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? Find a suitable interlocutor and communicate in an anonymous online chat with the ability to send photos. Welcome to live cams girls for online communication and Dating with girls and guys without registration and SMS, completely anonymous!

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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