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【教育專輯】「科學家總嘗試想盡快證明自己是錯的」──談何謂科學

PanSci_96
・2015/10/27 ・4218字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

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文/陳志今

現代「科學」一詞涵蓋許多各種不同的知識領域,從我們病痛時的醫療照護、每日食衣住行所需、彈指之間與世界各個角落的便捷聯絡網等,若非幾百年來許多科學工藝的演化和應用,現代文明不可能存在。但究竟什麼是科學?絕大多數的人可能不假思索的舉出生物、化學、物理等學科,卻無法回答為何這些學科被定義成科學?科學的價值究竟是什麼?

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理查.費曼(Richard Phillips Feynman, 1918-1988)圖片來源:wikipedia

關於這點,美國物理學家理查.費曼,1965 年的物理諾貝爾獎得主,曾對科學下了一段定義︰「科學家總嘗試想盡快證明自己是錯的(We are trying to prove ourselves wrong as quickly as possible.)」。中學時的我讀起這段話時感到非常不解,為什麼費曼會這麼說呢?研究「科學」的科學家們不是在追求自然界運行的法則嗎?數年後,當我成為科學研究員時,才開始領悟到科學巨人費曼他話中的真諦。而這句話,也其實是所有科學的根本。

科學和偽科學

簡單的說,科學,是人類在演化史上發展出的一種知識理論。也因此,它並不完美,會隨著時間演進。因為有人相信「科學」能夠解釋一系列的現象,它才得以在歷史上存活。在古時的歐洲,鍊金術是最初的科學,其中心思想是元素間能互相變換,因此廢金屬也能變成黃金;無獨有偶,在中華文明上,風水學也曾是一門科學,其中心思想是大地、人、乃至物品的氣場,能夠左右人生命的好壞和命運,也因此背山靠海的土地往往成為許多人嚮往的居住地。

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圖片來源:pixabay

但在現代,煉金術和風水論都被歸類成「偽科學」。原因是因為廢金屬怎樣都無法變成黃金、而居住在背山靠海的人也可能遭逢天災人禍。這些偽科學的理論無法被檢測無法完美詮釋所有的現象、我們也無法用這些理論來進行準確的預測

相對的,為什麼生物、化學、物理就被歸類成「科學」呢?因為這些知識理論是有一套嚴謹的方法:觀察,實驗,和論證。觀察,用可見或者可以測量的證據,讓所有的人都能看到(或者感覺到);在觀察後,人們提出不同的假設來詮釋觀察到的現象,並依據這些假設來進行實驗,而實驗也是讓這些學科成為科學的最重要因素。實驗的基本概念是當一個實驗組和對照組之間只有一個不同,若實驗組的結果和對照組不同時,我們便可以說那個不同的設定是造成結果不同的原因。

實驗不僅可以提供數據,更重要的是當數次實驗都得到同樣的結果時,這個假設便能獲得客觀上的支持。最後的論證則可以對實驗結果提供一套模型(或理論),當未來的觀察結果與論證模型一致時,這個論證就可能被接受為「科學知識」。在這樣的定義下,我們便可以理解為什麼有些事情是不能被標籤為「科學知識」的。比方說,鬼魂或者神的存在。你可以口口聲聲說你看過鬼,也可以信誓旦旦的說神曾在你禱告時向你回話,但這些現象無法用實驗證明,也因此它們並不科學(也因此許多科學家是無神論者)。總而言之,只要主張的內容無法用科學的方法(也就是實驗)證明,那它就不是科學。

科學隨時間進步,她不是真理

費曼的話其實有兩個涵義,第一個含義是大多數的科學家急切的想要證明自己的模型是否是錯的,因為科學知識會因時間而改變。科學家的實驗方法絕大多數取決於當時的科技水平,而隨著科技進步,過去無法觀察的現象就能夠被觀察,甚至修改過去人們對科學的理解。好比說,起初人們只有肉眼能觀察動植物和星空,但隨著放大鏡的發明,顯微鏡和望遠鏡跟著出現,並改變人們對大自然的理解。這些例子多不勝數,但最著名的,莫過於文藝復興期人們對地球和宇宙的概念。在此讓我細說這段歷史。

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起初,人們觀察天象,發現星星繞著天際轉、太陽月亮東昇西降。也因此古希臘人相信地球必定是恆定的宇宙中心。如果不是如此,人們豈不是會被移動的地球摔到宇宙嗎?既然沒有人被摔到宇宙,地球一定是不會移動的宇宙中心。還有,地球應該是平的,如果地球是有菱角、或者是圓的,那在斜坡上的人們不就同樣會飛進宇宙中嗎?既然沒有人飛到宇宙,地球必定是平的。

這兩個著名的〈天動論〉和〈地平說〉是由著名的希臘天文學家托勒密(西元85-165 年)所提出。他這兩個當時的「科學」知識,被人們相信了幾百年,因為沒有人有其他證據證明它們是錯的。直到十五世紀時,波蘭的哥白尼(西元1473-1543 年)觀察行星運行的軌道,發現行星運行並不是繞著地球轉,而是繞著太陽。而哥白尼的論點在伽利略(1564-1642 年)用新發明的望遠鏡證實太陽才是太陽系的中心,而地球繞著太陽系旋轉。

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圖片來源:pixabay

伽利略更進一步的用哥白尼的太陽中心論大膽預言,因為金星是繞著太陽轉,她對地球的距離時遠時近,所以她從地球看到的大小必定會因不同的季節而改變。托勒密的天動論則會預測金星的距離和地球是固定的,因此她的大小必定保持恆定。天文望遠鏡的觀測證明金星確實會因季節不同而改變大小,也證明哥白尼論點的正確性。

哥白尼也同時提出地球是圓的,不是平的。最顯著的證明就是當遠方的船隻接近陸地時,陸地上的人們會先看到船頂,之後才是船身(也就是海洋和陸地都有弧度存在)。但是,如果地球是一個行星,而且是圓的,為什麼人們不會被地球甩到宇宙裡呢?牛頓(1642-1727)在十七世紀時提出了萬有引力學說,提出地球的引力將地上所有的物品,包括人類,緊緊吸住在地表上。至此,箝制人類數百年來錯誤的天動論和地平說正式成為歷史。也證明了,科學的演進是侷限於當時的證據,若有新證據證明就的理論是錯誤時,新的科學知識隨之誕生。科學隨時間進步,她不是永遠的真理。

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「新」科學常無法被人接受

科學是人們所創立的學說,也因此,即使有人提出了證據,人們也不一定會相信。這就是費曼話語中第二個含義:因為人們不是神,所以科學其實是一種人的信仰,一個用科學方法(觀察、實驗、論證)所創造的知識。也就因此,科學家希望證明自己是錯的,如果過了數十年數百年都沒有人證明自己是錯的,那這科學家的理論就相當接近於常識。

在科學歷史中,許多人都忽略了科學常識並不可能永遠是對的(因為新的證據可能推翻舊的思維),也因此許多新的理論往往過了非常久的時間才被人們認可是對的。其中一例是美國物理學家特斯拉(Nicholas Tesla, 1856-1943)。大家都耳熟能詳的愛迪生在美國發明燈泡、轟動全美一時,特斯拉是第一位挑戰愛迪生地位的人。特斯拉提出交流電來提供家庭用電是比愛迪生提倡的直流電更好的選擇。

直流電不善於遠距離傳輸,但愛迪生的電力公司主要提供直流電給客戶,特斯拉的說法將會導致愛迪生公司蒙受鉅額損失。這可激怒了愛迪生,發動了所謂的電流戰爭。雖然最後證明特斯拉的說法才是對的,而交流電也成為現代電纜傳輸的最根本方法,但特斯拉在一連串的法律攻擊下失去了大多數的專利。在最後他窮愁潦倒的去世。直到二十世紀尾聲後,特斯拉的建樹才漸漸被大眾所認可。

圖片來源:Sam Fentress or GFDL, via Wikimedia Commons

另一位科學家的成就也花了十分漫長的歲月才被科學界認可。不過她比特斯拉幸運:她夠長壽。芭芭拉•麥克林托克(Babara McClintock, 1902-1992),一位基因學家,在四十歲出頭時用玉米實驗提出「跳躍基因」(Jumping Genome)學說:這個學說說DNA內有著「轉座子」(Transposon),能夠跳躍到另一段不同的基因上,並改變玉米的外表。她的理論在當時不僅沒有被人接受,甚至遭受無情的攻擊。也因此從她五十歲以後她便停止在學術期刊上發表任何理論。直到她年過七十古稀之年時,新的實驗才又再一次證明麥克林托克是正確的。她比當時的科學家進步了四十年。最終在她八十歲時她成為諾貝爾醫學獎得主,也是現在唯一單獨獲得此殊榮的女性。「新」科學常常無法被人接受。

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結論:科學之路

總結的說,費曼的一席話「科學家總嘗試想盡快證明自己是錯的」,所代表的涵意是,科學是一門經由觀察、實驗、和論證的人類學問。經過這方法所成立的知識就是科學,無論是基礎的生物化學物理,或者是人文的心理學。但世界上沒有完美的實驗,新的實驗可能會提出新證據並推翻舊的實驗結果。也因此真正的科學家希望趕快證明自己理論上的錯誤。他 / 她的理論在數十年或數百年可能都不會被推翻,直到新證據出現為止。但遺憾的是,人類並不一定會相信新的理論,即使證據就擺在你的眼前。

那我們該如何看待科學呢?從正面看,她的演進讓我們生活有所改善,有著更好的醫療,交通工具,或通訊設備。悲觀的看,科學是人們所創造的學科,所以她永遠都在改變,也永遠不會是真理。

當然,筆者我並非要在此向各位宣揚科學之死的新宗教。但重要的是:科學並不完美,但她是讓我們能理解世界的最完美工具。這一點是我所相信的科學精神,而能相信這一點的人也才能成為真正的科學人。

【作者介紹】
陳志今 Kevin Chen
英國南開普頓大學 醫學院研究員(病毒免疫學)

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【‎教育專輯‬】 泛科學十月份特別專題:「科學教育,科學嗎?」

歡迎你來稿和我們談談你所知的科學教育的過去,現在,以及未來。
我們希望討論的方向包括(但不限於):
● 什麼是科學?科學是一種能力?態度?知識?
● 教自然科就是教科學嗎?教自然科才能教科學嗎?
● 那些自然科以外的學科,和科學有關係嗎?

如果你是在學學生,請與我們分享:
● 過往的教育經驗讓你了解科學、愛好科學嗎?請和我們分享你的經驗!
● 你希望自然科(地科/生物/物理/化學)、數學、各種學校科目該怎麼教,讓你更接近科學?

如果你是老師,請告訴我們:
● 在你的理想中,科學應該怎麼教?
● 你正在嘗試什麼樣的科學教育?成果如何?
● 在今日的教育現場教科學,什麼是優勢和助力,有哪些難關和阻力?

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兩者皆非,也歡迎你來談談你的想法:
● 學「科學」有什麼價值?
● 什麼樣的結果意味著成功的科學教育?
● 要達成科學教育,有什麼樣的好方法?

來稿請寄:pansci.tw@gmail.com
來稿字數1000-3000,並請註明希望發表的名稱與身分;請於10/31前提供,泛科學編輯部將保留來稿最終修改審核權;如審核通過將刊登於泛科學並謹備稿費,感謝您的參與。

泛科學本次「科學教育,科學嗎?」教育專輯,將配合11/8泛科知識節活動,當天將舉行現場對談,歡迎你的加入!

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破除歐洲殖民之前的非洲沒有科學發展史的迷思!非洲原來也有豐富的科學傳統?——《被蒙蔽的視野》
時報出版_96
・2023/06/14 ・3003字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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1577 年 11 月,廷布克圖(編按:城市名)上空出現了一陣壯麗的流星雨,那座城市就位於現今的馬利(Mali)(編按:位於西部非洲的國家)境內。有關西非天文現象的報告,在整個十六和十七世紀期間都不斷出現。十七世紀早期一位西非編年史家阿卜杜.薩迪(Abd al-Sadi)便曾記載道:

一顆彗星出現在眼前。它在黎明時分從地平線升起,接著一點一點上升,並在日落和黑夜之間達到正上空。最後它消失不見。

西非皇廷裡的天文學家

我們在本章已經見到,在這段時期,伊斯蘭世界各地,從撒馬爾罕到伊斯坦堡的統治者,對天文學是抱持著多麼濃厚的興趣。撒哈拉以南非洲地區也有這相同的情況。許多文學家受聘在桑海帝國(Songhay Empire)統治者阿斯基亞.穆罕默德(Askia Muhammad)的皇廷工作。桑海帝國是個伊斯蘭蘇丹國,16 世紀期間控制了西非大半地區。這些天文學家協助編制年曆並提供宗教指引,對桑海帝國統治做出貢獻。

海桑帝國在十五世紀的領土範圍。約在今日的西非撒哈拉沙漠和沙漠以南的區域。圖/wikipedia

阿斯基亞.穆罕默德本人是個虔誠的穆斯林,支付他的天文學家豐厚的俸祿,要他們協助計算禮拜時間和齋戒月日期。另有些人則奉命判定麥加的方向。

十六世紀廷布克圖出現了天文學家的身影,見證了撒哈拉以南非洲地區在現代科學史上所扮演的重要地位。這個地方比其他任何地帶都更被人排除在科學革命歷史之外。然而就連在認可更廣闊世界之重要性的科學史料當中,撒哈拉以南非洲地區,依然是令人起疑地完全缺席。

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然而,歐洲殖民時期之前的非洲並沒有科學的想法是個迷思,而且急需更正。就像世界其他地區,非洲也擁有豐富的科學傳統,而且在十五和十六世紀時,還隨著宗教和貿易網絡的擴張而經歷了重大轉變。

因此,與其將撒哈拉以南非洲地區看成與世界其他範圍區隔開來的地帶,我們必須把它看成我們在本章所深入探究的這同一段故事——全球文化交流的故事——的一個環節。

與世界各地聯繫 貿易網絡的擴張和伊斯蘭教的傳入

廷布克圖在十二世紀建城,接著在十五和十六世紀期間經歷了大幅擴張,特別是在桑海帝國興起之後。桑海帝國在一四六八年掌控了那座城市。這次擴張主要是跨撒哈拉地區的貿易勃興所驅動,商旅隊伍絡繹於途,從廷布克圖運送黃金、鹽和奴隸到埃及以及其他地方,並藉由絲路把西非與亞洲連接起來。

在這同一時期,其他非洲王國也開始在沿岸地區與歐洲人進行貿易。這標誌了跨大西洋奴隸貿易的開端,所造成的衝擊,我們在接下來兩章就會更詳細深入探究。

廷布克圖很快富裕起來,也讓桑海帝國的統治者得以支撐起「一所富麗堂皇,內裝豪華的宮廷」還加上了「眾多醫師、法官、學者、和祭司」。

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除了貿易、宗教之外,還有個關鍵因素讓非洲和更寬廣世界連繫起來。穆斯林在公元七世紀征服北非之後,從十世紀開始,伊斯蘭教便擴散跨越撒哈拉傳入西非。接著從十四世紀開始,伊斯蘭教就愈來愈廣泛散播開來,特別在鄉村地帶。就在這段期間,除了進口手抄本之外,西非伊斯蘭學者也開始在各地方著述愈來愈多原創手抄本,這些地點包括廷布克圖等都市。非洲統治者早就體認到,伊斯蘭教對於鞏固政權的重要性。阿斯基亞.穆罕默德甚至還曾於一四九六年,在廷布克圖許多學者陪同下,完成了一趟麥加朝聖之旅。

天文學知識的傳入 進一步引發科學發展

隨著貿易和朝聖而來的是知識。阿斯基亞.穆罕默德從麥加返國時,帶回了好幾百部阿拉伯手抄本,內容詳細記載了從天文學新觀點到伊斯蘭教法原則等一切事項。商人從撒哈拉各地回到西非時,也帶來了在伊斯坦堡和開羅購買的一批批阿拉伯手抄本。

「這裡有從巴巴里(Barbary)(編按:北非地名)帶來的手抄本書籍,比其他任何商品獲利都更豐厚,」十六世紀的著名旅行家利奧.阿非利加努斯(Leo Africanus)在他前往廷布克圖時便曾這樣寫道。

另有些手抄本則是隨著許多伊斯蘭學者抵達,他們是在天主教征服穆斯林西班牙時逃來此處,那次戰役最終便導致格拉納達酋長國(Emirate of Granada)在十五世紀末敗亡。稍後我們就會見到,阿拉伯手抄本在西非的散播,最終便導入了科學的轉型,這段故事與文藝復興時期的歐洲有驚人的相似之處。

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廷布克圖手抄本的其中一頁,內容是關於數學與天文學,並以阿拉伯文記載。這些收抄本也象徵著阿拉伯地區的知識傳入,對西非地區的科學發展史有重要的影響。圖/wikipedia

在伊斯蘭教傳播之前,非洲民眾就仰觀天象。古馬利多貢人(Dogon)為所有不同星辰命名,而南非的科薩人(Xhosa)則在夜間使用木星來引路。中世紀貝南王國(Kingdom of Benin,位於當今的現代奈及利亞)的統治者甚至還聘僱了很特別的一群天文學家來追蹤太陽、月球和星辰在全年期間的運行。這群專家稱為伊沃烏基(Iwo-Uki),也就是「月升協會」(Society of the Rising Moon)

這對於規劃農曆尤其重要。貝南王國首都的中世紀天文學家,密切監看獵戶座腰帶的推移並宣告「當這顆星從天空消失,民眾就知道,該種植山藥了」。伊費王國(Kingdom of Ife,也是位於現今奈及利亞境內)的中世紀統治者,同樣體認到天文學對於城內農業和宗教生活的重要性。伊費城是約魯巴文化(Yoruba culture)的一處核心,城內有許多神殿。國王在這附近建造了一批大型花崗岩柱,用來追蹤太陽運行,並判定宗教節日時間以及年度收成時節。

從十五世紀起,這些現存的天文學傳統經歷了重大變遷。就像在歐洲,非洲學者也開始藉由阿拉伯文譯本來研讀(諸如亞里士多德和托勒密等)古希臘思想家的著作。夜間,成群學生齊聚營火周圍,看著星辰流逝,並拿他們測定的結果來與見於種種阿拉伯手抄本的星曆表做個比較。

其中一部手抄本很可能在十六世紀的廷布克圖被用來教導天文學,書名稱為「星辰運動的知識」(Knowledge of the Movement of the Stars)。它一開始先解釋古希臘和羅馬作者的天文學理論,隨後轉向較為晚近的伊斯蘭思想家,好比海什木,他在十一世紀針對托勒密的天文學寫出一部影響深遠的批評著述。那部手抄本接著還解釋,如何判定特定星辰的位置,還有它們在占星上的重要意義。

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還有一部手抄本是廷布克圖一位名叫穆罕默德.巴哈約戈(Muhammad Baghayogho)的學者寫的,內容解釋了如何計算出白天(使用日晷)和夜晚(使用月球位置)的禮拜時間。巴哈約戈在十六世紀早期完成了一趟麥加朝聖,而且他擁有十分豐富的阿拉伯手抄本藏書,在廷布克圖首屈一指,他還針對十六世紀鄂圖曼一位名叫穆罕默德.塔朱里(Muhammed al-Tajuri)的天文學家所著作品撰寫了一部評註。沒錯,你在廷布克圖找得到的手抄本,不只是以阿拉伯文寫成的,還包括鄂圖曼土耳其文的內容,這就顯示在這段時期,鄂圖曼和西非的科學發展,有很密切的關係。

——本文摘自《被蒙蔽的視野:科學全球發展史的真貌》,2023 年 5 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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你以為只有歐洲發展科學嗎?用不同角度看科學史,16 世紀伊斯蘭世界的「文藝復興」!——《被蒙蔽的視野》
時報出版_96
・2023/06/12 ・1712字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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學者八方雲集的伊斯坦堡

哥白尼在歐洲掀起一股風潮之時,鄂圖曼帝國的天文學家和數學家,也正進入他們自己的文藝復興時期。從十五到十六世紀之間,鄂圖曼科學思想家產生出了超過兩百項天文學原創著作,再次挑戰伊斯蘭科學隨著中世紀「黃金時代」結束而沒落的觀點。

16 世紀伊斯坦堡地圖。圖/wikimedia

一四五三年伊斯坦堡征服之後,眾多穆斯林學者來到鄂圖曼,並在蘇丹資助之下投入工作,塔居丁只是這當中的一個。烏魯伯格死後,撒馬爾罕天文台的首席天文學家阿里.卡什吉前往伊斯坦堡,受僱在設於城中的一所伊斯蘭學校中工作,當時鄂圖曼人創辦了好幾百所這樣的學院。其他學者也從伊斯蘭世界各地,分頭來到了伊斯坦堡,包括波斯和蒙兀兒印度(Mughal India)。

得天獨厚的研究環境

在此同時,我們有必要記得,伊斯坦堡從來就不是個排外的穆斯林城市。猶太人和基督徒也在鄂圖曼宮廷找到贊助。猶太天文學家大衛.本-殊山在伊斯坦堡天文台與塔居丁共事,而穆罕默德二世的御醫也是個猶太人,是從文藝復興時期義大利逃來的難民。座落於歐洲與亞洲的十字路口,早現代時期的伊斯坦堡是一座國際大都會,在這裡面― 誠如我們在其他地方已經見到的― 宗教和貿易網絡在十五和十六世紀時期的擴張,促成了科學的轉型。

事實上,鄂圖曼的這段故事和歐洲的科學革命史有很多相似之處。就如同文藝復興時期的歐洲,鄂圖曼的科學思想家對古希臘作者的著述,也抱著很濃厚的興趣。

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穆罕默德二世擁有大批古希臘手抄本藏書,全都在征服伊斯坦堡期間繳獲。秉持悠久的伊斯蘭傳統,蘇丹接連委派將這些古希臘作品重新翻譯成阿拉伯文。為配合鄂圖曼宮廷的國際性本質,這些譯本便由拜占庭希臘人完成。就像在歐洲的情況,鄂圖曼科學思想家也在這一時期開始閱讀並翻譯更早期的伊斯蘭思想家的著作。阿里.卡什吉的天文學手抄本也經翻譯為鄂圖曼土耳其文,圖西的作品也同樣如此。這位十三世紀的天文學家的種種觀點,對哥白尼造成了十分深遠的影響。

16 世紀的哥白尼畫像。 圖/wikimedia

到了十七世紀中期,鄂圖曼科學思想家也開始閱讀歐洲的天文學著述。一六六二年,一位名叫特茲基雷奇.科斯.易卜拉欣(Tezkireci Köse Ibrahim)的鄂圖曼天文學家便解釋道:

「哥白尼奠定了一個新基礎,並編結出一個小型『紡索』星曆表,假想地球會動。」

易卜拉欣甚至還畫了幅草圖,勾勒出哥白尼著名的日心宇宙模型。

與歐洲相似發展故事

因此,我們可以開始看到眾多與傳統歐洲科學革命故事相仿的雷同情節。鄂圖曼的科學思想家也閱讀並翻譯古希臘文本,而且他們也學習借鑑比較晚近伊斯蘭作者的著述,來批評這些比較古老的理念。畢竟,在伊斯坦堡這座都市― 歸功於它位於絲路上的位置― 你很容易就能接觸到以種種不同語文寫成的科學手抄本,包括從拉丁文到希臘文,乃至於波斯文和阿拉伯文的著述。

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在當時的伊斯坦堡,可以相對容易的獲得各種語言的著作。 圖/envato

不只如此,歐洲文藝復興的核心理念,在伊斯蘭世界也能找到雷同之處。這在阿拉伯文中稱為 tajdid(原文意指「更新」)。傳統上,這是宗教學者用來描述伊斯蘭教改革的術語。然而從十五世紀開始,tajdid 的概念就開始被使用得遠更為廣泛,成為某種關於振興的運動的一部分,而且被振興的不只宗教,也兼及伊斯蘭科學。這場運動並不局限於伊斯坦堡。到下一節我們就會看到,天文學、數學和伊斯蘭教之間的牽連,順著絲路向西傳播,跨越撒哈拉沙漠並來到非洲。

——本文摘自《被蒙蔽的視野:科學全球發展史的真貌》,2023 年 5 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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以科學為本!從 DNA 探索大未來——百濟神州(BeiGene)Kids Science 生物科學營,為小小醫生科學家鋪路!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/27 ・3734字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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本文由 百濟神州(BeiGene) 委託,泛科學企劃執行。

「小朋友們,當爸媽或家人生病時,你的心情如何?擔心、焦慮、想辦法讓他們好過一點?」

「希望家人最好不要生病」、「吃藥看醫生才能快快恢復」這是來自孩子們最純真直接的回應。

全球前 50 大生技製藥大廠百濟神州(BeiGene)副總裁暨細胞治療研發中心負責人黃士銘,日前率近 20 位企業志工和家人們一起至坪林國小,在泛科學協助下,舉辦「Kids Science 小小生物科學營」。課堂上,身為生物科學家的他,首次擔綱一日業師,在活動一開始即拋出了上述這個情境題,引導孩子們思考生物科學,其實是一門很有意義的學問,不僅貼近日常所需、更能真實地幫助許多人。

黃士銘表示:「BeiGene 是一家以科學為本,專注於創新癌症藥物研發,我們與全球各地科學家及醫師緊密合作,以病人至上的精神,致力為全世界患者帶來可近性及可負擔的高品質藥物。」身為一位科學家,我們相信『改變治癒未來』(Change is the Cure)。先進科學改變人類生活,而醫療科學為人類帶來治癒的力量。因此,在台灣,我們與這塊土地最頂尖的科學人才共同努力,專注於細胞治療在癌症醫學領域的研發,也因為台灣向來是生技產業人才搖籃,這更讓我們重視到,科學教育從小紮根的重要性,讓小朋友從早期開始培養科學核心素養,豐富孩子們的知識和視野,希望啟發他們對於生物科學的興趣。我們很期待透過 BeiGene 「Kids Science 小小生物科學營」,拋磚引玉,讓更多人重視科學教育的環境,挹注多元教學資源,發揮共好影響力,為台灣培育更多優秀的生技人才。

BeiGene 副總裁暨細胞治療研發中心負責人黃士銘,率近 20 位企業志工和家人們前進坪林國小,讓偏鄉小朋友從小開始培養科學核心素養。圖/BeiGene

有鑑於此,秉持以科學為本、病人至上的 BeiGene,致力「培育未來生物科學人才」作為品牌 ESG 關鍵的當責行動。於是乎,當觀察到台灣偏鄉科學教育資源與師資分配不均的狀況,便與全台最大科學知識社群–「泛科學」聯手,舉辦「 Kids Science 小小生物科學營」,BeiGene 企業志工於假日帶著家人們,前進新北市坪林國小進行教學活動,為偏鄉學童種下科學教育種子,希望藉由對生物科學的體驗與實驗過程,提升偏鄉學童對於環境觀察的敏感度與科學的認識基礎。

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BeiGene 「Kids Science 小小生物科學營」,為學童打造出「適齡、適性」、結合理論與手作的生物科學探索課程活動。圖/BeiGene

生物科學樂趣多! 啟發學童對科學創造的想像

小學階段是最適合紮根科學教育的時期,但偏遠地區的學校由於交通不便與地理人文環境特殊,造成師資、設備、資源不足等情況。若能引進多元的教學資源,開啟偏鄉孩子們不一樣的視野,便能在科學的啟蒙之路上,燃起他們的學習熱情、啟發學童對科學創造的想像!

引導孩子們思考生物科學,其實是一門很有意義的學問,不僅貼近日常所需、更能真實地幫助許多人。圖/BeiGene

坪林國小校長王珮君表示:「科學是生活,舉凡食、衣、住、行都隱含著許多科學知識與原理,非常感謝 BeiGene,看見偏鄉孩子在專科教育學習資源的需求,舉辦『Kids Science 小小生物科學營』, 讓孩子從做中學習。藉由豐富有趣的課程,帶領學校的孩子不僅能從學習中獲得更多與醫學相關的科學知識,同時也能啟發他們擁有像『科學家』一樣地邏輯思考,像『醫師』一樣地解決問題!永保好奇心,持續不斷的創新與探索。」

坪林國小校長王珮君致力提供學生更好的學習資源,感謝 BeiGene 帶來豐富多彩的 STEM 教育課程。圖/BeiGene

親子共學玩實驗夯: 水果DNA切切樂、手作仿生鳥

身為全台最大科學知識社群——「泛科學」知識長鄭國威表示,孩子學習科學的目的,除了開拓視野外,更重要的是培養科學思辨的精神與態度!在這個以社群力=影響力的時代,泛科學希望與各界企業一起『加乘、共好』,透過彼此的核心職能,讓下一代對科學產生興趣。

孩子學習科學的目的,除了開拓視野外,更重要的是培養科學思辨的精神與態度。圖/BeiGene
利用簡單易操作的實驗一窺水果 DNA 的樣貌。圖/BeiGene

這次的課程,特別邀請到曾獲教育部殊榮的生物老師──簡志祥「阿簡老師」,帶領學童認識水果 DNA,利用簡單易操作的實驗一窺 DNA 的樣貌,了解生命細胞最初始的模樣;也體驗了解仿生科技在醫療上及生活上的應用,透過「仿生鳥手作實驗」引導學童思考有哪些生活用品是從仿生科學啟發而得來,並從手作實驗中獲得更多靈感與樂趣,最後的「仿生鳥飛行競賽」,讓學童用自己親手做的成品互相比拚,進一步體驗空氣動力原理,邊玩邊學、小朋友無一不感到新奇與有趣。

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透過生活周邊常見產品實例,了解仿生科技在醫療上及生活上的應用。圖/BeiGene
透過「仿生鳥手作實驗」引導學童思考有哪些生活用品是從仿生科學啟發而得來。圖/BeiGene
「仿生鳥飛行競賽」,讓學童用自己親手做的成品互相比拚,進一步體驗空氣動力原理,邊玩邊學、小朋友無一不感到新奇與有趣。圖/BeiGene

本次課程活動獲得很好的迴響,孩子們邊玩邊學,不僅輕鬆提升專注力,同時對生物科學產生興趣。各位家長們,想要帶著孩子自己動手體驗 Kids Science 科學課程嗎? 以下分享 DIY 簡單步驟跟著做,親子共學樂趣多: 

【水果切切樂】

藉此實驗了解細胞各構造的特性,如清潔劑可溶解細胞膜的脂質,破壞細胞膜。 高濃度食鹽水可使 DNA 溶解在溶液中,DNA 不溶於酒精中,所以使用酒精萃取出 DNA。由於實驗材料簡單,且方法易操作,對生物科技有興趣的學習者也可以自行操作實驗不同水果的差異性。

教學影片。影/Youtube

材料:
萃取液(食鹽、水、清潔劑)冰棒棍、牙籤、離心管、塑膠杯、塑膠袋、紗布、竹籤、切塊水果、酒精

方法:
準備萃取液,內容是 1/3 杯的水、1/2 匙鹽和 1 匙的清潔劑混合。把切塊水果放進塑膠杯裡,倒進萃取液,能夠蓋住水果的量就夠了,用冰棒棍把水果攪爛。
把紗布鋪在另一個塑膠杯上,將攪爛的水果倒入紗布上,收集濾下的液體。
把酒精倒入液體中,過幾分鐘就會在上層的酒精裡看到白色的絲狀物。恭喜你,你拿到了這些水果的 DNA 了。拿牙籤輕輕攪拌這些 DNA,把它們收集到離心管裡頭吧。

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原理:
為什麼這些材料就可以萃取出 DNA 呢?當你把水果攪爛和萃取液混合時,會破壞水果的細胞,清潔劑可以破壞水果細胞的細胞膜和核膜,而加入鹽則可以讓 DNA 溶解在萃取液內。最後加入的冰酒精,則會讓 DNA 從溶解的狀態被析出來,就成了你看到的白色絲狀物。

【手作仿生鳥】

結構仿生設計學主要研究生物體和自然界物質存在的內部結構原理在設計中的應用問題,適用與產品設計和建築設計。研究最多的是植物的莖、葉以及動物形體、肌肉、骨骼的結構。本課程從生活中引導小朋友去思考有哪些生活用品是從「仿生科學」啟發得來的。並從手作實驗中得到更多靈感與啟發!

仿生學小知識:

仿生學是模仿生物特殊本領的科學,目的在了解生物的結構和功能原理,來研發新的機械和技術,將大自然的智慧轉化成人類可操控的技術,可以說是「向大自然學習」的一門科學,例如達文西的「撲翼機手稿」就是藉由研究鳥類與昆蟲飛行所設計出來的。

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像是出淤泥而不染的「蓮花葉」,除了表面上有蠟等物質可以防水,也發現葉面上有奈米等級的絨毛結構,這些結構使得水滴不易被戳破,讓水滴能在葉面上自由滾動,正是屬於仿生學的範疇,而這個發現也運用在現在的防水塗料上。此外,模仿蜘蛛絲做成的線非常強韌,可以拿來做防彈衣,這些都屬於仿生學的研究成果。

教學影片。影/Youtube

方法:
確認你的配件,包括翅膀、尾巴、木條、三條橡皮筋,將翅膀配件靠內的桿子套上右邊鐵鉤,靠外的桿子套上左邊鐵鉤,將木條插入翅膀的孔,另一端插入尾巴的孔,接著將橡皮筋套進兩端的掛勾,最後一步驟只要扭轉橡皮筋就可以飛行了。

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