建構國小科學本質學習要項與教學研究

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(1)國立臺灣師範大學科學教育研究所博士班博士論文. 指導教授：劉湘瑤博士. 建構國小科學本質學習要項與教學研究 Constructing Essential Content Items of Nature of Science for Elementary Science Curriculum and Students’ Learning. 研究生：謝州恩. 中華民國 106 年 7 月.

(2) 誌謝. 之所以能完成這篇論文，最主要感謝的是指導教授劉湘瑤老師，否則這論文是無法完成的。感謝老師細心、耐心的協助，對老師只能用救人於水火的菩薩來形容了吧！感謝論文口試委員許良榮教授、洪振方教授、林樹聲教授、林淑梤教授，提供了相當多寶貴的意見，讓本文能有更周延的觀點與更廣闊的視野，使我獲益良多。感謝所裡老師的指教，包含吳心楷老師帶領我認識論證、後設認知與論文寫作的方法；論文計畫口試委員林陳涌老師與張文華老師提醒我注意文獻的細節。也謝謝所有曾經參與大慧法諮詢的教授、老師們。感謝我的同學許綺婷博士協助分析，讓研究的可信度提升。還要感謝新北市永平國小許多老師的協助，尤其杜老師的參與教學，使準實驗研究能有合適的結果。也謝謝劉老師的助理們，使口試過程順利！家人也是此論文產生的重要支柱。父、母親大人的諄諄教誨與切切叮嚀，使我不敢忘記這論文對我與家人的意義。太太與岳父母家人的體諒與協助使我能繼續專注於論文。親友與同事的問候，提醒與鞭策著我，讓我不敢鬆懈於課業。他們都是我的良師，也都是我應該感謝的人。謝謝一切曾協助過我的人！攻取學位是當年我自己選擇的淬鍊過程，歷經多年，難免風浪、疲乏甚至迷航。自己求學如駛小舟，健康、家庭、事業等各方面有如風浪，這之間的激盪，是我今生重要的回憶與未來資糧。在這過程裡，曾經風平浪靜，卻充滿絕望；曾經幾乎覆滅，卻勇往直前。感謝這一切因緣，讓我學得更多，想得更多，讓我被動變主動，帶給我信心。這論文的完成，也同時象徵著博士班生涯告一段落。未來不論在哪一領域，還望能有機緣發揮所學，以不辜負這十一年所學。取之於社會，用之於社會，將所學回饋給社會，就是最好的感謝！州恩敬筆. 1.

(3) 摘要有鑑於目前在我國12年國教課程綱要正在進行編修的時期，本研究參考實證哲學、科學史、科學心理、科學社會學領域的文獻及若干國家科學本質課程要項，先歸納出重要的科學本質項目23項，依其科哲觀點區分成實證、調和與後實證觀點。再請國內專家學者與學專門教師，進行大慧法（Delphi technique）問卷調查，以尋求適合國小學生學習的科學本質要項的共識。從分析Kendall和諧係數可知，科學本質在國小課程的重要性與科學本質的哲學觀點，各群內兩回問卷皆達顯著的一致性，且專家學者與專門教師在兩回合大慧法問卷，也達成顯著的一致性。大慧法歸納出的科學本質學習項目共十項，如：科學家需要創造力與想像力、科學由科學社群建構而成、科學目的之一在解決問題，以及科學知識帶給人們啟示等，適合納入國小自然科學課程與教學。本研究另一個目的在尋找能達成目的的教學，使學生能達成前述科學本質要項的學習。以作者任教學校的六年級班級分成：一般教學、論證教學、論證省思教學三種策略進行準實驗研究，來瞭解學生經六個活動後，是否達成專家學者的科學本質認識。透過質性（五題）與量化前、後測（30題）、教室錄影音、訪談（七題）與學生學習單等資料來源分析，發現一般教學班與高成就學生科學本質觀點未改變，而論證教學與論證省思教學班的學生科學本質有部分項目觀點改變，論證省思班與高成就學生的科學本質觀點經教學後較能接近前述的科學本質要項的學習目標。論證與論證省思班的中、低學習成就學生在若干科學本質觀點上也有轉變。論證與論證省思班學生的論證皆有進步，其中論證省思班以主張和理由進步較多。論證省思班的學習活動設計較強調後設認知策略，使學生對科學本質認識的轉變較明顯。研究結果建議，論證省思教學模式可提升國小學生建立科學本質的認識。. 關鍵詞：大慧法、後設認知、科學本質、課程綱要、論證. 2.

(4) Constructing Essential Content Items of Nature of Science for Elementary Science Curriculum and Students’ Learning Abstract This study reviewed the literature regarding positivist philosophy of science, psychology of science, history of science, sociology of science, articles published by Lederman and colleagues, and curricular benchmarks of some countries, and then generated 23 items of aspects of nature of science (NOS). Three categories representing different philosophical perspectives were determined including positivism, eclecticism, and post-positivism. The 23 NOS content items were inspected by professional elementary science teachers and scholars, who possessed a masters in science, science education, and science philosophy by using the Delphi technique. There were no difference on the ranking of the importance of the NOS items according to the results of Kendall’s coefficient of concordances and also no significant differences between scholars’ and teachers’ views on the categories of philosophical perspectives. This study proposed 10 essential NOS aspects, such as “science inspires people,” “the purpose of science is to solve problems,” “scientific knowledge aims to be enduring but sometimes is subject to change,” “science is constructed by the scientific community,” “scientists use creativity and imagination,” etc. The second goal of this study is to find an effective teaching strategy to make students change their NOS viewpoints close to the result of the Delphi study. For realizing the processes and effectiveness of students’ NOS views, a quasiexperimental study was conducted with students of five classes randomly assigned to general teaching, argumentation teaching, and reflective-argumentation teaching. By 3.

(5) analyzing pre- and post- tests, classroom videos and observation records, student interviews, and worksheets, the researcher found that the students in general teaching had not change their NOS views. Students in argumentation teaching and reflectiveargumentation teaching had some NOS views changed, especially boys and mid and low learning achievement students. Results suggest that the reflective-argumentation teaching could make students’ NOS views approaching to the Delphi results. Students in argumentation teaching and reflective-argumentation teaching made progress on their arguments, while the reflective-argumentation teaching could help students construct claims and reasoning better than argumentation teaching. The more range the students regulate by their meta-cognition, the more change the NOS views showed. It is suggested that the reflective argumentation teaching is a suitable strategy to help elementary students realize the contemporary NOS.. Key words: Delphi Technique, Meta-cognition, Nature of Science, Curricular Benchmark, Argumentation. 4.

(6) 目次第壹章緒論…………………………………………………….. 1 第一節研究背景……………………………………………... 1. 第二節研究目的與問題……………………………………... 11. 第三節名詞釋義……………………………………………... 14. …………………………………... 17. 第四節研究範圍與限制. 第貳章文獻探討……………………………………………….. 20 第一節何謂科學本質………………………………………….20 第二節科學內、外部史……………………………………… 24 第三節科學教育與科學本質………………………………… 44 第四節科學本質課程與教學策略…………………………… 63. 第叁章研究方法…………………………………………….......77 第一節大慧法建立國小科學本質標準………………………..77 第二節科學本質問卷的建構…………………………………..87 第三節小學生科學本質認識轉變分析………………………..93. 第肆章研究結果………………………………………………135 第一節大慧法諮詢結果………………………………………..135 第二節學生的科學本質觀點…………………………………..144 第三節學生科學本質觀點轉變的教學策略…………………..171. 5.

(7) 第伍章討論……………………………………………………189 第一節大慧法結果與討論…………………………………….189 第二節一般、論證與論證省思教學結果與討論……………197. 第陸章結論與建議……………………………………………205 第一節結論…………………………………………………….205 第二節建議…………………………………………………….207 第三節未來研究方向………………………………………….209. 參考文獻…………………………………………………………210 附錄………………………………………………………………221 附錄 A 九年一貫課程標準裡的科學本質綱要…………………221 附錄 B 以大慧法建立國小 NOS 第一次寄送內容……………..222 附錄 C 以大慧法建立國小 NOS 專家學者第二次寄送內容…..231 附錄 D 以大慧法建立國小 NOS 專門教師第二次寄送內容…..257 附錄 E NOS 量化前、後測試題與專家效度檢核表-溫老師…...282 附錄 F NOS 質性前、後測試題…………………………………295 附錄 G 預試與前、後測量化問卷………………………………297 附錄 H 論證省思教學活動課程與後設認知檢核………….…...303 附錄 I 學生學習單範例內容……………………………………..315 附錄 J 訪談學生問題……………………………………………..329 附錄 K 教學活動照片…………………………………………….330. 6.

(8) 表次表 2-1 科哲學者的 NOS 觀點整理表……………………………………….42 表 2-2 科學內外部史學派與調和學者舉例比較表………………………...48 表 2-3 從 McComas 與 Olson (1998)文獻整理各國 NOS 標準表…………51 表 2-4 McComas 與 Olson (1998)、Lederman (2007)的 NOS……………...57 表 2-5 文獻歸納的 NOS 觀點……………………………………………….59 表 2-6 Lederman 團隊的研究工具與其研究對象…………………………...66 表 2-7 後設認知分類表……………………………………………………...74 表 3-1 專家學者與專門教師背景與專長…………………………………...81 表3-2 NOS各項觀點………………………………………………………….83 表 3-3 預試 Cronbach α 信度分析結果……………………………………..92 表 3-4 研究對象人數與班級風氣…………………………………………...95 表 3-5 各班訪談學生特色整理表…………………………………………...96 表 3-6 活動一與論證、NOS 的關係………………………………………..99 表 3-7 活動二與論證、NOS 的關係………………………………………..100 表 3-8 活動三與論證、NOS 的關係………………………………………..101 表 3-9 活動四與論證、NOS 的關係………………………………………..102 表 3-10 活動五與論證、NOS 的關係………………………………………103 表 3-11 活動六與論證、NOS 的關係………………………………………104 表 3-12 NOS 量化前、後測試題細目表…………………………………….105 表 3-13 質性前、後測試題與 NOS 關係…………………………………...106 表 3-14 前中後訪談題目關係與 NOS 關係………………………………...106 表 3-15 各資料蒐集形式與範圍表………………………………………….108 表 3-16 資料分類編碼表…………………………………………………….112 表 3-17 學生學習編碼表…………………………………………………….113 表 3-18 編碼記錄表………………………………………………………….114 7.

(9) 表 3-19 學生後設認知的第一層編碼說明與舉例表………………………..115 表 3-20 科學目的之一在解釋與預測現象編碼表…………………………..117 表 3-21 科學目的之一在解決問題編碼表…………………………………..118 表 3-22 有些科學知識具有持久性、有些曾被修正編碼表………………..119 表 3-23 科學的觀察和推理關係密切編碼表………………………………..120 表 3-24 觀察和實驗是重要的科學方法編碼表……………………………..121 表 3-25 科學方法與工具有傳統也可創新編碼表…………………………..122 表 3-26 科學知識帶給人們啟示編碼表……………………………………..123 表 3-27 科學家需要創造力、想像力編碼表………………………………..124 表 3-28 社會會影響科學發展的方向與速率編碼表………………………..125 表 3-29 科學由科學社群建構而成編碼表…………………………………..126 表 3-30 提出主張編碼表……………………………………………………..127 表 3-31 理由編碼表…………………………………………………………..128 表 3-32 使用證據編碼表……………………………………………………..129 表 3-33 預測編碼表…………………………………………………………..130 表 3-34 計畫編碼表…………………………………………………………..131 表 3-35 監控編碼表…………………………………………………………..132 表 3-36 調整編碼表…………………………………………………………..133 表 3-37 評估編碼表…………………………………………………………..134 表 3-38 與另一位科教博士編碼比較結果…………………………………..134 表4-1 專家學者與專門教師兩回NOS觀點排序表………………………….136 表 4-2 NOS 觀點專家學者與專門教師兩回合之 Kendall 和諧係數…….….136 表4-3 學者與教師在各項NOS觀點的平均值與標準差……………………..137 表 4-4 專家學者與專門教師兩回 NOS 重要性排序表……………………...139 表 4-5 NOS 重要性專家學者與專門教師兩回合之 Kendall 和諧係數……..139 表4-6 學者與教師評定NOS重要的平均值與標準差………………………..141 8.

(10) 表4-7 學者與教師第二回問卷23項NOS的重要性平均、標準差與142 四分位數Q3…………………………………………………………..142 表4-8 大慧法諮詢結果－適合國小NOS的項目與教學年段………………143 表 4-9 不同策略班內前後測 NOS 觀差異成對樣本 t 考驗結果表………..145 表 4-10 不同教學策略下單因子 ANCOVA 結果表………………………...146 表 4-11 質性前、後測學生 NOS 觀百分比………………..………………..147 表 4-12 三種策略班與大慧法專家學者 NOS 觀點的異同表………………153 表 4-13 一般教學策略下不同性別的學生 NOS 觀成對樣本 t 考驗…….…155 表 4-14 論證教學策略下不同性別的學生 NOS 觀成對樣本 t 考驗…….…156 表4-15 論證省思教學策略下不同性別的學生NOS觀成對樣本t考驗……..159 表 4-16 不同教學策略下不同性別的學生 NOS 觀雙因子 ANCOVA164 結果表………………………………………………………………..160 表 4-17 一般教學策略下不同學習成就的學生 NOS 觀成對樣本 t 考驗結果表………………………………………………………………..161 表 4-18 論證教學策略下不同學習成就的學生 NOS 觀成對樣本 t 考驗結果表………………………………………………………………..163 表 4-19 論證省思教學策略下不同學習成就的學生 NOS 觀成對樣本 t 考驗結果表…………………………………………………………166 表 4-20 不同教學策略下不同學習成就學生 NOS 觀雙因子 ANCOVA 結果表………………………………………………………………..168 表 4-21 三種策略班 NOS 平均接近大慧法諮詢科哲觀點表………………169 表 4-22 論證與論證省思班內 t 考驗差異與因素對照表…………………...170 表 4-23 學生學習單論證編碼結果百分比表………………………………..172 表 4-24 論證班與論證省思班活動合作與否次數表………………………..176 表 4-25 論證省思班第三組後設認知策略次數比例表……………………..177 表 4-26 論證省思班第三組學習單監控與調整 NOS 人次比例……………181 9.

(11) 表 4-27 六個活動學習單 NOS1-1 項編碼調整與否案例……………………182 表 4-28 論證省思班第三組學習單調整實證五項 NOS 細目比例………….183 表 4-29 論證省思班第三組學習單調整調和、後實證五項 NOS 細目比例.184 表 4-30 第三組學生較高比例調整 NOS 觀與科哲觀比對表……………….188 表 4-31 第三組學生中等比例調整 NOS 觀與科哲觀比對表……………….188 表 5-1 許良榮與蕭培玉（2007）國小的 NOS 各項與本研究結果比對…...190 表 5-2 Osborne 等(2003)國小的 NOS 項目、許良榮與蕭培玉（2007）與本研究結果…………………………………………………………..192 表 5-3 教育部（2008）九年一貫課程綱要中高學習階段 NOS 能力指標、許良榮與蕭培玉（2007）與本研究結果比對………………………..193 表 5-4 美國 NRC (2013)新科學課程 NOS 項目與本研究結果之比對……...195. 10.

(12) 圖次圖 2-1 Toulmin 的論證…………………………………………………………70 圖 2-2 教學活動的論證結構………………………………………………….71 圖 3-1 兩回合大慧法調查流程圖…………………………………………….81 圖 3-2 問卷填寫形式與範例………………………………………………….81 圖 3-3 專家學者第二回問卷型式圖………………………………………….84 圖 3-4 發展問卷步驟圖……………………………………………………….88 圖 3-5 專家學者對量化試題意見圖-以溫老師為例…………………………90 圖 3-6 經修正後的量化試題………………………………………………….91 圖 3-7 小六 NOS 認識轉變之教學研究流程………………………………...94 圖 3-8 教室環境與學生位置平面圖………………………………………….96 圖 3-9 蒐集資料流程圖……………………………………………………….109 圖 3-10 資料來源與歸納架構圖……………………………………………...110 圖 4-1 NOS1-1 項次三種策略班質性前後測圖………………………………148 圖 4-2 NOS1-2 項次三種策略班質性前後測圖………………………………149 圖 4-3 NOS1-9 項次三種策略班質性前後測圖………………………………149 圖 4-4 NOS1-10 項次三種策略班質性前後測圖……………………………..150 圖 4-5 NOS2-4 項次三種策略班質性前後測圖………………………………150 圖 4-6 NOS1-5 項次三種策略班質性前後測圖………………………………151 圖 4-7 NOS2-2 項次三種策略班質性前後測圖………………………………151 圖 4-8 NOS3-1 項次三種策略班質性前後測圖………………………………152 圖 4-9 NOS4-2 項次三種策略班質性前後測圖………………………………152 圖 4-10 NOS4-4 項次三種策略班質性前後測圖……………………………..153 圖 4-11 學生學習單 NOS 編碼示意圖……………………………………….181. 11.

(13) 第壹章緒論本章從研究背景談起，從各個相關層面與角度論述本研究的意義與重要性，然後提出本研究的目的與問題。此外，研究裡提到的幾個重要名詞，如：論證、後設認知等，為了釐清與其他研究的異同，於本章先進行解釋。最後就本研究將採取的研究方法，對研究的範圍與限制加以說明。. 第一節研究背景. 二十世紀初，美國教育開始將科學納入教學科目，科學本質（Nature of Science [NOS]）一詞在 1907 年就已經出現在科學教育的文件中，至今有百年以上 (Lederman, 2007)。1952 年哈佛大學 Holton 教授編寫了一本具有科哲與科學史內涵的教科書，以教導文科學生瞭解 NOS。Rubba、Horner 與 Smith (1981)提到從 1950 年代起，NOS 教學一直是科教的重要目標。英國 1989 年開始對中學課程中要求學生和教師瞭解 NOS。1989 年美國科學促進會提出 2061 計畫中，出現 NOS 的教育。我國自然科學課程直至九年一貫課程綱要受到美國科學─技學─社會（Science-Technology-Society [STS]）理念，以及科學教育學者提倡 NOS 學習重要性的影響，於是將 NOS 納入國民中小學的課程綱要中（劉俊庚、邱美虹，2012）。美國國家研究院 (National Research Council [NRC], 1996) 提到，NOS 是科學素養的重要成分，從國際科學測驗（Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS）將 NOS 融入試題可知 (Martin et al., 2000)，國際間科學教育對 NOS 的重要性已經有相當的共識（謝州恩、劉湘瑤，2016）。NOS 除了有其重要性之外，從以下幾方面說明，以問題凸顯本研究的意義與重要性。. 1.

(14) 一、科學本質觀點的問題從諸多文獻可知，科教學界對 NOS 內涵和哲學觀點各有不同，對於學生在各個階段應學習的 NOS 內涵，也缺乏一致的看法 (Alters, 1997; Billeh & Hasan, 1975; Osborne, Collins, Ratcliffe, Miller, & Duschl, 2003; Pomeroy, 1993)。. （一）傳統與現代科學本質觀的對立 Abell 與 Smith (1994)認為美國學生大多有不當的 NOS 認識觀，其研究發現職前國小教師持有（素樸）實在論與實證論的觀點，缺乏創造性與社會觀；以為科學是獨一的，追求單一解答的；缺乏瞭解科學知識形成過程與科學知識主張的本質。Abell 與 Smith 將持有實證觀的教師與學生視為具有迷思概念的。然而，傳統的 NOS 觀都是錯的嗎？Abell 與 Smith 在文中也未說明為何持有實證論的老師或學生是如何與持有迷思概念劃上等號。 Palmquist 與 Finley (1997)從科學哲學（以下簡稱科哲）的角度，區分傳統與當代的 NOS 觀點（包含：理論、科學家做什麼、科學知識、科學方法、定律、一般觀點）加以比較，並透過師資培育課程，使得職前教師逐漸認識當代的 NOS，經課程介入後，多數職前教師已經轉向認同當代 NOS 觀點。從 Palmquist 與 Finley 的研究似乎也意味著傳統的 NOS 觀是過時與錯誤的。回顧歷史，在一、兩百年之前，強調實證科學的年代，當時科學蓬勃發展，對人類物質文明產生貢獻，科學界與科學教學界多是實在論和實證論的觀點，當時也多肯定科學的貢獻（謝州恩、劉湘瑤，2016）。如：19 世紀末， Thomas Huxley 提倡學校納入科學教育，當時所呈現的 NOS 意象即為實證主義和工具主義 (Ronan, 1983)。Abell 與 Smith (1994)等於直接否定了過去科學家與科哲學者持有的觀點。但是，這樣實證的科哲觀點一定是錯的嗎？如果是像前述 Palmquist 與 Finley (1997)以及 Abell 與 Smith (1994)的研究主張，則過去曾經對人類有所貢獻的科學家與科哲學者所持有的實證觀點將被否. 2.

(15) 定。謝州恩與劉湘瑤（2016）認為，在評量 NOS 概念時，不應從當前的後實證觀點來否定過去實證的 NOS 觀，因當時有其時空背景，且當時科學也是蓬勃發展的，科哲觀點並沒有絕對的對錯。而是應著重在討論 NOS 項目內涵適不適合我們現代中小學科學教育或某教育階段（如：國民小學中、高年級），作為學生學習的題材。. （二）當代科學知識份子 NOS 觀點的差異 Alters (1997)就曾經將 80-90 年代各文獻（包含美國 AAAS 2061 的 NOS 觀點、 Lederman、Giddings、Cleminson、Ryan 與 Aikenhead 等）重要的 39 項 NOS 觀點陳列出來，並透過調查，請專家學者回覆這 39 項 NOS 的合理性，發現彼此間有相當大的差異，無法找到真正的 NOS 一致性，如：科學知識的「暫時性」與「延續性」在該 39 項中，就是彼此對立的。進一步探討，在中小學教師、教師和學者、學者間也可以發現對 NOS 抱持著不同的看法，如下： 1. 中小學教師間的差異 Billeh 與 Hasan (1975)將 186 個中學科學教師分四群：物理、化學、生物和物質科學，用 New Multiple Range Test 發現物質科學與化學群的教師 NOS 得分明顯比生物和物理群高，顯示教師的科學專長不同，持有的 NOS 也有差異。 2. 教師與學者的差異 Pomeroy (1993)以自行發展的問卷，研究傳統與建構科學觀的持有情形，發現：科學家比中小學老師持有更多傳統實證觀；中學老師比小學老師持有更多實證觀。Osborne、Collins、Ratcliffe、Miller 與 Duschl (2003)區分科普學者、科學家、科教中小學教師與科哲學家，發現他們對 NOS 的瞭解有差異。即越是專精於科學的知識份子，傾向於重視 NOS 的實證觀點。 3. 學者間的差異 Matthews (2012)就提到 Lederman 團隊提到的七項 NOS，只是 NOS 的特 3.

(16) 色，也未盡囊括 NOS 所有特色，並非真正的 NOS。此外，Matthews 也批判 Lederman 七項 NOS 觀只是歸納他人學術的觀點，無法代表科學知識是如何產生，以及科學是如何產生使人信賴的知識。故又針對 Lederman 的科學知識暫時性的 NOS 觀點，特別加以批判。評論此書的 van Dijk (2013)也認為科學應該不能被視為主觀的，應仍是客觀的，以此來批判提議科學是主觀的 NOS 觀點。可見得 NOS 觀點，從數十年前到現在，一直相當具有爭議。而這也將影響本研究所關切的，是否有適合小學生來認識的 NOS 觀點？. 二、國際間對科學本質的探討與國內科學本質觀的差異歐美先進諸國頒佈的科學課程標準中的 NOS，是集各國科學教育學者與專家所制訂的觀點，也應有值得借鏡之處。在學術界，Lederman 與其追隨者的研究常見於科學教育的重要期刊（如：Journal of Research in Science Teaching、 Science Education、International Journal of Science Education 等）中，他們推展的七項 NOS 觀點，雖大多是從 1970-80 年代 NOS 觀點歸納而來 (Lederman, 1992)，但對國際間研究 NOS 教學、評量造成相當大的影響。我國科學教育課程自民國初年以來都缺乏 NOS 的主題，直到九年一貫課程綱要受到美國 STS 理念的影響，以及科學教育學者提倡 NOS 學習之重要性，而將 NOS 納入我國九年一貫課程綱要（劉俊庚、邱美虹，2012）。國內學者李哲迪（2009）從 2007 年 TIMSS 與 2006 年 Programme for International Student Assessment [PISA]施測結果，曾經建議國內九年一貫 NOS 應該調整，才能有助提昇我國中小學生在 TIMSS 與 PISA 逐漸下滑的科學成績。而成績下滑的原因，發現雖然世界各國中小學 NOS 綱要，有的重複性高、有的差異大，NOS 觀點沒有一致性，其設計的模式與觀點確實與國內九年一貫課程綱要中的 NOS 主題，差異頗大（謝州恩、劉湘瑤，2013）。若如此，國內小學生學習的 NOS 與國外差異大，要如何與國際接軌與競爭？. 4.

(17) 回顧歷史，從民國 89 年頒佈《九年一貫課程暫行綱要》出現 NOS 能力指標，至今十多年，並沒有實質的檢討與修正。2012 年五月，自由電子報訪談台灣師範大學榮譽教授吳武典，他認為九年一貫課綱形成與調整過程不是很順利，即使常微調仍難以改善其原本較弱的本質。吳武典提到，目前十二年國教的課程研修時期，是九年一貫和高中課綱調整與銜接的契機，應明快有效地進行 K-12 課程重整，以免錯失良機。例如：九年一貫課程綱要中的自然與生活科技領域裡有 NOS 綱要，但在高中卻沒有延續 NOS 綱要，傾向於重視科學概念，殊為可惜，同時也凸顯中小學生應認識更多 NOS，才能與世界各國競爭。故應省思，我國九年一貫 NOS 標準是否到了該調整的時候？謝州恩與劉湘瑤（2013）分析發現，九年一貫課程綱要中所提及的 NOS 項目較傾向於實證論觀點，且世界各國中小學課程綱要中的 NOS 觀點與我國 NOS 項目一致性低，甚至差異很大。此外，適合中小學的 NOS 項目研究目前根本的問題，即 NOS 各項的來源，可能都源自於科教領域的文獻分析，大多是從過去文獻的堆砌而成，較少從更原始的科哲源頭找出較廣闊的 NOS 面向（謝州恩、劉湘瑤，2016）。有鑑於此，若要調整國內九年一貫 NOS 各項，除了應從國際間各國綱要與新進的研究進行探討外，也應考量從更廣闊的科哲領域，如：實證哲學、科學史、科學社會學與科學心理學等領域借鏡。之後，配合當代專家學者的觀點來確立適合小學生的 NOS 觀點。現仍在十二年國教課程綱要研修時期，在此期間，正好是 NOS 能力指標重新檢視與調整的契機（謝州恩、劉湘瑤，2016）。研究者從事國小自然科教學多年，基於此良機，特別關心哪些 NOS 內涵適合此學習階段的學生學習，以及國小科學課程應如何納入 NOS 教學。因此本研究重點之一在於，探討哪些 NOS 項目內涵符合當代思潮，並以大慧法（Delphi technique）諮詢各專家學者，經集思廣益後，以找尋出適合國小中、高年級學生可學習的內容。. 5.

(18) 三、科學本質測驗的問題 Lederman、Wade 與 Bell (1998)提到，早在 1961 年就有 NOS 的問卷，來測驗學生。如：Cooley 與 Klopfer 的 Test on Understanding Science 是當時最廣泛使用的測驗。但因受邏輯實證主義影響大，且缺乏對學生概念瞭解而被認為該測驗不夠精確。1967 年 Wisconsin Inventory of Science Processes 提供了 93 題測驗 NOS 的是非題，但只有是與非的二分法，且題數太多，而未能受到大量的研究使用。1973 年的 Billeh 與 Hansan 的 Nature of Science Test 包含了 60 多題的多重選擇題，包含的範圍不夠精確，缺乏各分項與小項。1976 年 Rubba 的 Nature of Scientific Knowledge Scale 包含了 48 題五點式 Likert 式量表，也因分項不明，有些題目有重複性，影響效度。Lederman、Abd-El- Khalick、Bell 與 Schwartz (2002)批判 Aikenhead 與 Ryean1989 年研發的 NOS 測驗工具 Views on Science-Technology-Society [VOSTS]，是在測驗學生的信念而非概念，而且是大尺度的量化多重選擇測驗，未必能適用於全世界不同文化下的人，無法形成有意義的結論。就目前科學教育學術界最常採用的 NOS 測驗工具，當推 Lederman 團隊的 Views of the Nature of Science [VNOS]測驗。Lederman 等人（2002）提到 VNOS-A 測驗是 Lederman 與 O’Malley 訪談學生 NOS 所研發。VNOS-B 是由 Abd-El- Khalick、Bell 與 Lederman 修正 VNOS-A 項目，來評量中學教師 VNOS，並可以進一步訪談與追問。且是被視為比 VNOS-A 更完整的問卷，可以用來區分專家與生手、成人與教師的問卷。VNOS-C 是由 Abd-El- Khalick 自 VNOS-B 改編而來，強調社會文化對科學的影響，可用於大學生、中小學教師等。VNOS-D2 是 VNOS-C 的改編版，是測驗小學科學課程的教師與學生 (Akerson, Hanson, & Cullen, 2007)。只是 VNOS-D2，在 Akerson、Hanson 與 Cullen 的研究，對小學教師進行教學前、後測，未能得到令人滿意的結果。 Walls (2012)曾以 VNOS-E 對小學三年級進行過半結構晤談，但受限於種族與樣. 6.

(19) 本數太少，且又搭配請學生畫出科學家（Draw-A-Scientist Test）的其他研究工具，Walls 自認為該研究推廣度有限。Walls 也認為目前對小學生能使用的 NOS 工具太少，且較少有學術界關心此一議題。即 Lederman 團隊或採用 VNOS 問卷的研究，在國小這部分並未獲得紮實的研究結果，顯示即使 VNOS 各版問卷從研究生到小學生，使用普遍，但非萬能，而本研究將焦點放在適用於國小學生的科學本質測驗。不僅如此，VNOS 測驗還面臨其他學者的批判。Allchin (2011) 反對 Lederman 團隊採 VNOS 以去情境化的問題來測試學生，提出應該以情境融入 NOS 的測驗中，才能真正測出學生的 NOS。Allchin (2011)針對 Lederman 團隊的學者在 NOS 測驗上常有不穩定性，相似的明示教學與 VNOS 測驗工具，卻在不同教學者與地區，產生不同的結果，如：在甲研究中發現學生易於調整他們對 NOS 的認識，在 B 研究的學生卻難以轉變，因此他認為測驗應重視情境的考量。Allchin 以自身的科哲素養，希望能從有情境脈絡的問題，來測驗學生 NOS，並認為這樣的 NOS 測驗才能真正測得學生 NOS，也在該研究中提供範例。他認為 Lederman 團隊 VNOS-B 測驗太過偏向信念的測驗，非知識概念，也無法作為總結性評量。NOS 評量不是用來描述學生或教師的 NOS 觀，而是要用得出來（以情境來測驗）。Allchin 站在實用觀點批判 Lederman 團隊的 NOS 觀點是偏重人、社會與文化等對科學的影響，重視非理性、非形式推理的 NOS，流於極端相對論與虛無論。雖然 Allchin (2011)的批判被 Schwartz、Lederman 與 Abd-El-Khalick (2012) 修正，並認為 Allchin 提出的觀點是對 Lederman 團隊工作的誤解，且對 Allchin 研發的測驗，認為是缺乏實徵研究的、缺乏信效度佐證的，甚至是誇大的。由上可知，測驗工具間不但是後浪推前浪，而且當代工具間彼此也有論戰。能不能有一種研究工具，能符合 Allchin 的情境觀點，能達成工具的信效度，也能兼容並蓄極端對立的 NOS 觀點？這也是本研究所要面臨的挑戰。. 7.

(20) 四、科學本質教學是否達成目的的問題 NOS 隨著時代應與時俱進，學生對 NOS 的認識也應跟上當代 NOS 觀點，故 Lederman 團隊二十餘年來對改變職前教師到中小學 NOS 的教學有相當的研究。Lederman (1998)曾經區分 NOS 的教學為三大類，包含：隱喻教學（implicit）、歷史教學（以科學史教學）與明示教學（explicit）。其中隱喻教學常可見於傳統的探究學習中，如：學生要瞭解鋼棉生鏽的原因，學生可能要思考的原因可能很多，非單一因素，此探究歷程被認為可擴展學生創造力與多元觀點。當學生設計與進行實驗時，彼此互相討論，其中就包含了觀察與推理。最後請學生將成果展示，並與其他組學生一起討論，則可視為是一種接受社會協商的結果。在探究歷程中隱含了若干 NOS，但是在過程中沒有明確引出教學內容或教材中的 NOS 觀點，這是隱喻式的 NOS 教學。若教師在讓學生構思鋼棉生鏽可能的原因時，同時問學生科學知識形成與創造力的關係，在活動過程中要學生反思自己運用觀察或推理的情形，實驗結果公開討論時，問學生「科學的社會協商是如何進行的？」「社會認同對科學有哪些影響？」這類引發反思的問題，就是在活動中同時提醒學生認識 NOS，即屬於明示教學。科學史的教學則是在各單元活動的課程中，安插相關的科學史，如學生學槓桿原理，就在單元中安排一段介紹阿基米德的故事。介紹地球繞太陽公轉時，安插過去地心說與日心說的故事，鑒往知來，可有助學生瞭解科學知識的形成過程。中國學者袁维新（2005）認為傳統的探究教學，大多傾向於歸納法，無法包含所有的科學方法，使學生對科學方法的瞭解太單一。若是隱喻教學，可能導致學生對 NOS 陷入傳統的思維，似乎不如科學史教學。若在課程中加入科學史，可以使學生有效認識更多過去科學知識發生的原因與過程，補足學生較多元的 NOS 觀。國內翁秀玉與段曉林（1997）、林淑梤、劉聖忠、黃茂在、陳素芬與張文華（1998）與喬莉莉與洪志誠（2005）等學者曾推動科學史置入學生科學課程的研究，以提升學生 NOS 學習，至今仍影響國內科教的 NOS 的學習. 8.

(21) 模式。目前國內九年一貫中小學自然與生活領域的教科書中都常看到，單元裡或後面常有一篇與科學相關的科學故事，如：給學生閱讀阿基米德槓桿的故事，作為供學生瞭解 NOS 的方法。然而，採用科學史的教學模式，是否就是最有效的 NOS 學習模式？ Soloman、Duveen、Scot 與 McCarthy (1992)曾以科學歷史故事教導 11-14 歲學童，在不同教學方法下，學童認識 NOS 有不同程度的進展。但是，AbdEl-Khalick 與 Lederman (2000)的研究中他們對 166 名大學生與 15 名職前教師進行科學史的教學，發現科學史的教學對教學對象的 NOS 認知只有些許進展，且成效不如明示教學。該研究也提出在進行科學史的教學時，其課程目標往往與 NOS 目的不一致，即學生並非專注於 NOS 的學習。Matthews (1994)認為科學史融入科學課程中，主要的是可以提升學習興趣，促進學生對探究的興趣。 Matthews 也指出運用科學史於教學的問題，包括了科學史的教學會不會影響學生對科學的信心？如何使用科學史才不會使學生對出名的科學家抱有偏見或幻想？以及科學態度與 NOS 是否會有衝突等問題。可見得科學史融入科學課程，並非完全能提升學生對 NOS 的認識，且有其他疑慮。國內學者許良榮與蕭培玉（2007）認為科學史的教學不宜過多與過早。 Abd-El-Khalick 與 Lederman (2000)也不是很認同科學史融入的教學觀點，在相對論端後續的研究，也多傾向於明示教學的相關研究。他們不但凸顯了明示教學較為有效，且 Akerson、Hanson 與 Cullen (2007)、Lederman (2004)也提出探究教學與明示教學可以結合。Khishfe 與 Abd-El-Khalick (2002)以小六學生分別以探究明示省思教學與探究隱喻教學，經教學後，明示省思組對 NOS 知識較能陳述，也改變較多。除了瞭解國內小學生認識 NOS 的調查外，本研究也希望能瞭解明示省思的教學是否對國內小學生 NOS 觀有所改變。由於後設認知也是省思，有若干策略，可融入於明示省思課程設計，透過鷹架數種後設認知策略，使學生加強對自己建構論證過程省思。從與對照組的差異，進而探討學生 NOS 觀是否轉變， 9.

(22) 且應該要能釐清是何種因素能使學生 NOS 觀點轉變，如：探討後設認知策略，是否能引發學生 NOS 觀點轉變？希望這一系列相關的研究能有助於未來 NOS 相關課程、教學與研究參考。由於目前科學史融入我國九年一貫自然與生活科技課程中，目標也非單純針對 NOS，若能提升學生學習科學的興趣，也應樂見其成。然而融入於學生的各單元與章節中的明示教學，與學生探究或實務融合，似乎是新的 NOS 教學趨勢，可供國內 NOS 教學借鏡。Khishfe (2012)曾將 NOS 與科學論證結合，從他的研究中也得知高中學生 NOS 獲得成長。然而，國內楊桂瓊、林煥祥與洪瑞兒（2012）發現國小學生持有傳統 NOS 認識的學生在論證表現比持有現代 NOS 的好。邏輯推理是論證重要的基礎 (Toulmin, 1958)，持有傳統實證觀點的學生，可能較有邏輯推理能力，而能產生較好的論證結果。而從以上研究顯示論證可以促進學生認識現代 NOS，但是持有實證論 NOS 的學生，論證表現卻比相對論觀點的好。可知學生對 NOS 的認識與論證有關係，但其關係的方向性仍有待釐清。故此，本研究將進行論證與學生 NOS 認識關係進一步的研究。. 五、研究者工作由於研究者長期在國小擔任教職，且任教自然科學領域超過十年，對小學科學課程、學生學習與教學有一定程度的認識。基於長期對國小科學的關注與熱情，故本研究的 NOS 學習，是以小學生為研究對象。此外研究者從當代重要的 NOS 學習的 Lederman 團隊一系列研究發現，較少有研究是針對國小學生 NOS 認識進行研究，他們團隊大多針對高中大學以上的 NOS 學習研究為主。故研究者有興趣建構適合國小學生認識的 NOS 項目，並進行教學研究，以瞭解小學生 NOS 觀點是否轉變，以及如何轉變。. 10.

(23) 第二節研究目的與研究問題. 依據上述研究背景，本研究有以下三個目的與要進行的實徵研究。有鑑於有些 NOS 觀點是對立的，本研究有必要先從理論論述 NOS 多元的觀點，又必須要考量國小學生的心智成熟度與課程內容，以擬出可能適合國小階段學習的若干 NOS 觀點，是本研究的主要目的之一。在形成對小學生重要的 NOS 各項後，並不是將這些項目直接給學生看與記憶，甚至背誦。而是透過設計的活動，讓學生認識 NOS。本研究第二個重要目的，是進行小學生 NOS 轉變的教學實驗研究。透過不同的教學設計，來瞭解何種教學策略能有效轉變小學生對 NOS 的認識。故為了要瞭解學生學習的成效，需要發展問卷，以量化與質性試題的形式，來瞭解學生學習 NOS 的情形。希望小學生對 NOS 的認識能與上述理論與實務結合的 NOS 觀接近。將上述兩大目的與其研究問題分述如下：. 一、形成本研究的科學本質要項有鑑於前述 NOS 哲學觀點以及在教學重要性的爭議，又必須要考量小學生的心智與課程，本研究在擬出可能適合國小中、高年段學習的若干 NOS 觀點之前，有必要先從理論論述 NOS 多元的觀點。再經大慧法的紙本問卷往返，收集專家學者與國小專門教師們對於適合國小學生學習的重要 NOS 項目，以及 NOS 的哲學觀點，所做的建議、討論與評估，再區分出各項目適合國小學生學習的年段。由於專家學者與專門教師形成的 NOS 各項，是本研究重要的指標，希望國小學生能認識這些 NOS 項目。故須針對這些對小學生重要的 NOS 項目，編製量化問卷，其中量化問卷中的題目，都要針對 NOS 項目命題，即每題只測驗一個 NOS 觀點，擬出數題後請專家進行內容效度修正，並進行預試，以確保這些試題是堪用可行的。 11.

(24) 最後將本研究獲得共識的 NOS 學習項目與其他文獻的 NOS 項目進行比較。故此階段研究問題如下：（一）本研究經歸納文獻所得的 23 項 NOS 哲學觀點，經大慧法調查後，專家學者與專門教師們的科哲共識為何？（二）針對本研究經歸納文獻所得的 23 項 NOS 哲學觀點，哪些是適合國小中、高年級的重要 NOS 項目？（三）對學生重要的 NOS 項目那些分別適合國小中年級？那些適合高年級？. 二、國小六年級學生科學本質認識的轉變本研究的第二部份是欲透過準實驗研究，來瞭解小六學生認識 NOS 是否有轉變與差異。其中根據之前完成預試且達內部一致性堪用的試題，可作為量化試題。質性問卷則可能有一題中包含幾個 NOS 觀點，來對學生施測。經學者專家效度認可，並修正後用來了解學生 NOS 觀點轉變過程與原因。目前國小學童自然與生活科技的學習仍仰賴教科書的學習，若將教科書的內容稍微調整或延伸，將本研究 NOS 觀點融入，以論證省思法經鷹架提示後，使學生對科學知識、對論證活動省思，並分析、檢視小六學生 NOS 認識的轉變。以此，與沒有省思的論證教學班、按教科書一般教學的班級進行比對，以瞭解學生 NOS 認識是否有所差異，並尋找出差異的原因。如：省思策略對學生 NOS 認識轉變有沒有影響、性別還是學科高低成就對學生 NOS 認識轉變有關？由以上的研究目的，此階段研究問題是：（一）從平均值看一般教學班、論證教學班與論證省思班學生的 NOS 觀點為何？是否與大慧法諮詢的 NOS 學習要項的結果接近，還是有差異？（二）從成對樣本 t 考驗與 ANCOVA 分析一般教學班、論證教學班與論證省思班學生的 NOS 觀點教學前後（組內比較）與各策略班間（組間比較）差異為何？. 12.

(25) （三）從平均值、成對樣本 t 考驗與 two way ANCOVA 分析一般教學班、論證教學班與論證省思班學生的性別與學生學習成就是否與學生 NOS 觀點有關？（四）本研究中，何種教學策略是國小六年級學生認識 NOS 的較佳教學策略？（五）論證班與論證省思班學生的論證學習進步情形如何？（六）論證省思班學生在各活動是否有產生後設認知策略？情形如何？. 13.

(26) 第三節名詞釋義. 在研究目的中幾個重要的議題，常見到的名詞如：NOS、論證、明示省思教學、後設認知等，在第二章文獻探討中也將依序討論。以 NOS 的爭議較多，於第二章將有較詳盡的探討，在此暫不贅敘。其他的名詞在此先說明與釐清。. 一、論證本研究的論證是指 argument；論證過程是 argumentation，是形成 argument 的過程。依據 McNeill、Lizotte、Krajcik 與 Marx (2006)對七年級學童科學解釋的過程，學生將資料轉化成理由，然後產生證據，並進而支持出主張。然而，若要將這結果與他人交流時，則是先呈現出主張、證據與理由的順序，較易使人明瞭。至於理由、證據到主張這三個項目則是從 Toulmin (1958)的論證簡化而來。 Berland 與 McNeill (2012)認為論證與科學解釋都是科學實務，在大多數情況下都能相提並論，但是他們認為科學解釋是科學家試圖建立對自然現象為何與如何發生的知識。以證據和理由來說服他人自己的主張。論證在他們看來，則是建立在科學解釋之上，需要和他人做論辯，最後才能決定何者是最好的論證。這觀點受到 Osborne 與 Patterson (2012)的反對，認為在教室的複雜情境中，是難以區分論證和科學解釋的。而且科學解釋之後，最後仍是需要和其他解釋比較，才不會使學生不清楚結果，比較誰的解釋對或好，就等於是論證。 Osborne 與 Patterson 對論證一詞意義的解釋融合了科學解釋，且科學解釋一詞可能與過去邏輯實證論者 Hempel 的科學解釋相似，故本研究在名詞上採取 Osborne 與 Patterson 論證一詞，取代 Berland 與 McNeill 的科學解釋。而本研究裡學生學習的論證模式則是 McNeill 等人 (2006)的論證與論證過程。詳細的論述將陳列於第貳章。 14.

(27) 二、論證省思本研究認為明示（explicit）教學與省思教學是可以分合的。先就區分來看，在明示教學與 NOS 結合時，明示教學就是將活動過程中隱含在課程中的 NOS 觀點點出給學生知道。反之，未明確點出課程中隱含的 NOS，則是隱喻（implicit）教學。除了與 NOS 結合外，明示教學也可以作為學生認識論證初期的學習策略，使學生較有效的瞭解何謂論證與論證過程。本研究將論證與省思結合時，就是在論證的活動過程中，將論證活動與 NOS 有關的部分提示學生，並請學生依據本研究設計的鷹架來促進他們的對論證與 NOS 的省思。即本研究的「論證省思」教學模式。 Lederman 團隊目前並未採後設認知的觀點分析過學生到底是用了哪些後設認知策略來改變他們的 NOS 觀點。省思教學中，最重要的莫過於讓學生明白在該學習活動中，哪些部份是對應到與 NOS 相關的部份，需要學生省思。在本研究中，分析學生的後設認知若干策略，如：預測、計畫、監控、調整、評估等，以瞭解學生的後設認知與學生論證與省思間的關係，與哪些後設認知策略可有助提生學生論證與省思效能。最早提出後設認知的 Flavell (1976)提到後設認知是對自我想法的想法，他也認為後設認知策略可以協助學生學習和任務完成。其後，Brown 認為後設認知就是「知道如何知道」（knowing how to know）和「知道自己知道的」（knowing about knowing） (Brown, 1978)。Brown 也認為後設認知是指個人學習活動的知識，並具可進行思考和知道如何去控制它。包括如：計畫、預測、分析、探索、監控、測試、修正、檢驗以及評估等活動都可以屬於後設認知的範圍 (Brown, 1987)。Paris 與 Lindauer (1982)認為後設認知包括兩大類的心理活動：一為思考的自我管理（self-management of one’s thinking）；一為認知的自我評估知識（self-appraised knowledge about cognition）。其中思考的自我管理可以. 15.

(28) 分為評估、計畫與調整。Brown 指出，後設認知也可以是對行動的反思。根據以上學者提出的計畫、預測、監控、調整與評估等後設認知策略，觀察學生在論證活動中，根據學習單上的鷹架提示，是否說出或寫出自己對 NOS 的後設認知（省思），作為論證省思教學中學生對論證活動裡 NOS 的省思。. 16.

(29) 第四節研究範圍與限制. 一、研究範圍（一）研究主題謝州恩與劉湘瑤（2016）提到，自然與生活科技的科學課程是從國小中年級開始。目前國小低年級的生活領域也有部分自然科學的相關內容，但學生尚未接觸以自然科學為名的學科。雖然美國 NRC (2013)與國內九年一貫 NOS 能力指標（教育部，2008）皆有對低年級提出應學習的 NOS 項目，但參考國內許良榮與蕭培玉（2007）的 NOS 項目與英國教育部 Department for Education (2013)頒布的 NOS 學習內容，並未包含低年級的學習。由上可知，低年級是否適合學習 NOS 應是另一個爭議處。但本研究的聚焦與範圍在於確定需要學習的中、高年級學習階段為主要探討對象。又由上述名詞釋義中可以知道本研究的論證省思教學未必與其他研究相同。如：本研究的論證模式，並非傳統的 Toulmin 模式，雖可以探討，但無法推論到 Toulmin 模式相關的教學研究。又後設認知是不易測得的，學生的後設認知可能隨時產生。但本研究是針對論證課程，有提示學生後設認知的設計，但是學生能否產生後設認知或有其它後設認知產生，本研究難以追蹤測得。僅就該研究設計與其他兩種模式不同進行學生 NOS 前後觀點差異的比較，為研究範圍。. （二）研究對象由上述三個研究目的來分，第一個研究目的的實徵研究，需要的諮詢對象是相關領域的大學教授與國小科學教師，透過大慧法諮詢他們，以產生出適合國小中、高年段的 NOS 理論標準。經專家內容效度諮詢問卷，施測的對象則是小學六年級學生。第二部份主要研究的對象是小六學生，故在研究設計時需要 17.

(30) 考量這些未成年學童的心智年齡與教學課程銜接，與過去未與課程銜接的 NOS 學習、中學或成年的 NOS 學習可能因而不同，例如：小學生需要更多鷹架來支持他們專注於自己的活動內容與省思等。同時，也將請授課教師參與本階段的前、後測驗，也將授課教師視為研究對象。這些專家學者、老師與學生，受研究者的安排，非全國隨機抽樣而來，故推論上有其限制。. （三）NOS 項目此外，由於本研究 NOS 項目是由研究者閱讀文獻先設定 NOS 項目範圍，且專家學者與專門教師所決定哪些對學生是重要的，故有些重要的 NOS 可能漏列，而研究結果也可能因而與他人研究有差異。推廣上可能因而受限。. 二、研究限制由於不可能循遍國內相關領域所有學者且同意參與本研究大慧法調查，將調查 22 名相關領域專家學者與 21 名國小科學專門教師，為本研究 NOS 重要性與當代相關學者 NOS 觀點的依據。然則國內與世界上相關領域諸先進人數相當多，為何就以這些專家與教師為代表，且是由研究者所尋找的，難免被視為有主觀的嫌疑。故受限於研究範圍與便利性，以及受調查學者的自主性，可能因此導致各種 NOS 重要性與當代學者 NOS 觀點誤差。且每一領域（科學史哲、 STS、科學、科教與實務）學者與教師會因學術與教學立場，可能難以說服其他領域的學者認同自己領域的觀點，而僵持不下。故觀點的取捨與標準，以四分差（quartile deviation）Q3≧4.0 以上，且標準差小於 1 的項目，作為對小學生適合且重要的 NOS 標準。第二部份的實徵研究，雖是以相同教師且隨機方式分派教學模式，可減少班級直接被指派教學，被視為不公平的疑慮。但各班但畢竟人數有限，三種教. 18.

(31) 學模式差異的結果，或有更好的教學模式未被採用，這些都可視為本研究的限制。又本研究省思後設認知策略不易測得，或許有更好的工具或方法測得，或更好的後設認知策略使學生認識 NOS，這些考量也使本研究推論上受到限制。. 19.

(32) 第貳章文獻探討本研究為了釐清 NOS 觀點，應先探討何謂「科學」、「本質」與「科學本質」。在實證科哲、科學史、科學心理學與科學社會學、歐美等中小學課程的 NOS 標準等來看 NOS，可以將 NOS 觀區分成三類，並整合出適合小學生的 NOS 觀點。又為了瞭解小學生 NOS 觀經教學的轉變，需先瞭解國內 NOS 教學課程，以及有哪些教學策略。以論證省思進行班級實驗教學時，省思與後設認知的理論關聯為何？以上相關的文獻將於本章中探討。. 第一節何謂科學本質一、本質為何？而何謂「本質」？翻閱字典，可以查到 nature 與 essence。陳瑞麟（2010）提到本質（nature）或譯作本性，並不代表哲學上主張的本質主義（essentialism）。本質可以是「歷史本質」、「共通、核心、原型特徵」、「基本目的、功能」等等，但不意味是充分必要條件，與本質主義極端的認定特色與共通處不同。本質可以是歷史的、發展的、變動的，當然也會包含上述本質主義的特色、核心與功能等。故此，陳瑞麟認為的本質觀是指 nature，與科學教育中談到的 NOS 裡的 nature 同字，同樣都是需要對科哲內容探討，也應同義，是較本質主義廣闊、兼容並蓄的觀點。. 二、科學與科技的區分在科學的本體中，有個重要的議題，就是科學等於是科技嗎？像近十餘年. 20.

(33) 來手機的演進，等於是科學的演進嗎？部分生物科學家們去海洋觀察動物，如：深入海洋，瞭解鯨魚的生活習性，是科技嗎？在中國，曾經發明指南針、造紙術、火藥與活字印刷等技術，而科學卻沒有在中國生根。甚至更古早時，人類鑽木取火，以獸骨縫衣，利用各種工具生存時，科學還沒誕生。從歷史的觀點來看，科技早於科學是不爭的事實，而 16、7 世紀科學革命卻又早於 18 世紀的工業革命。科學與工業科技相關，是因為科學革命後有助於工業科技再進化。然而，科技最終目的是為了生存與便利生活，與科學是為了瞭解與控制自然不同 (Snow, 1998)。在教育界，法國是最早率先將科技教育從科學獨立出來的國家（丁邦平， 2002）。澳洲學者 Black 與 Atkin (1996)認為科技是人們在其生活中所發明與使用的技術，它涉及對知識、經驗與資源有目的的運用，以滿足人類所需。科技傾向於應用、重視效能，以滿足社會，與科學傾向發現新知不同，而一般人卻常將兩者混為一談（丁邦平，2002）。 Heap 與 France (2013)的研究結果也可以看到 NOS 與科技本質的差異，包含：科技仰賴人們的需求、科技具有革新與創造力、科技需要更多訊息整合而成等。而美國 American Association for the Advancement of Science [AAAS] (1989)不只區分了 NOS 與科技本質，也提到科學與技術的相似與相異，包含： 1. 科技仰賴科學，但是科技也對科學有貢獻 2. 工程包含了探究與其實際的價值 3. 工程的本質有其限制與束縛，所以沒有完美的工程設計 4. 所有的科技都牽涉到控制 5. 科技總是有邊際效應，無法完美 6. 所有的科技系統可能到後來都會被淘汰 7. 科技和社會互動強烈 8. 社會系統迫使某些科技的開放受到限制（如：受到經濟利益影響使部分論文不公開） 21.

(34) 9. 決定科技的使用是複雜的（包含受到競爭對手、經濟、社會心理等影響）從以上九點來看，上述第 1 點與傅大為（2009）的觀點近似，即科學是科技的基礎，科技是應用，科技產品又可以提升科學，如：電子顯微鏡的誕生、哈伯望遠鏡等，有助於拓展新的科學發現。第 2、3、4、5 點則是屬於科技本身的特質，顯示科技的價值觀與限制。第 6 點是從歷史的角度看科技的改革，過時的技術幾乎不會再被使用，此特徵與科學不同，如 Kuhn (1970)提出在典範裡的科學家們仍使用著該典範裡的科學理論與方法的觀點。第 7、8 點顯示出科技與社會的關係比科學與社會的關係更為緊密。至於第 9 點則指出科技的發明也會受到社會經濟、社會心理等所影響，因此，有關科技發展的決定必然還要考慮更多的因素。從實證科哲、社會、科學史與心理學四個面向來看科學與科技可以知道，科學不完全與科技相同。近幾年，即使是在科學與科技課程整合的情境下，美國的 AAAS (2001)與 AAAS (2007)中，仍清楚的將 NOS 與科技本質分章節討論，可見得美國 AAAS 一直以來對科學與科技的本質都是採取區分的觀點，與國內九年一貫課程綱要中 NOS 與科技本質交錯不清的狀況是不同的。. 三、科學本質的範圍陳瑞麟（2010）整理出與科學相關的四大問題群：（一）科學的靜態結構。針對科學知識結構之研究，如：早期實證或經驗論者重視這方面。（二）科學的演變發展：又被稱作動力學，研究科學理論、實驗等在歷史上的演變過程。（三）科學方法、認知與推理：科學方法是什麼？科學家如何推理思考？有什麼特別的規範、模式、程序等？（四）科學與社會的關係和互動：科學是社會的產物，又實現於社會中。兩者有何關係？有何互動？. 22.

(35) 陳瑞麟（2010）認為此四種科哲問題群，不只是實證科哲能回答第一群問題，科學史可以回答第二群問題。科學社會學回答第四群問題。科學心理學可以回答第三群問題。但是他們未必和哲學一樣產生一致的歸納結果，產生各自的回答方式與方法。如果要把這四種問題整合起來回答，陳瑞麟認為是哲學的特殊任務，仍然可以視為是較廣義的科哲的領域。而上述的四個面向正好與 McComas 與 Olson (1998)認為 NOS 是實證科哲、社會學、科學史與心理學四大面向的交集，不謀而合，也顯示了 NOS 的多元性。故 NOS 整體而言仍可以是科哲的問題，.也是科哲學者們討論的範圍，但若要細分，尚需要瞭解科學史、科學家心理、科學社會學等領域，有賴能包容多元的觀點來整合。. 23.

(36) 第二節科學內、外部史. Lakatos (1978)認為，沒有科學哲學的科學史是盲目的；沒有科學史的科學哲學是空洞的。舒煒光（2004）提到科學史的影響，包含 Popper、Kuhn 受物理學史影響，Lakatos、Laudan 等若沒有科學史，這些科哲學者的著作無法完成。顯示科學史是科哲甚至是後來的科學知識社會學的基礎，彼此雖屬不同領域，但關係密切。Lakatos 就是從歷史的觀點對科哲區分，將傳統科學的邏輯、實證、推理與內部演進。陳瑞麟（2010）科學的靜態結構、科學方法、認知與推理的領域與 Lakatos 近似的，視為科學的內部史；將科學家社會、心理的領域，與上述陳瑞麟科學的演變發展、科學與社會的關係和互動領域近似者，視為是科學外部因素，他稱為外部史。這些稱為內、外部史的領域，追根究底，仍是與之前所提到的科哲、科學史、科學家心理與科學社會學有關。. 一、科學內部史陳瑞麟（2010）認為科哲有兩個歷史源頭，一個是源自兩千年前希臘時代的柏拉圖（Plato）與亞里斯多德（Aristotle）的知識論，影響到培根與笛卡兒的科學方法。另一個源頭是十九世紀的如 Herschel 的科哲歷史學派，以及 Mill 的歸納法等。這兩個源頭影響了二十世紀初的科哲，二十世紀初，科哲也獨立成為一個新的領域。當時的科哲是經驗主義為主流的思維，像 Mach 只承認用五官觀察、實驗或測得的經驗主義科學。奧地利的猶太人 Wittgenstein 在這樣的氛圍下，加上英國 Russell 的邏輯學思維影響，寫出了《邏輯哲學論》，對當時 Schlick 主持的「Mach 學舍」產生了重大的影響，於 1920-30 年代形成了所謂的維也納學派。該學派也被稱為邏輯實證論者，反對形上學的不實在，從經驗事實歸納出統一語言結構或模式來描述科學理論。簡言之，此學派重視經驗、事實、邏輯、歸納推理、定律、層級等，企圖將科哲科學化，重視科學知識的確 24.

(37) 證（黃光國，2003）。該學派由於 Hempel、Carnap、Feigl 等人的推展，如： Carnap 將邏輯實證論更名為邏輯經驗論；Hempel 的科學解釋模式也曾在美國盛極一時；Feigl 提出理論歸納階層。邏輯實證主義從二戰後到 1960 年代，對美國科哲學界造成相當大的影響。一直到 1960 年代後，被許多學者以一些異例批判這些制式的模式不能涵蓋所有科學理論，而逐漸式微。從邏輯實證論的式微也可以知道，相信用一種統一的語言描述科學理論，這種一元模式的思維是不可行的。如當時主流邏輯實證論者的觀點，反對形上學，偏愛探討科學的知識和方法上的問題，藉由知識與方法的統一，以此代表科學的所有特性，提出了當時人們對科學的實證形象，故在 20 世紀中以前的科哲主流，謝州恩與劉湘瑤（2016）歸類為實證科哲領域。 Popper 反對邏輯實證的觀點與歸納法，他認為演繹法才能為科學產生確切的新知識。在是否是科學的本體論上，Popper 曾提出判別科學與偽科學的方法，他稱為否證論。認為科學應該是要能被證偽的，不能被否證的學術領域應不屬於科學。如：愛因斯坦可以證明光線可以被重力彎曲，否定了過去光線只能直線前進的觀點，Popper 認為是科學。而如：占星術宣稱某星座的人當年會有何運勢，都能找到與宣稱相符的人，永遠無法否證，被 Popper 視為偽科學。 Popper 認為的科學與否，仍是理性演繹觀點的，由於知識是經由演繹而來的，沒有百分比或機率的模糊空間。Popper 的學生 Lakatos 也是從理性演繹的觀點，提出科學理論是由牢不可破的硬核與保護硬核的保護帶所組成，並以正面啟發與負面啟發法，分別來誘導科學家增強理論與禁止將批判矛頭指向硬核。基本上，Popper 與 Lakatos 都仍本著演繹邏輯的觀點來闡述他們的觀點，企圖提出一套接近真理的模式，來對科學理論進行批判，被 Giere (1989)與 Loving (1991)視為理性且實在論的學派，尤其 Popper 的哲學觀基本上仍是重視演繹的思維，與邏輯實證學派重視歸納，仍離不開傳統的演繹推理模式，只是比邏輯實證者更接近了科學內外部史間的樞紐位置（黃光國，2003）。雖然 1960-70 年代 Kuhn 提出科學革命之後，科學內部史受到嚴峻挑戰與批 25.