科学本质的体认

科学本质的体认内容摘要：

可是往往還是依當時通行的「典範」理論來當規準的。 ‧ 科學理論的提出及 被 接受 ， 會受當時社會環境或歷史文化所影響。 ‧ 科學研究的過程及結果若能提出精準的報告， 且能 在科學社群中進行討論與批判 ，將 有助於科學概念的建構。 ‧ 科學理論的被接受得需經過科學社群公開及理性的批判和考驗。 ‧ 科學家常藉由其他科學家的研究而激發靈感、發現問題。 既使有些問題是自己察覺的，也常常藉由其他人的研究結果去 評比 或確認。 三 、如何增進學生對科學本質 的體認 本節主要在探討如 何使學生能體驗到科學的本質 之 「教學策略」。 國內已有許多學者在這方面努力（林顯輝（ 1998）、洪振方（ 1997，1998）、王靜如（ 2020， 2020）、邱明富、高慧蓮（ 2020）等），他們設計教案進行詴驗教學，並且設計「科學本質量表」來測驗教學成效，他們的經驗也會在以下的論述中被引用。 以下的論述包括二個部分； ‧ 教師對「科學」所持的觀點會影響他的教學模式及處理問題的態度。 ‧ 依據目前典範的學習理論，教學應具有的基本原則。 「科學」所持的觀點會影響他的教學 在百年之前，教育並沒有那麼普及， 科學也 不像現在這樣主題繁多、研究興盛。 那時候的「學問家」扮演的 是他們社會裡的智者、領導者、 思想 導師。 在這種情況下， 我們可以瞭解人們會怎樣去看待「科學」及「科學研究者」；「科學」是人類智慧的結晶，而「科學家」應是智識的探險者、發現者、先知。 在傳統裡（至少百年以前），由於參與科學研究工作的人（少數、高智能、專注、信實 … ）及他們所提供的知識（自然科學－價值中立、無私、信實可靠、有證據、邏輯嚴謹 … ）之高品質，於是形成了一個品質優良的印象 ； ‧ 科學家是完全客觀的 ； 因為他們所藉以建立的論據都是 經 由觀察 或 實驗度量所得的資料，而 且稟承的是價值中立的、開明的態度。 ‧ 「科學知識」 可信賴的程度極高，是「真」的表徵；因為它 是有依據的、有邏輯的、協調一致的，而且是歷經不斷的、多方的檢核考驗而仍能成立的。 因此， 是正確的、是可依持的。 175 教師是「科學」的傳繹者（有些更同時兼為科學研究者），而教科書、科學著作更是 經由 精心設計、百般挑選出來的科學知識 所 彙編 而成的。 於是，在課堂 上的教學很容易演進成一種固定的形式： 『教師們把教科書當作教材的範圍，書上所 講述觀點成為典範 教師的職責在於將教科書上所提出的科學知識講解給學生，期望學生能接受及理解這些知識。 』 在這種形式的教學下，有很多的困難 發生。 這些困難當然可以委之於「學生的不夠用功、或是資質不足、或性向不合」。 但 也可以站在教育的立場， 用比較積極的、正向的角度來探討「 是 什麼原因造成的。 有什麼好的辦法可以解決它。 」。 例如科學教育的研究者發現： △ 「學習」不是在裝填「知識」； ‧ 學生在進入課堂時，實際 上已帶有自己對此主題的各種想法。 這些想法可能是進行此項學習所必需 、可能是與正確的理論 相互 矛盾或不契合、可能零散而無結構、 … 而這些先前的想法（概念）將 會 遭遇到新接受的資訊，並且與新資訊所帶來的「意義」在認知上發生矛盾、 衝突、擴充等等的衝擊，並進行協調、重整、改變、放棄、融納等的處理。 因此，舊有的想法將深切 影響 到 學習的進行及成果。 △ 依 學生 的經驗 ， 無法「看到」或體會到教科書上所描述的景象 ； ‧ 教科書上所講述的知識和生活上所經驗到的事物無法相連結，以致無法想像到書上所陳述的模型及理論所指的意涵。 ‧ 教師在講述某 些學理時， 總是 擬設一些理想性的、或嚴格條件限制下才會發生的事件來 作為例子。 而 日常生活中所 遭 遇到的事件 ，卻 經常是由 多樣的 事件複合在一起發生、多重原因促成 的。 因此 往往與講述 的情況非常不同，以致課堂上所學的未必能適用於真實遭 遇的問題。 因此無法引用來解決日常遭遇到的事務。 也無法由日常遭遇的事務中引發問題、進行探討。 △ 所學到的「知識」常缺少生命力； ‧ 有很多的「能力」是在處理問題、解決問題的歷程中才呈現的 ； 例如抉擇能力、判斷能力、創造能力。 而 教學的 方式 常 只是講述的 ， 教科書 所記載的 知識 又 常是靜態的、特化的，學生 由於長期缺少獨立面對問題的操 作，以致這些「能力」無法培養。 ‧ 另外，有很多的「知識」是鑲鉗在事件發展的過程中的，只有在事件的演變中才能呈現出它的活力（例如勇敢、喜愛、感動、 … 的真意），靜態的、切割上下文而孤立的「知識」，常 常無法 真切的 體會，或學了以後無法靈活應用。 176 廿十世紀初，物理學的研究發展已經蘊儲到足夠的論據，古典理論也已考驗到處處捉襟見肘的程度了，這引發一連串科學概念的重建活 動 ，依 孔恩(Thomas Kuhn)的論述即是一場「科學革命」，引起的是 典範理論的更替； 愛因斯坦 的 相對論、 海森堡 、 狄拉克 、 薛丁格 等的 量子力學及 波茲曼 、 吉伯 、 愛因斯坦 等 統計力學的提出 ， 不僅使人們對物 質 有了微觀尺度 的 瞭解，更是對於物質科學 （物理、化學等）那種經歷各種觀測、度量考驗的理論，竟然還有另外的觀點（它更具基礎性、更具包容性）來詮釋這些現象。 此一 「科學革命」不僅連鎖引發到其他自然科學領域，並擴及到其他社會科學和人文思想。 人們由 科學 概念發展的整個歷史去看，發現這 種 典範理論的 變革 ，並非是頭一遭，如 伽利略 實證研究方法的成就， 所 引發對 亞里斯多德 的科學觀 的改變 ，如 哥白尼 、 刻卜勒 天文的研究 所 引發對以人（或神）為中心的孙宙觀的改變。 社會科學上也由神權、文藝復興、君權、民權等一路的變革。 回顧這些歷史，使人們對於我們所持的理論、思想逐漸形成一些看法： △ 「觀察」本身是主觀的 、「解釋」也是主觀的。 原來，「科學性的探究」的過程與方法中，也不能免於「主觀」的成份 ； ‧ 我 們只觀察 到 「我們想 要 觀察的 」 現象。 同時， 我們只能觀察到「我們先前概念上有意識到」的現 象。 意思是「觀察」必 受到 先前的經驗 、 原有的理論、以及 觀察者原初的 目的之 影響。 ‧ 人們對於訊息賦予它「意義」，它才能成為有用的資料。 在賦予它「意義」時，那個「據以」思考及研判的根本－原先的理論和想法卻深深地影響（決定）了他如何去「解釋」此一訊息。 雖然，仍得有邏輯性的思考及研判。 △ 「科學」（包括所知的事實、定律、理論、模型 … ，以及研發出來的儀器操作技能、設計能力 … ）似乎是人們所「建構」出來的，而不是「先天」存在於孙宙之間， 而後被人「發現」出來的。 人們 對於「科學知識」的可信度已沒有像以前那樣「絕對的」信心了，他們比較謙遜的認為這些科學知識 是到目前使用起來很圓滿 、 且尚無法被證明「錯」的理論（想法）（或是比較沒有信心了。 因為經歷太多次典範理論的革命了）。 △ 「科學」仍是經由人類以確切事實為論據、邏輯性的考量才提出的，而此項提出仍經歷科學社群的考驗和批判而獲得認同才被接受的。 因此，它仍是「信實可靠」的。 只是，它不等同於「真理」，它是開明的、隨時接受考驗的、可更改的。 177 這些對「科學知識」及「科學性探究的過程和方法」所持看法 的 改變， 直接影響到「教學」的態度和方法，例如 △ 探究科學 時，它 的「態度和方法」之培養逐漸被注重，而不像已往只注重「科學知識」的講授。 ‧ 教師課堂上的口頭語由已往的「懂不懂。 」、「知 道 不知道。 」，改為「你 怎麼想 的。 」、「你依據什麼會這樣想。 」、「你同意嗎。 為什麼你同意（或反對）。 」。 ‧ 教師在課堂上 所提出的問題 或所 設計 的作業中，也多了 「 徵詢性 質」 的問題。 並且，留下「待答時間」希望學生能「建構」自己的想法 之後再來發表。 △ 注重「實作」、注重「討論」、注重「小組合作學習」； ‧ 有些「活動」具有（或容易發揮）某些特質， 有助於活絡學生的思考、促進學生概念的建構；例如要求學生規劃一個實驗，以便印證自己的想法。 例如提供關鍵性的問題和資料，要求學生進行討論， 促成 概念的整合。 例如利用小組成員間分工合作、腦力激盪、經驗分享的優點 ， 發展多向性的、周全的 思考 ， 建構 對 整體事件的經驗。 所以說，教師對教育目標的認定、對「科學」的觀點、對「學習」的認知直接影響到他的教學態度和方法。 ，教學應具有的基本原則 本節所指「學習理論」 其涵蓋面太大，故僅就對「科學本質的認識」這方面來討論。 而對科學本質的認識而言，其「典範理 論」所指亦過於廣泛 、 且個人認定或又各自不同，故以「建構 主義者觀點下的科學 」 為基本來論述。 「學習」最有效的策略當然是「從實作中學習」。 儘管這個「實作」未必是要鳩工 庇 材動手操持，個人 能 專注的投入、 能 真確的想像和體會也是。 只是，這個「實作」的方法和內容，卻和「教學者」對正待學習的「科學」之看法息息相關，因此，我們把問題轉化為： 如何「教」學生能夠去「體認到科學本質」呢。 我們就以教師本人就是一位對科學持以建構主義觀點者來談論 ， 所以問題可以改成： 以 一個 建構主義 者 的觀點而言，談如何進行「科學本質的教學」。 178 以下 我們介紹幾種教學 策略 ： ○ 1 實作策略： 學生 在學習科學時，要 實地 的 從事「科學性的探 究 」 ； 由察覺問題、確認問題、提出假想、規劃觀測計畫、觀測 及 記錄、搜集資料、分類歸納、研判、解釋、發表 、 討論、詮釋現象、提出理論 … 經常 藉由這種方式來學習 ， 並時常接受教師及同儕的批判 … ， 建構 出 科學概念。 日久之後，自然能體認到「科學知識」的本質。 王靜如 （ 2020） 在「科學本質教學與教學知能」一文中 稱它為建構主義式教學。 她引 Driver Leach所提的後設瞭解 (metaunderstanding)的教 學方式；即是先讓學生依科學性的探究方式 進行學習並 提出研究結果。 然後藉由嚴格的理論考驗或論據真確性的檢核來 驗證這些結果， 使學生 能藉此 瞭解「科學知識」 、「科學探討的過程與方法」之特質。 ○ 2 標明策略： 所謂「燈不點不亮」，在學生進行學習科學活動中，若能不斷地提示 出 一些問題，使學生察覺到 該 「活動」的特質，將更能體會 到科學的本質。 王靜如 （ 2020 ）稱 它 為低層次科學本質 教學 （ LowLevel nature of science）。 在文中 （以下敘述『』部份乃摘自原文 之大意 ） 她 提 及 馬蘇（ Matthews 1998）的一些看法； 『 馬蘇 他 建議 「科學本質的教學」 宜循序漸進，正如數學教學一樣，先學會加法，再學乘法，因此 在 小學階段可以從低層次、又能引起學生興趣的問題開始，例如 在自然科教學中，趁著從事「科學性的探究」活動之便， 提出像「什麼是科學 的解釋。 」、「 模型的功能為何。 」、「如何建立假設。 」、「如何評估研究的好壞。 」等 問題，供學生反思。 他 認為我們不可能教育所有的孩子成為科學 家、社會學家或哲學家，因此教學目標不宜太大，但是課堂上最起碼要討論一些科學 的基本名詞如學理上的定律、理論、模型 ，如探究活動中的 變因、 假設、確認、觀察、證據 …。 也應該提到歷史上著名科學家（ 如 牛頒 、 達爾文 、 孟德爾 、 愛因斯坦 ）的故事與貢獻。 因為， 提到上述各詞時，就 會 浮現出哲學的問題，亦即認識論與形上學的問題，例如「我們知道什麼。 」、「我們為什麼知道。 」、「世界上真正存在的是什麼。 其間又有何關係。 推理能力顯然是科學過程中的重要思技能，因此小學教學宜從簡單、兒童有興趣的問題開始。 他 建議 可以提出一些 基本的問題，例如「對於這個概念，你是怎麼想的。 」、「你是怎麼知道的。 」 等 ， 這樣 可以引起學生思考 「概念」 和 「實證」的涵義， 刺激學生批判與反省 的 思考 』。 179 ○ 3 批判策略 : 閱讀或聆聽別 人 的研究 報 告 並 提出批判；可以 依 據教科書所載的科學理論，看看作者所提的資料 和結論是 否 違背理論 、 或是所提的論據與其結論之間有推延過當或不合理 的因果聯結 、 或是實驗操作過程 有 誤差 或 錯誤 、 或是所搜集的 資料本身之不可靠 … ，藉此批判來體認「科學知識」之被接受是需 要 經歷一段嚴謹考驗的。 ○ 4 評鑑策略 : 將科學史引入教學中；學生藉由 歷史裡的科學研究事件 體會 到科學研究過程與方法的特質， 幫助學生了解科學知識發生了什麼改變。 以及為什麼會改變。 在 事件演變 的情境中，學生可見習 到 科學家在面對問題時，探究問題的歷程 、及解決問題的歷程。 洪振方 (1997， 1998)曾探討及嘗詴許多種將科學史融入教學的方式； 融入科學史 於 教學的方式主要有兩類：一為以科學史的發展為主軸，再將科學概念融入；另一則為以科學概念 的發展 為主軸，再 將「研究 事件 」 融入；兩者均強調科學家如何解決問題 的過程、 強調科學概念的理解、澄清、問題的 辯證過程。 「研究事件的表達方式 有 很 多種 ； 諸如歷史個案研究、「互動式歷史小品」 （ interactive historical vigtes） 、歷史研究 調查 （ historicalinvestigative approach） 、角色扮演、歷史對話 （ historical dialogs） 、 探訪科學古。