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從小到大,我們科學教育最缺乏的就是科學精神……

(本文內容以泛科知識節的同名主題短講修改後發表)

這標題好像很嗆,嗆到好像不把我們過往的自然老師擺在眼裡。但我想批判的不是針對老師,體制內的老師已經夠辛苦了,而我也不是要把大眾科學素養不足完全歸因於科教問題,而是把一個現在顯而易見的事實拿出來談:從社會上數不清的偽科學、核電爭論、食安議題……等社會性科學議題來看,我們的科學教育似乎沒有照著我們想像中的達到增進科學素養、理性對話的效果。或許把這些科教的病灶抓出來,再來看學校教育、科普傳播有沒有什麼著力點,才是我更深遠的期待。

關於地震的成因……

在今年(2015)的梅雨季來臨時,流傳著這麼一句話:「下雨,土鬆,地震會變多?」現在把這件事情挖出來講,並非在批判藝人有無基本的知識常識,我在意的並不是他知不知道,而是「為什麼他不知道」?在新聞出現前,許多網友都能明顯的看出地震與天氣並沒有什麼關聯性,甚至也還能糾正臉書po文中的錯誤。

圖片取自中央社報導(http://www.cna.com.tw/news/firstnews/201504215014-1.aspx)

圖片取自中央社報導

原本想由此為出發點來探討現今社會偽科學的錯誤部分,有沒有存在過去本來該習得的知識,卻沒有學好、學滿的問題,但在與另位泛科作者廖公英凱閒聊「地震成因」的話題時,卻發現了更令人意外的問題:

我:「大多數的地震活動與板塊運動有關,那麼板塊又是浮在什麼東西上面運動?」

廖:「就我的印象中,板塊下面的東西好像是液態的,類似岩漿吧……」

我:「我想你說的是軟流圈,但說它液態還差得遠,真正能算液態的是外地核……」

廖:「什麼!」(不可置信貌)

板塊構造運動示意,圖片來自維基公共領域,Jose F. Vigil. USGS

板塊構造運動示意,圖片來自維基公共領域,Jose F. Vigil. USGS

在評斷這個知識是否重要之前,不如先看看我們如何學習這些知識。地球科學的課程中,「地震與板塊運動」算是一個頗為重要的內容,畢竟我們身處地震頻繁的區域,了解腳下發生的事情,不僅僅是地球科學,也算是防災教育重要的一環,而學校課本在這些內容的著墨,看似佔了不少篇幅,卻仍有許多語焉不詳之處。板塊之所以能運動,有很大的因素與板塊下方的「軟流圈」有關,國中課本多半會告訴學生,接近地表的堅硬岩石圈可分為許多的板塊,而軟流圈(或是地函)中有觀察到熱對流,至於板塊的運動與熱對流的方向大體是一致的,至於「軟流圈到底是什麼?」除非是有心發問的學生,不然則會留至高中才分曉。

不過高中課本又怎麼說?多半會用「部分熔融」這個名詞來描述軟流圈的性質,部分熔融是怎麼回事?多半還是會提到一些證據,譬如「波速降低」來說明科學家推測這邊的物質具有可塑性,然而現實上教學現場的學子已根深蒂固的認為它和岩漿相去無幾,並未細思它的性質。就筆者學習經驗而言,多數也用背誦的方式記憶這件事,至於對軟流圈的性質疑惑、震波在這邊是為什麼會變慢……這些問題直到大學時期的老師以「尺度」的方式來比喻,才稍稍了解到,在短時間的尺度下,軟流圈的物質仍屬於固態,故地震波中的剪力波能順利穿透,但放大到數十萬百萬年的尺度下,它便是一個具有流動性的物質。以我們熟悉的東西來比喻,就有點像是黏土一般,不過這也僅止於觀測資料所得的「推論」。

一般高中教科書上常見地震波速、低速帶與軟流圈的關係示意

一般高中教科書上常見地震波速、低速帶與軟流圈的關係示意

板塊運動和教育問題的關聯在哪?

問題不在於你我懂不懂板塊運動的內涵,而是「課本擺這些內容做什麼?」以及「課本概然有意圖要告訴我們這些知識,但為什麼我們最終仍然一知半解?」不敢說所有科學,但至少我對地球科學的教學上一直有個疑惑:為什麼很多事情要分這麼多段學習,美其名為「考量學生認知能力進展的編排」,但實際上國小的自然觀察國中未必記得,國中生心中浮現的問題卻得先用自己的方式理解,等到高中大學才得以解惑(說不定還無法解惑)。這不過只是其中一個例子,無論天體運行、岩石性質、天氣現象…我們把許多科學知識打散放在小學、國中、高中裡,卻一點都串不起來。

一件事情出現問題,我們可以去探討是「質」還是「量」出了問題,我們還是講地科好了,以量來說其實是非常悲觀的一件事,國中只有國三每週一堂課,全國的地科老師也是理化老師的十分之一不到(102年的統計資料)。不過抱怨這件事也不會有什麼幫助,況且這也不像是問題的根源,在此我們改從科教的「質」來發想切入。

我們回頭看看國中怎麼教板塊學說的?會從韋格納的大陸漂移說提起,但事實上他也不能算是第一個提出這個想法的人。再來我們還會從海底擴張說知道它有一些可以說明大陸漂移的證據,一直到板塊學說形成的過程中,學會理論是需要不斷被修正的。再接下來呢?我們幾乎就開始學板塊學說的各種機制和現象。

或許這個脈絡,感覺可以帶著孩子學會科學的精神。但是實際我們常在教科書那一章的最後面或是書商的投影片、參考書中看到這些整理結果:德國人韋格納在1912年提出大陸漂移說,內容是兩億多年前大陸是一塊盤古大陸,然後有這些證據。接著海斯在1960年……。不對啊!這東西怎麼會是科學呢?老師也想有脈絡性的教學生這些知識,但在有限的時間下總是無法實施,而坊間的「參考書」更是不科學啊!

1108-2

考試領導教學的問題

感覺我們好像很「重視」考試,但是,我們有教過題目中經常看到的限制和原因嗎?沒有,我們的學生看到「常溫常壓」只會直覺反應寫一大氣壓,溫度300K,然後接著算體積、莫耳數,或者是把理想氣體方程式搬出來用。在地科以外的問題,像是理化著重計算的方式也會改變整個教學的策略和脈絡。就筆者的求學經驗而言,考試高分的重點不只是把科目內容熟悉,還得搭配上所謂的「作答技巧」,也就是遇到沒看過的內容還能極盡可能的「猜」中答案或是「湊」出答案。這還是好一點的情況,起碼作答還會推理分析,但離真正平常也能用的科學技能還差的遠啊……(更多題目的探討請參閱一點都不科學的科學教育

有許多老師、研究者多少也意識到教育、科教的問題。也常嘗試去做,這些方式不外乎是外加許多新的媒材、科技來融入教學。但會運用翻轉教室、帶學生參加科普活動、做實驗,就能做到改變嗎?我一直覺得像教育的改變貴在教師的心態調整,而非形式上的改變,假若這些方式有設計出很好的議題脈絡,會有很好的效果,但若僅流於形式,僅僅是讓學生多做點事、老師多做很多的事而已。那麼心態該如何改變?1108-1

怎麼教/寫科學?

我沒有教學經驗,但我一樣希望能從測驗研究與科普寫作出發的觀點,分享個人對「教與寫科學」的看法。我對科學素養的詮釋是:能理解並運用「從觀察現象為出發點,提出個人的解釋,並透過合理的歸納提出支持自己論點的假說,而透過求證與驗證來證實。」的能力。若以此為出發點,除了一些基礎核心的知識外,重要的部分都不該是科學知識本身,而是讓孩子從小就形塑出求真求實的精神,這就是我的答案。1108-5

我們再舉一個更加普遍常見的實驗:「悶熄蠟燭後,水位上升的原因」來討論。(在知識節時使用這個例子的影片,源自於師大附中洪逸文老師在論證教學模組使用的教材。)針對這個實驗我們可以提出一個問題作為出發點:為什麼水位會上升?

若在教學現場,這是可以作為一個很好的開放題目,也可以作為探究實作的發想,像是激發討論、實驗設計探討皆是不錯的切入點,或許刺激學生探究以下各種可能性:熱脹冷縮、氧氧燒光、水氣凝結…等等。假如論點是氧氣燒盡使水位上升的話,就得解釋二氧化碳跑哪去、在水中的溶解程度,若論點是熱脹冷縮,就可能需要設計實驗探討,水氣凝結或許是一小部分原因,但量可能極少;在這個實驗討論到最終很有可能會得到一個結論:各種原因可能對水位上升都有貢獻,而透過分析或是實驗可能才會知道各自的影響。

從以上的歷程來看,學生多少都會經歷了觀察、聆聽、討論、尋找共識等不同的理性解決問的方式,比起科學知識或答案本身,至少我們可以說在未來的人生中一定會有機會用到這種技能。而這樣的技能是不分城鄉的,有人可能會說「離開了都會區,學生沒有學習動機。」就我看來這些孩子更需要這些技能,或許他們沒有興趣翻開課本、連用心想完一個選擇題都沒有動力,那為何要勉強他們?把重要的技能在他們有興趣的地方偷渡進去,總是比勉強的硬灌他們沒有學習動機的知識來的實際吧?在此提供這樣的論點,意不在強迫老師在教學上作修正,而是提出一個看法:在教導科學時,我們是否讓學生明白到,「科學的進展是一個不斷修正的過程」,而今天的科技發展,是來自過去慢慢建構起來的巨人肩膀,而我們是否又能以不斷客觀微調修正以求進步的方式,來看待我們的教育呢?

最後,再提出兩個簡單的思考方向:

1.學生畢業多年後,還能記得多少的「自然」或「科學」?

2.除了辨析偽科學,學生有沒有能力面對「社會性科學議題」(能源、食安、防災與開發等議題)?

從頭到尾,這個主題都是一個極為沉重、需要反思的議題,最後我們來用地球科學的角度來看一個問題好了:「臺灣的未來在哪裡?」

「成為『大陸』的一部分。」

哈哈,這真的是以地球科學而言來看,從前述的板塊學說來推測未來大陸漂移的方向,在30億年後全世界的陸塊又再度合體。提出這個極為跳tone的話題,無非是提醒自己與聽眾讀者,在面對教育時我們總是沉重批判,但今天我們若想改變的是科學教育,科學家的樂觀、創意、積極的思考,或許才是良方妙藥吧!

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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。