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【教育專題】談「科學」和「教科學」

PanSci_96
・2015/12/07 ・2410字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 479 ・五年級

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作者:季老師/生物老師

我是一個生物老師,一直被冠名在「自然科學教師」下,讓我常思考一個問題,科學是什麼?

什麼是「科學」?要怎麼「教科學」?

一開始我想的是,為什麼要把生物、物理、化學、地科這些東西列在「科學」的範疇裡面,對很多人來說,生物比較像是「背」的科目,但為什麼它還算是科學,這些科目的共通點是什麼?後來跟同事討論的時候,有個想法很有趣,科學家做實驗做推理,跟偵探蒐集資料做推理很像,為什麼上述這些科目包括生物會被列在科學,因為他們的共通點就是「真相只有一個」。

為了找出這個唯一的真相,科學家用科學的方法去尋找答案,有些其實不是歸納演繹來的,是事實,像是人類的精子跟卵子結合就是得到受精卵,會發育成個體,就像兇手訴說他的犯案手法,這沒有歸納,也沒有演繹,就是唯一的事實;有些只能用歸納還有演繹來找答案,像是生命的起源?演化?這就像兇手已經死了,死無對證,偵探唯一能做的就只是歸納跟演繹,永遠都不知道到底是不是真相,只能「接近」真相。

至於要怎麼去驗證真相?有些人說要有科學證據的,有些人說無法提出反證的。當然如果有直接證據是最好,但當兇手已經死無對證,無法有直接證據去看出真相的時候,我們只能去找到並接受最接近事實的說法,說服自己去相信,當幾年後有其他證據證明或推翻這個說法的時候,大家再去改變自己的觀念,去接受覺得更接近真實的概念,這就算是一種「概念改變」 (conceptual change)。

「概念改變」 (conceptual change)被許多科學教育家認為是學習科學一個非常關鍵的過程。這個「Change」指的改變,可以是從無到有的「擴充」,例如像接受新聞〈屠呦呦、William C. Campbell和Satoshi Omura榮獲2015年諾貝爾獎生理或醫學獎〉一樣,它就是個你本來不知道的事實;也可以是指從a到b的「取代」,例如達爾文從相信神創論到提出演化論。

要怎麼Change?

不同人對同一個真相,或多或少有不同的概念 (concept),今天有一個跟自己的概念不一樣的說法出現的時候,就要看新的概念能不能改變原本舊的概念的「地位」。怎麼改?要符合「有意義」「有理」「有用」這些原則,當新的概念
比舊有概念更能符合這些原則,地位就會轉換,新的概念就會取代舊有概念。所以,提出有利的證據是「增加」這個概念的「地位」,而提出反證則是「降低」。

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教科學的重點就在這裡,學生是「華生」,總是對真相有著自己先入為主的觀念,無法精確連結證據跟真相的關係,科學家是「福爾摩斯」,知道自己要觀察什麼、知道要蒐集什麼證據、做什麼樣的實驗,根據結果做最正確的判斷,老師比較像是「記者」,忠實傳遞福爾摩斯的發現給更多的華生。學生進到教室之前,有太多不同的原有概念,要怎麼用不同的方法去讓最接近真實的概念「取代」或是「擴充」到學生的腦袋裡?這就是身為一個「專業的」「科學教師」要做的事。你可以是個很懂生物這個「專門」的人,知道很多有關於生物這個領域的真相,但要當個「專業」的生物老師,必須要懂得用方法讓你的學生得到這個真相。
講述法、重現真相現場(做課本實驗)、討論、電動、遊戲、故事……這些都是方法。但是,不管是哪種方法,科學教師只要不要模糊焦點,自己的使命是要讓學生有至少最接近「真相」的概念,要讓學生覺得正確的概念更「有意義」、「有理」及「有用」,才有辦法提昇新概念的地位,進而「擴充」或「取代」原本錯誤或沒有的概念,老師只要根據自己的特性選擇最適合自己的方法,這幾個方法都可以達到這個效果。

「知道」科學難道就「會」科學了嗎?

但,這樣就夠了嗎?「知道」科學不代表「會」科學。差在哪?差在「華生」不是「福爾摩斯」,科學教育一個重大的課題──培養科學能力,就像是要想辦法培養「華生」成「福爾摩斯」,你可以是一個考試總是一百分的華生,但要成為福爾摩斯,就不是一件容易的事了。雖然這多少跟天份有關,但至少,用一些方法搞不好可以開發一點潛力。至於如何培養學生科學的能力,用上面哪些方法最有效呢?不曉得你是不是跟我一樣,看到這裡,然後也無言了。

科學方法的基本步驟是觀察、提出問題、蒐集資料、假設、設計實驗、實驗、分析、結論,這個內容出現在國民中學七年級自然與生活科技上冊的概論,緊接在目次後面而已,以12歲的年紀很容易背得滾瓜爛熟。而要培養學生科學能力的老師,大多會照著這樣步驟,帶領學生一步一步去探索真相,讓學生去實際「體驗」當科學家的感覺,進而去體驗發現真相是一件多麼好玩的事!我想這就是為什麼科展在中學的科學教育中這麼重要的原因。可惜的是,不是所有科學老師都有曾經體驗過「科學家」的經驗,即使有,也不見得都有「正向」的回憶或經驗,因此要帶領學生體驗科學的歷程,就像要沒去過Disney樂園的人要去跟別人說Disney樂園有多好玩的意思一樣,很容易歪掉,但這不能怪老師,畢竟我們不能要求記者要成為福爾摩斯。

台灣的科學教育面臨的問題,就像是好不容易教出了五十個考一百分的華生,卻教不出一個福爾摩斯一樣,但不能說這些沒有用,正確的科學知識還是必要的,可以幫助我們將科學知識連結在日常生活中,例如:傷口塗抹抗生素,可有效避免細菌感染;抹膠原蛋白在臉上並不能幫助我們的皮膚生成膠原蛋白;不能隨意放生外來生物會破壞生態環境……等。然而,就像是想要有說一口流利外文的能力,除了大量的單字背景和不斷地練習之外,還要有由內而外的動力。

「教他們造船之前,先讓他們渴望揚帆遠航」(摘錄自小王子作者Antoine de Saint Exupéry文章),在發展出探究真相的科學能力之前,除了擁有基本的科學知識,最重要的還是要先擁有探究真相的企圖和渴望。至於要如何點燃學生心中的好奇之火,並且在尋找真相的過程中,遇到失敗後仍然持續維持著,然後修正方法直到找到真相,是我認為培養科學能力最困難也最需要克服的關卡。而要當一個專業的科學教師,不管是用方法教學生正確的科學概念(就是讓他們發生Conceptual Change)或是培養學生的科學能力,都是一路上不能懈怠且需要持續精進的課題。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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大科學人專訪|時間的女兒:即使我成績很好,但也未曾在學習中有過成就感
LIS_96
・2022/11/17 ・2186字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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她是 Podcast《時間的女兒:八卦歷史頻道》的主持人 Hazel,以清晰幽默的口條分享精彩的歷史八卦,其爬梳史料整理出的故事腳本,被聽眾譽為「用聽的連續劇」,讓人不知不覺就追了好幾集,短短七個月的經營,頻道即突破千萬收聽。

你可能會很意外,這位以科普歷史為題的創作者,其實並不是歷史背景,在成為一位新媒體文史工作者之前,Hazel 也曾有過一段對學習迷惘的學生時期,邀請你一起往下閱讀 >>>

小學一年級的第一學期就對學習的嚮往從此破滅

「其實我的學習過程,很少感到成就感,覺得讀書非常無聊,即使過去我的成績很好」 Hazel 說。

他憶起小學一年級剛入學的那天自己是非常雀躍的,因為大人告訴他上學是長大和變聰明的必經之路,但不到一學期,他就發現這其實是一個謊言,讀書和考好不過只是為了要給家長一個交代。

在學習的路上,因著家長的期待以及嚴格的自我要求, Hazel 一路上逼著自己保持好成績,然而到了高中,突然發現不論多麼努力,還是無法跨越與「數學」的巨大隔閡。

「我在高中只有排列組合這個單元數學成績有拉上來,這個部份我能用生活的經驗理解,不過當數學超出了加減乘除之外,我就完全無法領會,也不知道學習的意義和目標在哪裡」Hazel 坦言。

發現不論多麼努力,還是無法跨越與「數學」的巨大隔閡。圖/Pexels

選文組不是因為喜歡,而是因為想要逃避數學

談到這裡,我們很直覺的猜測 Hazel 高中選擇了文組,他語帶尷尬的笑著說「沒錯」,而笑容的背後,正是許多人都曾經歷過的無奈——「因為討厭理工科的學習,才選擇(逃到)文法商」。

「不可能有一個孩子不喜歡所有東西,但因為他要避開最討厭的那一項,只能選相對沒有那麼討厭的項目。如果我早一點知道數學的意義和在生活中的應用,或許當初我不見得沒有辦法讀理工,其實我對生物很有興趣,但錯過就錯過了!」  Hazel 用自己的故事點出學習過程中常見卻很弔詭的集體經驗。

知道為何而學,會不會學得事半功倍呢

開始有了讀書之外的社會經驗, Hazel 回看過去的學習歷程,發現到「很多過去不會或是不能理解的知識,常常到了現在工作和生活中才茅塞頓開,原來當年在學的是這個東西阿!」,這樣的經驗也讓他反思「如果能提早知道『學習的目標和應用』會不會原本覺得困難的概念就不會學得那麼辛苦,學習效果也許事倍功半」!

這番體悟讓 Hazel 決定要成為一位「替孩子的學習創造意義感」的母親(即便他目前還沒有孩子),「我會在小孩長大的過程不斷詢問,『你想要做些什麼?』,這不是給他寫一篇作文-我的志願就結束了,我們需要和他確認『想要做這件事情』和他『接下來要去努力的方向』是否一致」。

提早知道「學習的目標和應用」,效果也許事倍功半!圖/Pexels

教育的目的是讓我們擁有做夢的勇氣

看見《時間的女兒:八卦歷史頻道》在 Podcast 熱門排行榜上有名,Hazel 說自己從未想過能在 Podcast 上獲得如此斐然的成績,剛開始製播節目他還是一邊工作一邊經營,一路上靠著「興趣」和「需求」讓完全沒有歷史背景的他持續學習,摸索出節目現在的樣子。

談及這段經歷,Hazel 有感而發:「如果沒做 podcaster,我可能還是一個高不成低不就的小白領上班族,台灣教育比較沒有帶給小孩做夢的勇氣,我也是因為在 Podcast 有些成績,才膽敢放棄原本的工作和志向,但實際上不該是這樣,台灣教育沒有告訴孩子這世界有多少可能,但我們也不該只鼓勵小朋友做夢,要同時藉由教育一起幫忙孩子實現夢想。」

響應本次「LIS 第二季大科學計劃」,Hazel 分享給我們的大科學人宣言:
❛❛ 生活中沒有什麼可怕的東西,只有需要理解的東西 ❜❜ ——居禮夫人

藉由深究歷史穿梭古今的 Hazel 分享:「人類經常因著不理解而做出不智之舉,不理解所帶來的恐懼,往往讓人們出於防衛而做出極端反應」,例如獵巫的源由正是人類對大自然的無知,像是啟發伽利略的教士布魯諾,正是因為推崇「地動說」而被火刑。「人們缺乏的不是慈悲,而是追根究柢的勇氣」,如果當時的他們抱持更廣闊的心胸,還有更科學的精神找答案就不會被恐懼所困!

最後 Hazel 調皮的說:「話說如此,心裡只有 99% 認同這個句子,我想有些恐懼無論如何,還是很難克服,例如某種褐色的家庭常見害蟲,雖然清楚那只是種六腳昆蟲不足為懼,但知道歸知道,就算居禮夫人和法布爾老師復活來聯合對我再教育,也還是治不了我的害怕吧……。」

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!

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❛ 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! ❜
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LIS_96
16 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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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

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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
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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/