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培養在生活中做出最佳判斷、創造未來的「科學思辨力」──《晨讀10分鐘:科學和你想的不一樣》前言

親子天下_96
・2019/07/16 ・3410字 ・閱讀時間約 7 分鐘

文/鄭國威

上課老是打瞌睡到底是為什麼呢?

生物學研究顯示,大約從十三歲開始,青少年的生理時鐘會產生變化,不管是男生還是女生,由於腦內褪黑激素的分泌時間改變,隨著青春期的發育,流入青少年大腦的時間會愈來愈晚,晚上的睡覺時間及早上的起床時間都會延後,這個改變在青春期的前期開始增強,而在後期的時候,最為顯著。

既然如此,我們臺灣的國高中生,每天那麼早去學校上學,有必要嗎?如果延後半小時到一小時上學,我們的學習效果會不會更好呢?

打嗑睡究竟問題出在哪。圖/pexels

我以前在唸國中跟高中的時候,總是覺得睡不飽。我家離學校蠻遠的,所以每天都很早起床,睡眼惺忪的去搭公車,晚上又常常補習,補完習還有作業要寫,很晚才能躺上床睡覺。有一段時間,我坐在班上的最後一排,又剛好是靠牆壁的座位,這實在是一個打瞌睡的完美角落,我時常在上課時,左手當枕頭,靠著牆壁,然後沒幾秒鐘就睡著了。就算被老師叫起來,甚至被叫去洗臉,回來也撐不了多久,又用同樣的姿勢睡著了。

所以說,當我最近知道,原來這是因為那段時期的我,生理時鐘已經因為褪黑激素分泌時間的變化而有所改變,就覺得自己真是白挨了很多罵,上課想睡覺真的不是我的問題啊!因此我非常支持國高中的上學時間,應該要延後,這樣肯定對大家的學習效果有所幫助,你們說是不是啊!

不過,我還有一些故事沒跟你說,雖然我在唸國高中時有報名補習班,但其實我常常翹課去跟同學鬼混,而且我超愛看漫畫,就算回到家、寫完作業已經很晚了,我還是幾乎天天看漫畫看到睡著。也幾乎天天帶漫畫去學校,趁著下課、午休狂看,有時上課也放在桌子下或是夾在課本裡頭看。

所以,到底我上課那麼愛打瞌睡,是褪黑激素的影響,還是愛看漫畫的後果?是家裡離學校遠的必然,還是晚上補習熬夜寫作業的下場?是老師上課太無趣該負責,還是教室的燈光不夠亮?是我的座位太讓人放鬆,還是我總是喜歡吃宵夜所以吃飽飽躺上床又睡不著,又或者就只是因為我是天生的瞌睡蟲,怪不得任何人或任何事呢?

同一件事情有無限的可能,因此需要「科學思辨力」

到底我老是打瞌睡的原因是什麼,其實我自己也說不準,但從剛剛這個例子,我想跟大家說三件事:

  • 第一:科學研究一直在推陳出新,而這些知識會直接或間接影響到我們的生活,我們都該有能力、有意願去了解。像是剛剛這個關於青少年睡眠的研究發現,就可能讓學校改變上課時間,並連帶影響到很多事情,例如,如果以後學生可以比較晚上學,跟大部分上班族的上班時間重疊了,那麼交通的尖峰期會不會更塞呢?
  • 第二:儘管我們現在可以用科學來了解這個世界,替很多問題找到答案,但我們更喜歡也更習慣的方式,是找一個符合自己需求的答案,甚至掰出一個答案。例如,我在前面的例子,就馬上支持學生應該晚點上學,並以我以前愛打瞌睡的故事,來「證實」生物學的研究,把我打瞌睡的原因歸咎於那時候我的生理時鐘發生了變化,因為這樣就可以讓我少擔一些成績不好的責任了。
  • 最後,我們得知道,一件事情之所以發生,原因可能有很多很多。例如我愛打瞌睡,原因可能是青春期生理時鐘的變化,但也有可能是因為我熬夜看漫畫或吃宵夜太晚睡。該怎麼找出真正的原因,而不是只憑著直覺,或聽信網路傳言、專家、媒體的說法,就認為自己知道正確答案。要逼近答案,需要一種人類先天不具備的能力,這種能力就是「科學思辨力」!

用一本書,將文章串成「線」

身為泛科學的創辦人,過去八年來,我,以及我的同事,還有數百位各領域的作者和專家,最在乎的就是如何讓更多人在遇到跟科學有關的生活議題、社會議題、未來議題時,都能避免直覺的陷阱,而是運用科學思辨力來剖析,並且對這個世界保持好奇心。

作為臺灣最大的科學網站,泛科學上有近一萬篇的科學文章,已經影響了三億人次的網友,創造了一個跨領域、不分文科理科,共論共學的線上社群。既然已經做了那麼多事情,為什麼還要出這本書呢?

  • 第一個原因是,儘管泛科學上已經有了很多文章,但一篇文章只是一個節點,需要有一條線,把節點連起來,才能形成一個網狀的知識系統,而「書」這個載體,我們認為就像是「線」,可以將一篇篇文章連起來,所以我們覺得這本書非常重要。
  • 第二個原因是,我們所處的世界,正在經歷前所未有的巨變,首先是自然環境的改變,特別是溫室效應帶來的全球暖化、海洋酸化,極端氣象如大規模的乾旱跟水患,物種滅絕速度越來越快,甚至可說是第六次大滅絕已經正在進行中。
  • 再來則是科技的改變。資訊科技與生物科技,過去幾十年間以等比級數快速發展,像是再生醫學、基因編輯、物聯網、區塊鏈、人工智慧等,讓人類掌握了近乎於神的能力。而這些科技可能用在軍事、犯罪、政府監控、改造人類跟所有生物上,讓我們既期待又怕受傷害。更別提,就在短短十多年內,這世界擁有手機的人從幾萬人變成四十億人,人類每天在 Youtube、Facebook、Instagram 或抖音等熱門網路服務上頭,創造出永遠都看不完的內容,我們的政治、社會、經濟以及科學,都因此深受影響。

在這樣的改變時刻,人類社會的適應力已經跟不太上,此時最不該做的就是停留在原地。我們要讓自己能夠應對未來,做出好的判斷,最好的辦法就是學習,而我認為最該學習的,不會是任何一個特定領域的知識,而是要學科學思辨力。

有些人學了很多科學知識,但卻沒有科學思辨力,當他們看到某些專家或科學家說話,又或者是媒體上的內容,包含看似理性的科學專有名詞跟數據資料,就直覺認為那是值得相信的,這樣反而是對科學的一知半解,更容易成為偽科學的信徒。

科學跟信仰,不見得是互斥的,有時反而是最好的夥伴。圖/pixabay

知識就是力量,科學是得到力量的方式

科學跟信仰,不見得是互斥的,有時反而是最好的夥伴。

如果知識就是力量,那科學就是得到這股力量的方式,而信仰則是告訴我們該在乎什麼,什麼人或什麼事比較重要,哪些該排在前面、哪些該排在後面。以農藥的使用為例,認為身體健康比較重要的人,跟認為生產效率比較重要的人,對於種植蔬果該不該使用農藥,就會有不同的看法。所以有科學家發展出不用農藥的植物工廠,也有科學家發展出除蟲更有效、更不傷身的農藥。

再以能源的使用為例,相信全球暖化的前美國總統歐巴馬跟不相信全球暖化的現任總統川普,就會有不同的施政方向。例如前者可能針對使用大量能源的企業課徵碳稅,後者則反過來補貼石油、煤炭、頁岩氣的企業,讓他們更有競爭力。

上面舉的幾個例子,想要跟大家說的是,光靠科學本身,沒辦法決定什麼該做,什麼不該做。在許多議題上,人們還是抱著不同的信念,因此我們更需要科學思辨力,才能在科學的基礎上辯論、試圖達成共識,或起碼了解分歧在哪裡。

擁有科學思辨力,才能適應未來甚至創造未來

科技的顛覆與生態的崩壞,就像四周往我們靠近的牆壁,我們若繼續做出糟糕的決定,轉圜空間就會越來越小。

資訊越是爆炸,我們越需要簡潔、理性的方式來理解這個世界,並從中找到改變現狀的方法,但改變現狀是困難的,遇到困難、無法控制的事情,人就容易陷入迷信,所以更需要有堅強的理性,堅持以證據為依歸。這就是科學思辨力如此重要的原因。

正是因為科學思辨力很重要,所以在新的十二年國教自然科學領域綱要中,就強調要「使學生具備基本科學知識、探究與實作能力,能於實際生活中有效溝通、參與公民社會議題的決策與問題解決,且對媒體所報導的科學相關內容能理解並反思,培養求真求實的精神。」

目前這樣的能力,一般被簡稱為「科學素養」。不過,我覺得有點太小看這能力了,聽起來好像很基本、很簡單似的,但我認為,這其實是一種能讓人在生活中做出最佳判斷、去適應未來跟創造未來的能力,所以我才稱呼這種能力為「科學思辨力」。在本書中,我們會透過選文來更深入探討喔。

做個深呼吸,咱們開始囉!

——本文摘自《晨讀10分鐘:科學跟你想的不一樣》,2019 年 6 月,親子天下出版

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恐龍稱霸地球的秘訣,竟是牙齒自帶避震器?——《追光之旅:你所不知道的同步輻射》

天下文化_96
・2021/09/12 ・1747字 ・閱讀時間約 3 分鐘

《侏羅紀公園》系列電影掀起大家對恐龍的好奇,但其實科學家早就在研究遠古時代的各種生物。以恐龍為例,平均每星期會發現一種新種恐龍,每年大約會發現五十種新種恐龍。而在探討物種起源及鑑定遠古生物領域,同步輻射分析技術也展現了它的獨特價值。

例如,南非威特沃特斯蘭德大學(University of the Witwatersrand)領導的國際科學家團隊,針對一些世界上最古老的恐龍蛋胚胎頭骨,進行 3D 複製重建,發現牠們的頭骨生長順序與當今的鱷魚、雞、烏龜和蜥蜴相同,研究成果發表在《科學報導》(Scientific Reports)上。

美國自然歷史博物館收藏的恐龍蛋化石,內部留有胚胎構造。圖/WIKIPEDIA

在台灣,由加拿大多倫多大學教授賴茲(Robert Reisz)與台灣學者組成國際團隊,花費兩年時間,運用超高解析二維紅外光譜顯微術,在活躍於一億九千五百萬年前的雲南祿豐龍胚胎股骨化石中,發現殘留有機物,找到古化石內保存複雜有機物的最古老紀錄。這個破天荒的發現在 2013 年登上了《自然》(Nature)雜誌封面。

此外,在祿豐龍肋骨化石的微血管通道中,國輻中心研究員李耀昌也發現全球最古老且保存完整的膠原蛋白與赤鐵礦微粒聚晶。

「即使經過億萬年時空轉換,恐龍的軟組織經血液中鐵的氧化及碳酸鈣化包覆作用後,還是有機會被保存下來,」李耀昌表示,這將有助科學家進一步了解恐龍的生理機能與遺傳密碼。

李耀昌團隊將成果發表於《自然通訊》(Nature Communications)期刊,並獲選為《發現》(Discover)雜誌「 2017 年全球百大發現」第十二名,是近年來台灣學者主導的研究成果首度登上《發現》雜誌全球百大發現。

英國 Dinosaurland 化石博物館的鐮刀龍巢與蛋化石。圖/WIKIPEDIA

發現牙齒裡的避震器

恐龍胚胎裡有膠原蛋白,恐龍的嘴巴裡則是自帶「避震器」。

國輻中心團隊與台灣博物館、台灣石尚博物館、中國大陸北京自然博物館、加拿大安大略皇家博物館,以及中國大陸地質科學院地質研究所合作,蒐集十五種肉食性與植食性恐龍牙齒,利用同步輻射穿透式 X 光顯微術與現代的眼鏡凱門鱷牙齒進行研究比對,首度發現肉食恐龍牙齒具有避震結構。

在肉食性恐龍牙齒的琺瑯質與象牙質中間,存在一層相對柔軟且布滿微細孔洞的被覆牙本質層,可以保護牙齒,避免因撕裂骨肉造成牙齒瞬間斷裂。這項研究結果修正了過去對於原始爬蟲類牙齒結構的認知,因此登上國際知名期刊《科學報導》(Scientific Reports)與各大媒體。為了蒐集恐龍牙齒進行研究比對,國輻中心研究員王俊杰透露了一段小故事。

「當時我到桃園興仁花園夜市拜訪鱷魚攤,沒想到使用斜口鉗幫鱷魚拔牙時,斜口鉗當場應聲斷裂,只好再買一把硬度更高的老虎鉗,費了好大一番功夫才順利拔下鱷魚牙齒。」

透過同步輻射 X 光顯微鏡發現暴龍牙齒藏有「避震器」,保護牙齒不致斷裂。1:X光下的暴龍牙齒構造。2:暴龍牙齒外觀。 3:無避震結構的牙齒內部應力分布。4:有避震結構的牙齒內部應力分布。圖/王俊杰提供

牙齒的特殊結構,使得肉食恐龍成為頂尖獵食者,稱霸地表一億六千五百萬年。相較於人類咬合力約為 40 公斤、眼鏡凱門鱷咬合力約 1,000 公斤,以及咬合力可達 2,000 公斤、目前世上咬合力最大的動物—— 灣鱷,「暴龍的咬合力約 6,000 公斤,且拖行的獵物體重可能超過 1 公噸,但靠著微小的避震結構設計,便不致因巨大應力而造成牙齒斷裂,」王俊杰說。

遠古生物的活動型態一直是科學家亟欲解開的謎題,透過同步光源高解析度檢測技術,可以幫助我們了解古生物化石組織結構的細微差異,提供了一種嶄新的古生物分類與古生態研究檢測方法,而藉由恐龍胚胎化石中探測到的有機質殘留物,未來將可逐步解開更多遠古生物的奧祕。

——本文摘自《追光之旅:你所不知道的同步輻射》,2021 年 8 月,天下文化

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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。
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