2016年5月5日

用渦蟲學科學探究方法

科學研究,無非就是一個追尋問題答案的過程。

教專題研究這麼幾年,要學生背出科學方法,學生都背得出來。但是要他們真的做出來,可能就沒那麼簡單了。

大部分的學生,如果是丟個問題給他們,讓他們去想怎麼設計實驗,通常還可以,只是實驗會丟三落四的,樣本太少、重複數太低、沒有對照組...。

如果是更進一步要他們去自己想問題出來,喔,那可就折煞人了。


提出好問題的前提
問題的出現,在於充分的觀察。沒有觀察,哪來的疑問。沒有疑問,就別想提出什麼好問題了。所以我希望讓學生先從仔細觀察一個事物開始,發散地思考這個事物,會讓自己產生什麼疑問。從提出一個好問題開始,再來學習怎麼進行研究。

寫來好像很簡單,可是要觀察什麼東西呢?今天我以渦蟲為材料,進行了幾週的專題研究課程,就是要讓學生觀察、提出問題、提出假設與設計實驗。

幹嘛選渦蟲呢?我要進行的是訓練課程,希望幾小時內就能從設計實驗得到結果的,而且材料要簡單好觀察,不要太繁複的工具,而且這個生物還要好飼養。渦蟲就是很好的材料,只要一盤培養皿就能夠進行觀察和實驗,甚至也能短暫飼養。

生物實驗無非就是在進行生命現象的觀察,但是看生長、生殖要花時間,要快就是看感應和代謝,以渦蟲來作材料就蠻合適的。

我的課程一開始,就是發下一盤10隻渦蟲,要學生兩人一組進行觀察,提出25項特徵或現象,還有提出25個問題。這時就可以看出學生在科學觀察上有沒有能力了,有些人可能看了一小時,才只能提出十個特徵,但有些人就可以產出很豐富的觀察。


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好問題的轉化
在觀察的同時,問題就會劈哩啪啦地冒出來,這時候也會要求學生就把問題寫下來吧。

有了觀察和提問之後,就是分析自己的問題,哪些是已知答案的?有些自認是未知答案的,其實只是自己背景知識不夠,所以必須搜尋其他的資料來找答案。

那些是未知答案的,也必須適當的轉化問題才能研究。問題無非就是who why what when where how,但並不是每個問題都能被研究。比方說「為什麼」的問題就是很難研究的問題,雖然大家很喜歡問why,但是我會說「why問題,是一個研究的壞問題」,因為「為什麼」的問題要不就是無法研究,要不就是骨子裡其實是別的問題。

比方問「為什麼渦蟲游得這麼慢」,這你要研究什麼?怎麼研究?難不成是去問渦蟲嗎?這樣的問題就轉化成可以研究的問題:
「渦蟲是怎麼移動的?」..How
「渦蟲的移動速度有多快?」..How
「渦蟲的移動速度受哪些因素影響?」...What
這些才是可研究的問題,而且這些問題還要是明確的、有操作型定義的、可以量化的、有意義的。


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沒意義的問題是什麼?像學生看到渦蟲,很常會問「拿刀切牠會怎樣?」、「拿針刺穿它會怎樣?」、「把牠捏爆會怎樣?」

切牠會發生什麼事情,是有已知答案的,當初科學家會研究切牠的實驗,無非是觀察到渦蟲在自然情況下會有自割的情形,而自割後的身體會復原,少了頭的部份就會長頭,少了尾巴的部份就會長尾巴。因為有這樣的觀察,才會提出那樣的實驗。

所以提出一個已知答案的問題,那顯示的就是基本知識的不足。這種問題提出來,就沒有再實驗的必要,除非是要驗證(但為什麼需要驗證?),或是要再進行轉化。而像是拿針刺穿牠會怎樣的問題?這是有什麼意義呢?是你觀察到什麼現象呢?或是有什麼樣的科學知識作為基礎,才來提出這樣的問題呢?

產生一個科學問題,研究背景是很重要的,並不是像大多數科展作品的研究動機寫的那樣「因為上課的時候,老師給我們看OO,我們對OO很好奇,所以開始研究OO」。寫到這段就有氣,之前查資料的時候,還看到某個科展指導研習的講師,還秀出PPT展示這段範本,要與會老師以後就這樣抄寫,這樣就可以寫研究動機了,真是傻眼。

Google一下「我們對 好奇 科展」,你就會發現這種範本真是夭壽,很少人在寫出背後真的科學議題。

實驗設計其實也是學生很弱的部份,像是控制誤差的方法、控制組的設計、樣本數、重複數...等,常常得花好幾次問答才能讓學生擬出可能比較具體可行的實驗。


很多老師在帶專題研究的時候,都是老師直接訂出問題,實驗方法也擬好,學生跟著作就是了,雖然最後報告是學生打字的,但是這種不完整的專題研究,訓練出來的只是代工人力而已,這不是我希望的方式。

我希望是扎扎實實地訓練這些科學探究的能力,雖然學生未必能因為這些訓練而取得優秀的比賽成績,但至少能力是有進去的,而不是那張獎狀而已。如果是老師把什麼都鋪好好的,再讓學生帶著這樣的作品去參加科展,我覺得這樣的科展不就是老師去跟學生比嗎?但科展不就是應該是學生之間的競賽嗎?
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