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把實驗課程當成S.O.P.來操作的科學教育

Separatory funnel with oil and colored water

分離染色水與油 Separatory funnel with oil and colored water “Separatory funnel with oil and colored water" by PRHaneyOwn work. Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons.

教書十多年,也帶過不少實驗(目前還是一門實驗課程的主課老師),個人覺得「植物色素的萃取與分離」是帶過最棒的實驗。這個實驗要將葉片中的四種色素分別提取出來:葉綠素a、葉綠素b、胡蘿蔔素、葉黃素。每次帶這個實驗,總要忙上一下午。

其實這個實驗失敗率很高,不同的溶劑萃取有一定的順序、前面的步驟有些地方又不能用力搖晃,後面的步驟則需要壯丁用力搖晃混合…每次帶完實驗,估計大概至少有三分之一的組別無法得到全部的四種色素、或是提取的色素純度不夠。

但是,除了呼吸乙醚會造成麻醉老師的副作用以外,我最喜歡這個實驗。為什麼?因為往往在失敗的實驗裡,操作者可以學到更多。

不過,每年帶這個實驗時,我總會發現,同學對於實驗失敗感到非常的不安。

學生會一直問我:做不出來怎麼辦?這樣報告要怎麼寫?

一開始我以為同學是為了實驗沒有結果而擔憂。畢竟實驗課的實驗都是「一定會有結果」的實驗,而且會有怎樣的結果也都已經很清楚。

後來我才發現,主要擔憂的部分是「報告」。同學們擔心,實驗做不出來,報告會被當,影響成績。儘管再三強調「報告的成績」與「實驗能否成功再現預期的結果」無關,同學們依舊惴惴不安。

後來,在與主課老師聊天時聽到,學生在撰寫實驗報告時,最不會寫的部分是「討論」。有學生每週都寫「微量吸量管需要校正」,寫到後來,老師忍不住在後面寫:第一週不是有教大家怎麼校正了嗎?

一年一年過去,發現進來的學生,有些竟然高中三年沒有做過實驗。後來,自己的孩子也進了高中,發現雖然是號稱東部最好的幾所高中之一,但卻沒有分一點時間給實驗課程。

當我發現連東部最好的高中之一都沒有實驗課程時,我心裡起了很大的波瀾。什麼?這樣怎麼可能讓學生對科學有興趣?科學最有趣的部分就在實驗啊!

但是,在網路上混久了,慢慢認識了不少在中小學執教鞭的同行,才發現,科學教育似乎有很大的問題,尤其在實驗課程這部分。

這次為了泛科知識節的科學教育專題,我做了一個小小的、極度不正式的調查。說既小又不正式,是因為貼在臉書上,大概也只有認識我的人、以及敝校的學生才會來寫吧。

在101位填卷者裡面,有32位高中沒有上過實驗課,接近三分之一。其他三分之二的填卷者裡面,有51位每週只有二小時的實驗課程。即使另外將來自北北基的32位填卷者的資料拉出來看,也有四分之一高中沒有做過實驗。

在做過實驗的群組中,可以看到高中的科學課程其實是非常粗淺的,大約就是解剖青蛙而已。至於沒有做實驗的群組中,大概都是因為「沒有時間」,所以「看看影片」。

沒有實驗課的原因

為什麼會沒有時間呢?

筆者的觀察,大概有兩個主要的原因。

其中一個是因為升學主義掛帥,因為成績考好最重要,而實驗課往往要用上至少兩小時,因此就自動被老師借去上課了。不過,有些實驗考試還是會考到;這時就是影片派上用場的時候了。看看影片、背背結果,反正只要考試考好,其他都不重要。

另一個原因,則較常發生在偏鄉,就是師資不穩定。筆者在偏鄉教了十幾年書,觀察的結果令人心驚。有許多偏鄉的學校,因為種種原因,不得不大量進用代課教師,造成有學生小學六年,導師都是由代課教師出任;筆者有學生,高中三年換六個英文老師的情形。

為什麼用這麼多代課教師呢?一部份的問題是經費缺乏,另一部份則是長期城鄉發展不均所造成。由於聘任正式教師還要考慮到未來的退休金等等,使得許多縣市不敢聘任正式教職,而僅以年年徵求代課教師來解決。城鄉發展不均造成資源集中在北部,使得除了少數因為家庭考量而志願留在家鄉的教師以外,其他的教師幾乎都在尋求到北部任教的機會。如此一來,許多在偏鄉的教師幾乎都是初任教師;而這些初任教師中,有些也還在努力尋求回到北部的機會。在經驗不足及/或心不在此的狀況下,教師不求有功,但求無過,又怎麼可能會願意去花時間帶實驗課呢?

當然,隱藏在後面的原因是:中學的科學課程並不像大學,會特別規劃出實驗課。雖然課本有規劃出實驗課程,但是課程中沒有特別規劃,也就使得實驗課格外的成為一種「良心事業」了!

沒有實驗課程,造成對科學沒有興趣的學生變多了,也使得我們的國民對科學的理解程度日益低落。造成的結果就是近年來偽科學日益盛行。我們的國民無條件的接受一切號稱是科學的「實驗結果」,絲毫沒有打算要去檢視實驗規劃的企圖;甚至有些人認為只要有「化學」兩個字都是不好的,無視於整個宇宙,包括我們自己在內,都是由化學元素組成的。

把實驗課程帶回中小學的課堂只是開始

要扭轉這一切,要先把實驗課程重新帶回中小學的課堂。但是,讓實驗課程重回課堂,只是第一步。怎麼說呢?

目前中小學的實驗課程,並不重視思考,僅流於單純的操作。在筆者所做的小小問卷中,也有幾位填卷者對這個問題表示了意見:包括:

–高中的實驗根本感覺就是玩玩而已 不會寫實驗報告
–沒有什麼做法上的討論空間,就像照著食譜一樣把結果做出來,幾乎不是問題導向的實驗,所以我對那時的實驗課感覺無聊

如果只是單純的把實驗的操作帶回課堂,對學生並不能產生任何啟發的作用,也不是科學教育。就像照食譜煮菜人人都會,但要成為大廚非得拜師學藝、努力用功不可,科學精神的培養與科學方法的學習,才是科學教育的核心。但是,我們的科學教育,卻是「武科文教」,只注重知識的傳授,連實驗課程都寫好了S.O.P.來讓學生「按表操課」,完全忽略了實驗的核心並不在於操作,而在於好奇心與科學精神的培養,以及科學方法的學習。

如此一來,學生只學會了如何操作實驗,卻沒有機會去發展好奇心,更不用提到學習科學方法以及培養科學精神了。

結語

華人的文化中並沒有系統性的發展自然科學的歷史。不論是數學、物理、化學、生物等,都是在十九世紀以後直接由歐美等國引進的「洋貨」;也因此,科學教育究竟該如何教,對華人來說也是一種全新的體驗。

但是,若只是一味地武科文教,科學精神便無法在華人社會中紮根,也造成了過去這些年來,種種偽科學在臺灣社會中盛行的怪現象。要能讓科學真正在臺灣社會中紮根,必需要先能培養出真正的科學精神、學習到真正的科學方法。

記得一位同業曾跟我提及,臺灣人在PISA以及奧林匹亞競賽中,經常在數學一項奪得佳績,但卻沒有多少臺灣人成為偉大的數學家。事實上,不只是數學如此,我們能夠在其他自然科學項目上得到極其重要的成就的科學家,也往往都不是在臺灣本土培養出來的。歸根究底,就是因為我們的科學教育是武科文教,把公式、定律一一死背,連實驗也寫好S.O.P.,老師講完實驗步驟,學生按表操課,究竟為何有這個實驗,老師不教(可能也不懂)、學生更不懂,所以我們的教育,只是教出一批批懂得操作實驗的技術人員,卻沒有教出發明家;因為不懂科學精神與科學方法,也就難怪偽科學在台灣如此猖獗了!


本文原發表於 All about teaching… 
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葉綠舒

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