科學理論形成與精煉過程對科學學習的意涵

(1)

科學理論形成與精煉過程對科學學習的意涵

了憶中*

洪振方*

楊芳瑩**

*臨立撞撞師範大學科學教商研究所

**觀立臺灣師範大學

地球科學系

;車費

:本文主旨在於以 Toulmin( 1969) 的論讀樓式對 'ð海荒漠」程論的發展游行分析，並以分析結果擇討理論形成的論獲結構對科學學習的敢發。從分析 r 古海荒漠」理論形成的過程，我熱看到:在科學理論形成的盤續時攏，不同導業領域背殼的科學家對初始現象給予不罵的意義與詮轍。造成差異詮釋的主置在於，科學家們基於不同的背後支持建論，所引用的論據對現象所撞供的解讚便有既不得，如:如於石膏毒發布層的現象，提由地中海乾化聽說及雷恩慕於士也球物理學的角度提血鹽海f假設。在此濫異詮釋下，終可以形成的主悶在於'科學家們在被釷餾說的街突點上各車進行理論承錯的預測，再騷串鞭據來對斷何者鶴說的可解釋性較佳信:本文以的個向筆來現理論發展之分析: (1)骰說的形成; (2) 對立間的這整體; (3)種論承諾; (4) 理論的精煉。據訛，主告訴理論形成與精煉路程對習的意漏 o 關鍵字:科學瓷、科學當學、科學學習獨著科舉教商界對於連續主華麗的重重視，近年家科學教會的方向己還漸將雞構知諧的主體巨i 輔輯學生身上，以期讓學是有更多的時請與機會去師對問題與解決問題。科學學習的目標也說不再梅止於科學知識與科學概念的記憶，更在於強調科學探黨能力與問題解決能力的養成。然冊，如何讓星發生習得科舉探索的能力呢?要建成道個自穗，不單只在於首iI轉學生形式邏輯與擺理的能力，如何利用道些舊層次思考能力來解決時題。琴的揀宇平往誰是依揹於1爾境，有所對象、有所時智的關係'學生除了必須主動參與知識的磁槽外，更應該學習如何不斷與情境脈絡經臨互動來融進意義。思此，透混在科舉靖境中的認知晃習，將手亨勛於體生科學學習的成效書科學

2

史正攪{共學生拉一認知晃習的機會。多位學者〈許泉榮、李闖英，

1995

;洪聽

1997 ; Matthews

,

1994 ; Roach

&

Wander-see

,

1995) 的研究指出，科學史在科學教學中其儷許多的時龍，透過科學史融入教學，本僅能夠澄清學生的先前概念，支農高建立有效的科舉概急之外， r可詩能讓學生"見習"科學家的思考與揉驚問題的歷程，並藉血來激發學生批無思考的能力， 1品及 t曾濤對科學本質的認識。器而，本文嘗試分析科學史中科學瓏論形成與精煉的過程，來捧討科學家在科學擇索的過程中，如持有效地運用高層次思考能力，在發現閱題過程中如何輯對所讓邁的認知聲笑，以及在解被問題溫程中所面臨的思難等，期望聽直達拉分析研得的建議，

(2)

可以豐當科學學翠的意翰，並且提{共學生認知見習過程的參考與技思，藉以幫助教師的教與學生的學。壹、科學理論的形成與精陳:當代科學史、哲觀囑於科學理論的形成與精煉，科學哲學對科學發展的圖示提蝕了許多聽緒。 Popper (1968)於"猜想一反駁方法論 "(Methodology

of

Conjectures and Refutations)

，提到科學知識的

增畏是對現有理論的不斷鑽空主 (falsification)

,

機聽舊有理論前得到發展，如疆一所示。

P

₁

• TT

• EE

• P

₂ 、 Popper 的講慧、一…皮駿方法論 p ，是聽聽，個合觀察與嘿論、理論與理論之闊的矛盾。為了解決氓，就提仙試探性理論 T官司(tentatìve theory) 。試探性理論繁接檢驗，排除錯誤 EE(elimination

of

error) 。試探 ?生理論往往冉冉有好聽個，這就要通攝排除錯誤來做選擇，↑'旦理論將究要被證棋，被接偽之後，又攬生了新體題，壞就覺 p， 0 為了解決新聞驢，又提出 TT '又撞撞 E息，現新問題，依此攜環。男外，

Kuhn(

1970) 的科學發厲的理論則與 Popper 不悶，稱作「科 ~(Theory

of Scientific Revolutions)

,

前科學(總範式) (Nop訂adi敘說) 科學授論形成與精練過程對科學學習的意渴根據 Kuhn 與 Popper 的觀點，我們得短了科舉知識的暫時性、新的科學理論~\須具備更大的解釋力輿合理性等。然間，文獻上缺乏關於科學家在理論競爭搶程中如將謹行論證的動態過程與內誦。科學家如再對探究中的現象進行覺察輿論譚，要選而產生理論呢?在論聲蠢輯結構的研究上，

Toulmin(

1969) 擺出 rD-W

C

_J

的論誰模式，如聽三所示 Q D資料 (Data) 主沙 C 結論

(Conclusion)

」w

t) 8支持正重輩輩

(Theory backing)

圖三三、 0輛W-C 論證結構 (Toul給i泣，

1969)

在此一模式中 'D 表示從外在境集中所蒐集封的數接或資料 (Data)

,

W 搞{作宇攏論時的佐證依據摧論間f得導出的結論(何Co叩ncl芯凶si昀on的) 0 Toulmin 故 Llt 模式進一步指出 r 一脅論誨的有效欒，有很大的程度取決於誰接背後的支持理論 B(Theory

backing)

J 。由 Toulmin 的論觀模式可以了解，對問一現象造成差典語蟬的主慰，在齡不同體體背後支持理論的不悶，與其惡此院引用的論據、對現象的禮法也就有所不悶。，不足有如此的胡子，例如:熱學史中由於豎熱所持看法的不 (競爭與選擇) k 常規科學 (反常與，t續)、科學革命 ,r

(N

ormal science)

7 範王之重申才在)

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啦們範切祖視新 vA 常立， -FP 新建、

一一

令、 d

(3)

科學教育足刊第 2 益。湖中等民訟九十年六月鑫生不闊的兩大學派一熱質學與運動說(~東育瑛、洪振方， 199 發)等。西此本文嘗試試 Tou1min 日封擺出的論證模式，以科舉史 J 吉海荒漠"事件為對象，分析科學家們艷按理論形成過程所提出的論證。探討道些論證如悔的科學家各自理論背景不詢問手吉斯盡興，的體爭，以及科學家們如何解，終時在社群體鑫生共攏。

貳、"古j聳聽漠"介組

許靖華(1 993) 所擴寫之"十啪芒繡"一書，對於按理論的形成環境、初始 1時說形成的過程、不同鶴說闊的聲爭、理論形成後的轎練等皆有詳糊的敘述;拭此脅來作為本文之地球科學史分析的素材，士立在於Jlt理論的史科具備相當的完聲桂、理論的提出揖程曾引發科學家們極大的爭辯，並 ii Jlt理論告是近代地質事件中重大成說之一講。古海荒漠的探隆聲始較為檢棚板塊學說是否為真的深海鑽樣嚴次。區為隨著近代地質革命的發展，站槽發育的轉觀念已經為板塊構詣的新理論研暇代。由於地中誨在根據學說與地糟學說中均{占有一定的地位，所以地中海的深海鑽探研笠，對於澄清道挂~緝將會有些助益。 1970

年聯合海洋機構地球深部採集計劃(JOI-DES

,

Joint

Oce揖ngraphic

Institutions Deep

Earth

Sampling ，多是罷課海鑽攘計劃的執行單位)便計劃了這次深海鑽揉研究，而此次的探險活動，本主考驗譜板塊學說的議點，但無意中卻發現了地中海曾聽一躍是荒琪的譚據。 l立下就何謂當海荒漠理論，進行概略性的簡介(數理由

1993) :

-4 一經由板塊學說布解釋的體地分布與大鐘漂移現象，在二千萬年前，古士的中海能處 1p: 聯通印度洋和大西洋的寬闊海路。大約在一千五百萬年蜓，隨著非謝板塊和歡亞大盤板塊的臨鐘，以及的布在中東峙區，研引發的造山環動，吉地中海與印度洋的游路轉繫漸漸地中麗芳。Jt仁縛，古地中海與大西洋聯繫的通道，也僅僅遺留下兩 f靡全美梧的海峽…問班牙攜部的貝辛苦克(Betic)梅映和北非的豆豆菲 (Riph斷 ian)海峽 c 地球科學家們根據在峙中海所鑽得

深海對心的多項分析資料發琨'在上瑋期間

古地中海礦境惡步地惡化一海水流動 j斬鐘停滯，鷗著聽條海峽最後的封閉，王宮士告中海灣 i霸成為一{圈內臨海，並且成為技大的種湖。體 j站不斷驅車品的結果，不僅攪得鹽度越來起高，將前導致這個位於海平區低下三三千公尺的中新投?死谷 J 上的動植物蕩然無存，並且在說死谷耀下令科舉家…曬費解的話題-M !關(後來的研究發現，此為蒸發種獨)。在繪中海成海鹽潮而後不斷凋竭的時期，直布羅陀海概已成一洒長蹺，橫友在乾 i固的地中海與

大喜洋之賄，阻止了大西洋海水的學入。

輯距今約五百萬年爵的上新近招葉，

提缺口，大西洋海水才得以再度進入地

參、古海聲;夏理論的形成與精煉

一、古海荒漠程論形成的背景

1970 年的此次深海鑽探研究計數i 之

茄，相關士是中晦的背景知識與研究主襲來自於地球物理學家的 j軍濤驚潮都噩資料。科學家們發現地中梅瑟下存在一奇蟬的岩膺，

(4)

把發射的聲控告號統統皮射回來，而將1It岩層稱為 MI響 (M-layer)*l "在地中海的各盧溝盆都可以看對這道 Mj反射層 (M-retlector)*2

•

其型態與地中海的海窮地形的分布非常相斂，立主旦發現在 M 層下還有一層沉欖贖 o 百 1It當時地球物理學家們深情 .M 層民黨該是在士也中海為深海故土臨時己總形成，用時推測構成 M 厲的沉積物必定是深海沉積物。此次地中海深海鑽探計軾的目的，舔了在於檢瀾報塊空婆說之外，另一目的也在於解決 M 陸言之謎，在此之前，並沒有對黨i 在峙中海對 M 膳進行擴擦調查。然站在 i拉就次的開始就鑽到了令科學家不解與眉蟬的項重晨一鑽到石膏碟石!馨。此一發現引發了興奮恩為主的幫派學者的不問話蟬，隨著航次 rlT縛的資料盤來越多. ;Ì笈步 i趨向科學解議之遠。 (一)石膏與石膏質碟石層所引出的議趣: 1.( 1)地質摯的意義:石膏是一鶴館的硫酸鹽， t但是游水蒸發接的礦物，海姆麗的混質況讀物。 (2)地球物理興的看法:無法判定， i且認定其為深海沉積騁，而引用理論化舉家施篤次的chmalz)在鹹海發現聽鞍體「鹹水賽」的說法(許靖箏. 1993) 。 2 所影成的與應問題:為何在深誨的岩，心中發現，問11又在碟石層中? 3 所形成的對應聽說: (1)楚否為海龍(turbidity current)*3 前欄?如果是的話，應:3室可以發現相輔濁流的岩性組成，可聽卻沒發現 c 否真輔海?然悶，部發現了大洋玄武岩、變硬的大洋軟泥、及獨特生至是在i鑫海相的生物 -5 一科學提論形成與精煉 i過程對科學學習的意識

化"

A. 難滋地中海冀的一境與大西洋隔絕，並曾經是一片沙漠? B. 或地中海站去提倡鹹海? (二)荒漢(詳靖喜事一地質學家)與藏海(當息一地球物理學家)的論戰憑著地質學的響樂素斃，地中海的乾化導致了石裔的產生;然罰當患則以當時地球物曝學界的認蚣，是在充滿高醫度鹽水的深海盆地中沉來。問一時期，理論化學家施馬次 (Schmalz) 艷紅海的研究指由(許靖萃，

1993)

，在紅海臨罷發現可泣撥出碌酸體的 r 鹹水轟 J '由於鹹水囊的密度大過正常的海水密度， JH持以形成後會往下況。會盟、 (Ry紹， B.)起了說服!可嘗嘗接受其立論，使績比此一解釋:如果地中海的海水一且受阻隔不能流遲大西洋時，地中海股會菌持續眾發間變成鹹水龍，撥出臨酸鹽的「章說水囊 J 。但許立醫藥更相信，右事會碟在密的存在，正表明了地中海的黨發棋是說沙 i冀鹽沼搜淺鹹水輯中沉體下策，自深誨。然高當時的軾站還沒有鑽到真正的蒸發鹽蟬，只得到一些曾蝕時，屑，還不足以分曉攏的報說合理，據才可為彼此的聽說提供與決。隨著後來蟬集的航站點盤多，聽說競爭的結果做漸獨明闕，詳見下段分析。綜觀悶棍人對於石膏意義的詮釋，則可以由圖自來作表示。之二、服論形成與精煉過程由於深海續擴蜓次所規量對航站的鑽探資料觀漸地鹽露，這些訊患艷於請對立聽說之韻的支持與苔，也便得鶴說的合 i遍性觀繼明

(5)

科學教育月抖第 240 期中華民關九十年六月會恩的論證樣式 ;t;膏為織還愛聽沉積糊Data) 為密度鹽水之深盆 m: 積

(Conclusion)

Schmal對鑰紅海之鹹水囊類比

州?)

總球物理學之震測理論

(Theory backing)

許立奇主要的論證模式石膏及獨特生 _{池中海的乾化} ;實海粉瀉湖中

_(Con

_c1

_usion)

的生物化石(Data) 乾卒海岸麗的

泥質況↑糊糊rr叫

沉積學

(Theory

backin份圈四、許靖華、雷恩的議請橫空膜，各項潑接與依據背景理論所形成的論據與結論，本文L-j.關五的分析來議行逆現。隨著鸝來起草多航的岩心實糙的取得，大盟闊的石本主與其還讓軟泥中的獨特有孔蟲化石且聽始傾向於支持許靖嚨的峙中海乾化 oM 謂之下歸路得的深海沉積物，雖無法為報說的競爭下將淚，但還項證據期支持垃海在中軒說未為深度與今日相當的深益，後來證實為真的地中海乾化說; 河床況聽聽，即支持地中海乾化進器所哥的河流自發作用*泊，並提性法國臨河外海駛谷下切現象的可能聽說;牛眼沉積結構更為對立(瞎說的競爭立下關鍵性的對決。如果石碟石!舊是雷愚前提的高密度鹹水湖沉積，依其{股說的內蠱，航站接續所提棄的居心資料弓之會有上述的發現;也只有在地中海曾經乾化的假設下，才得以合理站解釋 i鑫些現象。然布，如果地中 '的品須頭臨 F露頭說戰， (l)組論內部邂輯的…致性， (2) 現論并攏的合理性，此悍的在於精煉理論。理論內都輩輩輯的一筆女性亦即釋出理論所

- 6

預瘤的結果在邏輯上品須具攝…致盤; 1丘地中海乾化說高霄，如果其為合理，基於海盆乾化所產生的牛鼓沉積擒譜， (1)為伺航拈纜探通程沒育發現碳接聽礦物? (2) 為再沒有比較容器溶解的興鹽與黨富麗?並立 (3) 地中海的乾化有沒有地說上的控據?由於後來的研究興發現解決以上的問題，才能得~lit … f霞說得以合乎內當{)邏輯一致攏的判準。此外，如果咱中海乾化說為冀，造成的現象應該不只存在於地質學的解釋上，古生物學、古植輯、古氣{員舉等議域的研究體該也可以找到支持海盆乾起誤的證攘，如此也才能達懿理論外推的合理性。此航次結束之後，來自按各學科艷於用一士學質時間研究之多元證據的支持，如古生物的躍據與區域龍植被的變化等，紡車兮精慄i能…說法，咱中海乾化說 t且為其他頓繞在研究手苦，關地 cþ 海詩所遭過令人盟攘的話題，建供了懸缺已久的解答。器、理論形路與精練過程對科學學智

的意通

擺出本文的分析可以發現，現象艷於不

(6)

科學經論形成與精煉過程對科學學習的意滿 t:獄此

地球品學

之渡到靈;給的泥質沉積況積學 B 、台海荒濃濃論形成的過教

1 (1)

、;大鈴聲嘻的石柱.4 … γ ..支持 ý; I硬Ãi宮"與發感石)

1

策;其假設為這下的淺水況緩流著書~ - .，甜雷恩害于精華 h 且，'tL1I詔曲曲諾

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(2)

(3)

(4) _ _ .. _ .

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特有孔蟲化Ãi .;. 小聲餐后要憲章會砂 '1、中微電聖末磚地中息時發來池中海可言沙 j黨中的

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混合學

沉積學

況續學

古生物學地球物主重學

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9.

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撤職車流連

牛盆顛圳

一份心向般的

恥地中海的乾化省淡寫 j ~貌上的主肇雄?

b 法錢袋海外海削下

1>..>

古海荒瑛理論

~JJ 等均

;

P'2: 1975 年第二次地令員驅車L行 l"*-海鑽4家投衡的再進步 ; 眩'2:待J1J 池中草草嚕，品的完整念心;

紀錄{令蒸發灣總灣心!..

___..J

團五、古海荒護理論的形曉與轄練

再科委發家的意義，會因其背景理論的不悶悶對現象護生不闊的控牌。由釋說的形成到不時儂說之闊的競爭高室主環論的形成與精蝶，

科舉家們除了為Fl己的假說轉求更多揖據的

支持之外，在理論形成之後，為求理論寓，能與合適性，更不斷地溫渦問題與嘿雞來

精煉理論。接說，以下分成的龍舟度來探討

理論形錢與精辣的攝輝對科學學臂的敢發。

一、假說的形成

峙中海曾聽乾化假說的形成，守立非來自 ?一

(7)

科學教育月縣第 2 益。期命暴民國九十年六月於憑空去的講想。每一個樣:章都揮重含著…鑿鑿搜雜的認知與期望，通常我們對於事物的覺寮萱非只來自於「肉聽 J 的聲晃，問時持隨著的是基於相瞬背景知識與推論的結果。也閣成，廳主音器心中發現在蕾的意義，對於許靖華與雷恩來說就各有不院。許靖華由於地質學的專業素麓，解釋右膏碟志層所依嚼的論

點躍來自於 m續學的知識 'IN Jtt對題心中發

現石事會的解釋，傾向於患考石實在沉種學的意義為{時?形成了髏疑地中海是否一度乾桔的聽說。{且對於窗患呢?當態卻，張於 1也球物理學的主管種做出不闊的對禮，不傾向於地中海一盤乾化的設法，而猜想、石膏擺在想做自積水囂的沉積環境下所形成，進隔推諱:石裔學發百層是峙中海在發生窩窩、度鹽水 1世磯時的深

盆沉積。

以本文分考?苛責日，在對現象進行「詮釋」時，觀察者的背後理論扮續著讓要的角色，不同的理議與先儲知論對於現象的詮釋會產生于然不間的報法，形戒的價說tI2說有所不。以說來看科舉學習，學生在學習科學概念時，當當會有一盤錯誤的概念，主毛主要的巨哀思月能鼓舞來自按不合 i蜜的先備知識，更甚能是關於此一概念研幣的先備知識的不，國高產主主錯誤的概念、。關於先備知識不是對於學習的影響，多位舉者 (Walker，

1987;

Yekovich

,

Walker

,

Ogle

,

and

Thom抖。n ，

1990)

研究發現，領域知識(domain-specific

know

le-甸的對安全學生在議行推論詩偏有相當的靈要哇，續蟻知識的缺乏會使得學生接本無法做撥論;但由高如果學生對於新概念:的學謗，缺乏所需具構的相瞬背景知識，在學禮上就 8 一會產生盟難。另外， 1.邁得注意的是學生並非思考聞單擎的科學家，學生的錯誤概念可能會來自於弓之合瓏的論證過程 (Zeidler，

1997; Chinn

&

Brew-眩，

1998)

0

Blair

&

Johnson (l 987)指出，有殼

的論證必須滿足: (l)體聯佳 (relevance) :龍提與結論品裝有會遍的關聯， (2) 充分恆心uffi編

ciency)

:前授是否提供足賄的競據， (3) 可接受性 (acceptability)

:

根據或是可偕賴。然而學生在進持科學學習的過程中，常常會達 5克以上轉件，進而產生錯頓的概念品及推論。以最近探體常常報導的「聽聽現象 j 絮說，每當有集鎮異常時，學生可能就會說最聖聽現象所引起，而未對聽者之問瞬驗性的合適性與護諱的充分，陸進行深厚重捧討。聽按學生理論的金連性與否的評餌，

Sa-marapungavan (l 992) 興建議使馬低下四填對尊重來辭靈學生的理論: (1) 解釋的範囂 (range

of

explanat泌的，比起只能解釋少數的觀黨來，…{圖理論能解釋較多的觀察聽比較令人滿憊的; (2) 特設挂報說的小hocness) ，理論誰不包含特設想假蹺，此為不漸地解釋經驗異懊悔輔助性聽說，但是當理論不可被審立地檢驗縛，對理論來說做含特設，控聽說是更好的; (3)緒鞍上的合道 (empirical

adequacy)

,

合宣的理論與經驗證據必須具有一致，隨;

(4)

邏輯的一致性(logical

consistency)

，會主的理論不能存在有邏輯上的不一致或提內部設此矛盾的會囂。做質學生在形成科學概念的游程並沒有不讓切的先備知識，並推論的過程也沒有

(8)

發生上述的錯誤，但是如何可以確定其論點是具備合理性的呢?此一稿時只有來臨授與倫人的聲話才可以得到問饋興再皮思的機會，尤其來由授對立面的觀點，更有助授學學生檢視其論證的合理性。二、聲立面的重要性當恩對於石膏嘿石層的初始看法，從後來論據閑得到的結果來蓉，雖然其所提出的鶴說敢不正確， {去是當恩在理論串成的游程中所扮縷的樹立聶角ê.雪對理論的形成卻智著重大的貢獻。言當聽擺出強含石膏紹因於深鐘或 j蜜盆的沉積環境等問題，這些對江西問題直接挑戰荒漠觀點的轟輯合理哇，謹防軒轅古海荒漠理論內在的結構糟建。現今學告語研究活動斯舉辦的研討會、專樂觀科或學控論文發表等，其實對正扮演著對立面的 '皆藉串連 i晶社群批判的與苔，來考驗議文發表者的立論 (Driver，

et al.

,

2000) 。，對立詣的東贅 'f生也就在於守!起「聲突」與「解決 J 成一衝突，還攝解決的j鐘韓東撞成科學知識的重攏。罷內學者洪振方

(

1996) 將引發衝突的形式噩分為「輿僧人對 J 以及「與自己對話 J 前者是「鸚冉一物體或現象之不同認知結構醋的種iZ起 J 後者則是「預測一結果的醫突 J 依此分類，與許靖單價說之間的競爭，便是屬授與他人對話的論譜。此外，在論證的規準上，

Kuhn

(1 993) 攪出對話論證 (dialogic argument)黨該組合:1.敘述理論與為理論辯盞， 2. 呈現另有理論(alternative

theories)

,

3.呈現反驗的論點， 4. 提供反樹;此言晶體絮構亦清錯地指出論證過程中?對立論譚」的重要性。

9

科學攻論形成與精煉過程對科學學習的意涵依1ft來看科學學習的整程，科學教館所應扮演的角色費是時時站在對立器上，以對立的論點來廠發學生進行皮思。教師亦可在教學攝程中，說冉一舉悴的論述呈現許多不闊的關子，讓學生有機會進行辯冉別異，以、皮、合的辯證方式建立合縷的科旦發攝金、 (洪振方， 1996) 。例如:在地球科學史上，對於控球之大陸分布糢式前提品的臨據自論(1 9 世紀)與大陸潔移學說 (20 股紀初)之間的對立競爭，就是板塊單元教學上不錯的研

子。

三、理論承諾 (theory con閱 itment)

在科學家對華持現象的發現做出論述時，這些論述的背後都會有相關的支持理論; 即露面對問題時，科學家都會依接黨所螢的專業素冀東進行探討，如許靖讓與當思對投石膏嘸石馨的解釋等，問時科學家的論證盪程皆是在理論承誰下通行，不管是分析、推理、自帶輯、 j寅輝、 j法及預瀾嚀。聘請求諾可以分成聞聽部分來聽漲，一為「是否以支持理論來形成論嬋 J 另一為「論據與支持理論之雋的觀聯是否有效 J 揖者租金理論的有無，後者則包含支持理論的選擇與形成論據的選輯推理過程正確與否。聽於理論的有無望立論證的影響巴在先前論述;理攏的選捧回4 影響到後來對於現象的提議;而論據的判準為何垢， Toulmin 雖未提到，但聽我們或許

可以利用 Brewer 等人(1 998) 對投「解釋 J

(Explanation)的主張，東思考論據的合理條件 :經驗的(empirical) 、精確的(accuracy) 、範臨的(scope) 、一致性(consistency) 、輯學，性 (simplicity)及可倍的(plausíbility) ，並立f屆三真

(9)

科學教育月刊第 240 期中華民國九十年六月

具備因果的 (causal) 架構。

關於理論承諾對科學學習之重要性的論

述上， Ohlsson(l 999)在“為何異例不能觸發學習 (Why

Anomalies do not Trigger Learning)"

一文中提到，學童持有其理論為隱含的(lmpl

icit)

，並且缺少理論承諾，例如:學童所持有的天真的 (naive) 衝力理論，與物理學家所持有的牛頓運動定律的方式是不同的。物理學家所持有的牛頓理論，是經過深度自省思考

(reflective

reasoning) 及假說測試等程序，他們能連結及運用相關基本原理，並且能精確知道理論應用的範圍。相對的，學童天真的衝力理論的持有非經過反思，無法合理說明其理論，更無法理解理論的應用。 Brewer 等人(1 998)也提到在解釋上，科學家較非科學家提供比較嚴格的效標，例如:科學家對於價值的精確性要求、有條理的表達、及準確性的實驗等。學生在學習科學時，一開始往往會有另有概念，老師不必急著去否定他，可以藉由對立面的論證來引發學生產生認知衝突，讓學生自我覺察其概念的不合宜之處。更值得教師注意的應該是了解學生是否能依據他自己的理論進行有效的論證。如果學生在論證的過程都能依據其理論來對現象進行理論承諾的論證，老師應該適時地加以肯定，因為如此的論證過程為科學探究的重要素養之一，比起學生只去強記一個理論而言是更加重要的。對於學生是否在論證的過程中有所理論承諾，教師可以經由上述所提理論承諾所應具備的要素來加以評量。例如:以白里紀恐龍減絕的地質事件來說，科學家曾先後提出多種假說，包含隕石撞擊、火山噴發、疾病說植物含有毒素、強烈的酸雨、喝齒類哺乳類動物以恐龍蛋為食、超新星爆炸說等，甚至有些古生物學家提出恐龍並未滅絕，鳥類就是恐龍的後裔等。教師可以在課程中安排類似的單元，讓學生置身在諸多假說的情境下，從中選擇自己所信服的假說，並且與其他同學進行辯論，利用辯論過程中學生們的對話，教師可以評量學生是否對其理論有所承諾，論據的因果推論是否根據其支持理論而得。如，以選擇隕石撞擊作為恐龍滅絕的支持理論者來說，是否其論據是依據隕石撞擊所引發的現象作為出發點，如滿天的塵雲、撞擊能量的釋放等，而非是基因突變、有毒食物等非撞擊事件的說法，同時對話辯論過程中是否產生不合宜的推理，如恐龍心生恐懼暴斃、恐龍移民到外星球等。四、理論的精煉古海荒漠理論精煉的證據是來自於多元領域。如果古海荒漠為真，關於此現象的線索應該不只存在於地質學的研究領域之中，後來的發現證明了這個觀念，來自於古生物遷移與滅絕的證據，以及古植物學的植物群落變化紛紛呼應此一理論，增添了古海荒漠理論的合理性與豐富性。依此對科學學習的廠發是，經過概念精煉的過程才能達到概念的理解與應用，就如同古海荒漠理論的精煉一般，透過精煉的過程不僅豐富了理論的可解釋性，也將理論外推應用到不同的領域中，更進而解決了許多懸若以久的謎題。換而言之，透過科學概念 Aυ 為l

(10)

輯;爍的過程，不懂有機會讓學生展現理解的結果，並且可以邊游觀念應用的過扭轉科學概念的意義予以幫富化。 Lawson (1 995)攏到攝念應用對學生去續展觀念的過罵性範需要的。沒有多樣煌的應用，概;金的意接很可能的然限貓在嚴招所定義與討論的研。很多接生可能無法從具體的例子去攜要，也無法將其蕾濃化到其他的傳境 UJ c 此之外，聽:念應用活動也可以幫助在概念:重組方面議行比較樓的學生，或是無法海當的將教師最耕的說明建結躍起們的鐘驗中的學以挖潛概念的學習來說，關於地震名詞的定義為，岩驛受力斷發、錯動所引發的現象(翻立攜擇館， 1999) 。據此對培露概念:的解釋，體生鑼鼓可以了解向讀士的震，但是仍存在…緝問題一地震可能發生的機制又為何 ?還 i鵲起Ilt 的問聽正月 F趕來糟:嘩地聽概是: 的學習。以閣中地球科學來說，將增蠶豆體元安排在第二章板塊構造運動中的第三節，中基騰地球科學雖不同版本安排有所不圳，但由是安詳控板塊構造章蜓的前後，學生在學習霓虹禍偎概念:一峙囊與板撞撞動之後，變可以解決上述問聽並且可將增囂的發生機制與較塊機還 i舉動連接在一語。伍、結論本文利用 Toulmin 的論譚模式，分析科學理論一古海荒濃理論的形成與精煉過程，發明科舉理論的形成辛苦-顯於科舉家們依其專問題與聽說，藉由對立論證、假說頡瀾的過程來對 i霞說的假設進行辯科學經論形成與精練過程對科學學習的意識 '來F-l於多究領域的證據除了全在競爭{霞說的續實攪供到準之外，提且由導 2蓋了初的偎說的;有翰，更加精煉了理論形成之後的含理性與講用性。依據科舉理論形成的論證議程醫科學學習的建議，學生在學習科學概念時的錯誤概，可能是來由於不合 i蜜的先鵲知識，要在美謂是先當知識的不是. \設立舉生的錯誤概念: t且可能來自按不含章的論證遴妞，諸如前提與結論並無歸輯、證蟻握不充分等。在科學學習的攝程中，來的於與他人時聽話所得的反思機會，尤其是對女面的觀點，更有助於學生接關其立論的合理與否。中，現論承諾的思維，包含支持理論的有、支持理論的證據選擇與形成論據的邏輯推理講程合理與否， '科學概念的體當品讀經朦精練的過程，才能達到概悉的理解與應揖;憑通科學概念精煉的過程，不縷有機會讓學生展現理解的結果，立史是可以豐學概念的意義。在教學策略上，教師可以使用小組發作學習的方式， J其科學史或最多元假說競爭的議題為素材，設計正皮方的辯論機會，由對立面的交友論證來促進陸當思辨的能力，以建立有效的科學概念。同時，教師也應該在學生進行論諱的攝程中，適時地加 ;其守 i 縛，幫助學生看到績突點，讓聽個科學識諱的攝程異備科學探究的精神。 *甜言主

*

l. M)層 (M-Iayer)

:

M 反躬層之下的沉積醋。

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科學教育月刊第 2 的期中華民磁九十年六月

*

2.M 皮射輝(話-reflector) :士是中海蒸發岩的頂部。 *3 濁謊:臨棚區一些跟鬆的辭厲沉積物抬著提梢的海居斜坡發生滑塌，形成一股水下混石謊。其組成成分可能有石漠、 *ι大茁圓的石柱 (pillar

of Atlantís)

:是硬右臂與疊層右所組成，岸苦奮汐帶。礙志會只有在地下的鹽水非當接 i丘地主賢、且接加熱至2 攝氏 30 度以上的增方，才能找到這類曠吻。學畢!曹若為數綠藻所構成，可視為淺水地槽發生沉機作用的證據。

*

5.~里路拿期(M郎淵ian) :五萬年前至2六百萬年前，通中游陷入反響乾翠輪遁的時期。

*

6.在與開酷的海洋保持有限聯繫的深鹹水池 '蒸發輯的分布在地關上馨、呈淚喙狀，最路溶解的聲一亦即最後從鹽水中析出的嗨，態:該在距離海洋通道最邊的一端沉轍。但在與海洋完全隔諧的鹽水室主地中，聽先況潛在其周轉的鹽顯簿該是核酸鹽一石灰岩或自雲聽:聽著水位聲低和鹽水變 '撥著沒聽的是聽酸蟬，錯?全租車幫j諧的中心或凹陷最深部分沉澱的則是岩彈和其他更容易溶解的嘗嘗類。時此一瞳餾?實體與內況槽，形成有如牛眼形獸般的沉纜結構則稱為「牛跟 J

*

7 ‘如果海盆噁乾化過，為什暸在錯，心中沒有比較容易海解的御體與韓鹽?地中海讚揉航次後， 1972 年間據漢諾威鄭撞研究所的奎恩(Ku恤， R.)協助分較得到，峙中晦的咀嚼是在主義鹹端的狀況下混撥出來的，而不是在深鹹水湖的背景下，器而找不封禪

12

體與競鹽。

*

8.義大手Ij自動釀大學的靈齋里(Ruggíeri ，

G)

等人提供動物的讀據顯示:地中海在中新世宋葉曾經體溫某轎車1烈的鹽度變化，那時海洋生鞠趨於擴絕而為少數可忍、離聽度鸝纜的囑種新取代。歡洲的古生物學家問時發現，在中新社末期待，中蓋全氣候蜂蘊向乾旱變化。聽著氣棋漸趨乾旱，多年生情物灑絕為一年生檔物變頓所取代...嚀。

*

9.蹲了法國韓河外海河谷下切外。蘇聯地贊譽蒙在準擴建造阿斯娃高霸 (Aswan

Dam)

時進行工程地質鑽揮轉發現，尼羅河谷下前士且有一線又深又窄的槽溝深謀士告切入堅聾的花崗岩中。利比亞在進行石通報勘時也有頗似的發現。。

*

10品帶作用 (rejuvenatíon) :壯年期或老年期的河流，國海平面下降或酷地上升，使雙蝕華單臨下!哇，造成河說又重新皂幼年期開始發宵。

躍、參曙文獻

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分析。高雄師大學報，

7 ' 301-337

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179

'的欄

(12)

27

0

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