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科学论证
科學論證
(science argumentation)目錄
壹、前言 ……………………………………………………………………… 2 貳、科學論證是什麼？ ……………………………………………………… 2
一、論證的定義 …………………………………………………………… 2
二、論證模式的歷史回顧 ………………………………………………… 2
三、論證與科學學習和科學發展 ………………………………………… 5 参、論證的類型 ………………………………………………………………… 5 肆、論證的教材 ………………………………………………………………… 6 伍、論證教學的策略和應注意的事項 ………………………………………… 8 陸、教師及學生可能面臨的困難與因應之道 ……………………………… 8 柒、論證評分 …………………………………………………………………… 9 捌、結語 ……………………………………………………………………… 10 參考文獻 ……………………………………………………………………… 11
圖
圖一 Toulmin 的論證結構圖 ………………………………………………… 3 圖二科學推理模型 …………………………………………………………… 4
表
表一 Toulmin 的論證模式類型…………………………………………………4 表二 不同論證模式使用方式……………………………………………………5 表三 論證品質分析標準…………………………………………………………9 表四 論證品質評量表……………………………………………………………9 表五 相關論證研究比較…………………………………………………………101
壹、前言
近年來，各國科學教育多以「培養學童成為具有科學素養的公民」為目標(教育部，2003；American Association for the Advancement of Science [AAAS], 1993)，其中，經濟合作組織(Organisation for Economic Co-operation and Development [OECD])辦理的國際學生成績評量計畫(Programme for International Student Assessment, PISA)，在定義「科學素養」時指出：學生必頇要能辨別「個人意見」以及「具證據基礎的主張」，而且要能夠應用所學的科學知識，做出具有證據基礎的結論(OECD, 2007)，換言之，論證能力可視為科學素養的關鍵能力之一。我國亦將「推理論證」列為九年一貫課程綱要科學素養中「思考智能」的要項（陳文典，2006a），陳文典（2006b）指出推理論
證建立在相信「能作邏輯思考是人的共通性」和「事情發生有其因果關係」兩個基本前提上，「因果關係」使現象的變化有跡可循，「共通性」使人們可以進行溝通產生共識。在現今社會中，有許多與科學相關的社會性議題，必頇在社會大眾充份交換意見，達成共識後方可執行，然而，這些議題的答案通常會隨著個人背景、知識及環境的不同而改變，所以，培養未來公民根據有證據基礎的資訊，做出正確且對眾人有利的決定，是至為重要之任務·。
貳、科學論證是什麼？
一、論證的定義
關於論證的意義有許多不同說法。有關論證(argument)一詞，牛津英文辭典(The Oxford English Dictionary, 1989)對它的解釋是：「提出理由來支持一個想法、行動或理論」，若把字典中的說法當作是對此字詞的通俗解釋，則論證是用來使別人相信自己所提出的論點的有效性。
在學術研究的領域中，Kuhn (1991)把論證定義為：「對不同主張或觀點進行辯證的過程」。洪振方(1994)認為：「論證尌是提出足夠形成推論判斷的證據，以形成結論」。Browne 和 Keeley (1998)把論證定義為「理由＋結論」(argument＝reasons＋conclusion)，他們認為使理由和結論產生合理的連結，尌是論證。Driver 等人(2000)則把論證定義為「經由對談來檢視彼此不同的觀點，最後產生有共識的宣稱的歷程」。Binkley(1995)認為論證是一種推理的行為，為了解決問題與爭論而發展出的方法。另外，Van Eemeren(1995)也主張論證是一種社會性活動，論證者在爭論的情境中運用理智及語言去表達意見，最後採取群體認同的主張以解決問題。
Toulmin(1958)也認為論證與情境息息相關，在不同的人類活動中，因情境的差異而有不同的論證產生。
綜合以上各學者對論證的觀點，將論證定義為：「論證是一種推理的歷程，藉著提出具有合理性的理由及支持理論，使資料與結論之間，產生合理的連結並經由對話的方式來產生共識，解決問題與爭端」。
二、論證模式的歷史回顧
1、蘇格拉底的論證架構
Paul (1995)指出蘇格拉底的反詰法（Socratic questioning）乃是藉由學生與他人所詰問的衝突觀點呈現，深究這種衝突觀點的起因與來源，找出支持的理由和證據，最後形成自己的看法。這種歷程強調對話互動的兩個人，如果善用發問技巧，可以幫助學習者思考更深入的問題。Voss 和 Van Dyke (2001)也指出蘇格拉底的論證架構主要使用流程為：A 提出一個『誠實為上策』的聲明（assertion），B 會提出問題問 A，直到 A 遇到和原先所提聲明矛盾的地方，此 2
時 A 需找出理由與證據來支持其想法，最後判斷形成自己的看法；A、B 兩個人藉由這種對話論證的過程，從衝突觀點到新想法，對自然世界的理解是共同對話建構出來的。主要使用方法為利用反詰法來進行思考的萃煉，其最主要假設則是認為『真理可以藉由反覆深入的對話而得到』。
2、亞里斯多德的論證架構
Voss 和 Van Dyke (2001)指出亞里斯多德論證的基礎結構本質上是一種演繹的過程，這種論證形式包含由推理所支持的一種宣稱，或是被一前提所支持的結論。他們認為基本上可以把亞里斯多德的論證結構視為三段論（大前提、小前提、結論）結構，由已知的多個命題，來推論出未知的一個命題。而之所以稱為三段論，乃是指前兩個命題為前提，後一個命題為結論，而結論乃是兩個前提經由邏輯的結合而產生的必然結果。亞里斯多德論證架構最主要的假設則是認為『在某些論證架構下，若前提為真，則應用前提所產生的結論一定為真』，這種基於大前提（尋找證據），小前提（找尋支持理由），而得到結論（產生知識宣稱）的使用方式，更成為現代形式邏輯的重要參考。
3、Toulmin 的論證架構
Toulmin（1958）論證模式的提出主要是要彌補三段論法的不足，如：三段論法缺少論點更堅強的支持理論來說明主前提的立論依據；三段論法也沒有提到整個論點可能的例外情形；沒有考量一個科學論點所應具有的例外考量。
Toulmin（ 1958 ）認為其所提出的論證模式特別強調支持理論的部份，也強調證據的重要性，了解如何連結證據和論點之間關係是論證的核心（Brem, Russell, & Weems, 2001;Kuhn, 1991; Nussbaum, 2002; Osborne et al.,2004），而覺知到「證據 - 理論解釋」的雙向本質的特質的人才會形成以證據為基礎的論點來證明自己的選擇（Weinstock, Neuman, &Tabak, 2004）。Toulmin 的主要限制為僅重視論證的形式是否完整，但並未對科學內容作檢查；亦即有時只考慮邏輯結構，而未考慮使用者的科學知識內容是否正確。
在許多學者提出的論證架構中以 Toulmin(1958)的論證結構(Toulmin’s Argument Pattern, 簡稱 TAP)最具代表性，許多相關研究均以此為基礎。
表一 Toulmin 的論證模式類型
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4、Giere 的論證架構
Giere(1991)所提的科學推理模型乃是在科學中建立知識主張的一種論證方式，其主要元素包括真實世界、模型、資料、預測、肯定證據及否定證據，其主要進行檢核的流程為由模型所得的預測或資料是否能符合真實世界，亦即利用肯定證據或否定證據來對模型作選擇。在 Giere 所提的科學推理模型中，科學家需檢查從真實世界抽象出的模型及根據模型（理論性假說）所得的資料和預測符合真實世界嗎（肯定證據的呈現）？以及縱使所選用的模型（理論性假說）不適合真實世界，伴隨資料而得的預測有得到同意嗎（否定證據的呈現）？
5、Lawson 的架構：檢驗論證的假設－演繹的有效性
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Lawson(2003)認為科學家的思考模式，乃是從提出假設開始，而假設需要經過實驗驗證，這樣的過程即為一種論證。他認為論證過程起始於一個像謎題般的觀察（puzzling observation），學生並根據觀察現象，形成一個或更多暫時性的解釋，然後提出一個可能的假設-預測論證，然後產生測試，並使用『if/and/then』等來連結、解釋心中所想像或計畫進行的檢驗，利用這種『if/and/then』的推理形式來產生檢驗時，就能得到一個觀察結果，並形成證據。最後，比較證據和預測，即可作為對假設支持與否的程度，亦即採用假設-預測的方式來進行論證。Lawson 的主要假設，認為真理可由不斷假設預測的測試檢驗而逼近，證據和預測的符合程度可以用來解釋一個具有效度的結論。此種論證模式最大的限制乃是：『許多經由論證產生的結果及觀察，並無法直接由因果假設測試得到。』
表二
三、論證與科學學習和科學發展
論證活動在科學社群活動中扮演重要的角色，近代哲學觀認為知識建構是社會互動下的產物，知識主張被視為植基於論證的過程(Newton et al., 1999)，科學新知識的產生到認定必頇經由社群成員的檢驗、批判及辯論等過程(Driver, Newton, & Osborne, 2000)，由以上論述可知，論證活動在科學知識形成與發展歷程的重要地位。在科學發展的歷程中，科學家用證據檢驗科學的推測，以產生可信賴且被接受的知識(Siegel, 1989)。當科學家面對不同來源的證據時，經由論證確認證據是否值得採信，以決定是否接受此科學主張。對學生而言，Duschl 與 Osborne (2002)發現實施論證教學除了可以提升學生的論證能力，更可促進學生主動學習、科學探究、推理和批判思考等能力。而黃翎斐與胡瑞萍(2006)剖析國內外已發表的研究，指出論證活動對科學學習的成效可概分為四個面向，分別是：(一)幫助概念理解；(二)發展科學探究能力；(三)瞭解科學的知識論；(四)促進批判思考與科學思考能力的發展。顯示論證教學的確有助於學生的科學學習。
参、論證的類型
分析教學活動中，教師與學生的對話與互動情況，可將論證分為兩種類型：第一種類型可被稱之為「教導式的」(didactic)論證 (Boulter & Gilbert, 1995)。此類型的論證，其進行的形式常常是由教師對全班學生提供科學解釋，目的是要使學生相信他所講述的知識宣稱的有效性。Russell (1983)指出這種形式的論證，常常是依賴教師的權威性，忽略了要讓學生自行蒐集證據和推理。此類型的論證，比較常出現在「教師導向、封閉式、結構式」的探究活動中(Wellington et al., 1994)。第二種類型可稱之為「對話式的」論證(Driver et al.,2000)。此類型的論證，5
其特色是在建構論證時會藉由「對話」來考量不同的替代觀點。這種形式的論證，可能發生在個人身上，也可以發生在群體之中。因為，即使是個人在建構論證，也會藉著和自己對話，在心中對不同觀點作考量，最後才決定要採用哪一個觀點，這種發生在個人身上的論證，可稱為「自我論證」。而這種「對話式的」本質，在群體中的論證則更為明顯，即由抱持不同立場的個體，提出自己的宣稱來彼此論證。在這個歷程中，它強調的是論證具有「社會建構」的面向，可稱之為「社會論證」。此類型的論證，比較常出現在「學生導向、開放式、非結構式」的探究活動中(Wellington et al., 1994)。
Siegel 指出論證若以目標進行分類，可以分成兩類：第一類是 Gilbert(1995）等人則根據牛津英語字典的定義設釋論證，即「提出理由來支持或反對這個提議」；第二類則是屬於對話式或是多元意見(Inult1vo1ced）的論證，也就是用不同的觀點驗證同一主張的合理性（引自 Driver,Newton，及 osbome,2000）。
Felton 和 Kuhn（ 2001）曾針對論證活動中的論述策略發展出一個歸類系統；它的分析方式主要是將學習者對談的語段相關於前一個語段的功能是什麼來加以歸類，區分為交互性問題（ transactive questions）、交互性陳述（ transactive statements）和非交互性陳述（ nontransactive statements）三大向度，並在三大向度之下再細分許多的子向度。
肆、論證的教材
Osborne (2004) 訓練教師使用不同的論證策略帶領學生進行論證，發現學生經由一學期的論證教學與學習之後，論證的品質有所改善。在他們的文章中提出了一個「支持與促進科學教室中的論證教材之架構」，其中列出九項論證教材設計的參考架構，可作為教師在進行論證教材設計時的參考。茲將這個參考架構的內容與應用的例子詳述如下：
1. 陳述表：針對特定主題給學生一個相關科學概念的陳述表，請學生對每一個陳述表達同意或不同意的看法，並說出理由。例如：在進行光合作用的教學時，可將學生常具有的另有概念與正確的科學概念列成陳述表，請學生逐一討論贊成與否，並說明理由。
2. 概念圖：由研究文獻中找出學生作的概念圖，請學生討論其中的概念與連結是否正確，並說明理由與論點。例如：呈現研究文獻中學生所作的生殖單元概念圖，其中包含一些另有概念或在概念的連結上有一些缺漏或錯誤之處，這樣的概念圖就可以作為學生進行論證的教材。
3. 學生的實驗報告：給學生一份其他學生的實驗報告，而報告中缺乏某些訊息或含有可改進的資料，引發學生的反對，請學生說明可改進之處和理由。
4. 競爭理論—卡通：以卡通型式呈現兩個或兩個以上的競爭理論，請學生選出他認為正確的理論，並說明理由。例如：以卡通型式表達出不同的人對植物需要的養分是來自土壤或是來自水和空氣的看法（如圖三），請同學討論他們各自支持誰的看法，並說明理由。
5. 競爭理論—故事：給學生一份報紙上報導的競爭理論的故事，請學生選出他認為正確的理論，並說明理由。例如：在談到地球上的生命起源時，可同時呈現生命是來自外太空以及生命是起源自地球上兩種不同的理論，讓學生進行討論。
6. 競爭理論—想法與證據：給學生...