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
大一學生生物探究學習之科學本質觀與
科學探究觀之研究
研究生：蘇雅雲 撰
中華民國九十六年十一月
摘要
本研究旨在探討大一學生在E-Learning學習平臺歷經生物探究學習前後所呈現的科 學本質觀及科學探究觀。研究者主要融入科學本質觀和科學探究觀於探究活動設計中， 此設計經專家審核修正後實施。研究對象為大一學生，共41人，參與研究者設計之探究 課程有11人。研究工具為根據 Lederman 等（2005）的科學探究觀及科學本質觀工具修 正設計，及 Tsai 和 Liu（2005）所開發之科學認識觀工具－分成科學的發明與創造的 本質、理論負載的科學探究、科學知識的變遷性及暫時性、社會磋商的角色和文化衝擊 的影響五個向度。本研究收集多元的質性資料，包括科學探究觀及科學本質觀工具施測 結果、晤談、探究歷程檔案及E-Learning學習平臺相關資料進行分析及三角校正。科學 本質觀主要根據「經驗性」、「暫時性」、「主觀性」、「觀察和推論」及「創造力和想像力」 五個向度進行分析，評分者一致性為0.85和0.88；科學探究觀主要根據「科學方法-研究 方式」、「科學方法-觀察推論」、「條件」及「資料和證據」四個向度進行分析，評分者 一致性為0.85和0.89。科學認識觀主要根據「實證觀」、「混合觀」和「建構觀」進行 分析。 研究結果顯示：(1)科學本質觀：在「暫時性」和「創造力和想像力」向度，全班學 生在探究活動進行前，沒有天真型之觀點，因此轉變也以過渡型轉為知識型為主。融入 探究設計之小組在「經驗性」和「觀察和推論」向度，呈現複雜化轉變；在「主觀性」 向度，則呈現往天真型之簡單化轉變。(2)不同認識觀學生所呈現之科學本質觀：在「科 學的發明與創造的本質」向度，持混合觀的學生由過渡型轉為知識型；而持建構觀之學 生，則呈現知識型想法。在「理論負載的科學探究」向度，在整體科學認識觀呈現偏建 構觀和偏實證觀之個案學生，在此分項上均呈現偏實證觀之觀點，但在科學本質觀點上 均呈現出知識型想法。在「科學知識的變遷性及暫時性」觀點，持混合觀之學生，一開 始便呈現知識型想法，反而是持建構觀之學生，由過渡型轉為知識型。(3)科學探究觀： 在「條件」向度，全班學生在探究活動進行前，沒有天真型之觀點，因此轉變也以過渡型轉為知識型為主。融入探究設計之小組在「科學方法-觀察歸納」和「資料和證據」 觀點，以複雜化轉變居多；「在「科學方法-研究方式」向度，則呈現簡單化或複雜化兩 種不同面向之轉變。(4)不同認識觀學生所呈現之科學探究觀：在「理論負載的科學探究」 和「社會磋商的角色」兩個向度，在整體科學認識觀呈現偏建構觀和偏實證觀之個案學 生，在分項上均呈現偏實證觀之觀點，在歷經探究學習前，均呈現知識型觀點，但在探 究學習後，建構觀之個案則轉為過渡型想法。(5)不同科學認識觀之學生在生物探究學 習、科學本質觀和科學探究觀間之對照：持實証觀之學生，提供探究設計做為其探究過 程進行之引導，同時在歷程中即時給予回應，其可連結理論和實際經驗；而持建構觀之 學生則以過程中的討論和探究活動經驗所產生的想法衝擊其科學本質觀點和科學探究 觀點而呈現複雜化轉變。研究建議未來欲進行相關研究者，可在探究學習設計上針對個 案學生單獨進行探究活動所呈現之科學本質觀、科學探究觀及探究學習之相互關係進行 研究。此外，也可以針對網路平台設計運用及學生進行網路學習探究學習的方式進行相 關之研究，以尋求增進學生理解之合宜網路化方式。 關鍵字：科學本質觀、科學探究觀、科學認識觀、探究、網路學習
Abstract
The purpose of this study was to investigate freshmen’s views of NOS and views of science inquiry at the beginning and the end of a biological inquiry web E-Learning. Subjects were forty-one university students, and they joined in open-ended inquiry activities after biology class throughout one year. Eleven of the forty-one students joined the inquiry activities designed by researcher. Students’ views of the nature of science and scientific inquiry were examined using pre- and post-administrations of the Views of Nature of Science (VNOS), Views of Science Inquiry (VOSI) Questionnaires (Lederman et al., 2005), and the questions in Scientific Epistemological Views (SEVs) that according to Tsai and Liu (2005). Mulitiple data sources included: students’ questionnaires, students’ inquiry progress and E-Learning data. Analysis of VNOS and VOSI, inter-rater consistency was .85, .88, and .85, .89.
The results showed that: (1) Students who joined the inquiry activities designed by research showed VNOS toward informed continue at “tentative”, “empirical”, “observation and inference” and “creative and imaginative”. Students showed within naïve range at “subjective”. (2) Students who joined the inquiry activities showed VOSI toward informed continue at “the science method-observation and induction”, “views of experiments” and “data and evidence”. Students showed within naive range at “the science method- research ways”. (3) Student who had constructivist view changed his views by the experience of discussion and inquiry. Student who had epistemological view can connect the theories and inquiry experiments by giving inquiry designed. (4) Students who had empiricist-aligned view showed “inform” about “the theory-laden exploration” and “ the role of social
negotiation”. Student who had constructivist view changed from “inform” to “transitional”. (5) Student holding constructivist epistemological view tended to learn through the
experience of discussion and inquiry activities, whereas student having epistemological beliefs, tended to give inquiry designed to connect the theories and inquiry experiments.
目次
第壹章 緒論 ... 1
第一節 研究動機與背景...1 第二節 研究目的與問題...2 第三節 名詞解釋 ...3 第四節 研究範圍與限制...6第貳章 文獻探討...
7 第一節 探究式學習 ...7 第二節 科學本質觀點的理論與相關研究...16 第三節 科學認識觀的相關研究 ...22 第四節 探究學習與各觀點間相互關係之研究...25第參章 研究方法... 27
第一節 研究對象及情境...27 第二節 探究學習活動 ...32 第三節 研究工具 ...34 第四節 研究流程 ...38 第五節 資料蒐集與分析...42第肆章 結果與討論... 49
第一節 大一學生在生物探究學習前後之科學本質觀 ...49 第二節 不同認識觀之學生在生物探究學習前後之科學本質觀 ...78 第三節 大一學生在生物探究學習前後之科學探究觀 ...89 第四節 不同認識觀之學生在生物探究學習前後之科學探究觀 ... 118 第五節 大一學生在生物探究學習、科學本質觀和科學探究觀間之對照... 124第五章 結果與討論... 137
第一節 結論... 137 第二節 建議... 141參考文獻 ... 143
附錄 ... 153
表次
表 2-1-1：Herron 所提出之探究層次 ...10 表 2-1-2：Hegarty-Hazel 所提出之探究層次 ...10 表 2-1-3：探究活動中的開放層次 ...10 表 2-1-4：Windschitl 所提出之探究層次 ... 11 表 2-1-5：五 E 學習環教學模式... 11 表 2-1-6：創造性探究模式...12 表 2-1-7：探究式學習的五個共同階段 ...12 表 2-1-8：網路學習相關研究...14 表 2-2-1：科學哲學各派別對科學本質的觀點...18 表 2-2-2：各年代研究者及機構所提出科學本質的內涵及範疇重要觀點整理表 ...19 表 2-2-3：科學本質相關研究...20 表 2-3-1 科學認識觀相關研究...24 表 2-4-1：探究學習與各觀點間相互關係之研究 ...26 表 3-1-1：學生分組表 ...28 表 3-2-1：探究活動五階段及結合之觀點...32 表 3-2-2：探究設計之專家審查意見及修改舉例 ...34 表 3-3-1：科學本質觀工具審查建議及修改舉例 ...35 表 3-3-2：科學探究觀工具審查建議及修改舉例 ...36 表 3-3-3：晤談大綱和研究問題對照表 ...37 表 3-5-1：科學本質觀分類類別表舉例 ...44 表 3-5-2：科學本質觀工具評分者一致性...44 表 3-5-3：科學探究觀分類類別表舉例 ...45 表 3-5-4：科學探究觀工具評分者一致性...46 表 3-5-5：科學認識觀分析方式 ...46 表 3-5-6：科學認識觀問卷各向度分析方式...47 表 3-5-7：科學認識觀整體性人數分析結果...47 表 3-5-8：科學認識觀五向度人數分析結果...47 表 3-5-9：科學本質觀五向度與科學本質觀及科學探究觀觀點之對照 ...48 表 3-5-10：科學本質觀、科學探究觀及生物探究學習之表現...48 表 4-1-1：全班學生科學本質觀工具前、後測所呈現之觀點分析 ...50 表 4-1-2：A、B 組學生科學本質觀工具前、後測所呈現之觀點分析...50 表 4-1-3：全班學生科學本質觀工具之「經驗性」觀點分析...52 表 4-1-4：AB 組學生科學本質觀工具之「經驗性」觀點分析 ...52 表 4-1-5：探究歷程中科學本質觀之「經驗性」設計及 AB 組學生活動對照 ...54表 4-1-6：全班學生科學本質觀工具之「暫時性」觀點分析...58 表 4-1-7：AB 組學生科學本質觀工具之「暫時性」觀點分析 ...58 表 4-1-8：探究歷程中科學本質觀之「暫時性」設計及 AB 組學生活動對照 ...60 表 4-1-9：全班學生科學本質觀工具之「主觀性」觀點分...62 表 4-1-10：全班學生科學本質觀工具之「主觀性」觀點分析...62 表 4-1-11：探究歷程中科學本質觀之「主觀性」設計...64 表 4-1-12：全班學生科學本質觀工具之「觀察和推論」觀點分析 ...67 表 4-1-13：AB 組學生科學本質觀工具之「觀察和推論」觀點分析...67 表 4-1-14：探究歷程中科學本質觀之「觀察和推論」設計及 AB 組學生活動對照...69 表 4-1-15：全班學生科學本質觀工具之「創造力和想像力」觀點分析...72 表 4-1-16：AB 組學生科學本質觀工具之「創造力和想像力」觀點分析 ...73 表 4-1-17：探究歷程中科學本質觀之「創造力和想像力」設計 ...75 表 4-2-1：A、B 組學生之科學認識觀...78 表 4-2-2：A、B 組學生科學認識觀變化類型 ...79 表 4-2-3：A、B 組學生科學本質觀和科學認識觀變化表 ...79 表 4-2-4：科學認識觀五向度和科學本質觀各觀點對照表...80 表 4-2-4：B3 科學認識觀與科學本質觀之轉變情形...80 表 4-2-5：A5 科學認識觀與科學本質觀之轉變情形 ...84 表 4-2-4：B3 科學認識觀與科學本質觀之轉變情形...84 表 4-3-1：全班學生科學探究觀工具前、後測所呈現之觀點分析 ...89 表 4-3-2：A、B 組學生科學探究觀工具前、後測所呈現之觀點分析...90 表 4-3-3：全班學生科學探究觀工具之「科學方法-研究方式」觀點分析 ...91 表 4-3-4：AB 組學生科學本質觀工具之「科學方法-研究方式」觀點分析...91 表 4-3-5：探究歷程中科學探究觀之「科學方法-研究方式」設計及 AB 組學生活動對照 ... 93 表 4-3-6：全班學生科學探究觀工具之「科學方法-觀察歸納」觀點分析 ... 100 表 4-3-7：AB 組學生科學探究觀工具之「科學方法-觀察歸納」觀點分析... 100 表 4-3-8：全班學生科學探究觀工具之「條件」觀點分析 104 表 4-3-9：AB 組學生科學探究觀工具之「條件」觀點分析 ... 104 表 4-3-10：探究歷程中科學探究觀之「條件」設計及 AB 組學生活動對照 ... 106 表 4-3-11：全班學生科學探究觀工具之「資料和証據」觀點分析 ... 109 表 4-3-12：AB 組學生科學探究觀工具之「資料和証據」觀點分析... 110 表 4-3-13：探究歷程中科學本質觀之「觀察和推論」設計及 AB 組學生活動對照... 111 表 4-4-2：科學認識觀五向度和科學探究觀各觀點對照表... 119 表 4-4-3：B3 之科學探究觀和科學認識觀轉變情形... 119 表 4-4-4：A5 之科學探究觀和科學認識觀轉變情形 ... 121
表 4-5-1：科學本質觀、科學探究觀及生物探究學習之對照... 125 表 4-5-2：A5 科學本質觀和科學探究觀轉變情形 ... 131 表 4-5-3：B3 科學本質觀和科學探究觀轉變情形... 134
圖次
圖 2-1-1：CIM 的循環模式 ...12 圖 2-2-1：科學哲學觀點的分類 ...17 圖 3-1-1：E-learning 網路學習平臺規畫圖...30 圖 3-1-2：E-learning 之學習資料區 ...31 圖 3-1-3：E-learning 之學習歷程區 ...31 圖 3-4-1：研究流程圖 ...38 圖 3-4-2：研究架構圖 ...40 圖 4-1-1：全班 VNOS 觀點前後變化 ...50 圖 4-1-2：AB 組 VNOS 觀點前後變化 ...50 圖 4-1-3：全班「經驗性」觀點轉變情形...52 圖 4-1-4：AB 組「經驗性」觀點轉變情形 ...52 圖 4-1-5：A、B 組學生之科學本質觀「經驗性」觀點...53 圖 4-1-6：B-1 組的觀察環境...56 圖 4-1-7：B-2 組的觀察環境...56 圖 4-1-8：全班「暫時性」觀點轉變情形...59 圖 4-1-9：AB 組「暫時性」觀點轉變情形 ...59 圖 4-1-10：A、B 組學生之科學本質觀「經驗性」觀點 ...59 圖 4-1-11：全班「主觀性」觀點轉變情形...63 圖 4-1-12：AB 組「主觀性」觀點轉變情形 ...63 圖 4-1-13：A、B 組學生之科學本質觀「主觀性」觀點 ...64 圖 4-1-14：全班「觀察和推論」觀點轉變情形 ...68 圖 4-1-15：AB 組「觀察和推論」觀點轉變情形...68 圖 4-1-16：A、B 組學生之科學本質觀「觀察和推論」觀點 ...69 圖 4-1-17：全班「創造力和想像力」觀點轉變情形 ...73 圖 4-1-18：AB 組「創造力和想像力」觀點轉變情形...73 圖 4-1-19：A、B 組學生之科學本質觀「創造力和想像力」觀點...74 圖 4-2-1：B3 科學認識觀之「科學的發明與創造的本質」觀點轉變情形 ...81 圖 4-2-2：B3 科學本質觀之「創造力和想像力」觀點轉變情形 ...81 圖 4-2-3：B3 科學認識觀之「理論負載的科學探究」觀點轉變情形...82 圖 4-2-4：B3 科學本質觀之「主觀性」觀點轉變情形...83 圖 4-2-5：B3 科學認識觀之「科學知識的變遷性及暫時性」觀點轉變情形 ...83 圖 4-2-6：B3 科學本質觀之「暫時性」觀點轉變情形...83 圖 4-2-7： A5 科學認識觀之「科學的發明與創造的本質」觀點轉變情形...85 圖 4-2-8：A5 科學本質觀之「創造力和想像力」觀點轉變情形 ...85圖 4-2-9：A5 科學認識觀之「理論負載的科學探究」觀點轉變情形...86 圖 4-2-10：A5 科學本質觀之「主觀性」觀點轉變情形...86 圖 4-2-5：B3 和 A5 科學認識觀之「科學知識的變遷性及暫時性」觀點轉變情形...87 圖 4-2-6：B3 和 A5 科學本質觀之「暫時性」觀點轉變情形 ...87 圖 4-3-1：全班 VOSI 觀點前後變化 ...90 圖 4-3-2：AB 組 VOSI 觀點前後變化...90 圖 4-3-3：全班「科學方法-研究方式」觀點轉變情形 ...92 圖 4-3-4：AB 組「科學方法-研究方式」觀點轉變情形...92 圖 4-3-5：A、B 組學生之科學探究觀「科學方法-研究方式」觀點 ...93 圖 4-3-6：全班「科學方法-觀察歸納」觀點轉變情形 ... 100 圖 4-3-7：AB 組「科學方法-觀察歸納」觀點轉變情形... 100 圖 4-3-8：A、B 組學生之科學探究觀「科學方法-觀察歸納」觀點 ... 101 圖 4-3-9：全班「條件」觀點轉變情形 ... 105 圖 4-3-10：AB 組「條件」觀點轉變情形 ... 105 圖 4-3-11：A、B 組學生之科學本質觀「主觀性」觀點 ... 106 圖 4-3-12：全班「資料和証據」觀點轉變情形 ... 110 圖 4-3-13：AB 組「資料和証據」觀點轉變情形... 110 圖 4-3-14：A、B 組學生之科學本質觀「觀察和推論」觀點 ... 111 圖 4-4-1：B3 科學認識觀之「理論負載的科學探究」觀點轉變情形... 120 圖 4-4-2：B3 科學探究觀之「條件」觀點轉變情形... 120 圖 4-4-3：B3 科學認識觀「社會磋商的角色」觀點變化情形 ... 120 圖 4-4-4：A5 科學認識觀之「理論負載的科學探究」觀點轉變情形... 122 圖 4-4-5：A5 科學探究觀之「條件」觀點轉變情形 ... 122 圖 4-4-6：A5 科學認識觀「社會磋商的角色」觀點變化情形 ... 123 圖 4-5-1：AB 組 VNOS「經驗性」觀點 ... 125 圖 4-5-2：AB 組 VOSI「科學方法-研究 ... 125 圖 4-5-3：AB 組 VOSI「科學方法-觀察歸納」觀點 ... 126 圖 4-5-4：AB 組 VNOS「主觀性」觀點 ... 127 圖 4-5-5：AB 組 VOSI「條件」觀點 ... 127 圖 4-5-6：AB 組 VNOS「觀察和推論」觀點 ... 128 圖 4-5-7：AB 組 VOSI「資料和証據」觀點 ... 128
第壹章 緒論
本章旨在闡述本研究之動機與背景、目的與待答問題、名詞釋義，以及研究的範圍 及限制等。
第一節 研究動機與背景
當代的科學教育以培養全民科學素養，有效適應科技社會生活為教育目標（AAAS, 1989）。美國「國家研究委員會」在National Science Education Standards（NSES）中指出：
科學探究是各年紀各領域的科學學程中的重要部份，課程設計者和學程都必須確定課程 內容、教學策略和評量策略都能讓學生經由探究而了解科學，然後學生才能在反映科學 真實運作的情況下學習科學（NRC, 1996）。Hofstein 和 Lunetta（2004）在科學實驗教 學的回顧中，提及二十一世紀的科學學習應是讓學生能以真實的方法探索自然世界； Abd-El-Khalick 等（2004）及 Schwartz, Lederman 和 Crawford（2004）的研究也提出 科學學習宜以一個探究的途徑去幫助學生建構科學概念的理解力，或是建構發展有關科 學本質知識理解、科學探究觀以及發展學生的科學知識及技能的結果。在我國的科學教 育白皮書中亦指出：科學教育是經由科學性的探究活動使學生獲得相關知識與技能，養 成科學思考的習慣，依照科學方法從事探討與論證，運用科學知識與技能以解決問題， 進而形成對科學本質的認識，並建立科學精神（教育部, 2003, p. 6~7）。由上可知，現今 的科學教育指出學生進行科學學習時，應採用「科學探究」的方式。 而在科學探究方面，Abd-El-Khalick 等（2004）指出我們應該由哲學及認識觀等向 度觀看學生的探究活動，並設計探究科學的途徑促進學生的學習。Kreamer（2005）也 提出在學生的探究過程中，教師的教學及所建立的鷹架，與學生科學探究觀有關，學生 會因此對科學探究的過程產生不同的想法。因此在學生的科學學習上，教師應進行探究 學習的課程設計，並由科學認識觀、科學本質觀、科學探究觀等觀點加以了解學生探究
活動進行時真正的想法。然而有關科學探究的研究，國內學者主要單獨探討學生的科學 本質（王靜如、周金燕和蔡瑞芬, 2006; 黃俊偉, 2003; 鄭淑妃、劉聖忠和段曉林, 2005）、 學習動機（蔡執仲和段曉林, 2005）及概念改變（張萬居和黃萬居, 2005）的情形，較少 針對學生的科學探究觀、科學本質觀及科學認識觀三者共同進行之研究。此外，和科學 探究相關的研究對象，也大都集中在中小學學生上（例如：張萬居和黃萬居, 2005; 蔡執 仲和段曉林, 2005; 謝甫佩和洪振方, 2004）。而國外主要研究對象則為職前教師和小學 生（Lederman, Lederman, Kim & Ko, 2005）、高中生（Kreamer, 2005），對大學生在生 物探究學習的研究，則有Wallace, Tsoi, Calkin 和 Darley（2003）針對學生之概念知識 結構、學習信念和科學認識觀之研究，Schwartz（2007）針對基礎教育人員的科學本質 觀研究，和研究者欲進行之研究方向亦不同。因此，研究者希望同時透過「科學探究觀 工具（views of science inquiry, VOSI）」及「科學本質觀工具（views of nature of science questionnaire, VNOS）」（Lederman et al., 2005）的修正設計，來瞭解國內大一學生在 進行生物探究學習前後所呈現的科學探究觀及科學本質觀之觀點，並結合學生所持之科 學認識觀觀點，來瞭解不同科學認識觀學生，在科學探究觀和科學本質觀之轉變及探究 學習與科學本質觀、科學探究觀間之對照。
第二節 研究目的與問題
本研究的目的在探討學生在E-Learning學習平臺歷經生物探究學習前後所呈現的科 學本質觀及科學探究觀，進而討論不同認識觀學生所呈現之科學本質觀、科學探究觀， 以及探究學習和科學本質觀、科學探究觀間之對照。 為達到上述之目的，本研究的待答問題如下： 一、大一學生在生物探究學習前後所呈現的科學本質觀為何? 二、持不同認識觀的大一學生在生物探究學習前後科學本質觀為何? 三、大一學生在生物探究學習前後所呈現的科學探究觀為何?四、持有不同認識觀的大一學生在生物探究學習前後科學探究觀為何? 五、大一學生在生物探究學習、科學本質觀、科學探究觀各觀點間之表現為何?
第三節 名詞解釋
一、 大一學生 本研究所指之大一學生為台灣中部某大學屬理工科系九十五學年度一年級修習普 通生物課程之學生，研究對象共 41 人，包含男生 16 人、女生 25 人，這些學生在高中 時大部分為自然類組的學生。 二、 生物探究學習 本研究所指之生物探究學習為學生於普通生物課程外之課餘時間，依據研究群所設 計的探究主題（小小生態系、神奇的水中微生物、種子與發芽、水果發霉了等）自行設 計探究活動，進行生物相關探究學習，包括閱讀文獻、發現問題、設計探究活動、收集 資料與分析、歸納發表、應用與回顧之過程。在本研究中，研究者所設計的「小小生態 系」主題，期望學生在歷經探究學習後，經由科學本質觀及科學探究觀點的融入，達到 學生對科學本質觀點及科學探究觀點的學習。 三、 科學本質觀本研究所指的科學本質觀為經由「科學本質觀工具（views of nature of science questionnaire, VNOS）」（Lederman et al., 2005）所測得之學生對科學本質的觀點。在這 個工具中，包含了五個科學本質觀點，分別敘述於下：
(一) 經驗性（empirical, Em）
(二) 暫時性（tentative, Te）
科學理論是暫時的，新的證據可能會推翻舊的理論。 (三) 主觀性（subjective, Su）
在科學研究上，科學家所選用的方法會受以前的經驗、個人想法及所屬的科學社群 之影響，因此科學知識並非絕對客觀的。
(四) 觀察和推論（observation and inference, Oi） 科學知識的產生是一個由觀察到推論的過程。 (五) 創造力和想像力（creative and imaginative, Ci）
科學知識的形成包含了創造力和想像力。
四、 科學探究觀
本研究所指的科學探究觀為經由「科學探究觀工具（views of science inquiry, VOSI）」 （Lederman et al., 2005）所測得之學生對科學家進行科學探究過程所持有的觀點。在這 個工具中，包含了三個觀點，分別敘述如下：
(一) 對於科學家進行工作所持的科學方法觀點（the scientific method） 此觀點又分成兩個部分來探討： (1)科學方法-研究方式（Sd1） 科學家是如何去進行研究活動，所採用的步驟，所進行的實驗，及所提出的結果所 持的觀點，在當代科學觀點中認為，科學研究的進行並非只有一種方法，科學家會 採用多樣化方式進行研究。 (2)科學方法-觀察歸納（Sd2） 在當代科學觀點中認為，科學家會採用觀察歸納…等不同之新奇方式進行研究，亦 為科學及實驗。 (二) 對於科學家進行科學研究時，不同條件情況所造成影響的看法（views of
experiments, Ve）
在研究過程中，科學家會面臨不同環境、不同實驗步驟、不同工作夥伴等不同的條 件情況，探討這些條件情況對研究結果所造成之影響的看法。
(三) 對於資料和證據間對照的支持說明（data and evidence, De）
科學家進行研究中，資料和其提出見解所持證據間有何對照，對此對照所呈現之看 法。
五、 科學認識觀
本研究所指的科學認識觀為研究團隊夥伴經由「科學認識觀工具（scientific
epistemological views, SEVs）」 （Tsai & Liu, 2005）所測得之結果，將學生對科學的認 識分成了三種，分別是實證觀(empiricist-aligned view, E)、混合觀(mixed view, M) 與建構觀(constructivist view, C)，並且還歸納出五個向度，分別敘述如下：
(一) 科學的發明與創造的本質（invented and creative nature of science, IC）
建構主義觀點認為科學真理是人類所創造出來的而非被發現的，且人類的想像力與 創造力對科學知識的發展來說是重要的；而實證論觀點則認為科學真理是本來就存 在，經由人們發現而來的。
(二) 理論負載的科學探究（the theory-laden exploration, TL）
建構主義觀點認為科學家本身的假設、評估和研究可能會影響到他們所引導的科學 探究；而實證論觀點則認為科學知識是由對研究對象所有的觀察以及實驗步驟所取 得。
(三) 科學知識的變遷性及暫時性（the changing and tentative feature of science knowledge, CT）
建構主義觀點認為科學知識總是不斷改變，而且是暫時性的；而實證論觀點則認為 科學是自然界真理的產物。
(四) 社會磋商的角色（the role of social negotiation, SN）
建構主義觀點認為科學的發展是仰賴於科學家之間的溝通與磋商；而實證論觀點則 認為科學是個人做探究的過程，主要仰賴於個人的成就。
(五) 文化衝擊的影響（the cultural impacts, CU）
建構主義觀點認為科學知識的發展是仰賴於文化的本質上；而傳統的科學教學通常 把科學當作是來自西方的產物，而且忽略了在不同文化中有不同的了解方法。
第四節 研究範圍與限制
本研究為質性研究，研究對象為便利取樣的一個班級學生，研究者盡可能收集有關 研究對象的相關資料以作分析，因此，本研究之分析結果聚焦於歸納分析研究對象在研 究者所設計的探究歷程學習前後所呈現之科學本質觀、科學探究觀及科學認識觀之特 徵，故僅供相關研究作為參考而不宜做廣泛推論。第貳章 文獻探討
欲瞭解學生在科學探究中的科學本質觀及科學探究觀，必須先瞭解科學探究學習之 發展及相關研究，因此本章旨在探討探究式學習、科學本質觀及科學認識觀的相關理論 和實徵性研究，以作為研究的依據。本章分為四節：第一節為探究式學習，第二節為科 學本質觀點的理論與相關研究，第三節為科學認識觀的相關研究，第四節為探究學習與 各觀點間相互對照之研究。第一節 探究式學習
一、探究學習之演變及重要性 在西元1900年前，大多數的教育學者將科學視為知識的整體，學生經由直接的教學 來學習科學知識。到了1950和1960年代，以探究作為科學學習的方法開始逐漸取代傳統 的教學。SAPA、ESS、SCIS這三個由美國國家科學基金會所支持的小學科學課程，都 很成功的發展且強調科學探究的本質，此時所提倡的探究學習，主要在於強調讓學生能 夠透過實驗去培養科學過程技能，希望學生在「動手做」之中去學習科學概念（洪振方, 2003）。然而，要讓學生學習每個科學理論時，均透過實驗的方式，教師勢必要花許多 的時間，因此，到後來礙於課程時間限制，教師們便傾向於食譜式的實驗教學；而在相 關科學教育研究上，此時也以方法論的量化研究為主，這樣的研究對於學生的學習和實 驗經驗間呈現出過分單純的對照，因此造成不當的控制、評量方法和教學目標不一致… 等缺點（Hofstein & Lunetta, 2004）。故在科學教師對食譜式實驗活動，提供明確地目的、 步驟及實驗結果之功效產生更多批評時，新的探究式教學策略在最近幾年逐漸成為科學 教育之主流。因此，如何讓學生在科學學習過程中建構出科學概念便是科學教育重新思 考之方向。自1990年後，國內外的科學教育研究由科學本質（王靜如、周金燕和蔡瑞芬, 2006; 林 陳涌, 1996; 鄭淑妃、劉聖忠和段曉林, 2005; Lederman et al., 2005; Pegg & Gummer, 2006; Schwartz, 2007）、概念建構（Lawson, 1995）、科學素養（劉宏文和張惠博, 2001）等 觀點，提供了當今中外科學教育界探究式教學推展的條件與基礎。此時，所提倡的探究， 和1950年代最大的不同在於著重學生對科學的理解以及藉探究的結果去獲得科學知識 （NRC, 2000）。科學教育學者們認為應該由哲學及認識觀等多種向度去看學生的探究活 動，才能了解學生是如何建構知識及進行學習，並設計探究科學的途徑去促進學生的學 習，故在此階段中，期望以探究學習的方式去幫助學生建構對科學概念的理解，或發展 有關科學本質知識、科學知識及技能（Abd-El-Khalick et al., 2004; Schwartz et al., 2004）。 也就是使學生的知識和真實情境相結合，著重於學生科學想法的呈現，而不單單在培養 學生的科學技能（NRC, 1996）。
在美國國家研究委員會（NRC）在1996出版的《國家科學課程標準》（the national science education standards）中，於探究方面比以往更強調探索（exploration）、解釋 （explanation）與交流（communication），且重視探究活動中的思考過程。因此，較多 強調有較長時間的調查研究活動、讓學生進行論證及科學解釋，進行瞭解科學內容知 識、發展理解能力的探究活動等（NRC, 1996, p.113）。
之後，美國國家研究委員會（NRC）又在2000年針對「探究」部分出版了《探究與 國家科學教育標準》（inquiry and the national science education standards），此與1996年 版本相較，1996年較強調每一階段科學課程中，學生應達到何種科學能力及科學理解， 但在2000年時則較著重於協助教師、專家和一些希望瞭解此標準的人去設計出可實行的 探究方案之資料，包含有關探究的背景、相關研究、有價值的科學教育學者之探究相關 文章的摘要、相關人士(老師、專家、家長等)的活動、提供相關資源的目錄資料等，有 具體而明確的操作型定義，以供教學者參考使用。而學習者也就可以透過教學者藉此設 計出之明確的探究鷹架，進行探究學習，並澄清自己的探究觀點。
在國內，游淑媚（2002）指出台灣目前的教育環境給與學生的多是脫離實際環境且 抽象用不到的知識，要使知識與學習情境結合，必須由學校提供機會，讓學生可以去經 歷像是科學家進行探究的真實探究環境。而黃鴻博（2000）亦提出科學探究活動讓學生 有機會由實際學習與生活過程中發現問題、收集資料、澄清問題、提出研究假設、設計 實驗（調查）、進行實驗（收集資料），進而解決問題，獲得結論並將成果展現出來，這 樣過程對學生而言是充滿教育的意義與價值。Tuan 亦於關於各國探究發展的報告中指 出台灣的科學教育改革中，新的課程標準強調學生應該發展探究和研究的能力，包括應 用「科學方法，像觀察、收集資料、對照、分類、整合、總結、判斷和推論去建構科學 概念…[和]獨立的思考和問題解決能力」，也就是，探究要能從精確的實驗室環境到較少 人為建造的環境中，例如每天生活所面臨的問題上（Abd-El-Khalick et al., 2004）。 綜合上述，可知探究式學習可以促進學生發展理解科學的能力，並透過實際情境之 經驗，使學生能夠真實體會，並建構出相關的知識。故研究者採用探究式學習做為學生 進行生物學習之方式，讓學生在真實的自然環境中去體驗、觀察，進而澄清科學本質、 科學探究等觀點。 二、探究學習之教學模式 Anderson（2002）指出，探究教學沒有明顯的操作型定義，因此不同的學者所提出 的探究教學模式也不太相同，而學生所進行之探究學習也就不同。下面分別介紹各種探 究教學模式。 1.探究層次 Herron（1971）將科學探究針依照教師是否提供學生研究問題、操作流程以及解答 這些部分之開放程度，區別成確認、結構性探究、引導性探究、開放性探究四個層級如， 表2-1-1 :
表2-1-1：Herron 所提出之探究層次（Herron, 1971） 探究層次 說明 Level 0 確認(verification) 教師給予學生問題、操作方法、操作步驟 以及答案，學生依步驟操作來驗証結果， 確認及理解定理。 Level 1 結構式探究(structured inquiry) 教師給予學生探究問題、操作流程及步 驟，學生步驟進行探究，即可得到原本未 知的結果。 Level 2 引導性探究(guided inquiry) 學生依教師提供之問題，自行設計操作流程或步驟，從中學得相關的科學知識。 Level 3 開放性探究(open inquiry) 學生針對與主題相關的問題進行探索，從 探究的問題的形成、探究流程的設計都由 學生自己設計或選擇。 後來，Hegarty-Hazel（1986）又加上了「實驗器具」，因此又將引導性探究部分細 分成兩個次層次，如下表2-1-2： 表2-1-2：Hegarty-Hazel 所提出之探究層次（Hegarty-Hazel, 1986） 探究層次 說明 Level 0 確認(verification) 教師給予學生問題、操作方法、操作 步驟以及答案，學生依步驟操作來驗 証結果，確認及理解定理。 Level 1 引導式探究(guided inquiry) 教師給予學生探究問題、操作流程及 步驟，學生步驟進行探究，即可得到 原本未知的結果。 Level 2a
開放引導式探究(open guided inquiry)
學 生 依 教 師 提 供 之 問 題 及 實 驗 器 具，自行設計操作流程或步驟，從中 學得相關的科學知識。
Level 2b
開放引導式探究(open guided inquiry)
學生依教師提供之問題，自行決定使 用之實驗器具，並設計操作流程或步 驟，從中學得相關的科學知識。 Level 3 開放式探究(open inquiry) 學生針對與主題相關的問題進行探 索，從探究的問題的形成、探究流程 的設計都由學生自己設計或選擇。 Staer，Goodrum 和 Hacking（1998）則將 Herron 和 Hegarty-Hazel 所提出的探究 層次加以比較，列出如下表2-1-3： 表2-1-3：探究活動中的開放層次（引自蔡執仲和段曉琳, 2005） 等級 問題 實驗器具 操作程序 解答 名稱 0 ˇ ˇ ˇ ˇ 確認 1 ˇ ˇ ˇ － 引導式 2a ˇ ˇ － － 開放引導式 2b ˇ － － － 開放引導式 3 － － － － 開放式
Windschitl（2003）則針對科學教育學者提出不同的探究層級，整理出如下表2-1-4 之「證實性探究（confirmation inquiry）」、「結構性探究（structured inquiry）」、「引導式 探究（guided inquiry）」和「開放或獨立探究（open or independent inquiry）」等四個探究 層次。 表2-1-4：Windschitl所提出之探究層次（Windschitl, 2003, p.114） 探究層級 開放程度 證實性探究 （confirmation inquiry） 最低 層級 「食譜式實驗」；學生跟著指定的步驟去進行的已知的科學原理。 結構性探究 （structured inquiry） 教師提供一個學生不知道答案的問 題，學生根據提供的步驟去完成探 究。 引導式探究 （guided inquiry） 教師呈現學生一個問題去研究，但是把解決問題的方式留給學生。 開放或獨立探究
（open or independent inquiry） 最高 層級 教師允許學生去發展他們自己的問題和設計自己的研究。
2.五E學習環教學模式 此模式由美國BSCS科學課程發展出來，其所包含的階段如下表2-1-5： 表2-1-5：五E學習環教學模式（BSCS, 2006, p.2) 階段 說明 投入(engagement) 引起學生的回應，從中發現學生對概念的認識與想法 探索(exploration) 提出探討的問題，引導學生藉由親手做的經驗去探究他們的想法。 解釋(explanation) 學生盡力分析探究活動資料，並鼓勵學生以自己的話解釋概念。 精緻化(elaboration) 鼓勵學生將學習之概念擴展，應用於其他的情境中。 評量(evaluation) 了解學生學習後對概念理解之情形。 3.創造性探究模式
由洪振方（2003）所提出之「創造性探究模式（creative inquiry model, CIM）」， 共包含「四成分六加二階段」，如下表2-1-6及圖2-1-1：
表2-1-6：創造性探究模式（洪振方, 2003） 成分 階段說明 探索成分 (1)「形成問題與假說」：從事觀察並使用先前的探究結果及 理論產生有效的問題、發展假說、進而做預測。 (2)「設計研究和產生數據」：下操作型定義和控制變因、選 擇適當的方法、進行實驗或調查研究、及蒐集數據。 解釋成分 (1)「詮釋數據」：處理和分析數據、辨識型態、和做推論。 (2)「建立論證」：連結實驗結果到假說或理論架構以建立 解釋、做新的預測、以及形成通則。 交流成分 (1)「說服」：說服同儕社群接受探究發現的效度與重要性。 (2)「辯護」：用批判的方法做判斷、經由比較來評價、以及 為知識主張做辯護。 評價成分 (1)時時評價「探索」、「解釋」、及「交流」等工作及計 畫之可行性。 (2)回顧與評估在「探索」、「解釋」、「交流」、及「評 價」過程中學到什麼及如何習得。 圖2-1-1：CIM的循環模式（引自洪振方, 2003） 4.NRC探究學習的五個共同階段 NRC（2000）則提出了科學探究學習的五個共同階段，如下表2-1-7： 表2-1-7：探究式學習的五個共同階段（NRC, 2000, p. 35） 階段 說明 階段一 學生接觸科學問題、事件或現象。連結他們已知的並去製 造不一致的想法，以刺激他們學習更多。 階段二 學生藉由親手做的經驗去探究他們的想法，形成假說並進 行試驗，解決問題和對他們觀察到的提出解釋。 階段三 學生分析並解釋資料，綜合他們的想法，建立模式，並與 老師或其他科學知識的來源說明他們的概念和解釋。 階段四 學生擴展他們新的理解和能力，並在新的情境應用他們已 經學習到的。 階段五 學生及老師去回顧並評量他們已經學習到的，以及是如何 學習到的。
綜合上述，探究學習的進行方式是多元的。不同開放層級的探究活動能提供學生不 同的學習，愈開放式的探究，學生愈能發揮其自主性。因此研究者欲了解不同學生在探 究活動前後所呈現的科學本質觀及科學探究觀，故採開放式探究層次，讓學生能自主進 行探究活動。此外，對照NRC（2000）所提出的探究學習五階段和五E學習環理論是相 呼應的，在相關文獻探討中（洪文東、楊志強、顏志民和黃毓琪, 2006; 盧秀琴和黃麗燕, 2007; BSCS, 2006; Musheno & Lawson, 1999）亦可知五E學習環的探究模式較廣泛的被使 用，且對學生的科學學習有所助益，故在本研究中，研究者採用五E學習環之探究模式 進行生物探究學習主題之設計，讓學生依五階段之內涵進行生物探究之學習，且在真實 情境中進行探究活動，並提供學生適合的學習鷹架，使科學探究更有效的被運用，而學 生也能達到有意義之學習。 三、網路探究學習 隨著科技的發展，網際網路在教育上的應用逐漸被重視。學習者可以透過網路連 結，突破時空限制和地域障礙，共同參與學習活動及互動溝通討論，共同分享彼此的經 驗與知識，以達成資源共享、資訊共通、知識交換與經驗交流等過程，形成所謂的「網 路學習社群」(web-based learning community)，因此，網路探究學習因應而生。研究者將 國內外網路學習的相關研究加以整理，如下表2-1-8。
由表中可知，網路探究學習主要針對中小學學生（江火明和陳斐卿, 2004; 李佩倫和 王國華, 2006; 李錦坤、佘曉清和張格瑜, 2006; 梁志平和佘曉清, 2006; 許瑛玿和廖桂菁, 2002; 鄭惠蘭, 2004; 謝文仁和許銘津, 2002; Buckley, 2000）為主，只有少部分是針對教 師（王佳如, 2002; 楊子瑩、王國華和余安順, 2006）及大學生（王子華, 2001; Peat, Taylor & Femandez, 2002; Arbaugh, 2001）。而在網路探究學習之研究結果中，可知網路化的探 究學習模式具有增加學生的探究能力（王佳如, 2002; 江火明和陳斐卿, 2004; 鄭惠蘭, 2004）、促進學生概念學習（李佩倫和王國華, 2006; 李錦坤、佘曉清和張格瑜, 2006; 梁
志平和佘曉清, 2006; 許瑛玿和廖桂菁, 2002; 楊子瑩、王國華和余安順, 2006; 謝文仁和 許銘津, 2002; Buckley, 2000）、提升學習效益（王子華, 2001; Peat, Taylor & Femandez, 2002）等正面功能。 表2-1-8：網路學習相關研究 研究者 研究名稱 研究對象 研究結果 楊子瑩、王國 華 和 余 安 順 （2006） 科學教師試行資料融入探究教 學與學生成效之研究 4 位國中 自然與 科技課程的個案 教師 資訊融入探究教學的方式有助於 學生的探究學習，有學習成就上 有顯著差異。 李錦坤、佘曉 清 和 張 格 瑜 （2006） 網路化科學學習對燃燒概念改 變與推理能力提昇之影響 國小六年級學生 62人 結合推理之網路化情境雙重情境 學習模式能有效減少學生的另有 概念，使學生建構正確的科學概 念。 梁志平和佘曉 清（2006） 建構主義式的網路科學學習對 國中生力的概念學習之研究 國中一、二年級 270名學生 使用建構主義式的網路科學學習 模式，確實可以讓學生學習得很 好，而且學習保留也有不錯的效 果。 李佩倫和王國 華（2006） 探討國小五年級生對於利用網 路資源進行科學探究教學之態 度 國小五年級學生 網路探究教學能使知識呈現更清 楚，促進學生知識與能力的學習 江火明和陳斐 卿（2004） Lain大氣學園：歷程檔案導向 的探究學習園地 中學生 透過的網路探究歷程活動，發現 透過投入、想像與調準的相互作 用，改變了網路學習社群的參與 能力、協商的能力，以及隨之而 來的探究能力。學生作品可見 http://lain.atm.ncu.edu.tw/ 鄭惠蘭（2004） 運用WebQuest網路教學模式進 行主題探究實驗活動之行動研 究~以國一生物教學為例 國一學生一班36 人 網路探究學習可以提升學生的探 究能 力，使學生 也學會主題 探 究、主題報告撰寫、展示與發表、 主題相關的知識等能力。 許瑛玿和廖桂 菁（2002） 情境式網路輔助學習環境之研 發與實踐 高中二年級第一 類組選修地球科 學之學生110人 透過網路學習環境，學生在地球 科學概念學習得分有顯著進步， 而且學生也都認為以生活為議題 的情境，能提高其在熟悉的情境 脈絡中的學習動機及幫助其整合 新舊知識。 王佳如（2002） 探究活動在網路上實施之可行 性研究 13名高雄縣市教 師 網路探究之歷程檔案記錄之分 析，發現網路探究學習可以增進 教師對探究活動之瞭解，增加與 學生進行探究活動之興趣及能 力。 謝文仁和許銘 津（2002） 網路輔助主題式學習對國小學 生之影響－以水生植物為例。 國小四年級學生 一班 網路輔助主題式學習活動對學生 的學習有正面的助益，尤其是對 低成就的學生，可幫助其建立自 信心。 王子華（2001） 網際網路教學環境之後設認知 策略設計對於大學學生學習效 益之影響。 生物系大一學生 33人 透過網路系統能夠提高學生的學 習效益，對學生的學習形態和學 習歷程改變具有正面的影響。 (接下頁)
(續上頁) 研究者 研究名稱 研究對象 研究結果 Peat, Taylor 和 Fernandez （2002） 由生物課程教學中之資訊科技 激發學習能力：我們從哪來和 將到哪裏去?（From informational technology in biology teaching to inspirational technology: Where have we come from and where are we going?） 大學生物課程 建議使用科技加強課程的存取與 提升學習結果，和使用多樣化的 學習資源，以幫助發展有效解決 問題 的能力，及 增加其批判 思 考、自我評量的能力。 Arbaugh （2001） 在網路課程中立即行為的指導 如何影響學生的興趣和學習 （How instructor immediacy behaviors affect student satisfaction and learning in web-based courses） 美國應用網路之 大學MBA課程 發現網路化學習中適當的立即行 為，會讓學生產生正向的聯結。 Buckley （2000） 生物模組學習和多媒體應用的 交互作用（Interactive
multimedia and model-based learning in biology） 美國九年級學生 應用生物模組和多媒體進行「循 環系統」，在其網路教材上有心 臟、 動脈和心搏 的實況錄影 影 片，每個學生與老師在家皆有電 腦可使用，研究結果發現學生對 循環系統的知識有增加。 此外，網路化學習還能記錄學生完整的學習歷程（王佳如, 2002; 江火明和陳斐卿, 2004; 鄭惠蘭, 2004），並且可以解決時空問題，讓學生可以不受課堂的時間限制，自行 選擇合適的時間進行學習（Arbaugh, 2001; Buckley, 2000），使學習由「以教師為中心」 轉為「以學生為中心」。因此針對上述討論，研究者針對大一學生進行研究，並讓學生 利用學校提供的E-Learning網路學習平臺進行探究學習。 四、科學探究觀點的理論與相關研究 科學探究觀著重的是對於科學家進行科學研究的過程所持有的想法（Kreamer, 2005; Lederman, 2005）。其探討的向度包含三個部分： 一、 對於科學家進行工作所持的觀點 對於科學家是如何去進行研究活動，所採用的步驟，所進行的實驗，及所提出的結 果所持的觀點。 二、 對於科學家進行科學研究時，不同條件情況所造成影響的看法
在研究過程中，科學家會面臨不同環境、不同實驗步驟、不同工作夥伴等不同的條 件情況，探討這些條件情況對研究結果所造成之影響的看法。 三、 對於資料和證據間對照的看法 科學家進行研究所得到資料和其提出見解所持證據間有何對照，對此對照所呈現之 看法。 科學探究觀的相關研究結果顯示，提供教師及學生良好的科學探究學習歷程，可以 增進教師及學生對科學探究的理解，並在科學探究觀呈現出較符合科學家之想法 （Lederman, 2005; Schwartz, et al., 2004）。科學探究觀的相關研究中亦同時探討科學本 質觀，研究結果顯示學生對科學本質的看法會影響其科學學習的成果，正確了解科學本 質，可促進學生對科學概念的理解，提高學習科學的興趣，進而增進對科學的了解。而 在Kreamer（2005）的研究中也提及教師提供明確的探究學習鷹架可以促進學生去澄清 自己的探究觀點。 然而，在國內沒有相關研究探討學生的科學探究觀，因此，本研究希望透過學生在 E-Learning學習平臺進行生物探究網路學習時，將自己視為像科學家般在從事研究活 動，營造一個類似科學家工作的環境；並透過學習平臺提供學生生物探究學習的鷹架， 讓學生有機會主動建構自己想法。然後，再探討探究學習歷程中學生所呈現的科學探究 觀為何，並且與探究學習設計加以結合討論，以期能提供學生更適切的探究學習設計。
第二節 科學本質觀點的理論與相關研究
一、科學本質觀的理論依據 每個時代的科學教育因不同的科學哲學引導而有不同的科學教育目標，近年來培養 學生發展對科學本質的瞭解，已成為科學教育界一致認同的重要目標之一（王靜如, 2001）。美國科學促進會（AAAS）將了解科學的本質列為有科學素養公民的重要特徵，並呼籲科學教育學者及教師應注重培養學生對科學本質的了解。而我國九年一貫課程標 準中，也提及培養科學素養之內涵之一就是科學本質（教育部, 2000）。因此，如何提升 學生在科學學習中之科學本質觀，便是當今科學教育努力之目標。 科學哲學觀點，一直隨時代而改變，有時一個時代存在多個觀點（翁秀玉和段曉林, 1997）。而這些不同之觀點，如實證主義（positivism）以經驗主義為基礎，認為經由客 觀的觀察，將觀察的資料分析比較後，便可以歸納出科學的理論或知識，因此科學知識 代表的就是絕對的「真理」（truth）；而Popper（1959）的否證論（falsifiability）認為科 學理論的發展源自問題，理論形成之後經過觀察、驗證、否證後再產生新的問題，所以 Popper 認為所有的觀察都是以理論為基礎，沒有不帶有理論的純粹觀察（王靜如, 2001）。Kuhn則認為科學知識的獲得是科學家根據現有的理論來建構科學知識，並強調 科學知識是暫時性的，受社會因素、科學家的心理因素、科學社群的集體信念等影響， 它會不斷地被修正和推翻，因此科學方法非單一固定的（王靜如, 2001）。根據科學哲學 觀的歷史演進，可歸納如下圖2-2-1： 圖2-2-1：科學哲學觀點的分類（引自郭重吉, 1992）
為了更進一步了解傳統邏輯實證／經驗主義、否證主義和當代科學歷史主義的科學 哲學家對科學本質的不同觀點，研究者參考丁嘉琦（1999）、翁秀玉和段曉琳（1997） 將其列表如下： 表2-2-1：科學哲學各派別對科學本質的觀點 派 別 科學本質 範 疇 邏輯實證／經驗主義 否證主義 科學歷史主義 科學是什麼 認 為科學是 要 發現絕 對的真理，並且所發現 的科學 知識 不會受社 會、經濟、歷史等因素 影響而改變。 認為科學是提出逼 近真理的理論只。 科學與社會是相互 影響的。 認為科學是為了找出 更 多 符 合 理 論 的 事 實，使其成為典範。 科學與社會是相互影 響的 科學知識 認 為科學知識 來自感官經驗的事實，相當客 觀，是不變的真理。 認為科學知識是發 現問題後，所提出 的嘗試性解答，必 須經由不斷的否證 而進化。 認為科學知識是暫時 性的，會因為「異例」 而導致危機，引發科 學革命。 科學方法 認為 歸 納法 是形成 知識理論的基本方法。 認 為 透 過 假 設 - 演譯法加以檢測（否 證）理論。 認為科學無固定的方 法，由當代典範與科 學社群共同決定。 科學理論 經 觀 察、歸 納 得到結 果，進而歸納出(發現) 一般法則。而觀察便是 形成理論的基礎。 運用想像力與創造 力解釋所觀察到的 現象。因此，觀察 是為了印證觀察者 心中揣測 經由社群的認同來解 釋所觀察到的現象。 因此觀察是理論負載 的。 科學定律 科學 定律直接發現 於自然界，是已經被証實 的理論。 科學定律為了解釋 自 然 界 而 被 發 現 的，因此是解釋自 然界的最佳方式。 科學定律被發明後經 由科學社群認同而成 為解釋自然界的最佳 方式。 科學家的角色 科學 家是絕 對客觀中立，不斷地發現已存在 的真理。 科 學 家 不 停 地 懷 疑、批判，使理論 可以逼近真理。 科學家信服典範，依 典範發明理論、解決 問題。 然而，雖然同處於當代科學哲學觀點下，大家對科學本質之範疇與內涵還是有不同 之詮釋，綜合國內外之文獻，將其整理如下表2-2-2：
表2-2-2：各年代研究者及機構所提出科學本質的內涵及範疇重要觀點整理表 研究者、機構(年代) 科學本質範疇及內涵之重要觀點 林陳涌(1996) 分為科學方法的本質、科學知識的本質與科學事業的本質三部分。 翁秀玉(1997) 1.科學知識本質 (1)實證性 (2)暫時性與動態性 (3)可複製性 2.科學探究過程 (1)科學研究題材 (2)形成假設 (3)解決問題 (4)減少誤差 (5)公開性 3.科學與生活 (1)科學與社會息息相關 九 年 一 貫 課 程 綱 要 (2003) 八大素養之第三大素養，及科學的發展和科學倫理兩個次主題。 Rubba 和 Andersen (1987) 科學知識本質模式以六個概念表示： 1.非道德的 2.創造性的 3.發展的 4.簡言的 5.可測試的 6.統整的 Collett 和 Chiapetta (1994) 1.科學是探究自然界的「思考」方式。 2.科學是一種「探究」的方式。 3.科學是知識的集合體。 AAAS (1989)
1.科學世界觀（scientific world view） (1)自然界是可理解的。 (2)科學知識並非絕對的真理，是可改變的。 (3)科學知識並非很容易就可推翻。 (4)科學並非萬靈丹能解決所有問題。 2.科學探究活動（scientific inquiry） (1)科學重視證據，藉由觀察及測量所獲得的證據來支持科學知識。 (2)科學是邏輯與想像的結合體。 (3)科學知識除了能說明自然界的現象也具有預測的功能。 (4)科學家會試著驗證理論與盡量避免誤差。 (5)既定的科學知識並不具有永久的權威地位，常態科學會影響科學的研 究方向，但必要時仍會產生革命。 3.科學事業（scientific enterprise） (1)科學是許多不同領域的集合。 (2)科學的事業由許多機構來進行，如大學、工業界、政府。 (3)各種領域的科學家在世界各地活動。 (4)科學活動是複雜的社會活動，外界的社會價值觀也可能影響研究方 向。 (5)科學界中既存一些公認的道德規範，如小心地保存、公開研究資料， 以供批評討論及複製研究，可促使科學的進步。 (6)從事科學研究必須考慮倫理的原則。 (7)科學家具有科學專業及公民的身份，科學家利用科學思考的特性來解 決公眾事物。 Osborne, Colins, Ratcliffe, Millar 和 Duschl (2003)
1.科學和必然性（science and certainty）
2.科學知識的歷史發展（historical development of scientific knowledge） 3.科學方法和批判的試驗（scientific method and critical testing） 4.資料的分析與詮釋（analysis and interpretation of data） 5.假設和預測（hypothesis and prediction）
6.科學想法的差異性（diversity of scientific thinking） 7.創造力（creativity）
8.科學和問題（science and questioning）
9.科學知識發展中的共同研究和合作（cooperation and collaboration in the development of scientific knowledge）
Lederman等(2005) 分為經驗性(empirical)、暫時性(tentative)、主觀性(subjective)、觀察和推論
綜合上述，科學本質觀之內涵因研究者、提出機構不同而有所差異。於本研究中， 研究者基於研究工具及設計而依據 Lederman 等（2005）所提之科學本質範疇及內涵， 界定本研究之科學本質觀。 二、科學本質之相關研究 科學本質觀之相關研究，Lederman（1992）依研究的主題將相關研究分成四個主題 討論：(一)評量學生的科學本質觀之研究；(二)提升學生科學本質觀的課程之發展、使 用與評量之研究；(三)評量教師科學本質觀與提升教師科學本質概念之研究；(四)確定 教師科學本質觀、班級實務與學生科學本質觀間的對照之研究。研究者針對這四項研究 將相關研究整理為表2-2-3，進行探討： 表2-2-3：科學本質相關研究 Lederman 主題分類 研究者 研究內容 研究對象 研究結果 (一) 莊嘉坤（1999） 不同科學認同程度的 國小學童對科學本質 與科學生涯的想法或 知覺 國小五、六年級 學生 學童們所持的科學意象，仍然 是零碎、不一致且呈現個人天 真的想法。 (一) Tsai（1998） 台灣國二學生之科學知識的信念 國二學生 大部分學生認為科學是「被發 現的」，而不是「被發明的」， 而且傾向於實證觀 （empiricism）的學生，會以背 誦方式（rote-like）做為學習科 學的主要策略。 (一) 林陳涌 (1995) 經由量表進行學生科 學本質觀之評量 台北地區高中生 發現學生對科學的概念仍停留 在邏輯實證與經驗主義的觀點 上。 (一)(四) Abd-El-Khalick 和 Lederman （2000） 科學史課程對學生科 學本質觀影響之研究 大學生 在研究開始時，研究對象幾乎 都具有數個不適當的科學本質 觀點；而在課程結束後，研究 對象觀點很少有顯著的改變。 (二)(四) 翁秀玉和段曉琳（1997） 學生在進行實驗之 前，根據自己的想法 及小組討論後提出假 設 國小六年級學生 使學生更了解科學探究活動的 真實面貌，他們由此學習活動 中了解到科學活動並非盲目的 試驗，而是心中的想法指引著 實驗的方向。 (二) 巫俊明 (1997) 於物理課程中加入科 學史事例，進行融入 科學史的教學 五專二年級學生 在五專慣用的物理課程中加入 科學史事例，可以顯著增進學 生對科學本質的理解 (接下頁)
(續上頁) Lederman 主題分類 研究者 研究內容 研究對象 研究結果 (二) 楊秀停和王國華（2007） 引導式探究教學對國 小學童學習成效之影 響 一名國小自然科 教師 教師明確及適時的引導，能夠 促進學生知識的學習、能力的 表現及態度的培養。 (二)(四) Solomon, Duveen, Scot 和 McCarthy （1992） 科學史融入教學 中學生 將科學史融入教學中能增進學 生對科學本質的瞭解。 (二)(三) (四) Lederman （1986） 使用NSKS問卷及觀 察班級教學質性分析 方法 18 位 高 中生物 教師與學生 發現教師採用探究教學時，班 級氣氛是愉悅的，而課程中師 生頻繁的互動較能改變學生的 科學本質概念，進而促進學生 的科學學習。 (二)(三) (四) Lederman 等 （2005） 五年研究計畫 科學教師 教師經由實際以科學本質為導 向的課程設計學習，以及和其 他教師的討論、分享，可以提 升教師對於科學本質的了解， 進而提升他們的學生之科學本 質觀點 (三) 鄭淑妃、劉聖 忠和段曉林 （2005） 教師教學與科學本質 觀間之關系 一名國小自然科 教師 現職教師在教學實務中不一定 會反映出他所持有的科學本質 觀。個人教學目標的限制、現 有教材的限制、教師本身的信 心不足、教學時間的限制等因 素會限制教師傳達其科學本質 觀。 (三)(四) 王靜如（2001） 建構國小教師對科學 本質概念的瞭解，並 且探討教師如何轉換 科學本質於教學實務 中 兩名國小教師 教師教學思維潛在的科學觀與 教學實務間有一致性對照。 (三) 許良榮和柯玉婷（2001） 教師對科學本質之理 解及其對科學本質的 教學態度 台中地區國小職 前與在職教師 教師對科學本質的理解度會影 響其對科學本質教學之看法， 即科學本質理解程度高的教師 認為科學本質對學生是重要 的，而科學本質理解程度低的 教師則傾向於認為科學本質對 學生不重要。 (三)(四) Trumbulla, Scaranob 和 Bonney （2006） 教師教學個案研究 兩名個案教師 教學實踐和其所持之信仰、科 學本質概念有關，並且會強烈 影響其學生進行獨立探究計畫 的方式及成就。 (三) Abell 和 Smith（1994） 調查職前教師所持之 科學觀 140 位 國小 職 前 教師 職前教師普遍持有實在論與實 證論之科學觀，忽視科學教學 的社會性與創造性的層面。 綜合上述，在學生的科學本質觀評量方面，可以發現多數學生對科學本質不甚了解 （莊嘉坤, 1999; Abd-El-Khalick & Lederman, 2000）、偏向實證觀點（林陳涌, 1995; Tasi,
1998），而許良榮和李田英（1995）也指出我國科學教育強調科學知識的學習，卻 忽略了科學知識產生的過程，因此導致學生對科學產生不正確而單純化的現象。因 此許多提升學生科學本質觀點的課程研究因應而生，在 Abd-El-Khalick, Bell 和 Lederman（1998）的研究中指出採用內隱取向的學習方式是較無效的，明確以科學史、 哲以及與科學本質觀點的各種方面一致的方式教學較能增進對科學本質的認識。同時， 教師本身對科學本質的理解，也會影響他們的教學實務，進而影響學生的學習（王靜如, 2001; 許良榮和柯玉婷, 2001; 鄭淑妃、劉聖忠和段曉林, 2005; Trumbulla, Scaranob & Bonney, 2006）。而在學生與課程部分仍是許多研究者（巫俊明, 1997; 翁秀玉和段曉琳, 1997; 楊秀停和王國華, 2007; Abd-El-Khalick & Lederman, 2000; Solomon, Duveen, Scot & McCarthy, 1992）相當關心的部分，但研究對象以中小學生為主（翁秀玉和段曉琳, 1997; 楊秀停和王國華, 2007; Solomon, Duveen, Scot & McCarthy, 1992），而且研究大都結合科 學史做科學本質之研究（巫俊明, 1997; Abd-El-Khalick & Lederman, 2000; Solomon, Duveen, Scot & McCarthy, 1992），結合探究課程部分較少，因此，研究者希望透過科學 本質與探究學習之結合，來了解大一學生探究學習前後之科學本質觀點。
第三節 科學認識觀的相關研究
科學認識觀，主要探討科學知識的特性及科學知識發展過程之看法。從1990年開 始，研究發現學生的動機、認識觀信念、各種社會因素等都會影響學生的學習過程。Tsai （1998）認為科學認識觀影響學生學習的方針，且科學認識觀是概念上重要的特徵。而 Hofer 和 Pintrich（1997）也發現所持之認識觀觀點和個人對於知識的本質、認知的本 質及過程的概念有關。因此，在學生的學習過程中，其所持之科學認識觀點會影響其學 習情況，而我們在探討學生的探究學習時，學生所持的科學認識觀便是一個不容忽略的 部分。 當代的科學認識觀強調科學知識是暫時性的（tentative）、具有時代意義的（historic）、且因情境而變動的（contextual），並且將科學視為人類許多求知過程中的一 種（Abd-El-Khalick & Lederman, 2000）。Tsai 和 Liu（2005）也提出當代的科學認識觀 在於強調科學知識中暫時性的歷史與人文特色，這些知識主要是企圖去把科學議題、主 張和社會與文化的實踐做連結，認識觀點可引導學生去獲得科學知識。因此，科學認識 觀和學習及教學都有很深的對照。許多研究致力於發展評量學生科學認識觀之工具，並 發現學生所持的科學認識觀會影響學生科學知識的獲得，也可做為引導學生學習科學的 方針（Lederman, 1992; Tsai, 1998）。因此，當學生了解科學知識是基於科學家共同討論 決定之的典範、證據及磋商愈多時，則在學習科學時愈可能使用有意義的學習策略並且 有更好的科學態度，很明顯的，科學認識觀是教育者預測學生學習及準備科學教學的重 要指標（黃珮玉和劉嘉茹, 2005）。 針對科學認識觀的所進行的研究，研究者將其整理如下表2-4-1。由表中可知學生所 持的科學認識觀會影響其學習情形（吳佳蓮和吳心楷, 2006; 黃珮玉和劉嘉茹, 2005; 溫 媺純、林宜汶和楊景成, 2005; 蔡執仲、段曉林和林珮君, 2006; Havdala & Ashkenazi, 2007; Sadler, Chamber & Zeidler, 2004; Wallace, Tsoi, Calkin & Darley, 2003），而不同領域的學 生其所呈現的科學認識觀也不同（溫媺純、林宜汶和楊景成, 2005; 劉湘瑤、李麗菁和蔡 今中, 2007; Tasi & Liu, 2005; Wen & Lin, 2007）。而研究對象以中學生（黃珮玉和劉嘉茹, 2005; 溫媺純、林宜汶和楊景成, 2005; 蔡執仲、段曉林和林珮君, 2006; Tasi & Liu, 2005; Sadler, Chamber & Zeidler, 2004）為多。因此，在本研究中以大一學生為對象，選擇較 具代表性之個案，探討其所持科學認識觀和生物探究學習情況、科學本質觀點轉變及科 學探究轉變間之關連。
表2-3-1 科學認識觀相關研究 研究者 研究名稱 研究對象 研究結果 Wen 和 Lin (2007) 主修生物、化學和物理的學 生之一般領域和特殊領域科 學認識觀信念 (Domain-general and domain-specific science epistemological beliefs of science students of biology, chemistry, and physics majors)
429名大三 科學主修學 生 顯示性別、主修和以前的科學經驗影 響他們在一般領域和特殊領域的科學 認識觀信念。 Havdala 和 Ashkenazi (2007) 理論和經驗的協調：認識觀 理論對學生實驗室經驗的影 響
Coordination of theory and evidence: effect of
epistemological theories on students’ laboratory practice
3個持不同 認識觀點的 個案學生 學生從不同的觀點看待科學，也採取 不同的方法關於在實驗室中理論和實 驗經驗的協調。 蔡執仲、段曉林 和林珮君 (2006) 中學生的科學知識觀與探究 能力相關性之研究 7~10年級學 生936人 中學生對於科學知識的觀點受到科學 本質中的「暫時性」影響最大，其次 則為「創造性」以及「規範性」，而對 於科學本質中的「應用性」方面，其 影響最小；而「過程技能」主要是以 「規範性」的影響最大，另外在「後 設認知能力」方面則以「暫時性」的 影響最大 吳佳蓮和吳心楷 (2006) 科學探究活動中國小五年級 學童科學解釋能力及實務認 識論之研究 69名國小五 年級學生 在學生的實務認識論方面，二十三位 焦點學生中，只有九位學生所持有的 實務認識論為實證主義的認識論，其 他學生的實務認識論皆是同時混合實 證與建構主義的認識論。在科學解釋 能力與認識論的對照方面，學生的實 務認識論若為混合認識論則指出變數 間的對照、產生解釋的推理過程的能 力和提出證據支持主張的進步較實證 主義觀點的學生為大。另外，根據教 室活動的分析發現學生指出變數間的 對照、產生解釋的推理過程和提出證 據支持主張的能力和他們所呈現的實 務認識論有相關性。 Tsai (2006) 教師的科學認識觀與他的教 學以及學生觀點之間的關連 性 四十位以上 的科學教 師。 相關的科學認識觀呈現實証論排列的 那些教師傾向於在考試過程中注重學 生的得分，並且在採講述式教學法， 花較多的教育時間在個別問題練習或 課堂考試、包含一個較被動或背誦的 科學學習。 相反地，科學認識觀呈現 建構觀的教師則傾向於學生對科學概 念的理解和應用，花較多時間在探究 活動及相互討論上。 (接下頁)
(續上頁) 研究者 研究名稱 研究對象 研究結果 黃珮玉和劉嘉茹 (2005) 高一學生科學認識論信念與 概念改變對照之研究—以溶 解概念為例 35名高一學 生 研究對象之科學認識論信念傾向會影 響其概念改變過程。建構組傾向於發 生增加及調整的概念改變，經驗組在 增加、調整、重建三種概念改變的發 生次數則相差不大；建構組傾向於增 加性的概念改變，經驗組則傾向於概 念完全改變及增加性的概念改變，二 組都有發生雙重想法的建構。 劉湘瑤、李麗菁 和蔡今中(2007) 科學認識觀與社會性科學議 題抉擇判斷模式之相關性探 討 127位大學 一年級新生 非理工科學生在文化影響的科學本質 面向上得分顯著高於理工科學生。在 議題訊息選擇上偏好從技術層面等觀 點論述的學生，以及具有批判性思考 傾向者，在科學知識的暫時性認識觀 評量上得分較高，顯示認識信念影響 學生對議題處理的模式。 溫媺純、林宜汶 和楊景成(2005) 領域特殊性認識觀信念：以 高中階段為例 12位高中學 生 支持科學領域特殊性認識觀信念的存 在，學生能夠知覺每一個科學領域知 識之間的差異性，此外，研究結果也 揭示這些科學領域特殊性認識觀信念 與他們的科學學習之間的關聯性。 Tsai 和 Liu (2005) 評量學生科學認識觀的工具 之研發 613個高中 生。 不同性別的科學認識觀有顯著差異， 而且學生和教師的科學認識觀在不同 向度也有所差異。 Sadler, Chamber 和Zeidler (2004) 學生對社會性議題回答的科 學本質概念（Student conceptualizations of the nature of science in response to a socioscientific issue） 84名高中生 高中生在解釋和評估有關全球暖化議 題的衝突的科學證據時會受到科學認 識觀的影響 Wallace, Tsoi, Calkin和 Darley （2003） 非生物主修學生之探究式實 驗學習情形：探究經驗; 認識 觀和概念成長之詮釋研究。 （Learning from inquiry-based laboratories in nonmajor Biology: An interpretive study of the relationships among inquiry experience, epistemologies, and conceptual growth）
5位非生物 主修學生 建構觀學生比實證觀學生在做探究實 驗時增加較多有意義的概念理解。
