基於科學哲學、科學社會學、科學文化研究的科學教育

緒論

本文從科學課程中內含對「科學」的認識與影響，並從科學論(science studies)對於科學知識的觀點演變，闡述科學哲學、科學社會學、科學文化研究與科學教育的關聯，從而討論基於科學研究的下一代科學教育。

＊此篇設定之閱讀對象為科學教育社群（甚至是對科學哲學、科學社會學等理論有興趣的讀者較適合），內容相對生硬、篇幅很長，鼓勵一般沒有耐心的讀者可以直接看「參、以科學論設計下一代科學教育」。

壹、科學的形象對科學教育的影響

科學教師如何想像科學工作，影響教師如何設計課程。在科學課室中經常隱含著科學教師對科學形象的想像。傳統科學教師認定傳授理論知識為科學課程的目標，忽視科學態度與科學本質等科學工作歷程。作為「隱藏的科學課程」，教學中隱含的哲學傳達了形塑科學活動的重要訊息，進而形成學生對科學的形象與態度(Schibeci ,1981)。Smolicz 與 Nunan(1975)認為，對科學的認識存在四種意識形態誘導科學教育傳遞科學神話，分別為：

1. 人類中心：宇宙以人類視角詮釋、萬物為人服務。

2. 機械導向／量化原則：世界萬物皆可藉由量化去神秘化。

3. 科學進步的實證主義：認為科學一直更新而進步。

4. 分析理想：整體可以透過徹底分析局部與假說解釋了解。

對科學錯誤的認知影響指導未來的科學家與具備科學素養的公民，學生經常誤認科學代表真實、正確、是不可被修正或挑戰的知識。這項認知影響學生學習科學或教師教學時，以知識傳授、記憶作為主要教學方式，卻忽視科學家統整、論證、探究、建模、評量上缺乏模型測試等屬於創造層次的能力培養。認為科學為理性展現、絕對客觀的形象，亦勸退部分學生放棄科學學習，視科學為與己無關、「不適合自己」的學問，尤其在女學生尤為明顯（林靜雯，2009）。忽視關懷、科學與社會之關係，不僅在女性科學家的培養上是缺失，且對大眾科學素養亦是危害。許多與科學關聯的社會議題，並非僅由科學家或政客擔此責任，更需要具有科學素養的公民對科學發展進行約束與決策。

科學本身並非僅由英雄人物與理論構築，科學教育也非僅為知識傳授與記憶理解，這些偏差的科學形象對科學教育發展有諸多不利，教師有必要比實際從業人員（科學家）更加了解科學此學科的哲學意義。因此，為正確理解科學活動、改變現在學校科學課程中隱藏的錯誤科學形象，就需要根據當代科學哲學和科學社會學的思想，重新構成學生與教師的科學態度(Derek ,1985)。

貳、科學論對科學知識的主張

科學論(science studies)泛指科學的學科歷史、科學作為社會制度的動態，以及科學知識的哲學基礎的學問(David ,1997)。內容涵括科學哲學、科學知識社會學與科學文化研究。上文說明常見教師與學生對於科學形象的偏誤，接下來藉由了解科學論如何回答「科學是什麼？」以及科學論對於科學知識的各樣觀點，從而探討為什麼要基於科學論研究思考科學教育。

一、科學哲學的主張演變

科學哲學作為科學論中最早發展的學問，探討科學的學科本質為何（陳瑞麟，2010）。依照其對科學知識的主張與發展順序，大致上分為（一）邏輯實證主義（二）否證論（三）Kuhn的典範與科學史觀（四）Post-Kuhnian。

（一）邏輯實證主義

邏輯實證主義(logical positivism)承襲亞里斯多德學派邏輯中的兩大法則，一是排中律(law of excluded iddle)所有命題可區分真偽，二即矛盾律(law of contraition)命題非真即偽。根據這兩條法則，所有現象的解釋都能藉由觀察經驗獲得真確或錯誤的二元解答。

第一次世界大戰後，由維也納圈(The Vienna Circle)所提出的實證主義受到當代哲學家質疑人類感官受限，並重視邏輯的、數學的推演，將原有的經驗的定義擴充，加入符號的（數學的）邏輯演譯。邏輯實證主義將語言分為分析的與綜合的語言(analytic - synthetic distinction)分析的語句在句中可分析出真偽，綜合的語句則是根據含義與世界比照。一個命題若是綜合的語句則在觀察上可以被檢證，若是分析的，可以被邏輯檢證，若不能以任何一種經驗被檢證則命題沒有意義(David, 1997)。後續邏輯實證主義由邏輯經驗主義(logical empiricism)取替，以證據增加理論有效程度的驗證(confirmation)取代檢證(verification)（陳世文，2021）。

邏輯實證主義中的歸納法雖被後期被科學哲學屏棄（局部觀察未能代表整體、歸納邏輯的不合理），在科學工作中仍相當依賴實際操作實驗取得觀察數據與數學上的資料整合，觀察的能力是科學中不可缺少的一環，觀察與歸納通則依舊是現在科學活動與科學教育的主要內容。

（二）否證論

Karl Popper是否證論的代表人物，Popper認為一個「科學的」理論應具有可證偽性(falsifiability)。無法透過觀察結果的一致性來證實或建立一個理論。觀察性測試唯一能做的就是證明一個理論是錯誤的。因此，科學理論的真實性永遠無法得到觀察證據的支持，而是鑑於理論是否能存在決斷的實驗可被反駁。

否證論應用在科學課室的實驗課程上是項挑戰，在學生思考是否具有反駁理論的實驗中需要高層次的批判思維（陳世文，2021）。除了實驗課程外，在判別科學與偽科學的理論或主張中，否證論可成為重要的切入點，結合科學論證與議題討論中的資料檢核，作為科學式思考的工具。

（三）Kuhn的典範與科學史觀

孔恩(Kuhn)的科學知識觀加入科學史的觀點，他評判過去科學史的演進並非透過一人一事的決斷實驗而推翻前者，故否證論或許是科學的特徵之一，卻非科學更替的常見現象。孔恩認為，在科學史上大部分的科學工作都是穩定且符合脈絡的進行，屬於常態科學的時期，常態科學的理論源自於穩固的「典範」(paradigm)，典範指導科學工作的進行、預測研究結果。有時出現不符預期的異例(anomaly)，並不會直接更動典範的定位。直到異例漸多、原典範無法透過修正處理異例時，才會進入常態科學危機，科學家考慮信任替代典範以取代原典範，典範轉移的歷程即科學革命。典範與典範之間具有不可共量性(incommensurability)，不可互相比較、相互解釋。

孔恩引入科學史解釋科學活動的方式對科學哲學過去專注在理論內部的關係相異，加入外部因素（人為）的考量。科學教科書往往是對未來科學家教導當代受科學社群認可的典範，很少提及過去典範。因此教科書往往呈現科學發展是線性、直線累積進步的過程，是對科學歷史的曲解（徐光台，1997）。孔恩在科學歷史觀對於科學的暫時性、非累積性、科學社群等概念能幫助學生對科學形象更加清晰。

（四）Post-Kuhnian

Post-Kuhnian指的是在孔恩後，對孔恩的相關主張進行批判的科學哲學主張。在這裡主要以Lakatos的科學研究綱領(scientific research programmes)與Laudan的研究傳統(research traditions)為代表。

Lakatos的科學研究綱領分為兩個部分，認為科學理論工作包含一個硬核(hard core)這是一組對研究綱領至關重要的基本思想。而外圍有一層保護帶，以一些非基本的想法，用於將硬核應用於實際現象。將包含來自硬核的想法與來自保護帶的想法相結合，以實際測試科學理論詳細、特定版本(David, 1997)。科學理論並非革命式的直接更替硬核，而是由保護帶進行方法論的修正。Laudan的研究傳統則允許理論核心的修正，提出理論的修正並非線性單向的變動，而是根據科學社群公認的目標、方法學與理論三者的相互作用。因此在Laudan的科學知識觀點中，科學理論可以依據科學社群目標不同而有多種形式，當科學家遇到問題時思考的方向依據其世界觀，與理論、社群目標及方法學構成（趙金祁，1992）。

Lakatos與Laudan的理論當中，開始納入科學家的意願與選擇決定科學理論的產出。科學家（人為）可以選擇接受(accept)或追求(pursuit)一個想法，可以修正方法與目標，允許想法進出並修正硬核，有別於視科學知識為穩定不變的想法。Laudan的理論中，對於科學家出於某個解決問題的目的，可以擁有不同形式的想法（不同模型），使知識不同於「非真即偽」、與人的意向無關，而是以科學家認可的規則作為判准。

二、科學社會學與科學文化研究對科學知識的詮釋

（一）科學社會學

科學社會學(The sociology of science)，研究科學作為社會活動之一，以社會學的視角研究科學工作，其研究又可分為微觀與巨觀兩面向。微觀科學社會學研究科學實驗室工作運作、科學社群獎勵機制、科學社群如何評價科學發表等科學工作者的行為活動。巨觀的科學社會學研究，則關注社會環境，諸如文化、經濟、宗教、政治等，對科學產出的影響。

科學社會學研究中普遍認同科學工作並非一人獨自完成、由社群共同評價。Christine 與Jenifer(1998)從微觀科學社會學的角度上，提供將科學社會學轉換成科學教育的三項內容，分別是社會網絡(social networking)、同儕審查(peer review)、和抱持懷疑的態度(skepticism)。科學家的社會網絡透過互助合作溝通資訊與設備、數據。不存在一致的標準衡量科學工作，而是以科學社群中的一致性與共識評價科學工作；最後保持懷疑的態度是科學家持有對於追求知識的態度。這三項科學社會學的內容在教學上可以對應課程設計的要點：在教學方法中讓學生學習科學的型態應由個人轉向合作學習，同儕審核與課程評量的型態可做連結，保持懷疑則是科學態度的形塑。在這三項內容中挑戰展示科學成果與單一典範的傳統科學教育，重視學生群體高互動、高對話的關係。

科學知識社會學(The sociology of scientific knowledge,SSK)與科學社會學在後續研究中兩個詞經常混用，但仍有一些內容上的差異。SSK承襲科學社會學，早先莫頓(Merton)的科學社會學僅以社會學觀點分析科學活動，排除科學知識內容中的社會建構問題，而SSK則明確將科學知識作為研究對象，針對其架構進行理論的分析。受到建構主義影響，SSK認為科學知識是人為建構而成，反對科學哲學觀點中普遍以理性、客觀定義科學知識，也因此在科學社群中普遍反對建構主義與SSK的觀點。

Bloor在1976年出版的《知識與社會意向》(Knowledge And Social Imagery)書中提出「強綱領」(Strong Programme)的概念。Bloor認為所有領域知識（包括自然科學知識）都屬於社會建構的成果，受特定社會情境、文化影響。強綱領訂立科學知識的社會研究須符合四項原則：

1. 因果性(causality)：所持有的信念必須說明因果關係。

2. 公正性(impartiality)：必須無偏見的對待真與偽信念。

3. 對稱性(symmetry)：能以同樣的原因說明真與偽的信念。

4. 反身性(reflexivity)：用於解釋其他現象的原因也必須能套用說明自身。

根據強綱領的主張，不同時代脈絡、族群、國情、社會群體，不同的社會因素可能建構出不同知識內容，科學知識也可能因社會因素而有多種版本。於是文化研究者也進入了科學知識社會學的行列中。

（二）科學文化研究

科學文化研究，或者科學知識的文化研究(cultural studies of scientific knowledge)研究關於科學知識在特定文化背景下的表現、翻譯及轉移到新情境的實踐，跨足了歷史、哲學、社會學、人類學、女性主義理論，是相當多樣化的學科(Rouse ,1992)。關於科學文化研究非常多元，Rouse提及六項科學文化研究的特徵：

1. 科學的反本質主義：同科學異質性(the heterogeneity of science)，科學學科內在與學科間都有很大的差異，並不存在統一相同、不變的（甚至優於它者的）本質。

2. 反對科學理論的解釋性立場：有別於社會建構主義的解釋性科學用少量的原理來涵蓋各種不同的現象。擴廣解釋範圍與科學文化研究的情境相依牴觸。

3. 地方知識：地方性、物質性與科學實踐的特徵。科學理論來自特定儀器、技術的研發，相關知識研究的發展、詞彙與意義的擴增，以及科學交流與網絡的互相配合。

4. 科學的開放性：科學與社會性的知識邊界並不如想像中明確，甚至是開放且相互影響的。

5. 顛覆現實主義與價值中立：現實主義認為科學的目的在於真實表現世界，但社會建構主義認為科學知識首先是由社會建構的，再來追求科學的目的也是社會性的（利益、權勢、規則維持等），文化學者則以凡是知識不可能脫離語言型態，在交流詮釋讀取便存在語境差異，非全然獨立於社會因素。

6. 作為政治和認知參與的文化研究：反思政治的、文化的因素對於科學知識的影響。通常具有批判的、多元文化的社會責任觀點。

科學知識具有多重表徵，可以根據目的不同使用不同模型。從科學知識本身的多樣態，科學知識也依據社會脈絡存在多種版本。科學教育不應窄化科學知識的範疇，認同自身文化並尊重不同族群文化，使各族群發揮不同文化在各自科學知識上的優勢，交流增長，並尋得科學知識中的個人意義（傅麗玉，2004）。

參、以科學論設計下一代科學教育

一、「離開教科書」

如果一個教師想像科學家是埋首在實驗裡的形象，他就會想像教室當中埋首在教科書的學生是最符合科學家的角色。那不難想像他的科學課程設計也會側重在單一的理論知識中。

從科學哲學到科學文化研究，科學論研究看待科學知識視野越來越廣角。從最初單就知識論、方法論上的探討，而後歷史脈絡的引進、科學家的介入，直到以社會、文化看待科學。這個歷程當中科學不再只是數據與理論。我們能從這個脈絡中看見一個全神專注在科學理論研究的科學哲學家慢慢抽身，以更多觀點納入「科學是什麼？」的討論，以這個類比轉移在科學教師身上，在舊科學教育的視野裡只關注如何讓學生學會理論知識，這些理論知識只是已完成的科學或現在進行的科學，是否能支撐未來的科學工作？科學家的培養只是知識的堆砌嗎？我們可以從相關的科學論中明確地給予否定。

如同過去科學論者對科學知識的認知改變，科學教師看待科學的視野應該停止聚焦理論知識的傳授，輔以科學研究、以更大的視野，重新認識科學與科學教育。

二、忠於真實的科學工作

科學哲學曾「紙上談兵」在理論上著墨很久，Popper的否證論也廣受歡迎過，但自孔恩以科學史駁斥否證論，人們開始重視談論的想法需要與實際的科學工作對照。科學教育也如此，科學教學設計不應該與科學工作相背。

比起科學論者追求了解科學的本質、方法論或是科學社群的運作，科學教育的目標並不是追求「真實的」完全相仿的科學工作。有很多類似的質疑，如該教什麼樣的科學本質、哪一個方法才是所謂的科學方法，這類科學研究者都不能當下立判，也自然不是科學教師的責任。科學教師「忠於」真實的科學工作是意向性的，按照教育環境、修正融入課程中，且持續反思自己的教學是否符合科學工作。

三、科學教育的社會關懷與展望

當科學不再是絕對理性、客觀的產物時，知識本身就存在權利結構：高喊「政治是政治、科學是科學」卻不知道政治影響科學、科學影響政治，還以為公民教育是社會組老師的事、身為科學教師能置身事外嗎？科學教育從業人員應該負起更大的社會責任，以強綱領的四項原則，審視我們所知、所聽聞、教授的科學。

允許多元表述的科學，不僅是多元文化尊重的展現，也是期待學生建構自身的科學知識，學生的想法無論多麼天真、能解決的問題多限縮，都不應該因為非同於學術科學家而駁斥或限制，不僅是因為教育理念，亦是符合真實科學的多重理論模型。只有追求自由科學建模，才是真探究真情境。

思考我們所期待的科學教育，如同過去科學論學者的歷程，需要從更後設的角度，比對真實情境深入研究。未來科教研究可從分析科學教育的理論，並比照現況下科教從業人員的實際工作、科教學者與教師的觀點，跟進科學教育框架的研究。

參考資料

林靜雯（2009）。檢視1995-2003年台灣科學教育研究性別議題。科學教育研究與發展季刊，52，21-50。

徐光台（1997）。Kuhn《結構》中所談的科學教育——兼論Siegel與Brush的爭議。科學教育學刊，第五卷第三期，391-418。

陳世文（2021）。檢視1995-2003年台灣科學教育研究性別議題。科學教育月刊，437，11-22。

傅麗玉（2004）。誰的科學教育？中小學科學教育的多元文化觀點。課程與教學季刊，7 (1)，91~108。

陳瑞麟（2010）。科學哲學：理論與歷史。群學出版社。

趙金祁、許榮富、黃芳裕（1992）。科學哲學對科學知識主體主張的演變。科學教育月刊，000(154)，0002-0018。

Bloor, David (1976), Knowledge and Social Imagery, Routledge & Kegan Paul, London.

Christine M. Cunningham & Jenifer V. Helms (1998) Sociology of Science as a Means to a More Authentic, Inclusive Science Education, Research in Science Teaching , 35:5, 483–499.

Derek Hodson (1985) Philosophy of Science, Science and Science Education, , 12:1, 25-57.

Hess, D. (1997). Science studies: An advanced introduction. New York: New York University Press.

Rouse, J.T. (1993). What Are Cultural Studies of Scientific Knowledge. Configurations, 1, 1-22.

Schibeci, R.A. (1981) Do teacher rate science attitude objectives as highly as cognitive objectives? J. Res. Sci. Tchg., 18, 69-72.

Smolicz, J.J. and Nunan, E.E. (1975) The philosophical and sociological foundations of science education: the demythologising of school science, Stud. Sci. Educ., 2, 101-143.

後記

1. 我是故意不提建構主義與STS的，在後續科學論研究的脈絡很複雜，這部分我沒有很清楚就沒有提及了（不然他們應該也是相當重要的內容）。

2. 這是我「110-2 科學知識社會學」的期末報告，老師還在批閱中，所以是相當不成熟的內容。連著科學哲學的發展歷程，就像回顧整學年的學習成果，不難發現自己努力不足，歡迎各種批評指教。

3. 其實我也只重看了一次，因為太長了自己也不是很有耐心看完。