國小教師實施論證融入教學之行動研究：以「植物生長」單元為例

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(1)國立臺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. 國小教師實施論證融入教學之行動研究：以「植物生長」單元為例 An Action Research of the Elementary Teacher Integrated Argumentation into Teaching: An Example of " The Plant Growth". 研究生：陳莉萍撰. 中華民國 103 年 1 月.

(2) 誌謝因為個人健康的因素，使得研究進度落後其它同學許多，但也是教授不放棄的指導以及學妹的鼓勵，使我有動力持續完成論文寫作，如今終於可以鬆一口氣了。回首過去的日子，要感謝的人很多，首先感謝指導教授游淑媚老師，謝謝您費心指導我這能力不足又很難開竅的學生，尤其在論文寫作時，幫助我將原本雜亂無章的文稿得以逐漸修正，使期能正確表達出我的想法，由衷感謝老師您為我所付出的心力。同時也感謝黃教授鴻博及王教授國華，謝謝您們在口試時給予諸多寶貴意見與指正，特別是黃教授在行動研究方面給我諸多的建議，使得此論文益臻完善。再來要感謝美琴學妹，謝謝妳在我失望、無助時給予我精神上的鼓勵，給我打氣加油，讓我能堅持到最後。最後感謝我親愛的老公，謝謝你的體諒與寬容，讓我求學期間能無後顧之憂，還有我最愛的寶貝穎穎與辰辰，在媽咪忙的時候你們都能安靜的在一旁不吵鬧，現在媽咪可以好好地陪你們啦！僅以此研究結果，獻給所有在寫作期間曾經幫助我及關心我的人，因為有你們，才能成就今日的我，在此致上最高敬意！. 陳莉萍謹致中華民國一○三年一月. 1.

(3) 摘要本研究採行動研究，以「植物生長」為主題，探討教師實施論證融入教學活動，學生學習之後，對論證能力的變化與植物生長概念學習情形。並且討論教師在教學的過程中，所發現的困難並嘗試提出解決的方法，期能對將來從事論證相關教學的教師做為參考。研究對象為研究者所任教之中部某地區國小三年級三個學年學生為研究對象，第一循環階段學生共32 位，計男生16位，女生16 位，隨機分成六組，每組5~6人；第二循環階段學生共24位，計男生12位，女生12位，採異質性分成六組，每組4人；第三循環階段學生共24位，計男生12位，女生12位，採異質性分成六組，每組4人。研究者從中立意取樣二個組別(共計8人)做為本研究的主要觀察對象。研究過程採行動研究分三個階段進行，每個階段包含四個活動，活動內容為種植觀察、書面論證、小組論證與學生課後晤談。研究工具包括論證教學活動學習單、半結構性晤談記錄、小組討論錄影、學生觀察記錄與教師教學日誌。資料收集為小組討論錄影、學生觀察記錄、論證學習單、教師教學日誌、學生晤談資料。資料分析以「Toulmin 論證模式」分析論證要素並參酌 Kuhn(1991)和黃翎斐(2005) 之論證分級標準後訂出本研究之論證分級標準以判定學生的論證能力。研究結果顯示如下：一、學生的論證能力變化： 1. 研究中發現論證類型以出現次數由多到少排序為「CD」、「CW」、「CDW」，多數學生的論點能形成CDW三段式論法結構，而「R」、「Q」、「CWR」、「CWQ」、「WDQ」「CDWB」出現次數偏低。學生的論證類型「CWD」次數三階段都是出現次數最多。第一階段出現21次，第二階段出現44次，第三階段出現62次，隨著每一個階段增加，代表學生的論點透過三次循環後論證類型組成要素更完整，透過融入論證學習學生論證能力有所改變。 2. 學生論證內容主張（C）與理由（W）相關性，發現三階段論證活動中出現（WP）比率分別為46.1％、57.4％、60％；而出現（WN）的比率分別為25％、13％、8.3 ％；隨著每一個階段（WN）會減少，而（WP）會增加，代表學生能在論證中能對主張形成較多正確的理由。. I.

(4) 二、植物生長概念發現: 1.. 三階段學生均認為植物發芽養分來自於根的吸收而不是種子自己提供。植物的生長要素的討論中，多數學生提到水、陽光最重要，提到最少的是空氣。. 2.. 第二階段與第三階段種植過程中所發現的澆水問題，學生會將植物擬人化來解決問題，而移植、葉子枯黃等問題，則依據生活經驗來解決或參考教科書。. 3.. 另有概念變化，第一階段中學生對種子發芽需要土的另有概念經過論證教學後，改變為發芽不需要土壤。而第二階段與第三階段中對於發芽需要陽光卻依然維持原來的概念沒有改變。學生知道植物需要陽光卻不了解光與植物的關係。. 三、研究者在論證融入教學歷程中的省思與專業成長： 1.. 在第一階段與第二階段中發現學生在學習論證時會因為先備概念不足與讀寫能力較弱，而無法形成具有較多的論證要素的論點來完成論證學習單，因此實施論證融入教學時要有適合的鷹架幫助學生學習。. 2.. 隨著每個一階段教學活動的進行，研究者發現研究者本身對於植物生長也有不少疑問，透過行動研究與教學設計過程，讓原本的另有概念有所改變，並增進教學專業知能。. 3.. 論證融入教學打破傳統的講述教學，能讓培養學生的批判性思考，最後形成概念的理解。綜合以上結果，學生在論證中能對主張形成較多正確的理由，顯示學生論證的能. 力有增加；透過論證教學後學生的概念會有所變化，但對於光與植物的概念無法改變；研究者透過論證教學歷程獲得專業上的成長。未來研究建議：一、在教學實務上： 1.. 建議教師將論證融入植物生長教學，可以讓學生透過論證來釐清另有概念。. 2.. 教師多利用行動研究進行教學反思與修正來獲得專業成長。. 二、在未來研究上： 1.. 以行動研究探討不同的論證策略融入教學，來幫助學生學習論證。. 2.. 探討以光與植物的關係來設計論證教學活動，來幫助學生學習光與植物的概念。. 關鍵字：論證、行動研究、植物生長、另有概念. II.

(5) Abstract This study was an action research and “Plant Growth” class was chosen as experiment. Teachers integrated argumentation into Plant Growth class for there semesters, found difficulties and tried to find out some solutions. Expect these solutions could be useful reference. The participants were third-grade elementary students in Taichung county. In first semester, there were 16 males and 16 females in the class, and divided them into 6 groups randomly; in second semester, there were 12 males and 12 females in the class, and divided them into 6 groups by students’ characteristic; in third semester, the dividing method was the same as second semester. Researcher selected 8 students purposively from 2 groups each semester to be objects for this study. The action research included 3 steps, each step involves 4 activities, and the activities were: planting/observing/recording, writing argumentation, group argumentation, and interviewing with students after class. Research tools were students’ study list, interview record, group discussion video record, students’ observation form, and teachers’ teaching journal. Data analysis was determined through the Toulmin Argumentation System (TAS) that analyzed argumentation elements and the argumentation ability classification criteria developed in this study with reference to Kuhn(1991) and Huang(2005) classification criteria. The results showed that: (1) The variation of students’ argumentation ability： I.. Argumentation types from frequent-appeared to infrequent were “CD”, “CW”, “CDW”, however, “R”, “Q”, “CWR”, “CWQ”, “WDQ”, “CDWB” were rarely showed. Most students’ argumentation formed as CDW structure. From the action research, it also was found that “CWD” was the most frequent-appeared type among these 3 steps. In first step, CWD appeared 21 times; in second step, CWD appeared 44 times; in last step, CWD appeared 62 times. The times increased from step to step that meant students’ argumentation ability became fuller though 3 steps.. II.. In the three stages of argumentation exercise, the probability of WP is 46.1％,57.4％ and 60％ respectively, while the probability of. III. WN is 25％,13％ and 8.3％.

(6) respectively, students decreased irrelevant points(WN) and add partial relevant points (WP)while concerning the relation between claim(C) and warrant (W). In other words, students could form more correct reasons in argumentation. (2) The conception of plant growth： I. During argumentation class, students built the concept of planting. Students thought the needed nutrient for plants sprout were come from roots, not seed itself. While discussing the factors for plant growth, most students mentioned that water and sunlight were the most important factors, the least was air. II. In the second and third semesters, The problem was found during watering the plants, and students would personify the plants to solve it. However, when facing the problem of transplantations and leaves yellowing, they would solve it according to the life experience or textbooks. III. Argumentation class changed students’ concept as well. In the first semester, students originally thought a seed needs soil to sprout, but now they thought a seed could sprout without soil. In the second and third semesters, students still thought that a seed needs sunlight to sprout as original. Students knew plants need sunshine, but they did not understand the relationship between sunshine and plants. (3) The researcher’s reflection and professional growth ： I. In the first and second semesters, students did not come up with more arguments point due to lack of concept of argument and limited reading/writing ability. Therefore, performing argumentation teaching method could help students with learning. II. During the period of studying studnets’ argumentation, it brought some questions of the researcher himself/herself. By studying and designing the teaching method, it inspired the researcher with new concept and made him/her progress. III. Integrating argumentation teaching method broke through the traditional lecture. Argumentation teaching could cultivate students’ critical thinking and form the concept of new understanding. Based on the above results, Students could form more correct reasons in argumentation. In other words, Ability to increase of student argumentation. After the integraed argumentation teaching, The concept of students would change,but the concepts between sunlight and plant could not change. Researchers to grow professionally through. IV.

(7) argumentation teaching process. The following were some suggestions for future studies: (1) Integrated argumentation into teaching： I. Suggested teachers integrate argumentation into teaching that students could to clarify alternative conception through argumentation. II. Teachers teaching reflection and correction to obtain professional growth. (2) In future studies： I. Explore different arguments strategies into teaching to help students learn argumentation. II. Used action research to explore different arguments strategies into teaching to help students learn argumentation. Key words: Argumentation, Action research, Plant growth, Alternative conception .. V.

(8) 目次中文摘要 ...................................................... Ⅰ 英文摘要 ...................................................... 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 第二節研究目的與待答問題 ..................................... 5 第三節名詞釋義 ............................................... 6 第四節研究範圍與限制 ......................................... 8 第二章文獻探討 .............................................. 9 第一節論證理論 ............................................... 9 第二節植物概念之探討 ........................................ 17 第三節論證學習相關研究 ...................................... 22 第三章研究方法 ............................................. 30 第一節研究情境與研究對象 .................................... 30 第二節研究方法與研究架構 .................................... 33 第三節研究流程 .............................................. 35 第四節研究工具 .............................................. 44 第五節資料收集及分析 ........................................ 46 第四章研究結果與討論 ....................................... 51 第一節第一循環階段論證融入教學活動探討 ...................... 51 第二節第二循環階段論證融入教學活動探討 ...................... 60 第三節第三循環階段論證融入教學活動探討 ...................... 73. VI.

(9) 第四節教學歷程中的省思與成長 ................................ 93 第五章結論與建議 .......................................... 103 第一節結論 ................................................. 103 第二節建議 ................................................. 106 參考文獻 ................................................... 108 中文文獻 .................................................... 107 英文文獻 .................................................... 112 附錄一種子發芽與植物生長要素 ................................ 115 附錄二種子與葉子變化 ........................................ 116 附錄三種植歷程發現問題與解決方法 ............................ 117 附錄四植物的成長 ............................................ 122 附錄五九年一貫自然與生活科技教材內容 ........................ 123 附錄六第一次循環階段論證融入教學活動設計 .................... 124 附錄七第二次循環階段論證融入教學活動設計 .................... 129 附錄八第三次循環階段論證融入教學活動設 ...................... 138 附錄九學習單與教學目標說明 .................................. 147 附錄十澆水問題內容整理 ...................................... 152 附錄十一第一循環階段論證學習文本修改前之學習單 .............. 153 附錄十二第一循環階段論證學習文本修改後之學習單 .............. 154 附錄十三第一階段論證學習文本為修改對照表 .................... 155. VII.

(10) 表目次表 2-1-1 五個評量層次 .......................................... 11 表 2-1-2 論證品質的細目定義 .................................... 12 表 2-1-3 本研究三個評量類型 .................................... 14 表 2-2-1 現行國小三年級植物概念教材分析表 ...................... 18 表 2-2-2 國內外學者研究發現學生對植物所具有的另有概念 .......... 21 表 2-3-1 論證教學實徵性研究一覽表 .............................. 25 表 3-3-1 論證融入植物生長學習行動研究流程表 .................... 39 表 3-4-1 論證學習單內容架構 .................................... 44 表 3-4-2 半結構式訪談大綱 ...................................... 45 表 3-5-1 資料與回答研究問題關係表 .............................. 46 表 3-5-2 資料編碼與代表意涵 .................................... 47 表 3-5-3 Toulmin 論證模式論證要素說明與例子 .................... 48 表 3-3-4 論證能力定義與要素說明及例子 .......................... 49 表 3-5-5 三循環階段論證能力層級一致性 .......................... 50 表 3-5-6 學生對植物的概念理解分析 .............................. 52 表 4-1-1 第一循環階段兩個活動論證類型統計表 .................... 53 表 4-1-2 第一循環階段論證能力統計 .............................. 53 表 4-1-3 第一循環階段學生另有概念統計 .......................... 54 表 4-2-1 第二循環階段不同學習活動論證類型組合統計 .............. 61 表 4-2-2 第二循環階段論證能力統計 .............................. 62 表 4-2-3 第二循環階段學生另有概念統計 .......................... 63 表 4-3-1 第三循環階段不同學習活動論證類型組合統計 .............. 74 表 4-3-2 第三循環階段論證能力統計 .............................. 75 表 4-3-3 第三循環階段學生另有概念統計 .......................... 76. VIII.

(11) 表 4-3-4 三循環階段論證能力比較 ................................ 89 表 4-3-5 論證能力三循環階段發現問題與解決情形 .................. 90 表 4-3-6 三循環階段植物生長另有概念 ............................ 91 表 4-3-7 三循環階段植物生長另有概念變化 ...................... 92. IX.

(12) 圖目次圖 2-1-1 Toulmin (1958)論證模式 ................................ 10 圖 3-1-1 本研究自然教室分組座位配置圖 .......................... 32 圖 3-2-1 研究架構 .............................................. 34 圖 3-3-1 研究流程圖 ............................................ 37 圖 3-3-2 「大家來種菜」課程學習概念圖 .......................... 38 圖 4-1-1 玉米發芽情形 .......................................... 56 圖 4-1-2 97S01 活動二學習單內容 ................................ 58 圖 4-2-1 990301S01 實驗觀察 .................................... 64 圖 4-2-2 990306S04 實驗觀察 .................................... 64 圖 4-2-3 990416S01 實驗觀察 .................................... 67 圖 4-2-4 990530S01 實驗觀察 .................................... 67 圖 4-2-5 98S01 活動三學習單 .................................... 70 圖 4-2-6 98S04 活動三學習單 .................................... 70 圖 4-2-7 98S18 活動三學習單 .................................... 71 圖 4-3-1 1000222S12 實驗觀察子葉 ............................... 78 圖 4-3-2 1000222S12 實驗觀察本葉 ............................... 78 圖 4-3-3 1000322S06 實驗觀察移植前 ............................. 80 圖 4-3-4 1000325S06 實驗觀察移植後 ............................. 80 圖 4-3-5 1000322S12 實驗觀察被蟲咬 ............................. 81 圖 4-3-6 1000422S12 實驗觀察長蟲 ............................... 81 圖 4-3-7 1000310S18 實驗觀察發芽 ............................... 82 圖 4-3-8 1000310S18 實驗觀察長葉 ............................... 82 圖 4-3-9 1000420S18 實驗觀察開花 ............................... 82 圖 4-3-10 1000501S18 實驗觀察結果 .............................. 82. X.

(13) 圖 4-4-1 觀察箱內的種子發芽情形 ................................ 97. XI.

(14) 第一章緒論本研究主要聚焦在教師以行動研究方式將論證融入「植物生長」教學活動，探討學生學習之後，對論證能力的變化與植物生長概念學習情形。並討論教師在教學的過程中，所發現的困難並嘗試提出解決的方法。本章共分為四節，第一節說明本研究之背景與動機，第二節針對本研究之研究目的與待答問題做一簡要的說明，第三節為本研究之名詞釋義，第四節則說明本研究之研究範圍與限制。茲將各節內容詳述如下：. 第一節研究背景與動機九年一貫教育強調以學習者為主體，以知識的完整面為主軸，以終身學習為教育的目標，希望培育學生能主動解釋、推測與探索，並應用科學方法，設計實驗，從中學習到扎實的科學知識（教育部，2008）。以此為目標的科學教育應該可以培育出，能思考、會判斷、具有科學素養的學生。事實上，卻無法達成此一目標，推究原因就是現行的教科書仍以食譜式的實驗設計為主，加上學校科學教學為求簡單與效率多採用以教師為主傳統的講述法，學生的學習僅於課室中進行科學原理的驗證學習。學生無法獲得自我探索的機會，所學習的概念也為應付考試與升學所用，並未能落實於日常生活。學生只有單向的接受科學知識和理論的灌輸，而從未去思考知識的正確性，這樣的學習讓學生對科學知識失去探究的興趣與本能，更無法獲得批判性思考的技能（施富吉、陳錦章， 2010）。以論證作為探究過程的核心教學中，學習者藉由探究與論證過程中對現象成因的觀察解釋進行辯護或反駁，可以增進個人推理思考的能力，達到促進概念理解的目的（林燕文、洪振方，2007）。在教學過程中須不斷地鼓勵每位學生盡可能提出個人主張，進行公開討論，進而找出解決問題的方法。而論證過程所涉及「溝通與表達」與「批判性思考」亦是新課程所強調培育學生能力的「溝通、表達與分享」、「獨立思考」及「解決問題能力」。所以加強學生的論證技能，亦符合我國國民教育所欲強化學生的「帶著走的能力」（教育部，2008）。. 1.

(15) 教育不再是讓學生做實驗以驗證課本上的知識，而是協助學生以合理的主張與證據進行科學論證，闡述自然現象並建立自己的知識架構(Zembal-Saul, 2009)。可知，科學論證是科學教育中一個非常重要的成分。臺灣國中小學生在各項國際數理評比，如國際數學與科學教育成就調查（Trends in International Mathematics and Science Study，簡稱TIMSS）成績一直名列前矛，以TIMSS 2007評比結果為例，我國八年級學生在認識能力上排名第一，應用能力排名第二，推理能力排名第五，在三種認知能力之間，我國八年級學生的表現都在五名之內，不可算不優異，但是在推理能力的成績，卻遠低於第一名的新加坡達23分之多（李啟迪，2009）。而2011年的評比，我國四年級學生排名更是從第二名掉到第六名，平均分數更是落後第一名的韓國35分（教育部，2012），顯示科學教育需要努力的方向就是改善我國學生在高階推理的能力。另外，在國際學生能力評量計劃（the Programme for International Student Assessment，簡稱PISA）2006年國際比較，我國科學素養名列第四，從細部來看學生解釋科學現象的能力很強，排名第三；但在科學論證能力方面，運用證據來支持自己的論點或反駁他人的意見的能力僅排名第八，而形成科學議題能力更弱，只有十七名（林煥祥等，2008）。然而到了2009與2012年，台灣的科學素養排名大幅滑落到12與13名(PISA 國家研究中心，2014)，被香港及韓國遠遠拋在腦後，顯示科學知識理解是我們學生的強項，而論證與推理是我國科學教育需要努力的方向。科學論證是科學發展的重心，今日的科學教育已試圖在學生面前還原科學知識與科學論證的過程，讓學生從中習得科學知識與過程技能，從而建立適切的科學態度(楊文金、藍偉瑩，2001)。更有學. 者指出論證應用在科學學習上的功能包含：發展概念理解、發展探索技能、以及發展科學認識論的理解(Driver, Newton, & Osborne, 2000)。而黃翎斐與胡瑞萍(2006)剖析國內外已發表的研究，指出論證活動對科學學習的成效可概分為四個面向，分別是：(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。Suna與William (2012)以一連串的論證活動探討國小學生論證能力和科學概念的理解，透過論證學習活動後，學生論證能力有改變，而學生對於科學概念理解也有改進，由此可見，論證對於科學概念的理解是有助益。論證不只是科學家撰寫研究報告時所需要運用的能力，也能協助溝通時進行說服與協商，更是在日常生活中應用科學概念與做決定所必備的能力(Bricker & Bell, 2008)。. 2.

(16) 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)。Duschl與Osborne (2002)也強調在科學的學習當中，除了要讓學生學到我們知道的東西以外，我們更應該教育我們的學生另外二件重要的事情，其一就是「我們如何致知」，其二則是「我們為何相信」，前述這種結合「科學解釋」與「證據品質」的理想要求，其實也是學生科學學習的一項重要成果，也說明了「論證」可以在科學教學中所扮演的角色。正如同Jiménez-Aleixandre, Rodriguez與Duschl (2000)所強調的：論證與科學教育特別有關係，因為科學探究的目的就是先要產生理解自然世界的一些知識主張、信念與行動，然後再針對這些知識主張、信念與行動進行辯護。科學教育的理想目的在於培養學生的理性(rationality)，科學論證就是在面對不同想法的爭議時，能夠透過溝通而得到理性解決方案的重要過程，因此在以理性為目的的基本前提要求下，教育和論證之間的關係形成了有效的連結，也成了教育者們在教育過程中必須重視學生論證能力的重要理由。在國小教科書中的植物單元對於植物生長的學習，最常提到植物生長發育相關的概念就是「植物生長需要陽光、空氣、水和土壤」，但卻沒有詳細說明原因為何？學生因此產生許多另有概念，比如植物的養分來自水和土壤；種子發芽時一定需要陽光等（蘇雅芳，2003）；把植物當做「人」一樣需要食物，植物生長沒有一代傳一代的循環觀念（林曉雯，2003）；不清楚光合作用與植物成長的關係（林家平，2001；顏麗娟，2003）。研究者教授三年級自然與生活科技課程多年發現，三年級學生對於植物的生長存有許多的另有概念，例如：植物需要陽光卻不了解為什麼；種子發芽一定需要陽光、水、土壤而忽略空氣；植物的養分由土壤和肥料提供，不知道植物也能自行製造養分；不知道植物的生長是有循環性；知道植物會行光合作用卻不了解為什麼等等。學生除了從書本上學習植物生長概念外，也在日常生活與生活習慣中逐漸建構。而這些另有概念往往在他們長大成人之後也未曾改變過，甚至以此另有概念教育下一代，一直如此延續下去。再者，學生在植物方面的學習僅止於紙上談兵，學習只為應付考試之用，無法將所學真正內化，亦極少進行植物領域的自學活動，況且為了考試，學習重點經常流於背誦知識概念，不但知識概念架構不夠完整，就是相關的科學態度和科學方法也頗受質疑。而本研究所實施論證融入教學活動經由實驗觀察植物生長、發現問題、提出主張、理由. 3.

(17) 或證據、提出反駁等論證過程，引導學生能針對植物生長議題來討論，以文字及口語來表達自己的論點，並能傾聽和尊重別人提出的論點，針對別人的論點提出反駁、辯護別人對自己的論點所提出的反駁，透過此論證策略的培養，可讓學生運用批判思考去面對爭議，研判對錯並提出合理的主張與證據。因此，論證融入教學能培養學生具備論證能力與植物生長的學習，在研究上有其重要性。透過融入論證的植物生長學習活動提供學生教學情境，讓學生建構自己的學習方式，發現新的概念或更新另有概念，而研究者也能經由實施論證融入植物生長教學，針對可能遭之困境嘗試提出解決方法而獲得教學反思與成長正是本研究的動機。. 4.

(18) 第二節研究目的與待答問題本節分兩部分探討，一為本研究的研究目的，二為本研究的待答問題，以下進行說明：. 一、研究目的行動研究法是研究教育上所遭遇之實際問題並針對問題尋求解決的方法，透過行動探索可以一面研究一面改進，並可以隨時修正，而本研究主要的目的就是針對老師在進行植物生長教學時，學生對植物生長過程的不了解而產生的另有概念，試圖以論證融入教學，探討學生透過論證融入植物生長學習後，學生的論證能力與植物生長另有概念的變化，並希望經由實施論證融入植物生長學習過程中，所帶來的教學反思與遭遇的困難中所提出的解決方法，能對將來從事相關研究的教師做為參考。. 二、待答問題依據研究目的，本研究的待答問題如下：（一）論證融入國小三年級植物生長學習，行動研究三循環階段中學生論證能力的變化為何？（二）論證融入國小三年級植物生長學習，行動研究三循環階段中學生植物的生長的另有概念變化情形為何？（三）教師實施論證融入國小三年級植物生長教學中，遭遇的困難與可行的解決方法為何？. 5.

(19) 第三節名詞釋義本節旨將研究中所涉及之重要名詞作一界定，便於分析與討論，其說明及定義分述於後：. 一、論證(argumentation) 關於論證的意義有許多不同說法。洪振方（1994）定義論證(argumentation)為「提出足夠形成推論判斷的證據，以形成結論的過程」。「論證」是指「一個人利用證據去支持自己或反對他人意見、主張或結論的過程」(Kuhn, 1993)。Duschl與Osborne (2002) 認為論證是發生在兩人或多人的對話事件。本研究先根據Toulmin（1958）的論證模式包含六個要素。分別為資料(data)、主張(claim)、理由(warrant)、支持(backings)、限制(qualifiers)與反駁(rebuttal)，來分析學生論證內容所含的組成要素的完整性，再分析學生的論證內容中主張與理由的相關性，來探討學生論證能力。. 二、另有概念(alternative conception) 學生在面對新學習情境時，早已存在許多概念，當這些概念不同於科學家所認為的正確科學概念時，就稱之為「另有概念」（陳均伊、張惠博與郭重吉，2004）。另有概念起源於不同的個人經驗，是學生依其先存之經驗和知識主動建構意義的產物（楊坤原、張賴妙理，2004）。本研究乃以「另有概念」來指稱學生所擁有已存在的概念或想法，而這概念與想法與當前公認的科學理論有差異。. 三、植物生長( plants growth) 由於植物細胞的分生及擴大引起植物體積與重量產生不可逆的變化，使植物由小變大，由胚胎長成完整的植株過程就是植物生長（高景輝，2009）。本研究所指植物生長，之內容包含「自然與生活科技」學習領域之教材內容細目中的：環境變化對植物的影響（照光、溼度）、植物可由種子或根莖葉繁殖、植物生存需要水、陽光、空氣、養分等. 6.

(20) 資源（教育部，2008）。以種植蔬菜為主題，學生透過種植過程中，所觀察的結果與發現問題（澆水、葉子枯黃與蟲害）做為論證議題來進行的教學活動。. 四、行動研究( action research ) 所謂行動研究就是將行動與研究二者合而為一，由實務工作者在實際工作情境中，根據自己實務活動中所遭遇的實際問題進行研究，研擬解決問題的途徑與策略，並透過實際行動付諸執行，進而加以評鑑、反省、回饋、修正，以解決實際問題(蔡清田，2000)。 Elliot（1991）曾說：「行動研究乃針對社會情況進行行動並改善之，整個過程包括四個階段：預診、計畫、執行和反思，在自我評鑑與專業發展間提供了必要的連結」。本行動研究以教師為研究者，採用Elliot（1991）所提出之行動研究模式，並參考蔡清田 (2000)之模式修正為規劃、行動與觀察、反省、修正四個步驟的行動研究，研究內容為研究者藉由論證融入教學歷程進行反思，希望能從中獲得解決學生學習植物生長概念所遇到問題的實務經驗。. 7.

(21) 第四節研究範圍與限制本研究因受限於人力、物力及時間等多種因素，會有所限制，以下進行說明：. 一、研究範圍研究教材範圍是根據研究者任職的某國小三年級下學期自然與生活科技課程教材為主，其設計單元為康軒板自然與生活科技課程教材三下第一單元大家來種菜。. 二、研究限制（一）由於研究者同時擔任教學者、教材設計者和教室觀察者的身分，作為觀察者兼參與者(participate-as-observer)之角色時，在研究過程中盡可能以客觀的方式進行觀察。（二）本研究主要是以三年級的學生作為研究對象，基於三年級的學生的論證經驗有限，所以結果的呈現會有所侷限，不宜過度推論。（三）由於各學校社區背景組成並不完全相同，因此本研究結果不宜過度推估其它階段以上或社區背景差異過大之學校的學生。（四）本研究只針對植物生長單元做討論，未對其它單元做分析。因此本研究結果不宜做過多的推論，僅提供具有類似研究單元時參考。. 8.

(22) 第二章文獻探討本章主要在探討本研究所涉及理念之理論基礎與相關文獻，全章共分三節，第一節論證理論之探討；第二節植物概念之探討；第三節論證學習相關研究，分別敘述如下：. 第一節論證理論本節對論證分為四部分做討論，一為論證，二為論證的型式，三為論證能力的探討，四為論證教學與設計，以下進行說明：. 一、論證（argumentation）論證(argumentation)即是辯證，為動態的歷程活動；論證(argument)則為論證過程中的陳述句，可以是證據、說明或解釋等（丁信中，2004）。Kuhn（1991）則指出當對於某件事同時有兩種以上的主張或觀點需要進行辯證，此過程就是論證。有些學者是以邏輯推論的面向來加以定義，認為論證是：「提出足夠形成推論判斷的證據，以形成結論」（洪振方，1994）。論證是一種社會性的、講求合作認知以及支持輔助的知識論活動，過程中參與者以證據和理論作為解釋與論點的支持，並藉由相互檢視、批判和反思的過程來促進同儕對科學概念的理解。在實驗或研究中得到的資料或證據(data or evidence) 藉由詮釋、邏輯推理或整合來看出其與結論或宣告之關係，而提出數據或資料並加以整合進而連接或說明這些數據或資料與結論之關係，這樣的過程便稱之為論證。論證的定義不同學者曾提出不同的論證架構，其中以 Toulmin（1958）所提出的論證結構(Toulmin’s Argument Pattern, TAP) 最具代表性。Toulmin 認為論證可由資料推論產生主張並同時說明此推論的理由。TAP 的架構中各組成因子的關係如圖 2-1-1 所示。. 9.

(23) So,Q,C. D. Since W. Unless R. On account of B 圖2-1-1 Toulmin (1958)論證模式 Toulmin 的論證架構圖中，各要素所代表的意涵如下： (一) 資料(data)：可支持主張的數據或事實。 (二) 主張(claim)：論證過程中形成的結論。論證者根據一些資料，嘗試建立可說服他人的合理邏輯。 (三) 理由(warrant)：說明資料至主張的推導過程並提供所需規則與證據。 (四) 支持(backings)：眾人能接受之通則，用以證明提出的理由。 (五) 限制(qualifiers)：主張成立的特定條件。 (六) 反駁(rebuttal)：某些情況下，主張並不成立，因為存在反駁。本研究依據Toulmin的論證架構，將學生的論證內容分析包含哪些論證要素：資料 (data)、主張(claim)、理由(warrant)、支持(backings)、限制(qualifiers)與反駁(rebuttal) 來進行論證能力探討。. 二、論證的型式由於個人經歷論證時，可以藉由口語或書寫來表達，因而有所謂的「口語論證」（oral argumentation）和「書寫論證」（written argumentation）兩種形式（Simonneaux, 2008）。而丁信中（2004）認為論證有二層意義：1.個體推理的過程在一組前提下經由歸納或演. 10.

(24) 繹的方法而至結論，並藉由推論技巧的表徵來說明某事為真或為偽的推理。2.社會歷程的活動－在討論與辯論的過程中發生，同時存在兩個或多個持有相反觀點的人之間的對話，每個人都在為自己的觀點提供辯護，並且試圖去反駁他人的觀點。這樣的分類突顯出個體自身的推理反思，及個體在社會歷程與他人互動過程中為爭論或駁斥所提出的陳述，而有兩層意義的差異性，此即為洪振方（1994）所謂「與自己對話」的論證及「與他人對話」的論證的區分。綜合以上探討，本研究進行論證教學活動採用「與自己對話」及「與他人對話」的雙軌方式，學生透過「與自己對話」的書面論證歷程以書寫的方式記錄論證內容，可以先收集到學生對植物生長的先備概念(preconception)，再來進行「與他人對話」口語論證歷程讓學生分享自己的觀點、和同學討論之間提出質疑、反駁、輔以師生間的對話互動，而達到科學越辯越明的目的，藉此可以更完整收集學生整個論證過程資料。. 三、論證能力的探討不管是口頭的或書面的論證內容（argument），一旦被轉錄成文字稿，便可依據上述的Toulmin模式加以分析，先根據論證內容包含了多少要素，進而將其量化評分。例如Erduran, Osborne與Simon (2004)的評分方式就是依據表2-1-1準則將論證內容分成由低到高的五個層次（引自林煥祥，洪振方與洪瑞兒，2007）。表2-1-1 五個評量層次層級第一級第二級第三級第四級第五級. 論證結構. 定義. 簡短的結論或主張。資料、主張或理由等其中某一要項，但未包括反駁。 CDR、CWR、CWB、包含一個以上的資料、主張或理由等，有時亦呈 CDW、CDB 現較為薄弱支持性的反駁。 CDBR 、 CWBR 、論證使用主張和一些可清楚識別的反駁。 CDWR、CDWB CDWBR 不但包含資料、主張，而且也具有一個以上的明確反駁。 C CD、CW. 註：資料(D)、主張(C)、理由(W)、支持(B)、限制(Q)與反駁(R). 11.

(25) 論證能力可反映在「提出主張與理由、提出反論點、提出支持的論點、提出證據」等層面上(Sandoval & Millwood, 2005)，而能提出愈多理由支持自己的論點的學生，則被視為具備較佳的論證能力(Means & Voss, 1996)。至於在提出證據上學生也必須考量證據的內容與自己論點的關連性，以及證據內容是否能充分支持與證明自己的論點，證據與論點的「一致性、相關的程度」能達到「證據合理化論點」的情況越多則論證能力較佳(Sandoval & Millwood, 2005)。黃翎斐、張文華與林陳涌(2008)在探究教師的佈題模式對學生論證表現的影響研究中，認為對於學生的論證能力的分析應該呈現論證的多元面，因此參考 Kuhn (1991), Osborne, Erduran and Simon (2004), Jimenez-Aleixandre, Lopez-Rdriguez and Erduran (2005)等人對於評鑑論證品質的要點，整理發展出一個分析架構，包含論證理由的正確性、反駁的面向、組成元素的完整及論點數目的多寡，其各細目的定義詳列如表 2-1-2。表 2-1-2 論證品質的細目定義（引自黃翎斐、張文華與林陳涌，2008）細目. 評鑑論證品質的細目定義. 理由的正確性. 能提出符合科學觀點、完整正確的理由。. 反駁的面向. 能對他人提出的不同論證因子進行反駁，或能捍衛自身的觀點針對他人的反駁提出反反駁。. 組成元素的完整. 能提出論證中的不同元素，使得論證更形完整。. 論點數目的多寡. 在同一論證中，能提出多個主張或是多個數據來支持同一主張。. Kuhn (1991) 在一大型計畫中所做的一連串訪談，以三個社會性議題訪問不同年齡層的受訪者，要求他們對中輟、再犯罪和失業等問題，提出他們自己的看法，並且說明理由為何。另外要求受訪者提出另一理論，若其理論被反駁時該如何回應以捍衛自己的理論，或是當有新證據提出時，受訪者如何去加入佐證自己的理論或是反駁來修正它。 Kuhn 再將訪談內容依不同的面向的論證能力將之分類，在此將Kuhn 所分類的論證能力例舉如下（引自黃翎斐與胡瑞萍，2006）：（一）能提出因果理論(Causal theories). 12.

(26) 對現象提出能說明因果理論並能將之表達出來。（二）能提出證據以支持理論(Evidence to support theories) 在論證推理中，能正確性使用正確、適當的證據來證明整個論證的核心。Kuhn (1991)將用以支持理論的證據分為下列三類： 1.真證據 WG（Genuine evidence），也就是這個數據與理論之間具有因果關係且正確性。 2.偽證據 WP(Pseudo evidence)，提出的證據只能單純描述事情的發生情節，卻無法清楚的界定出因果次序的關連。 3.非證據 WN（Non evidence）證據是非必要或是不相關的，且所持的主張與因果理論不相關，。此外黃翎斐（2005）為了區分理由對主張的正確性，融合了Kuhn（1991）的研究將理由（W）再做細分，依所提出的理由（W）與主張（C）相關程度將理由細分成非理由（WN）、偽理由（WP）、真理由（WG）三類： 1.非理由（WN）：提出的證據是非必要的或不相關，與主張間並無因果關係，或是單只引用數據本身做為現象和事件的證據。 2.偽理由（WP）能描述事情或現象細則，但無法明確定說出理由與數據、主張間的因果關係。 3.真理由（WG）能正確提出具有因果關係的理由。（三）提出另有理論(alternative theories) 面對他人提出異議，能查覺自身的理論疏漏為何，提出不同於自己原始理論的相異觀點，且以曾經納入考慮或有其可能性的另有理論解釋或再作說明。在論證的歷程中，參與者需能周延地考量可能的理論，分辨之間的差異或是缺誤，方可向其他的同儕說明為何他選擇的此理論而非另一理論的原因。（四）反駁的論點(counterarguments) 當人對其理論提出質疑，能產生一反駁的論點來辯護或支持其原始論證所組成的證據是相當重要的，因在論證發生的同時會有多元的論點產生，該如何捍衛自己的論點或是駁斥對方的質疑，並且提供合理的論證，將關係他人是否能接受你的理論。. 13.

(27) 依據上述文獻探討本研究對學生論證能力的探討分兩個向度來看：1.論證內容所含的組成要素的完整性，以Erduran, Osborne與Simon（2004）對論證內容所分類的五個評量層次為主要分析方式，能出現較多的要素即具有較佳的論證能力。 2.分析以Kuhn (1991)對證據的分類定義，並參考黃翎斐、張文華與林陳涌（2008）對論證品質分析細目定義與黃翎斐（2005）論證要素與定義略做修改後，用以分析學生的論證內容中主張與理由的相關性。將學生主張與理由的相關性分成三個評量類型，當提供的理由(warrant)與主張（claim）符合程度越高，代表論證能力越佳。如表2-1-3：表2-1-3 本研究三個評量類型（修改自Kuhn, 1991與黃翎斐，2005）主張與理由的相關性. 定義. Wc (Completely orrelated). 提出的理由(warrant)與主張（claim）完全符合. Wp (Partial orrelations). 提出的理由(warrant)與主張（claim）部分符合. WN (Non-correlated). 提出的理由(warrant)與主張（claim）是不相關或未引用數據. 四、論證教學與設計既然論證在科學教育中佔有如此重要的角色，那麼應該要如何進行論證教學？相關文獻對於「論證教學」的詮釋可分成兩類：第一類是「教誨式(hetoric)的論證」，這一類的論證教學模式完全由教師提供並且說明，學生雖然可以學習老師所提供的論證內容，但較少有機會發展自己的論證能力( Kuhn, 1993)；第二類是「對話式(dialogical)的論證」，此類論證教學模式以小組討論方式進行，教師只輔以提供適合的學習資源 ( Driver, Newton & Osborne, 2000)，藉由這樣的方式促使學習者對知識進行反思，增進對科學知識的瞭解，在本研究中因考量國小三年級學生對於課堂討論技巧尚為成熟，為避免偏離討論主題，故在討論過程中老師會以詢問方式或是質疑態度引起學生互相討論，藉此引出學生更多的想法。 Osborne 等人(2004)也曾舉行教師工作坊，訓練教師使用不同的策略來帶領學生進行論證，研究結果發現，經過一個學期的教學之後，學生的論證品質有所提昇，該研究提出九項設計論證活動的參考架構，分別是：陳述表、概念圖、學生的實驗報告、概念. 14.

(28) 卡通、競爭理論的故事、想法與證據、建構論點、設計實驗。這九種參考架構，可做為教師進行論證教材設計時的參考，其內容如下：（一）陳述表：針對一個科學主題提供學生一張陳述表，請學生對每一個陳述表示他的意見，同意或不同意，並說出理由。例如：在進行光合作教學時，可將學生的另有概念與正確科學概念列成陳述表，請學生回答同意或不同意，並說明理由。（二）學生想法概念圖：由研究文獻中找出學生作的概念圖，請學生進行討論其中個別的概念與連結是否正確，並說明他所依據的理由與論點。（三）學生所進行的科學實驗報告：給學生一份其他學生的實驗報告，而報告中故意缺乏某些數據或寫的不容易被證明出來，藉此來引發學生對該報告的爭論，再要求學生提出可改進之處並解釋如何驗證他們的想法。（四）競爭理論—卡通：將兩個或兩個以上的競爭理論以卡通方式呈現，再請學生利用卡通中提供的訊息，選擇出他認為正確的理論，並提出理由說明為什麼他們認為他們的想法是對的。（五）競爭理論—故事：給學生一份報紙上報導的故事做為競爭理論的引子，請學生選出他認為正確的理論，並要求他們要提出證據來佐證他們認為對的理論，並說明理由。（六）競爭理論—想法與證據：給學生一個科學現象，提供兩個或兩個以上的競爭解釋，同時對理論提出一些可能支持或反駁理論的證據，請學生在小組中討論這些證據與理論之間的關係，並選擇一個大家認為最正確的理論，說明所根據的理由。（七）建構論點：給學生一個科學現象，並提供數個能說明該現象的解釋，請學生選擇一個他認為正確的解釋，並說明他之所以選擇的理由。（八）預測-觀察-解釋(prediction-observation-explanation)：介紹一個未驗證的現象或裝置，請學生經由小組討論的方式預測可能會發生的事情並說明理由，再由教師進行示範或由學生親自動手操弄後觀察真正發生的現象或結果。若觀察到的現象或結果與學生預期不符，則請學生重新討論，並提出新的理由與解釋所觀察到的現象。（九）設計實驗：請學生分組設計實驗來測試一個假說，要詳細說明測量或觀察的變項及採取的步驟，並試著討論另外可行的實驗方法。. 15.

(29) 綜合以上討論並參考教科書植物生長內容，研究者依據Osborne 等人(2004)所提出的陳述表與建構論點設計植物生長論證學習單，其內容如下：（一）陳述表：給學生照顧蔬菜過程中發現問題（例如：澆水、移植等問題）陳述表，請學生對每一個陳述表達同意或不同意的看法，並說出理由。（二）建構論點：給學生一個種植蔬菜過程中所觀察到的科學現象，提供數個解釋，請學生選擇一個認為正確的解釋，並說明理由。. 16.

(30) 第二節植物生長概念之探討本節對植物生長概念分為兩部份做討論，一為植物生長課程分析，二為兒童植物生長概念之實徵研究，以下進行說明：. 一、植物生長課程分析在我國中、小學課程中「植物生長」是發展生物學的重要一支，亦是不可忽略的重要部分。我國教育部擬定的國民小學自然科課程標準(教育部，2008)中與植物生長發育有關的部分包括：「生物各具有可辨認的特性」（例如：植物之特徵）、「生物的構造與功能是相互配合的」（例如：植物的構造、型態與功能）以及「生物及其生活環境」（例如：生物生長的條件與生活環境的影響）。現在將課程中有關植物生長之教材內容要項及細目，摘要整理如附錄五，以供本研究的參考。在課程的編排上，關於植物的概念結構，是隨著年級的增加而加深加廣的，學生由具體的分類漸進至抽象的理論，由外表的觀察而至內在功能的理解，以及與週遭環境互動的探究（陳麗娟，2004）。在國小三年級的學習目標裡，以觀察植物的生長為主，認識植物的根、莖、葉、花、果實、種子等不同部位的特徵與習性，並察覺植物會因外在環境的影響而有所差異，可知植物生長教學，安排在國小三、四年級階段的植物生長教學，是屬於具體觀察的學習方式，觀察和討論是常用的教學方法(教育部，2008)。中年級植物生長的學習概念是基礎的應用層次；必須先行了解植物的根、莖、葉、花、果實及種子後，再經由長時間種植與觀察一種植物來察覺到植物在成長過程中，外形上的變化與發現照顧問題來討論及尋求解決方法。坊間國小教科書的編排是依據課程大綱所編寫的，檢視其內容與能力指標大致相符合，皆由簡易漸進成艱深的學習內容，且學習的主體莫不是以生活週遭常見的植物為主，就目前較普遍自然與生活科技領域的康軒、南一、翰林三家版本教科書中，研究者將有關於三年級植物概念之教材整理成表2-2-1：在植物生長的概念的學習上三家都有提到光、水、土壤對植物生長的重要性，不過只有南一版有提到植物生長需要空氣；對於植物發芽的觀察康軒版有對子葉和本葉做比較；而南一版教師指導手冊以探究式教學模式來設計教案對於引導學生學習有幫助。三家教科書內容大致上以九年一貫課程綱要自然與生活科技課程所列的教材內容. 17.

(31) 要項及細目編擬課程能力指標，以實地種植一種植物，進而觀察與記錄植物的生長變化，並發現植物生長過程中所遇到的問題，透過問題解決幫助植物生長，藉由學生親身體驗之後能養成主動探索的學習態度，正是自然與生活科技三年級階段關於植物生長的主要學習指標（教育部，2008）。表2-2-1 現行國小三年級植物生長相關教材分析表（研究者自行整理）版本. 單元名稱. 教材內容. 康軒版（2009）. 南一版（2009）. 翰林版（2009）. 大家來種菜. 我是種菜高手. 大家來種菜. 1.藉由觀察與查資料等方式，選擇適合種植的蔬菜，並指導學生種植蔬菜的相關規畫與準備工作。 2.引導學生設計蔬菜成長紀錄表，持續記錄蔬菜成長的變化。 3.透過蔬菜生長情形、遇到問題與問題解決方式學習種植技術。. 1.透過觀察活動，察覺每一種種子的形狀、大小和顏色都不一樣。 2.經由蔬菜種子播種的過程，了解播種的正確方法。 3.透過觀察、記錄，察覺種子萌發時的變化，以及幼苗的生長變化。 4.透過觀察、記錄，察覺陽光、空氣、水和養分皆使植物生長良好。. 1.藉由觀察與查資料等方式，認識各種蔬菜與食用部位。 2.選擇適合種植的蔬菜，並指導學生蔬菜種植的相關規畫與準備工作。 3.引導學生設計蔬菜成長紀錄表，持續記錄蔬菜成長的變化。 4.透過蔬菜生長情形、遇到問題與問題解決方式學習種植技術。. 二、兒童植物生長概念之實徵研究以植物概念為主題的研究有很多，本研究所進行「植物生長」學習內容涉及植物的根、莖、葉、花、果實、種子等構造，在生長過程中的變化與對植物生長的影響，故僅列出與本研究較相關之研究內容來探討，如下： Roth（1985）針對國小五年級調查有關「植物的食物(Food for Plants) 」的想法，及其所呈現的另有概念。他認為在學生實際經驗中有兩種主要的直覺概念：1.將植物定位為「人」要吃東西，認為植物的食物從土壤與水中獲得；2.學生只思考『光』對植物的生長有影響，卻不去思考它為什麼或如何幫助植物生長（引自王智勇，2004）。王美芬與賴阿福（1992）針對國小一、二、三年級的學生在「生物構造配合功能」. 18.

(32) 的概念發展研究上針對植物根的功用，最多人認為是吸收水分，次之是捉住泥土，第三為支撐植物體，最低比例為儲存養分。越低年級的學生把植物當作「人」，來解釋植物構造所具有的功能，如：根會吸收水分和抓住泥土，而不瞭解植物的構造是為了本身生長，如：根可以儲存養分。（引自陳秀枝，2006）。林家平( 2001)探討國小四年級到六年級學生對光合作用概念發現，學生誤認為環境中的泥土、陽光、水、空氣等天然物質是植物養分的來源，而忽略植物能利用光合作用來製造養分。學生知道光合作用需要陽光，卻不知道光合作用與葉子的關係。彭文貴（2002）在國小六年級學童對植物生殖概念及其迷思概念之研究發現，學生對於植物生殖的營養來源不瞭解，認為養分是從外面獲得，不知道植物也能行光合作用自行製造養分；對於植物的「花」、「果實」和「種子」間的因果關係不清楚；對於「果實」的功能不清楚，認為是供給「種子發芽」時的養分。林曉雯（2003）以個別晤談方式對國小四、六年級、國一、高一學生在「開花植物生長與發育」概念之瞭解發現學生對於植物生活史，沒有一代傳一代循環變化的概念；學生對開花結果的順序不清楚；學生認為植物賴以維生的物質包括：陽光、空氣、水、土壤，而忽略「空氣」；植物的營養來源，除了光合作用的產物可供植物生長養分外，也有學生同時認為泥土、水也是養分的來源。關於種子萌芽的條件約70%學生以上都提到「水」。20~33﹪認為種子一定要有陽光才能萌芽原因是：種子需要光進行光合作用製造養分。50%以上的小學生認為土壤是種子萌芽的必備條件，理由是：土壤能固定植物，提供養分。而種子剛萌芽時所需的養分除來自種子本身(自四年級至高一分別為10%、 20%、48%、80%)，有37~50﹪學生指出還包括土壤，27﹪的四年級學生則認為水也是種子萌芽時之養分來源之一。顏麗娟（2003）發現學生對植物生長所需要的要素的概念，以「水」、「陽光」、「泥土」為主要因素，隨著年級的增加才逐漸加入「空氣」的要項。在植物的維生方式而言，大多數的學生都認為，植物的養分是從泥土而來，學生認為植物的養分從環境中獲得，隨著年級的增加，才逐漸知道植物會行光合作用來製造「氧氣」，而忽略是植物為自己製造養分。蘇雅芳(2003)針對國小五年級學生「開花植物生長發育與繁殖」的另有概念研究中發現學生認為植物發芽所需的養分為「水」、「土壤」、「空氣」、「光合作用」、「果. 19.

(33) 實」，並認為土壤中含有澱粉，是植物生長所需；植物生長所需要的氣體並不清楚等。王智勇(2004)在國小學童對植物生長概念改變教學之研究中，學生的另有概念認為植物是「先長莖再長根」或「先長果實，後開花」；缺乏植物的「花」、「果實」具有傳宗接代等繁殖概念；植物有「施肥」就長得更好，沒有施肥也不會怎樣；知道植物可以用種子繁殖；知道有「光合作用」，卻不清楚其作用機制。歸納以上研究發現，學生對於植物生長另有概念可分為三方面： (一)植物生長與養分：學生認為種子發芽養分來自於外界，而不知道種子發芽養分來自於種子本身（彭文貴，2002；林曉雯，2003；蘇雅芳，2003）；知道植物會行光合作用卻不知道工和作用是植物製造養分的方法（顏麗娟，2003；林家平，2001；王智勇，2004）；把植物擬人化，植物要吃才能活，認為植物生長的養分均來自外界，不知道植物可以自行製造養分（彭文貴，2002；蘇雅芳，2003；林曉雯，2003；（顏麗娟，2003；王智勇，2004）。知道植物的生長需要陽光、水、土壤忽略空氣（蘇雅芳，2003；林曉雯，2003；顏麗娟，2003）。 (二)植物身體構造的功用：學生認為根的功用只是吸收水分與養分，而忽略根的其他功能（陳秀枝，2006）；不知道光合作用和葉子的關係(林家平，2001)。 (三)植物成長過程：學生認為植物成長順序不清楚，不知道植物生長一代傳一代的循環變化（林曉雯，2003）。綜合以上有關植物另有概念之研究，將研究者、研究主題與學生另有概念發現列表如2-2-2：. 20.

(34) 表2-2-2 國內外學者研究發現學生對植物所具有的另有概念研究者（年代） Roth （1985）王美芬與賴阿福（1992）林家平 (2001) 彭文貴（2002）蘇雅芳 (2003). 林曉雯（2003）. 顏麗娟（2003）王智勇 (2004). 研究主題. 學生另有概念. 針對國小五年級調查有關「植物的食物」的想法。國小一、二、三年級學生「生物構造配合功能」的概念發展研究。國小學童光合作用概念之分析國小六年級學生對植物生殖概念及其迷思概念之研究。國小五年級學童「開花植物生長發育與繁殖」概念改變教學策略之研究學生對「開花植物生長與發育」概念之瞭解. 植物從土壤和水中裡獲得食物。學生只思考『光』對植物的生長有影響，卻不去思考它為什麼或如何幫助植物生長。植物根的功用，最多人認為是吸收水分，次之是捉住泥土，第三為支撐植物體，最低比例為儲存養分。. 環境中的泥土、陽光、水、空氣等天然物質是植物養分的來源。不知道光合作用與葉子的關係。植物營養是從外面獲得；對於植物的「花」、「果實」和「種子」間的因果關係不清楚，認為「果實」的功能是供給「種子發芽」時的養分。學生認為植物發芽所需的養分為「水」、「土壤」、「空氣」、「光合作用」、「果實」，並認為土壤中含有澱粉，是植物生長所需；植物生長所需要的氣體並不清楚等。植物生長沒有一代傳一代循環變化的概念；學生對開花結果的順序不清。植物賴以維生的物質包括：陽光、空氣、水、土壤，忽略「空氣」；植物的營養來源泥土、水也是養分的來源。陽光、土壤是種子萌芽的必備條件。國小「植物」概念之學生認為植物的養分從環境中獲得、從土壤的肥研究料中獲得，知道植物會行光合作用，但是以製造「氧氣」為主，而忽略是為自己製造養分。國小學童對植物生學生對於植物生長的另有概念包括將根與莖的名長概念改變教學之詞定義錯誤，認為植物是「先長莖再長根」或「先研究長果實，後開花」，「溫度」條件對種子發芽而言是非必要的。. 21.

(35) 第三節論證學習相關研究將論證應用於教學上的研究是近幾年才開始的，研究者列舉論證教學相關的實徵性研究文獻，先依照研究年代先後順序列舉，再根據論證的效益、論證研究對象與論證教學等做一歸納比較於後，最後再依論證教學的對象、議題、論證的分析方法、研究結果，如表 2-3-1 所示，作為本研究參考。黃翎斐和林陳涌（2006）探究教師採取主張式、選擇式及開放式的論證教學策略對國中學生論證表現的影響，結果發現：主張式和開放式佈題模式教學論證品質呈現兩極化，而選擇式佈題模式所發生的反倒有維持較好的水準，教師所使用的論證教學策略會影響學生的論證形成。陳坤源（2007）將論證活動融入自然科教學，並以課外活動方式實施，參加的對象包含包含三、四、五、六年級以混齡的方式進行。本研究在論證的評量上嘗試著將學生論證能力紙筆測驗題的質性資料轉為量化的評分，發現學生論證的能力實驗組大於與對照組。黃柏鴻與林樹聲（2007）以行動研究方法，應用「成立馬告國家公園」與「興建台灣高速鐵路」等社會性科學議題於國小六年級自然科教學。結果發現：學生論證時理由無法對應主張、證據無法支持理由、沒有針對他人的理由提出反駁、論點缺乏邏輯或前後立場不一致。蔡俊彥、黃台珠與楊錦潭（2007）探討國小五年級學生在自行發展的網路「Toulmin 論證系統」進行論證活動時，其科學概念及論證品質的表現。結果發現：多數學生能形成三段試論法，論證能力隨時間而加強。洪晧嵐（2008）探討主修自然科學相關科系的大一學生，在進行不同生物探究主題的論證活動時，所提出的論證組成要素與論證品質的差異。結果發現：學生所提出論證要素以「主張」和「數據」居多，其次是「反駁」，最少是「理由」和「支持」。辜千芳（2009）在探討國中學生進行生活化生命科學議題論證之論證要素、品質、與論點演變狀況。結果發現：論證要素方面學生在論點上依序為「主張」、「理由」、「反駁」，較少的為「條件」；論證品質層級二在兩議題中的百分比分佈較多。林煥祥與楊桂瓊（2009）探討論證教學對國小學童在提升論證能力及科學本質的成. 22.

(36) 效。結果發現：實驗組學生的論證能力顯著優於控制組，分析學生之科學本質觀發現，持有傳統觀之學生其在論證能力的提升率有優於現代觀之學生。李松濤、林煥祥與洪振方（2010）以「探究式教學」作為實驗處理來探討國小學童科學論證能力的變化情形。研究結果顯示，「探究式教學」可以在「推理題」與「控制變因題」上讓學生有比較好的論證能力成長，顯示探究式教學會影響學生論證能力。蔡佩穎、張惠博、林雅慧與張文華（2010）探討七年級學生討論生殖遺傳新聞文本，對於學生小組立場與理由的影響。研究結果顯示：科學新聞文本中的概念分支結構，會影響小組學生討論後立場，研究者建議應慎選新聞素材，並發展教學法來培養學生判讀科學新聞媒體之素養。陳文正、古智雄、許瑛玿與楊文金（2011）主要探討概念卡通論證教學如何促進學童之論證能力。研究發現經過概念卡通論證教學後，研究對象的論證能力表現得到提升。以自然學業成就表現來分析學童學習論證的成效，顯示實施論證教學活動後，中、高分組學童的論證品質優於低分組。 McNeill（2011）以論證活動探討國小五年級學生，探討學生如何利用證據（Evidence）來解釋（Explanation）主張而建構論點（Arguments），研究發現學生論證資料的來源是生活經驗與所學過的科學知識，而學生的語言與文化背景會影響學生學習的知識。經過論證可以改變學生原來存有的概念，但是有些概念仍然無法改變，學生能學好論證則需要更多的背景知識。 Suna與William (2012)以實驗設計、研究結果簡報和小組間討論等論證活動來探討國小三、四年級學生論證能力和科學概念的理解，研究結果發現，學生能使用適當的證據（Evidence）來支持主張，顯示透過有計畫性的論證教學活動後學生論證能力有改變，而學生對於科學概念理解也有改進。林煥祥、楊桂瓊與洪瑞兒（2012）以論證活動探討國小學童論證能力和科學本質之表現。研究發現實驗組學童在論證文本測驗表現優於對照組，持有傳統科學本質觀的學童在論證文本測驗表現優於持有現代科學本質觀的學童，學童論證能力的成長模式由簡到繁，逐漸成熟。蔡俊彥與施文玲（2012）使用網路論證系統探討國小五年級學生論證歷程檔案。研究結果顯示：在論證模式的五個元素中以「論據」使用次數最多，其次為「資料」，低. 23.

(37) 批判思考能力學生在使用提示策略的總數高於高批判思考能力學生，在元素「主張」及「理由」使用提示策略的次數亦高於高批判思考能力學生。蘇衍丞與林樹聲（2012）以社會性科學議題為情境，應用口語與寫作為鷹架教學以提升國小六年級學生的論證能力。研究結果顯示，實驗組的後測總分、論點、反論點、補充理由和反駁得分皆顯著高於控制組，且實驗組學生提出的理由較多元且精緻。歸納國內各研究者對論證所提出的效益，研究大多聚焦論證品質（黃翎斐、林陳涌， 2006；洪晧嵐，2008；辜千芳，2009）；論證能力（陳坤源，2007；黃柏鴻、林樹聲， 2007；林煥祥、楊桂瓊，2009；李松濤等，2010；蔡佩穎等，2010；楊桂瓊等，2012；蘇衍丞、林樹聲，2012）論證使概念改變（蔡俊彥等，2008），論證與批判思考能力的研究（蔡俊彥、施文玲，2012）。論證研究對象從國小（陳坤源，2007；黃柏鴻等，2007；蔡俊彥等，2008；林煥祥、楊桂瓊，2009；李松濤等，2010；陳文正等，2010；楊桂瓊等，2012；蔡俊彥、施文玲，2012；蘇衍丞、林樹聲，2012）、國中（黃翎斐等，2006；辜千芳，2009；蔡佩穎等，2010）到大學（洪晧嵐，2008）都有，大多以國小五年級以上學生為主。論證教學的方式有融入各科（陳坤源，2007），利用社會性議題（黃柏鴻、林樹聲，2007；蘇衍丞、林樹聲，2012），論證教學的環境有課堂與網路平臺（蔡俊彥等，2008；蔡俊彥、施文玲，2012）。由上可知論證教學以國小三年級為研究對象不多見，而以論證與概念學習為主要探討的研究亦較少，因此本研究想探究論證融入教學對於國小三年級學生的論證能力與概念變化情形如何？本研究擬經由實驗探究與觀察後，產生多樣的資料與證據，提供學生來評估以建立其論點。實施流程會讓學生先進行「與自己對話」的論證即自行填寫論證的學習單，填寫過程無法看到其它學生的論點，如此可以觀察到其先備概念。再來進行「與他人對話」的論證，即小組討論，透過討論學生可以針對個人論點做調整以及評估其它學生的論點，如此可以看到其概念改變情形。論證的過程中可以充份地表徵了學生的科學知識，而在課堂上使用Toulmin論證模式融入教學，也可以在潛移默化中教導學生正規的科學語言及科學思考程序。. 24.

(38) 表 2-3-1 論證教學實徵性研究一覽表作者. 黃翎斐、林陳涌（2006）. 陳坤源（2007）. 黃柏鴻、林樹聲（2007）. 教學策略對論證形成的影響. 提昇國小學童論證能力之研究. 提升國小六年級學生論證能力之行動研究－以社會性科學議題為例. 探討教師採用不同的佈題模式對學生學習論證的表現。. 探究論證融入自然科教學及學生論證能力的改變。. 採行動研究的方法，應用「成立馬告國家公園」與「興建台灣高速鐵路」此二社會性科學議題於教學中，目的在改進學生的論證能力。. 研究對象. 1位生物教師、七年級29位學生。花蓮縣郊區某國小三、四、五、六年級共計 23 位學生。. 嘉義縣某國小六年級學生1班，共 34人。. 論證的分析方法. 先採用 Toulmin (1958) 的論證定義，並綜合 Kelly 與 Takao (2002)對論證的詮釋，分析論證因子；而論證評鑑的標準則參考 Kuhn (1991)、Osborne 等人 (2004)、JimenezAlexixandre(2005)等人對於評鑑論證品質的要點來擬訂。. 以 Toulmin (1958) 的論證模式為基礎，將學生的論證內容依論證類型與層次分數進行比較，以評鑑學生論證能力的改變。. 以 Toulmin (1958) 所提出的論證架構為基礎，針對論證問卷內容分成主張、理由、反駁、再加強理由、證據內容、證據性質等六方面進行分析。. 研究結果. 1.學生的論證品質有增進。 2.教師的提問會影響學生論證的形成，可分為主張式、選擇式及開放式論證。 3.主張式論證大多分布在第一、二級；選擇式論證中，學生的表現中庸；開放式論證中，表現則呈現兩極化的分布。. 1.學生在雪人不見了、蠟燭熄滅了、水的移動、鐵生鏽等單元的前、後測達顯著。 2.而在光與影、聲音的傳播、水從哪裡來、水杯裂掉了等單元前、後測未達顯著。 3.實驗組論證能力大於對照組. 1.學生論證時較常出現理由無法對應主張、證據無法支持理由或只描述證據來源、沒有針對他人的理由提出反駁、論點缺乏邏輯或前後立場不一致等問題。. 研究主題. 研究目的. 2.以社會性科學議題進行論證教學必須提供學生合宜的情境、幫助學生建立與論證相關的背景知識、引導學生做論證、討論學生錯誤的論證內容、延長發表的待答時間及給予鼓勵。 3.教學後大部份學生提出反駁的能力有顯著提升（p＜.05），且對於論證教學抱持著正面觀感。. 續下頁. 25.

(39) 表 2-3-1(續) 作者研究主題研究目的. 研究對象論證的分析方法研究結果. 蔡俊彥、黃台珠和楊錦潭（2008）洪晧嵐（2008）. 辜千芳（2009）. 國小學童網路論證能力及科學概念學習之研究. 大一學生生物探究學習之論證品質之研究. 國中生生活化生命科學議題線上論證演變之研究. 探討學生在本研究所發展的「Toulmin 論證系統」進行論證活動時，其科學概念及論證品質的表現。. 探討生物探究的學習歷程中，學生進行論證時所提出的論證組成要素與論證品質，同時比較在不同的學習歷程，與不同的生物探究主題學生的論證組成要素與論證品質。 38 名主修自然科學相關科系的大一學生。. 在探討國中學生進行生活化生命科學議題論證之論證要素、品質、與論點演變狀況. 參考Toulmin (1958) 論證模式的五個論證要素，再根據要素將論證內容用「主張的數量」、「理由的正確性」、「反駁的次數與關連性」和「論證組成要素的多寡」等四個向度進行論證品質的評分。. 論證要素分析參考 Clark 與 Sampson (2007)；論證層級則參考 Osborne 等人 (2004)、 Jiménex-Aleixandre 與 Pereiro-Muñoz (2005) 、Sadler 和 Fowler (2006) 之層級理論。. 高雄市某國小五年級四個班級共 115 名學生. 以 Toulmin (1958) 論證模式為基礎，將受試者論證對話品質依論點要素分為五個層級。. 中部某課後補習班之國中二、三年級學生 24 人。. 1.學生在進行論證時所能夠提 1.在論證要素方面學生在論點上依序為主張、理由、反駁，出的論證要素為「主張」和「數較少的為條件。據」居多，其次是「反駁」，最少的「理由」和「支持」。 2.在論證品質層級方面：整體而言，層級二在兩議題中的百分 2.主張的數量方面，傾向提出至比分佈較多，從演變圖分析而 2.受試者論證能力的進步程度少一個主張；理由的正確性方言，學生演變類型可分為有條上，愈高論證能力的受試者在面，提出的理由有「非理由」、件進行反駁的論點演變。教學實驗中進步的程度愈大。「偽理由」和「真理由」；反駁的次數與關連性方面，提出的反駁，大多是對於數據所提出的反駁；組成要素的多寡方面，大多是由「主張-數據」和「主張-數據-理由」所組成的。 1.受試者在TAS論證系統中，多數能形成Toulmin 論證模式的三到四個元素。多數學生會形成三段式論法，其論證能力隨著時間而加強。. 續下頁. 26.