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？
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。
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？
（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。
（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。
