國
立
交
通
大
學
工業工程與管理學系
博
士
論
文
科學與科技研究的知識探索技能之差異性研究
A study on the differences between science and technology
in knowledge inquiry skills
研 究 生：呂柏輝
指導教授：洪瑞雲 教授
科學與科技研究的知識探索技能之差異性研究
A study on the differences between science and technology
in knowledge inquiry skills
研 究 生：呂柏輝 Student：Po-Hui Lu
指導教授：洪瑞雲 Advisor：Ruey-Yun Horng
國 立 交 通 大 學
工 業 工 程 與 管 理 學 系
博 士 論 文
A DissertationSubmitted to Department of Industrial Engineering and Management College of Management
National Chiao Tung University in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Doctor of Philosophy
in
Industrial Engineering and Management
August 2014
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
i
科學與科技研究的知識探索技能之差異性研究
學生：呂柏輝 指導教授： 洪瑞雲 博士
國立交通大學工業工程與管理學系博士班
摘要
本研究的目的是探討在科學與科技研究上，人的知識探究行為是否有差異，以及主 修知識領域與專業訓練時間對科學與科技知識探究行為的影響。研究中以議題（科學議 題、科技議題）、主修領域（科學領域、科技領域）、專業程度（大學生、研究生）三個 方式來檢視人們在科學與科技研究上知識探究行為的差異。94 名主修科學與科技背景的 大學生與研究生被要求審查一個科學和一個科技研究計劃書。知識探索技能是由評論內 容中所反應的論證結構（研究價值、解釋、證據、研究方法、反駁方式、異例的偵測） 來衡量。結果發現，大學程度以上的學生對科學與科技研究的知識探究行為在論證結構 上差異不大，但論證的重點不同，在科學研究，他們較著重學術價值、解釋的完整性、 解釋是否存在另有主張、證據的有效性、研究方法的內在效度與外在效度等，且會以另 有主張來質疑研究中主張，也會由證據中是否存在異例來探索是否有其他可能的原因。 在科技研究，他們著重的是新技術相對於舊技術的實務價值、成本效益、技術可行性， 並以主張的解釋品質進行評論。但接受科技教育的參與者，對於證據的要求會因訓練的 時間加長而下降。對異例的偵測方面，參與者對科學議題中異例的偵測高於科技議題， 但科技背景的研究生偵測到異例的比例偏低；不過他們批評科學議題中未對異例加以解 釋的比例卻是最高的，但此批評並不全然正確，顯示隨著科技教育訓練時間增加，學生 對證據中的異例的敏感度下降。整體而言，科技研究在對知識正確性的驗證要求上較科 學研究低。 關鍵字：科學、科技、知識探索技能、知識論、教育訓練ii
A study on the differences between science and technology in knowledge
inquiry skills
Student：Po-Hui Lu Advisor： Ruey-Yun Horng Department of Industrial Engineering and Management
National Chiao Tung University
Abstract
The purpose of the study was to investigate the differences between science and technology in knowledge inquiry skills. Ninety-four undergraduate and graduate students majoring in science or technology were asked to review and comment on two research proposals, one in science and one in technology. Their responses were content-analyzed in terms of argument structure (value, explanation, evidence, research method), method of refutation, and anomaly detection. Results showed that participants adopted similar argument structures when examining science and technology. But compared to the technological issue, they would demand more academic contribution, thorough explanation, evidence, and internal and external validity of research methodology when reviewing the scientific issue. Further, they tended to search for alternative explanations as a method of refutation, and detected more anomaly in data. In contrast, participants would demand more practical contribution, technical feasibility, and cost and benefit analysis when reviewing technology research. The assertion-based refutation was the most common way to refute a technological issue. In addition, the sensitivity to evidence and anomaly seemed to diminish for engineering students as their level of training increased. The results suggest that there are epistemological differences in people’s conception of knowledge construction and validation in science and technology, and this difference may be more evident for those with more engineering training.
iii
誌
謝
能順利完成學業與這本論文，首先要感謝指導教授洪瑞雲老師的指導。除了在實驗 設計、資料整理與分析以及論文寫作等專業方面的指導外，老師的身教更讓我明白一個 好的學者對學術研究應有的態度與堅持，以及對社會應有的關懷。老師在平日的討論 中，除了為我釐清學問上的疑惑之外，在討論之餘的閒聊，也不吝於分享自己的人生經 驗，每一次的討論都讓我有所學習與成長。對我而言，洪老師不只是論文的指導教授， 也是人生的益友。 同時也要感謝方聖平老師、王精文老師、林珊如老師、唐麗英老師、以及蔡今中老 師於百忙之中審閱論文，並於口試中基於心理學、教育學、實驗設計等專業所提供的諸 多寶貴建議，使得本論文的內容得以更加完善。 感謝在輔仁大學任教的倩秀的協助，除了提供實驗場地，更幫忙招募參與者，還要 感謝參與實驗的各位輔大同學，因為有你們的參與，才能成就這本論文，謹在此致上最 真摯的謝意，謝謝！ 感謝人因實驗室的夥伴：世環學姊、家寧學姊、承儀、孟杰、靜云、瑋聖、柔 喻、愷伶，在這段求學過程中，除了學問上的彼此討論讓我獲益匪淺外，在實驗資料 的分析以及日常生活上也得到大家諸多協助，謝謝你們！ 最後要謝謝我的家人。因為你們的支持和包容，我才能全心投入在學業上，並完成 這本論文，謝謝你們！ 一個研究的完成絕非只靠個人的努力，而是在得到許多大大小的協助下完成的。謝 謝你們！謝謝在這段過程中指導、協助、鼓勵、支持我的師長、同學、家人們！ 呂柏輝 謹識 2014 年 8 月 19 日於交通大學iv
目
錄
中文摘要……….……….……….……..……i
英文摘要……….……….……….……..……ii
誌謝……….….……….……….……..……iii
目錄……….……….………iv
表目錄……….………vii
圖目錄……….……….…………xiii
一、導論……….1
1.1 研究背景與動機……….……….1 1.2 研究問題與假設………..5 1.3 變項定義………..5二、文獻探討……….9
2.1 科學與科技的相依關係………...………9 2.2 人對知識的見解的差異……….………10 2.3 科學與科技活動在知識探索上的差異………15 2.4 總結………24 2.5 知識探究技能的衡量………..………24v
三、方法
……….………26
3.1 參與者……….26 3.2 實驗材料………27 3.3 自變項操弄………28 3.4 應變項的衡量………29 3.5 實驗程序………39 3.6 實驗設計………39四、結果……….……….………40
4.1 科學與科技議題的反應總數……….……….40 4.2 科學與科技議題的支持意見總數………42 4.3 科學與科技議題的反對意見總數………42 4.4 支持意見的論證結構.………45 4.5 反對意見的論證結構………51 4.6 論證結構的內容分析………58 4.7 論證中的反駁方式……….………..…90 4.8 對於異例的偵測………..………96 4.9 科學與科技議題的問卷分析………..………102 4.10 科學與科技議題的同意補助程度………106 4.11 對科學與科技研究表示同意補助的理由總數………108 4.12 對科學與科技研究表示不同意補助的理由總數………110 4.13 對科學與科技研究同意或不同意補助理由的內容分析………..……111vi
五、討論與結論
…..………….……….………125
5.1 科學與科技知識在知識探究行為上的影響………127 5.2 科學與科技教育訓練對知識探究行為的影響………133 5.3 總結………135 5.4 研究限制與未來研究方向………137參考文獻………139
附錄一 科學研究計劃書………143
附錄二 科學研究計劃書的論證結構………146
附錄三 科技研究計劃書………149
附錄四 科技研究計劃書的論證結構………152
附錄五 科學研究計劃評論表格………155
附錄六 科技研究計劃評論表格………..….………161
附錄七 內容分析結果彙整………167
vii
表
目 錄
表 2-1 科學與科技活動的常見差異………..……….10 表 3-1 科學、科技背景的大學生與研究生的性別人數資料整理……….26 表 3-2 科學、科技背景的大學生與研究生的年齡資料整理……….26 表 4-1 議題、領域背景、專業程度對反應總數之敘述統計……….40 表 4-2 議題、領域背景、專業程度對反應總數影響之變異數分析表………...41 表 4-3 參與者在科學與科技議題提出的支持、反對意見占反應總數的比例………41 表 4-4 議題、領域背景、專業程度對支持意見總數之敘述統計………42 表 4-5 議題、領域背景、專業程度對支持意見總數影響之變異數分析表………43 表 4-6 議題、領域背景、專業程度對反對意見總數之敘述統計………44 表 4-7 議題、領域背景、專業程度對反對意見總數影響之變異數分析表………44 表 4-8 議題、領域背景、專業程度對研究價值支持意見數之敘述統計………45 表 4-9 議題、領域背景、專業程度對研究價值支持意見數影響之變異數分析表…………46 表 4-10 議題、領域背景、專業程度對解釋支持意見數之敘述統計………47 表 4-11 議題、領域背景、專業程度對解釋支持意見數比較之變異數分析表……..………47 表 4-12 議題、領域背景、專業程度對證據支持意見命題數之敘述統計………….…………49 表 4-13 議題、領域背景、專業程度對證據支持意見命題數影響之變異數分析表……..49 表 4-14 議題、領域背景、專業程度對研究方法支持意見數之敘述統計………50 表 4-15 議題、領域背景、專業程度對研究方法支持意見數影響之變異數分析表………51 表 4-16 議題、領域背景、專業程度對研究價值反對意見數之敘述統計………52 表 4-17 議題、領域背景、專業程度對研究價值反對意見數影響之變異數分析表………52viii 表 4-18 議題、領域背景、專業程度對解釋反對意見數之敘述統計……….…..53 表 4-19 議題、領域背景、專業程度對解釋反對意見數影響之變異數分析表………..……53 表 4-20 議題、領域背景、專業程度對證據反對意見數之敘述統計………55 表 4-21 議題、領域背景、專業程度對證據反對意見數影響之變異數分析表………55 表 4-22 議題、領域背景、專業程度對研究方法反對意見數之敘述統計………56 表 4-23 議題、領域背景、專業程度對研究方法反對意見數影響之變異數分析表……..57 表 4-24 參與者在科學與科技議題的論證結構在支持與反對意見中的分布比例……..…58 表 4-25 參與者對科學與科技議題研究價值的支持意見內容分析彙整……….……59 表 4-26 領域背景、專業程度對學術價值支持意見數之敘述統計……….………60 表 4-27 領域背景、專業程度對實務價值支持意見數之敘述統計……….……60 表 4-28 領域背景、專業程度對研究的原創性及延伸性支持意見數之敘述統計…….…..61 表 4-29 領域背景、專業程度於科技議題中對新技術相對上的優點之敘述統計…………61 表 4-30 參與者對科學與科技議題解釋的支持意見內容分析彙整……….62 表 4-31 領域背景、專業程度對研究問題的說明清楚反應數之敘述統計………63 表 4-32 領域背景、專業程度對科學議題中文獻充分之敘述統計.……….……64 表 4-33 領域背景、專業程度對科技議題提出的解釋支持意見項目之敘述統計………..65 表 4-34 參與者對科學與科技議題證據的支持意見內容分析彙整………66 表 4-35 領域背景、專業程度對因存在異例而認為應深入研究之敘述統計………….……67 表 4-36 領域背景、專業程度特有的科學議題的證據支持意見項目之敘述統計………..67 表 4-37 領域背景、專業程度特有的科技議題提出的證據支持意見項目之敘述統計…68 表 4-38 參與者對科學與科技議題研究方法的支持意見內容分析彙整………..…..69
ix 表 4-39 領域背景、專業程度對科學議題提出的研究方法支持意見項目之敘述統計…..70 表 4-40 領域背景、專業程度對科技議題提出的研究方法支持意見項目之敘述統計…71 表 4-41 參與者對科學與科技議題研究價值的反對意見內容分析彙整……….……72 表 4-42 領域背景、專業程度對學術價值低的質疑之敘述統計………..……73 表 4-43 領域背景、專業程度對實務價值低的質疑之敘述統計………..………74 表 4-44 議題、領域背景、專業程度對道德議題上的質疑之敘述統計………..75 表 4-45 領域背景、專業程度於科學議題中時間成本的反對意見之敘述統計………...…75 表 4-46 領域背景、專業程度對科技議題提出的研究價值反對意見項目之敘述統計…75 表 4-47 參與者對科學與科技議題解釋的反對意見內容分析彙整……….………77 表 4-48 領域背景、專業程度對引用文獻問題之敘述統計……….……….……78 表 4-49 領域背景、專業程度對質疑研究者對異例未提出解釋之敘述統計…………...…..78 表 4-50 議題、領域背景、專業程度對研究方向的問題與建議的反應數之敘述統計……79 表 4-51 領域背景、專業程度對科學議題提出的解釋反對意見項目之敘述統計………….80 表 4-52 領域背景、專業程度對科技議題提出的解釋反對意見項目之敘述統計…………81 表 4-53 參與者對科學與科技議題證據的反對意見內容分析彙整……….……82 表 4-54 領域背景、專業程度對證據的有效性之敘述統計………...83 表 4-55 議題、領域背景、專業程度對偵測到證據存在異例之敘述統計……….………83 表 4-56 議題、領域背景、專業程度對應變項測量的問題之敘述統計……..……….….……84 表 4-57 領域背景、專業程度對過去研究樣本的問題之敘述統計…….……….…..84 表 4-58 參與者對科學與科技議題研究方法的反對意見內容分析彙整…..…………..………86 表 4-59 議題、領域背景、專業程度對質疑樣本之敘述統計……….………..……..…..87
x 表 4-60 議題、領域背景、專業程度對質疑應變項衡量方式之敘述統計……….87 表 4-61 議題、領域背景、專業程度對質疑研究方法的說明不詳細之敘述統計……..….88 表 4-62 領域背景、專業程度對科學議題提出的研究方法反對意見項目之敘述統計….88 表 4-63 領域背景、專業程度對科技議題提出的研究方法反對意見項目之敘述統計.…89 表 4-64 議題、領域背景、專業程度對主張解釋有缺陷的反對意見數之敘述統計………90 表 4-65 議題、領域背景、專業程度對主張解釋有缺陷的反對意見數之變異數分析表.91 表 4-66 議題、領域背景、專業程度對證據的缺陷反對意見數之敘述統計…….………...…91 表 4-67 議題、領域背景、專業程度對證據的缺陷反對意見數之變異數分析表…….……92 表 4-68 議題、領域背景、專業程度對邏輯上的錯誤反對意見數之敘述統計………92 表 4-69 議題、領域背景、專業程度對邏輯上的錯誤反對意見數之變異數分析表………93 表 4-70 議題、領域背景、專業程度對另有主張數之敘述統計…………...…..94 表 4-71 議題、領域背景、專業程度對另有主張數之變異數分析表……….……94 表 4-72 參與者在科學與科技議題的反對方式在反對意見中的分布比例…………..……….95 表 4-73 議題、領域背景、專業程度對異例反應總數之敘述統計………....……96 表 4-74 議題、領域背景、專業程度對異例反應總數之變異數分析表………97 表 4-75 議題、領域背景、專業程度對偵測到證據中存在異例之敘述統計………97 表 4-76 議題、領域背景、專業程度對偵測到證據中存在異例之變異數分析表…………98 表 4-77 議題、領域背景、專業程度對批評研究者對異例未提出解釋之敘述統計………99 表 4-78 議題、領域背景、專業程度對批評研究者對異例未提出解釋之變異數分.……100 表 4-79 議題、領域背景、專業程度對參與者於計劃書內容評論之敘述統計…………...102 表 4-80 議題、領域背景、專業程度對參與者於計劃書內容評論之變異數分析表……103
xi 表 4-81 議題、領域背景、專業程度對參與者認為證據存在另有解釋之敘述統計……105 表 4-82 議題、領域背景、專業程度對參與者認為證據存在另有解釋之變異數分析..105 表 4-83 議題、領域背景、專業程度對同意補助程度之敘述統計…..………107 表 4-84 議題、領域背景、專業程度對同意補助程度之變異數分析表…………..……..…..107 表 4-85 議題、領域背景、專業程度對同意補助理由總數之敘述統計………..108 表 4-86 議題、領域背景、專業程度對同意補助理由總數之變異數分析表………….…….109 表 4-87 議題、領域背景、專業程度對不同意補助理由總數之敘述統計……….…110 表 4-88 議題、領域背景、專業程度對不同意補助理由總數之變異數分析表………..…111 表 4-89 參與者同意對科學與科技議題提供補助理由的內容分析彙整………..……112 表 4-90 領域背景、專業程度對研究具學術價值意見之敘述統計……….……….113 表 4-91 領域背景、專業程度對研究具實務價值之敘述統計………..…113 表 4-92 領域背景、專業程度對同意意見中研究可行性之敘述統計………..……114 表 4-93 領域背景、專業程度對同意意見中研究值得嘗試之敘述統計………….………114 表 4-94 領域背景、專業程度對科學議題計劃書內容完整之敘述統計………..……115 表 4-95 領域背景、專業程度對科技議題同意意見中研發效益之敘述統計…………...115 表 4-96 參與者不補助科學與科技研究的理由的內容分析彙整………..…….……117 表 4-97 議題、領域背景、專業程度對反對意見中提及研究計劃內容不完整之敘述.118 表 4-98 議題、領域背景、專業程度對反對意見中提及實務價值低之敘述統計…………119 表 4-99 議題、領域背景、專業程度因研究方法有缺陷而不補助之敘述統計………119 表 4-100 議題、領域背景、專業程度對反對意見中證據中存在異例之敘述統計……120 表 4-101 議題、領域背景、專業程度對反對意見中提出另有主張之敘述統計………120
xii
表 4-102 領域背景、專業程度對科學議題提出的反對意見項目之敘述統計………122
表 4-103 領域背景、專業程度對科技議題提出的反對意見項目之敘述統計………..123
xiii
圖
目 錄
圖 4-1 議題與專業程度對支持意見總數之交互作用圖………..………….……….43 圖 4-2 議題與專業程度對對研究價值的支持意見數之交互作用圖……….46 圖 4-3 領域背景與專業程度對解釋支持意見數之交互作用圖……….48 圖 4-4 議題與專業程度對解釋反對意見之交互作用圖………….………...54 圖 4-5 議題與專業程度對證據反對意見之交互作用圖……….…………56 圖 4-6 議題與專業程度對另有主張之交互作用圖………..…………95 圖 4-7 領域背景與專業程度對偵測到證據中存在異例之交互作用圖………..…………99 圖 4-8 議題與領域背景對批評研究者對異例未提出解釋之交互作用圖………..101 圖 4-9 議題與專業程度對批評研究者對異例未提出解釋之交互作用圖………..…………101 圖 4-10 議題與專業程度對計劃書內容評論之交互作用………104 圖 4-11 領域背景與專業程度對同意補助程度之交互作用圖………108 圖 4-12 議題、領域背景與專業程度對同意補助理由總數之交互作用圖………1101
一、導論
1.1 研究背景與動機 科學活動或科技活動是人類建構知識的兩個重要方式。科學知識的探究活動是以系 統化方法找出日常生活中發生的現象背後的因果關係，其目的在於建立形成現象背後的 相關法則。例如牛頓因為看到落下的蘋果，好奇為何蘋果會向下掉，而非往上飛，因而 進行一系列的研究，發現蘋果會向下掉落是因為受到地心引力的影響。科技的知識探究 活動則是著重於在當前環境下，如何運用既有知識（主要為科學知識）來解決日常生活 當中的問題。例如愛迪生利用鎢的高熔點特性，將其作為燈絲，進而提升燈泡的使用壽 命。由於科學活動與科技活動所得到的成果皆對人類文明發展有相當大的貢獻，因此科 學知識與科技知識皆成為人類教育中相當重要的內容。然而科學與科技在日常生活中常 被人視為是相同的知識，除了在語言上混為一談外，在教育上也沒有明顯區隔。但就科 學與科技活動所建構出的知識形式來看就有很大的不同，科學所建立的知識為抽象的法 則，科技所建立的知識則是具體的成品或技術。從創造的觀點來看，科學的創造被稱為 發現，如：牛頓「發現」地心引力，科技的創造則稱為發明，如：愛迪生「發明」電燈， 可見科學與科技之間仍存在一些不同之處。不過科技活動中應用的知識主要為科學知 識，顯示這兩種知識建構活動之間亦存在相依關係。本研究的目的即在探討科學與科技 知識在知識探究過程上的相同與相異之處，期能對科學與科技的教育有所貢獻。 科學與科技活動都是屬於知識建構的活動，但由於重視的目標不同，進行知識探究 的方式不同，使得建構出的知識性質亦存在差異。對於長期從事科學與科技活動的從業 人員而言，其對於知識的認識很可能因為科學與科技活動的差異而存在不同。人對於知 識的認識屬於知識論（epistemology）的探討內容，知識論涉及人對於知識本質的信念 以及人如何知道（Hofer & Pintrich, 1997），也就是人對於所謂有效知識的信念。由於人對於知識的信念是由經驗及教育訓練所發展出來，因此個人的知識領域不 同，很可能使其個人知識論發展造成差異，例如 Jehng, Johnson, & Anderson (1993)曾根 據參與者所屬的科系，將工程、企管、社會科學、藝術、人文出身的大學生及研究生的
2
主修領域分為硬領域（hard field）和軟領域（soft field）兩組，硬領域包含工程及企管， 軟領域則包含社會科學、藝術、人文，他們要求兩組參與者填寫 Schommer (1990)的知 識論評量問卷，比較學生主修的知識領域對於個人知識論的關聯，結果發現軟領域的學 生比硬領域的學生更傾向相信知識具不確定性，他們較依靠獨立推論能力以獲得知識， 並不認為知識可以快速習得。Paulsen & Wells (1998)的研究則將工程、企管、社會科學、 自然科學、藝術、人文出身的大學生的主修領域分為純理論（pure）及應用（applied） 兩類，其中純理論包含自然科學、社會科學、人文、藝術，應用包含工程及企管，他們 要求參與者填寫 Schommer (1990)的知識論評量問卷，探討學生主修的領域是否會影響 其個人知識論發展。結果發現，純理論領域的學生比應用領域的學生更傾向相信知識是 具有關聯性、抽象的形式，他們也認為知識存在不確定性，是暫時性的存在，而且知識 的學習並非一蹴可及。由 Jehng, Johnson, & Anderson (1993)及 Paulsen & Wells (1998)研 究可知個人的知識領域與知識論發展之間存在關聯。由於科學活動與科技活動建構出的 知識性質不同，科學知識是抽象的法則，科技知識則是具體的產品。因此科學與科技的 從業者對於知識的認識存在差異，科學領域的工作者較相信知識彼此之間具有關聯性， 是抽象的形式，且為暫時性的存在，科技領域的工作者則相信知識是確定、片段且容易 理解的形式。本研究把參與者的主修領域分為科學和科技來探討不同知識領域的差異對 知識探究行為的影響。 一個人對於知識的信念與理解主要是經由個人經驗、教育發展而成，Perry (1970) 曾利用十年的時間，追蹤訪問 112 位哈佛大學學生，探討他們在大學四年間對於自己的 知識看法所抱持的信念，以及這些信念在接受大學教育過程中的變化。他發現人的個人 知識論的發展可分為三個階段，在大學一年級時期，學生對於知識的信念屬於二元論 （dualistic），這時的學生認為知識不是對的就是錯的，只相信一些簡單的知識，並相信 專家或權威者傳授的知識內容。在大學一年級至三年級的求學過程中，學生對於知識的 信念逐漸由二元論轉變為多元論（multiplistic），學生在此時開始發覺知識並非是絕對的 對錯，任何論點可由不同的角度解釋，且認為任何人都能有自己的想法，並能開始質疑 專家或權威者傳授的知識，而在大學三年級至四年級的求學階段，學生對於知識的信念
3 則逐傳由多元論轉變為相對論（relativism），此時學生已明白事情的是非對錯是基於某 個特定的背景條件下所成立，也明白所有的知識皆需透過一套合理的法則進行驗證，以 確認其真偽。因此除了主修領域外，本研究也透過參與者所接受的專業訓練長短來探討 不同知識領域的大學生與研究生在知識探究行為上的差異。 從問題解決的角度觀之，科學與科技活動在知識探究的過程上存在明顯的差別 （Schauble, Klopfer, & Raghavan, 1991; Zimmermen, 2000）。例如，Schauble, Klopfer, & Raghavan (1991)曾針對科學活動和科技活動在處理問題的差異進行比較，她們認為科學 活動的目的是建立形成現象背後的相關法則，因此當科學家面對一個未知現象時，他必 須對現象進行充分的觀察後，再根據個人經驗與既有知識推論觀察所得的資料背後之間 是否存在共同特性，提出初始假設。接著設計實驗以確認假設能否被客觀的證據支持。 在進行實驗前，科學家需預測當假設為真時，可能出現的實驗觀察值為何，並在嚴謹的 控制條件下進行實驗以獲取觀察值。獲得觀察值後，科學家除了確認觀察值與預期結果 是否一致外，也必須對實驗結果提出解釋，若實驗結果與假設不一致時，必須整合既有 的觀察資料與實驗所得的資料，進行修正或建立新的假設，之後再針對新的假設提出預 期結果並進行實驗以驗證其是否正確。科學活動成果是一些抽象的法則，可用來解釋、 預測現象。為了獲得有效的科學法則，科學家在研究的過程中會盡可能排除不可能的解 釋，透過實驗檢驗各種可能的變項組合並進行測試，逐一排除無關聯的變項，並需對在 資料搜尋的過程中發現的與當前假設不一致的各種異例提出解釋及驗證，以確保最終結 論能正確解釋現象的發生原因。只有當科學家判定資料中所有可能的疑點皆排除後，方 能停止探究的活動，並歸納實驗結果提出結論。相對的，科技的目的則是利用現有知識 解決當前存在的問題。當工程師面對問題時，他會先確認問題中的功能需求，再找出影 響此功能需求影響較大的變項，之後從這些變項的組合中搜尋可行解，並進行測試，若 找到最符合需求的變項組合時，眼前的問題得以解決，即可停止解答的搜尋。由此可知， 科學活動在問題解決過程中著重於確認變項之間的關聯性，透過排除無關變項的方式， 以逐步確立變項間關係的存在與否，以提供所觀察到各種已知現象的合理解釋，科學活 動的最終目的在找出解釋現象背後的共同法則。而科技活動在問題解決過程中著重於滿
4 足當前功能需求，若變項組合可以符合預期效果時，便視為已經找到一個解答，即可停 止搜尋解答。由於科學與科技研究的目的以及解決問題時所使用的方式皆存在不同，因 本研究預期，當人們在評論科學與科技研究時，對於二種研究的研究價值、解釋、證據 及研究方法時，也會有不同的著重方向。 由科學與科技知識探究歷程可知，科學與科技知識探究的主要差異在於異例的偵測 以及另有主張的關注。所謂異例是指與預期結果不一致的案例，科學家必須重視異例的 發現，因為異例的存在可以證偽（falsify）當前的假設之外，也顯示科學家個人的相關 既有知識可能存在不完整或錯誤之處。因此為了得到合理且完整的解釋，科學家就所有 可能的變項組合進行測試，逐一排除無關聯的變項的同時，必須盡可能找出與當前假設 不一致的各種異例，並針對這些異例提出解釋及驗證，以確保最終結論能充分解釋現象 的發生原因。但是科技活動屬於目標導向，僅著重於可以滿足目標需求的變項，只要變 項組合符合預期，便視問題已經得到解決。由於在可行解的搜尋過程中只著重於與目標 相關的變項，因此搜尋到的變項組合與科學活動相比便較有限，而且在驗證上也僅確認 變項組合能否產生預期的功能，也就是相關性的確認以及證真的測試（confirmation）， 並未確認變項與產生的功能之間是否存在因果關係，因此偵測到異例的機會也較科學活 動低。此外從科學活動與科技活動的問題解決過程可知，科學活動為了確保最終提出的 法則可以合理說明現象發生的原因，因此科學家必須盡可能找出所有可能的變項組合逐 一測試，所以相當注重是否存在另有主張。但是科技活動考慮的是變項組合是否能滿足 問題需求，因此工程師僅針對與問題需求相關的變項組合進行測試，不需要像科學家一 樣重視另有主張。因此本研究預期參與者對於科學與科技研究進行知識探究活動時，他 們對於科學議題提出的另有主張數將明顯高於科技議題，而且在評論科學議題時偵測到 異例的次數也將明顯高於科技議題。 然而截至目前為止，直接對科學與科技間在知識探究技能上的探討還非常有限。因 此本研究以主修科學與科技領域的大學生及研究生做為參與者，請他們針對一個科學研 究議題及一個科技研究議題提出評論，以此比較科學與科技的在知識探究技能上的差 異。根據 Jehng, Johnson, & Anderson (1993)、Paulsen & Wells (1998)、Perry (1970)及
5
Schauble, Klopfer, & Raghavan (1991)的研究，本研究預期主修科學與科技領域的大學生 與研究生，他們在對研究計劃提出評論時，其知識探究技能可能將因議題、主修領域、 專業訓練時間不同而出現明顯差異。 1.2 研究問題與假設 本研究的目的是探討人們對於科學與科技研究的知識探究行為的差異，以及人們的 主修知識領域與專業訓練時間對其從事知識探究行為的影響。研究中以議題（科學議 題、科技議題）、領域背景（科學主修、科技主修）、專業程度（大學生、研究生）做為 操弄知識領域差異的方式。研究問題及對應的假設如下： 問題一：面對科學與科技二種不同研究議題時，人的知識探究行為是否存在差異？ 對應假設：人對科學與科技二種不同的研究議題的知識探究行為明顯不同。 問題二： 受過科學與科技領域背景訓練的人的知識探究活動是否存在差異？ 對應假設：科學與科技領域的人的知識探究活動存在明顯差異。 問題三：專業程度高、低者在知識探究活動上是否存在差異？ 對應假設：專業程度高、低者在知識探究活動的表現上存在明顯差異。 1.3 變項定義 1.3.1 自變項： 議題。分為科學研究及科技研究兩種議題。科學活動是在探討變項之間的因果關 係，研究中科學研究計劃探討的議題為除草劑是否會影響青蛙的性別發育。科技活動則 是應用既有知識完成特定目標，根據科技活動的定義，研究中科技議題探討的研究計劃 是應用甲蟲的身體結構知識與電子控制技術開發結合機器的生化甲蟲。每位參與者皆須 完成這兩份研究計劃的評論作業，評論的順序以隨機方式決定。 學術領域背景。分為科學及科技兩種教育背景。主修科學領域的參與者主要來自同 一所大學的物理系、化學系、公共衛生系、心理系等自然科學或社會科學相關學系的學 生，科技領域的參與者則為來自同一所大學的電機系、資工系、資管系等工程相關學系
6 的學生。 專業程度。分為大學生組及研究生組兩種。大學生組主要為大學一年級及二年級的 學生。這些學生對自己主修領域內的相關知識及方法只有初步的涉獵，擁有書本上的抽 象知識，較缺乏實際研究的經驗。研究生組則為已就讀研究所一年級下學期與二年級的 研究生，以及就讀博士班的博士生。這些學生都已接受過初步的專業研究訓練。 1.3.2 應變項 本研究的應變項是知識探究技能。知識探究技能是指人面對一資訊時所產生的內在 知識搜尋、關聯、及整合的認知活動。本研究透過參與者評論科學與科技研究計劃時的 文字反應資料來衡量參與者在知識探究行為上的差異。知識探究行為是由參與者的文字 反應資料中所顯示出來的論證結構、反駁方式、及對於異例的偵測等三個向度來衡量， 除了文字反應資料外，這些變項也由參與者完成評論後所填寫的問卷，以及對科學與科 技研究計劃所提出的同意補助程度、同意補助理由數及不同意補助理由數等加以衡量， 依序說明如下。 1、論證結構 論證結構是構成良好論證的條件，對一個主張的論證必須包含解釋、證據以及證據 取得方式是否恰當等（Toulmin, 1958）。本研究據此將評論的項目分為研究價值、解釋、 證據、研究方法四個向度，參與者在評論科學或科技議題時，皆須對這四個項目提出支 持意見與反對意見，之後以內容分析抽取相關變項分別計算各類反應的次數。 研究價值。指參與者對於科學及科技研究對人類所能做的貢獻所提出的評論數，分 為肯定研究貢獻以及質疑研究貢獻的意見。 解釋。指參與者對於科學研究計劃書中對於問題與假設的推導是否可以成立，推導 過程中引用的文獻是否充分所提出的支持意見數與反對意見數。 證據。為參與者對於科學研究計劃書中引用的實證資料是否能回答研究問題與假設 所提出的支持意見數與反對意見數。 研究方法。指參與者對科學與科技研究計劃書中所提出的研究方法能否達成目的所
7 提出的支持與反對意見數。 2、反駁方式 證偽是知識探究的核心技巧（Popper, 1959; Kuhn, 2000），證偽在行為上顯性的方式 是對一個意見的反駁，不論是對一主張提出反對意見或駁斥，都是對一個意見成立的有 效性提出質疑，此質疑必須有所依據。本研究參考 Shaw (1996)的研究，將反駁的方式 分類為主張解釋存在缺陷、證據存在缺陷、論證邏輯錯誤以及另有主張的反駁等四類， 並根據這四類計算參與者在科學與科技議題中所提出的反對意見的反應次數。其中主張 解釋有缺陷是指參與者對於研究者提出的主張的前提、結論或解釋是否恰當提出質疑的 反應數；證據的缺陷是指參與者質疑研究者引用的證據的正確性的反應數；論證邏輯上 的錯誤是指參與者偵測到研究者的推論出現前後不一致或結論與證據不一致而提出的 質疑的反應數；另有主張是指參與者對於研究計劃書中的因果關係，提出其他的可能性 的反應數，例如農業區的除草劑不會只有草脫淨，可能是其他藥劑和草脫淨產生作用， 影響青蛙的性別發展。 3、對於異例的偵測 異例是指與研究者的主張不一致的證據。在科學與科技研究計劃書中，皆包含異 例。而參與者的文字反應中提及這些異例的反應比例。 4、問卷評分 參與者在完成研究計劃的評論作業後，需填寫一份問卷，對研究內容以 6 點量表的 方式進行評分。問卷共包含 8 個評分項目，依序為：（1）研究問題具有學術或實務價值， （2）計劃主持人對於該研究問題的研究文獻有足夠掌握，（3）研究問題推導無誤，（4） 研究假設所依據的理由充分，（5）研究問題的推導根據有效的證據，（6）計劃主持人所 提出的假設有充分證據為基礎，（7）引用的證據存在其他不同的解釋，（8）研究方法可 以有效地回答計劃主持人所提出的問題。 參與者對於科學研究的問卷反應資料經因素分析後萃取出兩個因子，因子 1 的內容 包含第 7 題以外的所有項目，因這 7 題均在詢問參與者對於計劃書內容的看法，故命名 為「對計劃書內容的評論」，因子 2 的內容僅包含第 7 題，故依據該題題目命名為「證
8 據存在另有解釋」。科技研究的問卷反應資料的因素分析結果與科學研究相同。本研究 根據因素分析的結果，計算參與者對於科學與科技議題的計劃書內容的評論（因素 1） 以及引用的證據存在其他不同的解釋（因素 2）的分數。 5、同意補助意願及理由 參與者在完成研究計劃的評論後，須以 0～100%的形式，提出自己願意對該研究計 劃提供補助的程度。之後需說明同意補助或不同意提供補助的理由。參與者對科學議題 及科技議題所提出的同意補助以及不同意補助理由經內容分析後，分別計算其同意補助 及不同意補助理由的反應次數。
9
二、 文獻探討
知識是指人對於外在事物的認識。哲學家一般認為構成有效知識的基本要件有合理
（justified）、合乎事實（true）、與可相信（belief）等三個要素，人需透過知識探究活動
建構出符合這三個要素的知識。所謂知識探究是指人面對一資訊時所產生的內在知識搜 尋、關聯、及整合的認知活動。科學與科技是人類建構知識的兩種主要活動。科學知識 著重於由日常生活中經歷的現象去反推現象背後的法則，建立的知識為抽象的法則，例 如法拉第於市場看到肉販將腐壞的臭肉丟掉，因此好奇為何肉放久會發出臭味，而進行 一系列的實驗，結果發現肉會發臭、腐壞與其本身含水量有關，肉的含水量愈高，愈不 容易保存，導致臭味的產生，而含水量本身便是現實生活中無法直接看到的抽象法則。 科技知識則是應用已知的知識解決日常生活中的問題，建立的知識為實體的產品。例如 法拉第為了協助蛋農測量雞蛋的新鮮程度，他利用雞蛋不新鮮時會釋放出硫化氫的特 性，設計出硫化氫測定器，使蛋農能在不需要打破雞蛋的狀況下得知雞蛋的新鮮程度， 而硫化氫測定器本身便是一個真實生活中可以直接看到的產品。 在日常生活中可觀察到科學與科技活動存在一些不同之處，網站 Diffen 整理科學與 科技活動常見的差異，列於表 2-1。由表 2-1 可知，雖然科學與科技的出發點皆為探索 並建立可靠且有用的知識，然而這兩種知識建構活動著重的重點不同，產生的知識形式 也存在不同，因此從事科學活動與科技活動的科學家及工程師對於知識的認識可能存在 不同，而且他們從事知識探究的歷程也可能不同。以下將說明科學與科技知識彼此之間 的相依關係，接著針對主修科學與科技的人對於知識的可能看法以及他們從事知識探究 歷程的差異進行探討： 2.1 科學與科技的相依關係 科學與科技並非是完全獨立的兩個知識領域，二者之間其實存在著極大的關聯，我 們解決一個實務上的問題所需的知識也不都全是科學知識或科技知識。例如在解決科學 問題時，必須針對現象進行觀察，但是有些現象的觀察（如天文觀測、觀察深海地層變
10 化等）需要藉助特殊設備如天文望遠鏡、深海攝影機、顯微鏡等，而這些相關設備的開 發即屬於科技問題的範疇。此外在實驗設備與實驗環境的建置上同樣會面臨同樣的情 形，如無塵室、溫度與濕度的控制。而在科技問題中，參數的定義更是來自科學問題中 得到的知識，例如若要發展一個針對駕駛疲勞的偵測與警告系統前，則必須先了解人會 疲勞的背後原因為何？當人感到疲勞時會出現哪些生理現象？車內環境與駕駛人的疲 勞是否存在什麼關係？這些問題都屬於科學問題的範疇，若沒有這些科學知識，就無法 決定疲勞訊息的偵測指標，更無法定義應該發出警告的閾值為何。由此可知不論任何問 題，都需要同時應用科學或科技知識，二者之間對於問題解決存在著相輔相成的關係。 表 2-1 科學與科技活動的常見差異 科學 科技 目的 求知（knowing） 製作（doing） 任務 搜尋現象背後的因果關係 開發新的工具（技術） 結果形式 提出價值中立（value-free）的 陳述 具高度價值（value-laden）的活 動 建立（開發）方法 透過實驗以進行探索 設計、發明、生產 對品質好壞的看法 基於合理的理論與正確的資料 提出結論 基於不完整的資料與類似的情 境下做出好的決策 所需技能 實驗的方法論與邏輯技能 設計、建構、測試、規劃、品 質管理、問題解決、決策以及 人與人之間的溝通能力 資料來源：http://www.diffen.com/difference/Science_vs_Technology 2.2 人對知識的見解的差異 在哲學的領域中，認識論是在探討構成有效的知識的要件為何。在認識論的探討 上，哲學家一般同意，構成有效知識的基本要件有三：合理（justified）、合乎事實（true）、
11
與可相信（belief），也就是一個可靠、有效的知識必須能為當事人所相信、有實證的資 料可證明其存在、與已知各種事理不相違背。這三個條件是人們用來檢驗人類建構出來 的各種新知的有效性的要件，不論是科學或科技活動所建構出來的知識都必須符合這三 個條件。
知識論（epistemology）涉及人對於知識本質的信念以及人如何知道（Hofer & Pintrich,
1997），也就是人對於所謂有效知識的信念。一個人對於知識所抱持的看法，可能會影 響他求知的方式或對於問題的理解，Schommer (1990)在研究中以五個構面來定義個人知 識論，分別是：知識結構性、知識確定性、知識的來源、獲得知識的控制及獲得知識的 速度。其中知識結構性是指個人對於知識本身架構的看法，有人將知識結構視為是片 段、具體且易為人所知的形式；或是認為知識結構是具有關聯性、抽象的形式。知識確 定性是指個人對於知識本身可靠性的看法，有人相信知識是固定且不會改變的；或是相 信知識存在不確定性，是暫時的存在。知識的來源是指獲得知識的方式，有人相信知識 是由外部（如專家）獲得；或是相信知識是由個人基於自己的經驗和推理能力建構出來 的。獲得知識的控制此一構面是指個人對於自己能力的看法，有人相信獲得知識的能力 是天生注定；或是相信能力是可以透過後天訓練改善。而獲得知識的速度是指個人對於 學習的信念，有人相信知識可以快速取得；或相信知識的習得需要循序漸進。Schommer 以 149 個大學生與 117 位專科學生對於個人知識論的看法進行因素分析後，僅得到相信 天生能力、簡單知識、快速學習與確定知識四個個人知識論的向度。她的研究也發現這 四個個人知識論向度的差異可預測學生們對於科學議題進行評論的表現差異。若學生相 信知識是確定的存在且可以快速習得，他們會做出偏向絕對論且過度簡化的結論，且對 自己的結論有過高的信心。 Schommer 為了進一步探討人對不同知識的知識論是否存在差異，將參與過先前實 驗的 86 位專科學生分為兩組，其中 41 位參與者閱讀一篇心理學相關文章（探討關於人 的攻擊行為的四個理論），45 位參與者閱讀一篇營養學相關文章（探討維他命 B-6 每日 的建議攝取量及最近研究發現維他命 B-6 可能對鎌刀型貧血、氣喘、經前症候群等患者 有幫助等議題），兩篇文章都沒有包含結論。當參與者閱讀完文章後，首先須針對個人
12 信心，以參與者對於文章的理解程度進行評分。並須告知個人曾經修過與該篇文章所屬 學門相關的課程，以確認其既有知識，接著參與者針對先前閱讀文章的論點，以手寫方 式提出個人結論。提出結論後，參與者接著進行學科知識的熟練度測驗，測驗內容由 10 題複選題組成，題目內容主要為課堂上常見的問題，完成後即結束實驗。結果發現，若 參與者修過的相關課程越多，他們會做出較多暫時性的結論。但是參與者對心理學與營 養學的看法並未存在顯著差異。
Schommer & Walker (1995)為了再次確認人對不同的知識領域的影響是否存在差 異，將 95 位大學生分為兩組，39 位大學生閱讀一篇社會科學相關文章，文章內容主要 探討語言發展的基本概念，如單字階段、樞紐字、過度類化等；56 位大學生閱讀一篇數 學相關文章，文章內容主要探討基本統計概念，如集中趨勢測量數及變異數等。當參與 者閱讀文章前，他們需填寫一份個人知識論評量問卷，問卷內容延用自 Schommer (1990) 的研究中所使用的問卷，根據被分配到的學門，參與者會被要求以數學或社會科學的觀 點回答問卷的問題，填寫完問卷後，才開始閱讀文章，閱讀完成後可休息 10 分鐘，休 息結束後，參與者需進行填空測驗以調查其既有知識，之後再進行閱讀文章的相關測 驗，測驗結束後，參與者需再填寫一次個人知識論問卷。結果並未發現參與者對社會科 學與數學的看法存在顯著差異。 Hofer (2000)為了確認人對不同學門的知識論是否存在差異，要求 326 位修讀過心理 學的大學一年級學生填寫兩份個人知識論問卷，這兩份問卷是針對心理學與科學所設 計，問卷內容包含知識的確定性／簡單性、知識的確認、知識的來源、對獲得真知的理 解等四個項目。其中知識的確定性／結構性是指參與者是否認為知識是確定且容易為人 理解；知識的確認是指參與者是否認為知識是經由個人知識與第一手經驗來判斷是否為 真；知識的來源是指參與者是否認為知識的獲得方式主要來自於權威者（如：老師、專 家）；對獲得真知的理解是指參與者是否同意該領域的專家（心理學家、科學家）最終 可以獲得真知。結果發現參與者對心理學與科學的知識論存在顯著差異，他們認為科學 比心理學知識更為確定且容易理解；心理學比科學更傾向經由個人知識與第一手經驗來 判斷是否為真；相對於心理學，科學知識主要來自於科學家的發現；科學家比心理學家
13
更能夠獲得真知。但是 Hofer 認為這可能是因為參與者在實驗前已修讀過心理學課程， 但尚未修讀科學相關課程，因此造成他們對心理學與科學的認識存在顯著差異，並非這 兩種知識本身存在差異。
Muis & Gierus (2014)為了了解不同知識的形式是否會影響人們對知識的看法，將物 理學的知識形式分為概念知識與程序知識兩種。其中概念知識為牛頓力學的基本概念問 題，程序知識則是應用牛頓定律的公式計算力學問題。共有 45 位女性與 36 位男性中學 生參與實驗，概念知識或程序知識的測驗是以隨機方式在兩個星期中完成。當參與者完 成任一項測驗時，須填寫他個人對概念或是程序知識的知識論的評量問卷，問卷內容包 含他們對該知識的架構、本質、日常生活的應用、確定性以及學習該知識的能力等五個 項目。其中知識的架構的是要了解人們認為該類知識是簡單易懂的形式還是複雜的形 式；知識的本質是指該類知識是來自於權威者還是來自個人自行建立的知識；知識的確 定性反映的是人們認為該類知識是固定不變的還是僅為暫時性的；學習知識的能力則是 指個人認為習得該類知識須具備的能力是天生的還是透過後天習得。結果發現，知識的 類型間並無差異，但不論對概念知識或程序性知識，女性比男性更傾向認為知識是人所 建構出來的。然而在研究上，性別是否影響個人知識論的發展至今一直沒有明確的定 論，例如 Tsai & Liu (2005)的研究中由 301 位高中男生與 312 位高中女生的個人知識論 問卷資料上發現，男性比女性更傾向認為科學知識是由人所建構出來的；但是 Liu & Tsai (2008)的研究以同樣的實驗材料，自 89 位男性與 130 位女性大學一年級學生個人知識論 問卷資料中，卻未發現性別有顯著差異。因此本研究中並不打算就性別的影響進行探討。
過去的研究並未明確發現人對於不同類型的知識有不同的認識論。然而這些研究是 以不同科學學門的知識來比較人對於不同類型知識形式的看法，例如心理學與營養學
（Schommer, 1990）、社會科學與數學（Schommer & Walker, 1995）、心理學與科學（Hofer,
2000）間的比較。雖然這些知識雖然分屬不同學門，但是皆屬於科學知識，本研究因此 擴大知識類別間的差異，比較人對科學與科技這兩種建構知識的知識探索行為是否有差 異。
14
識領域不同，可能使其個人知識論發展存在差異，例如 Jehng, Johnson, & Anderson (1993) 的研究中，他們根據參與者所屬的科系，將工程、企管、社會科學、藝術、人文出身的 大學生及研究生的主修領域分為硬領域（hard field）和軟領域（soft field）兩組，硬領 域包含工程及企管，軟領域則包含社會科學、藝術、人文，他們要求兩組參與者填寫 Schommer (1990)的知識論評量問卷，比較學生主修的知識領域對於個人知識論的關連， 結果發現軟領域的學生比硬領域的學生更傾向相信知識具不確定性，他們較依靠獨立推 論能力以獲得知識，並不認為知識可以快速習得。
Paulsen & Wells (1998)的研究則將工程、企管、社會科學、自然科學、藝術、人文 出身的大學生的主修領域分為純理論（pure）及應用（applied）兩類，其中純理論包含 自然科學、社會科學、人文、藝術，應用包含工程及企管，他們要求參與者填寫 Schommer (1990)的知識論評量問卷，探討學生主修的領域是否會影響其個人知識論發展。結果發 現，純理論領域的學生比應用領域的學生更傾向相信知識是具有關聯性、抽象的形式， 他們也認為知識存在不確定性，是暫時性的存在，而且知識的學習並非一蹴可及。 由以上研究可知個人的知識領域與知識論發展之間存在關聯。由於科學活動與科技 活動建構出的知識性質不同，科學知識是抽象的法則，科技知識則是具體的產品，本研 究認為接受科學或科技教育的人對於知識的認識將可能不同，科學與科技工作者因知識 領域不同，科學工作者可能比較相信知識間具有關聯性，是抽象的形式，且為暫時性的 存在，科技工作者則可能比較相信知識是確定的、片段、容易理解的形式。本研究把參 與者的主修領域背景分為科學和科技領域，來探討不同知識領域的差異對於知識探究行 為的影響。 此外，一個人對於知識的信念與理解主要是隨著時間與教育經驗逐步發展。如 Perry (1970) 曾利用十年的時間，追蹤訪問 112 位哈佛大學學生，探討他們在大學四年間對於 自己的知識看法所抱持的信念，以及這些信念在接受大學教育過程中的變化。他發現人 的個人知識論的發展可分為三個階段，在大學一年級時期，學生對於知識的信念屬於二 元論（dualistic），這時的學生認為知識不是對的就是錯的，只相信一些簡單的知識，並 相信專家或權威者傳授的知識內容。在大學一年級至三年級的求學過程中，學生對於知
15 識的信念逐漸由二元論轉變為多元論（multiplistic），學生在此時開始發覺知識並非是絕 對的對錯，任何論點可由不同的角度解釋，且認為任何人都能有自己的想法，並能開始 質疑專家或權威者傳授的知識，而在大學三年級至四年級的求學階段，學生對於知識的 信念則逐傳由多元論轉變為相對論（relativism），此時學生已明白事情的是非對錯是基 於某個特定的背景條件下所成立，也明白所有的知識皆需透過一套合理的法則進行驗 證，以確認其真偽。除了 Perry (1970)的研究外，Schommer (1990)與 Hofer (2000)也發現 若參與者修讀的課程越多，他們越會傾向提出暫時性的看法。因此除了主修領域背景 外，本研究也會以參與者所接受的專業訓練長短來探討他們在知識探究行為上的差異。 2.3 科學與科技活動在知識探究上的差異 科學活動與科技活動皆為知識建構的活動，但由於所要建構的知識性質不同，因此 二者的知識探究歷程存在本質上的差異。科學活動著重於由經歷的具體現象去反推現象 背後的抽象法則，其目的在於建立形成現象背後的因果關係或相關法則，而科技活動則 著重於在當前環境下，如何運用已知的知識來解決日常生活當中的問題。此二種知識探 究活動中所面對的問題之結構性及複雜性不同，問題解決方式也存在不同。 2.3.1 科學與科技問題結構性的差異 科學與科技知識探究活動中所面對的問題結構存在差異。Jonassen(2007)將問題的構 成要素分為初始參數、目標及限制條件，而問題結構性指描述問題的構成要素之間的關 係是否得到明確定義。當問題出現時，構成問題的要素之間的關係是否可以被明確描 述，往往是無法完全確定的，此類問題稱為結構性不清楚（ill-structured）的問題。此類 問題包含一個或一個以上未知或定義不明確的參數，因此在解決此類問題時需設法釐清 這些不明確的參數，人們在發現及確認這些變項的過程中，需要對外部環境進行大量的 觀察以蒐集相關資訊，以確立這些變項與已知系統變項之間的關係為何，相對的，結構 性完整（well-structured）的問題具有明確的參數定義，因此在問題求解的難度上低結構 性的問題會較結構性完整的問題為難。
16
科學問題多屬於低結構性問題（Klahr & Simon, 1999; Klahr & Simon, 2001），因為 科學活動的目的在於找出存在於一個或多個現象背後的共同法則，而這些現象皆與外部 環境存在密切互動，且具有一個或多個不明因素，為了釐清這些不明因素，必須與外部 環境互動（如觀察、問卷、訪談等）以找出所有可能的變項，進而提出假設並設計實驗 進行驗證，以逐步釐清這些不明因素的原因。科技的問題大多屬於高結構性問題，此類 問題大多具有明確的問題參數及目標（Schauble, Klopfer, & Raghavan, 1991），且多因某 個個案而發生，例如 IC 設計廠的每一筆訂單，代表著不同客戶的要求，而每一張 IC 設 計訂單都具有明確的目標及相關參數與限制條件，IC 設計者的工作目的在於如何應用已 有的知識解決客戶要求的特定規格，例如，IC 設計者可參考先進廠商設計的晶片電路， 並在不侵犯智慧財產權的前提下設計出具有相同功能的晶片，此即為一個典型的科技問 題的例子，該問題的目標是設計出具有某種特定功能的晶片，限制條件為避免智慧財產 權爭議，而相關參數則為先進廠商設計的晶片電路中的各個元件。結構性完整的問題雖 然具體且處理簡單，然而呈現形式卻較為抽象，例如 IC 晶片中的運算處理模式，雖然 具有完整的基本定義和使用限制，但這些數學模型中定義的參數是抽象的形式，在實際 應用上必須換成由實體情境中萃取出會影響系統運作相關的變項，因此若沒有配合實際 的處理個案進行呈現，人們便難以理解這些數學模型與其中的參數的意義。 2.3.2 科學與科技問題複雜性的差異 問題的複雜性是指為了解決問題，人需要與外部環境的互動情形（Jonassen, 2007）。 Jonassen (2007)認為複雜度的高低可由互動的困難性、重要性及迫切性等三個要素來區 分，困難性是指問題解決所需的相關背景知識的多寡，此要素與解題者本身的既有知識 有關，若解題者擁有問題解決關鍵的相關知識，自然會覺得問題本身並不困難，相反的， 若沒有問題解決關鍵的相關知識，則需要先行投入心力去設法獲取相關知識，因而會覺 得問題難以解決。重要性則是指解決或不解決此問題對當解題者所產生的後果。若問題 無法解決（如生病）對當事人有舉足輕重的後果（如死亡或傷殘），則問題是重要的。 若問題解決能為解題者帶來良好的後果（如得獎、晉升等），則此問題也會變得較為重
17 要。而迫切性則與時間有關，問題解決的所需時間，若在一定的時間內問題無法解決會 對解題者產生重大的後果，則此問題的迫切性將使解題者面臨極大的壓力，因此迫切性 可說是問題的困難度與重要性二者所衍伸出來的另一複雜度的面向。 科學問題和科技問題各有其重要性與迫切性。一般而言，科技的研究為應用科學研 究所發現的新知與處理科學發現的新現象，是以科學問題的困難性較科技問題為高。由 於科學問題在於找出存在於一個或多個現象背後的共同法則，而這些現象背後包含了複 數以上的知識，例如閃電的成因即涵蓋了氣象學及電學的知識，科學家須具有多種不同 領域的知識，方能對問題的現象進行觀察、提出假設、設計實驗及解釋結果。此外，從 Schauble, Klopfer, & Raghavan (1991)的文獻可知，為了得到普遍且合理的法則，科學家 必須逐一測試所有可能的變項組合，在過程中逐一釐清與假設不一致的異例背後的原 因，因此處理上需要較長的時間。而科技問題主要為當前問題的解決，而這些問題大多 為某種知識的應用，例如如何在不侵犯智慧財產權的前提下設計出與先進廠商開發的晶 片具有相同功能的晶片，其相關知識即包含電學的知識。此外科技問題著重於當前問題 的解決，只要找到符合目標的可行解即算是一種解答，因此困難性較科學問題低，解決 問題所需時間也可能比解決科學問題所需時間為短。但科技問題涉及到當前困境的解決 （例如溫室效應的降低），通常會被主觀的認為有較高的迫切性，其後果與效益也較容 易被肯定。 2.3.3 科學與科技活動的問題解決方式差異
科學與科技的問題解決過程皆可視為一種解答的搜索歷程（Newell & Simon,
1972），然而因目的不同，搜索的歷程不同，結果也可能不同。就目的而言，科學活動 的目的是找出存在於某個現象背後的法則，例如為什麼肉放久了會發出臭味。當面對一 個不明的現象時，科學家需對現象進行充分的觀察，如比較不同種類的臭肉所發出的臭 味強度，搜集足夠的證據，再根據個人經驗及既有知識推論資料背後是否存在共同特 性，提出初始假設。例如，因為不同種類的臭肉發出的味道強度不同，由此推論，這些 肉發出的氣體的組成成份可能是不同的。由於假設本身是科學家基於個人既有知識及經
18 驗做出的主觀推論，因此必須對此假設進行測試，以確認此假設是否可被客觀的證據所 支持。實驗的方式是預測當假設為真時，可能出現的實驗觀察值，並在嚴謹的控制條件 下進行實驗以獲取觀察值。科學家除了確認實驗所得觀察值是否與預期一致外，也需就 實驗結果提出解釋，若實驗發現與假設不一致，則需整合新舊資料，進行修正或建立新 的假設，之後再針對新的假設提出預期結果並進行實驗以驗證其是否正確。為了得到普 遍且合理的解釋，科學家在實驗的過程中會盡可能找出所有可能的變項組合並進行測 試，逐一排除無關聯的變項，並對在搜尋解答的過程中發現與當前假設不一致的各種異 例提出解釋及驗證，以確保最終結論能充分解釋現象的發生原因。當科學家判定研究中 所有可能的變項組合皆完成確認後，方停止解答的搜尋，並歸納所有的實驗結果提出結 論（Schauble, Klopfer, & Raghavan, 1991; Zimmermen, 2000）。由此可知，科學活動的問 題處理歷程著重於確認變項之間的關聯性，透過排除無關變項的方式，以逐步獲得對於 當前各種已知現象的合理解釋，進而找出存在於這些現象背後的共同法則（Schauble, Klopfer, & Raghavan, 1991）。
科技活動的目的則是利用現有知識解決當前存在的問題，例如如何利用太陽能產生 電力。當工程師面對問題時，需先確認問題中的功能需求，如發電量的大小，再找出影 響此功能需求影響較大的變項，如地理位置、光源，之後從這些變項的組合中搜尋可行 解，並進行測試，若找到最符合需求的變項組合時，即可停止搜尋（Schauble, Klopfer, &
Raghavan, 1991; Zimmermen, 2000）。以在不侵犯智慧財產權的前提下設計出與先進廠商 開發的晶片具有相同功能晶片為例，設計者會先從先進廠商開發的晶片的電路圖中導出 運算模式，其後從現有相關技術文獻中找尋是否有更好的替代解，即可在不侵犯智慧財 產權的情形下開發出具有相同功能或是效能更好的晶片。若是該運算模式在當時已是最 佳解，在設計晶片時則會考慮如何做出區別，以避免智慧財產權爭議，例如簡化運算模 式、增加新的功能等。由此推論，科技著重於功能，在問題解決時僅著重於當前較可以 滿足功能需求的變項，只要變項組合符合預期效果時（設計出來的晶片的功能與先進廠 商開發的晶片相同且不受智慧財產權影響），便視為問題已經獲得解決，即可停止搜尋 可行解，因此不須做詳盡的搜尋。
19
科學問題與科技問題在問題解決過程中皆重視團隊合作，但合作方式卻有所不同。 解決科學問題的過程中，為了得到可以充分解釋各種現象的結論，科學家在問題解決的 過程中必須重視與假設不一致的異例（Dunbar, 1997; Dunbar, 2000; Zimmermen, 2000）。 異例的存在表示當前的假設對於現象的解釋仍不夠完整，所以科學家在合作過程中相當 重視對於實驗取得觀察值與理論說明間的落差的批判，此外由於解決科學問題需要多種 不同的知識，因此需要不同知識領域的學者之間的合作，從討論過程中透過不同知識的 觀點以確認異例的存在，並提出各種可能解釋，以強化假設資料結論的正確性（Dunbar, 1997; Dunbar, 2000）。相對的，由於科技問題屬於當前的問題，大多是某種已知知識的 應用，而且在問題解決的過程中只要可行解符合需求便可視為已解決問題，就困難性而 言較科學問題低。若工程師擁有該問題的相關知識，即可自行搜尋可行解，因此在合作 過程中著重於分工。當面對需要多種知識的科技問題時，工程師們會將問題依照所需的 知識逐一切割以進行簡化，再將切割後的問題交由具有該知識專長的人解決，在所有個 別的問題都獲得解決後，最後再將之整合成完整的可行解（Bhandari, Erickson, Steichen,
& Jacoby, 2007）。以企業資訊系統的建置為例，當系統分析師確認各部門需求後，系統 建構團隊會根據成員的專長指定負責的部門系統，例如生產管理專長的人負責生產管理 系統的建構，財務專長的人負責財務管理系統的建構，當所有部門的系統完成後，再將 這些系統進行整合，以完成資訊系統的建構，接著針對整合後的系統進行測試以確認是 否有任何需要修正的問題，當測試完成後即可正式啟用，系統啟用後需定期維護，以確 保系統的穩定。 2.3.4 小結 綜合以上討論，本研究認為對異例的偵測及對另有主張的重視是科學與科技知識探 究技能主要的差異所在。所謂異例是指與預期不一致的案例，科學家必須重視異例的發 現，因為異例的存在可以證僞當前的假設之外，也顯示科學家個人的相關既有知識可能 存在不完整或錯誤之處。因此為了得到合理且完整的解釋，科學家就所有可能的變項組 合進行測試，逐一排除無關聯的變項的同時，必須盡可能找出與當前假設不一致的各種
20 異例，並針對這些異例提出解釋及驗證，以確保最終結論能充分解釋現象的發生原因。 但是科技活動屬於目標導向，著重於可以滿足目標需求的變項，只要變項組合符合預 期，便視問題已經得到解決。由於在可行解的搜尋過程中只著重於與目標有關的變項， 因此搜尋到的變項組合與科學活動相比便較為有限，而且在驗證上也僅確認變項組合能 否產生預期的功能，也就是相關性的確認及證真的測試，並不需確認變項與產生的功能 之間是否存在因果關係，因此偵測到異例的機會也較科學活動低。 此外，從科學活動與科技活動的問題解決過程可知，科學活動為了確保最終提出的 法則可以合理說明現象發生的原因，因此科學家必須盡可能找出所有可能的變項組合逐 一測試，因此相當注意另有主張的存在，但是科技活動考慮的是變項組合是否能滿足問 題需求，因此工程師僅針對與問題需求相關的變項組合進行測試，不需要像科學家一 樣，必須找出所有的變項組合（亦即，著重於是否存在另有主張）。因此本研究預期參 與者對於科學與科技研究進行知識探究活動時，他們對於科學議題提出的另有主張數將 明顯高於科技議題，而且在評論科學議題時偵測到異例的次數也將明顯高於科技議題。 2.3.5 科學與科技知識探究活動的相關研究 由先前敘述可知，科學活動與科技活動在知識的探索過程中存在差異。科學活動的 目的在於找出可以充分解釋日常生活中出現的現象背後的法則，著重於相關變項之間因 果關係的建立。當科學家欲釐清一個未知現象的背後形成原因時，首先需對現象進行充 分的觀察並搜集當前可以獲得的相關資料，接著根據個人經驗及既有知識推論這些資料 背後是否存在共同特性，提出初始假設，並透過實驗方式以確認此假設是否為真。確認 方式為當實驗進行前，先預測當假設為真時可能出現的實驗觀察值，並在嚴謹的控制條 件下進行實驗以取得觀察值，之後比較實驗觀察值與實驗前所做的預期結果是否一致， 以驗證假設是否為真。除了確認實驗所得觀察值是否與預期一致外，也必需針對實驗結 果提出解釋，若實驗結果與假設不一致，則需整合新舊資料，進行修正或建立新的假設， 之後再針對新的假設提出預期結果並再次進行實驗以驗證其是否為真。此外為了得到普 遍且合理的解釋，科學家在實驗的過程中會盡可能找出所有可能的變項組合並進行實驗
