置頂

物理與化學是很有趣的兩門學科,對我來說這兩類的學問幾乎就是許許多多有趣的遊戲。也許有人覺得物理與化學太專門或者太嚴肅,對這一點我想說得是:當你很喜歡這個遊戲的時候,你自然就會慢慢變得很專門,你也會很認真,甚至有時候會很嚴肅。
但是別忘了其中的樂趣,這些樂趣是吸引了許多人投入這個領域的極大誘因。 如果你喜歡這兩門學科那很好,請好好的玩它!如果你沒有那麼喜歡,那也無妨,你還是可以從中獲得一些樂趣。

2011年1月4日

20111231新竹,探究課程分享

在2011的最後一天,到了新竹要分享如何將核心課程轉化成科學探究課程的經驗。這場研習其實是生物科的場子,但我想在「探究課程」這件事情上,生物與理化科有許多共同之處,所以就決定來分享一下。

通常我分享我的教學經歷和心得的時候,都是先講核心價值,再講技術層面的東西。事實上我注重核心價值更勝於技術。我覺得只要一個人真心的認同某個教學理念,只要給他夠多的時間,慢慢他就會發展出屬於他自己的技術。那個技術適用於他的學校、他的學生和他自己。相反的,如果沒有真的認同,只是覺得某個教學方式很炫或怎樣的,於是回去照做,那很可能就會因為那個教學法不適用在自己的課堂,而遭遇阻礙然後就放棄了。當然先學習技術,熟習之後慢慢內化變成價值觀也是可能的,不過我不太愛走這個路線就是了。

所以我想最好的方式是,先溝通理念,然後提供一些技術層面的東西來降低實行的門檻。應該可以達到一個平衡。



科學探究課程,應該可以說是將「科學課程」變得更有「科學面貌」的課程。擁有大量的知識,並不能成為一個科學家,頂多成為名嘴而已。科學的活動需要有觀察、思考、探究等等活動,再現行的科學課程中,雖然似乎是有把這些活動擺入課程,但是仔細分析可以發現,這些觀察、思考、探究的課程都指向科學知識。例如說實驗課程應該是很有科學面貌的課程吧?可是我們的實驗課全部都有著標準答案,實驗的目的是要讓你看到課本想讓你了解的知識,而不是在實驗中去探索未知的東西。

有人會說,探索未知這樣的活動對國中生太難了。應該以後再學,國中階段學知識就好。可是我從國中到高中大學研究所的科學課程,從來沒有碰過不一樣的實驗課。全部都是為了知識和實驗技術而進行的課程。(是因為我沒念博士的關係嗎?)

另外這樣的課程對國中生真的會太難嗎?

有養小孩的人,一定都會同意,探索似乎是小孩的天性。一個玩具擺在面前,你告訴他這玩具怎麼玩怎麼玩,最後他就一定不會這樣玩,然後可能會玩壞或者玩出你想都沒想過的東西。我的大女兒有一天從學校回來,告訴我他的老師說:白色比較容易吸熱,黑色比較不容易吸熱。所以夏天的時候撐黑色的傘比較涼。身為理化老師聽到這種說法哪裡受得了,馬上就想脫口而出那個「正確答案」。但轉念一想,就問女兒說:要不要來做實驗。她就說好(並沒有說:你直接把答案給我就好了啦!)我就拿了一張白色的A4紙和黑色的衣服,蓋住溫度計,用檯燈加熱。看看一分鐘後溫度上升多少。結果果然,黑色的上升比較多吧。你老爸說的對!

然後就被抓包了!女兒說:「黑色的布有洞啊,所以當然熱就比較容易穿過去」

原來,這麼小年紀的小朋友,就會發現問題,問出問題。這顯然是控制變因沒有弄好,做出了一個沒有說服力的實驗。

我的兒子更小,才兩歲多,最近最喜歡玩的玩具是爺爺的電子琴。電子琴有一些預設的示範音樂,他已經會自己把音樂按出來。但神奇的是這台電子琴已經十幾年了,我們聽這些示範音樂也不知道幾次了,但是有一天小朋友不知道怎麼按的,居然出現不同編曲形式的示範音樂。我之後不斷的嘗試想要按出那樣的音樂,卻完全沒有成功。

「不知道」,有一種特殊的力量,是「知道」所沒有的。因為不知道,才會去嘗試一些特別的路,雖然常常會失敗、撞壁,但也常常能發現一些從沒有被發現過的事情。


我常常會問一些老師,你教的科目好玩嗎?你自己喜歡嗎?為什麼喜歡?有沒有把這個喜歡的感覺傳遞給學生?大部分的情況獲得的答案是:
「好玩」
「喜歡」
某種理由....
對第四個問題,老師們常常就想的比較久一點。似乎老師比較沒有在用這個角度去思考教學的策略。更糟的情況是,根本不認為自己教的科目好玩,或是認為要學一件東西,不要問好不好玩,學就對了。

或許在以往的年代,在忽略自我獨立個性的年代,用這樣的方式就足夠讓學生願意用功念書(但是念了一輩子,卻不喜歡、不開心)但是在這個年代,似乎無法用這樣的方式就能讓學生動起來。

我覺得最好的方式是,老師自己很喜歡自己教的科目,然後把那個喜歡傳遞出去。很單純的把知識、興趣與熱情分享出去而已。

上面這張圖,是一隻蟲。對一個攝影愛好者來說,拍到一隻蟲,構圖完美、光線正確、主體清晰、散景漂亮就完畢了。但是對於一個生物老師來說,看到的東西會多更多:口器的結構、觸鬚的形態、六肢腳上的剛毛、身上的硬殼與顏色、斑點等等都在敘述著這隻虎甲蟲是隻怎麼樣的昆蟲。

這些樂趣不是什麼光鮮亮麗絢爛的教學,讓學生目不暇給,而是專屬生物課程的樂趣。上課時,大可拿一些類似的照片來讓學生分析這一隻蟲生活的地點、吃的食物等等。慢慢的學生學會了觀察、分析、歸納生物的特徵,就相當於法布爾進行昆蟲觀察的簡易版。

經過探索而發現的事情,十足的令人開心,開心到可以讓人從浴缸跳起來裸奔。這種開心的事情,每個科學家都會懂。這也常常是支持科學家每天辛苦努力工作的重要動機。

那怎樣才能讓學生嘗到這種味道呢?上課的過程中,直接把知識理論整理好告訴學生,通常沒什麼刺激的,大部分的情況會讓學生覺得很無聊。所以其實我們可以把已知的東西,先包裝成未知,讓學生在未知的情況下探索,然後發現。上面的課程就是一個例子,詳情在此,看到學生開心的跳起來的時候,我就知道這課程對了!

然而探索需要技巧,如果方法錯誤,會得到錯誤的結果。這樣的事情比比皆是。科學的方法很嚴謹,要得到某個科學界認同的理論,需要非常嚴謹的實驗方法。如果不夠嚴謹,常常會發生像是《生命的答案水知道》這種奇怪的書

這樣奇怪的書流行了好久,現在還常常被拿出來當做心念力量證明的重要證據。但是裡面犯了很嚴重的方法上的錯誤。我並不是說心念的力量存在或者不存在,而是說從他書裡面描述的方法,並沒有辦法證明什麼。當另一個人做了實驗,他的方法更好,實驗結果更有說服力,我就會比較相信後者。

如果像是閱讀課本或是聽老師講課一樣,聽到一個說法就全盤接收。沒有思考與批判的能力,就無從抵抗像《生命的答案水知道》,或者甚至很多廣告和詐騙集團的言論了。

就算是課本,也常常會有錯誤的地方。而且課本勘誤的速度常常慢到不可思議。其中一個原因是,當一個老師還是學生的時候,他的老師如果教他錯誤的知識,自己又沒有對該主題進行研究的話,等到這個學生成為老師,也一定會用同樣的教法教導他的學生。於是這個錯誤就遺傳下去了,一代一代的。

如果老師覺得自己知道這件事情,就不會想要加以研究。如果老師覺得不知道這件事情,就會想要加以研究或者至少多找一些資料來看的時候,才有機會跳出這種錯誤的輪迴。
在生物課本中,對於負片後像的描述,是說看了某個顏色看久了之後,把眼睛移到白色的紙上,因為視覺疲勞的關係,就會看到該顏色的互補色。到這邊為止沒什麼問題,但是有些課本或講義或者課本的實驗記錄簿裡面,就會出現紅色的互補色是綠色,黃色的互補色是紫色。所以眼睛看紅色看久了,因為視覺疲勞就看到綠色。

我猜這是誤會了「互補色」造成的錯誤。因為顏色的理論在光學和美術的調色上,是不相同的。美術上,紅-綠是互補色,但是在光學上紅-青才是互補色。當初編寫課本的人或許知道這件事情,但是選擇在國中階段的課程中省略了顏色理論不講,只提「互補色」三個字,或許也有把這件事情寫在教師手冊上(我沒看過不確定),但是真正在上課的老師沒注意到,於是就教了錯誤的訊息。詳情可以看這篇

這樣的錯誤,要怎樣才會發現呢?其實很簡單,只要上課帶學生做實驗的時候,有學生做出來的實驗結果和你預期的不同時能想到:會不會是課本錯了。這樣就能有機會修正課本的錯誤,或者是修正課本簡化的說法造成老師誤會的情況(話說回來,教師手冊要好好閱讀才對,常常這些會出現誤會的地方,會在教師手冊上詳述)

當教師願意放下自己的權威性,也降低課本的權威性,學生也知道科學不該是服膺權威而是服膺真理的時候,就有機會從中找到可以研究探索的點。

生物趴辣客二中,蔣文蘭老師分享了他的經驗。他和他的學生針對了生物課本中觀察芹菜維管束吸取紅墨水的情況來解釋蒸散現象的實驗,發現這個實驗有時候會做出相反的結果,有葉子的芹菜墨水上升的較少,沒有葉子的上升較多。


於是針對這個現象去進行實驗,得到了很好的成果。類似的地方,在生物課程、理化課程中還有很多很多,可以值得大家去研究。

一味的相信權威,不是科學該有的精神。保持一點點的懷疑精神,才有機會做出突破。即使現在認為真正正確的理論,也難保在未來不會有人提出更好的理論來替代。這樣的人,必然不會是那個全盤接受老師說法的乖乖牌。

但是這樣說起來,或許會讓老師感到惶恐。好像自己教授的東西是一個搖搖欲墜,到處都有問題的科目,自己卻不知道哪裡有問題。其實國中的所有科目,範圍都太大太大了,不太可能針對所有的主題,把所有的細節疑問弄清楚的。

所以其實重要的事情是,保持一種敏銳度和懷疑的態度。邊教邊想,能做的實驗盡量做,做出來有問題的時候,就表示很可能一個澄清自己觀念的機會來到了。把握住機會把問題找出來,你的知識架構就變得更加穩固。更何況,科學的知識從來就不是一個正確答案,而是一個暫時大家認同相信的說法。懷疑與研究的能力,比知識重要。

那如何將原本的傳遞知識為主的課程改造成探究式的課程呢?

先來看一下課程的架構。如果我們要分析課本的話,可能會發現課本在某個章節想要講滲透壓,某個章節想講負片後像,某個章節想講顯微鏡操作等等。這些架構屬於知識性的架構。
但如果我們去分析一個科學家(或者有科學能力的人)所需要具備的能力時,會發現他可能需要有敏銳的觀察力、有設計實驗的能力、有分析推理歸納的能力、有分析數據的能力等等。那要如何把這些能力放入原來知識架構的課程中呢?

我認為最簡單的方式就是把課本的東西挖掉,讓學生來填補。看老師覺得這部份的課程恰好可以給學生什麼能力,就把那一部分的課本內容挖掉就可以了。例如在理化課程一開始,介紹實驗器材的地方,原本的課程是要讓學生記憶器材的形狀、名稱與功用。如果老師覺得希望在這裡帶給學生觀察與思考的能力,就可以把課本中的名稱和功用拿掉,讓學生經由觀察與思考來得到。這樣就把原來的課程變形為探究式的課程了。課程記錄在此



光學實驗的部份,也可以先把光學混合的理論和結果拿掉不跟學生講。讓學生自行操作實驗,把結果整理出來,這樣學生就能學到觀察、實驗、歸納的能力。光與顏色課程一光與顏色的課程二

密度課程上完之後,學生已經學完了密度的計算、求物質密度的實驗,就可以給學生一個未知密度的物質讓學生測量,學生就是需要學到所有的知識加以綜合之後,才能完成任務。課程記錄在此。

至於生物課程的部份,雖然大多數的課程實驗設計多是屬於知識性或者驗證式的課程,但還是有機會將課程變形。例如上面曾經提到的,放一些不同生物的圖片讓學生做分類,並說明理由或是像滲透作用中,課本用紅蘿蔔中間切出方形與三角形,泡在水和鹽水中,然後做比較這樣的實驗,就可以交給學生設計。如果把題目定為:「驗證生物細胞在鹽水細胞中會脫水」。或是「鹽水的濃度和生物細胞萎縮的關係」或是「細胞在哪些溶液中會膨脹?哪些溶液中會萎縮」讓學生提出可能的變因,然後設計實驗,然後蒐集數據之後,拿出來分析,寫成報告然後上台發表。這樣一整個流程,就包含了所有的科學能力。

寄件者 新竹探究課程分享
如果學生程度不夠,或是時間不足,就視情況,把挖掉的東西填補回去。例如只要他們設計實驗就好,接下來你就用自己的方式進行實驗讓學生觀察。或是讓學生觀察完、蒐集完數據。你就挑一組比較好看的數據直接示範你會如何分析這樣的數據。


最後,學無止盡。國中課本、高中課本甚至大學課本能夠提到的,絕對是滄海一粟。真正要學到重要的東西,一定是從課內的東西為基礎再往外延伸的。當課程進行到一個階段,如果他們願意再多問一些為什麼,或許就會是一個科展的主題或是學生日後自主研究的課題。如此就把探究的課程從課內再延伸到課外,廣度與影響力就更大了。


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