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你的題目有BUG!從科學測驗談科學思考

這是近期應邀在泛科學微讀 App(Android) 的 PanSci天天問 所寫的一個簡單Q&A:

在火星上的一般環境下,沒辦法做到哪件事呢?
A.點燃一根火柴
B.讓紙飛機飛起來

天天問

當時設計的答案是B,我必須先自打臉地說,這題目是有bug的…但拜託請不要因此把這篇文章當廢文,因為我們可以藉此探討別的問題!

先談一下B選項的正確性,一般讓飛機飛行、滑翔的兩項物理參數就取決於「施加的外力造成的初速度」以及「白努力定律」。畢竟火星有很稀薄的大氣,依據理論只要有適合的初速就能提供足夠的升力可以飛行,如果是考慮稀薄的大氣,在地球上只要夠高,就可以模擬火星地表大氣對飛機的影響,而NASA也正利用此方式來開發在火星上飛行的飛機。

然而這選項討厭之處在於它是個極度「故意」的選項,故意不提最重要的幾個關鍵:「是人丟紙飛機,還是用特殊機器來射紙飛機,又或者是外星人丟紙飛機?」「飛機的材質、形狀與做法」,在缺乏這些資訊的情況下,我們只能推測:好吧,既然理論上可行,就當作它可行吧!但實務上能不能做出適當能用手丟出即可飛行(滑翔)的飛機。(註:這邊暫且把飛機飛起來當作飛行,不然根本不存在不用動力又能自行飛行的紙飛機……)

至於A選項,那真的是我完全沒有考量到的…我忘了最基本的問題,只要有適合的強氧化劑或是化學物質提供氧氣,就可以燃燒,而火柴頭的氯酸鉀(KCLO3)就是提供初期點燃的主要來源。所以足要有火柴盒旁邊得紅磷,然後有足夠摩擦產生的熱,理論上要燒完火柴頭的成分似乎沒什麼問題。(感謝 PanSci的讀者大大們在臉書留言提供的資訊)只是要繼續燒到木柴就沒辦法了,畢竟缺乏氧氣,這也是原來題目設計時的設想。

點燃瞬間的火柴,維基百科共享資源,原作者Sebastian Ritter (Rise0011)

點燃瞬間的火柴,維基百科共享資源,原作者Sebastian Ritter (Rise0011)

可能發生,也可能不會發生?

所以A、B都不對嗎?其實說不對,好像也對。哇勒……等等!為什麼又變成都是對的神邏輯?

做過實驗都會知道,要真正實做加上可重覆性的驗證,才能說某件事情是科學事實,然而一來我們還沒有人拿著火柴和紙飛機登陸火星,怎麼可以說「在火星可以做到哪件事」,基於這個理由,我們若要把一件事情或一個題目講得很符合科學性原則,就得要把上面的題目改成這樣:

「若只考慮目前已知火星表面的氣體組成成分,下列哪一件事情是『理論上較不可行』的?」

A. 在火星上只靠打火機來點火

B. 設計一台可以在火星飛行的飛機

可能這還會有一點bug,但就可以把事情聚焦在「火星仍有稀薄的大氣,但是缺乏氧氣不易點火」這件事上。只是,大多情況只要越顧及科學,就越囉哆或是越沒有趣味性,甚至連中文也越來越拗口……

科學問題的設計難處

先前在泛科知識節上聊科學教育時提到了一件事:學生在寫考卷做答時,有考量到題目中各種「限制」的意義嗎?,例如:

  • 「常溫常壓下……」
  • 「且不與容器內液體發生反應……」
  • 「不考慮天氣因素……」
  • 「假設過程中熱量未散失……」

這些限制某程度是讓題目裡的數學更好算、讓選項的設計更有誘答或是更加沒有其它的科學疑慮,許多大型考試的出題者多半都會用這些方式避開解答的爭議性。不過有趣的是多數的答題者(學生)經過常時間的訓練(模擬考試),對於這些用詞已經本能性、反射性的過濾,回想筆者自己過去考試的經驗,也是如此。

多數時候我們不會去在意「過程」,只注重「結果」,這也不是說只想著答案的或相信答案的人就不科學,畢竟我們從小到大遇到的測驗題、升學考試早已形塑了我們遇到選擇題會習慣思考「尋找一個正解」的習慣。而包括像天天問裡的題目也暗指著每一題都只有一個答案,當我們的答案與公告正解有出入時,才會去思考「為什麼答案是這樣?」進而回去思索答案的過程。整體脈絡看起來,當答案與公告正解有出入,或是質疑問題的合理性時,進而主動追尋真理所得到的知識,相對的更能烙印人心。

「發現問題」的可貴

在某些時候,我們會忽略一些自己覺得是「理所當然」的事,譬如把「燃燒是需要氧氣」當作常識,便忘了廣義的燃燒就是「氧化還原」反應。相信很多人會像我想的一樣「對厚,氧化劑甚至不一定要有氧,只要得失電子符合定律就好了嘛!」這時就會發現,原來把科學套用在各種生活與陌生的情境時,自身的直覺也經常會帶領我們走向錯誤的道路。努力想著火星上的情況,而忽略了其本的理化知識,就造就了這個錯誤;這時無論是沒有人糾正,或是沒有願意修正的思維,往往就會阻礙科學的進展。好在從科學史上來看,多數的理論還是禁得起考驗,「發現問題」與「求真求實」也讓人類的科學知識不斷向前推進。

「好啦屁話這麼多,你就大方承認自己沒出好題目吧!」

是的,我出錯了。不過我也順便複習了我曾經重修還是不擅長的化學,幸好在科學上,正面的承認並面對錯誤,也是可以正向看待的事?

本文同時發表於作者部落格地球故事書

參考資料&延伸閱讀

「空虛寂寞覺得冷會傳染嗎?」「為什麼人看到可愛的東西就想捏?」「為什麼蚊子喜歡叮穿深色衣服的人?」

科學從不只是冷冰冰的文字,而是存在世界各個角落熱騰騰的知識!不論是天馬行空的想像或日常生活的疑問,都可能從科學的角度來解釋。

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關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。