2012年10月10日

101年的科學方法課程

科學方法的課,講得快半節也就夠了,不過我今年做的課程規劃大約要花三節課,基本的概念,也是將學生放在學習的主體。

講科學方法的時候,我先不講什麼是科學方法。我做的是發一小包酵母菌給學生,讓他們猜那是什麼?他們可以用迷你顯微鏡觀察,或用聞的、用摸的,甚至用吃的,然後他們發表可能的答案,並說明為什麼?

我的目的其實就是要讓他們「從做中學」科學方法。要他們用各種感官「觀察」,並提出可能的答案。答案公佈之後,就給他們看看酵母粉的盒子。
yeast


觀察了之後,就有人提了問題「所以酵母粉要加麵粉、糖和水囉?這樣才能做麵包」,這個問題會引出「酵母菌要作用需要什麼材料」這個問題,還有同學提出「為什麼會膨脹成兩倍大」。

這裡我觀察到一個很有趣的現象,酵母菌加糖的實驗產生二氧化碳這件事,學生們在國小或在補習班裡可能學到一些,所以這裡他們就產生了一些假設。

像是為什麼膨脹成兩倍大,就有人猜「是酵母菌變大了」,有人則是猜「酵母菌變多了」,猜「產生氣體」的人反而不多。偏偏他們這些人都已經會說「酵母菌加糖會產生二氧化碳」了,顯然這個知識概念還沒有辦法變成他們的答案。

接著我找了Youtube上用酵母菌做麵包的影片,裡頭有麵包膨脹又被打扁的畫面,看到這個,他們有人就改變想法,認為膨脹是因為產生氣體。

有了這個概念之後,我就直接跳到酵母菌可以產生氣體這件事上面,到底能產生氣體是因為什麼原因?學生從酵母菌盒子上,會知道要加糖、加水、加麵粉。但哪個才是重要關鍵呢,還是都重要?

接著,就可以用這個來講控制變因和操縱變因了,不過我在這邊是先避開那些名詞,先讓他們思考要怎麼設計實驗,哪些要維持一樣,哪些要改變。我點A學生發表實驗預想要怎麼設計之後,會問B學生是否同意,是否要補強,有沒有反對之處。他們之間就自然討論出應該怎麼做實驗,然後我就讓他們自己回家做實驗,下次上課交出實驗過程和結果討論。

有一些班級因為時間的關係,我就省略掉這部份,直接進入該怎麼做實驗。這裡我就直接放月鈴老師做實驗的影片

直接秀出怎麼做實驗的班級,就沒有人跳脫想法,自己設計新的實驗裝置。而那些有花時間在討論的,他們就會弄出一些特別的裝置,像是想要直接在氣球裡做實驗,或是用塑膠袋做實驗。

其實怎麼做實驗不是重點,重點是怎麼去規劃。


實驗設計

這個實驗很簡單,花的時間不多,只要願意做,一個小時就會有答案。下次上課時,我就讓他們上台報告自己的實驗設計和結果,報告時,我請他們拿著自己寫的資料,就放在P2V下投影到螢幕,所以紙本報告就是他們的簡報材料。而實驗結果的呈現,有些人會先把照片印出來貼報告上,有些人則是直接拿相機放在P2V下,這樣就省略掉他們還要做電腦簡報的工。

學生報告的過程強調在同儕的提問與指正,因為我有另外一份作業就是提出自己的報告修正,至少提10點。所以同學提點越多,自己就越省工。當台下學生問出好問題之後,我也不斷增強他。

自己的實驗缺失,自己可能發現不多,可是如果是看別人的,眼睛就亮得不得了。從實驗時間的不合理到結果呈現的,有些我看不出來的地方,學生居然都能找到。

藉著他們的提問與反省,這邊就可以講到不少實驗設計了,像是控制變因、操作變因,結果要量化、樣本數太少...。




    



找課本的碴

除了回家寫修正實驗的10點外,還有一個就是找課本實驗的謬誤,我都跟學生這叫找課本的碴。其實說找碴好像有點負面,其實教的就是批判性思考,雖然你不懂整個實驗怎麼做,或是整個報告怎麼寫,但是至少你要知道哪裡有錯,就好像你雖然不會寫課本,但是至少會找課本的問題。

第三節課的進行方式採用圓桌會議,先請一個同學報告他找到的碴,然後其他學生再講剛沒講到的。我要他們先放寬眼界找問題,所以有些學生居然連插圖的椅子、電腦亂畫都找出來了,然後就是要做聚焦,把問題鎖定在實驗設計和結果分析上。之後如果用到沒什麼問題的課本,我就會改發有問題的實驗報告給他們。


  



課本實驗的幾個問題,像是過度推論和以偏概全,這也都是學生未來在進行專題時常會發生的問題。

嬰兒從小就會觀察、產生好奇心、測試不同的假說。他們到了13歲,也一樣有這種能力,只是被藏起來了,甚至他們自己都不知道自己會。老師要作的事很簡單,就是幫他們開天眼。

這些學生之後都必須做專題,幾年前,我都是等到他們分組做不同的專題,我才教他們如何做專題,不過我覺得這些能力應該是平常就可以訓練的,而且是普通班學生也應該做的。至於怎麼學?就從做中學啊。

像我自己學程式設計,或是電子電路。並沒有找老師來學,或是按著課本從最基礎的開始學起。我是從功能出發的,比方說,我想要作能夠自動計算成績的程式,我就專找這個類似功能,然後看原始碼怎麼寫,先求大致弄懂,進一步會修改,最後才是有能力自己設計。

學生進行實驗也是類似的流程,先求看懂人家的實驗,然後有能力修改,當然前提是還要會Debug,最後才是自己全新的設計。


口頭報告的訓練
另外,我也積極訓練學生報告和與聽眾互動。首先,拿麥克風這件事情,真的需要經驗和訓練耶。平常就算學生不多,我還是訓練他們要著麥克風說話,不只是習慣站在人群前面,還要習慣聽麥克風傳來自己的怪聲音。

聽眾提問時,有時會問到講者已經講過的部份,學生都會脫口說「這我剛才有講過,....」。其實那是很無禮的說法,除非你是真的要反駁回去,不然那句話就別說吧,改口說「我們可以從剛剛的哪邊哪邊,看到...」,這樣都比你直接說要好。

回答問題時,會遇到聽眾提問,但是一時無法回答,這種情況,上次去國中生專題發表會時,odchang有說,就講「謝謝指教」就好了,不需要跟聽眾吵架,也可化解自己卡台的尷尬。

學生提問也是應該訓練的,怎麼訓練問出好問題呢?也許是當他們問出好問題之後,我就可以發張貼紙,讓他們貼在筆記本上。他們會問出一些沒那麼好的問題,但是我會要他們修改,試試看換別的方式來問,問對了就有貼紙。其實更好的方式,應該弄個透明圓筒放在桌上,問出好問題就放顆球進去,數周下來看誰拿到的球最多。






團體腦力激盪
看學生你一言我一語的討論課本實驗的修正真的很有意思。後來我看到《梅迪奇效應》一書,講到異場域的碰撞,這和我帶他們討論的方式還蠻像的。

書裡頭講到一個實驗,自己在獨立的空間個別進行腦力激盪的組別,比起實際在一起進行的組,產生的創意點子要來得多。

團體的腦力激盪無法產生良好效果,有幾個因素: 1.搭便車現象,小組某些參與者會鬆懈,靠別人提出新構想。2.評估憂慮,小組成員會擔心其他成員私下評斷他們,因此避免提出玄奇或有原創性的構想

所以書裡建議小組集會前,先安排15-20分鐘,讓每個成員個別進行腦力激盪,這樣大家在進行集體活動時,就不用擔心忘掉原來的構想,主持人也能更有組織地陳述問題。

這正好就是這次帶討論的方法,下次我還要培養他們領導能力,讓學生自己當主持人。

書裡還講到有另外一種腦力激盪的技巧叫做腦力寫作(brainwriting)。進行時,所有人都不說話,針對相同問題,提出構想,再寫下來,彼此互相補充。

進行方式是每個人圍著一張桌子,手邊和桌子中間都有白紙,讓大家拿得到。要解決或探討的基本問題必須清楚說明或寫下來。開始時,每個人都在自己面前的白紙是,寫下或畫出一個構想,然後把紙放到桌子中間,再拿起別人放上去的一張紙,唸這張紙的構想,設法補充。不管是否能設法補充,都要再寫一個構想,放在桌子中間。每個人從桌子中間拿起紙後,都要從頭到尾看完前面的構想,設法聯想,激發新的創意。

這個方法很特別,但可以在什麼時機用,我得再思考一番。

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