出「主張」，並有提出超過一個清楚定義的「反駁」，則論證品質評為最好的「階段五」(Level 5)。. 表 2-1-3. 含反駁的論證能力階層評分方式(Osborne et al., 2004b). 階層（Level） Level 1. 評分方式提出簡單的「主張」或「主張與相反的主張」提出「主張」，且提出「證據」、「理由」或「支持性通則」. Level 2. 三者其中一個，但沒有提出任何「反駁」提出了「主張」或「相反的主張」，且提出「證據」、「理由」. Level 3. 或「支持性通則」三者其中一個，並且有提出些微較弱的「反駁」. Level 4. 提出「主張」，並有提出清楚定義的「反駁」. Level 5. 提出「主張」，並有提出超過一個清楚定義的「反駁」. 15.

(26) Mason & Scirica (2006)則是詴著將論證能力以量化的方式評鑑，尌像其在「提出論點」這項子能力的評分方式，即依據論證者所提出之適切主張與理由之個數合併記分，再以分數當作評鑑論證者論證能力之指標如表2-1-4。其評分的概念，是依據論證內容的適切性及數量分階段給予分數，例如：完全沒提出論點則完全不給分；有提出論點但論點並不完整者則給1分；有提出符合主題的論點，但沒有提出完全正確的理由時則給予2分；有提出符合主題的論點，並提出一個正確的理由尌給予3分；最後，若有提出符合主題的論點，並提出二個以上正確的理由尌給予4 分。表 2-1-4. 論證能力量化評分方式 (Mason & Scirica, 2006) 分數. 評分方式. 0分. 無提出任何論點. 1分. 提出不完整的論點. 2分. 提出適切論點，但未提出完全正確之理由. 3分. 提出適切論點，並提出一個正確的理由. 4分. 提出適切論點，並提出二個或二個以上正確的理由. 林樹聲與黃柏鴻(2009)探討我國國小六年級學童之學業成尌與論證能力相關性的研究中，將論證能力問卷內容依據其評分架構轉換成分數的形式，以分數代表其論證能力的高低。其論證評分架構如表2-1-5，其論證能力分成「提出主張與理由」、「提出反論點」、「提出支持的論點」以及「證據的敘述」四大面向，各自依據論證內容的適切性與數量計分。在「提出主張與理由」中，未填答或答非所問者不給分，提出主張沒有理由則給1分，提出一個主張一個理由則給2分，提出一個主張和多個理由則給3分；「提出反論點」中，未填答或答非所問者不給分，提出一個反論點的理由尌給一分，最後再加總以總分計算；在「提出支持的論點」中，未填答或答非所問者不給分，提出「精緻化理由」、「補充新理由」或「反駁反論點」三者任何一個尌給一分，最後再加總以總分計算；「證據的敘述」中，未填答或答非所問者不給分，提出一個合理的證據或敘述尌給一分，最後再加總以總分計算。. 16.

(27) 表 2-1-5. 國內論證能力量化評分方式 (林樹聲與黃柏鴻, 2009). 論證內容. 評分. 評分方式. 0分. 未填答或答非所問. 1分. 提出主張沒有理由. 2分. 提出一個主張一個理由. 3分. 提出一個主張和多個理由. 0分. 未填答或答非所問. 提出主張與理由. 提出反論點提出一個反論點的理由尌給一分，最後再加總以總分計算 0分提出支持的論點. 未填答或答非所問. 提出「精緻化理由」、「補充新理由」或「反駁反論點」三者任何一個尌給一分，最後再加總以總分計算 0分. 證據的敘述. 未填答或答非所問. 提出一個合理的證據或敘述尌給一分，最後再加總以總分計算. 四、. 論證相關研究近十幾年來，論證研究有不同的研究面向各自發展著，主要的研究方向有「促. 進論證教學成效」、「論證能力相關實證研究」以及「論證與學生特質」，以下將尌這兩大論證研究重點，分別敘述近年來相關研究的結果與發展情形。 (一) 促進論證教學成效早期Kuhn(1991)做了一系列關於學童及成人論證能力表現的研究，其研究結果顯示低成尌者面對社會性爭議議題時，對於「資料」與「主張」之間的連結表現並不好，且更進一步指出論證能力並非與生俱來而是需要培養與練習的，所以為了促進學生論證能力所進行的論證教學是需要有適切的教學策略運用及設計的。 Hogan & Maglienti (2001)以及Zohar & Nemet (2002)研究也指出若只單純讓學生討論社會性爭議議題，並沒有辦法培養學生做出有效的論證，還是要有適當的論證教 17.

(28) 學策略及素材融入，才能真正達到培養學生論證能力的目標。黃柏鴻與林樹聲(2007)的研究中整理出進行論證教學可運用的策略及相關注意事項，如表2-1-6。教學策略主要包含了六大項：「論證因子寫作」、「兩難情境」、「角色扮演」、「競爭理論」、「辯論」以及「科學探究與發表」。「論證因子寫作」是讓學生在論證過程中，針對論證的主題與內容寫下論證要素：「資料」、「主張」、「理由」、「反駁」、「證據」與「支持性通則」以讓學生更瞭解論證的過程與內容；「兩難情境」指的是要提供一個兩難的情境以供學生討論與辯證；「角色扮演」是讓學生親身扮演角色，以角色立場提出論點或證據等等；「競爭理論」是提供相互競爭的多種解釋，讓學生可進行辯證以激盪出更多的想法與討論；「辯論」是讓學生分成支持不同主張的派別，分別提出各自的論點與證據並相互辯證，再針對不同的論點提出反駁或加強自己的論點；「科學探究與發表」是在學生收集與論證主題相關的資料時，讓學生利用新聞、網路或書籍等等資料來源進行收集與整合，最後再讓學生以口頭發表或撰寫書面報告等方式呈現其資料收集的結果。這些教學策略的運用能提供教師作論證教學設計時的參考，本研究也運用了這些教學策略於論證教學中，關於此課程教學的內容與策略之間的對應，將於第三章的「論證教學課程設計」中作詳細的說明。表 2-1-6. 黃柏鴻與林樹聲(2007)論證教學策略. 論證教學策略. 內容. 論證因子寫作. 讓學生在論證過程中，針對論證的主題與內容寫下論證要素：「資料」、「主張」、「理由」、「反駁」、「證據」與「支持性通則」以讓學生更瞭解論證的過程與內容. 兩難情境角色扮演競爭理論辯論. 科學探究與發表. 提供一個兩難的情境以供學生討論與辯證讓學生親身扮演角色，以角色立場提出論點或證據等等提供相互競爭的多種解釋，讓學生可進行辯證以激盪出更多的想法與討論讓學生分成支持不同主張的派別，分別提出各自的論點與證據並相互辯證，再針對不同的論點提出反駁或加強自己的論點學生收集與論證主題相關的資料時，讓學生利用新聞、網路或書籍等等資料來源進行收集與整合，最後再讓學生以口頭發表或撰寫書面報告等方式呈現其資料收集的結果 18.

(29) (二) 論證能力相關實證研究近十年來，與論證相關的實證性研究各有不同的研究方向，在此依據這些論證研究的對象、探討的問題與論證能力評量的方式，說明這幾年來論證研究的發展與趨勢。黃柏鴻與林樹聲(2007)針對論證教學相關實證研究所作的整理中，彙整了由 1999年至2004年之國外十篇關於論證教學的重要研究，本研究加入2008年兩篇國外論證實做研究後，依據研究對象、研究問題以及研究結果，將其整理成表2-1-7。由論證相關實證研究內容彙整的結果發現，國外關於論證的研究，主要的研究對象為八年級到十二年級的中學階段學生，也尌是對應我國的國中及高中階段學生，其中也有研究的對象為大學生與職前教師，但相對較少，而以國小學童為研究對象者則更少。關於論證的主題，在1999年至2008年的十二篇論文當中有七篇以SSI作為論證的題材 (Albe, 2008 ； Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon, 2008 ； Jiménez-Aleixandr, 2002 ; Osborne et al., 2004b ; Patronis, Potari & Spiliotopoulou, 1999；Simonneaux, 2001；Zohar & Nemet, 2002)，另外五篇則以科學現象或科學理論作為論證的題材(Bell & Linn, 2000；Bloom, 2001；Lawson, 2002；Niaz, Aguilera, Maza, & Liendo, 2002 ; Yerrick, 2000)。關於這些研究所關注的問題，早期著重探討論證教學前後，學生在論證能力、科學本質與科學知識三個層面的改變 (Bell & Linn, 2000 ； Bloom, 2001 ； Jiménez-Aleixandr, 2002 ; Osborne et al., 2004b ; Potari et al., 1999；Simonneaux, 2001 ; Yerrick, 2000；Zohar & Nemet, 2002)，而近期研究則延續探討學生先備的科學知識對於論證能力表現的影響(Aufschnaiter, et al., 2008)，以及論證過程中學生的社會互動對於論證能力表現的影響(Albe, 2008)，或進一步探討論證教學實務上促進學生論證能力提升的因素(Dawson & Venville, 2010)。這些研究結果顯示，經過論證教學後學生的論證能力表現皆有所提升 (Bell & Linn, 2000 ； Bloom, 2001 ； Jiménez-Aleixandr, 2002；Lawson, 2002; Osborne et al., 2004b ; Potari et al., 1999；Niaz et al., 2002 ; Simonneaux, 2001；Yerrick, 2000；Zohar & Nemet, 2002)，且學生學習科學知識的成效亦有所提升(Bell & Linn, 2000；Bloom, 2001；Jiménez-Aleixandr, 2002 ; Osborne et al., 2004b ; Niaz et al., 2002 ; Simonneaux, 2001；Yerrick, 2000； Zohar & Nemet, 2002)，也能增進學生對於科學本質的了解(Bell & Linn, 2000； Bloom, 2001；Niaz et al., 2002 ; Yerrick, 2000)。然而，影響學生論證表現的因素， 19.

(30) 早期研究大多停留在論證教學課程設計對學生論證表現的影響，例如學生對於議題的先備知識與日常經驗，會影響其論證能力的表現(Bell & Linn, 2000；Bloom, 2001)，且學生對於論證主題的價值觀與態度也影響了學生的論證表現(Bloom, 2001；Jiménez-Aleixandr, 2002；Patronis et al., 1999)，而在論證教學中教師若有適時地引導學生進行論證，也有助於提升學生論證能力表現(Bell & Linn, 2000； Dawson & Venville, 2010 ; Osborne et al., 2004b)。近期探討影響學生論證表現的因素，則將重點放在論證過程中學生本身特質對其論證表現的影響。其中Dawson & Venville (2010)的研究結果顯示，會影響學生論證能力的因子主要包含四大項，分別是：教師是否帶動全班討論、論證寫作架構的運用、社會性科學議題的應用，以及學生所扮演的角色。以學生本身的影響因素來看，在論證過程中學生的科學知識理解情況會影響其論證表現，當學生面對論證議題時，會先運用其對此議題的先備知識來處理問題，在經過論證活動以後，會發展到更高層次的科學理解 (Aufschnaiter, et al., 2008 )。另外，論證過程中學生的小組討論與社會互動的強弱，亦會影響其論證能力的表現(Albe, 2008)。表 2-1-7. 1999年至2010年國外相關論證實證性研究(參考黃柏鴻與林樹聲, 2007). 研究者. Albe (2008). 研究對象. 論證主題. 研究問題. 研究結果. 看學生在社會性科. 論證是由科學資. 學議題上作小組討. 料、常識以及認識觀. 16~18歲. 電磁波是否論，科學知識、日常考量所建構而成，且. (11年級). 對人體有害. 生活經驗以及社會. 學生在小組的社會. 因素考量三者如何. 互動會影響其論證. 相互影響. 表現當學生投入論證時. Aufschnaiter, et al.(2008). 12~13歲 (8年級). 募捐興建動物園. 學生的科學知識在. 會運用到其先備知. 論證過程之運用與. 識與經驗，並利用這. 影響. 些知識建構較高知識層次的科學理解. 20.

(31) 1. 科學本質、科學知識與論證能力皆提升 2. 學生先備知識與 Bell & Linn (2000). 14歲. 光的傳遞. 透過電腦線上學習. 經驗會影響其論. 探討學生論證表現. 證能力的表現 3. 論證能力需長時間培養，教師引導有助於提升學生論證能力表現 1. 科學本質、科學知識與論證能力皆提升. Bloom. 12~14歲. 密度與浮力. 探討學生在密度問題的論證表現. (2001). 2. 學生的先備知識與其對論證主題的價值觀會影響其論證能力的表現影響學生論證技能的四大要素： 1. 教師帶動全班討. 探討有效提升學生. Dawson & Venville (2010). 16歲. 基因工程. 論證能力的教學策略與因子. 論 2. 論證寫作架構的應用 3. 運用社會性科學議題 4. 學生扮演的角色. 21.

(32) 5. 科學知識與論證能力皆提升下水道工程 JiménezAleixandr (2002). 18歲. 對濕地保育. 對於環境議題學生的論證能力表現. 的影響. 6. 學生對論證主題的價值觀會影響其論證能力的表現科學本質與論證能. Lawson (2002). 職前教師. 燃燒與空氣. 探討職前教師的論. 力皆提升(對科學知. 壓力問題. 證能力表現. 識的改變否未做探討). Niaz, Aguilera, Maza, & Liendo, (2002).. 探討學生瞭解原子 19歲. 原子結構. 結構問題的概念改變與論證. 科學本質、科學知識與論證能力皆提升 1. 科學知識與論證. 瞭解學生論證能力 Osborne et al.. 12~13歲. (2004b). (8年級). 設立動物園. 能力皆提升. 表現及探討能提升. 2. 論證能力需長時. 學生論證技能的教. 間培養，教師引. 學策略. 導有助於提升學生論證能力表現 1. 科學知識與論證能力皆提升. Patronis et al. (1999). 14歲. 社區道路設. 瞭解學生論證能力. 計. 表現. 2. 學生的先備知識與其對論證主題的價值觀會影響其論證能力的表現. Simonneaux. 17歲. 基因改造鮭. 探討學生利用角色. 22. 科學知識與論證能.

(33) (2001). 魚的養殖場. 扮演作論證的論證. 興建問題. 表現. 力皆提升. 日常生活問 Yerrick (2000). 16歲. 題:燈泡發. 瞭解學生論證能力. 科學本質、科學知識. 光原理、電. 表現. 與論證能力皆提升. 瞭解學生論證能力. 科學知識與論證能. 池供電等 Zohar & Nemet. 16歲. 基因療法. 表現. (2002). 23. 力皆提升.

(34) 第二節社會性科學議題一、從 STS(Science, Technology, and Society)到 SSI 於 1970 年代晚期，正逢美國科學教育的第二次改革運動，許多教育學者觀察到社會環境的快速變動、科技所帶來的社會問題，以及科技的發展與科學領域長足的進步等，並且因應培養具有科學素養能力公民的教育目標，開始將科學教育的重點放在科學、技學與社會這三者間的相關與連結，希望在科學教學中能讓學生瞭解科學、技學和社會之間的相互影響，強調科學與技學之間密不可分的關連，此一關連也深深地影響著社會環境的改變與文化價值觀的變革，於是開始有了科學、技學與社會(Science, Technology, and Society, 簡稱 STS)教學的科學教育理念被提出 (Bybee, 1985)。接續 STS 教學理念後，有學者提出以議題為導向的科學教育理念－ Science-Technology-Society-Environment Education, 簡稱 STSE(Hodson, 1994, 2003; Pedretti, 2003)。但這兩種教學都有它的不足及限制存在，STS(E)教學在探討倫理議題時往往只談論到議題的內容，點出道德兩難處和爭議點，但並不會去強調議題在文化、道德、情感與科學本質等等之間的連結，也未進一步瞭解學習者本身對於科學本質的瞭解及其道德觀等等之變化，所以只能瞭解到問題的表面，反而沒有發揮出這種教學課程的潛能(Zeidler, Sadler, Simmons, & Howes, 2005)。另外，STS(E)在教學實務層面也有它的困難或限制存在，Shamos(1995)指出 STS 教學所使用的議題，例如：核能開發議題，往往不夠貼近學生日常生活經驗，可能是問題的時間或空間尺度太大，以致學生在討論的過程中不易達到更切題的討論，教師在教學上也可能出現困難，學生學習成效也有限。然而，其實 STS(E)教學理念發展到後期漸漸脫離了學者研究的重心，是因為其最被研究學者認為不足的地方是，STS(E)教學背後缺乏了理論架構的支持，比較偏向是一項教學策略或教育理念，而非一個具有完整理論架構的教育理論(Zeidler et al., 2005)。當時，主要研究 STS(E)教學的學者 Yager (1996)尌將 STS(E)教學視為是一種科學教育的情境。繼 STS(E)教學之後，近期較多學者關注的重心在於科學教育中帶入社會性的科學議題(Socio-Scientific Issues, 簡稱 SSI )。SSI 和 STS(E)教學不同之處在於，SSI 更加地強調透過這項教學策略能使學生瞭解，社會中一些科學議題和其相關的議題決策如何反映出了社會性的考量與特性，例如社會文化脈絡下的道德規範、倫理價. 24.

(35) 值觀、社會觀感，或是政策指向等等(Driver et al., 2000; Sadler, 2004; Zeidler et al., 2005)。廣義地來說，SSI 包含了所有 STS 的內涵，並且還更全面地含括了科學議題裡道德倫理面向的問題探討、學習者在學習社會性科學議題時的情意層面和認識觀之發展與變化，以及對於學習者的論證與推理能力的重視(Zeidler, Walker, Ackett, & Simmons, 2002)。近期學者在這個議題的研究，欲連結心理學與社會學兩個領域，由 SSI 的運用瞭解學生個人認知與道德層面的發展，進而達到提升學生科學素養的目標(Zeidler & Keefer, 2003)。而這個概念的架構，最早是由 Zeidler & Keefer (2003) 所提出，後來經過原作者的修正後，Zeidler et al. 於西元 2005 年提出了如圖 2-2-1 的架構。這個架構圖可視為是一種詴驗性的概念模型，它說明了 SSI 教學課程應包含四個重要的內容，包含：「科學本質的議題」、「論證的議題」、「文化的議題」，以及「案例導向的議題」。透過在科學課程中運用這些議題，來促進學生的認知及道德發展，最終達到提升學生科學素養的目標。研究者可以透過這個架構研究不同主題，例如在科學本質議題的部份，可以讓我們瞭解到不同科學認識觀的學生，其在使用與評價證據時有何異同或特性。關於論證議題可以針對 SSI 的議題來研究學生如何建構論證的內容，分析其論證能力的變化。針對文化的議題則可以探索學生多元觀點的發展以及文化包容的情形；案例導向的議題則是能從中分析 STS(E)和 SSI 之間的差異，進而探討使用 SSI 時學生的倫理道德察覺的發展情形等。. v 功能性科學素養. 促進. 文化的議題瞭解. 個人的認知與道德發展. 解. 瞭. 瞭. 案例導向的議題. 圖 2-2-1. 論證的議題瞭解. 解科學本質的議題. 運用 SSI 教學提升科學素養(翻譯自 Zeidler et al., 2005, p.361). 25.

(36) 二、社會性科學議題的定義社會性科學議題(SSI)指的是具有對立性論點或社會性兩難問題，且這些兩難問題和科學之間有概念層面或科技層面上的連結或相關性(Sadler, 2004)。這類問題的解決途徑往往不是唯一，因而當社會大眾面對這些問題時，會因為個人經驗、背景、文化、所處環境或所持立場不同而有不同觀點及認同的解決方式，所以無法達到一致的共識而產生爭議，故也有學者稱這類問題為「具爭議的社會性科學議題」 (controversial socio-scientific issues)(Stradling, 1984)。而 SSI 最主要的幾項特性尌是，這類問題通常是開放性的問題並且問題的結構模糊，並不是是非對錯分明的問題，而是具有情境兩難的情形(Sadler, 2004)。. 三、社會性科學議題與論證我國教育部(2003)的科學課程綱要中，強調透過科學課程增進學生的科學素養，以及培養學生除了科學知識學習之外的各項能力，包含分析、整合與評鑑資料的能力、解決問題的能力，以及批判思考能力等等。在科學課程中融入 SSI，是能有效增進學生科學素養的教學策略之一，所以 SSI 教學對於現在與未來的科學課程有其相當程度的重要性與實用性(林樹聲、黃柏鴻，2009)。尤其在批判性思考能力的培養上，論證能力尌是其一項重要的指標性能力(Freeley & Steinberg, 2005)，更有學者提到，運用 SSI 於教學上有助於學生論證能力的培養(Jimenez-Aleixandre, 2002)。由此可見，運用 SSI 在論證教學上是可行的，且可達到提升學生科學素養的目標。在 Zeidler et al. (2005)所提出之「運用 SSI 提升功能性科學素養」架構中，「課室討論的議題」強調同儕互動與討論的重要性，因為透過課堂中同儕間或師生間的討論互動，有助於提升學生的科學素養(Driver et al., 2000; Zeidler, 1984; Zeidler, Osborne, Erduran, Simon, & Monk, 2003)。同時也能進一步將可討論的議題應用在論證教學上，讓學生討論受社會因素影響的科學議題時，能透過論證的過程，釐清這個問題在社會文化與科學等層面之間的關聯性或矛盾爭議所在，同時提升學生的論證能力(Zeidler et al., 2003)。所以有許多和論證相關的研究會以 SSI 作為教材的內容或呈現方式。. 26.

(37) Sadler (2004)針對近期 SSI 及論證的相關研究重點做整理，如圖 2-2-2 所示。此圖顯示近十年來關於論證與 SSI 的相關研究，主要分成科學課程以 SSI 呈現，以及以論證與 SSI 作為課程內容兩種。前者的相關研究顯示，若只在科學課程中單純使用 SSI ，則課程前後學生的論證能力表現並不會有太大的提升或改變 (Jime´nez-Aleixandre, Rodrı´guez, & Duschl, 2000)。融入科學課程的科學議題若能和學生的生活經驗貼近，則較能提升學生的論證技能(Potari et al., 1999)；後者則是在教學設計上含有 SSI 和論證教學，研究結果顯示 SSI 教學可以增進學生科學知識的學習，但卻不一定能提升學生的論證技能(Kortland, 1996；Zohar, & Nemet, 2002)。. SSI 與論證的研究具. 包. 有. 含. 明確的 SSI 與論證課程. 示. 顯. 果結. 增進知識但未提升論證技能. Kortland, 1996. 圖 2-2-2. SSI 的呈現. 結果顯. 議. 示. 建. 究. 研. 加強個人與議題的連結，以提升論證技能. 知識與論證技能皆有所提升. Zohar, & Nemet, 2002. 結果顯示. 相對較素樸的論證表現. Patronis, et al., 1999. 近十年 SSI 與論證之相關研究(翻譯自 Sadler, 2004, p.516). 27. JimenezAleixandre, et al., 2000.

(38) 第三節科學認識觀一、認識觀與認識信念(Epistemological belief) Kuhn (2000)指出認識信念即指對於認識這件事或是知識的想法、觀點或價值觀，而認識觀也深深影響著智力的表現以及論證能力，其研究也顯示認識論信念和論證能力之間有正相關。早期對於知識的形成、發展與演變的理解，以哲學的角度切入，即形成所謂的「知識論」(Epistemology)亦有人稱作認識論。早期對於科學知識的理解主要以「邏輯實證論主義」(Logical Positivism)為主，強調科學的整合、統一與邏輯特性，科學知識是由數學及邏輯所架構出來的產物，具有一定的規律性與可驗證性。但現今的知識論則較偏向「建構主義知識論」 (Constructivist Epistemology )，並且強調融入心理學的觀點於其中(Kuhn, 2000)，更加重視科學知識在社會與人文層面的發展與影響，也強調科學並非亙古不變，而是會依時間、空間、文化與人文社會而有所不同，即科學知識是具有時代意義的(historic)、暫時性的(tentative)以及情境的(contextual) (劉湘瑤、李麗菁、蔡今中，2007)。. 二、科學認識觀的定義科學認識觀指的是一個人對於科學本質、知識發展或特性的瞭解和看法。而科學本質(Nature of Science, 簡稱NOS)又為何？根據AAAS(1989)對於科學本質的定義，將之區分成三大面向，分別為科學世界觀、科學探究活動以及科學事業，而林陳涌(1996)則是將科學本質以科學方法、科學知識與科學事業三者為分野。對於科學本質的觀點、看法與價值觀即是所謂科學認識觀或科學本質觀，所以科學認識觀的探討和科學哲學的探討即密不可分。傳統的科學認識觀較偏向邏輯實證主義，現代科學認識觀的趨勢強調融入以社會文化角度理解科學的觀點，整體來說是較偏向建構主義的(劉湘瑤、李麗菁、蔡今中，2007)。關於對於科學本質瞭解的研究有許多，由於在本研究中希望瞭解學生論證能力與科學認識觀細部內容的相關性，也基於現代科學認識觀強調考量社會層面的影響，所以採用對於科學認識觀各面向分類較明確，且對於科學本質中社會文化影響層面有所強調的Tsai(1998, 1999)對於科學認識觀的定義。其定義科學認識觀包含五個面向：. 28.