國小高年級學生於科學寫作中融入論證的論證能力及概念理解之研究

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(1)國立台中教育大學科學應用與推廣學系科學教育碩士學位暑期在職進修專班碩士論文指導教授：游淑媚博士. 國小高年級學生於科學寫作中融入論證的論證能力及概念理解之研究 Study of Senior Elementary Students’ Argumentation Abilities and Conceptual Understanding with Scientific Writing Integrated Argumentation. 研究生：王梓倫撰. 中華民國 100 年 11 月.

(2) . 摘. 要. 本研究之目的旨在探討國小高年級學生於科學寫作中融入論證，以科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容和科學性議題「光的行進」為議題，進行科學寫作的論證能力、概念理解。研究方法採質性研究。研究對象為北部地區某國小高年級一班 25 位學生。寫作論證過程共有四項活動，分別為學生在繪本中、同儕間、探究活動和啟發式科學寫作的寫作活動，每週兩堂課八十分鐘，共計十二週。寫作論證的活動前後以「概念評測工具」施測。資料收集學生在繪本中、同儕間、探究活動及啟發式科學寫作時的寫作內容、概念評測工具的問答組合以及晤談的逐字稿。資料分析依研究目的區分為二部份，論證能力部份以「Toulmin 論證模式」（Toulmin Argumentation System, TAS ）分析論證要素並並參酌 Osborne, Erduran 與 Simon(2004)和 Venille 與 Dawson (2010)之論證分級標準後訂出本研究之論證分級標準以判定學童的論證能力。資訊判準為釐清學生將搜尋的資訊和自己想法比較的類型，研究者透過收集的資料分類為七個類型。概念理解部份採 Hogan 與 FisherKeller (1996)之「學生敘述與專家命題敘述比較表」酌予修改以判定學生概念理解程度。由研究者與另一位具論證背景的科教碩士生進行檢核要素分析及能力分析的一致性，論證要素分析總計 876 個片段，一致性為 92.6％。概念理解分析總計 422 個片段，一致性為 92.9％。研究結果發現：整體而言；在論證要素方面：學生第二次對科學繪本內容寫作論證，學生在論點上都是以主張、資料為主，要素「理由」在第二次對科學繪本內容寫作論證和啟發式科學寫作兩項活動中排名第三，但在對同儕論點寫作論證和探究活動寫作論證兩項活動中則是「反駁」排名第三。在資料論述上以對同儕論點寫作論證時高於其它活動，發現學生在對同儕論點進行寫作論證時，提出較多的資料支持論點。而在理由的論述上則以第二次探究活動為多，要素「支持」為學生在探究活動的論述裡較能被發現用來支持主張。從整體來看，從主張、資. . i.

(3) . 料為主而修飾、支持較少而言，學生於前述四項活動中進行論證的表現屬於以主張、資料支持的反駁論述，僅在探究活動時，提出反駁和理由的比率有增加。在論證能力方面：層級一、二於第一次同儕間論點寫作論證中所佔比例較高，層級三於第三次同儕間論點寫作論證中所佔比例較高、層級四於第二次探究活動寫作論證中所佔比例較高、層級五於第四次同儕間論點寫作論證中所佔比例較高。以層級一、二主要於第一次同儕間論點寫作論證中較高，而層級四於第二次探究活動寫作論證、層級五於第三次同儕間論點寫作論證所佔比例較高。資訊判準方面：學生認為網路資料和自己的想法衝突，而書本的資料則和自己的想法相似。另外在資訊與個人的想法比較上，多舉出資料和個人想法的差異，但未解釋原因。在概念理解方面：學生聚焦三個核心概念，分別為「光的反射」、「光的行進狀態」、「光的規律反射」。學生於「光的行進狀態」易產生概念理解「提昇」。在「光的反射」易發生概念理解「未提昇」及「不變」。教學實務與未來研究建議：在教學實務上，於論證要素，對寫作單妥適的安排設計，並以引導的空格或提示加強要素的練習；於論證能力，以寫作論證融入同儕間、探究活動和科學繪本的方式，促進學生論證能力；於概念理解，藉由同儕相互論證的方式，促進學生在光學科學概念上的理解。在未來研究上，於寫作論證能力，針對學生如何使用支持、修飾等要素來精緻論述進行相關的研究，或設計引導學生使用支持、修飾等要素進行論證的鷹架；於概念理解，針對本研究未聚焦概念進行研究；於資訊搜尋和判準，以更多元的媒介促進學生搜尋資訊和對資訊判準的能力。關鍵字：科學寫作、論證能力、概念理解. . ii.

(4) . Abstract The purpose of this study was to explore the argumentation ability and conceptual understanding of 25 upper graders in a northern elementary school. With Argumentation Integrated Scientific Writing about the contents of the science picture book, magic school bus gets a bright Idea with “path of light” as the scientific issue. This research was a qualitative study. The written argumentation process comprised four activities: in the picture book, during peer and science inquiry, and in science writing heuristic, respectively, with two 80-minute classes taught per week for 12 weeks in total. The concept assessment tool that was used for test before and after the written argumentation activities. Collected data included the students’ writing contents in the picture book, during peer and science inquiry and in science writing heuristic, question and answer combinations of the concept assessment tool, and verbatim transcripts of interviews. Data analysis comprised two parts. The argumentation ability was determined through the Toulmin Argumentation System (TAS) that analyzed argumentation elements and the argumentation classification criteria developed in this study with reference to Osborne, Erduran, and Simon (2004) and Venille and Dawson (2010) classification criteria. For determining the accuracy of information and to clarify the type of comparison done by the students on the searched information and their ideas, the researcher classify the collected data into seven types. On the other hand, Hogan and FisherKeller (1996) compare students’ descriptions to expert proposition statements table was modified and used to determine the students' conceptual understanding. The researcher and a master in science education with experience in argumentation checked the consistency of the element analysis and the ability analysis. The consistency was 92.6% for the total of 876 segments in the argumentation element analysis. It was 92.9% for the total of 422. . iii.

(5) . segments in the conceptual understanding analysis. Results of the study: Generally speaking, as far as the argumentation elements are concerned, the second written argumentation of the students toward contents of the Science Picture Book mainly featured claims and data. The element “Warrant” ranked third in the two activities, the second written argumentation toward contents of the Science Picture Book and science writing heuristic. However, for written argumentation against peer arguments and during the science inquiry, “Rebuttal” ranked third. In terms of data elaboration, it was higher in the written argumentation against peer arguments than in other activities. It is found that the students proposed more data to support their arguments during their written argumentation against peer arguments. On the part of warrant elaboration, the second science inquiry had the most elaboration. The element “Backing” was more likely to be identified and used to support the students’ claims during science inquiry. As a whole, there were more claims and data and fewer backing and qualifiers. Therefore, the performance of the students in their argumentations during the aforementioned four activities falls in the category of claims and data-backed rebuttal elaboration. Ratios of rebuttals and warrants only showed an increase only during science inquiry. For the argumentation ability, Levels 1 and 2, Level 3, and Level 5 had higher ratios in the first, third, and fourth written argumentations against peer arguments, respectively, while Level 4 had a higher ratio in the written argumentation during the second science inquiry. Levels 1 and 2 mainly had higher ratios in the first written argumentation against peer arguments. Level 4 had a higher ratio in the written argumentation during the second exploratory activity while Level 5 had a higher ratio in the third written argumentation against peer arguments. As far as determination over information accuracy isconcerned, the students believed that data on the Internet conflicted with their ideas and those in the book fell in line with their ideas. In addition, in the comparison of . iv.

(6) . information and their personal ideas, most of the students mentioned the difference between the information and their personal ideas but did not explain why. In terms of conceptual understanding, the students focused on three core concepts, reflection of light, path of light, and rhythmic reflection of light. For "path of light”, the students tended to develop conceptual understanding of “promotion.” For "reflection of light,” they tended to develop conceptual understanding of “not promoted" and “unchanged.”. Suggestions for teaching practice and future studies: In teaching practice, practice on argumentation elements should be enhanced by properly arraning and designing student＇s writing sheets with addition of guiding blanks or small hints; Students’ argumentation ability should be promoted by combining peer activities, science inquiry, and the Science Picture Book in written argumentation; In terms of conceptual understanding, peer interactive argumentations should be adopted to promote students’ understanding of scientific concepts. Future studies should focus on how students apply backing and qualifiers, among other elements to refine their elaborations to boost their written argumentation ability or the design of a framework that guides students through application of backing and qualifiers, among other elements in their argumentation. For conceptual understanding, future studies should focus on concepts not explored in this study. As far as information search and accuracy determination is concerned, future studies should apply more diversified media to boost students’ ability to search for information and determine the accuracy of the information. Keyword: Scientific writing, argumentation ability, conceptual understanding. . v.

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(8) . 目次摘. 要.......................................................................................................................................... i. Abstract..................................................................................................................................... iii 目次............................................................................................................................................ vi 表目次...................................................................................................................................... viii 圖目次......................................................................................................................................... x 第一章. 緒論............................................................................................................................. 1. 第一節. 研究背景與動機................................................................................................. 1. 第二節. 研究目的與問題................................................................................................. 4. 第三節. 名詞釋義............................................................................................................. 6. 第四節. 研究範圍及限制................................................................................................. 9. 第二章. 文獻探討................................................................................................................... 10. 第一節. 探究與論證....................................................................................................... 10. 第二節. 科學寫作與科學繪本相關研究....................................................................... 19. 第三節. 論證相關研究................................................................................................... 21. 第四節. 光學概念相關研究........................................................................................... 25. 第五節. 資訊搜尋及判準相關研究............................................................................... 28. 第三章. 研究方法................................................................................................................... 31. 第一節. 研究架構........................................................................................................... 31. 第二節. 研究對象與研究者背景................................................................................... 33. 第三節. 研究工具........................................................................................................... 34. 第四節. 研究設計與流程............................................................................................... 40. 第五節. 資料收集與分析............................................................................................... 46. 第四章. 結果與討論............................................................................................................... 56. 第一節. . 學生於寫作論證活動中之要素與能力........................................................... 56. vi.

(9) . 第二節第五章. 學生於寫作論證中之概念理解....................................................................... 92. 結論與建議........................................................................................................... 125. 第一節. 研究結論......................................................................................................... 125. 第二節. 建議................................................................................................................. 133. 參考文獻................................................................................................................................. 135 中文文獻......................................................................................................................... 135 英文文獻......................................................................................................................... 138 附錄一. 論證要素學習單..................................................................................................... 140. 附錄二. 光行進概念評測工具 ............................................................................................ 147. 附錄三. 光行進概念評測工具 ............................................................................................ 148. 附錄四. 概念對照表............................................................................................................. 149. 附錄五. 「魔法校車-聰明亮點子（光的秘密）閱讀省思單」 ....................................... 150. 附錄六. 「魔法校車-聰明亮點子（光的秘密）閱讀省思單(1)」 .................................. 151. 附錄七. 光學實驗學習單① ................................................................................................ 153. 附錄八. 光的行進科學寫作學習單 .................................................................................... 157. 附錄九. 晤談大綱................................................................................................................. 160. 附錄十「調整式學習環」探究教學活動設計 .................................................................... 162 附錄十一「調整式學習環」探究教學活動設計 ................................................................ 165 附錄十二. 論證層級定義說明與例子 ................................................................................ 168. 附錄十三. 概念理解層級變化 ............................................................................................ 171. 附錄十四. 概念理解層級變化 ............................................................................................ 172. 附錄十五. 概念理解層級變化 ............................................................................................ 174. 附錄十六. 概念理解層級變化 ............................................................................................ 176. . vii.

(10) . 表目次表 2-1-1 各項要素定義 .............................................15 表 2-1-2 修辭或教誨式和對話與多元意見式論證之差異 .................17 表 2-1-3 論證層次表 ...............................................18 表 2-2-1 啟發式科學寫作學生思考模版 ...............................21 表 2-3-1 知識建構之層面. ............................25. 表 2-4-1 98 學年度國小「自然與生活科技領域」康軒、翰林、南一版本「光概念」單元分布.......................................................26 表 2-4-2 學生文字敘述和專家命題敘述比較表 .........................27 表 2-5-1 資訊教育議題融入「自然與生活科技」學習領域與本研究相關之對應表.................................................................28 表 3-3-1 光行進概念的主、次概念介紹及命題敘述 .....................39 表 3-5-1 學生資料人數表 ...........................................46 表 3-5-2 研究工具分析對照表 .......................................47 表 3-5-3 分析資料人數表 ...........................................47 表 3-5-4 論證要素說明與寫作內容 ...................................48 表 3-5-5 論證能力層級 .............................................49 表 3-5-6 概念理解遷移情形 .........................................50 表 3-5-7 本研究學童陳述與專家陳述比較之雙向編碼架構 ...............51 表 3-5-8 學生資訊判準類型 .........................................53 表 3-5-9 一致性統計表 .............................................55 表 4-1-1 學生第一次對科學繪本寫作論證之要素統計表 .................57 表 4-1-2 學生第二次對科學繪本寫作論證之要素統計表 .................59 表 4-1-3 學生兩次對科學繪本寫作論證之要素統計表 ...................61 表 4-1-4 學生第一次對科學繪本寫作論證能力層級次數統計表 ...........62. . viii.

(11) . 表 4-1-5 學生第二次對科學繪本寫作論證能力層級次數統計表 ...........63 表 4-1-6 學生二次對科學繪本寫作論證能力層級次數統計表 .............64 表 4-1-7 學生第一次對同儕論點寫作論證之要素統計表 .................66 表 4-1-8 學生第二次對同儕論點寫作論證之要素統計表 .................68 表 4-1-9 學生第三次對同儕論點寫作論證之要素統計表 .................70 表 4-1-10 學生第四次對同儕論點寫作論證之要素統計表 ................71 表 4-1-11 學生四次對同儕論點寫作論證之要素統計表 ..................73 表 4-1-12 學生對同儕論點寫作論證之能力層級次數統計表 ..............74 表 4-1-13 學生於第一次探究活動寫作論證之要素統計表 ................78 表 4-1-14 學生於第二次探究活動寫作論證之要素統計表 ................80 表 4-1-15 學生於兩次探究活動寫作論證之要素統計表 ..................81 表 4-1-16 學生於兩次探究活動寫作論證能力層級次數統計表 ............82 表 4-1-17 學生於啟發式科學寫作-論證最後的想法之要素統計表 .........83 表 4-1-18 學生於啟發式科學寫作-第二次探究活動的想法之要素統計表 ...83 表 4-1-19 學生於啟發式科學寫作-想法比較之要素統計表 ...............84 表 4-1-20 學生於啟發式科學寫作-想法的改變之論證能力層級統計表 .....84 表 4-1-21 各項活動論證能力層級分佈表 ..............................86 表 4-1-22 學生資訊判準類型 ........................................91 表 4-2-1 活動概念理解遷移雙向細目表 ..............................106 表 4-2-2 各項問題結論總整理 ......................................123. . ix.

(12) . 圖目次圖 2-1-1 調整式學習環 (Modified Learning Cycle) .......................................................13 圖 2-1-2. Toulmin (1958) 論證模式................................................................................16. 圖 2-5-1. Wilson (1999)資訊搜尋行為模式 ....................................................................29. 圖 3-1-1 研究架構圖.........................................................................................................32 圖 3-3-1 專家概念圖.........................................................................................................40 圖 3-4-1 雞尾酒型論證教學模式(修改自 Yore, 2011) ...................................................41 圖 3-4-2 研究流程圖.........................................................................................................43 圖 4-1-1 學生第一次對科學繪本寫作論證之要素百分比分配圖.................................57 圖 4-1-2 學生第二次對科學繪本寫作論證之論證要素百分比分配圖.........................59 圖 4-1-3 學生兩次對科學繪本寫作論證之要素百分比分配圖.....................................61 圖 4-1-4 學生第一次對科學繪本寫作論證能力層級百分比分配圖.............................62 圖 4-1-5 學生第二次對科學繪本寫作論證能力層級百分比分配圖.............................63 圖 4-1-6 學生二次對科學繪本寫作論證能力層級百分比分配圖.................................64 圖 4-1-7 學生第一次對同儕論點寫作論證之要素百分比分配圖.................................66 圖 4-1-8 學生第二次對同儕論點寫作論證之要素百分比分配圖.................................68 圖 4-1-9 學生第三次對同儕論點寫作論證之要素百分比分配圖.................................70 圖 4-1-10 學生第四次對同儕論點寫作論證之要素百分比分配圖...............................71 圖 4-1-11 學生四次對同儕論點寫作論證之要素百分比分配圖...................................73 圖 4-1-12 論證反駁品質層級百分比分配圖...................................................................74 圖 4-1-13 學生於第一次探究活動寫作論證之要素百分比分配圖...............................78 圖 4-1-14 學生第二次探究活動寫作論證之要素百分比分配圖...................................80 圖 4-1-15 學生於兩次探究活動寫作論證之要素百分比分配圖...................................81 圖 4-1-16 學生於兩次探究活動寫作論證能力層級百分比分配圖...............................82 圖 4-1-17 學生於啟發式科學寫作-論證最後的想法之要素百分比分配圖 .................83. . x.

(13) . 圖 4-1-18 學生啟發式科學寫作-第二次探究活動的想法之要素百分比分配圖 .........83 圖 4-1-19 學生於啟發式科學寫作-想法比較之要素百分比分配圖 .............................84 圖 4-1-20 學生於啟發式科學寫作-想法的改變之論證能力層級百分比分配圖 .........85. . xi.

(14) . 第一章. 緒論. 本章共分為四節，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與問題，第三節為名詞界定，第四節為研究限制，內容詳述如下：. 第一節. 研究背景與動機. 依據 2009 年 PISA 學生能力國際排名結果，台灣學生閱讀素養的平均分數在六十八個國家中排名第二十三名，遠落後第一名的上海及第四名的香港；科學素養排名第十二名(PISA 國家研究中心，2009)。和 2006 年閱讀排第十六名、科學素養排第四的情況相比較，由於不同年份、不同國家所使用的量尺是相同，故兩項指標皆呈現「略為退步」的情形。其中科學能力表現，台灣學生平均數和 2006 年比較，降低了 12 分。PISA 科學評量強調學生在三個層面的能力，包括辨識科學議題、解釋科學現象、運用科學證據之能力（洪碧霞，2011）。目前我國的教學方式多以傳統講授式的教學為主，如施富吉與陳錦章（2009）提到課室的教學常以教學者為中心，對學習者進行科學知識和概念的灌輸，就算是科學實驗也僅止於驗證科學原理的「食譜式實驗」。從上述知道目前「師生對談」大多為單向的對話，通常為教師一人的獨白，而學生只是靜默的聆聽，因此缺少於課堂上對話或論述的機會。綜合上述，本研究以科學寫作為策略，增加學生在課堂上的互動。教育部（2003）科教白皮書在《科學教育願景》的章節中提到科學教育應該是學生透過科學性的探究活動來獲得知識或技能，並養成科學思考的習慣，依照科學方法從事探討和論證。同樣的，美國國家科學教育標準(National Science Education Standards，NSES)也提倡探究，視探究為教學者教導科學的核心策略。綜上所述，國內外科學教育，其教育的方針皆強調學生科學學習過程中，應以探究的方式學習，主動發現問題並嘗試解決問題，從而培養可以帶著走的能力，而. . 1.

(15) . 非被動的吸收知識。因此，融入探究於學生的科學學習為科學教師可行之教學方法，同時也可輔助學生的學習。再者，Clark 與 Sampson (2007) 認為科學教育如果僅強調探究是不足的，因為探究缺乏社會建構歷程，換言之，科學推理應該包括推論(inference)和說服他人的論證過程。Yore (2011) 認為透過科學探究所獲取的資料可作為論證的素材，科學探索可視為進行論證的引導，論證與探究結合更是科學本質的基本特徵。長久以來，學生接受傳統教育以「教師為主」影響，學生缺乏主動發言的機會，且「說的語言」受限於口語表達的及時性，學生的對話論辯過程，較無法呈現學生個人思維的推理脈絡（林雅慧、張文華、張惠博，2007）。又美國國家科學教育標準(National Science Education Standards, 1996)對科學讀寫所下的定義為對特定科學事實和科學概念的理解以及多種類型的推理：包括決定什麼是顯著無關緊要的訊息、解釋和預測科學事件、理解閱讀的內容和適當地評估和運用論證和證據。Keys (1999) 提出啟發式科學寫作且認其功用是支持學生活動以及後設認知以生產出別於傳統的實驗報告。科學寫作是輔助科學學習與應用的工具，能培養學生透過寫作來紀錄、發問、思辨、探究與整合學習結果。科學寫作也能幫助科學實驗或研究成果的傳播與推廣。林雅慧、張文華與張惠博（2007）進一步提到學生透過寫作活動時，可以展現出他們的知識主張、證據、數據的描述以及觀察方法，並且經由反思而改變想法。由上述可知學生透過科學寫作，可以更進一步釐清主張、證據、數據的描述以及觀察方法。使用科學繪本這樣一個媒介對於科學學習是一個重要的途徑（邱玉娟、游淑媚，2006）。繪本除了文字的敘述以外，也運用豐富的圖畫幫助孩童對科學概念的學習（陳彥廷、陳穎志，2008）。邱玉娟與游淑媚（2006）提到提供真實的學習情境於繪本內容中，並將學習意義化，同時融入重要科學概念，使學習者藉由繪本內容進行科學概念學習。教育部《科學教育白皮書》（2003）在內容中提到，科學知識與概念的理解為科學教育包含的基本項目之一。且我國的科學教育目標為「使每位國民能夠樂 . 2.

(16) . 於學習科學並了解科學之用，喜歡科學之奇，欣賞科學之美」，而這個目標所表現的面向之一為「應用科學方法與科學知識解決日常生活問題，理性批判社會現象」。從上述可知，我國的科學教育相當強調國民對於科學知識以及概念的理解，但也唯有對科學知識和概念理解後，我們才能夠加以應用以解決日常生活的問題。大部分學生在日常生活中常具有接觸光的經驗，但在先前的研究中發現學童對於「光學」常持有另有概念。例如：陳均伊、張惠博與郭重吉（2004）研究中提到國中學童對「光的折射與反射概念」具有另有概念。張靜儀與李采褱（2004）國小中、高年級學童光迷思概念研究發現學童對於「光的行進」、「影子的形成」、「光的本質」、「光與視覺」、「光與反射」、「光與折射」等概念具另有概念，因此本研究決定以「光行進概念」作為研究的主題。蔡俊彥、黃台珠與楊錦潭（2008）以自行發展的「Toulmin 論證系統」 (Toulmin Argumentation System, TAS)，引導學生以「光的行進」為主題，透過電腦網路系統，協助學生進行論證活動，探討學生的科學概念及論證品質表現。發現學生概念理解的程度和論證能力之間呈現正相關以及論證活動促使迷思概念產生概念改變的機率並不大。然莊敏雄、洪振方與宋國城（2011）的研究指出，使用網際網路於學生的學習上有其缺點，例如：網路資料來源的多元對學生學習產生困擾、學生對於搜尋而來的資訊未加以判準即用複製、貼上的方式來完成論證而未進行後設認知的整合。而 Liang 與 Tsai (2009)在研究建議中，建議要訓練醫藥大學的學生使用網際網路搜尋資料的策略，發現大學生的資料搜尋能力尚待加強。由上可知，網路學習環境是需透過相關的能力訓練如：關鍵字的使用、網站性質的判別、資料來源的可信度…等，方能善用網路資源。雖然網路的學習環境存在著資料準確性的疑慮，且 Conner (2007) 以個案研究的方式探討科學寫作對學生學習的影響，發現科學寫作可以作為學生後設認知的策略。但有些學生已習慣被動接受知識，當以科學寫作進行科學學習時，會遇到不知下筆的困難（羅廷瑛、張景媛，2004），因此透過網路搜尋來提供學生寫作的線索、材料，並以科學寫作的策略來了解學生的理解，可為學習科學的途徑之一（莊敏雄、洪振方、 . 3.

(17) . 宋國城，2011）。綜合上述，考量本研究之研究對象為國小高年級學生，缺乏關鍵字的使用、網站性質的判別、資料來源的可信度…等相關訓練，可現今又處於充滿網路資訊的年代，故本研究透過科學寫作協助學生進行論證活動探討學生論證能力、資訊搜尋和概念理解。綜上所述，我們知道科學教育強調學生對科學概念的理解，並視其為科學教育是否進步的指標之一，科學概念理解既然在國內外的科學教育中占舉足輕重之地位，而論證能力也是目前台灣學生科學能力中需要加強的部分(教育部， 2008)，且透過科學寫作能讓學生將個人所知與科學的敘述相連結，加深學生對科學概念的理解 (Hand, Prain, Lawrence, & Yore, 1999) 以及促進論證技巧 (Voss, & Means, 1991)。因此研究者希望於科學寫作中融入論證活動，探討國小高年級學生以「光行進概念」為主題，在科學繪本論證、同儕論點論證、探究活動論證及啟發式科學寫作論證的活動中，學生呈現的論證能力、資訊搜尋和概念理解。基於上述，研究者擬於科學寫作中融入論證引導學生於繪本中、同儕間、探究活動和啟發式科學寫作時進行論證並以「光行進概念評測工具」評測學生的概念，以釐清其論證能力和概念理解的表現。. 第二節. 研究目的與問題. 基於上節研究背景與動機，本研究擬以科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容和科學性議題「光的行進」為主題，進行科學寫作，引導學生於繪本中、同儕間、探究活動和啟發式科學寫作時進行論證，探討學生寫作過程中的論證能力和概念理解，以為研究目的。基於上述之研究目的，本研究欲藉由科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容和科學性議題「光的行進」為主題，進行科學寫作引導學生於繪本中、同儕間、探究活動和啟發式科學寫作時進行論證並探討下列問題：一、國小高年級學生透過科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容和科學性議題「光的行進」為主題，進行科學寫作引導學生於繪本中、同儕 . 4.

(18) . 間、探究活動和啟發式科學寫作時進行論證和資訊搜尋與判準之論證能力為何？ 1. 國小高年級學生科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容，進行科學寫作引導學生於繪本中進行論證之論證能力為何？ 2. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生同儕間進行論證之論證能力為何？ 3. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生於探究活動進行論證之論證能力為何？ 4. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生於啟發式科學寫作進行論證之論證能力為何？ 5. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生於啟發式科學寫作進行資訊搜尋與判準之論證能力為何？. 二、國小高年級學生透過科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容和科學性議題「光的行進」為主題，進行科學寫作引導學生於繪本中、同儕間、探究活動和啟發式科學寫作時進行論證和光行進概念評測工具學生作答組合之概念理解為何？ 1. 國小高年級學生透過科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容，進行科學寫作引導學生於繪本中進行論證之概念理解為何？ 2. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生於同儕間進行論證之概念理解為何？ 3. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生於探究活動進行論證之概念理解為何？ 4. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，進行科學寫作引導學生於啟發式科學寫作進行論證之概念理解為何？ 5. 國小高年級學生透過「光的行進」為科學性議題，於光行進概念評測工具中的答題組合之概念理解為何？. . 5.

(19) . 第三節. 名詞釋義. 本研究所涉及的主要名詞，包括「科學寫作」、「概念理解」、「論證」、「論證能力」、「科學繪本」、「探究活動」、「啟發式科學寫作」、「資訊搜尋與資訊判準」。茲逐一說明如下：. 一、科學寫作啟發式科學寫作教學是以探究式學習為基礎，鼓勵學生提出自己的研究問題進行探究，藉由聆聽別人的意見(listening)、表達自己的主張(talking)、融合主張與證據進行科學推理與論證並進行科學寫作的活動(writing)，以及閱讀並比較科學專家的說法(reading)，最後建構自己的科學知識（引自陳穎志、曾敬梅、張文華，2010）。本研究參酌上述之定義酌予修改後，定義本研究之「科學寫作」為學生於繪本中、同儕間、探究活動和啟發式科學寫作時，所進行論證之文字敘述。. 二、概念理解 TIMSS 2007 科學評量架構認為概念理解屬於人們認知中的應用(applying)領域，強調學生應擁有在日常生活中遭遇問題時，運用知識和概念理解來解決問題的能力（郭重吉等人，2009）。依據上述，本研究探討學生對於光學現象的概念理解，採 Hogan 與 FisherKeller (1996) 提出分析概念理解的方式酌予修改，就學生文字敘述內容與專家命題敘述的一致性以及是否提出必要的詳述區分為「精緻的相容」、「概略的相容」、「相容/不相容」、「概略的不相容」、「精緻的不相容」、「不存在」等六個層級，研究者據以判斷學生於寫作論證中的文字敘述以及在概念評測工具的答題組合中概念理解遷移的表現。. 三、論證 Toulmin (1958) 所提出的論證模式，對於學生的科學學習有某些程度上的正面幫助，模式中包含了六個要素。分別是主張、資料、理由、支持、修飾、反駁。本研究所指之「論證」係指於特定時間內學生以科學繪本「魔法校車-聰明亮點子-光的秘密」內容和科學性議題「光的行進」為主題於繪本中、同儕間、探究 . 6.

(20) . 活動和啟發式科學寫作時所進行之寫作活動。. 四、論證能力 Venville 與 Dawson (2010) 依據 Toulmin (1958) 所提出的論證架構，分析各論證要素品質並以階層的方式加以分類以評定論證能力，其論證能力分為層級一至層級四，共四個階層。Osborne, Erduran 與 Simon (2004) 則強調以要素「反駁」作為論證能力評定的依據。因此，本研究所探討學生的論證能力，包含三個部分，分別為論證要素、論證能力層級以及資訊搜尋和判準。研究者參酌上述文獻，以學生論述中論點要素數量的多寡和學生能否提出支持、修飾、反駁等要素來支持論點作為判斷學生論證能力層級的指標來分析透過科學寫作融入論證的方式，引導學生對繪本內容、同儕論點及探究活動和啟發式科學寫作四項活動中的文字敘述。再者，透過啟發式科學寫作中引導學生進行資料搜尋，再依資訊和個人想法不同、相同、質疑反駁資訊、以另有概念質疑資訊、提出新寫作內容或新資訊質疑搜尋、提出資料補充說明搜尋資訊以及未比較僅列出搜尋的資訊等，分析學生資訊搜尋判準的能力。. 五、科學繪本篇幅約三十二頁長，圖片在每頁出現或延展於兩頁之間，圖片的註解和文本文字之間有著合作的關係的文本稱為繪本；繪本中的文字和圖片緊密結合而為一體，共同分擔繪本功能運作的責任 (Murphy, 2009)。由上述可知，科學繪本的篇幅不長，且以淺顯的插圖解釋表達科學現象，以輔助學生的科學學習，因此可作為教師教學的工具。而科學繪本顧名思義，為主要內容與科學相關之繪本。本研究依研究目的選取遠流出版社出版、將「光」概念整合其中之「魔法校車 – 聰明亮點子 – 光的秘密」（冶海孜譯，2003）為學生論證之主題。. 六、探究活動美國國家科學教育標準（1996）中對探究做了以下的定義︰探究包含了多面向的活動，包括觀察、提出問題，或是透過閱讀書籍和其他來源的訊息來發現自己已經知道了什麼，並且設計如何進行實驗的計畫；根據實驗所得的證據評價對 . 7.

(21) . 已知的結論；學生應用工具取得數據並加以分析、解釋；提出自己的看法並加以解釋和預測；最後和他人相互討論、分享實驗的結果。Yore (2011) 提出之「修改的學習環」探究教學模式引導學生進行探究的相關活動，包含了投入、探討、整合以及評量四個活動和標準前述之定義大致相符。本研究參酌 Yore (2011) 提出調整式學習環，教學模式在投入的階段以繪本內容閱讀、解說，將問題導入；探討的階段以探究活動、同儕論證引出學生對主題的質疑；整合的階段以啟發式科學寫作引導學生整合論述並搜尋資訊，活動其間佐以寫作論證藉以收集資料並分析各項研究問題。. 七、啟發式科學寫作啟發式科學寫作輔助教師將帶有想法的探究實驗融合到課程中，因為啟發式科學寫作透過結合實際的實驗操作和同儕間的小組討論對話、寫作及閱讀提供學生多樣的機會發展對概念的理解 (Keys & Hand, 1999)。本研究根據(Keys & Hand, 1999) 提出之啟發式科學寫作模板─「學生思考模板」編撰光的行進科學寫作學習單，引導學生進行啟發式科學寫作。. 八、資訊搜尋與判準 Wilson (1999) 視資訊搜尋和判準為當資訊使用者有資訊搜尋的需求時，產生資訊搜尋的行為，透過對資訊系統或其他的資料來源進行搜尋以取得資訊，直到成功的取得相關資訊或資訊搜尋失敗為止。資訊使用者使用搜尋而得資訊，產生滿意或不滿意，進而刺激自己再去搜尋進一步的資訊，或是將搜尋來的資訊加以轉化後分享給其他人。故本研究所指之「資訊搜尋與判準」為參酌上述文獻後加以修改為：學生針對「光行進」現象的主題，按照自己的想法於網路上或書籍中檢索資料後，選擇合適的資料以支持或推翻自己論述的行為。. . 8.

(22) . 第四節. 研究範圍及限制. 本研究以台灣北部地區某國小高年級學生 25 人為研究對象，故研究結果不宜推論至其它學生。本研究過程以科學寫作融入論證進行繪本、同儕間、探究和啟發式科學寫作時的寫作活動，因此在研究結果的引用上應以相同的活動為宜。研究的現場屬農村的環境，故本研究之結論不宜推論至其它地區國小高年級學生。. . 9.

(23) . 第二章. 文獻探討. 本章節主要在於提出本研究之理論依據，根據前一章的研究問題，分成「探究與論證」、「科學寫作與科學繪本相關研究」、「論證相關研究」、「概念相關研究」、「資訊搜尋與判準相關研究」等五節進行文獻探討如下：. 第一節. 探究與論證. 一、探究之意涵在科學教育中，探究扮演著不可或缺的角色。美國國家科學教育標準 (NRC,1996) 中強調科學教育應以科學素養及科學探究能力的培養作為目標。因此，探究為科教社群成員常使用的教學方法，其教學模式與時俱進，為符合教育現場及教學對象學習背景差異的需要，許多創新的教學觀念和多元的教學策略已在教學現場使用。相當值得探討，以下就探究的幾個基本面向做文獻探討與整理。分述如下： (一) 探究的意涵根據 Anderson (2002) 的分析，美國國家科學教育標準所指的探究包括三種意義：其一：科學家們在研究自然世界時，從各種不同的方式探究得到證據而提出現象的解釋，稱為「科學的探究」；其二：學生在科學課室中的主動學習歷程，稱為「探究的學習」；其三：教師在課室中讓學生以自己的經驗產生真實的問題，而進行探索的重要教學策略，稱為「探究的教學」。上述三種意義的第二種意義，理念近於 Schwab 強調的「動手做」，意指由學生親自動手參與實驗研究，透過發問、操弄、觀察、紀錄、分析轉化資料來學習科學知識，而非對學生進行直接的教學來學習（洪振方，2003）。 (二) 探究式學習的重要性國內的科學學習和評量方式，目前多以傳統式的學習及評量為主，由教師將. . 10.

(24) . 科學知識加以組織拼湊後傳授給學生，學生的學習以記憶、背誦為主，學生對學科知識內容只要熟讀，便足以在紙筆測驗中獲得好的成績，因此，科學學習成為零碎記憶的拼湊，學生常在考試後容易忘記這些知識性的記憶，原因便在於學生的學習不是連貫的、親身經歷的，無法將之視加以轉化而內化成自己認知結構的一部分。有鑑於此，教育部（2008）國民中小學九年一貫課程綱要，中小學生「自然與生活科技學習領域」的「基本理念」指出：學習科學，讓我們學會如何去進行探究活動：學會觀察、詢問、規劃、實驗、歸納、研判，也培養出批判、創造等各種能力。所以，學習該是以好奇心為基礎，而進行一連串的探究、發現問題、解釋現象、解決問題，絕非知識的填鴨。探究式的學習是建構式的學習，Tsai (2001) 提出「學習者主動建構學習過程，使『學習』具有意義建構與解釋的歷程。」意指有意義的學習不該是被動式學習，而是為達成學習目標，學習者主動架構出學習網絡。因此，探究式學習主張學生是探究過程中主動學習的主角，因此探究式學習能培養學生主動建構知識的能力（楊秀停、王國華，2007）。 (三) 探究式教學對於科學學習的幫助楊秀停與王國華（2007）認為實施探究教學主要著重於引導學生發展出主動發現及解決科學問題的方法和能力。Anderson (2002) 也呼應這樣的看法，指出標準當中的探究教學是學生培養知識和對科學想法的理解之學習活動。國內則有教育部（2008）創造力教育白皮書與國民中小學九年一貫課程綱要中的中小學生「自然與生活科技學習領域」之「基本理念」相對應的教學實施「教師宜安排時間使學生從事延伸性的探究活動。鼓勵做課外的主題研究，以使學生獲得深切探索科學的機會。創設科學的社團、研討會、科學營等，以促進探究的風氣。而教學方法「教學應以學生活動為主體，引導學生做科學探究，並依解決問題 (problem-solving)流程進行設計與製作專題。」由上可知，探究式教學有助提升學習者的發現問題與解決問題的能力。. . 11.

(25) . (四) 探究式教學的模式探究式教學強調學生發現問題和解決問題的能力，在探究的過程中，學生的學習是主動的，而非被動的吸取知識，探究式教學的模式有許多種，以下茲舉幾個較常用的模式介紹如下： 1.學習環(Learning Cycle)：Karplus (1970) 提出學習環一詞，將學習環分為三個階段，分別為探索(exploration)、發明(invention)和發現(discovery)。之後為了便於他人瞭解，將階段名稱稍作修改，保留探索一詞，使用「概念引介」與「概念應用」兩詞將「發明」和「發現」以更明確的方式加以詮釋。於教學中，教學者可將此三階段不斷的循環、重複應用以輔助學生的學習，故稱「學習環」。許良榮（2011）認為學習環的教學活動是以學生為活動主體，學生在老師引導下，一方面藉由操作蒐集資料、記錄結果，探討與歸納現象的共同特徵。同時在教師的引介中，連結現象與新概念的意義，最後再應用新概念，期能達成學生主動建構知識的目標。 2.5E教學模式：Trowbridge 與 Bybee (1990) 修訂學習環，將學習環的三階段教學模式增加為「投入」、「探索」、「解釋」、「精緻化」和「評鑑」五個階段。稱之「5E學習環」。「投入」和「評鑑」兩階段是修改學習環後增加的階段。以下就五個階段之教學加以分述如下：投入：教學者於教學活動中利用和學生舊經驗相關之提問、數位媒體或演示操弄等方式予學生觀摩後引發學生的好奇及興趣後而願意主動參與後續的學習活動。探索：是教師讓學生從經驗出發，給予足夠的時間和機會，協助學生親自「動手操作」以探索問題。解釋：學生此階段應將探索問題的操作過程和發現和同儕討論後加以論述，並嘗試以科學原理解釋結果及發現。教學者再以學生的認知為基礎，利用影片、口頭或媒體等媒介，以簡單、明確的方式將科學概念引介給學生，而有別於直接 . 12.

(26) . 講述的教學方式。精緻化：與三階段的學習環中的概念應用相似，鼓勵學生將發展出的新概念融入於新的情境中，達到內化之效果，加深新建構的概念。評鑑：評鑑大致可分為學生自我評鑑及由教學者評鑑對概念的了解程度，評鑑的目的除了可以讓學生了解自己對概念的學習狀況外，更可讓教學者瞭解自己的教學技巧是否需要改進，教學的成效以及目標是否達到的目的。 3. Yore (2011) 提出調整式學習環(Modified Learning Cycle)教學模式，其引導探究取向步驟為投入-探討-整合-評量，詳細步驟如圖2-1-1. 投入評探討量整合. 圖 2-1-1 調整式學習環 (Modified Learning Cycle) 圖片來源：Yore (2011) 茲將教學步驟分述如下：投入階段：教學者引導學生對探討的主題產生研究動機，教學者利用有趣現象引發學生對探討主題之興趣。探討階段：教學者鼓勵學生「動手做」並觀察所發生的現象後，進行小組成員間想法分享、事件發生原因的探討式談話。如使用數字或數量將組內探究結果加以紀錄描和描述。學生嘗試解釋造成現象的原因?並討論如何測試組內預測？整合階段：透過「小組與小組間討論分享」達到彼此論點「精緻化」。活動內容為告訴另一個小組「自己的發現」、「最令人驚奇的發現」、「預測的事已經發生」、並比較自己小組想法和他組想法差異。. . 13.

(27) . 三階段為一循環實施完畢後，可利用第二套材料進行第二次探究活動。第二次探究時，學生應注意第一次未注意和本次探究新發現的部分。過程皆加以評量。 (五) 探究式教學的實證研究楊秀停與王國華（2007）實施「引導式探究教學」於國小五年級學生的科學學習，探討對國小學童學習成效的影響，結果發現學生在知識的學習、能力的表現及態度的培養等方面的成效有所提昇，同時也發現學生自行設計實驗的能力，需要教師適度的引導才得以展現。施富吉與陳錦章（2009）實施以論證為導向的「5E 探究教學」（簡稱論證式探究教學）於八年級學生在浮力單元的概念改變以及科學能力（Competence）、合作（Cooperation）和自信（Confidence）的素養（簡稱 3C 素養）的影響，並探討學生概念改變的機制。結果發現實驗組在概念改變的成效明顯優於對照組；在 3C 素養方面，實驗組在科學能力和合作素養顯著優於對照組，而自信素養沒有顯著差異。最後分析學生的概念改變主要發生在探索和解釋階段以及小組和全班的論證階段。綜上所述，本研究的探究活動，強調學生透過自行設計實驗裝置和親自動手組裝、操作裝置並實際觀察現象後和同儕作分享、討論及比較想法來進行探究活動，因此採Yore (2011) 提出之「修改式學習環」為活動進行的引導藍圖。. 二、論證之意涵、功能及模式依據文獻關於論點(argument)的意涵有三種說法，其一：Toulmin (1958) 定義論點(argument)為「論點是一個伴隨著辯護的聲明」；其二：Means 和 Voss (1996)定義論點(argument)為「論點是由至少一個理由所支持的結論」；其三： Halpern(1989)將論點(argument)描述為「由一個或一個以上的陳述所組成，用來提供結論支持」。綜上所述，論點(argument)是一個由辯護、理由支持的聲明或結論(Zohar, & Nenet, 2002)。至於論證(argumentation)的意涵。Toulmin (1958) 將論證的過程區分成下列. . 14.

(28) . 各項要素，並加以解釋即：主張(claim)、資料(data)、理由(warrant)、支持(backing)、修飾(qualifier)、反駁(rebuttal)。表2-1-1 為各項要素定義。表 2-1-1 各項要素定義（引自黃翎斐、張文華、林陳涌，2008）要素定義主張是一個被試圖建立其價值的結論。資料是一種用來支持主張的事實。理由是一種推理的敘述用來證成某個證據與主張的關係，可能是規則、原理或是推論的依據等等。支持是最普遍讓人能接受的基本假設，是用做支持理由的正當性。修飾是為限制主張之用，能指出主張在何種情況適用。反駁說明「主張」無法成立的特殊條件。同樣的，學者Erdurant、Simon 與 Osborne (2004) 也指出Toulmin (1958) 提出的TAP模式對科學教師如何使用論點影響很大，TAP模式的論證組成因子包括資料(data)、主張(claim)、理由(warrant)、支持(backing)、修飾(qualifiers)及反駁 (rebuttal)，其中「資料」是可支持主張的事實；「主張」是論證過程中形成的結論，論證者根據一些資料，試著建立合理的說明以說服他人；「理由」則是說明資料如何推論至主張，提供所需的規則及證據；「支持」是指某些法律條文、原理、理論或定律公式；「修飾」指出主張適用在何種情況；至於「反駁」則是用來反駁某些薄弱的證據、資料或不合理的主張（陳文正、古智雄、許瑛玿、楊文金，2011）。游淑媚（2011）則提出「論證是持不同意見的眾人，透過溝通、對話對每個不同的主張進行協調；而這個溝通的過程需要提出證據佐證自己的主張，而證據和主張之間必須要有合理的理由，並藉由邏輯推理、詮釋或整合的過程。」鄧又仁與林素華（2009）則認為論證的內涵是「眾人有不同觀點的意見，需經由溝通、對話，並對每個人的主張進行協調，而過程中需提供相關的證據，用科學語言來進行解釋、交流和說服，然後說服自己並與科學社群進行溝通，透過科學論證進而達到瞭解科學現象的目的」。「論證」(argumentation)本身已成為表徵非形式推理歷程的一項重要工具，科教學學者們常常運用這項工具來探究學生對於社會性科學議題的想法或主張 (Sadler, 2004; Zohar & Nemet, 2002)。學者陳文正、古智雄、許瑛玿與楊文金（2011）. . 15.

(29) . 指出論證活動在科學知識形成與發展歷程上扮演重要的地位。近年來，論證在科學教育研究上已有相當成果。如黃翎斐與胡瑞萍（2006）指出論證活動對學生科學學習的幫助有以下四個層面，分別為：(一)幫助概念理解；(二)發展科學探究能力；(三)瞭解科學的知識論；(四)促進批判思考與科學思考能力的發展。故本研究透過寫作活動結合論證以探討學生概念理解的表現。林志能與洪振方（2008）指出蘇格拉底的論證架構是現行對話論證的濫觴，而亞里斯多德所提出的論證結構則為包含大前提（尋找證據）、小前提（找尋支持理由）、結論（產生知識宣稱）的三段論，直到近代，Toulmin 提出一個論證模式作為分析論證內容的方法，稱之為 Toulmin 論證模式(Toulmin’s argument pattern，簡稱 TAP)，現為大多數科教論證學者所採用如圖 2-1-2 所示：. D. So, Q, C Since W. Unless R. On account of B 圖 2-1-2. Toulmin (1958) 論證模式. 林煥祥（2007）提到「論證」為智育三元素之一，更提到「提升師資生的論證能力以及教師論證教學的專業能力，似乎是二十世紀末、二十一世紀初甚為新興且重要的議題」。而對於論證模式的詮釋則提到了「修辭或教誨式的論證」 (rhetorical or didaitc argumentation)以及「對話式或多元意見式的論證」(dialogical or multivoiced argumentation)兩項，其兩者之間的差異可整理成下表 2-1-2：. . 16.

(30) . 表 2-1-2 修辭或教誨式和對話與多元意見式論證之差異（整理自林煥祥，2007；洪存慧，2011）論證模式提出者論證主角優點缺點修辭或教誨式 Kuhn(1992) 以教師為主論證模式完全由學生較少的論證 Boulter、的教誨式老師提供並且說有機會發 Gilbert(1995) （講述式）明，由於內容已展自己的然經過修辭，清論證能力晰易懂學生可以容易學習老師所提供的論證內容對話式或多元 Driver，Newton 以學生小組提供學生更多練無意見式的論證與 Osborne(2000) 討論為主，習建構「論證」教師僅扮演的機會提供適合學習資源、適時介入輔導並安排全班整合式的討論本研究以多元的活動和媒介引導學生進行寫作論證，屬於對話式或多元意見式的論證。. 三、論證能力 Toulmin (1958) 認為論證中的主張必須要有證據的支持，才是較為可靠的主張。鄧又仁與林素華（2009）提出論證的分析標準多以Toulmin的論證架構作為分析的項目，首先，必須具備主張、再依證據、理由、支持的詳盡程度與正確性來作評鑑，同時再參酌其是否有反駁的說法出現來作評分。因此學童於論證過程中，需先有資料作為佐證，其提出的主張方較具說服力，除了由資料來歸納出主張外，主張也需要其他論證要素的支持和修飾，因此，若在論證結構中包含越多的要素，可被視為較高品質及強度的論證。Osborne, Erduran 與 Simon(2004) 及 Venville 與 Dawson (2010) 均提出論證層次，二個研究團隊的層次內容整理如表 2-1-3：. . 17.

(31) . 表 2-1-3 論證層次表層級 Osborne (2004) 第一層級無資料、理由與反駁只有簡單的正、反主張，或是主張之間的對抗。第二層級沒有任何的反駁，主張中只有理由或依據的兩者其一。第三層級薄弱的反駁，一連串的主張或反方主張中包含理由或依據的其一。第四層級. 第五層級. Venville 與 Dawson (2010) 主張（只有陳述、結論、論點）. 主張、資料（支持主張的證據）和/ 或理由（說明資料和主張間的關係）主張、資料、支持（支持理由的假說）或修飾（何種狀況下，主張為真）主張、理由、支持（支持理由的假說）或修飾（何種狀況下，主張為真）數個正、反主張、主張理由、主張、資料、支持和修飾依據及明確有力的反駁。主張、理由、支持和修飾含一個以上的反駁，是一個延伸性的論證，其主張被資料與理由所支持。. 從上表發現Osborne等人與Venville兩者提出的論證層級是有差異的，相異之處是Osborne等人的分級在論證層級三便有薄弱反駁的出現，以反駁的強度作為評量論證層級的指標，而Venville 與 Dawson (2010) 所提的論證層級並沒有反駁的出現。Osborne等人主要以反駁的強度區分層級，而Venville 與 Dawson (2010) 所提出的層級分級僅強調各類要素的個數，因此兩者所強調以不同的面向來評價學生論證的層級。研究者考量本研究中國小生之論證的能力尚未成熟但學生於寫作論證中常對繪本內容、同儕論點…等提出反駁，為配合學生認知發展程度又兼顧學生論證表現的特質，因此Osborne等人之層級定義雖然視其反駁的數量為主，本研究仍欲以Venville 與 Dawson (2010) 和Osborne, Erduran 與 Simon (2004) 提出的層級分級參酌修改後用以評價學生論證的層級，以使分級標準貼近學生剛接觸論證的形態和研究的焦點。. . 18.

(32) . 第二節. 科學寫作與科學繪本相關研究一、科學寫作. 羅廷瑛與張景媛（2004）提到科學寫作可以幫助學生成為知識的轉譯者而非陳述者。因為寫作促使學生進行後設認知，也就是「自己知道自己知道了什麼」。換言之，科學寫作是一種由學習者本身創造科學知識的過程，而不是學習者再次表達出已經理解的很清楚的知識（林雅慧、張文華、張惠博，2007）。因此，除了口語的表達之外，寫作是另一個重要的溝通的工具，透過寫作時將所要傳達的想法經過思考重組，且排除和主題不相關的敘述，所呈現出的想法會較具條理、組織。因此，使用科學寫作策略於科學學習中，除了讓學生有比較充足的時間思考外，同時也能激發學生主動連結先備知識與學習概念（莊敏雄、洪振方、宋國城，2011），綜上所述，我們知道科學寫作對於學生的科學學習有幫助，因此研究者查找文獻例舉以下幾篇關於科學寫作的實證性研究並說明之。 (一)、錨定寫作教學：由林雅慧、張惠博、張文華（2007）提出，其理念和啟發式科學寫作一致。由教學者引導學生運用已經學習過的概念當做錨，統整所觀察到的現象，進而查覺到概念間的關係，最終形成科學想法。研究結果發現，錨定寫作可以讓學生的寫作有較高比例的整合式詮釋；部分學生亦能藉由寫作推論出觀察現象蘊含的科學想法。但晤談與質性資料發現，並非所有學生都能藉由寫作來學習，部分學生覺得無法順暢寫出心中的想法（林雅慧、張惠博、葉辰楨、張文華，2010）。 (二)、啟發式科學寫作：Keys (1999) 提到教學者應該為學習者塑造一個可以從事探究、實驗並反思的學習環境，協助學習者新知識的產出,而經由「溝通文體」的寫作中將探究所得的發現以寫作的方式和他人分享，可以產生意義化的學習。因此 Keys 認為個人科學想法可以從真實的科學探究活動中形塑，且應學習如何透過科學文體的寫作方式將自己的科學想法表達出來。如此一來更可以讓自. . 19.

(33) . 身對所要探究的問題、流程、知識陳述和證據的連結更清楚，換言之，也就是用寫作的方式溝通科學，進一步深入思考科學。而科學寫作的理論架構凸顯以證據來連結主張並融入有說服力結論的模式，並在寫作的最後為將來的研究提出開放性的問題，所以寫科學是將做科學再加以反思和歸納，因此為做科學的一重要元素。啟發式科學寫作以引發問題、主張和證據促使學生使用論證的結構來當作科學探究活動的核心。研究建議提供更多且更好的機會讓學生進行學生聲音和科學論證來可以幫助他們。學生主動專注於協商和論證於科學探究研究中，對於學生有較好的概念架構培養是重要的。我們研究的結果建議成功的施行以論證為基礎的探究方法（探究的論證）將會是改善學生論證能力和科學概念的理解的關鍵 (Nan, Choi & Hand, 2010)。科學教師施行探究的論證的方法，例如啟發式科學寫作可以協助學生來磋商在探究研究中所得的科學理解，有鑑於此，對科學教師而言，專業的發展應該幫助學生練習透過論證以寫或說的方式改善學生對於科學的理解。 Keys (1999) 認為學生學習科學概念時可以利用啟發式科學寫作策略(SWH) 來幫助他們思考、討論及省思，因為藉由科學寫作的途徑能夠引出學生先備概念並檢查學生是否有迷思概念，再經由小組討論和同儕想法、科學概念的比較，建構出科學的概念，最後再利用後設認知寫作來檢視想法改變的歷程。綜上所述，研究者以表 2-2-1「學生思考模版」，協助學生進行寫作論證的協商活動。首先，學生回顧於同儕間和第一次探究的寫作論證內容，遭遇到同儕論點的反駁或第一次探究時沒有觀察到的現象，以致於有些問題是自己無法回答的。學生根據這些問題設計第二次探究活動的實驗裝置。接著，學生檢視第二次探究活動過程中操弄實驗裝置所觀察到的現象並加以記錄後，產生個人的想法，並提出適合的資料來支持，藉以提出合理的解釋或論述。在上述的活動後，學生於書籍和網路中搜尋資訊並依自己的主張加以判準。最後，進行個人後設認知的活動，審視自己在整個寫作論證過程中認知發展的歷程。 . 20.

(34) . 表 2-2-1 啟發式科學寫作學生思考模版 1. 起點想法—我的問題是甚麼？ 2. 測試—我做了甚麼？ 3. 觀察—我看到甚麼？ 4. 主張—我能提出什麼樣的主張？ 5. 證據—我如何知道的？我為什麼提出這樣的主張？ 6. 閱讀—我的想法與其他人比較起來如何？ 7. 反思—我的想法如何的改變？ (引自 Keys & Hand, 1999). 二、科學繪本陳彥廷、陳穎志（2008）認為透過繪本的傳遞，可讓兒童沉浸在圖像與文字兼具的情境中，達到涵養知識的功能。換言之，即可讓學生獲致知識學習的成效。從協助學生科學學習的觀點來看，繪本可以使用的媒介，除了語言、文字之外，圖像也具備此功能。綜上所述，教師運用具有豐富圖畫的科學繪本幫助孩童對科學概念的學習是可行的途徑。邱玉娟、游淑媚（2006）也呼應前述的觀念，認為科學類的繪本在學童的概念學習過程中，所佔地位的確不容小覷，但也提出學童對書籍的解讀與理解和編輯者所欲闡明的概念可能有所差距。換言之，繪本可能造成學童對於概念學習產生困難。綜合比較其利害，繪本這樣的課外書籍還是學童獲得資訊的重要來源，而透過這樣的媒介協助學童的認知學習是可行的。. 第三節. 論證相關研究. 此節將論證和研究中其它活動之間的關係，分論證與寫作、論證與探究、概念三個部份加以說明如下：. 一、論證與寫作本研究以論證融入科學寫作中，因此論證和寫作之間應該如何加以融合，以下實徵性的研究文獻可給本研究寶貴的建議。李如偉（2008）以國小五年級一班學童為研究對象，透過行動研究的方式，將科學讀寫模式融入海洋資源教學中，以提昇國小五年級學童論證能力及學童對此種教學模式的感受度。其研究建議實施論證式科學寫作單可以把握以下的原則：1.選擇合適的文本、結合多媒體教 . 21.

(35) . 材，再進行科學寫作活動 2.詳盡的問題陳述、寫出開頭引語、以填充或短文接寫的方式設計寫作單 3.教師適時的口頭引導可協助學童學習。意旨學生面對枯燥、嚴謹或與自身學習經驗、習慣較生疏的寫作，除了教師適時的口頭指引之外，需要適當的文本協助思考，適當的引言作為寫作大綱。本研究以科學繪本作為學生寫作論證的文本，並以引導學生寫作的方式設計寫作單，最後於學生進行寫作論證時適時的給予協助和資源，以幫助學生順利的進行寫作論證。陳穎志、曾敬梅與張文華（2010）指出啟發式科學寫作能讓學生對於科學概念進行有意義的協商或論證。胡瑞萍、林陳涌（2002）則指出科學寫作對於學生的科學學習有以下五類的幫助，包括(1)增進學生認知策略的使用、(2)創造以學習者為中心的學習環境、(3)作為師生雙向溝通的媒介、(4)增進學生的科學推理能力、(5)促進科學概念的發展。綜上所述，透過科學讀物的閱讀不僅能促使學生接觸到科學的知識、學習使用科學知識進行推理進而發展科學概念，教師更可藉由學生為主的學習環境中察覺學生學習的現象，而調整教學模式。綜上所述，我們知道科學讀寫能輔助論證活動的進行，研究者透過科學讀寫的方式引導學生論證。. 二、論證與探究林燕文（2007）以高雄縣某國小四年級的學童為研究對象，探討學童論述策略與促進其科學概念理解的相關性。結果發現對話論證的探究比一般性探究較能促進學童對科學概念的理解，善於運用交互性問題策略的學童引導整個論證過程，也愈能促進小組成員解釋架構的提昇，亦即愈能促進小組成員對科學概念的理解，因此本研究中的兩次探究活動，第一次探究活動後讓學生進行小組想法的分享且組員間相互比較想法的不同；第二次探究活動後則以啟發式科學寫作的學生模板引導學生和同儕產生對話，除此之外，也讓學生進行對同儕論點的寫作論證，運用同儕間交互的寫作論證，學生可以發現自己和他人論述不足之處，修正自己的論述。. . 22.

(36) . Osborne、McDonald 與 Kelly (2009) 以國中三年級（九年級）為研究對象，研究目的為檢核提供學生學習機會經由使用多元的地質資料來支持科學探究。經過分析中學生於地球科學課堂上的論證性對話，使用美國地質探勘局報告資料和地球科學教科書的資料來對照，來比照有何差異。研究者進行論證分析架構的檢查，並且改編之後以符合研究的焦點，發展了一個新的研究分析方法。應用此一方法來分析學生於課堂上的對話發現複雜的美國地質探勘局報告資料組和過濾過的教科書資料來源所提供的支援和限制。使用複雜性資料來教學的挑戰因此而呈現。研究論證層級分為：第一層：沒有任何資料或使用支持、論據來支持主張。僅僅只是同意其他同學或是解釋推理只是為了方便完成任務而只用了一些欠缺考慮或邏輯的科學資料。第二層：學生使用已證實的資料或是寫作內容作為資料來源或是描述他們運用資料的能力。在此一階段的對話可能也包括透過對概念的定義或對於概念意義的了解或藉由跟隨比較有知識的同學或教科書等的參考資料。第三層：融入先備知識和過去經驗來歸納情形。第四層：學生展現對於對話主題足夠的理解和科學的定律或規則運用到相似的情形或寫作內容。第五層：發展假說或描述對話主題中相關因素的因果關係。第六層：學生能夠考慮所有的先前談話的要素和之前發生於談話中的推理可以評價他們和別人的想法。李松濤、林煥祥與洪振方（2010）探討實施探究式教學對南部某國小兩班六十一位學生的論證能力造成的變化情形。研究方法以準實驗研究法進行，研究工具以自行發展之科學論證能力測驗為主。研究結果發現，探究式的教學效果對於學生科學論證能力表現的影響是緩慢而漸進的，在排除生理發展因素的影響外，「探究式教學」可以有效地影響學生的科學論證能力表現。綜上所述，論證活動可使學習者在攻防的言論中，結合新舊知識推理主題中相關的因果關係，並對過程中對於相對立場言論的質疑，為維護自己的立場，促使學生探究原因，尋求資源架構論述而精緻化了論點。有鑑於此，研究者想藉由探究活動促使學生於活動中探究概念之間的關聯性，結合資訊精緻論點。。. . 23.

(37) . 三、論證與概念以論證活動輔助學生科學概念的學習，黃翎斐、胡瑞萍（2006）提出若教師於課室中讓學生進行論證活動，學生將有機會透過寫作或口語的方式闡述自己的科學概念並且和同儕間作想法的交流及歸納整合，幫助學生對科學概念有更多的理解，換言之，論證活動可以協助學生建構科學知識。許良榮（1994）認為學生的知識建構有二個不同層面，分別為弱重建 (weak restructuring) 和根本重建 (radical restructuring)，多位學者也提出相似的觀點，表 2-1-3 為不同學者對知識建構的看法：. . 24.

(38) . 表 2-3-1 知識建構之層面知識建構層面提出學者皮亞傑. 弱重建 (weak restructuring). Lakatos. Kuhn. 皮亞傑根本重建 (radical restructuring). （整理自許良榮、許田英，1995）學者觀點意涵教學強調知識以舊有概念架構可以相同化容或相似的方學生在學習科式建構，知識學概念時，可建構的結果不能發生的情形保護帶的改變是改變概念架是已具有正確構，而是內容的概念架構 , 的改變但是並不充分常態科學. 調整. Lakatos. 硬核的改變. Kuhn. 科學革命. 牽涉到概念架構的改變. 學生的概念架構是不對的, 或是與科學理論不相容. 因此本研究讓學生進行同儕間的寫作論證，透過同儕間的寫作對話，學生可以接觸到別人不同的想法，在同儕的交互辯駁和討論中，學生嘗試向對方解釋說明他的想法，並且說服對方接受他的想法，因此必須針對自己的想法再加以精緻化，在這樣的過程中，可以刺激學生知識建構的重建。. 第四節. 光學概念相關研究. 一、光學概念理解的實證性研究目前在國小「自然與生活科技領域」教學中，「光學」單元佔有相當重要的比重（見表 2-4-1），學生在日常生活中也常接觸到光的現象，因此許多研究探討學生對光的想法，發現學生對於光的現象抱持另有概念（李采褱、張靜儀， 2004），研究者至國家圖書館全球資訊網輸入查詢詞「光」、「概念」搜尋，發現有十二篇和光概念相關的研究，發現探究「學生對光所抱持的概念」為當前學者關心的課題，針對所抱持的另有概念，學者提出不同的工具來輔助學生在光的概 . 25.

國小高年級學生於科學寫作中融入論證 的論證能力及概念理解之研究

國小高年級學生於科學寫作中融入論證的論證能力及概念理解之研究