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科研不該只是為了發表及計畫經費!了解科學基本定義,才能享受科學

活躍星系核_96
・2020/01/17 ・2093字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

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文/橘子的冒險筆記

2017 年,台灣發生了有史以來最大生物醫學造假事件,國外匿名網站 PubPeer 揭露幾位台灣教授論文上疑似造假的數據,新聞報導出來後,全國譁然,輿論攻擊不斷,教授忙著寫信給出版社勘誤,和出面跟社會道歉。

科學該是什麼?科學家的生活該是什麼模樣?

在我小時候,家家戶戶都會訂小牛頓,裡面精美的頁面和科學的解釋,讓我看得津津有味,當時覺得學習科學新知是件很美好的事,長大後夢想自己能當一個科學家。大學讀完後,順利進入研究所,在台灣讀研究所期間,壓力非常大,除了上課之餘,天天忙著跟學長姐們做實驗,寫論文,和上台報告,這跟想像中書裡寫的那些美好的科學發現和科學家的故事有著巨大的落差。

很多生物實驗的再現性並不高,有時候今天做得出來,明天可能因為一些因素影響,導致無法重複做出來;有些實驗結果跟別人發表的文章結論不同,便不斷覺得自己實驗上有瑕疵,一再重複相同的實驗,直到可以和別人的論點相同為止,尤其是在這領域國際級的大教授論點。

在筋疲力竭之際,有一天,我心裡出現一個很蠢問題:「什麼是科學?難道這就是科學家的生活嗎?」, 於是第二天,我去問了一個系上的教授這個問題,他給我的回答是:「科學就是努力做實驗,寫出論文,然後發表,這樣才可以有計畫經費。」 我不滿意這個答案,所以我決定出國讀書並且尋找這個問題的答案。

發表、計畫經費、主流科學論點的打壓,使研究人員不禁困惑科學的意義。圖/pexels

科學研究就是不斷突破舊有觀點的過程

在美國讀博士班那幾年,這個問題始終一直出現在我腦海中,在一次去別州開會的路上,我鼓起勇氣問了我美國指導老師這聽起來很蠢的問題,他是系上唯一一位從哈佛大學獲得博士學位,滿頭白髮,不修邊幅,但卻對科學充滿無窮熱情的人,我希望他能給我不一樣的答案。

當我問完後,他沉思了一會兒,哈哈大笑,然後問了我另外一個問題:「在回答這個問題前,你得先回答我一個問題,你相信這世界上存在真理嗎?一種宇宙萬物運行的法則。」我猶豫不決地回答:「呃,我想我相信吧。」

我老師繼續說:「很好,既然你相信真理存在這世界上,而科學就是以量化的方式來解釋真理的一套方法,但是由於科學是靠人產生出來的,所以數據都定會存在一定程度的人為誤差。另外,實驗的數據只是數據,我們只能用我們既有認知的知識去解釋和推理它,但這些解釋或推理其實都暫時講得通,它們不一定就是對的,也就是說,好的科學可以帶領我們趨近於真理,但始終無法達到那境界,所以我們的科學最後只能部分解釋一些東西,也正因為科學永遠無法達到解釋真理,所以我們現今的知識都可能有被新的知識推翻的一天。」

當聽完了他的這番話,我鬆了一口氣,內心長久的疑惑終於得到答案。往後幾年,當我有任何新的發現,而這數據和別的論文觀點有出入時,指導老師都會要求實驗必須重複至少三次以上,若這些數據都指向不一樣的觀點,我們就會認為這或許是一個沒有人發現的現象,進而設計更進一步的實驗去推論出新的觀點。從那之後,我也知道所有論文的結論和目前我們所學習的科學知識很可能都是暫時性的一種推論,它不是真理,它還是有可能隨時被推翻。

科學的真正意義不應是順從主流觀點,而是不斷以實驗證明並翻新觀點。圖/pexels

了解科學基本定義,才能享受科學

再回到科學數據造假的這件事來看,若是我指導老師的論點是對的,這表示數據跟解釋是有容許犯錯的空間,它們的產生過程完全是一種「良心」事業,而這些模糊地帶無疑給數據造假一個台階下,在這造假事件爆發後,你很難發現論文作者的意圖是故意造假出漂亮數據,還是實驗疏忽的錯誤,唯有回去檢查實驗錄本上的原始數據,你才能知道作者的意圖。

這意味著原始數據的完整保留和實驗紀錄的整理是科學研究中一個很重要的過程,但是它卻是很容易被忽視的一個環節。尤其是現在的生命科學追求快速發表論文,大量的論文製造已經是這行業中評論教授升等的指標之一,為了累積大量的實驗數據,實驗紀錄已經越來越不受到重視。

離開學校後的這幾年,我一直記得指導老師跟我說過的這些話,永遠對現在學到的知識心存懷疑,永遠抱持著好奇心,學會批判性思考,這將會讓你在科學這條路上充滿著樂趣。

對所學知識保持懷疑,對新知保持好奇心,對研究保持批判性思考,才能真正享受科學的樂趣。圖/pexels
  • 橘子的冒險筆記|一個鄉村長大的小孩,美國生物化學博士畢業,曾在日本和美國工作過,目前任職於美國生技公司,身上有著客家人硬頸熱血的精神,喜歡心理學跟幫助別人,也喜歡做白日夢跟寫作,希望有一天成為大文豪,不過知道目前還是要從寫一些文章開始,希望藉由這些文字能和別人產生共鳴,進而幫助別人成長。個人部落格臉書部落
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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AI 是理科「主場」? AI 也可以成為文科人的助力!
研之有物│中央研究院_96
・2022/08/13 ・5646字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

AI 的誕生,文理缺一不可

人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)在 21 世紀的今日已大量運用在生活當中,近期掀起熱議的聊天機器人 LaMDA、特斯拉自駕系統、AI 算圖生成藝術品等,都是 AI 技術的應用。多數 AI 的研發秉持改善人類生活的人文思維,除了仰賴工程師的先進技術,更需要人文社會領域人才的加入。

中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員,帶大家釐清什麼是 AI?文科人與工程師合作時,需具備什麼基本 AI 知識?AI 如何應用在人文社會領域的工作當中?

中央研究院人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員。圖/研之有物

詩詞大對決:人與 AI 誰獲勝?

一場緊張刺激的詩詞對決在線上展開!人類代表是有「AI 界李白」稱號的蔡宗翰研究員,AI 代表則是能秒速成詩的北京清華九歌寫詩機器人,兩位以「人工智慧」、「類神經」為命題創作七言絕句,猜猜看以下兩首詩各是誰的創作?你比較喜歡哪一首詩呢?

猜猜哪首詩是 AI 做的?哪首詩是人類做的?圖/研之有物

答案揭曉!A 詩是蔡宗翰研究員的創作,B 詩是寫詩機器人的創作。細細賞讀可發覺,A 詩的內容充滿巧思,為了符合格律,將「類神經」改成「類審經」;詩中的「福落天赦」是「天赦福落」的倒裝,多念幾次會發現,原來是 Google 開發的機器學習開源軟體庫「Tensor Flow」的音譯;而「拍拓曲」則是 Facebook 開發的機器學習庫「Pytorch」的音譯,整首詩創意十足,充滿令人會心一笑的魅力!

相較之下,B 詩雖然有將「人工」兩字穿插引用在詩中,但整體內容並沒有呼應命題,只是在詩的既有框架內排列字句。這場人機詩詞對決明顯由人類獲勝!

由此可見,當前的 AI 缺乏創作所需的感受力與想像力,無法做出超越預先設定的創意行為。然而,在不久的將來,AI 是否會逐漸產生情感,演變成電影《A.I. 人工智慧》中渴望人類關愛的機器人?

AI 其實沒有想像中聰明?

近期有一則新聞「AI 有情感像 8 歲孩童?Google 工程師爆驚人對話遭停職」,讓 AI 是否已發展出「自我意識」再度成為眾人議論的焦點。蔡宗翰研究員表示:「當前的 AI 還是要看過資料、或是看過怎麼判讀資料,經過對應問題與答案的訓練才能夠運作。換而言之,AI 無法超越程式,做它沒看過的事情,更無法替人類主宰一切!

會產生 AI 可能發展出情感、甚至主宰人類命運的傳言,多半是因為我們對 AI 的訓練流程認識不足,也缺乏實際使用 AI 工具的經驗,因而對其懷抱戒慎恐懼的心態。這種狀況特別容易發生在文科人身上,更延伸到文科人與理科人的合作溝通上,因不了解彼此領域而產生誤會與衝突。如果文科人可以對 AI 的研發與應用有基本認識,不僅能讓跨領域的合作更加順利,還能在工作中應用 AI 解決許多棘手問題。

「職場上常遇到的狀況是,由於文科人不了解 AI 的訓練流程,因此對 AI 產生錯誤的期待,認為辛苦標注的上千筆資料,應該下個月就能看到成果,結果還是錯誤百出,準確率卡在 60、70% 而已。如果工程師又不肯解釋清楚,兩方就會陷入僵局,導致合作無疾而終。」蔡宗翰研究員分享多年的觀察與建議:

如果文科人了解基本的 AI 訓練流程,並在每個訓練階段協助分析:錯誤偏向哪些面向?AI 是否看過這方面資料?文科人就可以補充缺少的資料,讓 AI 再進行更完善的訓練。

史上最認真的學生:AI

認識 AI 的第一步,我們先從分辨什麼是 AI 做起。現在的數位工具五花八門,究竟什麼才是 AI 的應用?真正的 AI 有什麼樣的特徵?

基本上,有「預測」功能的才是 AI,你無法得知每次 AI 會做出什麼判斷。如果只是整合資料後視覺化呈現,而且人類手工操作就辦得到,那就不是 AI。

數位化到 AI 自動化作業的進程與舉例。圖/研之有物

蔡宗翰研究員以今日常見的語音辨識系統為例,大家可以試著對 Siri、Line 或 Google 上的語音辨識系統講一句話,你會發現自己無法事先知曉將產生什麼文字或回應,結果可能正是你想要的、也可能牛頭不對馬嘴。此現象點出 AI 與一般數位工具最明顯的不同:AI 無法百分之百正確!

因此,AI 的運作需建立在不斷訓練、測試與調整的基礎上,盡量維持 80、90% 的準確率。在整個製程中最重要的就是訓練階段,工程師彷彿化身老師,必須設計一套學習方法,提供有助學習的豐富教材。而 AI 則是史上最認真的學生,可以穩定、一字不漏、日以繼夜地學習所有課程。

AI 的學習方法主要分為「非監督式學習」、「監督式學習」。非監督式學習是將大批資料提供給 AI,讓其根據工程師所定義的資料相似度算法,逐漸學會將相似資料分在同一堆,再由人類檢視並標注每堆資料對應的類別,進而產生監督式學習所需的訓練資料。而監督式學習則是將大批「資料」和「答案」提供給 AI,讓其逐漸學會將任意資料對應到正確答案。

圖/研之有物

學習到一定階段後,工程師會出試題,測試 AI 的學習狀況,如果成績只有 60、70 分,AI 會針對答錯的地方調整自己的觀念,而工程師也應該與專門領域專家一起討論,想想是否需補充什麼教材,讓 AI 的準確率可以再往上提升。

就算 AI 最後通過測試、可以正式上場工作,也可能因為時事與技術的推陳出新,導致準確率下降。這時,AI 就要定時進修,針對使用者回報的錯誤進行修正,不斷補充新的學習內容,讓自己可以跟得上最新趨勢。

在了解 AI 的基本特徵與訓練流程後,蔡宗翰研究員建議:文科人可以看一些視覺化的操作影片,加深對訓練過程的認識,並實際參與檢視與標注資料的過程。現在網路上也有很多 playground,可以讓初學者練習怎麼訓練 AI,有了上述基本概念與實務經驗,就可以跟工程師溝通無礙了。

AI 能騙過人類,全靠「自然語言處理」

AI 的應用領域相當廣泛,而蔡宗翰研究員專精的是「自然語言處理」。問起當初想投入該領域的原因,他充滿自信地回答:因為自然語言處理是「AI 皇冠上的明珠」!這顆明珠開創 AI 發展的諸多可能性,可以快速讀過並分類所有資料,整理出能快速檢索的結構化內容,也可以如同真人般與人類溝通。

著名的「圖靈測試」(Turing Test)便證明了自然語言處理如何在 AI 智力提升上扮演關鍵角色。1950 年代,傳奇電腦科學家艾倫・圖靈(Alan Turing)設計了一個實驗,用來測試 AI 能否表現出與人類相當的智力水準。首先實驗者將 AI 架設好,並派一個人操作終端機,再找一個第三者來進行對話,判斷從終端機傳入的訊息是來自 AI 或真人,如果第三者無法判斷,代表 AI 通過測試。

圖靈測試:AI(A)與真人(B)同時傳訊息給第三者(C),如果 C 分不出訊息來自 A 或 B,代表 AI 通過實驗。圖/研之有物

換而言之,AI 必須擁有一定的智力,才可能成功騙過人類,讓人類不覺得自己在跟機器對話,而這有賴自然語言處理技術的精進。目前蔡宗翰的研究團隊有將自然語言處理應用在:人文研究文本分析、新聞真偽查核,更嘗試以合成語料訓練臺灣人專用的 AI 語言模型。

讓 AI 替你查資料,追溯文本的起源

目前幾乎所有正史、許多地方志都已經數位化,而大量數位化的經典更被主動分享到「Chinese Text Project」平台,讓 AI 自然語言處理有豐富的文本資料可以分析,包含一字不漏地快速閱讀大量文本,進一步畫出重點、分門別類、比較相似之處等功能,既節省整理文本的時間,更能橫跨大範圍的文本、時間、空間,擴展研究的多元可能性。

例如我們想了解經典傳說《白蛇傳》是怎麼形成的?就可以應用 AI 進行文本溯源。白蛇傳的故事起源於北宋,由鎮江、杭州一帶的說書人所創作,著有話本《西湖三塔記》流傳後世。直至明代馮夢龍的《警世通言》二十八卷〈白娘子永鎮雷峰塔〉,才讓流傳 600 年的故事大體成型。

我們可以透過「命名實體辨識技術」標記文本中的人名、地名、時間、職業、動植物等關鍵故事元素,接著用這批標記好的語料來訓練 BERT 等序列標注模型,以便將「文本向量化」,進而找出給定段落與其他文本的相似之處。

經過多種文本的比較之後發現,白蛇傳的原型可追溯自印度教的那伽蛇族故事,傳說那伽龍王的三女兒轉化成佛、輔佐觀世音,或許與白蛇誤食舍利成精的概念有所關連,推測印度神話應該是跟著海上絲路傳進鎮江與杭州等通商口岸。此外,故事的雛型可能早從唐代便開始醞釀,晚唐傳奇《博異志》便記載了白蛇化身美女誘惑男子的故事,而法海和尚、金山寺等關鍵人物與景點皆真實存在,金山寺最初就是由唐宣宗時期的高僧法海所建。

白蛇傳中鎮壓白娘子的雷峰塔。最早為五代吳越王錢俶於 972 年建造,北宋宣和二年(1120 年)曾因戰亂倒塌,大致為故事雛形到元素齊全的時期。照片中雷峰塔為 21 世紀重建。圖/Wikimedia

在 AI 的協助之下,我們得以跨時空比較不同文本,了解說書人如何結合印度神話、唐代傳奇、在地的真人真事,創作出流傳千年的白蛇傳經典。

最困難的挑戰:AI 如何判斷假新聞

除了應用在人文研究文本分析,AI 也可以查核新聞真偽,這對假新聞氾濫的當代社會是一大福音,但對 AI 來說可能是最困難的挑戰!蔡宗翰研究員指出 AI 的弱點:

如果是答案和數據很清楚的問題,就比較好訓練 AI。如果問題很複雜、變數很多,對 AI 來說就會很困難!

困難點在於新聞資訊的對錯會變動,可能這個時空是對的,另一個時空卻是錯的。雖然坊間有一些以「監督式學習」、「文本分類法」訓練出的假新聞分類器,可輸入當前的新聞讓機器去判讀真假,但過一段時間可能會失準,因為新的資訊源源不絕出現。而且道高一尺、魔高一丈,當 AI 好不容易能分辨出假新聞,製造假新聞的人就會破解偵測,創造出 AI 沒看過的新模式,讓先前的努力功虧一簣。

因此,現在多應用「事實查核法」,原理是讓 AI 模仿人類查核事實的過程,尋找權威資料庫中有無類似的陳述,可用來支持新聞上描述的事件、主張與說法。目前英國劍橋大學為主的學者群、Facebook 與 Amazon 等業界研究人員已組成 FEVEROUS 團隊,致力於建立英文事實查核法模型所能運用的資源,並透過舉辦國際競賽,廣邀全球學者專家投入研究。

蔡宗翰教授團隊 2021 年參加 FEVEROUS 競賽勇奪全球第三、學術團隊第一後,也與合作夥伴事實查核中心及資策會討論,正著手建立中文事實查核法模型所需資源。預期在不久的將來,AI 就能幫讀者標出新聞中所有說法的資料來源,節省讀者查證新聞真偽的時間。

AI 的無限可能:專屬於你的療癒「杯麵」

想像與 AI 共存的未來,蔡宗翰研究員驚嘆於 AI 的學習能力,只要提供夠好、夠多的資料,幾乎都可以訓練到讓人驚訝的地步!圖/研之有物

AI 的未來充滿無限可能,不僅可以成為分類與查證資料的得力助手,還能照護並撫慰人類的心靈,這對邁入高齡化社會的臺灣來說格外重要!許多青壯年陷入三明治人(上有老、下有小要照顧)的困境,期待有像動畫《大英雄天團》的「杯麵」(Baymax)機器人出現,幫忙分擔家務、照顧家人,在身心勞累時給你一個溫暖的擁抱。

機器人陪伴高齡者已是現在進行式,新加坡南洋理工大學 Gauri Tulsulkar 教授等學者於 2021 年發表了一項部署在長照機構的機器人實驗。這名外表與人類相似的機器人叫「娜丁」(Nadine),由感知、處理、互動等三層架構組成,可以透過麥克風、3D和網路鏡頭感知用戶特徵、所處環境,並將上述資訊發送到處理層。處理層會依據感知層提供的資訊,連結該用戶先前與娜丁互動的記憶,讓互動層可以進行適當的對話、變化臉部表情、用手勢做出反應。

長照機構的高齡住戶多數因身心因素、長期缺乏聊天對象,或對陌生事物感到不安,常選擇靜默不語,需要照護者主動引導。因此,娜丁內建了注視追蹤模型,當偵測到住戶已長時間處於被動狀態,就會自動發起話題。

實驗發現,在娜丁進駐長照機構一段時間後,住戶有一半的天數會去找她互動,而娜丁偵測到的住戶情緒多為微笑和中性,其中有 8 位認知障礙住戶的溝通能力與心理狀態有明顯改善。

照護機器人娜丁的運作架構。圖/研之有物

至於未來的改進方向,研究團隊認為「語音辨識系統」仍有很大的改進空間,需要讓機器人能配合老年人緩慢且停頓較長的語速,音量也要能讓重聽者可以清楚聽見,並加強對方言與多語混雜的理解能力。

臺灣如要發展出能順暢溝通的機器人,首要任務就是要開發一套臺灣人專用的 AI 語言模型,包含華語、臺語、客語、原住民語及混合以上兩種語言的理解引擎。這需花費大量人力與經費蒐集各種語料、發展預訓練模型,期待政府能整合學界與業界的力量,降低各行各業導入 AI 相關語言服務的門檻。

或許 AI 無法發展出情感,但卻可以成為人類大腦的延伸,協助我們節省處理資料的時間,更可以心平氣和地回應人們的身心需求。與 AI 共存的未來即將來臨,如何讓自己的行事邏輯跟上 AI 時代,讓 AI 成為自己的助力,是值得你我關注的課題。

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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大科學人專訪|許奶爸:站在孩子的角度找到適合的學習方法
LIS_96
・2022/11/18 ・2002字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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在桌遊界走跳的朋友一定都聽過致力於親子桌遊推廣的「許奶爸」。他曾是一位照三餐罵小孩的爸爸,沒想到在他現在的教養觀念中「成績不再是罵小孩的理由」。幾年前,許奶爸因為孩子接觸了桌遊,無意間開啟了自身興趣,為此他也改變照三餐責罵孩子的教養觀念,開啟他將親職教養技巧融合陪伴孩子玩桌遊的動機。

關於許奶爸引導孩子學習動機的方法以及教育觀點,邀請你一起往下閱讀 >>>

找到適合自己的學習方法是關鍵

許奶爸回憶過往的求學歷程,為了拼數學考試拼到凌晨,「像之前數學怎麼考,我上課認真聽,晚上拼到凌晨,數學、物理、化學的成績怎麼樣都好不起來,從來沒有及格過,每一科都是不及格(笑)」。

許奶爸補充自己成績不理想並不是學校老師教得不好,「我覺得是方法,不管以前學習的狀況是怎麼樣,重點是要找到適合你的方法,有好方法學習才會事半功倍。」許奶爸提到過去沒有這麼多的學習資源和教材,以前大人教我們怎麼做就怎麼做,一樣都是參考書、課本、聽講,但這些內容大部分看了只會想睡覺,提不起勁。

不論是學校體制教育還是一般自學家庭,許奶爸相信:當你能找到適合自己的有效方法,便會提起學習動機和內在動機。「方法好了自然會有成績的效益出來,聽進去知道在講什麼,就會內化到自己的身上,也許會透過自己考試的成績展現,提升自己的自信心。」

創造好的學習環境引導孩子找到學習動機,家長是孩子的學習引導者

家長是孩子學習道路上的引導人,找到「適合小孩的方式」是關鍵。圖/Pexels

家庭教育很重要,許奶爸是孩子們學習道路上的啟蒙老師,如果家長認為英文能力很重要,那就從小為孩子創造英文的學習環境,讓孩子從小自然喜歡英文,從小在生活中學習英文。

「我們每一天在車上,每一天眼睛張開醒著就放英文 CD,兒子兩歲我們會念一些英文繪本,一起親子共讀,英文是這樣從小培養的。」

許奶爸提到引導小朋友的方式有兩種,一是要趁孩子還不了解時就讓他去接觸,並且要能站在孩子的角度,用他覺得有趣的方式接觸。第二種方式是給予孩子多方嘗試的機會,在過程中與孩子溝通核對,讓孩子願意嘗試、自己做決定是很重要的!

「看 LIS 的教材也是一樣的概念,我們先找到 LIS 的影片讓孩子看,之後問他覺得怎麼樣,很有趣就繼續看,自由選擇你要看有什麼內容,有問題就找其他方法來補強。」家長很重要,家長是引導人,家長去找到「適合小孩的方式」,而不是大人自以為的方法,這是許奶爸想提醒大家的關鍵。

拿掉考試,科學的重要性和意義是什麼

「我個人不注重成績,才會在小孩六年級之前沒有補習。但我不得不說,學校的考試成績會反映出孩子現在學習的狀態怎麼樣。」許奶爸提到家長應當關注孩子的學習狀態,我們要去注意到的不是成績,成績是反映學習的程度,家長要做的是協助他找到他的問題點,不是去追究他怎麼會考得那麼差,而是挖掘背後的原因。

許奶爸在協助孩子找到問題點後,會再找到另一個方法來解決這個問題,「我個人尊重考試制度,很多家長把考試成績看的很重,但忘記成績對孩子的意義是什麼」。

好奇心是開啟科學領域大門的金鑰

好奇心是開啟科學大門的金鑰。圖/GIPHY

日常中,許奶爸會透過「刻意的動作」培養孩子們的好奇心,「像我們騎摩托車過去,我就問孩子說:你知道我剛剛為什麼做這個動作嗎?你再想想看剛剛我們發生什麼事情,騎車開車都會偶爾問上幾句,從生活中問他一些事情,跟他一起對話。」最後,許奶爸也提到讓孩子「多方嘗試」是很重要的,「有嘗試總比沒有嘗試的好,試試看才能知道好不好,好當然很好,不好當成學習的經驗,累積豐富生命的土壤。」

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」, 許奶爸分享給我們的大科學人宣言:
❛❛ 好奇心,是開啟科學領域大門的金鑰 ❜❜ ——許奶爸

這也體現了 LIS 的願景和使命感,讓孩子能像科學家一樣思考,讓孩子擁有實踐夢想的勇氣和能力。

現在,邀請您一同成為各行各業中的大科學人,您的捐款將支持「科學公益教材」的穩定開發,一起支持台灣科學教育,讓孩子從小開始像「科學家一樣思考」,帶著自信長大成為各行各業中「永保好奇」、「邏輯思辨」的大科學人!

【LIS 大科學計畫 ✦ 第二季】|

❛ 教育不只是老師的事,這是我們的任務,下一個世代的科學史,現在就得開始寫起! ❜
每月小額捐款,就能支持全台十萬名孩子都期待的科學教材:https://bit.ly/3EOSaVa

LIS_96
19 篇文章 ・ 5 位粉絲
LIS ( Learning in Science )情境科學教材,成立於2013年7月,是一個非營利組織,致力於為國中小自然教師及學生,設計有別於填鴨教育的科學教材,協助教師進行STEAM和科學素養導向的教學,讓教師更簡單地進行教學創新,幫助更多孩子找回對科學的學習動機,並培養解決問題的能力。 在 Youtube 頻道【LIS情境科學教材】上,我們會即時更新所有LIS教材的影片,而完整的教案、學習單,亦同步上傳於【LIS教材平台網】歡迎您前往瀏覽完整內容。

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凡事都想知道「為什麼」,是踏入科學探究的第一步——《教出科學探究力》
親子天下_96
・2022/08/14 ・2566字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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在某個燠熱難耐的夏日午後,你打開電風扇,卻發現吹出來的風好像比印象中來得小。你眉頭一皺,覺得案情並不單純。就在走近電風扇的那幾步裡,好幾種可能性閃過心頭:

「會不會是按錯按鈕了?」、「會不會是扇葉太髒了?」、「會不會是轉軸黏住了?」、「會不會是⋯⋯?」這些猜想背後,都是根據你對電風扇原理的一些些認識才會做出的假設。

當你打開電風扇卻發現吹出來的風好像比印象中來得小,心中會冒出許多假設。圖/Pexels

在提出疑問和假設之後,尋找問題的答案

靠近電扇之後,你看到按鈕確實是按下了「強」。接著你切斷風扇電源,看了看扇葉,發現確實有點髒,於是把電風扇拆洗後裝回去,再按下按鈕。結果風吹起來,就如同你印象中的那麼涼了。這證實了你的第二個猜想,並且解決你所關心的問題。

上述這樣的過程,其實就是「察覺差異,提出問題」、「根據理論,連結現象」、「提出假設,進行驗證」、「預測結果」等等的探究過程。

再舉個例子。

我有一天走在馬路上,看到白色分隔標線的一端閃著黃色的光。我心想:「難道馬路地上埋了一顆黃色的燈?是要作為交通警示用途嗎?」

我覺得奇怪,記得前幾天沒看到這裡有燈。接著我把視野放大,往左往右看了看周圍。發現有一台車停在遠處,車頭開啟方向燈,燈是黃色的,而且還在閃爍。然後我馬上注意到,兩者閃爍的頻率是相同的。

於是我有了新的猜想:「地上的神祕閃光,非常可能來自於汽車閃爍的方向燈的反光。」

但是柏油路面怎麼會反光呢?

仔細一看,地上似乎有一小灘水。汽車的方向燈發出來的光,剛好通過那一小灘水的反光進到我眼睛,讓我覺得地面在發光。接著馬上一台車經過,就擋在方向燈和積水的中間。我看到的亮光馬上消失,證實我的第二個猜想是正確的。

你可能會猜想:「地上的閃光,可能來自於汽車方向燈的反光。」但是柏油路面怎麼會反光呢?圖/Pexels

「哪裡怪怪的」這個念頭,會帶領我們尋找答案

像這樣的心智活動,在我們的生活中無時無刻都在進行著。只要我們發現「哪裡怪怪的」,腦袋幾乎就會立刻啟動探究的機制:

  • 廚房怎麼那麼多螞蟻?(察覺問題)
  • 是不是有食物殘渣沒有清理乾淨?(根據理論提出假設)
  • 仔細觀察一下,發現⋯⋯(得到結論)

既然這些能力是我們原本就自然會的,那又為什麼要學呢?因為我們雖然很習慣對於意料之外的事情展開探索,但是以直覺來進行思考及解決問題的方式,往往並不太科學。

抓住內心的每次疑惑,成為具有好奇心和探究心的人吧!圖/Pixabay

古人說的「地牛翻身」,其實也是一種探究的精神

古人在觀察自然現象的時候,會提出自己的解釋。例如面對地震的時候,台灣民俗的說法是「地牛翻身」,日本民俗的說法則是「棲息在地底的大鯰魚搖動身體」;至於日食在中國的傳說中是「天上的狗把太陽吃掉了」。

於是後人也會根據這些「理論」來規劃解決問題的方法。例如,綠島人認為地牛不只一隻,還會彼此打架,所以地震時要敲打金屬臉盆來分開牠們;同樣的,古時候的中國人看到日食,也會敲鑼打鼓、放鞭炮來趕走天狗。

有趣的是,根據這些「理論」採取的「實驗」,還真的每一次都會成功喔!一代又一代的人反覆進行著下圖這樣的實驗,所以千年來人們始終對這些「理論」深信不疑。

如果你是一位受過基礎科學教育的公民,這時候可能就會提出質疑,認為這樣的實驗並沒有對照組。

例如下一次出現日食的時候,如果不要敲鑼、打鼓、放鞭炮,日食是不是也會結束?如果不這麼做,日食仍然會結束的話,那麼用敲鑼打鼓的方式趕走天狗的假說就會受到挑戰了。

當然,在一個深信天狗傳說的社會中,沒有人會膽敢拒絕敲鑼打鼓,不然萬一太陽真的就被吃掉而永遠消失了,這責任誰負擔得起?用這個角度來看會發現,有時候要突破傳統,其實是一件非常困難的事情。

恐懼源自於未知:想消除恐懼,需要探究未知

人對於未解的現象,往往會用隨意的想像與歸因來尋求解釋,用很直覺的方式來建立對自然現象的理解,也是人類天生的習慣。

直到距今兩千六百多年前,古希臘哲學家泰利斯才撥開直覺的迷霧,主張應該拒絕再用人格化的神祇來解釋自然現象,而是要藉由理性的假說來理解和解釋自然現象。但即使西方在兩千六百多年前已經出現這樣的思想,但近代科學真正臻至蓬勃發展,還是近半個世紀內的事情。

正由於科學的研究和思考方法並不直覺、並不符合人類的天生習慣,所以必須透過後天的教育與訓練,才能慢慢熟練並妥善運用在生活之中。

雖然探究是我們的天性,但是具有科學素養的探究卻不是天性,無法一蹴可幾。就像科學家需要訓練有素的探究技術,才能做好自己的研究。

一般公民也需要具備科學探究的素養,來幫助自己在面對生活中諸多不熟悉的現象時,能運用一套思考和研究的方式來做判斷,特別是幫助我們更加注意到生活中不尋常的現象,能對許多直覺、缺乏事實支持的歸因有更高的警覺。

正因為我們的生活離不開探究,所以更應該透過學習來提升探究品質。這正是國民教育自然課程中所應教會每個公民的事情。

——本文摘自《教出科學探究力》,2021 年 8 月,親子天下 ,未經同意請勿轉載。

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