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學科學不該止於學理解題,「科學素養」才能落實解決問題

李赫
・2019/08/29 ・1782字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

新上線的 12 年國教總綱(也稱 108 課綱)有這麼一段文字「為落實十二年國民基本教育課程的理念與目標,茲以『核心素養』做為課程發展之主軸,以裨益各教育階段間的連貫以及各領域/科目間的統整。」相信看完之後相信許多人還是霧煞煞;就讓我們來一起聊聊 108 課綱上線,關於「科學素養」的那些事吧!

12年國教總綱以培養科學素養為發展主軸。source:sof_lo

什麼是「科學素養」呢?

提出演化論的生物學家達爾文,曾登上小獵犬號,穿越大西洋、南美洲,橫渡太平洋,進入印度洋,繞過非洲好望角回到大西洋返回英國。當他在小獵犬號駛入加拉巴哥群島時,達爾文發現島上的雀鳥並沒有太大差異,但鳥嘴喙厚薄有明顯的不同,且加拉巴哥群島的生物與南美洲大陸的種類非常相似,他懷疑島上生物可能源自於相同的祖先,這些證據也支持了演化論的理論。

仔細想想,這個過程不就是「科學素養」的具體展現嗎?觀察、假設、實驗、分析、提出結論的能力,都是科學素養中很重要的環節。

達爾文透過觀察發現加拉巴哥群島鳥嘴喙厚薄的不同。圖/Wikimedia Commons

科學教育不應止步於學理解題

大部分科學定理的提出,都是經過數年的觀察、假設、實驗、分析所得到的結果。但我們的教育模式,卻大多著重在教導學生定理以及如何解題,往往忽略了探索的過程,只學到結果。這樣的學習並沒有辦法有效培養學生的「科學素養」,別說難以培養出頂尖的科學家,更不用說對於一般學生來說會有幫助和啟發了。

如何引導學生用科學素養面對問題?

近年來美國發展出的 STEM 教育意即包含將 Science 科學、Technology 技術、Engineering 工程、Math 數學的內涵融入課程中;更進階的是要以科學為基礎,拓展到藝術、人文、設計等不同領域1, 2。這樣的課本會用什麼方式設計呢?美國小學的科學課本 (Science Dimensions) 會透過實際的生活問題或活動,來培養學生的科學素養,整體上著重啟發,而非給出一定的答案。比如說他們在引導學生面對問題時,會依照以下3, 4 :

1、問對問題 (Defining a Problem)

遇到問題時,先找出關鍵的問題點。

比如說當你在野外經要通過一座小橋時發現小橋局部斷裂,此時必須釐清小橋局部斷裂的原因是甚麼?是橋墩結構受損嗎?或是橋面龜裂?

2、做背景研究 (Background Research)

周圍有甚麼材料、資源可以用?

當定義好問題時,也要明白問題是在什麼樣的情況下發生的,最大程度地靠近現實。須蒐集相關資料,或是可能的解決方案。

3、思考 (Brainstorming)

要如何解決?

透過團隊合作,找出可能的解決方案。比如找尋附近有無樹木塊材,利用樹木塊材穩定橋面的結構以利通過。

4、用決策矩陣來確定方案取捨 (Decision Matrix)

寫下了好多解決的方法了,那麼要用哪一個?

將心智圖寫出,列出每個方案中的優劣,做決策分析並針對每個方案打分數,找出最可能的解決方案順序。

5、動手做測試自己的方案 (Hands on Activity)

試試看吧!

跟著老師親手做實驗,來測試所提出方案是否可行? 透過親自實驗或示範性實驗來驗證所選擇的方案是否正確。

美國的科學教育,源於觀察並解決日常生活中的問題。圖/TeroVesalainen@pixabay

前面所提及的美國教育著重「科學素養」的培養,並非科學知識的形體,題目的演算。而這個過程的能力正是一個有素養的科學家所需的,更寶貴的是在這個過程中可以加入學子的「創意」,這才是培養素養最重要的成分。畢竟已知的科學是舊知識,需要創意才能創新。

108 課綱要追求的其實也是如此。學校的課本本來也都有實驗的部分,只不過在教學過程中往往被忽略,都是以教學理論、定律、習題為主,而忘記了理論、定律都是因為具備「科學素養」才被發現的自然規律,而我們必須要做的是落實科學實驗,而非只注重升學知識。有效、有系統的培養「科學素養」的內涵。我們並沒有辦法完全捨棄以升學導向為主的教育制度,但最起碼必須加強實驗方面的啟發過程以及參與比重。

參考資料 :

  1. 美國的科學教育計畫與編課本的考量
  2. 108課綱系列|什麼是核心素養?跨越科目疆界、把知識用出來
  3. What Is the Design Process?
  4. Science Dimensions Resources
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李赫
9 篇文章 ・ 3 位粉絲
中央大學理學博士。為熱愛傳播知識與吸收知識的 作家/教育/研究學者。 對於居家設計與生活時尚亦有高度興趣 (FB作者專頁)。

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烘焙東西軍,有添加麵包 vs. 無添加麵包,今天想吃哪一道?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/09/20 ・2178字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文由 家樂福食物轉型計畫 委託,泛科學企劃執行。

  • 文 / 陳彥諺

《烘焙東西軍》熱映開播啦!這一集真的很「熱」,因為節目邀請到了兩位烘焙達人來到現場熱烘烘的烤!麵!包!

第一位華麗登場的,是有著亮麗小鬍子、動作咻咻咻超有效率的「有添加師傅」,另外一位古意老實、動作慢條斯理的,則是近年來越來越被看重的「無添加師傅」——這是一場「有添加」與「無添加」的世紀大對決!

《烘焙東西軍》這次邀請了「有添加師傅」和「無添加師傅」來烤麵包。圖/家樂福提供

「有添加」與「無添加」的世紀大對決

外表亮麗的有添加師傅,其實早已憑著「三好」稱霸市場多年。所謂的三好,是好快、好吃、好美!為何會這麼說呢?

食品添加物存在於食品中許久,早期因為食物加工技術不夠精良,為了食品安全無虞,便添加可以讓食物安定的添加物,延長保存期限。又因為食品添加物可以改變食品的外觀、口感、縮短製作時程等,因此,長期以來受到業者及消費者的偏愛。

有添加師傅憑著「好快、好吃、好美」稱霸市場多年。圖/家樂福提供

不過,近來由於食安事件頻繁,食品添加物早已偏離了原先讓食物安全的初衷,在追求好吃、好快、好美的背後,卻可能造成身體上的負擔與健康風險!製造過程是否安全合理?乾淨衛生?也是打了許多問號。

再加上現在因健康養生的意識抬頭,消費者們越來越注重吃下肚子的食物成份,開始努力追求簡單無添加。也因為隨著食品加工技術越來越棒,能夠透過改善製程,有效減少添加物的必要性。終於,在消費者意識抬頭、技術成熟等各方條件皆備下,古意老實、耗費工時的無添加師傅,多年以後,開始受到矚目啦!

在這場世紀對決中,有添加師傅在民眾都還來不及反應時,就已經做好了熱騰騰的麵包,每一個麵包都飽滿好看、香氣濃郁,簡直是施了魔法一樣!但見到這麼多食品化工添加物做出來的麵包,難道就不能有更健康的材料選擇或做法嗎?

反觀無添加師傅,他按部就班的從麵粉開始精心挑選,接著再逐一加入可以溯源的材料,接下來,順應麵包的特性自然發酵。即使有添加師傅已經端出熱騰騰的麵包了,無添加師傅仍然不為所動,他循序漸進,寧可耗時製作,堅持做自己的無添加麵包。

無添加師傅之所以堅持,那是因為他秉持著麵包不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統法國工法,做出來的麵包也可以照樣香氣四溢、美味好吃,更重要的是每一口都吃的健康又安心!

無添加師傅堅持不用任何添加物,不講求快速便利,用純淨的原料配方、遵循傳統工法。圖/家樂福提供

當兩位師傅的麵包端上評審桌⋯⋯

有添加師傅的麵包外表金黃澎潤漂亮,無添加師傅的則是外表非常質樸。

不過,當評審們吃下麵包後,外表質樸的無添加師傅,竟然擄獲了評審們的心!

怎麼辦到的呢?這是因為花了較多時間製作的無添加麵包,保濕度較佳,口感也較有層次。當評審一口接著一口品嚐,會發現吃的都是食物的鮮甜原味—無添加麵包是名為「裸麵包」的寶藏男孩啊!他不同於外表上看起來質樸敦厚,只要用心切開,裏頭包裹著滿滿新鮮在地的果乾和堅果,是誠心誠意的美味。

烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是怎麼來的?

堪稱烘焙界的寶藏男孩「裸麵包」,是來自於家樂福自製的烘焙產品。長期關注食物真實性與為顧客把關健康的家樂福,2014 年就開始著手了「無添加驗證計畫」,也在 2019 年取得了「A.A. 無添加驗證標章」,更透過第三方專業機構親赴產線檢驗、不定期抽查等層層審核程序,取得了嚴謹認可。

要打造寶藏男孩般的「裸麵包」,並不是容易的事。許多標榜安心安全的麵包,都只能做到製程及配料上的無添加;而追求極致的家樂福,自製白吐司則從特製 100% 的無添加麵粉開始,掌握源頭,做最純淨、最真實且赤裸的麵包。

這是一款依循歐盟規範,取得 A.A. 無添加標章,第三方驗證後可信賴的麵包。

這是關注在地的暖心麵包,嚴選在地好食材、講求動物福利,選用當季水果、非籠飼雞蛋、透明鮮奶、以安佳奶油取代人造奶油⋯⋯。

這是減塑又減廢,以醜蔬果製作配料,減少食材浪費,更導入環保包材,友善環境的麵包。

烘焙東西軍「有添加師傅」與「無添加師傅」的對決,我們看到了,天公疼憨人,穩扎穩打、工法較繁複的無添加製程,受到消費者的青睞——這一場對決,由純粹、誠實、充滿善意的裸麵包,「無添加師傅」獲勝。

【家樂福食物轉型計畫】烘焙東西軍「有添加麵包」v.s.「無添加麵包」的世紀對決,今天你選哪一邊?影/YouTube
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「好奇心」不只是珍貴的學習動機,還能讓孩子學得更好、記得更牢!
數感實驗室_96
・2022/05/12 ・1781字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

大家或許都有這樣的經驗:隔天要考試了,卻不管怎麼背誦依然記不得內容,反倒是平常無意間看到的有趣事情,那怕再冷僻或有些困難,卻深深印在腦海裡,就算隔了好一陣子依然記得很清楚。
就算隔了好一陣子依然記得很清楚。或者回想一些學習能力很強的友人、孩子,好像也特別愛問「為什麼」,對事物都充滿好奇。

一些學習能力很強的友人、孩子,好像也特別愛問「為什麼」,對事物都充滿好奇。圖/envato elements

究竟,好奇心跟學習有甚麼關聯呢?

好奇心讓你記得更清楚

戴維斯加州大學曾作過一項研究相關研究。他們邀請了一群受試者,給他們快速看過一系列題目,不用作答,只需自評對題目的「把握度」及「好奇度」。評分完畢後,實驗者將一邊進行 fMRI 掃描大腦活動,一邊觀看方才「把握度較低」的 50 餘組題目與對應解答。

全部看完後休息 20 分鐘,受試者被要求再次作答同樣、但順序調整過的題目。由於都不是選擇題,受試者完全無法猜答案。22.5 小時後,受試者被要求第二次作答。

有趣的結果發生了。

實驗結果發現,受試者20分鐘後,針對「好奇度高」的題目答對率高達 70.6%;「好奇度低」的題目答對率只有 54.1%。

22.5小時後,「好奇度高」的題目答對率依然有 45.9%;「好奇度低」的題目答對率只剩 28.1%。

好奇心讓你記得。圖/數感實驗室

與問題無關的資訊也能記得牢牢的!

不只如此,實驗裡還設計了一個很特別的橋段:在每題的【題目】與【解答】中間,隨機插入一些人臉,之後的兩次測驗中,同時請受測者辨認那些人臉照片是否有出現在原本的題目中。

實驗結果發現,受試者在看到比較好奇的題目,不只答案會記得比較牢,連辨認在題目和答案中間呈現的人臉的正確率也比較高!圖/envato elements

實驗結果發現,受試者在看到比較好奇的題目,不只答案會記得比較牢,連辨認在題目和答案中間呈現的人臉的正確率也比較高!

好奇度高與好奇度低的題目,各自有著 42.4% 與 38.2% 的人臉辨識正確率。換句話說,好奇心不僅能幫助記得關心的事件,還能連帶強化和事件無關資訊的記憶力。

為什麼會這樣呢?研究人員利用 fMRI 掃描,發現好奇心引發的強化記憶迴路,和外在動機啟動的區域非常相似,同樣仰賴多巴胺在神經間進行傳遞。

受試者看到他們比較好奇的題目時,會活化大腦內部一條與獎勵機制有關的途徑,增加負責大腦記憶的海馬迴活動。此時,大腦會處在能夠吸收各種資訊並記憶下來的狀態,所以即使是與問題無關的無聊資訊,也比較容易記住。

過去我們一直鼓勵探索、鼓勵孩子喜歡數學,激發學習動機。這次跟大家分享的研究,更進一步展現了「好奇心」與「喜歡」的價值。它不只是學習的起點,不只是讓孩子學習時快樂些,更是學習路上的加速器,能讓孩子學得更好、更有效率。

好奇心讓學習更快樂也更有效率!圖/envato elements

那麼,好奇心要去哪裡買?

數感實驗室最新於嘖嘖推出了 \ 數感宇宙探索課程 / ,激發要孩子好奇心,陪伴孩子度過一個充實有趣的暑假 😋

課程全套 3 組,超過 60 支的線上影音課 + 6 套手作探索包 + 12 本知識小書,早鳥特惠 3,860 元,現省 2,020 元!

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#愛上數學的起點
參考資料

  • Matthias J. Gruber, Bernard D. Gelman, Charan Ranganath. States of Curiosity Modulate Hippocampus-Dependent Learning via the Dopaminergic Circuit. Neuron, 2014 DOI: 10.1016/j.neuron.2014.08.060
數感實驗室_96
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數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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想教導孩子,提升數學成績?關鍵在於父母的心態!
數感實驗室_96
・2022/04/19 ・1615字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

孩子還在小學階段時,爸媽如果時間允許,多半會幫忙看看孩子的功課。有些父母特別認真,會陪孩子一起寫回家作業。照理來說,有父母的客製化指導,理當成績會有所進步。然而,幾年前有一項研究發現一件殘酷的事實:某些父母花越多時間指導,孩子的數學成績反而越差。

適得其反的數學陪伴研究中這麼說:「在缺少 XXX 的前提下,儘管父母立意良好,願意指導孩子寫作業,但這項舉動卻適得其反(backfire),對孩子的數學成就有著負面影響。」

這個 XXX 就是「對數學的正面態度(positive math attitude)」。用更學術一點的說法就是,這些父母患有數學焦慮,例如害怕、討厭、認為不實用等等對數學的負面態度。

研究結果說明什麼?

研究針對四百多組低年級家庭,進行長達一年的調查,包括學年初、學年末孩子的數學成績比較,以及學年中調查家長的數學焦慮程度。後者有幾套常用的問卷,如果大家有興趣的話歡迎留言「+1」,之後我們再來將幾套問卷翻譯給大家。

研究發現,當父母有嚴重數學焦慮時,父母越幫助孩子寫回家作業,孩子成績會越差。

研究發現,父母花越多時間指導,孩子的數學成績反而越差。圖/數感實驗室

這邊的 y 軸「預期一學年的數學成長」即是字面上的意義,1.0 表示學了一學年,也具備了一學年該累積的數學能力,0.8 則表示只有學到 80% 的能力。可以看見,如果父母有嚴重的數學焦慮,認真教了孩子一年,孩子卻只能學到六成。諷刺的是,這些父母不幫孩子看作業,孩子的成績還比較好。跟同樣不怎麼教,父母也沒有數學焦慮的孩子差不多。

挖掘背後的原因

明明小學數學難不倒爸媽,為什麼會有這種讓人喪氣的「越教越差」結果呢?研究發現,這可能是因為數學焦慮的父母在不經意間作了以下幾件事:

  1. 讓孩子感受到自己討厭數學、認為數學沒用等想法。這些由父母傳遞出來的負面態度會讓孩子失去動力(demotivate),從而減少學習的心力、時間。學得比較少,容易表現不佳,表現不佳,接著孩子便也開始對數學感到焦慮。
  2. 當孩子表現不好時,有數學焦慮的父母容易較沒耐心,或流露出挫折感。這其實不一定針對孩子,有些只是連結到自己過去的學習經驗。但,這樣的態度對孩子來說可能是種無形的懲罰。
  3. 當父母有數學焦慮時,比較傾向使用固定的思考模式與解題策略,如果跟學校老師的解法不同,但雙方又各自堅持己見時,孩子就會感到困擾。

不需要放棄與孩子互動

老實說,這項研究結果還真是有些令人喪氣,明明是為了孩子好,到頭來卻好像害了孩子。「我可能也有數學焦慮,那以後我還是不要教孩子好了。」或許有爸爸媽媽此刻已經這麼想了。從研究結果來看這樣或許會有幫助,而且還落得輕鬆,可這終究是比較消極的做法,我相信原本就願意花時間陪孩子寫作業的爸媽,應該會希望能有更積極的應對。

答案也不難,其實就是只要我們為人父母不害怕數學,能對數學具備正面、積極的態度,或是在教導孩子時,能先具備一些簡單的教學知識,引導技巧。這樣應該就能避免越教越差的狀況。更重要的是,往好方面想,這項研究至少有可能打破了一項迷思:

數學不好不一定是「遺傳」,更有可能是後天不經意的互動所造成的負面影響。

只要是後天因素,就是我們能一起克服的。之後,我們將分享更多幫助爸媽與孩子互動數學的小技巧,與更多有價值、有趣的研究成果!

只要抱持正面、積極的態度教導孩子,就能避免越教越差的狀況。圖/Pexels

參考資料

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數感實驗室_96
60 篇文章 ・ 34 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/