「pa分析與發現」研習紀錄--6因果關係與論證(完結篇)

發現：因果關係與論證
Pisa測驗結果顯示，台灣學生在「解釋科學現象」上有不錯的成績，這可能和我們的實驗活動設計，最後一定有個討論題是在做「形成解釋」的，這題通常是有標準答案的(其實….每一題都有)，老師有教，學生會記…這樣就會有好成績，但是「形成解釋」並不是「發現」的唯一內容，探究的很重要功能是在找出「因果關係」，或辨別事、物間是否具有因果關。而因果關係並不是像控制實驗那樣簡單的「若A則B」的關係，而是需要更多的證據支持，也就是須要有嚴謹的論證或科學舉證過程，也就是新領綱的探究能力中思考智能(t)所說的:tr推理論證，或pisa科學素養的---科學舉證能力(如下圖)。

過度推論

在第一場研習時我以當時一則新聞：

一張台灣地圖告訴你：40 年來台北變乾淨，但癌症和汙染都跑到中南部了 說：這樣的結論有過度推論之嫌。

 

研習後有老師提出：「課本實驗總是做一個實驗就可以推出一個結論，但今天的研習卻有很多例子說：不能過度推論….到底標準在哪裡?」，這個質疑非常值得在意，我很認真想要釐清課本實驗和生活情境中的數據分析的差異，找出我們的科學教育中可以使力的點，以改善目前社會「理盲」的狀況。

我的"論證"教學經驗

由於長期以來課本實驗活動是以驗證、形成科學解釋為主，所以我們很缺少有條理的"論證"教學，2年前，莞如老師和阿清老師等曾經發展過以論證為主的教材，如：國光石化、核四問題，我和小P的第一個跨科概念模組「北極熊的處境」也有一個活動試圖做論證教學，但是我覺得要老師新學習論證屋的架構再去教論證(如：國光石化、核四問題)，門檻太高了，而「北極熊的處境」試教後發現：學生平時沒有這方面的訓練，很難在一個教學活動中進行有意義的論證，所以我在想：怎樣在平時的課程中分段、實作培養論證能力?也就是有沒有辦法將"論證"的教學更具體化、更生活化，讓老師更願意嘗試?

所以我在第二次的研習備課時，很努力地想將論證母語化(我覺得我第一次講的話對老師而言可能是外星語)，也嘗試建立論證模型，以下是第二次研習使用的模式，不知老師們覺得有較易懂了嗎?

事實(數據)、證據、主張

這次我以大家的很熟悉的「英國吉日河兩岸黑白胡椒蛾」為例(其實第一場pa研習也有用這個案例，只是這次改變傳達方式)，在這個例子中我們可以獲得的數據(事實)是： 1940-1990年間，南、北兩岸黑白蛾比例變化的統計資料，並做出統計圖(這屬於pa1數據分析的範圍)。

根據這些資料，我們提出結論：北岸因改善工廠黑煙的排廢，空氣中黑煙量降低，使白蛾能適應環境而生存下來，所以數量增多。這裡面：

「北岸改善工廠黑煙的排廢、空氣中黑煙量降低」是因，

「白蛾數量逐漸占優勢」是果，

這個因果關係之所以可以成立是因為有：「白蛾在灰白色的環境中，不易被鳥類發現(白蛾在白色環境中具有保護色功能)」這個原理、事實作為「證據」。也就是從事實到主張須要有證據支持。就像當我們有「100年來大氣中二氧化碳量上升....」、「100年來地表平均溫度上升....度」的數據，我們提出「人類製造過多二氧化碳造成全球暖化(所以要節能減碳...)」的主張(結論)，這主張會被接受是因為有「二氧化碳等氣體可以讓太陽的短波輻射穿透…但會阻擋地表的長波輻射..…所以二氧化碳會導致地表升溫」的理論支持。

  
證據足夠嗎?

但是有證據就夠了嗎? 以前述的黑蛾白蛾為例，因為只有「保護色」這個理論可以作為證據，支持「白蛾是天擇的結果」這個主張，證據強度不是很足夠，所以這個主張的可信度並不高曾引起許多爭議!!
那麼我們要如何檢驗某一主張的證據力(結論)是否足夠，也就是這個主張是否為過度推論的結果?
這次我把一堆理論簡化後，提出用3個指標來檢核：

1.還有其他因素會影響結果嗎?(因素不只一個)

2.還要那些證據才能支持這個結論(證據強度)?

3.如果出現那些證據就會推翻這個結論(反面證據)?
黑白蛾的檢驗如下：
1.還有其他因素會影響結果嗎?(黑蛾是否有某些疾病?...)
2.還要那些證據才能支持這個結論?(白色樹幹真的對白蛾有隱蔽效果 、鳥在自然情況下對黑白蛾的捕捉率有明顯差異...)
3.如果出現那些證據就會推翻這個結論(反面證據)?(鳥類不吃蛾，鳥類不是蛾的主要天敵...)

而這些爭論在科學家提出「白色樹幹真的對白蛾有隱蔽效果 」、「鳥在自然情況下對黑白蛾的捕捉率有明顯差異...」...等更多證據後，才漸停歇。
大家也可以試著用同樣方式檢核一下「人類製造過多二氧化碳造成全球暖化(所以要節能減碳...)」這個主張(結論)的嚴謹度。

 PM2.5和罹癌率的關係

現在讓我們回頭來看PM2.5和罹癌率這個議題：

統計數據：40年來台北空氣中的 PM2.5、居民罹癌率 都呈現下降趨勢，而台中、雲林、嘉義等地則兩者皆持續惡化中。
主張：中部地區因PM2.5增加，導致居民罹癌率升高。

這樣的主張是否可信呢?其支持的證據為何?我們可以用上面的三個原則去檢驗：

1. 還有其他因素會影響結果嗎?

(影響罹癌率的因素非常多，如飲食健康習慣，平均年齡、基因….等，並不是只有空氣汙染一個因素)

2. 還要那些證據才能支持這個結論(證據強度)

(PM2.5致癌的直接證據、罹癌民眾的生活習慣的比對….)

3. 如果出現那些證據就會推翻這個結論(反面證據)

( 某些縣市PM2.5低但罹癌率高、PM2.5不會致癌…)

經檢驗後就會發現這個主張的證據力是很薄弱的，沒辦法支持PM2.5和居民罹癌率間有因果關係!!

生活情境中的數據、資料
回過頭來看，課本實驗活動和生活情境中的數據、主張有何異同?課本實驗(活動)通常是用來"形成科學解釋"，操作變因只有一個，其他變因都假定為嚴格控制(理想狀態)，而且都是有已知的理論基礎做證據...所以我們通常做一次實驗，用一組數據(還非常不準確...)就得出一個結論(科學家失敗再失敗，重複求證才得到的結論)!!也許這樣可以較有效率來學科學知識，但以「培養適應未來(或現在)生活，能解決生活中問題，能理性思考的國民」的理想來看，這樣的科學教育是不足的!!

在日常生活中，我們不常有機會或有需要去做實驗產出數據，但是我們每天接觸大量的數據，很多人試圖透過數據來說話，提出他們的主張，如：「室內曬衣形同慢性自殺…」、「每天吃香腸、可樂，12歲少年罹大腸癌…」、「好的意念可以使水出現美好的結晶…」….，面對這些資訊，我們需要的是推理論證的能力和習慣，我們要會質疑數據的可信度，會根據證據力決定支持或反駁某些主張。所以科學教育除了教科學家研究的成果---科學知識外，更要教科學家的探究方式，思考方式，
只有在大家都養成批判思考、推理論證的能力和習慣後，才能講理而不理盲、解決問題、適應環境!!

科學態度與本質

科學素養並不是知識與能力的增強即可，科學態度的培養與對科學本質的認同才是最重要的，透過數據的分析與發現，我們培養科學思考的方式與習慣，認識科學本質，尊重科學研究的倫理，培養真正的科學探究者，不要再出現「作假」的科學研究了!!pa其實是統整了素養中的A、S、K阿!

素養是滾動式增強的

講了一大串(6篇ㄟ，破我自己的紀錄了)，也許對老師們造成壓力了，妳是不是在心中喃喃自語：「我這個好像沒教….」、「我很努力在教了，但學生好像沒進步…」、「科學素養很難教、很難評量阿…」…!!其實，素養確實不像知識或能力有一定的指標，不能要求或期待一步到位!它是長期、全方位滾動式不斷在增長的，所以我都秉持著「教了未必有素養，但不教一定不會有」的心態，去做並期待未來的公民會更有科學素養。