本體論在科學學習的意涵.doc

本體論在科學學習的意涵 (The Implication of Ontology for Science Learning) 許良榮 在傳統哲學中本體論(ontology)探討一切事物的基本特徵以及存在的本質, 例如「桌子」的本質是否與我們所認識的「桌子」互相吻合? 如果我們的知覺方式改變了, 是否世界看起來就不一樣了? 本體論屬於形上學(metaphysics)的一支, 直覺上似乎與科學教學沒有關連性, 但是近一、misconception)的研究一再顯示, 科學概念的學習或改變是一個很複雜的過程, 不是單純的心理學過程就可以滿足學習的須求, 其中包含學生的信念(belief)、, 因此科學哲學的研究(如Kuhn, Popper的理論)受到科學教育學者們相當的重視。, 而且某些關於迷思概念(misconception)的研究雖然研究者沒有以本體論的觀點進行探討, 但是研究結果顯示出學生個人對於科學概念的本體觀是造成迷思概念相當重要的因素之一。Schecker(1992)研究254名高中生對於下列敘述的觀點：「物理課中, 經常用假設或思想實驗(thought experiment)考慮在實際生活中不一樣的狀況, 例如：沒有空氣阻力的狀況或假設有無限的直線運動」。結果有11%的學生認為這種假設沒有用, 典型的回答是：「我為什麼要考慮不存在的情形﹖」。有超過一半的學生認為這種方法只有對物理有用, 因為物理不是處理實際的狀況, 只有25%的學生對於科學上的理想狀況能夠理解。此現象顯示了學生對於物理世界的本體觀與科學家的本體觀並不一致。在原子的錯誤概念方面, 也包含了對原子之本體觀的誤解：例如Solomon等人(1996)研究十年級學生對科學本質的觀點, 發現有60%的學生認為科學家是經由「實驗的證明」而確定物質是由微小的粒子(原子)組成。 Harre(1986)區分我們所經驗的世界有三種本體。本體一是具體可得的實體世界, 是可以直接關察的, 例如「椅子」、「樹葉」。本體二是無法直接觀察的, 需要經由工具才可取得, 例如「細菌」、「病毒」。本體三描述的是理論性的客體, 無法由現今的任何工具直接觀察的, 例如「黑洞」、「夸克」, 但是在科技的進步達到觀察的需求時, 本體三的客體可以轉移為本體二, 例如「病毒」在顯微鏡發明之前屬於本體三, 顯微鏡發明之後則轉移為本體二。 Osborne(1996)指出科學教學中有很多是關於本體三的問題, 例如黑洞或恐龍的滅絕仍有存疑性, 但是我們常忽略了這些客體是我們建基於對本體一、本體二的理解所形成的認識, 直接呈現本體三的概念可能會使得學生認為科學的知識主張沒有實質上的基礎, 而只是很單純地述說。此外, 在科學教學中經常企圖將概念由本體三轉移轉到本體一, 例如「能量」的概念屬於本體三, 如果能有效轉移至本體一的領域(使用隱喻或圖形等等), 則學生比較能夠理解能量的意義。又如「原子、分子」的概念屬於本體三的領域, 因為就算以目前的科技仍然很難實際觀察到原子或分子, 在學校的教學更不可能提供學生有關原子、分子本體一或本體二的經驗, 因此我們必須思考如何幫助學生認識原子與分子。例如Harrison Treagust(1996)研究48位八至十年級學生對於原子、分子的概念, 發現有一半的學生認為原子可以用顯微鏡觀察。此研究結果顯示學生對原子分子的觀點停留於本體二的階段。 Chi(1992)以本體論為基礎研究學生之科學概念的改變, 類似於Harre(1986)的區分, Chi將物理世界分為三個基本的本體類別(ontological categories), 分別是物體(matter)、(event)與抽象(abstrct), 三個基本類別分別有次級類別(參見圖一)。Chi; (1)本體類別之內的改變, 例如「熱」的概念由”流體”轉變為”粒子”的概念改變, 是屬於本體類別之內的改變, 因為都是將熱視為一種「物質」的本體觀; (2)本體類別之間的改變, 例如對於「熱」的概念由”物質”轉變為”能量”的概念改變, 由於物質與能量是不同的本體類別, 因此是本體類別之間的改變。Chi 所有本體 物 體 事 件 抽 象 自然的 人造的 意圖的 有範疇的 情緒的 心智的 生物 非生物 自然發生 人為建構 植物 動物 固態 液態 圖一 本體類別 (取自Chi, 1992; p.131) radical conceptual change), 此種概念改變比本體類別之內的概念改變更為困難, 這也是造成科學概念之學習效果不彰的主要原因之一。, 在此無法詳細討論,