2017年4月23日

演講紀錄-探究課程工作坊之分析與發現(9)-生物課本裡的活動與實驗

在生物課裡怎麼做分析與發現?
要說分析與發現,似乎就是需要有數據能作圖的實驗吧?不過生物課裡頭有多少是有數據的實驗呢?

為了回答這樣的問題,我把國中生物教科書裡的活動整理如下表。

也許各位有不同的分類方式,不過我是這樣分的,第一類是學工具和方法,像是顯微鏡的使用、製作檢索表和算族群數量。

第二類是資料解讀,如天擇的探討。其實這類是我覺得天擇的探討放到右邊的第三類也怪怪,所以另外成一類。

第三類就是典型的會進實驗室進行的實驗或活動了。


是實驗還是活動
在準備這次的演講資料時,翻閱了國中理化的教材,赫然發現理化課本裡稱呼學生做的那件事情都叫做「實驗」,但是生物課本裡都叫做「活動」

什麼叫實驗?什麼叫活動?活動是比較廣的稱呼,就是課程進行的時候,那些非講述式的、用來驗證、理解課程內容所作的那些事情。而實驗是具有實驗設計基本原則的那些活動(基本原則就是設置重複、隨機排列、誤差控制....)

那這樣的界定下,生物教科書裡頭有沒有實驗啊?讓我把上面的圖再放大一些,看看那四個象限。大多數的活動都是觀察型的活動,也不會透過量測或計算產生有數字的結果。而即使是有實驗組對照組設計的實驗,也多是沒有產生量化結果的。

要說是真的有實驗設計,而且真的可以用數字描述結果的,就是蒸散作用(看芹菜在有無葉子的時候進行蒸散作用,在量筒裡留下了多少水),還有心音脈搏的測定(量運動前後)。

這也難怪有一個高中生說,他在國中七年級的生物學到自然,到了八年級理化學到了科學。


生物活動裡可以產生數字的實驗怎麼會那麼少呢?生物實驗裡,如果範疇是在個體裡發生的事,那麼就是跟生命現象有關係了。生殖和生長多數無法在短短一兩節課觀察到(不過也有啦,像是花粉管生長),而感應和代謝相對好操作,像是植物感應或動物行為,而代謝如酵母菌發酵。時間不允許加上量化不容易,所以就會比較難規劃出產生數字的實驗。

讓活動變成實驗
想要讓學生多做一些實驗活動,一種作法是外加,但由於時間因素,有時候會替代原有課本活動,但這在有統一教材的考試狀況下不太容易進行。(當考試考的都是課本的實驗,結果你作的都不是課本的實驗,那這樣老師要承擔的壓力就重了)

另一種則是延伸,讓本來的活動多加一些可以討論分析的元素,讓其接近探究的實驗。我認為這是比較容易進行的。我是這樣想的,把上圖的平面圖,再多一個Z軸,變成三維的立體分類,延伸的方式就是思考「讓活動朝向量化或有實驗設計或能運用思考智能」:



具體地說就是:
1.是否可以將質性描述的結果量化?
2.是否可以讓觀察活動增加實驗設計?增加操作變因。
3.是否可引導學生從觀察到的結果,運用思考智能做不同方向的延伸。

舉幾個例子來說

  • 觀察洋蔥細胞,就看看加鹽水、加清水有什麼不一樣。或是分組觀察不同部位的洋蔥鱗葉細胞,估計大小。(參文:洋蔥表皮細胞會長大
  • 觀察水中小生物,練習估計視野裡有多少微生物,不同水樣裡的差異是什麼,水樣表面和深層不同位置的差異是什麼?
  • 醣類的測定,除了檢測不同食物的醣類,也可以檢測同一種食物在不同處理下的改變,像是煮過和沒煮過的飯。或是同一種食物的不同位置的醣類差異,像是花生殼和花生種子的澱粉是否有差異。
  • 反應時間的測定,可以看看在不同干擾情況下的反應時間。接尺時同時回答問題,或是同時要按手機。(參文:接尺反應延伸實驗
  • 營養器官繁殖,看看不同環境下的馬鈴薯或萬年青生長情況如何?(參文:2011寒假作業紀錄-探究取向的營養器官繁殖實驗
  • 觀察顯微鏡之後,讓學生運用想像創造的思考智能,想像如何改進顯微鏡,創造出新的顯微鏡。(參文:設計一個顯微鏡吧
  • 觀察了顯微鏡下的細胞,運用建立模型的思考智能,將平面的細胞在腦子裡建構出立體的樣子,然後實際捏出來。(參文:用樹脂土製作的細胞模型
  • 運用推理論證與批判思辨的思維討論演化的文本內容:
    如我在2011整理的這篇《從閱讀進行探究的例子-演化》提到的,Joseph Schwab所稱的enquiry into enquiry(探究中的探究,現在想想叫做「從探究到探究」似乎也可以表達其意義)。這是透過文本的思考,去理解科學探究時發生的過程。這篇《生物教師手冊 Ch6-2 探究活動-天擇》也是這樣的方向。

實驗進行時,也不需要每一組都做一樣的,可以用平行化的設計,同時讓不同組學生進行不同變因,像是唾液澱粉酶的活性實驗,可以全班分三種溫度進行。

產生量化實驗或是實驗設計並不是目的,而是手段,重點是讓教師有更多素材指導學生探究能力的「思考智能」和「問題解決」。


收集數據的方式
生物實驗的數據其實不多啦,但是遇上要收集全班的數據來做分析時,也是很麻煩的,以下提供一些方式。

1.Google表單:製作出來的表單,用縮網址或QR code,當學生得到個人或各組數據後,即時上網填報,目前我有三個實驗會用到Google表單來收集數據:美人尖的遺傳、我們像不像、接尺反應時間。(參文:從反應時間學交通安全(2016課程紀錄)用Google表單玩遺傳活動

2.Poll everywhere:線上投票的網站,可以直接產生圖表,目前用到的活動是統計全班身高,可以直接產出長條圖。(參文:平板電腦搭配poll everywhere進行課程互動
ppt.cc/b7GWl

3.貼紙+大方格紙:全員投票,投完票就產生出XY圖
我在內分泌單元或是遺傳單元講到身高的時候,會提到政府機關會利用教育機構進行國民的身高和體重的調查,藉此建立身高或體重的常模,然後藉此判斷個體是否有不正常。而年齡、身高和體重此三個因子的數據作圖,除了可以做出生長曲線,也可以做出評估BMI健康體位之用。像生長曲線、BMI的建立,其實就是建模的過程。(參文 每年身高怎麼長

每個人發一張圓形貼紙,黑板貼的是大張的方格紙(A4拼接),橫座標是身高、縱座標是體重。大家上前找到自己的位置,把貼紙貼上去,貼完後,全體的數據也就自動收集變成資訊了。



用這張圖可以來談建立模型,初步的作法是利用線性迴歸建立趨勢線,不過光是一條線並不足以描述標準體重,因為標準體重是個區間範圍。






在這圖裡,標準體重是個白色區間,是一個範圍。(紅色是過重、白色是理想、藍色是過輕)



圖源:http://www.weightlossresources.co.uk/logout/news_features/idealweight_w.htm



平常上課學生都同齡,所以都沒辦法拿來比較年齡,但這次研習成員有不同年齡層,所以就可以做出比較特別的XY圖了。這是要做出「年齡與水晶體彈性的關係」,水晶體彈性是以眼睛能看到的最近清楚距離來評估的,能看得越近,水晶體就越有彈性。(這個主題是跟蔡任圃老師那學來的)

拿一隻尺放在眼下,看看眼睛能看到最清楚的尺刻度是多少(感謝帥氣的黃子欣老師擔任此照片的模特兒)




最後做出的XY圖如下,橫座標是年齡、縱座標是能看到的最近距離。

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