「科學本質」的體認 —— 國立臺灣師範大學物理系教學教案

「科學本質」的體認

陳文典

國立臺灣師範大學物理系

摘要：「科學」是一種以真確的事實為依據、提出能對事實加以合理詮釋的想法與理論，並且在這些想法及理論之中又能經由邏輯思考建立起協同一致的、不相互矛盾的、可以相互援引的知識體系。「科學」可說是人類所建構出來（或發現出來）最可信賴、最信實可靠的知識，常被認為是「真」的表徵。不過，若要去確知科學知識是否為「真」，不僅要從科學知識的確實性、一致性、邏輯性去考核，更要從獲得科學的過程與方法上去檢驗，有時可由它的可驗證性、可推測性等運用的成效去考驗。

引言：「科學」是「真」的表徵？

人類有一種能力，也是一種很難抗拒的本能衝動；即是對於某一類的現象會先在心中建立一個想法，然後偏取有利於此想法的事件來當證據，運用此一想法把這些事件串接起來加以詮釋，建構出能自圓其說的理論，進而沈湎在自以為協同一致的認知之完美感中。這是人們建構概念的一般過程，人們經由這些心智活動，累積了許許多多的知識及一系列自己「信以為真」的想法。

若是我們在享用自我建構而成的科學知識體系時，還能夠隨時的觀察新的現象、嘗試運用別的角度去檢視已往的論據、有機會遇到見識更廣博人士的考驗、反覆去檢核獲得知識的過程和方法的可靠性、發現依照原有理論去推測的事件並未發生、…，意思是不斷地考驗「知識」的真確性及合理性，那麼，自己心中的「知識體系」將會更趨堅實完美（或更趨於頑強自閉－假如你的考驗態度不夠開明的話！）

我們怎麼知道自己這麼一路走來，所建構的科學是「真的」呢？我們要怎麼才能夠警覺自己對「自我的知識體系」的考驗態度是開放的、明智的、公平的、不偏漏的呢？(按：這種自我考驗、自求精進的心智活動能力最近被冠以一個專有名詞「行動研究Action Research」，被當成是一種「能力」來培養)。

其實，以上我們所提出人們應對「科學知識」作不斷的考驗及質疑的做學問態度，一點也不新。因為，歷代的先賢們在智識的追求上，已經警覺到這些問題的存在；古代的哲人老早就在「做學問」方面提示我們「學而不思則罔、思而不學則殆」（即：一味的聽取、吸收各方的說法和報導，而不加以邏輯思考、檢驗論據、檢視理論的協同一致性、可再現性…，那麼，最後累積下來的就是一團沒有結構、不能推廣引用、雜亂零碎且未必成立的「記憶」。另一方面，若只是先想好一套理論，自滿於有限範圍內的可運用性，不再去觀察新的事件、嘗試運用別的角度去檢視…，那麼，這套理論也就是局限的、不能壯大的、甚至於可能不健全的！）。又以「苟日新、日日新」來敦促我們要不斷地增廣見聞、不斷地反省思辨。有時又加上一些警惕的話（反面敘述）：「不迷信」、「不妄言」、「不剛愎自用」、「不自以為是」（天底下有人承認自己是這樣子的嗎？）。這些都是求「真」的方法，今天只是改用現代的語彙來陳述而已；可能比較詳實，可是也顯得比較累贅。

本文主要就是要來討論「科學的真確性」問題，並且希望透過這項討論，來增強「行動研究」的能力。以下是我們討論的內容：五個要項、四個註文及參考文獻：

一、真金不怕火煉－善（擅長）知識

二、「科學本質」的意涵

三、如何增進學生對「科學本質」的體認

四、對「科學本質的體認」之評量

五、結語

註一：由各種向度去體認「科學本質」

註二：美國2061計劃中的「科學本質」指標

註三：MSPAP「科學本質」指標

註四：科學本質分段能力指標

六、參考文獻

一、真金不怕火煉－善（擅長）知識

建立在「非真」的想法就是「妄」（它就像肥皂泡裡的美景，吹彈即破，但卻也迷人！）。沒有人願意把自己往後的行動寄託在一個虛妄不實的目標上。問題是：我們往往事前並不知道它是虛妄的。所以，不斷地檢驗（或考驗）科學，應是避免使自己落入迷惘或迷信的不二法門！只是，怎麼去做呢？

以下是經常用以考驗的三個向度；由科學知識本身的確實性、一致性、邏輯性去考核，由獲得科學的「過程與方式」的嚴謹度去檢驗，及由科學所發揮的功能去考驗。

1.科學知識的確實性、一致性、邏輯性要不斷地被考核

科學的探索，基本上是一個破除迷妄、改變觀點的歷程。

不管是什麼現象、什麼事件的發生，人們都會先在心中有一種看法或據以用來詮釋現象的理論，即使是在最匆忙及暫時性的情況下也會在心中先有一個假說或預想。只是，因為「科學概念」能不能被接受並不是只有能完滿解釋目前的現象而已，實際上它也要能夠解釋已往的經驗，且不得與其他的想法有矛盾或衝突的情況，所以它的考驗是不斷地、且多面的。我們在此要來討論這些「考驗」，藉此可了解現有的科學知識之「本質」。

科學家們不斷地對自己所正在探索的現象作觀測，已往是用五官，現在則更引用電子顯微鏡、赫伯望遠鏡、及各種先進科技研發的儀器來觀測，他們所發現的現象均可以用有限的理論或想法來加以詮釋、理解。若是他們發覺有一兩個現象是以前所未見過的、或是現有理論所無法理解的，那更是他們最大的期待，也是他們辛勤工作最豐厚的報酬－一個科學上的突破。從這些「科學知識」的生產工廠(研究室、實驗室、考古工地、…)，科學家的努力工作態度中，我們可以體驗「科學」的本質；它是有事實依據的、是嚴謹的、是理論一致的，而科學家本人必需是富想像力的、有創意的、不教條的、不固執的、…。

有的科學研究者並沒有動手去做實驗（雖然他也知道實驗室裡在做些什麼、做了些什麼）。但是，他的邏輯思想非常嚴謹、細緻而清晰，於是，他綜合一些零散的證據建構出統一的理論（例如亞佛加厥提出「同溫、同壓、同體積的氣體，含有相同的分子數」是依據查理的溫度與氣體體積關係的定律、給呂薩克的氣體體積反應定律、波以耳的氣體壓力與體積關係定律等數個定律而提出的「假說」）、或是他重新調整一下科學概念的定義，而使各種論述得以協調一致（例如愛因斯坦以操作性定義「時間」與「空間」，而重建時空與座標之間的論述，而提出特殊相對論）。

直接從事科學的研究，以嚴謹的、精細的、切實的、負責的態度去探索，以富想像的、創造的能力去解決問題、建構想法，而且是非教條的、不管權威只顧論據的、接受眾多研究者的公開批判、…如此情況下提出並為大家所接受的「知識」，必然先天地具有信實可靠的特質。

既使經過如此嚴謹的考驗，我們也常可發現有些科學知識或理論仍然有被修改或廢棄不用的情況發生（例如「以太」的概念、「宇稱性」的存在概念）。只是，這種情形很少發生；若是有，也總是在有新的現象被發現或一個更簡單、更具涵蓋性的理論被提出之後。

我們可以自己從事科學研究、或由科學家的研究活動中去「體驗」科學，這樣就更能認識「科學的本質」。

2.對獲得科學的「過程與方法」要作嚴謹的檢驗

有許多學者運用「他山之石，可以攻錯」的策略，例如從科學的「發展史」上去檢視；人類如何經由不斷地觀察、實驗、省思、更改、再造、…逐漸獲得一些信實可靠的知識。追溯科學概念發展的歷程中，我們可以得知人類如何揚棄糟泊、如何精煉出顛撲不破的「理論」。這一方面的史蹟常可彰顯人們形成科學的「過程和方法」方面的特質；

例如亞里斯多德（西元前384~322）藉由他觀察所得的事實，發現落下的物體中，重的物體（如石塊）總是比輕的物體（如鵝毛）先著地，例如生活中我們在篩一盆輕重混雜的石礫，也總是重的沉底、輕的浮面。於是他提出一個『重物比輕物優先落地』的想法（理論）。這個理論一直被沿用，直到伽利略（西元1564~1642）對輕重不同的鐵球之重力加速度作準確的度量之後才發現『所有的物體受到地球引力的作用，落下的加速度都一樣，它們之所以不同是因為落下時受到空氣阻力的大小不同的緣故』。於是，人們重新以這個觀點來詮釋所有的落體現象，覺得更為合理而簡單。此一「概念」改變的事件，顯示出「科學」的一些特性；它是以事實的佐證為依歸的，所謂的「事實」要有確切的觀測，而且能被接受的「理論」要能夠詮釋所有的事實、…。

例如星球運轉軌道的發現過程；由於人們一直是立於地球表面去觀測這個宇宙，所以描述各行星的運行都是以地球為中心，依觀測時星球所在位置視角的變化來繪製，於是有托勒密的宇宙模型的想法（地球為宇宙中心，各行星、太陽分別以此為中心作圓周（或在圓周上附加周轉圓）軌道運行）。這種想法，一直到哥白尼（西元1543年）提出以太陽為中心的太陽系行星軌道的繪法時，人們才發現原來事情是這麼的簡單！雖然這只是「換一個角度來看這個世界」而已，可是，這一步卻是很不容易跨出呢！另外，由於人們對星球總是帶著神祕及崇敬之心來看待，又相信『圓是一種完滿無缺的』（人們心中的圖騰），因此，有關星球運動的軌跡，大家都認為應是圓的，這個圖騰一直到刻卜勒（西元1619年）利用第谷對行星運行軌道長期觀測的資料作仔細的分析之後，才提出星球軌道可以是拋物線、橢圓及圓的。此一科學概念重建的史蹟，充份表現人類舊有圖騰（信念）之影響既無形又有力，也顯示仔細觀測與分析的理性威力。以及運用新觀點再看舊經驗的「撥雲見日」的發現之喜悅。

由科學概念發展史的追溯，再現「人們如何運用科學性思維來建構知識」的心路歷程，我們可以從中體驗到建構「科學」的「過程及方法」的特質。

當然，現階段發生在研究室、實驗室裡的科學探索活動，其發表出來的成果及結論是否能被接受，重點還在於「形成此知識的過程及方法」之嚴謹性考驗。所以，「科學」也可由正在執行的科學研究活動中去檢驗。

能夠運作形成科學的「過程與方法」（它不是一種制式化的、可以套用的過程，只可以說在處理問題中應掌握某些特質、符合某些要求…），也可算是一種「科學知識」。科學的探究方法常被運用來處理一般問題，由於這種做事的過程、方法與態度獲得極高的成效，發現它即合理而有效，因此而相信「藉此方法獲得的科學知識」公信力應極高。

3.由科學所能發揮的功能去認識科學

有時候，我們要認識某一事物，是從它發揮出的功能去認識。科學知識的「信實可靠」不是因為它是由某位有信譽的學者所提出、也不是由於科學家多麼辛勤的努力所感動，而是因為它應用起來成效輝煌；

例如某人生了病，由病徵上判斷是A型病毒感染，於是，在顯微鏡（或化學藥劑檢驗）下，果然發現病毒的蹤跡！例如某一實驗發現在低壓及高電位下，真空管會有電漿產生並且會作電磁輻射，於是，另外一個實驗室的研究者，只要把環境條件備齊了，同樣的事件必然發生！這類的考驗，叫科學的「可驗證性」。許多科技的發明，就是將「事件發生的必要條件設計出來，而使事件必然地發生」。

有些「科學知識」被接受，並作為對其他現象認知的基礎，即作「設A為真，則B必亦為真、或C必偽…」等等的推論，而且屢試不爽，所推測的事件必然發生（假如他的推論過程很嚴謹、假設的條件都成立的話）。

我們對「科學知識」的各項檢驗；由「科學知識」本身、由形成科學的「過程及方法」、由「科學發揮的功能」等三個角度去討論，發現「科學知識」一直處在於接受公開批判的地位，而這些批判都是以確實的事件為依據的、非教條的、非個人權威的方式在進行，所以，它是可更改的、可發展的，也因此它是具有成長性的知識。雖然它是開放的、可更改的，但並不意味著它會一夕驚變，其實它是非常「信實可靠」的。

二、「科學本質」的意涵

「科學本質」（The Nature of Science）指的是什麼？

這是一個什麼樣的問題！它有什麼意義？

假如有人問莫奈（Claude Monet 1840-1926，法國印象派畫家），印象派的畫風有什麼特質？我想莫奈可能會茫然不知這是個什麼問題，也無法作答！可是，作為一個繪畫的鑑賞者、享用者或畫商，則如何去辨識印象派的特質，就成為一個重要的課題。

科學家從事研究工作，自然有他的一套行事準則及研判資料的方法，可是，他未必能夠說出「什麼才是科學？」。不過，這並不意味著去鑑別「科學或非科學」是一件沒有意義的事。至少，在這種科學威力盛行的時代，許多虛妄的、假借科學之名的說詞必然會混跡於科學之間，故「科學本質」的體認成為一項很重要的科學素養。

面對著「科學」，我們要來認識它、體驗它，也就是要洞察它的「本質」，那得怎樣來進行呢？

在本節中我們著重在「科學本質」意涵的界定；要界定一個廣泛的概念（如「科學本質」），最安全的辦法是用列舉的方法或引用正負面陳述的方法，說一些「什麼是科學」「什麼不是科學」的論述，而留下模糊的地帶不予處理，我們就是打算這麼做。

國內外有許多學者（鄭湧涇、周美雪、張麗珠（1989）、林顯輝（1991）、蔣佳伶、郭重吉（1994）、林陳涌（1995，1996）、洪文東（1996）、翁秀玉、段曉林（1997）、陳文靜、洪振方（2000）、黃萬居、李悅美（2003）、巫俊明（2002））曾對「科學本質」作了很深刻的探討。本文是一種說明性的文章，所以將引用他們的經驗及論述來當基礎。

1.說文解字話「科學知識本質」：

在探討「科學本質」的意涵之前，我們得先進行一段簡短的「說文解字」，以便確定所談論的詞彙；

‧「知識」一詞的意涵，不僅包括文字、語言、符號所能記述的（我們常稱為陳述性知識（Declarative knowledge）如概念、定律、想法、理論…等這類知識），也應包括有如何觀察、抉擇、判斷、歸納、推理等心智運作的能力（我們常稱為程序性知識（Procedural knowledge）），有的學者還是認為以上二分法尚且不夠完備，加上一種對整個事件前後發展脈絡的認識及事件意涵的詮釋及價值的判斷等這種知識（稱之為插曲性知識Episodic knowledge）。

「科學知識」也應如是觀！故它不只限於教科書上所記述的知識，應也包括如何解決問題、如何規劃實驗、如何操作儀器、分析資料…等等知識（或稱能力）。

‧「本質」是某「群」成員所共通具有的特性，可用以區辨不同「群」之間的差異。因此，要能顯現出「科學」特殊性質，應在「科學」、「非科學」、「準科學」之間多加比較，而且比較的「向度」也可能因為有了新的發現而增加。故「科學本質」的內涵是一個沒有明確邊界的範疇。因此，我們運用例舉的方法（集思法）來描繪。

‧對「科學」意涵的審思

林陳涌（1995）在他的「了解科學本質量表之發展與效化」一文中（P.33~P.34）有一段論述（以下有『』的內文均為原文直接引用）：

『 自笛卡爾三百多年來以機械論為中心哲學的科學思潮，將自然宇宙比喻成一個精準的機械，相信自然世界的運行是依照其內在定律－即自然律－的規範。Whitehead(1967)認為這個信仰源自中世紀對於上帝理性的堅持，而且自然律的每一個運行細節都被上帝監督著和命令著。科學家的工作就是運用科學方法－觀察與實驗－去探討發現存在於宇宙中的自然律。這樣的科學呈現的影像主要有三點，首先，科學方法的客觀及理性；其次，科學知識的絕對性；最後是，個人在整個科學的過程是可忽略的。Berman(1981)認為接受這種去人性的客觀與絕對性的真理之科學影像，是人類解除對宗教著魔後的再一次著魔。

本世紀初以來的實證主義以邏輯分析為方法研究靜態的科學知識，其企圖與結果正是反映上述三個傳統影像。然而近三、四十年來以科學史個案研究法的科學哲學及科學社會學，提供人類對科學更豐富的看法及了解。科學歷史個案的經驗（Empirical）研究及成績披露了科學事業的「實然」，給予傳統的科學哲學只重思辨的「應然」產物一個強烈的挑戰。

Abimbola（1983）將近年來科學哲學的研究成果稱為「新科學哲學」以別於傳統以邏輯實證主義的科學哲學，他整理出六個很清楚的表現出科學本質的「新科學哲學」的特點：

我們已經具有的知識、理念、和學說會很大程度的決定我們的觀察結果，因此觀察本身就是理論負載（Theory-laden）的。

科學家在已接受的典範、假設、或研究架構內進行科學活動。典範本身決定了甚麼問題該被處理、甚麼設備該被使用、及甚麼推論技術與模式該被應用。

正式的邏輯已不再被認為是研究分析科學的主要工具，取而代之的是，倚賴詳細的分析科學史。科學問題的最後仲裁是科學社群。

科學的核心在於不斷的研究與批判，不是在於被接受的知識。

科學有兩個面相：常規科學與革命科學。常規科學在一個共同的典範下進行，並導致科學革命。科學史上最重要的事件是科學典範的革命，因此科學的進步不是累積性的。科學革命代表典範的改變，新舊典範之間沒有共量性。

新舊典範之間沒有共量性，所以觀察所得的數據在新舊典範中不代表相同的意義。

這六點正好與前述三點傳統科學影像截然不同，首先，科學的觀察過程與實驗設計已被個別科學家所服膺的典範所浸潤，客觀與理性的科學方法是不存在的。其次，科學知識的權威不是絕對而是暫時的與局部的；不同典範之間由於評估準則不同，科學知識的意義有了不同的認識。最後，科學家與科學社群在科學知識的取捨過程佔有相當重要的地位，其所接受的典範或其他信念正是指導科學活動的準則。』

我們想一想，一個充滿理性主義色彩、一個稟承建構主義的哲學觀兩種觀點來看「科學」這門知識，竟然會有如此的不同，「科學本質」之不易確定，可見一斑。所幸我們在辨析「科學」或「非科學」之際，仍未到如此「詞窮匕見」的地步（要來確定這些科學知識是事先存在於大自然之中，或是人類自我建構的認知體系，以目前的「科學」發展狀況，兩者都可以說得通，所以，可以把它當成是個人所持的一種信念而已，影響不到取捨、分辨的地步），所以我們可以把這種「知識論」的爭論，暫且擱置。

2.「科學本質」的內涵

「科學」是一門具有特殊性質的「知識」；

我們由林陳涌（1995）、邱明富和高慧蓮（2004）及黃萬居和李悅美（2003）在他們的論文所搜尋相關的文獻中（見註一：由各種向度去體認「科學本質」），可以把人們如何去鑑別「科學」大致上分成幾個向度（見註一之表三：科學本質的內涵）；科學知識的特質、科學性探索活動的特性，以及科學所發揮的功能等，茲分敘於下：

由人類研究科學的原始動機去體認「科學本質」

人類研究「科學」的原始動機應是一種基於「免於困惑」的心理要求。「科學性的探究」原本崇尚唯真的、價值中立的，藉此擺脫迷惘的、困惑的、權威性的、獨斷的因素之影響。

改用列舉的、條目式的陳述：

‧科學的探索是人類的一種求知活動，是人類心理成長的本能。

‧科學探索的基本驅力為人們對外在世界的好奇心，研究的領域是開放的，即不受宗教、政治等的限制。

‧相信這個世界是可以被理解的（或是相信人有能力可以理解這個世界）。

‧科學探索中基本的信念是事物的演變有其因果，而且因果有其必然性。

由「科學知識」呈現的特質去體認「科學本質」

科學是人們創造出來的、建構出來的；它雖然是有經由「確切發生的事實」之考驗、也有邏輯上的論證，算是比較信實可靠的知識，但是，基本上它仍是至目前為止，人們所能想出來最能詮釋現象的理論，至於未來由於改變新的觀點、或有新的論據出現而提出新的理論，也是有可能的！「科學知識」的可信度可以由它的論據確實性、可驗證性、邏輯性、理論間的協調一致性、開明性、可調整性等來考驗。

改用列舉的、條目式的陳述：

‧科學是具有邏輯性及協調一致性的知識體系。

‧科學知識（包括物質科學、生命科學、…）其基本理論、定律間均應具有邏輯性及協調一致性。

‧科學知識可以運用來推測可能發生的事物。

‧科學知識可以用來解釋或詮釋發生的事物。

‧當新的觀點出現時，舊有的事物會獲得不同的解釋，人們則選擇最能圓滿詮釋的理論。

‧科學知識因其具有推測力及可重現性而獲得信任。

‧科學知識乃須經由不斷地觀察、確實論據的支持、理性的辯證之考驗。

因此科學概念的發展是動態的、有機性的，而不是資訊的累積。

‧科學知識的極限是僅能表示該概念的有用及無誤，而無法保證它永遠正確。

‧科學知識的演化，其本質上是在追求包容性更大、更簡潔、更能精準詮釋事物的概念。

‧儘管科學知識是較信實可靠的，但它卻也是開明的、可更動的。

‧規則性、法則、定律、原理等是指依據論據所歸納出來的規則，有其適用的範圍。假說、想法、理論、模型是人們臆想創造出來的，運用演繹推理可以圓滿的詮釋各種現象，即被接受（信以為「真」）。

‧「科學知識」並非代表真理；常有其適用的範圍之限制，而且也可能因為新的論據之發現或以新的觀點來解釋而產生不同的知識。

‧科學理論或模型僅是某些現象表徵的代表，未必完全吻合其真實的實況。

‧科學是人類思想的產物，應是文化的一部份。

由獲得科學知識的「過程與方法」之特性去體認「科學本質」

經由「科學性的探索」所獲得的認知及見解，稱為「科學知識」。那麼，所謂的「科學性的探索」究竟所指為何？

首先科學概念是建立在發生的事實上，所以確實而有效的觀察（或觀測、或設計實驗）是首要的第一步（只是，大半的「觀察」是有所為而為的、有目的的，所以它總是事先蘊含有想法或理論的，故常有「沒有那種概念，就看不到那種現象」的情形）。「觀察」得以使我們發現事實、獲得訊息。但是，在獲得科學概念的過程中重要的是「解釋訊息」，它使訊息成為有意義的「資料」（在解釋的過程中，已含有個人先前的經驗和偏好，所以「資料」並非完全的中立）。緊接著將諸多資料加以分類、歸納及研判它的規則性或察覺其顯示的特質。這些整理及分析的工作其實都是在個人的舊經驗、固有的認知體系下操作的，所以，必然含具有個人文化慣性與主觀意念，不過，它仍需要具有實證性（這個實證性原則在物質科學中是必要的、做得到的，可是在社會科學中常常只是一種倫理性的、道德上的呼籲）。

我們常稱科學的「方法」，有「歸納法」與「演繹法」。其實，究其根本仍只有演繹法。在演繹法中，需先於心中設定一為「真」的理論，再依邏輯推理去詮釋、預測應有的結果，若是所呈的現象符合此推測，即表示「理論已受到驗證」。在「歸納法」中，表面上是由諸多資料中去作分類，找出規則性，其實，在進行分類、推斷及研判的活動時，必須在心中先建立一些「看法」，才能夠進行下去。

雖然這些「看法」可能是暫時性的、未周全穩固的，但是，仍然需要事先建構的。因此來推想，「歸納法」的心理活動，實際上也是一種「預設看法為真」的後續邏輯推理的活動，應也是演繹法。

只是，如何先在心中建立一些看法、理論、模型呢？其根本在於人的想像力與創造力。也即是在心中「建構」這些「設以為真」的概念、理論等，其實都是個人「頓悟」的結果，也是一種心智上的「創造」。

總結言之，所謂「科學性的探究」，基本上它是實證性的（可是它卻仍含有個人想法和觀念的，即蘊含有理論因素）。在如何獲得確切的論據中，它並非循一個固定模式就可以達成的。由其心智上的活動來說，在建構想法、概念、理論時是具有想像力、創造力的，在應用推廣時是具有邏輯性的、是演繹的，在研判結果、作決定時是具有決斷性、冒險性的。

改用列舉的、條目式的陳述：

‧「科學性探索」是探究自然界的一種思考方式。

‧在做科學性的探索時，研究者需要具有批判及質疑的態度去考驗既有的想法、理論才能夠察覺問題。

‧在科學探索過程中，有「創設假說」及「實地驗證」的過程。

‧「論據」是發生的事物與心中的理論間建立邏輯性的呼應。

‧在收集及解釋資料中，人們心中預先已有對此事的概念。

‧科學探索的過程中步步需要研究者的直覺、靈感及想像力來處理正在發生的事物，尤其是在提出研判結果、理論的時候更需要想像力與創造力。

‧科學理論（或假說）的提出需要想像力與創造力，只是具有豐富的資料及事實記述。未必能形成理論（或假說）。

‧科學的觀察既已隱含觀察者內心的想法，不可能中立。但是，仍然要與客觀的事實當論據。

‧所謂科學方法乃係獲得確切證據的辦法，並無固定的流程。而且往往同一個問題也可用不同的方法來處理，達到同樣的效果。

‧科學的探究需要事先的「假設」，它可以導引科學方法的運用，但是不宜用來決定「結論」。

‧科學性的觀測講究精確的度量及描述，因此，常有意料之外的發現。

‧探索過程中，「分類」是人們運用某一觀點來組織資料的方法。

‧「實驗」是人們為了驗證假說（或學說、某一想法）或企圖發現新現象而做一個目的性的探測計畫。

‧科學性的「記述」是將事實做精確的描述，使不同的人均能由它解讀到相同的事實。

‧任何科學的探索過程都會引入誤差，如研究者固有的成見、測量工具的信度、施測時所引入的其他因素之影響、系統在施測過程中的變動…等。

‧由科學概念發展的歷史可以看出科學性探索的特質。

由科學與科學方法之應用所呈現的「功能」去體認「科學本質」

藉由科學性的探究過程所得的「科學知識」，具有信實可靠的品質。應用到生活中，必然的影響到生活及思想。把「科學性探究」的工作方法和精神應用到生活上來，也會大大的改變我們工作的模式和成效。

改用列舉的、條目式的陳述：

‧科學與科技（技藝）可相互援引、互相助益。

‧科學的探索雖是價值中立，但是，不可避免的，它將影響社會。

而社會對科學的評價也將影響科學發展的方向。

‧科學知識與科學性的探索方式可以應用來解決其他事物。

‧科學的探索雖然以求真為本位，看似價值中立，但實際上，它應是人們的一種文化活動，因此仍應考量其對倫理及社會的影響。

‧科學研究結果會影響到社會，因此其研究的題目與方法仍應受到合理的限制。

由科學研究活動的性質去體認「科學本質」

科學理論的提出或被接受除了忠實於自已所發現及確定的論據之外，尚需接受科學社群的考驗；「證實論據的可信性」及「與其他理論之間的協調一致性」。雖然這些考驗仍是非獨斷性的、非權威的，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（2002，2003）、邱明富、高慧蓮（2004）等），他們設計教案進行試驗教學，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。

1.教師對「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。

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。

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）為中心的宇宙觀的改變。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」存在於宇宙之間，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。

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。

2.依據目前典範的學習理論，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」？

以下我們介紹幾種教學策略：

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（2003）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(meta-understanding)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。

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（2003）稱它為低層次科學本質教學（Low-Level 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（如牛頓、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』。

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。

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)曾探討及嘗試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 vignettes）、歷史研究調查（historical-investigative approach）、角色扮演、歷史對話（historical dialogs）、探訪科學古蹟或參觀博物館、重複科學史上重要的實驗、科學家私人的傳記閱讀、小組討論、富有想像力的科學史寫作等等方式（傅麗玉，1996、鄭子善、劉聖忠，2000）。由於教學的目的在於增進學生對科學的了解，因此在引用科學研究事件時，要注意提示一些問題使科學本質的「探討」凸顯出來。

效用策略：

McFadden（1989）指出若以「實務」（practice）為檢驗知識的準則（criterion），以「知識的應用」是否改變自然或社會的環境為鑑定知識的主要方式，那麼強調「有意義的學習」（sense-making, concept development）教學派典就必須以學習者有關的議題（或問題）為中心來發展課程。

於是，運用STS的教學理念，藉解決日常生活上的問題中，在運用「科學知識」之時，體會其可運用的範圍及使用的方法，檢核其功能和極限，這些經驗也能使學生能體認到科學的本質。

當然，不管以上我們所提出的是什麼教學策略，基本上它們具有相同的性質，那就是：「藉由科學知識發揮其作用之際，來體認它的本質。或是從事科學性探究的活動中，藉反思體認到此活動的特質。」

四、對「科學本質的體認」之評量

「科學素養」係指「因為學習科學而增昇的智能」。

「智能」的意涵範圍很大，而且也因學習「科學」的方式和內容不同而增昇的「能力」也不同。其次「智能」的多寡優劣也需經由外顯的及行為造成的效果來評斷。因此，「科學素養」一詞無明確條文可界定，也無一定的邊界，它乃是一種指標性的、統整性的概念，其涵蓋內容可包括科學知識的認知及處理問題、解決問題所需要的各項能力。「科學本質的體認」應也是「科學素養」其中的一項能力；意指「認識（及體會）科學知識（包括事實、定律、理論模型…，及科學性的探究方法和技能）的特質和功能」。唯，「體認」、「科學本質」也和「科學素養」一樣，是一種指標性的、統整性的概念。

如今，若要在教學中把「體認科學本質」列為教學目標來追求，則勢必要將它由「科學素養」中分割出來、標示出來。而若要教師在「評量」中能辨認出它來，那麼，勢必要將它具體化、把它的「行為表徵」列舉出來（參閱註二：美國2061計劃中的「科學本質」指標，及註三：MSPAP「科學本質」指標，註四：科學本質分段能力指標）。

我們知道：「任何一項能力都包含有其他項能力的成份」。所以我們若要把「科學本質的體認」一項能力標示出來，我們只得用操作型的定義來規範(或界定)它。以下是我們依據對「科學知識」（包括表三中所列科學目的及科學知識兩項內容）、「科學性的探究方法」（包括表三中所列科學的過程與方法及科學家特質、科學社群、科學史各項內容）及科學應用上的效用（包括科學事業、科學的功能、科學的責任、科學的影響各項內容）三個角度來談「體認」科學所顯現之行為表徵（見表一：「科學本質」之體認）。

五、結語

要體認「科學本質」，首先當然要對「科學」有相當程度的瞭解，也要瞭解一些「非科學」的知識（例如知道一些宗教性的、文藝性的事件），然後從比較中去認識科學知識的特質、或去體會建構科學知識的經歷過程之特性。

同時，只有自己也曾從事於科學性的探究活動才能夠深切地去體會它。

「體認科質的本質」本身是統整性的概念，可說是一種對「科學」的態度和看法。而要瞭解一個人對「科學」的態度和看法，只有從他如何探究科學、如何運用科學的行為表現中去觀測。

在這科學與科技威力影響我們生活的時代，有多少的謬論假「科學」之名而流通於社會中，有多少的行為是誤用「科學」而造成社會的混亂。因此「科學本質的體認」成為現代國民生活所必要的「能力」，也因此列為國民生活所必需的「基本能力」之一。

表一「科學本質」之體認

本表將「國民中小學九年一貫課程」之「自然與生活科技課程綱要」與MSPAP兩者所提之「科學本質」加以並列。其目的在於顯示「體認科學本質」的「行為表徵」之表示方式，且方便於設計評量時參考之用：

註一：由各種向度去體認「科學本質」

林陳涌（1995）在他設計「科學本質量表」時，引述了一些「量表」設計的內容，我們可以由各量表的內容來忖度一般所認定的「科學本質」內涵（以下引述自林陳涌的論文（P.35~P.37）)：

『 Cooley和Klopfer（1961）發展的「了解科學測驗（Test on Understanding Science, TOUS）」，計分為三個分量表：了解關於科學事業、科學家、與科學方法和目的。TOUS偏重在科學家與科學社群，而對科學知識本質方面的題目則較少。

Kimball（1967-1968）發展的「科學本質量表（Nature of Science Scale, NOSS）」，題目環繞在八個主題。NOSS對科學方法及科學知識的涵蓋較為廣泛，但幾乎不觸及科學社群的議題。這八個主題分別為：

1.科學的基本驅力為對物質世界的好奇心。除了知識的產生以外，與結果、應用、及用途無關。

2.在追求知識中，科學是過程取向，是動態的、進行的活動；而不是靜態的累積資訊。

3.針對科學知識，科學的目的在追求包含性更大、更簡潔，強調能精準和簡明敘述關係的數學語言。

4.沒有像教科書所描述的那種（唯一的）科學方法。反而有多少科學參與人員就有多少種科學方法。

5.科學方法的屬性特徵應是價值領域高於技藝領域。這些特徵是指對感官經驗的依賴、武斷定義及分類架構的認知、及以對未來科學探討的生產能力或用處來評估科學工作。

6.科學的一個基本特徵是具有此信心，人類的規則及理解能含攝物理世界。

7.科學有一個開明的特徵，心智的開明使在面對新證據願意改變意見；研究領域的開明，不受宗教、政治、及地理所影響。

8.暫時性及不確定性是科學的特徵。沒有科學知識能完全證實，這一事實是科學的指導準則。

Welch和Pella （1968）發展的「科學過程量表（Science Process Inventory『Form C』，SPI）」，題目環繞以下四個主題：科學的假設、科學的活動、科學的結果、科學的倫理。SPI主要著重在對科學過程與結果的涵蓋，較少觸及科學社群的議題。美國威斯康辛大學科學素養研究中心（Scientific Literacy Center, 1967）發行的「威斯康辛科學過程量表（Wisconsin Inventory of Science Process, WISP）」，其重點與內容和SPI幾乎相同。

K orth（1968）發展的「科學社會面向測驗（Test on the Social Aspects of Science, TSAS）」，計分為三個分量表：科學、技學、和社會的交互作用、科學事業的社會本質、與科學家的社會及政治責任。TSAS完全著重在科學社群的議題。

Rubba和Andersen（1978）發展的「科學知識本質量表（Nature of Scientific Knowledge Scale, NSKS）」完全著重在科學知識的議題，將科學知識的屬性分為六點，非道德的、創造性的、發展的、簡言的、可測試的、及統整的，每點各自發展成為一個分量表。

Aikenhead及其同僚費時六年發展的「科學技學社會觀點（Views on Science-Technology-Soceity, VOSTS）」共102題的分類選擇題量表，其發展理念頗值得注意（Aikenhead, 1987; Aikenhead, Fleming & Ryan, 1987; Fleming, 1987; Ryan, 1987; Aikenhead, 1988, Aikenhead & Ryan, 1992）。VOSTS的概念架構分為四個向度九個主題，每個主題又細分2-11不等的次主題，其概念架構如下：

向度一：定義（科學與技學）

向度二：外在科學社會學（社會對科技的影響、科技對社會的影響、學校科學對社會的影響）

向度三：內在科學社會學（科學家的特性、社會建構科學知識、社會建構技學）

向度四：知識論（科學知識的本質）

VOSTS著重在科學、技學、與社會之間關係議題的探討，而有關科學方法與科學知識亦包括在其第四向度。VOSTS採用開放式架構，內容十分廣泛，在前述每一主題內各含有不同形式或用字的題目群，Aikenhead及其同僚鼓勵其他研究者自行組合與利用部份有興趣的題目，如：Rubba和Harkness（1933）。

鄭湧涇（1989）發展的「了解科學調查表（Understanding Nature of Science Inventory, UNSI）」，計分為四個分量表：科學的假設、界定和內涵、科學的過程的了解、科學家的特質、與科學和技術的內涵及其分野。題目多分佈在科學方法與科學知識方面，有關科學社群的題目則較少。』

邱明富、高慧蓮（2004）在他們發表的「科學史融入教學…」一文中也對許多研究者的「科學本質」做過一番的回顧，以下轉述自他們的論文（P.185~186）：

『 表二 國內、外相關文獻所提出科學本質的內涵及範疇重要觀點

黃萬居、李悅美（2003）在其發表的「國民小學高年級學童科學本質觀之研究」一文中也對許多研究者的「科學本質」做過一番的回顧，以下轉述自他們的論文（P.177~178）：

『 由科學史及科學哲學的發展得知，科學本質的內涵會隨著哲學觀點的演變而呈現一種動態的改變（Lederman, 1996；Matthews, 1996）。近年來，科學教育學者所提出的科學哲學已由以往所支持的邏輯實證主義（logical positivism ），轉向到目前的主流－建構主義

（constructivism）。

（一）國內外各學者和研究機構所界定之科學本質範疇與內涵各不相同國外部分：可以追溯到1954 年，Wilson 於1954 年發展了一個名為Science Attitude Question 的施測工具（Lederman,1992）。Klopfer 和Cooley 於1961 年發展了「理解科學測驗：Test on Understanding Science，TOUS」的工具，在這工具中將科學本質分作三個領域：

1.科學事業2.科學家3.科學方法和目的。Kimball 在1967 年則發展了「科學本質量表：Nature of Science，NOSS」（引自林陳涌，1999）。Aikenhead、Fleming 和Ryan（1987）為了探究高中學生對STS 所持之信念而發展了評量工具：「科學技學與社會的觀點：Views on Science - Technology - Society, VOSTS」。1989 年美國科學促進協會「American Association for Advancement of Science, AAAS」，發表了「Science for all Americans」一書，於其中將科學本質分為三個領域：科學的世界觀、科學探究和科學事業。緊接著，AAAS 又在1993 年出版了「科學素養的里程碑」（Benchmarks for science literacy）一書，更明確的提出各階段的學生在科學本質方面應該達成的目標。Roach 和Wandersee（1995）認為科學本質和科學一樣無固定模式。Roach 等人建構的科學本質內涵也強調科學的動態發展，包含了科學知識的暫時性、科學方法的非理性，以及科學與社會息息相關（陳淑媛、洪振芳，1998）。美國國家研究會（National Research Council, NRC）訂定了美國國家科教標準（National Science Education Standards，1996），第六章科學內容的標準中清楚的條列出5-8 年級的學生應理解的科學本質內涵。上述各學者專家對科學本質範疇的主張各不相同，因為知識的產生總在立場之後，當我們以某個觀點對事物進行理解，這個過程的結果便成為我們在這個觀點之下對這個事物的知識（楊文金，1998）。

國 內部分：鄭湧涇等人（1989）在「職前與在職生物教師對科學的本質的瞭解」之研究中，發展了「瞭解科學調查表（Understanding Nature of Science Inventory ,UNSI）」共分為四個分量表。林陳涌（1995）則在「高中生對科學本質瞭解之研究」中，發展了「瞭解科學本質量表UNOS」。翁秀玉、段曉林（1998）在「國小自然科教師傳達科學本質之行動研究」中，陳述行動研究的進行者－翁秀玉對科學本質的看法，以作為質性資料檢核的工具。九年一貫「自然與生活科技」課程綱要(教育部，2001)不僅明訂第三項素養為對科學本質的認識，更將科學本質納入學習領域之教材內容要項，成為顯性課程。

若對科學理論的發展作一審視，可發現關於科學本質的探討，自然的（心理的、歷史的、社會的）因素，隨時間演進而有愈來愈受到重視的趨勢。亦即選擇某一理論而揚棄其他理論的準則，逐漸趨向經由個人和團體協商達成決定的自然主義（naturalism）觀點；而非以理性主

義（rationalism）為判準（黃俊儒、楊文金，1997）。若與AAAS 出版之「科學素養的里程碑」（AAAS, 1993）所列的科學本質內容要項相較，九年一貫課程綱要科學本質素養在1、2 階段（一至四年級）的部分僅列出五項基本能力指標，似乎稍嫌簡化，且內容亦過於淺化。

（二）研究者所強調之科學本質內涵與範疇

研究者所論及之科學本質範疇，分為科學整體意義（包含科學目的）、科學知識、科學方法、科學家角色、科學事業（包含科學社群）、科學態度、理論和定律。研究者乃依據AAAS 將科學本質區分為科學的世界觀、科學探究和科學事業三個範疇，再參考上述各文獻以定義出本研究所依循的科學本質範疇與內涵。』

綜觀以上各研究者對「科學本質」量表的設計，可以歸納出他們對「科學本質」內涵的幾個觀測向度：

表三科學本質的內涵

註二：美國2061計劃中的「科學本質」指標

The Nature of Science

本資料摘自美國Project 2061所出版的「Science for All Americans」及

「Benchmarks for Science Literacy」

在美國2061課程中，將「科學本質」(The Nature of Science)依三個向度來論述：「科學觀」( The Scientific World View )、「科學性的探究」( Scientific Inquiry )及「科學的實業」( The Scientific Enterprise )，並且，依這三個向度訂定各學習階段應達成的「能力指標」。

○The Scientific World View

‧The world is understandable

‧Scientific ideas are subject to change

‧Scientific knowledge is durable

‧Science cannot provide complete answers to all questions

○Scientific Inquiry

‧The various scientific disciplines are alike in their reliance on evidence, the use of hypothesis and theories, the kinds of logic used, and much more.

‧Science demands evidence

‧Science is a blend of logic and imagination

‧Science explains and predicts

‧Scientists try to identify and avoid bias

‧Science is not authoritarian

○The Scientific Enterprise

‧Science is a complex social activity

‧Science is organized into content disciplines and is conducted in various institutions

‧There are generally accepted ethical principles in the conduct of science

‧Scientists participate in public affairs both as specialists and as citizens

The Scientific World View

By the end of the 2nd grade, students should know that

‧When a science investigation is done the way it was done before, we expect to get a very similar result.

‧Science investigations generally work the same way in different places.

By the end of the 5th grade, students should know that

‧Results of similar scientific investigations select turn out exactly the same. Sometimes this is because of unexpected differences in the thing being investigated, sometimes because of unrealized differences in the methods used on the circumstances in which the investigation carried out, and sometimes just because of uncertainties in observations., It is not always to tell which.

By the end of the 8th grade, students should know that

‧When similar investigations give different results, the scientific challenge is to judge whether the differences are trivial or significant, and it often takes further studies to decide. Even with similar results, scientists may wait until and investigation has been repeated many times before accepting the results as correct.

‧Scientific knowledge is subject to modification a new information challenges prevailing theories and as a new theory leads to looking at old observations in a new way.

‧Some scientific knowledge is very old and yet is still applicable today.

‧Some matters cannot be examined usefully in a scientific way. Among them are matters that by their nature cannot be tested objectively and those that are essentially matters of morality. Science can sometimes be used to inform ethical decision by identifying the likely consequences of particular actions but cannot be used to establish that some action is either moral or immoral.

By the end of the 12th grade, students should know that

‧Scientists assume that the universe is a vast single system in which the basic rule are the same everywhere. The rules may range form very simple to extremely complex, but scientists operate on the belief that the rules can be discovered by careful, systematic study.

‧From time to time, major shifts occur in the scientific view of how the world works. More often however, the changes that take place in the body on scientific knowledge are small modifications of prior knowledge. Change and continuity are persistent features of science.

‧No matter how well one theory fits observations, a new theory might fit them just as well or better , or might fit a wider range of observations. In science the testing, revising, and occasional discarding of theories, new and old, never ends. This ongoing process leads to an increasingly better understanding of how things work in the world but not to absolute truth. Evidence for the value of this approach is given by the improving ability of scientists to offer reliable explanations and make accurate predictions.

ScientificInquiry

By the end of the 2nd grade, students should know that

‧People can often learn about things around them by just observing those things carefully, but sometimes they can learn more by doing something to the things and noting what happens.

‧Tools such as thermometers, magnifiers, rulers, or balances often give more information about things without their help.

‧Describing things as accurately as possible is important in science because it enables people to compare their observations with those of others.

‧When people give different descriptions of the same thing, it is usually a good idea to make some fresh observations instead of just arguing about who is right.

By the end of the 5th grade, students should know that

‧Scientific investigations may take many different forms, including observing what things are like or what is happening somewhere, collecting specimens for analysis, and doing experiments. Investigations can focus on physical, biological, and social questions.

‧Results of scientific investigations are seldom exactly the same, but if the differences are large, it is important to try to figure out why. One reason for following directions carefully and for keeping records of one’s work is provide information on what might have caused the differences.

‧Scientists’ explanations about what happens in the world come partly from what they observe, partly from what they think. Sometimes scientists have different explanations for the same set of observations. That usually leads to their making more observations to resolve the differences.

‧Scientists do not pay much attention to claims about how something they know about unless the claims are backed up with a logical argument.

By the end of the 8th grade, students should know that

‧Scientists differ greatly in what phenomena they study and how they go about their work. Although there is no fixed set of steps that all scientists follow, scientific investigations usually involve the collection of relevant evidence, the use of logical reasoning, and the application of imagination to make sense of the collected evidence.

‧If more than one variable changes at the same time in an experiment, the outcome of the experiment may not be clearly attributable to any one of the variables. It may not always be possible to prevent outside variables from influencing the outcome of an investigation (or even to identify all of the variables), but collaboration among investigators can often lead to research designs that are able to deal with such situations.

‧What people expect to observe often affects what they actually do observe. Strong beliefs about what should happen in particular circumstances can prevent them from detecting other results. Scientists know about this danger to objectivity and take steps to try and avoid it when designing investigations and examining data. One safeguard is to have different investigations conduct independent studies of the same questions.

By the end of the 12th grade, students should know that

‧Investigations are conducted for different reasons, including to explore new phenomena, to check on previous results, to test how well a theory predicts, and to compare different theories.

‧Hypotheses are widely used in science for choosing what data to pay attention to and what additional data to seek, and for guiding the interpretation of the data( both new and previously available ).

‧Sometimes, scientists can control conditions in order to obtain evidence. When that is not possible for practical or ethical reasons, they try to observe as wide a range of natural occurrences as possible to be able to discern patterns.

‧There are different traditions in science about what is investing and how, but they all have in common certain basic beliefs about the value of evidence, logic, and good arguments. And there is agreement that progress in all fields of science depends on intelligence, hard work, imagination, and even chance.

‧Scientists in any one research group tend to see things alike, so even groups of scientists may have trouble being entirely objective about their methods and findings. For that reason, scientific teams are expected to seek out the possible sources of bias on the design of their investigations and in their data analysis. Checking each other’s results and explanations helps, but that is no guarantee against bias.

‧In the short run, new ideas that do not mesh well with mainstream ideas in science often encounter vigorous criticism. In the long run, theories are judged by how they fit with other theories, the range of observations, and how effective they are in predicting new findings.

‧New ideas in science are limited by the context in which they are conceived; are often rejected by the scientific establishment; sometimes spring from unexpected findings; and usually grow slowly, through contributions from many investigators.

TheScientificEnterprise

By the end of the 2nd grade, students should know that

‧Everybody can do science and invent things and ideas.

‧In doing science, it is often helpful to work with a team and to share findings with others. All team members should reach their own individual conclusions, however, about what the finding mean.

‧A lot can be learned about plants and animals by observing them closely, but care must be taken to provide for them in the classroom.

By the end of the 5th grade, students should know that

‧Science is an adventure that people everywhere can take part in, as they have for many centuries.

‧Clear communication is an essential part of doing science. It enables scientists to inform others about their work, expose their ideas to criticism by other discoveries around the world.

‧Doing science involves many different kinds of work and engages men and women of all ages and backgrounds.

By the end of the 8th grade, students should know that

‧Important contributions to the advancement of science, mathematics, and technology have been made by different kinds of people, in different cultures, at different times.

‧Until recently, women and racial minorities, because of restrictions on their education and employment opportunities, were essentially left out of much of the formal work of the science establishment; the remarkable few who overcame those obstacles were even then likely to have the work disregarded by the science establishment.

‧No matter who does science and mathematics of invents things, or where they do it, the knowledge and technology that result can eventually become available to everyone in the world.

‧Scientists are employed by colleges and universities, business and industry, hospitals, and many government agencies. Their places of which include offices, classrooms, laboratories farms, factories and natural field settings ranging from space to the ocean floor.

‧In research involving human subjects, the ethic of science require that potential subjects be full informed about the risks and benefits associated with the research and of their right to refuse to participate. Science ethics also demand that scientists must not knowingly subject coworker students, the neighborhood, or the community health or property risks without their prior knowledge and consent. Because animals cannot make informed choices, special care must be taken in using them in scientific research.

‧Computers have become invaluable science because they become invaluable in science because they speed up and extend people’s ability to collect, store compile, and analyze data, prepare research reports, and share data and ideas with investigators all over the world.

‧Accurate record-keeping, openness, and replication are essential for maintaining an investigator’s credibility with other scientists and society.

By the end of the 12th grade, students should know that

‧The early Egyptian, Greek, Chinese, Hindu, and Arabic cultures are responsible for many scientific and mathematical ideas and technological.

‧Modern science is based on traditions of thought that came together in Europe about 500 years ago. People from all cultures now contribute to that tradition.

‧Progress in science and invention depends heavily on what else is happening in society, and history often depends on scientific and technological developments.

‧Science disciplines differ from one another in what is studied, techniques used, and philosophy, and all are part of the same scientific enterprise. Although each discipline provides a conceptual structure for organizing and pursuing knowledge, many problems are studied by scientists using information and skills from many disciplines. Disciplines do not have fixed boundaries, and it happens that new scientific disciplines are being formed where existing ones meet and that some subdisciplines spin off to become new disciplines in their own right.

‧Current ethics in science hold that research involving human subjects may be conducted only with the informed consent of the subjects, even in this constraint limits some kinds of potentially important research or influences the results. When it comes to participation in research that could pose risk to society, most scientists believe that a decision to participate or not is a matter of personal ethics rather than professional ethics.

‧Scientists can bring information, insights and analytical skills to bear on matters of public concern. Acting in their areas of expertise, however scientists should enjoy on special credibility. Any where their own personal, institutional, or community interests are at stake, scientists as a group can be expected to be no less biased than other groups are about their perceived interests.

‧The strongly held traditions of science, including its commitment to peer review and publication, serve to keep the vast majority of scientists well within the bounds of ethical professional behavior. Deliberate deceit is rare and likely to be exposed sooner or later by the scientific enterprise itself. When violations of these scientific ethical traditions are discovered, they are strongly condemned by the scientific community, and the violators then have difficulty regaining the respect of other scientists.

‧Funding influences the direction of science by virtue of the decisions that are made on which research to support. Research funding comes from various federal government agencies, industry, and foundations.

註三：MSPAP「科學本質」指標

MSPAP 「科學本質」指標

美國馬利蘭州「科學實作評量」執行計畫（MSPAP，1992）依據當時該州所擬定的課程，在「科學本質」項下所訂之能力指標：

【一、二年級】

‧能依照所觀測的現象，作明白的闡述，並說明其意義。

【三年級】

‧瞭解科學概念的建立必需依據確實的證據。

‧認識科學的「描述」要明確，「解釋」和「預測」要有邏輯、有理論根據。

‧認識資料的「確實性」是很重要的。

‧在解決問題時，使用科學的知識和現有的科技。

‧使用你的科學知識來決定你要怎做。

【五年級】

‧瞭解科學知識是持續發展出來的。

‧知道科學知識要以證據為依據。

‧科學知識是我們作預測的依據。

‧體會在發展模型時，需要想像力與創意。

‧知道提出的假設要「可驗證」才有意義。

‧認識在探究中，不同組群、不同時間地點所收集的資料相互比較是非常重要的。

‧向別人描述自己的科學知識怎樣幫自己下決定。

【八年級】

‧能依據資料來進行研判，經由討論產生共識。

‧瞭解藉「實驗」可用來探究問題，並獲得資料。

‧能接受同儕審查你的資料。

‧依據資料所顯示的「規則」，可引用來「推測」。

‧察覺科學理論有適用的範圍，也可能發生不同的解釋方法。

‧體認到模型、理論的好處和限制。

‧使用科學的知識和現有的科技解決實際問題。

‧運用科學知識表達自己對該議題的立場。

【十一年級】

‧實驗時，可引用證據來批判先前的「假設」，或歸納出基本規則。

‧依據累積的證據來修正或確認科學概念。

‧能清楚的描述（就你所了解）一個有效的「科學研究」應具備的條件。

‧科學的理論不止要符合現有的所有證據，也要具有預測的功用。

‧瞭解所引用的資料都要是「可證實的」才行。

‧描述你採取什麼步驟，達成對某一相關議題的個人決定。

‧用科學的方法評估某個議題對個人、社會、倫理、法律的衝擊。

註四：科學本質分段能力指標

科學本質分段能力指標

國民中小學九年一貫課程自然與生活科技學習領域課程綱要之科學素養分段能力指標「科學本質部份」：

a-b-c-d：a指能力序號、b指學習階段、c和d指項目之流水編碼。

3-1-0-1能依照自己所觀察到的現象說出來

3-1-0-2相信每個人只要能仔細觀察，常可有新奇的發現

3-2-0-1知道可用驗證或試驗的方法來查核想法

3-2-0-2察覺只要實驗的情況相同，產生的結果會很相近

3-2-0-3相信現象的變化，都是由某些變因的改變所促成的

3-3-0-1能由科學性的探究活動中，了解科學知識是經過考驗的

3-3-0-2知道有些事件(如飛碟)因採證困難，無法做科學性實驗

3-3-0-3發現運用科學知識來作推論，可推測一些事並獲得證實

3-3-0-4察覺在「以新觀點看舊資料」或「以新資料檢視舊理論」時，常可發現出新問題

3-3-0-5察覺有時實驗情況雖然相同，也可能因存在著未能控制的因素之影響，使得產生的結果有差異

3-4-0-1體會「科學」是經由探究、驗證獲得的知識

3-4-0-2能判別什麼是觀察的現象，什麼是科學理論

3-4-0-3察覺有些理論彼此之間邏輯上不相關連，甚至相互矛盾，表示尚不完備。好的理論應是有邏輯的、協調一致、且經過考驗的知識體系

3-4-0-4察覺科學的產生過程雖然嚴謹，但是卻可能因為新的現象被發現或新的觀察角度改變而有不同的詮釋

3-4-0-5察覺依據科學理論做推測，常可獲得證實

3-4-0-6相信宇宙的演變，有一共同的運作規律

3-4-0-7察覺科學探究的活動並不一定要遵循固定的程序，但其中通常包括蒐集相關證據、邏輯推論、及運用想像來構思假說和解釋數據

3-4-0-8認識作精確信實的紀錄、開放的心胸、與可重做實驗來證實等，是維持「科學知識」可信賴性的基礎

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