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108新課綱上線啦——這對生物科教學會造成怎樣的衝擊呢?

文/蔡任圃│北一女中生物科

編按:透過教育,能帶領我們更快的認識世界。但在求學時期,卻是讓好多壓力推拉著我們前進。於是周遭的風景模糊,甚至不知道自己的目的地;直到徬徨地到站,還有些人不知自己身在哪裡、該往哪去。這真的是我們希望的教育嗎?
在108新課綱上線之際,本次《科學教育科科科》專題特別邀請著有《生物學學理解碼》蔡任圃老師撰寫他在生物科教學現場的第一線觀察。核心素養導向的課綱、新增的【探究與實作】課程,到底對於教師以及課室會有怎樣的影響呢?

在今年(108 學年)要登場的新課綱(正式名稱為十二年國教課綱),強調素養導向的教學與自學能力的培養等。在生物科的教學現場,有什麼重要的變動呢?

圖 / pxhere

先不論理想上的教學理念、願景。最直接、現實的變動,就是必修學分大幅縮水,從原來基礎生物 6 學分變成 3 學分,這是最大的衝擊;且 3 個必修學分中,其中一個學分為【探究與實作】課程。

因應基礎生物學分數減少,自然科學領域課程綱要(簡稱自然科領綱)中的基礎生物內容,將原有內容中較為具體、易理解之內容,移至國中課程中;而內容中較難、較抽象之內容移至選修生物或是大學階段。於是基礎生物便只剩下「細胞的構造與功能」、「生殖與遺傳」與「演化與多樣的生物」三章,但以這三章的內容,要在兩學分上完,時數仍是緊迫。

【探究與實作】——跨領域統整的挑戰

以課程內容而言,過去生物科教材與教學較著重在知識內容的傳遞,新課綱以素養導向之目標,希望強調科學家在發現問題、解決問題的過程、思維與方法,因而較強調科學史的應用、議題討論與學生透過操作、討論等探究以及自學的過程,具備科學素養。

另含1學分的【探究與實作】學分,屬於自然領域的共同課程,以科學探究的精神,培養學生蒐集資料、解決問題和動手操作等能力。綜上所述,生物科課程內容最大的變動,在於著重科學概念的「發展脈絡」,「科學探究」能力的培養,並能「實際應用」所學知識,而避免記憶背誦與知識推疊。

108 課綱新增的「探究與實作」學分,對現行教學方式來說是重大挑戰。圖 / pixabay

此外,【探究與實作】學分本身就是一個劇烈的變動,該課程期望能以跨科概念為出發,透過探究歷程,使學生從做中學、利用所學的知識與技能,實際應用、解決問題。對第一線老師最大的挑戰,在於跨科課程模組不易開發,也不易執行。絕大多數的老師沒有開發跨科課程的訓練與經驗。

以上有關新課綱中生物課程的變動,是第一線老師看到自然科領綱後,馬上就能感覺到的變化。以下我想提出生物科教學在新課綱推動後,將會面對的一些較為深層的限制或威脅。

新課綱帶來的衝擊

新課綱強調要以科學發展的脈絡為主軸,要瞭解知識與理論是怎麼產生的,而避免只吸收過於零碎的知識。許多教科書編著者會認為就是要強調科學史,但事實上,列出科學家的姓名與發表重要文獻的年代,雖然交代了歷史事件的時序,但對勾勒科學概念的發展脈絡毫無助益。

教科書的編著者與教師,必須真的熟習生物學中各個重要的科學概念是如何產生、變動、轉化的,不然將科學史事件依時間排序,仍是背誦式的零碎知識。

科學發展的過程經常是多種假說並行,過去的課本卻只重視最終結果。圖 / pixabay

科學發展的脈絡一直是國內外教科書最缺乏的內容,因為礙於篇幅限制,且學習者只想知道最後的結論而不關心理論發展的過程。在科學概念發展過程中,被證實是錯誤的理論一直被認為是沒有用的,所以教材的編寫不重視曾經出現過的其他錯誤理論,加上考試制度追求標準答案,不是正確的答案無法幫助考試得高分。因此,教科書中常會以某科學家的經典研究,作為描述某科學概念建立的方式。但事實上,科學的發展常是網狀脈絡,有多種假說並行。且科學概念發展常常是聚眾人之力,逐漸演變的。這也難怪馬克斯·德爾布呂克(Max Delbrück)曾說: 「大部分教科書交代科學發展史的方式都百分之百的愚蠢」

(德爾布呂克為1969年諾貝爾生醫獎得主之一,文句引用自: 陳文盛,2017。孟德爾之夢:基因的百年歷史。遠流。)

目前執教生物學的生物教師,是經由傳統教育方式,閱讀傳統教科書所培訓出來的,所以一夕間要老師們接受與進行素養導向的教學方式,讓學生能經歷科學探究過程,並能掌握科學發展的脈絡,是有極大困難的。換句話說,要老師教學生有自學的能力,老師自己要先具備自學的能力。

以下舉幾個例子,說明教科書或教師備課內容,在「生物學素養」、「科學發展的脈絡」與「跨科連結」上的不足之處,這些不足之處可以凸顯在推動新課綱的理念上,將有哪些阻礙。

生物學素養不足,學理基礎不紮實

為何學生甚至老師會覺得所學的生物學知識是片段的、無用的,常常是因為知道的知識太少了,所以知其然而不知其所以然,自然無法作概念延伸、推展應用。

新課綱的生物必修學分大幅減少,教師需要準備的教材範圍與深度更加縮減,會使這個現象愈加惡劣。舉幾個高中生物學教材中沒有說明清楚的問題為例:

(一)植物光系統之反應中心為何稱為 P680 與 P700?

植物光系統的反應中心稱為 p680 與 p700,p 代表色素(pigment),680 與 700 代表兩者的吸光峰值各為 680 與 700 奈米(屬紅光範圍)。但查看反應中心的吸收光譜,常可發現光系統的最高吸收峰落在藍光區域,為何仍用紅光範圍的波長命名?

圖 / Caleb Kwok @ pexel

(二)為何固氮菌好氧又怕氧?

參與氮循環的微生物中,包含具有固氮能力的固氮菌,其固氮酶易受氧被壞,但固氮菌常為好氧菌,一群需要氧氣進行代謝的微生物,為何存在著需避免被氧破壞的酵素,這樣的矛盾是如何產生的?

對科學發展脈絡的著墨與認識甚少

國內生物學科學史的相關資料很少也參差不齊,許多國內外教科書對科學史的描述既主觀又偏頗。若教師教學用的教材本身,就已不符合科學概念的發展脈絡,甚至是錯誤的,易給學生錯誤觀念。

舉幾個科學史交代不清或有錯誤的例子:

(一)孟德爾的貢獻為何?為何孟德爾的論文沒有隨即影響科學界?

教科書對孟德爾的豌豆雜交實驗的許多描述,並非孟德爾當年的實驗設計,例如孟德爾並沒有進行試交,也沒有提出9:3:3:1的比例。更有甚者,教科書內所謂的〈孟德爾的遺傳法則〉,可能不是孟德爾所提出。教科書中的描述,那些與孟德爾無關?哪些為錯誤或容易誤導師生的內容?為何有學者認為孟德爾的貢獻在於數學模式的發現,而非遺傳模式的建構?

(編按:如果有看泛科學就可以略懂略懂喔ㄎㄎ)

(二)魏修所謂之「細胞源自於原來的細胞」一句,有何生物學上的意義?

魏修提出「細胞源自於原來的細胞」,補充了細胞學說的內容,是生物教科書上介紹細胞學研究的重要一環,這句話有何意義?魏修是基於什麼觀察與結論,才提出此理論?為何魏修被譽為細胞病理學之父?

跨科知識不足,無法完整解釋生物學現象

許多生物學現象,是由物理或化學法則在主導,所以要完善地說明解釋,必須由物理或化學的性質為基礎來說明。但許多生物老師在大學畢業後,對於數學、物理與化學等科目的知識逐漸生疏,在面對生物學的疑難雜症時,只由生物學的角度去詮釋,限制了理解生命現象的完整性。

在此舉幾個需用物理或化學法則來解釋的生物學現象例子:

(一)為何以氧分壓代表血液中的溶氧濃度?

呼吸生理的課程中,有一著名的氧合血紅素解離曲線,該圖橫座標以氧分壓代表血漿中氧量,而縱座標代表氧與血紅素結合的飽和百分比;在描述肺泡與組織時,亦以氧分壓與二氧化碳分壓代表該血漿或組織液中的氣體含量。為何在呼吸生理學的領域中,常以分壓代表氣體溶於液體的濃度?這個問題必須用到高中化學課所學的亨利定律。

許多生物學現象是由物理或化學法則在主導,例如我們會用分壓代表血液中的氣體含量。圖 / qimono@Pixabay

(二)入球小動脈的內徑大於出球小動脈,為何會使得腎絲球的血壓較高?

教科書描述:入球小動脈的內徑小於出球小動脈,可增加絲球體的血壓。這是為什麼呢?生物老師常用多線道的馬路縮減成少線道,造成塞車為例說明,但這樣的解釋並沒有解釋壓力為什麼會改變。其學理機制為何呢?這個問題必須用到物理學的流體力學。

筆者於幾年前注意到高中生物的教學現場存在著以上的問題,就希望能從自己開始做起,再幫助其他老師,逐漸增加生物教師的專業。我自2014年發起了【生物學學理解碼運動】,以教師研習的方式推廣,今年初出了一本書 《生物學學理解碼:從研究史、生態、生理到分子生物,完整剖析39個高中生物學疑難案例》,自108學年度起也開始在校內開課,帶領學生在生物學領域中好好地作學問。若對上述的問題或對其他生物學疑難雜症有興趣,歡迎參加我舉辦的生物學學理解碼研習(怎麼變成業配文了)。

給學生的建議:如果你在學習生物學的過程中,遇到疑難雜症,可以先查資料並和老師討論,查資料時建議用英文的關鍵字,且最好以專業網頁或專書、甚至期刊作為查閱對象,最好多找不同來源的資料相互比對。若你覺得你所提的問題很有趣也很重要,歡迎提供給筆者,我正在收集生物學的疑難雜症主題,希望能妥善解碼,成為生物學教育的資源之一。

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