國小六年級學生的寫作論證之線性推理能力及科學概念學習之研究

國立臺中教育大學科學應用與推廣研究所

科學教育碩士學位在職進修專班碩士論文

指導教授：游淑媚 博士

國小六年級學生的寫作論證之線性

推理能力及科學概念學習之研究

研究生：邱郁雯 撰

中華民國 100 年 7 月

謝 辭

終於～完成了厚厚的一本論文，在此要好好的向支持、鼓勵與幫助我 的人致謝！ 首先，最重要，也最要感謝的人，當然就是我的指導老師─游淑媚教 授。謝謝她不辭辛勞的教導我做研究的方法與做事的態度，這幾年跟著她 做論文，所獲得的收穫與成長，是極其寶貴且一輩子受用無窮的～真的十 分感激！ 接著要感謝口試委員─中教大黃鴻博教授與彰師大王國華教授，謝謝 他們認真的閱讀這本枯燥的論文並指出研究的缺失，同時給予意見使我更 上一層樓，謝謝！同時也感謝系主任許良榮主任最後能簽名通過，使我不 必再煎熬了。 再來要感謝我許多的親朋好友們。感謝我父母親默默的關心，感謝姐 姐與姐夫的專業英文指導，感謝鳴志的叮嚀與督促，感謝好友雅惠、素君、 慧如、聖哲與良志對此本論文的貢獻，感謝千芳、定全、詩芳、勇鈞的協 助與鼓勵，也感謝慧珉學姐、久芳老師的幫忙。謝謝各位在我遇到瓶頸不 知如何是好的時候都能及時伸出援手，使我今日終能突破萬難熬到出頭 天，真的非常感恩！ 再次謝謝大家的支持與愛護，有你們真好！ 邱郁雯 謹誌 2011.7

摘要

摘要

摘要

摘要

本研究旨在探究經論證教學活動後，學生在寫作論證之線性推理能力與科學概念的 差異與變化情形，以及線性推理能力與科學概念間的交互表現。研究採不等組前、後測 設計的準實驗研究法，研究對象為國小六年級兩班各 30 名學生，以自然與生活科技課 程四個單元為例（食物腐敗、電磁鐵、輪軸與施力、熱的傳播），實驗組以論證教學活 動進行科學性議題論證與探究，對照組則以一般教學活動進行討論與實驗。研究工具有 寫作論證評量與科學概念評量，兩者皆採專家效度。在研究過程中，蒐集了寫作論證前、 後測與各單元科學概念的前、後和延宕測驗，以及事後晤談等資料，並進行量化與質性 的分析。在寫作論證之線性推理能力的部份，針對總分、六大向度（論題、推理結構、 觀察的證據、解釋的證據、結論、反駁）及 19 個問題作敘述統計（平均數、標準差、 實驗效果量）、共變數分析以及個案探討；而在科學概念的部份，就填答分析、反應分 析與得分情形做比較，並探討個案實例；最後檢視寫作論證之線性推理能力與科學概念 兩者的交互表現和個案探討。在寫作論證前、後測與寫作論證練習的評分者一致性分別 為 84.8%與 85.2%。 在量化分析方面，本研究發現： (一) 在寫作論證之線性推理能力方面，實驗組與對照組在「推理結構」、「觀察的證據」 與「解釋的證據」三個向度達顯著差異（實驗效果量分別為 0.64、0.73 與 0.72）； 然而，在「論題」、「結論」、以及「反駁」三個向度卻未達顯著差異。 (二) 在「寫作論證練習」的部分，實驗組的研究對象在前三個單元各個向度的表現，並 未呈現任何趨勢或一致性，但在第四單元中，研究對象幾乎在所有的向度中（「反 駁」除外），皆有比前三單元更好的表現。 (三) 在「科學概念評量」的部分，對照組在「運用記誦的科學知識」的第一層選項進步 較大，而實驗組則是在「需較高認知能力與理解」的第二層選項有較明顯的進展。 (四) 將「寫作論證評量」與「科學概念評量」所得之數據資料交互對照，發現線性推理 能力得分高的研究對象，在寫作論證前、後測以及寫作論證練習的科學概念理解較 好，反之亦然。 在質性分析的部分，本研究獲得結論如下： (一) 學生傾向於關注「解釋的證據」中的「理論型主張」，而忽略了「觀 察的證據」的 「資料」。 (二) 採用「論證」的教學方式，雖有助於提高研究對象「對主張提出合理理由」的能力， 但亦可能使研究對象產生「另有概念」。 (三) 線性推理能力得分高的研究對象，在寫作論證前、後測以及寫作論證練習的科學概 念理解較好，反之亦然。 根據此研究結果，建議教師可以在教學時使用課室論證、寫作論證與實驗探究。此

外，也期待未來的相關研究，能針對寫作論證中「論題」、「結論」與「反駁」三個面向 提供更多學習鷹架。

關鍵字 關鍵字關鍵字

Abstract

This study was designed to investigate pupils’ difference, variation and the relationships between lines of reasoning ability and science conception after argumentation activities. This study takes the quasi-experimental method of nonequivalent pretest-posttest control group design and the participants are sixty students in the sixth grade in an elementary school. The study focuses on scientific issues argumentation which is based on four units of Science and Technology curriculum. The experimental group conducts argumentation and inquiry with argumentation activities, while the control group conducts discussions and experiments with traditional/normal activities. There’re two reasearch instruments, written argumentation assessment and science conception assessment. They’re both valued by Expert validity. Collecting data of pretest and posttest in written argumentation, data of pretest, posttest, and procrastinated test in science conception, and data of post interview for analyzing. Quality and quantity are both considered. About lines of reasoning ability of written argument, we aim at total scores, 6 features (thesis, reasoning structure, observational evidence, explanatory evidence, conclusion, and rebuttal), and 19 questions to do description statistics (mean, standard deviation and effect size), analyzing of covariance (ANCOVA) and case studies. Then comparing answering analysis, reaction analysis, scores and case studies in science conception. Finally contrast lines of reasoning ability and science conception. The interjudge consistency of pretest and posttest in written argumentation and practices in written argumentation shows 84.8% and 85.2%.

According to the quantitative analyses, we may conclude that: (1) In the aspect of lines of reasoning ability in written argumentation, experimental group and control group achieve significant differences in reasoning structure, observational evidence, and explanatory evidence, the effect sizes of which are 0.64, 0.73, and 0.72 respectively; however, the differences between the two groups in the features of thesis, conclusion, and rebuttal are not significant; (2) In the aspect of written argumentation practice, the contestants of the experimental group do not perform any constant tendency in all features of the first three units, but they perform better in almost every feature (except rebuttal) of Unit 4; (3) As for the part of science conception evaluation, the control group improves more in the first layer options of "employing memorized science knowledge", while the experimental group achieve more obvious progress in the second layer options of "needing better recognition and comprehension"; (4) We find, with the data of written argumentation evaluation and science conception evaluation cross-examined, that the contestants who scores higher in lines of reasoning may perform better in the written argumentation pre-test and post-test, and may have better comprehension of science conception in written argumentation practice.

With the results of the qualitative analyses, we may infer that: (1) The contestants of both groups tend to focus on the theoretical claim in explanatory evidence but ignore the data in observational evidence; (2) The contestants may enhance their ability to propose rational reasons for their claims with the help of argumentation approach, but they may have alternative conceptions as well.

Based on the study results, suggest that teachers should take oral argumentation, written argumentation, and inquiry. And we expect that further studies can provide more scaffolding for the features of "thesis", "conclusion", and "rebuttal" in written argumentation.

第壹章 緒論 ... 1

第一節 研究背景與動機... 1 第二節 研究的重要性... 3 第三節 研究目的與問題... 4 第四節 名詞解釋... 5 第五節 研究範圍與限制... 6

第貳章 文獻探討 ... 9

第一節 論證... 9 第二節 論證與推理... 22 第三節 論證與科學概念... 28

第參章 研究方法與設計... 39

第一節 研究架構... 39 第二節 研究設計... 42 第三節 研究對象... 43 第四節 研究工具... 44 第五節 研究流程... 47 第六節 資料蒐集與分析... 67

第肆章 研究結果與討論... 77

第一節 寫作論證之線性推理能力... 77 第二節 科學概念... 114 第三節 寫作論證之線性推理能力與科學概念... 129

第伍章 結論與建議 ... 143

第一節 結論... 143 第二節 建議... 145

參考文獻 ... 147

附錄

………

153

附錄一 寫作論證評量……… 153 附錄二 科學概念評量……… 155 附錄三 教學活動設計教案……… 156

目次

附錄四 科學論證指導範例………202

附錄五 實驗探究過程與結果………210

附錄六 線性推理能力之分析標準………216

表 2-1-1. Osborne 等人(2004b)論證層級………..…. 12 表 2-1-2. Erduran 等人(2004)和 Simon 等人(2003)論證層級…………...….…..…..12 表 2-1-3. Sadler 和 Fowler (2006)論證層級架構……… 13 表 2-1-4. Kerlin 等 (2010)論證分析架構………14 表 2-1-5. 論證相關研究一覽表……….. 20 表 2-2-1. Kelly 等人(2007)的寫作論證線性推理分析標準……….…………. 25 表 3-1-1. 論證教學法與一般教學法對照表……….. 40 表 3-2-1. 實驗設計模式表……….. 42 表 3-3-1. 研究對象人數表……….. 43 表 3-4-1. 寫作論證評量專家審查意見……….. 45 表 3-4-2. 科學主題與概念命題敘述……….. 46 表 3-4-3. 科學概念評量雙向細目表………...47 表 3-5-1. 各單元論證主題、各組論證議題與評量概念……….. 50 表 3-5-2. 論證教學活動與一般教學活動的課程對照表……….. 52 表 3-5-3. 課室論證活動引導內容……….. 54 表 3-5-4. 寫作論證教學與傳統實驗教學課程……….. 58 表 3-5-5. 單元論證教學與單元傳統教學課程（以第三單元為例）─課室論證... 59 表 3-5-6. 單元論證教學與單元傳統教學課程（以第三單元為例）─實驗探究...61 表 3-5-7. 單元論證教學與單元傳統教學課程（以第三單元為例）─寫作論證 單元教學...………... 62 表 3-5-8. 寫作論證教學舉例說明……….. 64 表 3-6-1. 線性推理能力分析架構……….. 69 表 3-6-2. 線性推理能力之分析標準（以論題為例）……… 70 表 3-6-3. 寫作論證之線性推理能力前後測評分一致性 ………. 70 表 3-6-4. 寫作論證練習評分一致性……….. 71 表 3-6-5. 論證教學活動與評量工具的科學概念內容例子……….. 74 表 4-1-1. 兩組寫作論證前後測（總分）平均得分表……… 77 表 4-1-2. 兩組寫作論證前後測（總分）共變數分析表……… 78 表 4-1-3. 兩組寫作論證前後測（六大向度）平均分數表……… 79 表 4-1-4. 兩組寫作論證前後測（六大向度）共變數分析表……… 81 表 4-1-5. 兩組寫作論證前後測（19 問題）得分表………. 84 表 4-1-6. 兩組寫作論證前後測（19 問題）共變數分析表………. 86 表 4-1-7. 實驗組四個單元寫作論證（總分）得分表………. 87 表 4-1-8. 實驗組四個單元寫作論證（六大向度）平均分數表………. 88 表 4-1-9. 實驗組四個單元寫作論證（19 個問題）得分表……… 91 表 4-1-10. 三名個案四個單元寫作論證六大向度平均得分表……… 93

表目次

表 4-1-11. 三名個案四單元寫作論證 19 個問題之得分表……….. 93 表 4-2-1. 單元一概念評量的填答分析表……… 115 表 4-2-2. 單元二概念評量的填答分析表……… 117 表 4-2-3. 單元三概念評量的填答分析表……… 119 表 4-2-4. 單元四概念評量的填答分析表……… 120 表 4-2-5. 對照組概念評量的反應分析表……… 123 表 4-2-6. 實驗組概念評量的反應分析表……… 124 表 4-2-7. 對照組四單元科學概念得分表……… 125 表 4-2-8. 實驗組四單元科學概念得分表……..……….. 125 表 4-2-9. 學生的另有科學概念來源與類型……… 128 表 4-3-1. 線性推理能力與科學概念高低組平均數與標準差……… 130 表 4-3-2. 線性推理能力高低組與科學概念高低組人數表……… 131 表 4-3-3. 寫作論證之線性推理能力高低組在六大向度高低組的人數………… 132 表 4-4-1. 四名個案的線性推理能力評量與科學概念評量分數……… 135

圖 1-4-1. Kelly 等人(2007)科學論點的認識層級模組…………..……….……. 6

圖 2-1-1. Toulmin 的論證架構全圖(Toulmin, 1958)………..…………...…..10

圖 2-3-1. 內容知識轉移的門檻模式(Sadler & Fowler, 2006)…………..………… 34

圖 3-1-1. 研究架構圖……….. 39 圖 3-5-1. 研究流程圖……..……… 49 圖 3-5-2. 實驗組實驗處理流程圖……….. 56 圖 4-1-1. 兩組寫作論證前後測（六大向度）分數比較圖……….. 78 圖 4-1-2. 兩組寫作論證前後測（六大向度）進退步比較圖……….. 80 圖 4-1-3. 兩組寫作論證前後測（19 問題）分數比較圖………. 81 圖 4-1-4. 兩組寫作論證前後測（19 問題）進退步比較圖………. 82 圖 4-1-5. 實驗組四個單元寫作論證（六大向度）分數比較圖………... 88 圖 4-1-6. 實驗組四個單元寫作論證（19 個問題）分數比較圖………. 90 圖 4-1-7. 個案 E09 第一單元食物腐敗線性推理歷程……….. 95 圖 4-1-8. 個案 E09 第二單元電磁鐵線性推理歷程……….. 98 圖 4-1-9. 個案 E09 第三單元腳踏車線性推理歷程……….. 99 圖 4-1-10. 個案 E09 第四單元保溫線性推理歷程………...101 圖 4-1-11. 個案 E17 第一單元食物腐敗線性推理歷程……….. 103 圖 4-1-12. 個案 E17 第二單元電磁鐵線性推理歷程……….. 104 圖 4-1-13. 個案 E17 第三單元腳踏車線性推理歷程……….. 106 圖 4-1-14. 個案 E17 第四單元保溫線性推理歷程……….. 106 圖 4-1-15. 個案 E12 第一單元食物腐敗線性推理歷程……….. 108 圖 4-1-16. 個案 E12 第二單元電磁鐵線性推理歷程……….. 110 圖 4-1-17. 個案 E12 第三單元腳踏車線性推理歷程……….. 112 圖 4-1-18. 個案 E12 第四單元保溫線性推理歷程……….. 113 圖 4-3-1. 線性推理能力高低組與科學概念高低組人數圖……… 131 圖 4-3-2. 線性推理能力高低組在論題向度高低組的人數……… 132 圖 4-3-3. 線性推理能力高低組在推理結構向度高低組的人數……… 132 圖 4-3-4. 線性推理能力高低組在觀察的證據向度高低組的人數……… 133 圖 4-3-5. 線性推理能力高低組在解釋的證據向度高低組的人數……… 133 圖 4-3-6. 線性推理能力高低組在結論向度高低組的人數……… 134 圖 4-3-7. 線性推理能力高低組在反駁向度高低組的人數……… 134

圖目次

第一章

第一章

第一章

第一章

緒論

緒論

緒論

緒論

本章分為六節，分別討論研究的背景與動機、研究的重要性、研究目的與問 題、名詞解釋，以及研究的範圍與限制，分述如下。

第一節

第一節

第一節

第一節

研究背景與動機

研究背景與動機

研究背景與動機

研究背景與動機

為 了 使 學 生 在 科 學 教 育 中 習 得 重 要 的 能 力 ， 美 國 研 究 委 員 會 (National Research Council, NRC)在 1996 年規劃出所謂美國國家科學教育標準(National Science Education Standards, NSES)以推動國民「提昇全民科學素養」的教育改革 工作，其中以「探究」(inquiry)為整個標準內容的核心。為了促進探究，強調使 用證據和策略來發展或修正解釋，強調論證(argumentation)、溝通與解釋，從強 調的趨勢可看出「論證」在現今探究式學習中已扮演重要的角色。Lawson (2003) 亦提出科學教育的目標，就是要讓學生能成功的在一般的情境上應用理論，教學 不應只是設計來協助學生習得概念，也要協助他們發展利用高層次、假設─預測 推理技能去評估情境。 為因應時代的變遷，我國亦對課程提出教育改革，希望學生能具備「帶著走 的能力」。依中華民國 97 年 5 月 23 日所修訂的九年一貫課程綱要，自然與生活 科技學習領域的課程目標旨在培養學生探索科學的興趣與熱忱，並養成主動學習 的習慣；讓學生學習科學與技術的探究方法和基本知能，並能應用所學於當前和 未來的生活；培養與人溝通表達、團隊合作及和諧相處的能力；以及培養獨立思 考、解決問題的能力等。自然與生活科技學習領域的主要目標，可說在於提昇國 民的科學與科技素養，教育學生能依照科學方法從事探究與論證，進而養成科學 的思考習慣和運用科學知識與技能以解決問題的能力。 為達成科學教育的目標，使學生獲得有效的學習，各國學者紛紛提出各式新

興的教學，其中「論證」此議題近幾年在國外已深受重視(Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon, 2008)，國內學者亦相繼展開研究。論證為發展科學概念理解的 啟發式教學(heuristic)，學生不只必須學習發展根據事實的論證，在論證的同時亦 學習到科學。透過同儕的合作學習與相對的觀點能增長在學階段孩子的知識與理 解(Aufschnaiter et al., 2008)。論證其實就是一種思考的能力，在國內的情境中， 這種「論證能力」不僅是科學教育改革的重要教育目標之一，也是科學素養當中 的重要元素，更是現今強調學生「思考智能」學習成效時所希望看到的成果（李 松濤、陳佩君和林鼎富，2007）。許多學者都曾主張論證能力必須視為是教育的 重要目標之一（李松濤、林煥祥和洪振方，2010）。 Osborne (2005, 2006)提出：教學的過程，非僅只是知識的傳遞，更要讓學生 知曉並進一步學習在科學發展的過程中，科學家們如何將所觀察到的各種現象與 測量到的數據，經由不斷的辯解討論及符合邏輯的推理過程而提出一套合理的解 釋。而「論證」本身即是連結主張與所觀察到的資料的過程，是關於個體如何產 生且證明主張和結論的一種研究，使學習者能有適當的溝通練習機會(Driver, Newton, & Osborne, 2000; Kelly & Chen, 1999)，經由實際參與論證活動，可學習 科學家推理的過程。論證是學習科學的中心元素，它使學生的科學思考及推理能 被教師或指導者評定(Osborne, Erduran, & Simon, 2004a)。Clark 與 Sampson (2007) 也說道：科學推理不應只是一推論(inference)的過程，同時也是一說服別人的過 程，而論證的核心即分析資料、提出有說服力的解釋，以及與人的直接對話。為 了引出科學論證，個體必須學習科學家如何產生主張、如何使主張更精緻化、哪 些證據可構成論證的理由，以及這些證據如何統整與解釋(Sampson & Clark, 2006)。科學論證是科學標準（如證據的準備、反論點與相對假設的考慮）的應用， 其目的在於了解科學現象(Nussbaum, Sinatra, & Poliquin, 2008)。

溝通，兩者息息相關。另外，除了推理，我們關切的還有「科學概念」這個名詞。 Clark 和 Osborne (2007)提出科學知識的發展是透過一連串的發現與做決定而來， 辯證的及修辭的論證是此過程中的重要課程。Sadler 和 Fowler (2006)亦發現學科 知識會直接影響論證的能力，而透過論證過程，有助於釐清觀念，亦能提升思考 及溝通的能力。故論證有助於科學知識概念的發展，而科學知識概念亦會影響論 證的能力(Sadler & Fowler, 2006)。

近年來，國外已有不少與論證相關的研究 (如 Aufschnaiter et al., 2008; Clark & Sampson, 2007, 2008; Dawson & Venville, 2009; Erduran & Jimenez-Aleixandre, 2008; Osborne, 2005; Osborne, Erduran, & Simon, 2004b; Osborne et al., 2004a; Sampson & Clark, 2006; Sadler & Fowler, 2006; Toulmin, 1958; Zohar & Nemet, 2002)，而國內科學教育的論證研究才剛起步，仍有許多值得探究的空間（林宗進、 林樹聲、陳映均，2010；林燕文、洪振方，2007；林樹聲、黃柏鴻，2009）。且 研究多在探討國小、國中學生論證的相關技能、進行論證的表現或論證教學的策 略等，專門針對內容知識與論證能力之間關聯性的研究也不多見(Aufschnaiter et al., 2008；林宗進等人，2010)。基於論證對科學目標的重要性，以及論證與推理、 科學概念密不可分的關係，本研究欲對論證活動前後學生的線性推理(lines of reasoning) 能力和科學概念的差異情形提出探討。

第二節

第二節

第二節

第二節

研究的重要性

研究的重要性

研究的重要性

研究的重要性

林煥祥在教育部（2007）出版的「德智體群美五育理念與實踐」一書中，歸 納 Gardner 的多元智能理論，提出其中的語文智能、邏輯數學智能、肢體動覺智 能、人際智能、內省智能，以及自然觀察的智能此六項，或多或少都涵蓋智育三 元素─論證、批判思考(critical thinking)能力，及探究、解決事情的能力。換句話 說，透過論證、批判性思考和探究活動，可提昇學生的多元智能。

然而，Lawson、Banks 和 Logvin (2007) 提出在發展心理學、教育心理學、科 學教育中都對「推理能力的發展」有一系列的研究，而這些研究指出推理的進步 是教學的結果，雖然推理能力很難去獲得，但是卻普遍的被使用。且在美國有一 些研究顯示青年人的科學論證技巧是貧瘠的(Dawson & Venville, 2009)，學生薄弱 的論證此一議題在科學教育中已受到矚目，而在社會性科學議題(socio-scientific issues)中已確認的學生論證問題包含對證據給予錯誤的評價、天真的科學概念本 質，以及不適當的推理使用(Acar, Turkmen, & Roychoudhury, 2010)。

雖然論證在科學教育中佔一席重要的地位，但學生在學習論證方面是有困難 的，所以得經由不斷的練習與溝通，方能達到學習的目標(Osborne et al., 2004)。 本研究施行論證教學，使學生透過論證活動提高其多元智能，讓他們經由與同儕 之間的對話和寫作論證(written argumentation)，培養良好的口語表達、書寫能力； 並能善於觀察日常生活的各種現象，推理出解決問題的方法；同時經由討論，加 強人與人之間的互動，學習與人溝通相處，且能不斷自我省思。

第三節

第三節

第三節

第三節

研究目的與問題

研究目的與問題

研究目的與問題

研究目的與問題

本研究目的旨在了解透過論證活動的國小六年級實驗組與對照組學生其寫 作論證之線性推理能力及科學概念變化的差異情形，並探討線性推理能力與科學 概念的交互表現。 一、論證活動前後，實驗組與對照組的寫作論證之線性推理能力的差異情形為 何？ 二、實驗組在論證的過程中其寫作論證之線性推理能力的變化情形為何？ 三、論證活動前後，實驗組與對照組的科學概念差異情形為何？ 四、寫作論證之線性推理能力與科學概念的交互表現為何？

第四節

第四節

第四節

第四節 名詞解釋

名詞解釋

名詞解釋

名詞解釋

一、寫作論證 利用寫作進行的論證，旨在透過文字闡明各人主張(claim)，並提出各項證據 解釋以說服別人其主張的合理性。除了溝通技巧外，寫作論證亦需高度的修辭技 巧(Kelly, Regev, & Prothero, 2007; Osborne et al., 2004b)。

二、線性推理能力

Kelly 等人(2007)在分析學生的寫作論證之線性推理能力時，依 Kelly 和 Takao (2002)的論證認識層級(epistemic levels)，將線性推理視為由最初的資料分析直至 最後形成理論的此一階段過程，過程中由分析資料，逐一形成低推論的主張(low inference claim)，接著再由先前的幾個低推論主張產生一個更高階的主張，然後 生成理論型主張(theoretical claim)，最後即形成論題(thesis)，如圖 1-4-1。 本研究所提到的線性推理能力，指的是寫作論證之線性推理能力，除參酌 Kelly 等人(2007)從學生的寫作論證中抽出的五大向度：論題、推理結構(reasoning structure)、觀察的證據(observational evidence)、解釋的證據(explanatory evidence) 及結論(conclusion)，做一有順序結構的分析，在分析的過程中，另外再加上一要 素「反駁」(rebuttal)向度來檢驗其推理的能力。因為無論是在論證(Clark & Sampson, 2007)或是推理的範疇中(Wu & Tsai, 2007)，「反駁」皆被視為一重要能力。

三、國小六年級

圖 1-4-1. Kelly 等人(2007)科學論點的認識層級模組

第五節

第五節

第五節

第五節

研究範圍與限制

研究範圍與限制

研究範圍與限制

研究範圍與限制

本研究因受限於人力、物力及時間等因素，會有以下限制： 一、研究對象 本研究的研究對象採方便抽樣，是研究者本身所任教學校的學童，該校屬市 區的大型學校，因此研究結果可能無法概括其他非市區大型學校的國小六年級班 級。 二、寫作論證之線性推理能力 學生的寫作論證之線性推理能力，可能會因其語文程度的好壞而異，因此除 論題 理論型主張 理論型主張 由先前主張 建構的主張 由先前主張 建構的主張 由先前主張 建構的主張 由先前主張 建構的主張 低推論主張 低推論主張 低推論主張 低推論主張 低推論主張 資料 資料 資料 資料 資料 資料 資料 資料 線性推 理 1 線性推 理 2 線性推 理 3 觀察 解釋

了論證外，寫作能力亦影響寫作論證的線性推理能力。而本研究並無針對學生的 寫作能力做評測，為本研究的限制。

第二章

第二章

第二章

第二章

文獻探討

文獻探討

文獻探討

文獻探討

本章將文獻歸納整理分為三節，第一節探討論證，第二節為論證與推理，第 三節則是論證與科學概念。

第一節

第一節

第一節

第一節

論證

論證

論證

論證

本節對論證分為四部份做討論，一為論證的定義，二為論證能力，三為論證 教學活動，最後將論證的相關研究做一整理。

一

一

一

一、

、

、論證的定義

、

論證的定義

論證的定義

論證的定義

1958年，Toulmin所著的「論證的使用(The Uses of Argument)」一書，認為人 們在對自己的信念有所堅持時，會提出一主張，當主張正確、可被他人接受時， 是不需要論證的。但許多時候，我們會對不同人對他所聲稱的主張提出質疑，除 非他能夠說明他所立論的基礎，其主張才會有價值、有可信度。書中提出一簡單 且 廣 義的 架 構 以 呈 現 出 論 證 的 模 式 ， 稱 為 Toulmin 的 論 證 模 式 (Toulmin argumentation pattern，簡稱為TAP)，如圖2-1-1。此論證模式包含組成論證的六項 要素：主張、資料(data)、理由(warrant)、依據(backing)、修飾(qualifier)，以及反 駁。主張：論證者認為正確的主張或相信的理念；資料：用以支持主張的基礎， 以清楚的資料形式呈現，可說明主張之正確性，如數據、圖表、報表等；理由： 用以連結資料與主張的陳述，說明如何將資料推論至主張；依據：用以確保、強 化理由之正確性的陳述，它可以是某種定律，或是某項法律條文……等；修飾： 用以表達主張的適用性或正確性的用語，指出主張在何種情況下適用；反駁：用 以說明主張在何種特殊情況並不成立，又或者對主張、資料或理由抱持質疑，認 為其正當性不足之說明，而本研究的反駁兼採此兩種情形。

Toulmin認為科學論證的過程，即是使用資料、理由和支持等論證要素來說服 他人相信某一主張的歷程，而該論證的強度與品質，則是取決於過程中各項論證 要素出現的情形，包含愈多不同種類的要素，代表論證的強度與品質愈高。(Clark & Sampson, 2007; Osborne et al., 2004a, 2004b; Sadler & Fowler, 2006)

Toulmin 論證模式這種利用論證結構是否完整、多樣的分析方法，因為是從 語言學的角度切入，並非著重於專門學科知識的表達，是一種領域依存性(domain dependency)較低的分析法，也因而適用於多種科學、法律、社會性科學議題…… 等不同性質的議題中。然而此論證模式雖被廣為引用，卻也有其限制。Sampson 與 Clark (2006)指出這種分析方法對於論證內容的品質無法做有效的評估與呈 現，例如：無法判斷所提出的「理由」的適切性，以及無法將過程中所使用的學 科知識品質列入評斷論證品質的依據。另外，分析的過程，區分各項論證要素對 分析者而言亦頗具難度(Diver et al., 2000; Kelly, Druker, & Chen, 1998)，故 Erduran、Osborne 和 Simon (2004)和 Simon、Osborne 和 Erduran (2003)將資料、 理由、和依據此三個論證要素結合成「根據」(ground) (引自 Clark & Sampson, 2007)。 在論證的分類部份，林煥祥在教育部（2007）德智體群美五育理念與實踐一 書中整合論證相關文獻，將論證模式分為兩類：第一類為 Kuhn (1992)及 Boulter 圖2-1-1. Toulmin的論證架構全圖 (Toulmin, 1958) 因為 所以 資料 修飾 主張 反駁 理由 依據 基於 除非

和 Gilbert (1995)等人依據牛津英文字典的定義所詮釋成的「修辭或教誨式的論證」 (rhetorical or didactic argumentation)。此類的論證由論證者提供說明，該內容經過 修辭，清晰易懂，主要目的是提供一充分的理由去說服別人，使其了解該論點或 主張的合理性。第二類是 Driver 等人(2000)提出的「對話式或多元意見式的論證」 (dialogical or multivoiced argumentation)，此類論證方式藉由小組組員相互討論、 質疑與辯證，提供給學生更多練習建構論證的機會，教師只是提供學習資源、適 時介入輔導，並安排全班整合式的討論。

Simon、Erduran 和 Osborne (2006)依論證的形式提及兩類的論證：對話(oral) 論證與寫作論證。Clark 和 Sampson (2008)提及科學教室中的對話論證可提供學生 參與多元對話內容的機會，在對話論證中，個體可突破自我的潛在發展區，進而 改變自己的認知結構。而 Kelly 等人(2007)視寫作論證為一教學挑戰，需要許多 特 殊的 語 言 技 巧 ， 得 依 賴 不 同 的 知 識 和 練 習 ， 包 括 概 念 知 識 (conceputal knowledge)、修辭知識(rhetorical knowledge)和語言學知識(linguistic knowledge)， 且寫作論證亦要能說服別人，在科學社群中溝通。 本研究依 Kelly 等人(2007)的說法，將寫作論證此等需修辭技巧的論證視為修 辭式的論證，透過論證者的科學陳述來表達自己的概念與想法，經由文字說明試 圖說服閱讀者。綜上所述，欲提昇學生的推理思考能力與概念學習，本研究兼採 「修辭或教誨式的」及「對話式或多元意見式的」兩種論證教學。能透過小組及 全班的對化式口頭討論，與同儕間相互質疑與辯駁，訓練其思考能力，亦經由需 具備修辭技巧的寫作論證讓學生除了能自己透過寫作找出證據，亦能提出得以說 服別人的合理說法。

二

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、論證能力

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論證能力

論證能力

論證能力

關於評鑑學生論證能力的好壞，有許多研究者根據論證品質來做評鑑，研發 出不同判斷品質優劣的方法，以評測論證的能力。如Osborne等人(2004b)的「科

學教育中的構想、證據與論證資源手冊（”Ideas, Evidence and Argument in Science

Education” Resources Pack，簡稱論證資源手冊）」裡，說明評鑑論證的方式可由

幾點去觀察：（一）有「主張」嗎？（二）所持的論點有「資料」來支持主張嗎？ （三）有「理由」來連結資料和主張之間的關係嗎？（四）有更進一步的辯解 (justification)──也就是「依據」，來證明資料和主張是正確的嗎？（五）對於 相反的立場是否做了預設，並能加以「反駁」？除此五點外，並將論證品質分為 五個層級，如下表2-1-1。 表2-1-1. Osborne等人(2004b)論證層級 等級 定義 1 有一個主張與反主張(counter-claim)相對或是一個主張與另一個主張相 對 2 有資料或理由或依據來支持主張，但沒有反駁 3 有一連串具資料、理由及依據支持的主張與反主張，且偶爾有反駁出現 4 論點包含一主張，此主張有一清楚可辨識的反駁。這樣的論點可能有好 幾個主張和反主張 5 主張有資料和理由支持，且有超過一個的反駁 而Erduran、Osborne和Simon (2004)以及Simon等人(2003)將Toulmin的資料、 理由以及依據三項論證要素整合成「根據」，並將論證層級分為五級，如表2-1-2 (Clark & Sampson, 2007)。

表2-1-2. Erduran等人(2004)和Simon等人(2003)論證層級 等級 定義 1 有一簡單的主張(與一反主張或另一主張相對) 2 有主張，且需有根據，但沒有反駁 3 包含一連串有根據的主張或反主張，且偶爾有微弱的反駁 4 主張中包含清楚、有根據的反駁 5 有兩個以上有根據的反駁

Sadler和Fowler (2006)發展一套論證層級的架構，如表2-1-3，此架構的重點在 於支持主張的辯解上，因為辯解是論證中最基本的形式且非常重要。 表 2-1-3. Sadler 和 Fowler (2006)論證層級架構 等級 敘述 定義 0 沒有辯解 參與者未能提供辯解來支持他或她的立 場 1 無根據的辯解 參與者提供支持他的立場的辯解，但是此 辯解是沒有根據的 2 有簡單根據的辯解 有辯解來支持主張，而辯解簡單的被單一 根據所支持 3 有精緻根據的辯解 有辯解來支持主張，且更詳盡、有更好的 支持根據 4 有精緻根據及相對觀點的 辯解 不但能夠提供有根據的辯解，也能夠確認 與他們立場矛盾的立場或證據 (evidence) 由以上的三種論證品質架構可看出分類的重要依據大致可以「反駁」及注重 辯解有無「根據」來定，可見此兩種能力的重要性。本研究希望學生在論證活動 中能學習兩者，除能選取適當的證據並加以詳細說明理由外，也具備反駁的能力。 除「論證品質」架構之外，Kerlin、McDonald和Kelly (2010)為檢視學生如何 從不同的科學資料來源使用「證據」，開發一新的論證分析架構以了解學生如何 制定主張、訴諸權威、辨認模式、使用邏輯，以及評價自身及他人的主張（表2-1-4）。 除了發展論證品質的層級架構來評判學生論證能力的研究外，李松濤等人 （2007）透過國小學生科學論證能力的發展來了解其思考智能的程度在國小自然 與生活科技課程領域中的學習成效。以思考智能測驗工具來評測學生的論證能 力，其思考智能工具包含四大項題目：概念題、推理題、控制變因題、統計數字 題。結果發現學童的科學論證能力隨著教學展現了顯著成長，學童的科學論證能

表2-1-4. Kerlin等人(2010)論證分析架構 學生從科學資料 的推論層級 (inference level) 要素 推理(reasoning)根據 1 適合 完成作業 訴諸同儕 其他學生的行為或想法 無實體的主張 沒有推理，主張缺乏「理由」及「依據」 的支持 2 訴諸特質 資料中的實例 訴諸引證 更多有知識的人或引用 定義 概念的意義 方法 處理資料的能力 3 承諾一致 一般性因素 模式辨認 辨別資料中的模式與規律性 與其他知識一致 先前知識的因素 與經驗一致 人或已知歷史的因素 4 結合 科學資料與特定原則的連結 訴諸邏輯 邏輯的使用 5 因果關係 一因素影響另一因素 預測 邏輯與資料以形成假設 6 評價 評價自身及他人的意見 力並不會因教學方式的不同而產生明顯的差異，但只要時間充裕，偏向探究式的 教學仍然可能對於小學生科學論證能力的學習與成長有幫助。李松濤等人（2010） 以科學論證能力測驗來評測學生的論證能力，工具同樣包含四大項題目：概念 題、推理題、控制變因題、統計數字題。結果發現國小學童科學論證能力表現同 時受到學科成績與教師教學取向等二項因素的影響，且學童的科學論證可能會因 為教師上課方式的不同取向而產生發展上的差異，探究式取向的教學比較可以幫 助學生提升科學論證能力的表現，而且比較具有延宕的效果。林樹聲和黃柏鴻 （2009）則採因果比較設計以探討不同學業成就的國小六年級學生在社會性科學 議題教學中之論證能力。

三

三

三

三、

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論證教學

論證教學

論證教學活動

論證教學

活動

活動

活動

論證不是一種自然產生的對話，所以必須透過事先準備合適的活動、支持及 模範(modelling)來明確的教導學生如何論證(Simon et al., 2006)。科學練習是包含 口頭與寫作會話的高文化素養(highly literate)活動(Kelly & Chen, 1999)，而發展學 生論證技巧的主要障礙就是學生缺乏這類活動的參與機會(Clark & Sampson, 2007)。

Osborne等人(2004b)介紹了一系列的資源以支持教師的科學論證教學，其中 包含了15個課程例子供教師使用。除了傳統課程重視的認知學習目標(cognitive learning goals)外，論證課程亦考慮到知識學習目標(epistemic learning goals)及社會 學習目標(social learning goals)。其中認知的學習目標為發展學生的推理及思考能 力，讓學生有機會藉由建構自身論點和評論他人論點而學習科學推理；知識學習 目標在使學生了解可使用哪些證據來解釋論點是正確的，以及為什麼此證據同時 也產生另有概念，簡言之，就是讓學生明白「我們是如何知道的」(how do we know)；而在社會學習目標中，提及許多論證活動是需要學生從事小組合作，這 樣的要求可發展他們的一些技巧，如適當的使用科學語言、學習如何在團體中進 行整合，與學會傾聽，同時這些活動也能提高學生的學習興趣，進而主動學習科 學。 手冊裡的每堂課程都會對以下事項做說明：（一）目的，（二）活動的學習目 標，（三）教學的重點該建立在哪些背景知識上，或哪些知識是此活動學生所應 具備的，（四）教學的順序指導教師如何完成這些資料，及（五）更深入的相關 科學知識內容。另外，手冊在競爭理論、小組討論、提供證據、及使用寫作論證 方面，亦提供了一些方法，其中可用來支持與協助學生科學論證學習的學習材料 的八項基本架構，包括：（一）分類活動(a classification activity)，（二）競爭理論

(competing theories)，（三）概念卡通(concept cartoons)，（四）預測─觀察─解釋 (predict, observe and explain)，（五）分析與解釋資料(analysing and interpreting data)，（六）實例討論(discussion of an instance)，（七）概念圖(a concept map)，以 及（八）診斷測驗項目(a diagnostic test item) (Osborne et al., 2004 b)。

除論證教學的內容外，教師角色在論證過程也影響學生的論證。陳穎志、曾 敬梅和張文華（2010）發現教師角色的豐富性與靈活度能提升學生論證品質。研 究將教師角色分為主導者、主持人、教練和參與者四類，其中主導者即是由教師 引領學生並幫助他們發展論證的想法和策略；主持人由教師控制活動的進行，但 對話的方向以學生的想法為依歸；教練則讓學生負責活動的進行，但過程中需引 導學生的思路；參與者以學生為主導，讓學生互相交流彼此的意見並協同進行活 動。洪振方、林裕仁和魏子婷（2010）在探究「專精教師與生手教師經營論證教 學的分析與比較」的研究中，發現專精教師班級所進行的對話論證較有品質，在 舉證支持立場、反駁與質疑，以及化解反駁三面向的論證數量也較多。且專精教 師的論證教學策略比較有層次與系統，並重視班級互動的和諧氣氛。 黃翎斐、張文華和林陳涌（2008）探究不同佈題模式對學生論證表現的影響， 將佈題模式分為三類：主張式、選擇式及開放式。主張式產生的反駁頻率較低， 開放式的論證進行較多樣且反駁頻率高，而選擇式的論證表現則介於兩者中間。 在論證品質方面，主張式和開放式佈題模式教學呈現兩極化的品質，而選擇式佈 題模式反倒維持了較好的水準。 綜上所述，欲進行論證教學，授課教師本身應對論證及論證教學的技巧有所 了解，善於利用各種不同的論證模式，適時的介入、適當為學生搭設學習的鷹架， 以引導其進行論證，才能啟發學生思考，創造出成功的論證教學。

四

四

四

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論證

論證

論證的

論證

的

的相關研究

的

相關研究

相關研究

相關研究

除了前面談論的論證能力、論證品質和論證教學活動的研究外，仍有其他論 證的相關研究在此部份進行探討，表2-1-5為論證相關研究的總整理。另外有關論 證與科學概念和推理的相關研究，留待下面兩節進行探討。 在國內外的相關研究中，有部份的研究讓學生透過網路的連結，在線上進行 論證，如Clark和Sampson (2007, 2008)、Nussbaum等人(2008)，以及蔡俊彥、黃台 珠與楊錦潭（2008）。蔡俊彥等人（2008）以國小五年級學生為對象，「光的行進」 為主題，建置一線上論證的學習系統，探究學生在Toulmin論證系統中進行論證活 動時其科學概念及論證品質的表現。Clark和Sampson (2007)更設計了一套個人化 討論系統讓八年級學生直接透過電腦網路進行線上論證。針對熱平衡的議題，先 讓學生進行預測，建立自己的準則，再經個人化討論系統的異質分組後，與和自 己提出不同解釋準則的人進行線上討論，最後經探究修正觀念。「個人化討論」 在科學論證和探究的課程中透過一活動結構(能引發、分享，及比較學生的個別意 見)來支持學習與合作。學生使用線上界面來建立原則以描述他們所蒐集的資料， 這些原則成為線上討論的種子評論(seed comments)，這套軟體將學生異質分組， 使學生在小組討論時能評論多元的觀點。 而有部份學者將學生依科學認識觀或認識論信念分類，探討各類學生的學習 情形。劉湘瑤、李麗菁與蔡今中（2007）利用兩個社會性科學議題的開放性問卷， 來分析學生相關論證的陳述，以探討科學認識觀與社會性科學議題抉擇判斷的相 關性。Nussbaum等人(2008)依認識論將學生分為專制主義者(absolutist)、雙重主 義者(multiplist)和評論主義者(evaluativist)，雙重主義者有較少矛盾不一致的批判 和迷思概念，且少和伙伴互動；評論主義者較具批判性，能較準確的解決問題， 且逐漸減少迷思概念。

也有的學者是以學業成就高低或是否為生物主修作為分類的依據，探討各類 學生的學習情形。如林樹聲與黃柏鴻（2009）藉由論證問卷和師生上課對話分析 不同學業成就學生的論證技能之差異與改變，結果發現低中高學業成就學生論證 得分未達顯著差異。但中學業成就組在提出支持論點之得分改變量顯著優於低學 業成就組；高學業成就組傾向以「反駁、反駁搭配精緻化理由」或「反駁加上新 理由」作為支持論點，低學業成就組則以「精緻化論點」或「補充新理由」為主。 中、高學業成就組能提出較多的證據敘述。林宗進等人（2010）則將學生分為生 物主修與非生物主修，結果發現生物主修大學生在各知識向度分數、知識總分以 及論證表現上均顯著優於非生物主修大學生。 還有以論證概念演變為主題的研究：Jimenez-Alexixandre和Pereiro-Munoz (2005)以當地西班牙11年級生為對象進行論證，進行「下水道對於生態環境的影 響」的社會性科學議題論證，設計一分析方法以研究學生的論證概念演變，以了 解學生在論證過程中是否改變立場，以及是何原因（如：查閱到的相關資料、其 他同儕的影響……）造成此改變，改變的來源從何而來等。並將論證概念的演變 分為三種：改變(change)、發展(evolution)及未改變(no change)。 也有學者從小組立場、小組組成以及文本特性來對於學生的論證做探討。蔡 佩穎、張惠博、林雅慧和張文華（2010）發現小組討論前立場與小組組成會影響 小組討論後的立場。較高批判思考能力的學生在討論前立場具一致性的情況下， 會受限於立場具一致性，而未發揮其批判思考能力。在小組成員討論前立場不具 一致性的情況下，批判思考能力異質組在討論後傾向達成共識。由此可見異質分 組的重要性。 另外也有學者結合論證與科學讀寫進行研究。靳知勤、楊惟程、段曉林（2010） 探究引導式Toulmin論證模式對國小學童在科學讀寫表現上的影響，結果發現在

引導學童整理思考的脈絡，亦使學童撰文的用詞更加豐富。因此引導式TAP讀寫 策略具備讓推理自動化的效用，因而有助於提升學童的讀寫技能。引導式TAP讀 寫策略可在國小高年級階段有效實施，對學童科學讀寫能力的提升具有明顯的助 益。 Kelly等人(2007)利用寫作論證、課室論證及線上練習，給予大量的資料及鷹 架，提供大學生學習的機會，最後根據5個認識標準(epistemic criteria)、3個修辭 標準(rhetorical criteria)，以17個問題來分析學生寫作論證的線性推理能力，詳細 於後續第二節做說明。Kelly等人(2007)提出推理中的證據使用是探究的重要目 標，故該研究以大學生為研究對象，分析學生透過寫作論證發展出的線性推理能 力，將證據的使用視為一重要部份。 綜合以上論證相關文獻可見「科學認識觀」、「認識論信念」與「學業成就」 以及「小組組成」等會影響論證的能力與品質，因此在論證前我們可先將學生依 不同的認識觀、認識論信念、學業成就與立場做異質分組，以達到更佳的論證品 質。同時在論證過程中給予學生學習的鷹架及相關資料，藉由網路能更方便更快 速的讓學生進行學習，透過各種不同的資源與方法幫助學生產生論證概念演變， 提昇學生的論證能力及科學讀寫的能力。 本研究以國小六年級學生為研究對象，以「如何將證據形成論點」及「提昇 學生反駁能力」為主要教學目標，實施課室論證及寫作論證，加強學生的線性推 理能力。推理能力的分析方法主要參考Kelly等人(2007)的分析標準，於第三章做 說明。

表 2-1-5.論證相關研究一覽表

作者 發表

年份

題目 研究對象 研究內容簡述

Aufschnaiter, Erduran, Osborne, & Simon

2008 Arguing to learn and learning to argue: Case studies of how students’ argumentation relates to their scientific knowledge.

八年級生 論證對科學知識的影響

Clark & Sampson 2008 Assessing dialogic argumentation in online environments to relate structure, grounds and conceptual quality.

八年級生 發展一分析架構以評測在線上的科學論證其 反對的層級、根據的使用，以及概念的品質 Clark & Sampson 2007 Personally-seeded discussions to scaffold online

argumentation.

八年級生 線上個人化討論系統 Dawson & Venville 2009 High-school students' informal reasoning and

argumentation about biotechnology: an indicator of scientific literacy? 12 至 17 歲的學生 以 Toulmin 的論證模式和推理模式為鷹架來分 析資料，探討學生在生物科技的非形式推理與 論證 Jimenez-Alexixandre & Pereiro-Munoz

2005 Argument construction and change while working on a real environment problem.

11 年級生 論證概念的演變：改變、發展及未改變 Kerlin, McDonald,

& Kelly

2010 Complexity of secondary scientific data sources and students’ argumentative discourse.

九年級生 開發一新的論證分析架構以了解學生如何制 定主張、訴諸權威、辨認模式、使用邏輯，以 及評價自身及他人的主張

Kelly, Regev, & Prothero

2007 Analysis of lines of reasoning in written argumentation

大學生 寫作論證的線性推理能力

Nussbaum, Sinatra, & Poliquin

2008 Role of epistemic beliefs and scientific argumentation in science learning.

大學生 探討不同認識論信念學生的科學論證與概念

發展和改變 Wilson, Taylor,

Kowalski, & Carlson

2010 The relative effects and equity of inquiry-based and commonplace science teaching on students'

14 至 16 歲的學生

從學生的知識、推理與論證三方面比較探究教 學與一般科學教學的差異

表 2-1-5（續） 作者 發表 年份 題目 研究對象 研究內容簡述 李松濤、林煥祥與洪 振方 2010 探究式教學對學童科學論證能力影響之探究 國小五年 級生 以學童科學論證能力測驗(概念題、推理題、控 制變因題、統計數字題)來評測學生的論證能力 林宗進、林樹聲與陳 映均 2010 大學生對基因改造作物議題的認知與論證能力 之研究 大學生 以認知問卷(本體論知識、認識論知識、情境知 識)與論證問卷(人體健康爭議、生態環境爭議與 專利權爭議)施測。 林樹聲、黃柏鴻 2009 國小六年級學生在社會性科學議題教學中之論 證能力研究─不同學業成就學生間之比較 國小六年 級生 藉由論證問卷和師生上課對話分析不同學業成 就學生的論證技能之差異與改變 洪振方、林裕仁和魏 子婷 2010 專精教師與生手教師經營論證教學的分析與比 較 兩位科學 教師、五 專生 發展「對話論證表徵」，分析舉證支持立場、反 駁與質疑，與化解反駁等三面向的論證內涵與 品質，發現專精教師班級所進行的對話論證較 有品質 陳穎志、曾敬梅和張 文華 2010 探討教師角色在促進國小學童論證表現的改變 ──以啟發式科學寫作(SWH)教學為情境的四 年個案研究 三位美國 科學教師 以 SWH 教學為情境，探討四類角色(主導者、 主持人、教練和參與者)的情形及對學生論證的 衝擊。 黃翎斐、張文華和林 陳涌 2008 不同佈題模式對學生論證表現的影響 一位老師 7 年級生 探究不同佈題模式(主張式、選擇式及開放式) 對學生論證表現的影響 靳知勤、楊惟程和段 曉林 2010 引導式 Toulmin 論證模式對國小學童在科學讀 寫表現上的影響 國小六年 級生 引導式 TAP 可協助學童科學讀寫中整理思考， 以提升讀寫表現。 蔡佩穎、張惠博、林 雅慧和張文華 2010 小組立場、小組組成及文本特性對於學生論證 生殖遺傳新聞之效應 七年級生 小組討論前立場與小組組成影響小組討論後立 場，科學新聞文本中的概念分支結構，也是影 響小組學生討論後立場的因素。 蔡俊彥、黃台珠與楊 錦潭 2008 國小學童網路論證能力及科學概念學習之研究 國小五年 級生 學生在線上論證系統中進行論證活動時其科學 概念及論證品質的表現

第二節

第二節

第二節

第二節

論證與推理

論證與推理

論證與推理

論證與推理

本節就推理的定義、推理能力的重要性與分析標準、論證與推理的關係，及 運用論證教學加強推理能力四點作討論。

一

一

一

一、

、

、推理的定義

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推理的定義

推理的定義

推理的定義

教育工作者（尤其是那些在科學教育領域中的），視學生的推理能力為檢視學

生學習的重點觀點 (Eylon & Linn, 1988)。推理可被定義為建構與評價論點的過程 (Shaw, 1996)。

根據 Galotti (1989)的說法，思考就是一種推理的歷程，其過程可以分為形式 推理(formal reasoning)以及非形式推理(informal reasoning)兩種類型。此二種歷程 在科學知識的建立過程中都扮演了相當重要的角色，而後者的推理形式較符合日 常生活中的思維型態。故 Sadler 和 Zeidler (2005b)提出：論證就是一種非形式推 理過程的外顯表徵，更是一種幫助研究者了解思考過程的重要方法。李松濤等人 （2010）也認為論證本身就屬於一種非形式的推理型態，且也已經成為表徵非形 式推理歷程的一項重要工具。 形式推理依思考過程的差異，可分為演繹推理(deductive reasoning)及歸納推 理(inductive reasoning)。演繹推理是指根據一個普遍公認的原則或定理為前提， 從而推論到特定事例的思維方式。歸納推理則指根據多數個別事例為前提，從而 推論到一個普遍原則的思維方式（張春興，1996）。 然而 Kuhn (1962)卻質疑以邏輯與數學為特徵的形式推理，他認為在常態科 學的階段，科學家有共同的語言與高度的共識，並共享一套完備的理論，或稱典 範(paradigm)，但有時實驗的結果與理論不合，或者理論的內部發生矛盾，這種 異常現象使典範面臨危機，這時科學家就要從頭開始，重新拼湊出一個新典範，

以解決先前無能為力的問題，這個階段就是科學革命。Kuhn 的理念指出雖然形 式推理也許對科學發現很有貢獻，但它並非發展過程中傳遞思想感覺唯一的媒 介。雖然科學也許以形式推理和邏輯的語言呈現，但結果本身是源自於非形式推 理。 Zohar 和 Nemet (2002)指出非形式推理是包含在一特定主題或二選一的情境 中有關原因和結果、優勢與劣勢、贊成與反對的推理。Evans (2002)將非形式推理 分為兩種不同的系統，一為隱含的聯想系統(Implicit or Associative System)，另一 為清楚的規則系統(Explicit or Rule-based System)。隱含的聯想系統有以下特點： 無意識、自動自發、早期發展、實用的、情境的、具高作用力，可同時進行、經 由學習和內在模組所引發，以及跟其他動物共通。清楚的規則系統的特點則與其 相對，為：有意識、可控制、晚期發展、邏輯和抽象的、被運作記憶所限制、連 續的、允許假設性思考，為人類所獨有。Sadler 和 Zeidler (2005a, 2005b)將學生的 非形式推理分為三個模式：理性(rationalistic) （認知的，使用理由）、感性(emotive) （關心與移情）和直覺(intuitive)（立即的反應）的非形式推理，發現大學生的理 性推理頻率大於感情，直覺型則發生頻率最少(Sadler & Zeidler, 2005b)。Dawson 和 Venville (2009)在探討 12-17 歲澳洲學生在生物科技的的非形式推理與論證研 究中，則發現與理性推理相比，各年級的學生較常使用直覺及感性的非形式推 理，大部份的學生沒有使用資料或僅使用簡單的資料來證明他們的主張，而理性 的非形式推理連結了更多複雜的論點。

二

二

二

二、

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、推理能力的重要性與

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推理能力的重要性與

推理能力的重要性與分析標準

推理能力的重要性與

分析標準

分析標準

分析標準

推理能力是一種高層次的認知能力，它能協助個體清楚了解各事物間的因果 關係，是解決問題時重要的思考歷程。無論是在課業學習上或是日常生活中，推 理能力都是一項重要的能力。

線性推理能力源自 Kelly 和 Takao (2002)所提出的「認識層級」，該研究將認 識層級分為六級，由最基礎、最具體的第一級主張至最一般性、理論性的第六級 主張，此六級由低至高分別為資料描述、地形特徵的辨識、地質學構造的相關方 面、使用地質學理論或辨識地球資料的模組、一般地質學理論，以及一般且具獨 立特性的主張。而 Kelly 等人(2007)將此認識層級稍作修改如圖 1-4-1，不強調主 張需分為六級，然而，由於此認識層級著重於「主張」的認識層級與確認主張的 特徵，留下科學論證有關推論邏輯與推理等重要問題未解決，考量此主張認識層 級無法鑑定這些主張如何做連結，因此發展一套分析步驟以明確的指出寫作論證 的特徵如何用語言的線索來表示，此分析步驟在下面做一詳細說明。 該研究將學生寫作論證的質性資料中，依寫作論證的特徵抽出五大向度，做 一有順序結構的分析，其五大向度分別為論題、推理結構、觀察的證據、解釋的 證據及結論。分析過程再將五大向度細分 17 個問題（如表 2-2-1），而細分的問 題則建立在兩大類別─認識標準與修辭標準上。其中認識標準有五項：（一）提 出可解決的問題；（二）論點陳述；（三）線性推理要相互支援且聚焦；（四）線 性推理要充分；和（五）線性推理要正確且根據事實推斷。另外三項修辭標準為： （六）將證據精緻、結構化；（七）線性推理要連貫；及（八）跨越不同的認識 層級對證據做協調統整。此八項標準與 17 個問題相呼應，問題 1、2 就是看學生 是否能提出可解決的問題或論點陳述；問題 5─線性推理是否聚焦；問題 3、4、 10─線性推理是否充分；問題 16─線性推理是否根據事實推斷；問題 6、7、8─ 將證據精緻化；問題 12、13、14─線性推理要連貫；問題 9、11、15─跨越不同 的認識層級對證據做協調統整。 Wu 和 Tsai (2007)分析高中生在社會性科學議題的非形式推理一研究中，設 計一質量兼具的分析系統，以三個質性指標來評估學生推理的策略決定模式與立

表 2-2-1. Kelly 等人(2007)的寫作論證線性推理分析標準 分析的範圍 歸類 論證特徵 對學生論證提出的問題 兩大類別 八項標準 論題 1. 論題清楚的被陳述嗎？ 認識標準 (一)(二) 2. 所提出的論題能解決問題嗎？ 認識標準 (一)(二) 推理結構 3. 有多種推理的思路嗎？ 認識標準 (四) 4. 推理的路線是否在論題的範圍內？ 認識標準 (四) 5. 推理有歸納成一結論嗎？ 認識標準 (三) 觀察的證據 6. 適切的資料是否適當的被置入？是 否有適當的資料呈現？ 修辭標準 (六) 7. 資料的呈現是可被辨識出的？ 修辭標準 (六) 8. 資料的呈現有無適當的描述、解釋？ 修辭標準 (六) 9. 資料是否有相關？ 修辭標準 (八) 10. 資料是充足的？ 認識標準 (四) 解釋的證據 11. 資料是否可以明確的被辨識出來？ 修辭標準 (八) 12. 所提供的資料是否可做為解釋的一 部份？ 修辭標準 (七) 13. 資料被用來描述一種機制嗎？ 修辭標準 (七) 14. 提供的資料是否有支持你的解釋、 說明？ 修辭標準 (七) 15. 資料的關聯性清楚的被辨識？ 修辭標準 (八) 16. 推論的結果是否有效？ 認識標準 (五) 結論 17. 這論題被支持嗎？ 模式分為直覺和以證據為基礎的策略決定，以及維持或改變立場；推理模式是將 由不同觀點產生的論點量化，例如社會、經濟、生態、科學或科技等不同面向； 推理層次則計算學生支持論點、對立論點和反駁的數量來評斷學生的推理層級。 本研究的寫作論證參酌 Kelly 等人(2007)其分析標準再酌以修改，以探究學生 寫作論證的線性推理能力，同時，參考 Wu 和 Tsai (2007)的研究將反駁的數量納 為推理的要項，本研究在論證向度方面由原先的五大向度增加一項「反駁」（此 項反駁，是指對錯誤的證據或主張提出辯駁），並於寫作論證線性推理能力分析

加上「反駁的陳述是否詳細且清楚」、「反駁所持的理由是否充分」、「反駁是否合 理」三個問題。另外「解釋的證據」部份，考慮實際分析的狀況，刪除第 13 題 （資料被用來描述一種機制嗎？）。

三

三

三

三、

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、論證與推理

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論證與推理

論證與推理的關係

論證與推理

的關係

的關係

的關係

在做決定的過程中，論證與論證的技巧在非形式推理中扮演重要的角色

(Means & Voss, 1996 in Dawson & Venville, 2009)，且為非形式推理的外顯表現 (Sadler & Zeidler, 2005b)。Chang 和 Chiu (2008)區分形式推理與非形式推理的差 別，認為形式推理的所有前提都是固定且不易被增加或刪除的，而非形式推理包 含認知與感情的因素 (Sadler, 2004)，個體能基於他們個人的知識與信念來改變前 提，因而最後將論證界定為非形式推理。

Sampson 與 Clark (2006)於論證在科學教學與學習的應用國際工作坊中歸納 各科學教育中論證的相關文章，提出重要的科學認識論標準(epistemological criteria)包括：（一）提供證據以支持主張並驗證主張的合理性(Hogan & Malienti, 2001)；（二）將理論架構與所觀察到的自然現象做一連結(Passmore & Stewart, 2002)；（三）建立證據的可信度(Driver et al., 2000)；（四）斤斤計較(parsimony) (Sandoval & Reiser, 2004)；及（五）將論證建立於符合邏輯的推理上(Zeidler, 1997)。由上述第五點可知，從科學認識論的標準來看，推理是論證的基礎。

科學推理不應只是一連串推論的過程，也應要是一連串說服別人的過程 (Clark & Sampson, 2007)。藉由科學論證，學生能透過與科學社群分享自身想法， 比較與他人不同之意見，經由不斷的溝通對話，學著說服他人，習得推理的能力。

四

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、運用論證教學加強推理能力

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運用論證教學加強推理能力

運用論證教學加強推理能力

運用論證教學加強推理能力

推理中的證據使用是科學探究中的重要目標，然而卻只有少數的研究聚焦在 「整合資料以形成論證」的困難上(Kelly et al., 2007)。大多數的論證都著重在口 頭談話的部份(spoken discourse) (Driver et al., 2000; Jimenez-Aleixandre et al., 2000; Sadler, 2004)，對科學教育而言，寫作論證為另一項可能性與挑戰(Kelly et al., 2007)。寫作的產生是一特別的社會行為與口頭會話過程的結果(Kelly & Chen, 1999)，Kelly 等人(2007)重視寫作論證，認為寫作論證的教學挑戰在於：第一， 有別於大眾較為熟悉的口頭論證，寫作需使用不同的具體概念知識(conceptual knowledge)、修辭知識(rhetorical knowledge)和語言知識(linguistic knowledge)來進 行，而這方面的科學練習是不普遍的，且不同單元會面臨不同程度差別的困難。 第二，從事科學探究包含參與社群社會與文化的練習，進行公眾對談需要有高層 級的說服性，然而使證據具有說服力對作者而言是一項挑戰，尤其是寫作。 縱然大多數的學生論證研究都重在口頭交談，且寫作論證亦在教學上為一項 挑戰，但從不同的角度切入，寫作論證提供了不同的可能性及獨特的學習機會， 使學生在證據的形成上能有社會及認識方面的練習，並創造自主且公開的個人想 法。況且，寫作論證可利用學科資源與研究工具來建構，由此提供一有效的策略 使學生有紀律的學習且知悉標準與慣例，幫助學生涵化以學習學科知識，經由寫 作、閱讀他人寫作及評論的過程，學生能有充分的時間理解學習並做多重的考慮。 除了寫作論證，Kelly 等人(2007)亦在課堂上利用小組調查與發表及全班討論 做論證練習，並派予學生回家功課，要學生每週經由網路進行多重選擇題、申論 題等問題思考。為發展學生使用證據、評論證據的能力，在學生學習的過程中， Kelly 等人(2007)提供了各式的輔助與引導，使學生透過課程 CD、講課、實驗課 與課本使用等等資訊進行論證活動學習。

在 Osborne 等人(2004b)的論證資源手冊中也提出，小組討論提供學生進行科 學推理的機會，而寫作論證則是加強學生推理能力的基礎。將想法用文字的方式 敘述出來能強化學生思考他們所使用的語言、推理是否清晰，以及推理是否能證 明結論是正確的。教師必須建構寫作框架來引導學生，除了幫助學生從事寫作論 證，同時也促進對論證本身的了解。 本研究先讓學生在課室內透過小組討論進行科學推理，接著回家進行需較高 修辭技巧的寫作論證，兩者相輔相成，使學生更能充分進行學習。

第三節

第三節

第三節

第三節

論證與科學概念

論證與科學概念

論證與科學概念

論證與科學概念

一

一

一

一、

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、何謂概念與

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何謂概念與

何謂概念與概念的成因

何謂概念與

概念的成因

概念的成因

概念的成因

概念是個人對外在世界認知的基本單位，透過事物概念化的過程中，提供了 解新知識的基礎。而概念的學習發展，就是隨著學習經驗而重複進行同化與調適 的過程（林素華與劉燿誠，2010）。Duit 和 Treagust (1995)指出兒童科學概念主要 來源有下列六種：（一）感官的經驗；(二）語言的經驗；（三）文化的背景；（四） 同儕團體；（五）大眾媒體訊息；（六）學校的科學教育（引自石曉芳，2004）。 張容君和張惠博（2007）綜合 Vygotsky、Werner 以及 Piaget 三位心理學家的理論， 提出幾項結論，一為他們都承認有概念發展的現象，且都認為成長的過程是成 熟、學習和發展三個生理或心理上的觀點交互作用的結果；其次，外在環境佔有 很大的份量；另外，他們也都認為認知主體在成長的過程中是扮演主動的角色。 學習自然科學過程中學生先備的另有概念(alternative conceptions)或迷思概念 (misconceptions)已被廣泛的研究。在科學教育的範疇中，另有概念和迷思概念指 的是學生對自然現象所產生的錯誤想法(Baser & Geban, 2007)，其與正確的科學概 念是相互矛盾的(Chambers & Andre, 1997)，與當前公認的科學理論有差異（楊坤

原和張賴妙理，2004a，2004b）。 Stepans、Beiswenger 和 Dyche (1986)曾指出學生的另有概念可能來自於六個 方面：（一）教師對於學生的另有概念缺乏覺察及興趣；（二）日常生活語言和隱 喻；（三）假設「只要教就立刻能夠學會」；（四）假設「從言談用字就可代表是 否理解」；（五）教科書對概念的呈現方式；（六）過度運用講述法（引自石曉芳， 2004）。以上為教學常犯的錯誤，故本研究欲透過論證活動，供學生有機會與同 儕進行討論，並透過寫作建構自己的知識、論點，以避免過度倚賴教科書上及教 師講述的內容，形成另有概念。

二

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、概念改變教學

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概念改變教學

概念改變教學

概念改變教學

Savinainen、Scott和Viiri (2004)指出過去三十幾年的研究發現，學生對科學課 程裡的自然現象具有先備的概念和信念，而這些想法和我們一般認同的科學觀點 不同，且難以改變。因此如何促成概念改變是科學教學的一大挑戰，光把注意力 放在設計教學的程序上是不夠的，教師如何對這些程序進行計畫與執行也相當重 要。其研究中提及Brown和Clement (1989)所提出的橋樑策略(bridging strategy)具

備四步驟：（一）訂一目標問題，明確將另有概念列入考量；（二）教師提出一類 似的情形及例子；（三）教師要求學生將此類似的例子與目標問題做明確的比較， 以類推兩者間的關係；及（四）如果學生不接受此類推結果，教師需在此例子與 目標問題中找出居中的橋樑做連結。 梁志平與佘曉清（2006）指出要讓學生的學習可以產生概念改變需要有以下 的策略：（一）分析此科學概念的概念架構；（二）檢測學生關於此科學概念的先 存概念；（三）提供一個「衝突」情境，讓學生的概念無法理解或解釋；（四）透 過演示、實驗操作提供科學概念，進而促使學生概念改變；（五）提供另外一個 學習情境，探測學生是否真的利用新建的概念解決問題；（六）提供適當的反省 機會，讓學生回想整個概念改變的過程。