社會性科學議題導向的化學教學:應用社會性科學議題於科學教學中的理論和實踐 / 林樹聲

星期三 , 8, 6 月 2022 Leave a comment

社會性科學議題導向的化學教學:應用社會性科學議題於科學教學中的理論和實踐

林樹聲

國立嘉義大學教育系數理教育碩士班

lin-s-s@mail.ncyu.edu.tw

n  前言

    將社會性科學議題(socioscientific issue, [SSI])納入科學教學和學習是充實學生科學素養的進向之一,已有許多科學教育研究證實了此點。本文的主旨在介紹應用SSI於中等教育科學教學中的理論和實踐方法,文章首先說明「科學/技學/社會」(science/technology/society,[STS])SSI之間的關係和差異;其次闡述SSI之於科學教學或學習的成效,包括能建構出相關於議題的知識和概念、提升對科學本質的了解、學會高層次的思考能力、增進道德思考和推理察覺環境問題……等;接著,提及科學學科中實踐SSI可選擇的議題、SSI的教學模式和策略、評量,最後論述科學教師的準備和實踐、可能遇到的問題和困難,文末提出相關的建議。

n  引介

    繼一九八零年代科學教育界提出「科學/社會/技學」(science/technology/society,[STS])作為課程改革的一大方向後,一九九零年代末期,科學教育界興起另一波的呼籲——將「社會性科學議題」融入科學課程,繼續藉此促進學生建構與議題相關的概念和知識,同時也培育學生各種高層次思考能力。這一個趨勢和力量,直到今天仍方興未艾。到底STSSSI二者有何關聯和異同?SSI的應用有何理論基礎?又如何將SSI應用到中等教育中的科學課室呢?而教師利用SSI又應該具備什麼樣的知識和能力?本文將針對上述問題一一提出說明和論述。

n  STSSSI

    1980年代科學教育的改革走向「培育全民科學素養」為目標(AAAS, 1989),不再只是養成「科學從業人員」(科學家或工程師)為主。此一變革意味著科學的課程和教學也必須做出相對應的調整,才能克盡其成,達成這樣新設定的目標。

過去以來的傳統科學課程(教科書)之組織和編排,基本上都是以學科的「概念」為主軸,由淺而深、由基礎到應用的方向,再配合螺旋式課程的理念做加廣和加深(Bruner, 1960),因此一個單元裡,往往涵蓋相關於主概念的事實、知識、原理和原則、範例,同時搭配相關的實驗。

而在全民科學素養的願景下,STS教育或課程理念的倡導,即是對傳統以「概念為主」的課程做出省思——過度重視科學概念和知識的學習,忽略了科學與生活的連結、科學在社會中的應用,以及其所引發的問題(Yager, 1993)。所以從STS出發的科學教學或學習,目的即在促進學生學習科學的興趣和動機,培育學生從日常生活中去解決問題、提升學生做決定的能力,並促進學生了解「科學、技學、社會三者既是相互關聯的,也會相互影響」(Ratcliff, 2001)。同時,STS的教學取向一方面拉近科學學習與學生的距離,另一方面也期望學生能將校內所學的科學,應用於校外的生活之中,更期待學生能在未來負起公民的社會責任(Keeves & Aikenhead, 1995),特別是參與一些與科技和社會有關的爭議問題之討論(Ramsey, 1993)

    只是STS教學和課程理念,也受到外界的一些挑戰,尤其是來自家長、社會普遍要求檢視學生的「科學學習成效」的情況。所以,許多STS的教育研究都致力於證明即使使用不同於概念結構出發的教材,學生的科學學習成就依然可以保持在一定的水準之上,尤其是知識建構的成果(eg. Yager, Tamir, & Huang, 1992; Yager, Choi & Akcay, 2009)。也因此,STS出發的教育研究反而較少聚焦在「討論科技爭議的問題」,到底如何影響到學生的學習成效、以及為學生帶來什麼樣有別於知識以外的收穫。

    就在STS理念和教育漸漸走向平淡之際,科技應用所引發的社會問題越來越多,科學教育的研究風潮也跟著轉向探討這類議題帶給科學教育的意義和功能。這些議題包括核能使用、生物複製、基因改造、奈米科技……等。而討論這些問題的面向則涉及了倫理、道德、法律、經濟、社會、政治、生態保育……等,是一跨學科、跨領域的思考。如眾所皆知的,面對此類問題,不同的利益團體會從不同的立場出發,提出不同的解決方法,而每一種解決方法都反映著支持者的價值選擇(Oulton, Dillon, & Grace, 2004)。由於不同利益團體對於問題的解決方法之間缺乏相當的共識,在公說公有理,婆說婆有理,價值觀無法協調的情況下,爭議因而形成,問題解決就成了懸而未決的狀態。而有關這類由科技引起、具備爭議、做決定上的兩難、非良好結構(ill-structured)的問題,即被稱為「社會性科學議題」(Stradling, 1984; Levinson, 2006)

至於為什麼科技應用或發展會形成社會爭議和公共討論的焦點呢?Kolstø (2001)指出:正因為這項科技處在發展當中(science-in-the-making),在證據不足的前提之下,它帶給人類自身、人類社會的負面影響,至今仍然屬於未定的結論,科學家只能從機率出發,談論此項技術帶給社會可能的風險(Christensen, 2009);這也表示議題本身涵蓋的狀況與條件是複雜的,無法像實驗室內的實驗,在充分控制變因之下取得肯定且確切的結果(Millar, 1997)

由此可知,不論是STSSSI,在概念上的共通處都是強調學生必須知道科學、技學與社會並非獨立的三個領域,而是相互影響的;且在彼此的互動之下,對人類社會產生正面的效應,也會帶來負面的衝擊,只是目前證據不足,無法給出肯定的答案。因此,科技鑲嵌或融滲(embeded)在社會中發展的「科學本質」就不脛而走。同時,二者也強調學習者必須了解相關於議題的知識,當一個人具備議題所涵蓋的相關科學知識,他對此議題下的爭議討論,更能言之有物和成理,而不會流於空泛或純粹的猜測(Sadler & Zeidler, 2005)

那麼到底STSSSI二者之間在科學教育中的差異是什麼呢?Zeidler等人(2005)明確的指出SSISTS較大的差異在於:SSI涵蓋(subsume)STS的教育理念,有較多來自心理學、社會學和認識論的論述基礎與支持;SSI既作為教學的一種情境,也作為教學的策略之一。而且,除了符應學生的認知能力之外,SSI更重視學生在倫理、道德層面上的推理、發展學生的品格、美德,以及促進學生省思運用科技、審慎做決定的適切與否,由此強化學生對社會的責任感(Zeidler et al, 2002)。換言之,在重視討論科技爭議的前提之下,除了顧及培育學生的理性思考、能參與討論的能力之外,更多價值傾向、情感層面的因素,被納入討論SSI的過程之中,同時也回過頭來評量這個過程對學生智識上的影響、達成「功能性科學素養(functional science literacy)」的程度如何。這些都是過去STS理念和教育較未著墨,或者曾提及但未突顯出來的內涵。

n  SSI之於科學教育

事實上,Zeidler等學者大力倡導於科學課室中實踐SSI的教與學,加上後續眾多科學教育學者的相繼投入,確實將SSI的科學教育研究推上了「顯學」的地位。而以SSI為教材、情境的研究延續至今,仍舊是許多科學教育或環境教育研究的焦點。與其說SSI作為STS的「舊瓶新裝」,不如說SSI是把STS提及但未徹底實踐的目標彰顯和落實出來。即便「品格、美德、負起社會的公民責任」等SSI重視的「具體目標」(Objectives)不易達成或評量,但利用SSI具備「爭議的」特性,確實能在科學教學和學習上,創造出許多的可能(Zeidler, Herman & Sadle, 2019),這是向來強調具有正確答案、遵循嚴謹邏輯推理的科學解題訓練,無法做到的部分。

經過科學教育學者二十多年來的努力,運用SSI於科學教學中,確實為不同教育層級的學生帶來許多正面的學習成效。這些學習成效分別反映在:建構出主題或議題相關的科學知識與概念(e.g. Kiryak & Çalik, 2018; Sadler, Romine, & Topcu, 2016;
Sadler & Zeidler, 2005)
、提升對科學的態度(eg. Pelch, & McConnell, 2017)、對科學本質的了解(eg. Khishfe, 2013; Lederman, Antink & Bartos, 2014; Khishfe et al, 2017; Zeidler et al, 2002)、增進反思判斷(e.g. Zeidler et al, 2009)、道德思考和推理(例如盧俊達、林樹聲,2019; Fowler, Zeidler, & Sadler, 2009)、促進非制式推理(e.g. Karpudewan & Roth, 2018)、探究能力(e.g. Lee & Brown, 2018; Eastwood et al, 2013)、論證能力(例如蘇衍丞、林樹聲,2012Evagorou & Osborne, 2013; Lin & Mintzes, 2010)、做決定的品質(e.g. Gresch, Hasselhorn, & Bögeholz, 2013; Hsu & Lin, 2018)、察覺環境問題 (Mueller & Zeidler, 2010)、溝通技能(Chung et al, 2016)……等。

   儘管上述的研究在取樣上多數非隨機,再加上實踐情境的差異、學生素質的不同,這些前提都代表著若要將研究的結果做出推論,都會受到相當的限制。但不可否認的,眾多實徵研究的結果都證實將SSI引入科學課堂進行教與學,確實能為學生帶來許多不同的正面效益。

n  中等教育中科學學科裡的社會性科學議題

   Schenk等人(2021)調查近三百篇SSI教學的實徵研究對象後,發現在中等教育中實踐SSI教學研究的佔多數——其中以高中最多,其次是國中。這代表進行SSI教學除了考量學生的成熟度之外,學生的學科背景裡若能具備一些科學知識作為基礎,也會讓SSI的教學或討論進行得較為順利。

至於選擇議題上,正因為SSI是跨學科的議題(既跨科學學科,也跨人文和社會學科),所以很難以單一學科的概念和知識領域,區分什麼議題屬於什麼學科。而若要在中等教育中的科學課室裡實踐,也許可以以什麼單元教什麼主概念的方式,尋找與此單元和主概念相關的SSI。例如談論輻射、電磁波、放射性元素、能源的使用,我們可連結到「手機輻射會對人體健康造成影響嗎?為什麼?」(可參考Albe, 2008a, 2008b; Cajas, 1999; Daylot et al, 2019)、「台灣情境下的電力供應,你會支持繼續使用核能(或太陽能、風力)嗎?為什麼?」再例如,講到「大氣的組成、溫室氣體、氣候變遷」等概念時,就可討論「全球暖化加劇的成因是人為或是自然的一部分?」(可參考Atabey & Topcu, 2017; Flener-Lovitt, 2014 )再例如,教學教到化合物、酸鹼中和、空氣汙染、懸浮粒子(膠體)、化學的生活應用時,可以討論「農夫以燃燒的方式處理收割後田中留下的稻桿,你支持嗎?為什麼?」其他與生命科學的有關主題,例如優生學、人類基因組解讀、基因改造作物生物複製技術……等,更是不勝枚舉。

n  社會性科學議題的教學模式和方法、評量

而接著要問的是:有任何教學模式適合老師們教導SSI時採用嗎?答案是肯定的,科學教育學者從研究上,提供了不少模式和方法給老師們使用。例如AmosLevinson (2019)Kurup & Levinson(2021)Levinson(2018)Powell(2021)Presley
et. al, (2013)
Sadler, FoulkFriedrichsen (2017)……等。

    筆者在此推薦使用Ramsey(1993)提出的「議題教學模式」,此一模式的各階段都有清楚的目標,而且具備四個具體的階段,教師只需要在各個階段裡確認目標、採取適當的教學策略或方法即可。此一模式原本只是提醒實踐STS教師需要注意議題教學時必須達成的四個層面的目標——「基本層次、知覺層次、調查和評估層次、公民責任層次」,但將此四個目標視為議題教學需要涵蓋的內容和順序,亦不失為引導教學進行的四個SSI教學的「階段」或「模式。

    Ramsey認為「基本層次」是指議題涵蓋的基本科學概念和知識,這是教師進行議題教學首要幫助學生建立的部分;「覺知層次」則讓學生從不同觀點出發,例如倫理、道德、經濟、生態和環境、宗教、政治……等,去了解議題中涉及的問題,以及各個利益團體對此一議題解決方案的論述;「調查和評估層次」是希望學生能找出證據,支持或否決在覺知層次中不同利益團體的各個論點;最後一個層次則是「公民責任」,旨在讓學生採取行動,發揮行動的力量影響社會,也為社會做出一定的貢獻。

    以進行「全球暖化」議題為例(詳見林樹聲,2005),教師必須先建立學生對全球暖化加劇、氣候變遷、二者的關聯、成因和影響、減緩和調適、格拉斯哥協議(更早的京都協議、巴黎協議)等基本概念與知識的了解,以符合「基本層次」的要求,此階段可使用的教學策略會以講述和提問為主。接著,讓學生了解此一議題涵蓋的爭議問題是什麼?(全球暖化加劇的成因是人為或是自然的一部分?)列出涉及此問題的利益團體(例如支持不同解釋的科學家、政治人物、經濟學者、一般民眾……)有哪些?他們各自持有的觀點(立場)和論點是什麼?從分組查閱、收尋和解讀資料開始,再到各小組口頭或書面報告統整資料的結果,「覺知問題」的所在。再來,教師引導小組進入「調查和評估」層次,小組必須進一步找出背後支持或否決各個論點的證據,判讀證據的可信和強弱程度,甚至發表各團體還可以補強什麼證據來支持自我的論點。最後一個層次則是「公民責任」,教師可以模擬公民投票,讓學生以投票的方式表達支持或反對減緩全球暖化加劇的政策或法規;或者發起一人一信,寫信給立法委員,期待他們加快立法或審核有關減緩和調適全球暖化加劇的法案;亦或是在校園中擺設攤位,鼓吹大家加入減碳行動或強化減碳的行為。原則上,就是帶領學生化認知為行動,真正踏出教室一步,為公民責任做準備或落實公民責任。

    至於評量上,除了概念和知識的部分有標準答案之外,筆者建議可藉由SSI教學評量學生「高層次思考能力」,這些能力包括論證(提出論點、反論點、反駁、證據的能力)(林樹聲黃柏鴻,2009)、批判思考(Lin, 2014)、做決定(Hsu & Lin, 2018),或者使用證據的能力(Manz, 2016)……等。事實上,若教師決定評量學生高層次思考能力,基本上學生在回答問題時,就連帶地使用到已學過的知識或概念,畢竟高層次思考能力是情境相依於議題的,不可能不用到與議題有關的知識或概念。所以,只要教師善用或修正學者發展的評分架構(或稱「評分規準」),或者根據學生填答的結果,教師自行發展和建構出評分架構也是可行的,此一過程也等於教師嘗試實踐素養導向的評量

n  科學教師的準備和實踐上的問題與困難

    至於中等教育中的科學教師若要在課堂中納入SSI,自己需要準備什麼呢?充實自己教授SSIPCK實屬必然。針對SSIPCK一樣包括兩大核心知識——內容知識(content knowledge[CK] )和教學知識(pedagogical knowledge [PK])(Shulman, 1986),其中內容知識在此是指與議題有關的「議題知識」,意即教師選擇的議題涵蓋哪些必須了解的知識(包括科學知識)PK則是指進行SSI教學時會使用到的「教學模式、方法或策略」。這意味著教師在考量課程主題、學生的興趣和程度後,必須對選擇的SSI建構起相關的背景知識、涉及此一議題的利益團體的觀點、解決問題的論點,及其背後支持與否的證據。也就是說,教師需要確認自己利用SSI,到底想培育學生達成什麼目標,然後針對目標,做目標導向的教學設計。

    而過去研究探討教師實踐SSI時,會遇到哪些挑戰或困難呢?ChenXiao(2021)指出這些問題可以分成「教師、學生、學校和社會」三個層面來談。就教師層面來說,教師具備SSI的知識、實施和引導學生討論的能力、信念、信心等皆會影響教師實踐的意願。學生層面則包括學生具備的科學知識、學習的經驗和習慣(不習慣沒有標準答案的結果)、找尋和判讀資料,以及論述的能力等,都是一些阻礙具體實踐的因素。學校方面則包括進度壓力、教學時間有限、教科書中沒有涵蓋、缺乏可直接利用的教材、來自家長的意見等。

    筆者在此當然無法一一幫助教師解決上述的問題或困難,但若有心,在利用機會或與同儕合作(協作)的情況下,做出一些教學上的改變和調整仍屬可能。萬事起頭難,只要教師願意跨出第一步、打破自己向來的教學習慣,給自己、也給學生機會做改變,相信很多問題和困難都能水到渠成,一一被化解。而透過不斷的充實自我、實踐和反思,教師都能越教越上手,越有心得和想法,學生的學習亦然。

n  結語

    STS之後,SSI的興起為跨領域的科學教學或學習,開啟了另一個可嘗試的途徑。而許多科學教育研究,也都支持和倡議科學教學裡,應該納入這類議題。再者,SSI的教學也讓學生的學習,跳出了只是追求標準答案的過程和結果的框架,變成如何做出合理論述,並找尋證據支持或反駁的過程。基於上述這些理由,中等教育裡的科學老師都應該勇於嘗試SSI教學,為自己的教學注入另一種可能。

筆者在指導一些研究生從事SSI教學時,最常遇到的情況是:教師首次實踐SSI教學的當下,幾乎都會懷疑自己實踐的到底對不對,因而需要有人從旁指導或給予意見。若有專家、學者做諮詢,當然會讓教師更有信心實踐SSI教學;但若沒有,教師們也不要忘了自己的專業、同儕的力量,透過觀摩、討論和反思,都能讓自己對SSI教學掌握的更透徹更熟悉。一些教師在實踐SSI教學後的分享如下:

有耐心地鼓勵後,學生都能提出自己的想法。看到這些學生能發言,即使他們不是主動的,感覺還是很棒。

雖然我知道討論一次SSI的效果很有限,但若每學期都能實施個一到兩個議題,讓學生習慣全班這樣的討論,相信慢慢的,學生一定能表現得更好。

對我自己來說,以前總覺得照著課本教就好,現在則覺得自己也有設計課程的能力,未來可以根據課本的主題和內容做相關SSI延伸,SSI的教學並沒有當初想像的那樣難。

「坐而言,不如起而行。」科學教師們,一起嘗試實踐SSI的教學吧!

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