2005年5月20日 星期五

一般大眾缺乏科學素養

科學素養的重要性

科學素養有什麼重要性?為什麼人們必需學習科學?擁有科學素養能有什麼樣的好處?這三個問題對 Durant, Evans, & Thomas (1989) 而言,其答案是顯而易見的。他們認為至少有下列四項原因使我們必須學習科學:

  1. 科學是我們所處的文化中最偉大的成就。
  2. 科學影響了每一個人的生活。
  3. 許多公眾政策的決定都包含了科學,祇有瞭解科學才能對公眾政策有影響力。
  4. 科學需要公眾的支援,對科學瞭解越多,越能支持科學發展。

Durant et al. 認為科學與技學的進步深深的影響了現今社會的每一個成員,每一個人身處的環境中都有許多科學相關議題有待解決,因此一位優秀的公民不應對科學內容知識、科學方法一無所知。

如果說一個科學家對於其學科內容知識、科學方法均無基本瞭解,這是令人難以想像的事,因為科學家需要具備科學知識、理解科學的方法,才能進行科學研究。一般大眾雖然不是科學家,但是其所處環境的眾多科學議題,使一般大眾需要具備基本科學素養方能據以解決所面臨的問題。

為瞭解決所面臨的困境,一位公民應該能夠觀察現象、提出問題、分析資料,藉由科學的方法解決自身遭遇的科學問題。瞭解科學,除了可解決面臨的科學問題外,Rillero認為科學素養還提供了一個瞭解世界的新視野,一般大眾若能對我們所在的宇宙、生物圈及自己的身體有多一點瞭解,他們對於自己的健康、所處的地球環境等相關議題便會有不一樣的看待方式 (Rillero, 1998)。

既然科學與個人生活密切相關、具有重要性,Durant et al. 於是設計了一份問卷詢問英國成年人,希望瞭解英國一般民眾是否擁有足夠的科學知識,是否具備基本的科學素養。

Durant et al. 認為一個具有科學素養的人必需對科學有所瞭解,也應該對科學持有正向的態度。但是對科學的瞭解不應祇是知道若干科學名詞的意義,還應對科學家做研究的方式有基本的概念。

假若一個人僅知道科學知識,但對科學的過程方法完全沒有涉獵,則其所具有的科學知識難以為他解決真實情境中所面臨的問題;或若一個人僅知科學過程方法,卻不具有基本的科學知識,則在選擇解決的問題方法上會出現困難。

比如天氣冷時可以加件衣服取暖,也可以燒煤取暖,兩種方法均能解決所面臨的問題;但若不具備基本的科學知識,很可能就發生密閉室內燃煤中毒的狀況。

因此,Durant et al. 認為惟有具備科學知識並明白科學過程技能的人才能算是對科學有所瞭解的人,其所發展的問卷便由科學態度、過程技能與科學知識三向度組成。

Durant et al. 問卷的態度向度以三部份共 25 題組成。第一部份 6 題詢問參與者對於政治、運動、影藝與科學等四類新聞的興趣;第二部份有 13 題,由參與者自承對各類頭條新聞的興趣,題目包括有:『天文學家發現新銀河』、『垃圾處理的新技術』、『美國總統布希呼籲各國合作防恐』等;第三部份則請參與者回答對政治、運動、影藝與科學新聞的理解程度。

一般大眾缺乏科學素養

其結果顯示,雖然超過八成的參與者回答自己對於科學與技學新聞有興趣閱讀,但是可發現大眾所關注的科學議題仍有程度上的差別。

有63.1% 的參與者對於開發 AIDS 新藥的相關新聞一定會閱讀,另有 26.5% 的人回答可能會閱讀;有 68% 的參與者回答他們會閱讀『有些專家對心臟病的成因有錯誤認知』的報導,可能會閱讀的則有24.3%。

若在媒體上看到『科學家質疑:達爾文的看法是對的嗎?』這樣的標題,有33.2% 的人一定會閱讀該篇報導,可能會去閱讀的人則為33.4%;看到『天文學家發現新銀河』的頭條報導,有40.7% 的參與者一定會詳加閱讀該則新聞,可能會閱讀的參與者有 29.9%。

可以發現,一般大眾對於醫學相關新聞的興趣明顯高於一般科學,這可能是因為醫藥新聞屬於切身相關的議題,因此受到一般大眾較多的重視 (Durant et al., 1989)。

雖然一般大眾對於不同的科學議題之興趣有所不同,但畢竟有八成的受訪者表示自己有興趣閱讀科學相關新聞,比例不可謂不高。

然而,當 Durant et al. 詢問參與者對其閱讀的新聞理解度時,卻發現祇有不足一成的人回答自己對媒體上的科學新聞非常瞭解:9.9% 的人自認能夠完全理解醫藥新聞、9.4% 的參與者能夠完全瞭解技學新發明新聞、能夠完全明瞭科學新發現新聞的參與者則佔全部參與者的9.0%;自認對於三類新聞有中度理解的參與者則分別為54.8%、52.9%與47.5%。

這個比例遠低於對運動新聞理解 (非常理解與中度理解的比例分別為 28.3%、41.8%) 與政治新聞的理解程度 (非常理解與中度理解的比例分別為16.8% 與 54.8%),顯示民眾閱讀科學新聞時深感自己無法理解報導內容。參與者認為自己對科學新聞缺乏理解並不是自謙之辭,因為科學知識與科學過程方法兩向度問卷的結果顯示一般大眾對科學知識與科學過程方法缺乏基本的瞭解,呼應了前述對科學新聞理解的研究發現 (Durant et al., 1989)。

度量參與者對科學的態度後,Durant et al. 續以 7 個問題詢問對於科學過程知識的瞭解。

他們詢問參與者科學研究意指為何,有3.2% 的參與者回答科學研究是檢驗假說並建構理論的過程;10.5% 的參與者回答科學研究就是科學家在實驗室進行實驗的過程;43.1% 的人選擇其他,43.2% 的回答者不知道何謂科學研究。

此一結果顯示一般大眾對於科學研究的真實意義並不瞭解,僅有3.2% 的人掌握了科學研究的真實內涵,明白科學研究側重假說的檢驗與理論的建構。

Popper 在 1972 年提出科學結果具有可否證性的概念 (Popper, 1972/1989),使科學研究方法獲得突破,科學家開始以建立假說、隨之檢驗假說正確性的過程方法為科學研究之基本,此一方式不同於 1748 年後對於科學的看法。

在 1748 年 Eular 出版其自傳,探討絕對時間、絕對空間、絕對運動等問題後,物理學的極度發展,使人們逐漸接受科學是一絕對的事實,它是不需要被檢證並效化的,這樣的想法持續了一個半世紀 (楊文金,1994),直至Popper提出其理論,科學界才逐漸接受科學必需經由不斷的否證歷程而逐步建立其理論。

Devlin 與 Raymo 認為 Durant et al. 研究中回答科學研究是檢驗假說並建構理論過程的3.2% 參與者可能其本職均是科學家,因為這樣的比例與科學家所佔人口比例相當符合。因此 Devlin 與 Raymo 認為 Durant et al. 的研究顯示科學過程方法顯然祇存於科學家心中,並未成為一般民眾的普遍概念 (Devlin, 1998; Raymo, 1998)。

祇有 10.5% 的參與者回答科學過程就是做實驗的過程則是另一個值得關注的現象。

學生心目中的科學家形象總是身穿白衣的男性、戴付厚重的眼鏡,科學家的工作就是在實驗室進行一連串的實驗,將不同的藥物倒入試管中觀察其變化 (Davias, 2002; Dawson, 2000)。

我國研究者對不同階段學生的研究也發現學生對科學家形象的想像與國外學生大同小異,不論其為小學階段學生,或是中學、大學學生,我國學生對科學家的想像與國外學生的想像均相當類似,認為科學家就是戴著眼鏡、穿著長白衣的男性,每天在實驗室不停的進行各種不同的實驗 (郭重吉、蔣佳玲,1995;黃鴻博,1996;楊文金,1998;楊龍立,1996)。

然而對學生所做的科學家意象研究結果卻未反映在 Durant et al. 的研究中,人們並不因為想像科學家總是不停的做實驗就認為進行實驗是科學的研究方法,這之間的斷鏈值得再深入探討。

而一般民眾對科學研究方法的不瞭解也反應在對於科學理論的誤解,Durant et al. 詢問參與者『相對論』、『演化論』是什麼?

認為相對論、演化論祇是一種直覺或想法的參與者分別為11.2%、19.7%;認為相對論、演化論是解釋自然的一種方式的參與者分別為33.3%、44.6%;而認為這兩種理論都是被清楚證明的事實的受訪者則為 39.1% 與 21.1%;不清楚的分別佔16.4%、14.7%。

這個結果除了呈現民眾對科學理論的不瞭解,尚可發現較之生物學理論,一般大眾傾向接受物理學的研究結果是一種清楚證明的事實,此結果呼應了 1748 年後物理學發展所帶給大眾的印象。

雖然在之前測驗發現祇有 3.2% 的參與者確實瞭解科學研究的意旨,但是當被問到:『有一種醫治高血壓的藥似乎無法達到預期的效果,科學家會使用什麼樣的方法來確認問題?』,有56.3% 的人選擇了正確的答案:『將這藥物給予一些病人使用,另一些病人則不給予藥物,比較兩組有什麼不同』。顯示近六成的參與者對於科學的研究方法並非完全不知曉,而是僅有模糊的認知。他們選擇了正確的方法,卻不知道這就是假說驗證的過程 (Durant et al., 1989)。

如果說一般大眾對於科學方法沒有足夠的瞭解,那麼他們科學知識的貧乏就更讓人擔心了。Durant et al. 以25個題目詢問參與者對於科學概念的瞭解,發現祇有 34% 的英國人瞭解地球環繞太陽需要一年的時間;祇有 28% 的英國人知道抗生素無法治療由病毒引起的疾病 (Durant et al., 1989)。

與 Durant et al. 在英國的研究同一時期,北伊利諾州大學的 Miller 在美國境內以類似的問題詢問數千名美國成年人民,發現祇有46% 的美國人瞭解地球環繞太陽需要一年的時間;25% 的美國人知道抗生素無法治療由病毒引起的疾病;不到 33% 的人能夠區分電腦硬體與軟體的分別,而且要求他們對硬體與軟體的分別做個說明時,他們無法解釋的很好;有一半的受訪者表示自己對於輻射這個名詞有清楚的瞭解 (可能與冷戰時期對於原子彈的恐懼有關);有三分之一的人回答自己瞭解 GNP 所代表的意義;但是祇有五分之一的人瞭解 DNA 所指為何 (Miller, 1983)。

總結其研究,Miller 發現祇有 6% 的美國成人可以被稱為具有科學素養,他的研究說明瞭大部份的美國成年人對於科學與技學祇有很粗淺的認識 (Miller, 1998; Miller, 2000)。即使將『具有科學素養』的標準大幅降低,也僅有 7% 的美國成年人能夠達到這個標準。但這並不是美國獨有的現象,多數歐盟國家的情況也是類似的 (Miller, 1993)。

Miller 比較美國與英國成年人的科學素養。他以 1988 年教育進展國家評鑑 (National Assessment of Educational Progress, NAEP) 所得到的資料為基礎,發現僅有 6% 的美國成人與 7% 的英國成人可被認同是具有科學素養的。

Miller 指出在 1979 年有 7% 的美國成人是有科學素養的;在 1985 年則有 5% 的成年人被認可具有科學素養,顯見這個比例一直沒有大幅度的改變。兩個國家的成年人對於科學概念與科學過程知識的瞭解程度相同,但是英國成人對於科學對社會的衝擊有較清楚的瞭解 (Miller, 1989)。

針對其研究結果,Miller 評論,不論具科學素養的人民應占全國人民比例的 20%、30% 抑或是更高的比例,目前在英美兩國具有科學素養的人民比例均遠低於此數 (Laugksch & Spargo, 1999; Miller, 1998; Miller, 2000)。

綜合 Miller 與 Durant et al. 的研究結果,顯示英美兩國一般民眾的科學知識非常缺乏,這是一個令英美兩國政府極為憂慮的現象。Lipps (1999) 則是措辭強烈的表示美國人民對於科學運作的方式,以及基本科學知識的瞭解都貧乏的令人覺得悲哀。

除了發現英美兩國人民科學素養的不足,Miller 也發現一個人科學素養程度受到其從事的職業、教育程度、性別、與大學時修習的科學課程數目等因素的影響。

不意外的,Miller 發現民眾教育程度越高,其科學素養越佳;而在性別方面,男性通常擁有較佳的科學素養,在大學時也比女性修習更多的科學課程,日後也較願意選擇與科學相關的職業。

Miller 根據研究結果,提出一個 model,其自變項包括上述所言職業、教育程度、大學修習的科學課程數目,以及性別等四項,Miller 依此四自變項預測一個人的科學素養高低 (Miller, 1989)。

除了 Durant et al. 與 Miller 的研究之外,還有許多研究者在科學素養這個領域投注了大量心力,但是得到的結果均是大同小異,亦即,一般大眾的科學素養嚴重缺乏。

比如 Einsiedel 以十個題目測量加拿大一般大眾的基本科學知識,其結果發現有 1/3 的回答者得分為 0-4 分 (每題滿分為十五分);47 % 的填答者得到 5-7 分;得分 8-10 分的僅有 1/5。Einsiedel 認為這樣的結果顯示加拿大的一般民眾科學素養與英美兩國的人民相去不遠,均未能達到令人滿意的程度 (Einsiedel, 1994)。

前述研究對象均是一般成人大眾,但是科學素養的缺乏不祇是成人民眾的問題,Millar 針對青少年做的研究發現,在 15 歲的青少年中,祇有 35% 的人能夠應用科學知識解決所遇到的一些簡單問題。

針對一些特定科學領域的研究也同樣發現,在 16 歲的青少年中僅有很少一部份的人能夠完全瞭解所接收的科學事實、科學原理與科學概念。這些 16 歲的青少年對於太陽系的結構、植物與動物之間的氣體交換方式,都僅有很少的瞭解而充滿了迷失概念。這些研究與 Durant et al. 的研究結果都是一致的:僅有少數人擁有足夠的科學知識,而且多數人對於基本的科學知識存在著許多的迷失概念 (Millar, 1996)。

除了個別研究者發現美國高中生的科學素養不佳,國際科學競賽的結果也呈現同一結果。美國高中生在第三次國際科學成就測驗 (TIMSS) 的表現顯示多數的美國學生在科學、數學與技學三方面的成績都不理想 (Nelson, 1999)。

高中生的科學素養不佳,那麼大學生的科學素養又如何呢?1994 年 9 月,英國 BBC 電視台播出了一系列由哈佛大學與裏茲大學所做的研究,兩所大學的研究人員發現美國工程學系畢業生無法解釋木材中的碳來自於何處;在被告知木材中的碳來自於空氣中的二氧化碳後,他們表示很難接受這個事實 (引自 Millar, 1996)。

依 Miller 的研究發現,一個人的科學素養受其學歷、在大學所修習的科學課程數量的影響,因此,各大學工程學系的畢業生理應屬於全國人民中科學素養最高的一個子群。如果這些理工學系畢業生的科學素養尚稱不足,其他民眾的科學素養恐怕更足憂慮。

由哈佛大學與裏茲大學所做的研究另外發現到,即使這些學生科學素養未達可接受的程度,但學生的老師們並沒有注意到學生的基礎科學知識不足的現象,他們往往高估自己的學生所擁有的科學知識,這可能是源自於學生祇要記誦課本內容,即使並未真確瞭解課程內容所代表的意義也能在考試中得到高分 (引自 Millar, 1996)。

哈佛、裏茲二所大學所做的研究揭示了一個令人憂心的教育問題,那就是學生所學習的科學知識並不穩固,而他們的老師也未能適時發現學生的學習困境而予以導正。

Fensham & Harlen 認為學生的科學學習如果未能堅實打好根基,一旦離開學校,學生對科學的瞭解就祇剩無意義、片斷的科學知識與錯誤的連結 (Fensham & Harlen, 1999),哈佛、裏茲二所大學所做的研究或許解釋了其他研究者發現成人具有許多迷失概念的部份成因。

前述研究顯示美國學子與社會大眾尚未能達到『美國2000』議定書的預期目標尚未達成。『美國 2000』議定書是由老布希總統於1989年宣示的一項長期目標,目的在於提昇美國學生的數學與科學成就至世界頂尖的地位,並確定每一位美國成年人都有足夠的科學素養,以參與全國性的科學議題討論 (Raymo, 1998)。

在其宣示之後美國進行了許多科學教育方面的改革,但是由上述 Miller 等人的研究結果可見,老布希總統所宣示的目標仍未能企及。

這不單是美國一國的科學教育隱憂,Durant et al. 對英國成人的研究、Einsiedel對加拿大成年人進行的研究,以及 Miller 在 1993年對歐盟國家所做的分析都發現歐美人民的科學素養缺乏,可以說,民眾科學素養的缺乏在歐美國家是一個普遍存在的現象。

前述研究發現歐美諸國人民缺乏科學素養,那麼其他地區的研究者對人民科學素養所做的研究所獲得的結果如何呢?Laugksch & Spargo 於 1999 年在南非對五所大學及二所技術學院 (technikon) 的一年級入學學生共 4223 人做了一項調查,發現祇有36% 的大學新生可被稱為是具有科學素養的公民 (Laugksch & Spargo, 1999)。

Laugksch & Spargo的研究以兩人於 1996 年發展的問卷為工具,對大學一年級新生進行施測。Laugksch & Spargo 發展的問卷以AAAS 於1989年提出的 Project 2061 - Science for All Americans 中建議的科學素養的目標為主軸進行設計,並嘗試在問卷中融入Miller 於 1983 年提出科學知識、科學本質,以及對於科學的態度等三個科學素養向度。最後這份由Laugksch與Spargo發展的量表工具共由110道題目組成,可用以測量科學知識、科學本質與STS三面向。

Laugksch & Spargo 以這份問卷對南非五所大學及二所技術學院的4223位通過入學考試的一年級新生進行施測。

其研究發現,共有36% 的參與者被認可具有科學素養,其中一般大學的學生有42%可以被認可為具有科學素養;但是技術學院的學生則僅有26% 具備足夠的科學素養,顯見在一般大學與技術學院兩種不同屬性的校院間,學生的科學素養具有顯著的差異 (p < 0.05)。

若分析其入學成績,則技術學院的學生半數以上的入學測驗分數落於D、E、F;就讀一般大學的一年級新生中祇有8% 的學生入學成績屬於D、E、F,因此技術學院的一年級新生較之一般大學新生,在學習成就上顯著較差 (p < 0.05)。

此結果顯現學業成就較佳的學生亦具有較高程度的科學素養;隨著學業成就表現的下降,其擁有的科學素養也隨之降低 (Laugksch & Spargo, 1999)。前文論及Miller 的研究發現科學素養受教育水準影響,具有較高教育水準的人亦有較高之科學素養,而Laugksch & Spargo的研究呼應了Miller的發現,支持Miller教育影響科學素養之論點。

Laugksch & Spargo 研究同時發現女性的科學素養顯著低於男性,這項結果與歐美研究相同。Durant et al. 、Miller 與其他研究者在不同地區所做的調查均發現女性的科學素養顯著低於男性 (Bos & Kuiper, 1999; Davias, 2002; Dawson, 2000; Durant et al., 1989; Einsiedel, 1994; Laugksch & Spargo, 1999; Miller, 1989),以致 Project 2061 宣示其科教目標時,也要特別將提昇女性的科學素養視為其目標之一 (AAAS, 1992)。

Laugksch & Spargo研究的第三個結果顯示學生的科學素養明顯受到修習科學課程的影響。學生若曾選修過物理學,則其科學素養明顯高於未修習過物理學的學生。這選修物理學的學生多數為男性學生,女學生對於物理課程缺乏興趣成為其科學素養表現不如男學生的原因之一。

綜合上述所言, Laugksch & Spargo (1999) 的發現可歸結為下列數點:

  1. 南非大學一年級新生之科學素養與其入學成績具有顯著相關,入學成績高的學生,其科學素養也較高。
  2. 修習較多的科學相關科目對於學生科學素養有所助益。而是否修習過物理學對於學生科學素養表現扮演了一個重要的角色,曾選修物理學的學生科學素養顯著較高。
  3. 女性學生科學素養較男學生低,這與祇有較少比例的女學生選修物理課程有關。
  4. 整體而言,南非人民的科學素養仍為不足。該研究之研究對象為大學生,相對於一般南非大眾,研究母群體具有較高之教育水準。但仍然僅有36% 的參與者具有足夠科學素養,若其施測對象為一般大眾,則恐其素養更加不足。

前文所提諸研究顯示科學素養水準低落已成為一個普遍的現象。以美國為例,美國每年花費三十億美元致力 K-12 提昇的科學教育,期使全國人民具有豐富的科學素養,但是多數成年人仍然科學素養不足 (Lipps, 1999)。

造成民眾科學素養缺乏的部份原因是科學之範疇廣袤,無人能掌握科學的全貌。Sagan 在他 1996 年出版的『魔鬼盤據的世界』一書中提到現今已經進入一個全球化社會,在這樣的社會中,我們將更加依賴科學與技學。但是,科學與技學的發展也造成沒有人能對科學與技學有全面的瞭解。這是所有不幸的開始 (Sagan, 1996/1999)。

另一不幸是大眾雖然對於科學的瞭解極其有限,但是他們卻相信自己已擁有足夠的科學知識,因此一般民眾容易抱持:『我不需要再接觸有關科學的訊息』的心態,這樣的心態使他們無法接受新的科學訊息,其科學涵養自然無法令人滿意 (Shamos, 1990)。

顯然地,我們必需扭轉這個觀點,才能夠使人們願意再度接收新的科學知識,以向具備科學素養的國民目標邁進。Shamos 認為讓人們瞭解科學的工具性價值,瞭解科學對自己的助益,將促使一般民眾認為自己的科學知識有待加強,也許可以使他們較願意接受新的科學知識 (Shamos, 1990)。依 Shamos 的意見,意欲提昇民眾的科學素養,則應從民眾對科學的態度著手,惟有民眾對科學所抱持的態度有所改善,人民願意主動接觸科學,其科學素養方能有所提昇。

以上文章摘錄自:

陳志豪 (2004)。高二學生對科學的態度與科學相關行為意向之研究。東海大學教育研究所碩士論文,未出版。(PDF 檔下載)

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