學科學不該止於學理解題，「科學素養」才能落實解決問題

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