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webcam改裝成電子目鏡(1)

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會生出這一篇,其實只是因為yukie在噗浪上寫"趙育興老師做的 顯微鏡教學範例,連國文老師看到都讚嘆,更別說身為自然老師的我有多佩服。好用心!!!!"

我看了育興老師教學用的電子目鏡,心裡就想著,身為全球webcam改裝委員會的資深會員,應該用webcam也可以做到吧?後來一查,果然已經有人在網路上post 了作法。我只是狗尾續貂,跟著做罷了,不過還是有做點修改啦。

其實改裝webcam變成電子物鏡的方法太簡單了,就是把webcam拆掉就好了。


然後把顯微鏡的目鏡拔掉,用傳說中的"免圖釘萬用黏土"在上面糊一圈


在把那個拆掉的webcam黏上去,這樣這個webcam就可以變成電子目鏡啦。



為什麼要用萬用黏土呢?其實用PVC水管也是可以啦,不過我在試做的時候,手邊沒有水管,後來用萬用黏土黏之後,感覺也不錯,因為隨時可以拆掉,也不會留痕跡。

上面拿來示範的是我小學時買的玩具顯微鏡,只要幾百元就買得到了。不要覺得玩具顯微鏡便宜就沒什麼價值,它還是可以看很多東西的。像接了那個webcam改裝的電子物鏡,就可以拍口腔皮膜細胞啦。




然後那個光源啊,我就直接用賣場賣的LED燈黏上黏土,固定在載物台下方,這樣就成了行動燈源,也不用插電。






你算算看,這樣的顯微觀測裝置要多少?webcam 150元以下,玩具顯微鏡350左右,再加上led燈,大概只要500元就搞定了,便宜實惠啊!

那如果接在好一點的顯微鏡上呢?


看看水中小生物的情形吧



不知道這群纖毛蟲發生什麼事情了,怎麼會看起來像是纏在一塊。當場看的時候,我忍不住驚呼,畫面真是太立體了,因為我的LED燈源是傾斜打上去的,所以就會在這些纖毛蟲周圍形成影子,看的時候就很有"相位差顯微鏡"的感覺。

最後來比較一些這種webcam型的電子目鏡,和商品化的電子物鏡或是顯微鏡顯示裝置吧。

價錢
webcam 只要去網購的地方巡一下,100多元就可以買得到,不過電子物鏡或是顯微顯示裝置則是數千到上萬不等

畫質
webcam的雖然比不上商品化的,不過我覺得堪用耶,要拍照、攝影或是展示,也都還可以。

使用方式
webcam的這種,如果黏上PVC管當作目鏡使用,其實只要插進去鏡筒,接上電腦就能用了。如果不用PVC管,改用黏土也可以,中間不需要花什麼時間調整。

我覺得比較花時間的是要搞定光源,因為我覺得…

100學年度的顯微鏡課程紀錄(1)

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我覺得我最大的優點就是會一直想怎麼樣做才會更好,今年的顯微鏡課程,我也不斷地思考著應該怎麼做。


先說解剖顯微鏡和複式顯微鏡吧,教科書裡是先教複式顯微鏡然後才是解剖顯微鏡。不過我想到接下來的課程都是使用複式顯微鏡,所以我對調兩者的教學順序。另一方面是顧慮到這是學生第一次到實驗室,如果要講規定、分組等等,再教複式顯微鏡的操作,那麼我勢必沒辦法在一節課中完成。不過如果是解剖顯微鏡,那就簡單多了,一節課的時間是足夠的。

不過明年的課程安排,我會試著和我們的教學團隊溝通,看看可不可以乾脆把解剖顯微鏡放到下學期再教就好了。

再來就是顯微鏡的教學流程,哪個構造叫什麼名字這個我就沒講了,我請學生自己看課本去對,認識了就在課本的構造上打個勾,我只講那些和課本不同的構造。比如說有些顯微鏡沒有反光鏡、有些的粗細調節輪是作在一起的,不是分開的。

解剖顯微鏡的操作,除了看字母玻片之外,我還設計一個簡單的解密任務,就是要學生去找出鈔票上的密碼。

其實在2008年的實驗教學紀錄裡,就可以看到我已經是那麼做了,只是今年再換個方式罷了。
我事先準備好佰元鈔票,請學生去找「壹佰圓」下方的英文字,看看它真正的字母順序應該是如何。







我本來以為那串英文字母,一定只能靠顯微鏡才看得清楚,沒想到有個學生隨手拿起鈔票看,就可以把那串英文字母念出來,而且事先他並不知道那串英文字母的含義。這學生的眼力也太厲害了,讓我一直想到那個「紀昌學箭」的故事。

紀昌跟神箭手飛衛學射箭。飛衛說:「學射箭要練好不眨眼的技能」,所以紀昌就聽老師的話,每天盯着織布機上的梭子。過了兩年,紀昌練到用錐子刺眼皮,眼睛能夠眨也不眨。

飛衛說:「你還必須練好眼力,把細微的東西看得很大很大,才可以開始學射箭」

紀昌聽從老師的吩咐,在窗口用一根牛毛綁住一隻蝨子。他每天盯着蝨子,漸漸覺得蝨子變大了,三年之後,他眼的蝨子好像車輪那麼大了。

飛衛高興地說:「你已經掌握了射箭的入門技術了。」紀昌繼續學習,終於成為一個箭無虛發的神射手。

我那個學生應該將來可以變成神射手,不然就是可以變得跟寫「微物圖誌」(micrographia)的虎克一樣,把蝨子看得這麼清楚,只是我學生可以不用顯微鏡啦。






而今年複式顯微鏡的教學課程裡,我開始使用顯微鬼腳圖來評估學生對顯微鏡的方向操作。我在每個人的學習單上寫下不同的四個數字,我要求他們確實用顯微鏡觀察鬼腳圖找出對應的英文字,…

再換個方式幫洋蔥撕皮

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我總是不斷地想方法改變自己的教學型態。舉個例子來說吧,顯微鏡下觀察洋蔥表皮這件事,我就一直在尋找更好的方式。

最早以前的作法,是發給學生各組一片洋蔥鱗葉,教學生先撕洋蔥皮下來,然後再用刀片切割。後來在2008年看到日本教科書(詳見 換個方法拿洋蔥的皮 )寫的方式,先用刀片在洋蔥上切方格,然後再撕皮。

今年又想到更好的作法了。就是直接把洋蔥切丁發下去給學生就好了啊,這個想法完全發想自切菜的時候啊!

每片標本只要1公分見方的洋蔥丁就好了啊,我看一顆洋蔥就足夠給全校的學生用了喔,很有微型實驗的感覺啊。把洋蔥丁的皮撕下來,免切免割,直接放上載玻片就好了啊,真是方便呢!



今天,我教完怎麼撕皮做標本之後,去看看學生做的情形,居然看到一個學生直接把洋蔥丁用玻片包夾得像三明治一樣放在鏡頭下看。

我問「你們為什麼會這樣做啊?」
生「.....」(可見剛剛根本沒在仔細看)

我再問「皮呢?」
生理直氣壯說「我有撕啊」

「那皮呢?」
「撕下來丟掉了!」

等等,你們以為是玩抽獎嗎?皮撕下來丟掉,然後把剩下的留下來呦?

如何修改傳統的實驗活動變成探究型的活動

最近讀了一本"如何透過探究教高中生科學"(Teaching High School Science Through Inquiry),裡頭有一章講到怎麼修改傳統的食譜式實驗課程,使其變得更加探究式。食譜式的實驗課程就是課本裡的那些實驗課程,把實驗目的、材料方法、過程都寫得好好的,紀錄的表格也都設計得好好的,只要按步就章去進行就好了。

傳統的實驗活動並不是不好,它的確有很多好處,只是我們可以再多一些修改,就能夠讓它更以學生為中心、更具有探究的性質。修改的方向介紹如下:


Do a Prelab Assessment 實驗前,先進行學生的評量
在開始進行實驗室活動之前,對這個主題或概念的了解程度,探究導向的教師會希望了解學生對這個主題或概念的先備知識。經過了解之後,教師會知道學生的質樸概念和迷思概念,這會有助於教師修改實驗的內容,以符合學生的先備經驗。
我的想法:例如在進行顯微鏡教學活動前,可以先調查學生在小學時是否學過顯微鏡,看過哪些材料。

Do the Lab First 在章節教學活動進行前,先進行實驗室活動

一般的教科書編排,都是將實驗室的活動,編排在章節的最後。在學生了解學科概念之後,再進行實驗室活動,以進行驗證。其實教師可以挑選適合的實驗室活動,在"正課"前進行。


我的想法:就像是顯微鏡觀察細胞的活動,通常的作法都是教完細胞之後,再進行這項活動,用來驗證"細胞"的教學,不過這其實是可以修改成,先進行這個活動,讓學生先看過細胞,看過細胞膜、質、核等,再進入教學活動,讓學生在學習這個概念的時候,是已經具備'細胞"的基本概念的。

另外,像是芹菜吸水的實驗,通常也都是在教完蒸散作用之後才進行這個活動。不過這個活動應該可以改成在之前來作,也利用這個活動帶來的經驗進行教學。


Revise the Question Section 修改"章前問題"

如果教科書的活動,在剛開始的時候,提供了一個預設的問題讓學生回答,那麼就將它移除吧。教師可以修改成演示一個"discrepant event",讓學生觀察。讓學生從這裡頭去想問題來研究。提供提示和探索,引領學生去思考原先設計的那個問題。透過這些問題,學生的探索才能夠更個人化和有意義。

我的想法:我本來不知道discrepant…

劉新老師的小組合作學習式教學活動-以細胞概念發展為例

上周五(9/23) 輔導團邀約台北螢橋國中的劉新老師前來新竹演講,她的演講內容在於她如何進行小組合作學習的論證式教學活動。她是一位非常有活力的老師,即使今年已經退休了,但還是一直抱著「今年的我要比去年更好」的心,不斷精進她的教學活動。

那天她舉了一個例子,講她設計的「細胞」教學活動,讓人聽了有豁然開朗的感覺。

我先講一下課本裡是怎麼編排細胞概念的教學,一般的順序是這樣的:
虎克命名細胞細胞的型態和功能有關細胞內的構造和功能顯微鏡下觀察細胞的活動:而觀察的細胞,隨版本不同而有不同的建議,但大致上包括以下幾種:口腔皮膜細胞、洋蔥表皮細胞、水蘊草葉片細胞、鴨跖草的下表皮組織(看表皮和保衛細胞)。
其實我也是照這樣的順序在講述,頂多就是把第2點和第1點對調,讓學生先知道細胞長什麼樣,然後才講虎克的事情。不過最近開始接觸探究教學之後,就覺得這樣的教法其實不太好,應該做一些修改。因為一開始講細胞的時候,其實學生對"細胞"是什麼,根本沒有什麼概念,更何況是講到胞內構造如細胞膜、細胞壁的時候,他們也只能把這些名詞記下來,沒有辦法產生有意義的學習。

而劉新老師設計的課程,是把課本的內容做了巧妙的調整。本來顯微鏡下看細胞是屬於"確認型的探討活動",目的是讓學生在學了細胞概念之後,再去看顯微鏡下的細胞。但是劉老師卻是讓這個探討活動變成課程的主體,形成一個探究式的活動。

她在課程開始前,先不講細胞是什麼,也先不講裏面有什麼,而是先帶學生學習使用顯微鏡,然後開始製作玻片標本,她選用的材料有水蘊草、洋蔥表皮和口腔皮膜細胞。

選這些材料是有道理的,她不用鴨跖草的下表皮組織,因為把下表皮撕下,然後放在顯微鏡下看,找到表皮細胞和保衛細胞,這件事會讓學生產生很大的挫折感,所以她選擇把這項標本的觀察放在植物的運輸單元再來看。而她選用的這些材料共同特點就是作法很簡單,只要放在玻片上夾起來就好了。然後她會讓學生分別去觀察洋蔥表皮細胞和口腔皮膜細胞,染色前後的差異。

觀察完之後就開始進行討論,她將不同的細胞圖片擺在一起,讓學生比較細胞的異同,這點雖然微不足道,不過現在想起來,覺得卻是發展觀察能力的重要方法。因為學生在看細胞的時候,都是每個標本分別看。如果要他看完之後,回想看到的樣子,再來比較細胞的異同,除非他的短期記憶可以記下非常多項目,否則我們應該提供足夠的資訊來協助…

生物教師手冊 Ch6-6 探究活動-甲狀腺的功能

生物教師手冊提出的第6個探究活動,主題是甲狀腺。重點在於形成解釋、連結解釋、溝通和解釋理由。

這個活動是在看因果關係的實驗,以內分泌系統來說,若是要知道腎上腺的功能,可能的作法就是把腎上腺拿掉,看看動物發生什麼反應,以此來推論腎上腺的功能。腎上腺就是「因」,而產生的反應,就是「果」。然而這樣的實驗可能不儘完備,也許要再將腺體區分成皮質和髓質來分開討論,一次僅就一個部位來做實驗。

情境設定:
有個生物學家甲想要研究甲狀腺的功能,於是他設計了以下的實驗,將某種實驗動物進行手術摘除甲狀腺,而對照組也同樣進行了甲狀腺摘除手術,但是僅有開刀和縫合,並未將甲狀腺摘除。
結果他發現實驗動物出現了以下四種症狀
1.肌肉抽搐(這個症狀大約在20天後消失)
2.體溫降低
3.皮膚變厚,而且皮下出現柔軟、果凍狀的物質
4.動物經常處於昏睡狀態(這種動物在正常情況下,表現會非常活潑,而經過處理的動物卻經躲在角落睡覺)

生物學家甲研究了這些症狀,認為這些症狀都是因實驗動物無法利用食物。第一項症狀是因為動物無法利用食物產生能量,所以神經系統缺乏營養。

然而另外一個科學家乙,他用另外一種動物,也做了同樣的實驗,而他的實驗動物卻只出現後三種症狀。

Q1.
請問兩組實驗結果的差異,可能是哪些變因所造成?請至少提出三個。


A1.
這個實驗可以簡化為「某人從某動物移除了某物」,因此兩組結果的差異可以從下列三個因素來考慮:1.研究者的技術  2.被移除的器官或組織  3.動物的種類


Q2.
就以上這三個因素來看,可能是什麼原因所導致?


A2.
1.研究者的技術:也許其中一個研究者在進行手術時,還傷害了其他的組織
2.被移除的器官:也許兩個研究者移除的是不同的器官,而這兩個器官只是外觀看來相似而已,但是其生理機能卻不相同。
3.動物種類:也許同一個器官在不同的動物體內,會有不同的生理作用。

Q3.

接著,有一個生物學家丙用第3種動物做實驗時發現,在甲狀腺的兩邊各有一個小小的組織,顏色比甲狀腺更深一點。而他做的實驗是將甲狀腺移除,沒有將這小塊的組織移除掉。結果丙發現動物出現的症狀僅有上述的後三項,卻沒有出現第1項。
從三位科學家研究的結果來看,造成甲和乙有差異的可能解釋是什麼?

A3.
甲可能將甲狀腺和那些小塊的組織移除了,而乙只有移除甲狀腺。


Q4.
當甲知道了乙和丙的實驗之後,甲回頭去看自己的實驗動物,試著去找尋…

生物教師手冊 Ch6-5 探究活動-細胞核

生物教師手冊提出的第5個探究活動,主題是細胞核。重點在於給予證據優先性、形成解釋和溝通理由。

動物和植物的細胞都是由細胞所構成,大多數的細胞都有一個細胞核,生物學家想知道細胞核是否是細胞生存的必要條件,或許沒了細胞核的細胞還是可以生存。因此他們設計了一個實驗,將細胞分成兩組,分別為完整細胞和去核的細胞。結果所有去核的細胞都死亡了,而沒有去核的細胞很快就形成較小但是看起來完整的細胞,然後這些細胞後來又長成他們之前的正常尺寸。

Q1.
你會如何解釋這個實驗和它的結果?

A1.
這個實驗,大多數的學生會認為結論是細胞核是細胞維持生命所必須的條件,但是對這個實驗仍然可以提出一些質疑,例如細胞核可能只是用來修復受傷的去核細胞。此外科學家研究的該類型細胞是不是可以適用在所有的細胞也是個問題。


生物學家繼續重複這個實驗,他們使用了大量的細胞而且持續了一段時間,下表是他們所獲得的資料


實驗日     無核細胞存活數   有核細胞存活數
  0(開始)              100                           100
  1                           81                             79
  2                           62                             78
  3                           20                             77
  4                             0                             74
10                             0                             67
30                             0                             65


Q2.
請根據這些數據提出解釋?

Q3
假設生物學家宣稱這個實驗所得的數據,已經可以完整的指出細胞核是細胞維持生命所必須的條件。這個結論有什麼錯誤

A3.
其實仔細觀察數據之後,會發現有核的細胞在第1天就已經死亡21個了,在10天內已經死亡33個了,所以如果30天之後繼續觀察,可能會所有細胞都會…

生物教師手冊 Ch6-4 探究活動-光照和植物的運動

生物教師手冊提出的第4個探究活動,主題是光照和植物的運動,也就是向光性。重點在於形成解釋和連結解釋?


植物會朝向有光線的地方生長,而植物的這個運動通常可以使更多的葉面能夠接受到足夠的光線照射。這個過程主要是由葉子所引起的。

Q1.
知道這些資訊之後,請提出你的答案去回答這個問題「為什麼植物要彎曲向光生長呢?」

A1.
通常學生會說,"植物為了獲得更多光線而彎曲向光生長"。或是說"他們向光生長,可以長得比較健康"。由於並沒有證據證明植物具有智力,能夠有「目的」地朝向光生長,所以這樣的陳述是有問題的。其實很多說法也常常陷入這樣的「目的論」,例如長頸鹿為了吃到高處的葉子,所以發展出長的脖子。或是貓熊只吃竹子,因為他們知道他們能消化這個。


Q2.
並沒有證據證明植物的行動是有目的的。從這個觀點來看,你要如何修改這個句子「植物彎向有光線的地方,以獲得更多光線」?


A2.
可以改成像這樣「光的刺激使植物彎曲,這個結果使植物能更有效率地利用光線」

Q3.
大約100年前,達爾文和他的兒子研究過植物彎曲向光的這件事。他們注意到金絲雀穀草的種子萌發之後,會朝向有光照的方向彎曲生長。而且他們還發現大部份彎曲的地方是在萌芽處的底部,就在土的上方。而且透過其他的觀察,達爾文認為會引起彎曲可能是幼苗頂部所引起的,所以他們就做了一個實驗。


他們準備了14株幼苗,用刀片把其中七株的幼苗頂端切除,另外七株則沒有切割。他們讓這些幼苗都接受單側照光之後,結果發現有完整頂部的會向光彎曲,而被切掉頂部的就不會彎曲了。


請解釋這個實驗的結果,可能是什麼原因造成沒有頂端的幼苗不會彎曲?


A3.
有些學生可能會說只有植物的頂端可以接受光線,也有些可能會說比起「沒有頂端」這件事,「切除」的這件事也有可能導致植物的彎曲。針對這項討論,教師應該指出,這個實驗的目的是為了要找出「有頂端」對植物彎曲的影響,而不是「沒有頂端」對植物彎曲的影響。

其實這也講到了生物科學探究的一項作法,要研究一個組織或器官的功能,通常是利用移除掉它,然後觀察生物的變化,藉此得知這個器官或組織在正常生物體的功能。


Q4.
接著達爾文拿更多的幼苗來做實驗,他們把其中一半的幼苗用黑紙遮住頂端,而另外一半的幼苗沒有遮住。然後讓這些幼苗都接受單側照光,結果沒有被遮住的幼苗都向光彎曲了,而遮住的都不會彎曲。由前一個切掉頂部的…

生物教師手冊 Ch6-3 探究活動-掠食者-獵物和自然族群

生物教師手冊提出的第3個探究活動,主題是掠食者-獵物和自然族群。探究進行的重點在於評斷證據的優先性,以及形成解釋。

探究活動的情境設定為,研究人員在一處野地研究一種老鼠和貓頭鷹之間的關係。他想研究影響這些族群大小的因素。在他研究期間,老鼠的族群裡發生一種疾病,導致老鼠的族群數量減少,而貓頭鷹成鳥依舊掠食這些老鼠,但是成年貓頭鷹(大約有14隻)沒有減少,反倒是貓頭鷹的雛鳥數量和過去的紀錄相比,存活數量少了許多。

Q1.
當食物的數量減少,而貓頭鷹成鳥的數量卻沒有減少,反倒是雛鳥的數量減少,針對這個事實,請提出可能的解釋。

A1.
一般會提出的解釋是食物不足而引發族群數量減少。但其實有不同的事件都會導致雛鳥減少,例如:沒吃飽的幼鳥容易生病而死;食物不足,成鳥將雛鳥吃掉了;沒吃飽的雌鳥產下比較少的卵,或是產下的卵孵化率較低。教師可以儘量給幾個例子,引起學生提出更多的假設。

Q2.
簡單地說,雛鳥數量減少可能是兩個不同的原因所造成,這兩個原因是什麼?


A2.
出生率降低和死亡率升高


Q3.
雛鳥減少可能因為出生率減少,也可能因為死亡率增加。如果你是研究人員,你要怎麼知道數量減少的原因到底是因為出生率還是死亡率的改變?

A3.
死亡率的增高,不只要觀察尚在巢內的鳥,還要找到其他證據如幼鳥被親鳥所食,或是天敵所食。而出生率減少的確認,可以透過計算產卵數和計算孵化的卵數。


Q4.
假設雛鳥減少是因為出生率下降,而出生率下降可能是因為生蛋數少,也可能因為孵化成功率降低。食物的減少是如何影響成鳥,而會導致這些現象的發生?


A5.
這有很多可能性,也許是成鳥的代謝率降低,使卵巢的卵發育不正常。相同的原因也可能影響雄鳥的睪丸,使其受精機率降低,因而產卵數減少。或者不是影響精卵,而是影響交配率。
這部份的討論,可以用之前生殖單元學過的概念來引導學生產生假說。那個概念是

雄性-->精子
                       精+卵---->受精卵--->個體
雌性-->卵


Q5.
你必須研究哪些事情,才能驗證這些影響的假說?

A5.
(1)如果精卵的發育不良,那就要比較食物正常的族群和這個族群的睪丸和卵巢
(2)如果是交配行為的改變,就要比較食物正常的族群和這個族群的交配頻率
(3)如果是孵化率的降低,那就要比較食物正常的族群和這個族群的卵孵化率


Q6.
還記得那個研究…

生物教師手冊 Ch6-2 探究活動-天擇

生物教師手冊提出的第2個探究活動,主題是天擇。探究進行的重點在於形成解釋和問出科學導向的問題(問出可測試問題)。

這個活動設定的情境和測驗卷裡常出現的殺蟲劑情境非常相像,我覺得如果學生在寫完測驗卷之後再進行這個活動,可能腦袋會僵化到答不出其他的假設。所以也許在演化概念教學前,就可以用這個探究活動來教學。

情境是這樣的,農業試驗站的工作人員發現,在實驗農場裡有一大群蒼蠅。而這些蒼蠅會影響到農場裡乳牛的健康,所以工作人員決定用最新研發的殺蟲劑"蟲掰"來消毒環境。經過一次噴灑之後,工作人員發現"蟲掰"真有效,大部分的蒼蠅都死了。

一個禮拜之後過去,他們發現蒼蠅又變多了,於是他們繼續噴灑"蟲掰"。如同一週前的情況,"蟲掰"依舊有效,大部分的蒼蠅也都死了。

之後,蒼蠅又大量出現,工作人員繼續噴灑"蟲掰",同樣的情形重複了五週。最後工作人員發現,"蟲掰"居然越來越沒效果,最後一次,甚至完全殺不死蒼蠅。

Q1.
請提出幾個不同的假設來解釋這個現象

A1.
合理的假設應該包括以下這些

"蟲掰"過期了"蟲掰"只能在某些特殊的環境狀況下使用,例如特定的溫度和溼度。對殺蟲劑敏感性高的蒼蠅都被選擇性地殺死了,剩下的是比較沒反應的。
如果學生沒有提起最後一個假說,那麼最好不要提起這點。

Q2.
工作人員在第一次使用蟲掰的時候,就配製了一大桶蟲掰。之後幾次噴灑蟲掰,都是用那桶第一次就配出來的蟲掰,於是有人就認為,可能是那一大桶蟲掰過期了,裏面的有效成份被分解了,所以效果越來越差。請提出至少兩種不同的方式來檢驗這個假設。

A2.
可以試試看把不同時間配的蟲掰,再去噴灑其他不同農場族群的蒼蠅,看看是不是因為時間的因素而使蟲掰失效。另外的作法可以用化學分析,看看配了很久的蟲掰和剛配好的蟲掰,它們的化學成份是不是相同



後來工作人員又重新配了一桶蟲掰,重新噴灑在這處農場,然而效果還是相同,只有少數蒼蠅死亡。然後工作人員用這桶新蟲掰,噴灑在數公里之外的另外一處農場,卻發現和第一次使用在原農場的效果一樣,蒼蠅死了一大堆。而在新農場噴灑蟲掰的時候,天氣狀況和舊農場是一樣的。

這個狀況所出現的問題,可能來自以下幾個部份
1.用了什麼東西(蟲掰)
2.那個東西…

生物教師手冊 Ch6-1 探究活動-種子的萌發

因為時間和進度的考量,要在課堂上進行完整的科學探究活動,這困難度會比較高一點。如果沒有辦法做完整的科學探究活動,但是又想讓學生了解科學家探究科學的作法,生物教師手冊第六章提供了六個活動,可以達成這樣的目的。

這些活動可以幫助學生了解科學是如何完成的,同時也可以讓學生明白,我們可以從科學裡學到什麼。這裡的每個探究活動都有一個或數個的探究基本特徵,有些活動是要學生提出科學導向的問題,有些是要找證據、形成解釋、有些則是要連結解釋到其他的知識。

要進行這些活動,可以事先撰寫好學習單,把問題寫上去,讓教師和學生一起討論。或是用小組合作學習的方式,由教師口頭提問,學生和學生之間討論之後回答。

這章介紹了六個探究活動,都和課本內的科學概念互相配合。它們分別是

種子的萌發天擇掠食者與獵物的關係光與植物的運動-向光性細胞核的功能甲狀腺的功能
進行的方式,我覺得可以在課本概念引入前就先進行,不僅可以建構學生的科學知識,也可以學習科學探究的過程。以下幾篇介紹的活動都是從生物教師手冊中翻譯,然後經過部份的改寫,如果想看原本的活動設計,請找原文書來看。


這篇先介紹第1個活動-種子的萌發,這個活動著重提出科學導向的問題(可測試的問題)和形成解釋。

這個活動設定的情境是,有一個研究人員想知道,種子在什麼情況下萌發得最好,於是他在兩個玻璃培養皿中都鋪了溼濾紙,上面擺了一些玉米種子。他將其中一個擺在有光照的房間,另外一個擺在沒有光照的房間。兩個房間的溫度都相同,經過四天之後,研究者檢查兩個培養皿,發現兩個培養皿裡的種子都發芽了。

Q1.
你會怎麼解釋這個實驗所得到的資料?不要用你從課本、或過去學到的東西來解釋,請就這個實驗所得到的資料來回答?

A1.
這個實驗檢驗光對種子萌發的影響,但有些學生可能會說這個實驗是說萌發需要溼度。或是說種子萌發需要溫度。如果學生沒有說出這些問題,那麼針對其中一個可能性,老師可以問「如果有人提出這樣的答案,那麼這些想法的問題在於,難道這個實驗也認為植物萌發需要玻璃嗎?」。重點在於要讓學生確認這個實驗的操縱變因是什麼。像溫度、溼度等因素,在兩組實驗中都是沒有差別的,所以這些都不能作為影響萌發的結論依據。


Q2.
兩個培養皿差異最明顯的因子是什麼?研究者是因為什麼問題而設計這個實驗,請儘可能精確地描述這個問題。

A2.
兩個培養皿差異最多的是光線,而研究者提出的問題是「種子在什麼…

海帶芽吸水的POE教學策略

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教「物質進出細胞方式的時候」,過去的教法是從微觀到巨觀,先從細胞膜上發生了什麼事(擴散與滲透),然後講到整個細胞發生什麼事(膨脹或萎縮),最後再提到一些肉眼可見的現象。

這樣教了幾年之後,就覺得這樣的順序是不是可以調整一下。因為這個科學概念的發展,當初應該是先從巨觀的層次發現問題之後,才開始進入到微觀的層次去看細胞膜上發生的事情。

此外,我也想在課程開始時,用簡單的探究活動開始發展科學概念,所以我就開始尋找適合進行探究活動的材料。

一開始我用紅蘿蔔,全班2-3人分一組,每組發下一個裝了鹽的封口袋和一片紅蘿蔔,然後我用POE的教學策略,請學生先「預測」紅蘿蔔放在鹽中會發生什麼事,然後實際進行之後,在筆記本上寫下「觀察」到的現象,最後提出「解釋」。

我問「紅蘿蔔放在鹽中,會發生什麼事」,很多人答會「出水」
「蘿蔔還會發生什麼事」,有的答「蘿蔔會變硬」,有的會說「會變軟」。
「為什麼?」,有人答「因為水跑出來,就會變硬(或變軟)」
「為什麼水會出來?」「因為外面有鹽,鹽會把水吸出來」

在進行這個探究活動時,的確可以觀察到蘿蔔滲出水把鹽沾濕了。不過蘿蔔加鹽這個作法,卻和課本的概念有些出入。因為課本上講的概念是細胞放在水溶液的環境中,如果我把蘿蔔改放在鹽水裡,那麼「有沒有滲出水」的這件事就無法觀測到了。

因次我想改材料,用乾燥的材料,便宜而且吸水快。一開始想到的是葡萄乾,不過那個吸水太慢了,要好久的時間(詳見葡萄乾加水會怎樣),那更別說我另外想到的酸梅了。

後來我腦筋動到海帶芽上面,梅子常常會弄涼拌海帶芽來吃,那個乾燥的海帶芽,才泡在水中沒幾分鐘就變得很大一片了,看來是很符合我的需求啊!

所以後來我這個課就改成這樣了,在上課剛開始,2-3人一組,一組有兩個封口袋,一個有鹽,一個是空的(改用小塑膠杯也行),請他們各裝一些水到袋子裡,然後我再發下一片海帶芽。

在還沒開始動手之後,先請同學預測,海帶芽放入清水中會怎樣?放入鹽水中又會怎樣?
訪問學生之後,得到很多種答案

「放到清水的會膨脹,放到鹽水中的不膨脹」
「放到清水和鹽水中的,都會膨脹」
「放到清水裡的會萎縮,放到鹽水中的會膨脹」

除了這些預測以外,也請他們說明原因,「為什麼你會這麼想?」。接著就請他們把海帶芽折半,各放一半到袋子裡,觀察變化。


我會喜歡海帶芽的原因,就是因為膨脹的速度很快,不到一分鐘,清水中的海帶芽就會膨脹…

roadkill食物鏈

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roadkill 泛指被車輛撞死的動物,舉凡蟲、鳥、蛙、獸都有可能。在台灣跑野外的人,也稱這群動物為「車扁亞綱」

今天下午騎單車到大山背的時候,遠遠就看到一隻貓,站在路上雙黃線上盯著路面看,等我靠近的時候,貓仔立刻跳到路旁草叢裡。

我下車一看,原來路上有roadkill,是一隻有翅膀的蛇?


仔細一看,是一隻鳥(有點像燕子)和一條蛇


本想看看是誰咬誰,結果把屍體翻過來之後,還是看不出來。





究竟這蛇與鳥是什麼關係呢?


蛇過馬路,結果被車輾死,然後鳥來吃牠,也被車輾死,最後貓仔來收屍?鳥過馬路,結果被車輾死,然後蛇來吃牠,也被車輾死,最後貓仔來收屍?蛇與鳥是情人,因鳥媽媽反對這樁婚事,所以兩個相約殉情?

演講心得:十二年國教來臨科學教師應有的預備

昨天輔導團邀請彰師大科教所段曉林老師來演講,題目是「十二年國教來臨科學教師應有的預備」。段老師的演講可以分成兩部份,第一個部份是實際帶大家走一趟課堂探究的歷程,第二個部份是分析十二年國教中,課綱裡到底想做到什麼。

最近因為輔導團要辦探究教學工作坊,所以我常在思索課堂探究課程可以有什麼面貌呈現?段老師的演示讓人耳目一新,有種「哦,對喔,這樣就可以了!」的感覺。

她先秀了一張圖片,圖片裡是一朵盛開的花,她說「各位是來自世界各地的科學家,現在我展示了一個從遙遠地方拍攝下來的花朵,請各位告訴我這是什麼花,而且要說原因。你們可以上網查,也可以跟同桌的一起討論」

「第一桌的你們呢,是來自亞洲的科學家,你們認為是什麼花?」她繼續問,一陣靜默後,有人說「可能是百合吧?因為長得很像」

「第二桌的科學家來自歐洲,你們認為是什麼?」接著又是一陣靜默,然後才有人開口「我不知道是什麼,不過我想應該是吸引昆蟲傳粉的花,因為花朵很鮮豔」

以這樣的流程問過三桌之後,我們這群「偽」科學家對這朵花的名字還是不知道,接著老師繼續展示第2張圖片,她說「這和前面一張的花一樣,也有相同的名字,你們認為這是什麼花?」

除了繼續問各桌相同問題以外,她還加了一些其他問題,例如「來自非洲的科學家,你們對這些亞洲科學家的答案,有沒有什麼質疑的地方,為什麼?」

一直到秀了第3張圖片,大家才發現,原來那種花很有可能是XXX(在此不公佈花名,以免以後老師被破梗),然後段老師回頭展示第一張和第二張,讓大家再檢視一次,從第3張圖得到的結論,是不是也可以從第1張圖和第2張圖中找到證據來支持。

並非一定要做實驗,才叫作科學探究,這個簡單的活動,參與的人只有觀察、思考、發表、再思考、再發表而已,而老師的角色是提供資訊、提問、靜候、回饋、再提問、整合資訊。

在這個活動中,參與者形成科學社群進行討論,而教師促成大家形成科學對話。而進行對話時,教師的耐心「等待」非常重要,很多時候都要等,問問題要等,回答時也要等。

教師問了問題之後,要等待學生回答,不要立刻催促「怎麼還不回答!」,留這個時間可以讓學生思考問題,構思怎麼回答。而學生回答之後,也要等待,這個時間可以讓學生再修正自己的答案,達到精緻化的效果。而當學生問了你問題之後,還是要等待,這時間也許就會讓學生自己想到答案。

其實我想到等待可能還有一個隱藏的好處,就是可以讓老師少講點話,這樣就…

大前研一的科學方法

大前研一,趨勢專家、管理專家,社會科學裡的精英人物,可是我怎麼想都沒想到,原來他也是科學家。

我最近讀了大前研一的《思考的技術》,才知道他本來是在石油化學工業和核能工業裡工作,後來在30歲時進入麥肯錫公司,和他的搭檔康寧漢兩個合作。

康寧翰擅長邏輯思考,常常問:「有何證據?」、「你是基於什麼分析而這麼說的?」、「為什麼會有這結論?」。本來大前研一還以為麥肯錫公司裡都是這麼做的,後來才知道事實上根本不是這樣。

而大前研一接受科學的訓練,擅長科學思考方法,他發現做經營分析其實和進行科學研究沒什麼兩樣。分析客戶提供的資料,做成圖表,提出假設,然後再蒐集並分析可以讓自己假設成立的證據等。

用邏輯思考和科學思考方法,這兩個人在一年半內就幫麥肯錫公司完成了數量相當可觀的經營分析案件。

雖然書裡沒說本來的麥肯錫公司是怎麼為客戶做經營分析的,但顯然大前研一帶來的科學方法確實為這個公司開創了新局面。

這樣的例子讓我不斷思考,我的教學除了讓學生得到科學知識,是不是還能更讓學生懂得思考?後者才是真正我想讓學生持續擁有的能力。

生物教師手冊 Ch13-如何幫助學生評估資訊

這篇是閱讀The Biology Teacher's Handbook  Chapter 13: How to Help Your Students Evaluate Information之後寫出的心得筆記,大致上只是翻譯原文的意思,有些我想不出怎麼翻的部份,會改成用自己的話來寫,因此內容跟原文有部份出入。

為什麼要批判思考
現代個人在日常生活會接受到龐大的資訊轟炸,這些資訊來自於電視、報紙、雜誌、書籍、朋友、專家、網路等。學生們在接收這些訊息時,很少去判斷這些訊息的意圖、相關性或有效性等。如何幫助學生評估這些資訊,也是一個科學教師該做到的事情,這個章節就是要教怎麼做,也就是我最近一直在寫的批判思考。

其實在「九年一貫課程綱要」和「高中生物課程綱要」裡都強調了培養學生批判思考,不過在強調學科知識的教學環境裡,這點常常被忽略。不會批判思考,是件很危險的一件事。因為會變成為了要獲取知識,所以大量閱讀,但卻不加以評估這些資訊,結果得到的知識未必為真。這事,兩千多年前的孟子就有交代啦,盡信書不如無書(語出《孟子·盡心下》)。

學會問問題
要進行批判性思考,練習問以下幾個問題是個開始:

這個資訊和議題相關嗎?這個資訊可信嗎?這個資訊正確嗎?這個資訊的時效性?最新的嗎?還是很久以前的?從這個資訊我可以推論出什麼?這個資訊如果要合理的話,我還需要知道什麼?

練習批判思考

這本書提供了一個情境和文章,可以讓教師提供給學生,用來練習如何批判思考。

設定的情境是這樣的:你在一個慈善基金會裡工作,這個基金會提供資金贊助和健康相關的全球議題。這個基金會常會收到來自世界各地的許多要求,希望基金會能夠贊助。最近基金會收到了一個要求,是希望能讓世界上每個國家都能有安全的飲用水。

於是基金會的董事長就成立了一個特別委員會,來調查這個問題。「每個國家的人都能喝到安全的飲用水嗎?」許多專家對這個議題爭辯不休,於是委員會就收集了一些資料、書籍。

你的任務就是要分析這些資料。
(以下共有8項資料,前面4個由教師示範如何批判,根據這些資料提出問題。後面4個就由學生練習。活動結束後,問學生這些資料是否足夠,能不能提供作為這個飲用水議題的參考。可以朝和議題的相關性、時效性、正確性、來源資料等來評估)


1.世界上有超過10億人沒有辦法喝到安全的飲用水。
超過?超過很多還是很少?實際上有多少人?所以這代表有50億…

生物教師手冊 Ch15-如何促進學生間的科學對話

這篇文章是篇讀書心得筆記,讀的是The Biology Teacher's Handbook 第15章 How to Promote Scientific Conversations Among Your Students。除了這以外,還包括我自己的經驗以及來自其他資料的閱讀心得。寫出來的東西,不一定是書上的建議,有些是我自己詮釋衍生的。



在教室裡頭,常見的對話模式包括這幾種
老師---->學生:師生對話
老師<-->學生:師問,生答。
老師<----學生:生問,師答。

除了上面這些以外,我們卻常常忽略掉「學生<---->學生」這一塊。 書裡這章就是在講用什麼方式可以促進學生間的科學對話。


教室的安排
座位的安排方式會影響到對話的水準,如果是一般的排排坐的作法,進行科學對話是比較困難的,因為學生們看不到對方的臉。

如果有讓學生跑班的那種專屬教室,像我之前帶資優班的時候,就是老師有專用的資源教室,而學生要跑班所以可以在需要對話課程的時候,調整座位的排法,讓學生可以看見其他人。當學生進到教室,看到桌椅排成「對談模式」的時候,就會知道這堂課要對談,進而可以建立討論的氛圍。

如果座位都是固定住的,或是很難調整的,就像老師跑班的那種,可以技巧性的調整椅子,讓兩三個人可以湊在一塊。

老師的位置也很重要,如果老師是高高在上站在台前,那麼學生之間的討論,可能會因為老師的位置在那,所以就巴望著老師給正確答案,因而減少討論。


先提供機會讓學生可以小組對談
讓學生組間對談,例如第1組和第2組互相分享意見,先從小團體做起,然後再擴大到個人對全班發表意見。好處是害羞的同學不用一下子就面對那麼多的人。

如果是以全班30人,每組6個人來說的話,過程像是這樣
左右鄰居對話(1對1)-->組內對話(1對5)-->組間對話(1對9)-->全班對話(1對29)

教室的規範
讓小組間推出負責徵詢意見的人,意見的來源可以是老師,或是其他組的同學。
對話必須就事論事,不可批評人。同學間發生不同意某人的意見時,除了表示不同意外,還必須說出為什麼不同意,相對地,如果同意某人的意見,也要說出為什麼同意。

問題的類型
教師在課堂的問話,包含了四種類型。第1種是為了管理,像是「誰還沒寫好?」,這種問題可以讓教學的步調更順暢;第2種問題是修辭型的,像是「生產者會被初…

好書推薦-生物教師手冊(The Biology Teacher's Handbook)

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當初會知道這本書,其實是因為讀《inquiry and the national science education standards a guide for teaching and learning》,裡頭有列1978年出版的這本書當參考文獻。不過看到這種書名「生物教師手冊」,難免會好奇這樣的書到底內容是什麼?


這本書是BSCS出版的,BSCS全名是Biological Science Curriculum Study,翻成中文的話,大概可以翻成「生物科學課程研究所」。1957年,前蘇聯發射了第一枚人造衛星sputnik上太空之後,美國嚇到了,就是那種「啊!我們的科學教育怎麼了!」的驚嚇法。
後來,美國就由國家科學基金會(National Science Foundation)建立了物理、化學、生物等學科的課程研究機構,目的是要提升科學教育的品質。BSCS就是其中一個研究機構,他們做課程研究、做教科書,不只作生物的部份,後來也做了其他學科的研究。

這本書是第四版了,第1版是1960年出版的,第2版是1963年,第3版是1978年出的,而這版是2009年出的,還是由 NSTA出版的呢!

一般出版社裡的教師手冊,內容多是在講知識,不過這本書可不是這樣,它是在教我們如何成為一個很棒的科學教師。意思就是不只是生物老師可以看,其他學科的教師也很建議找來讀。

全書分成五個部份,第一個部份講的是教與學的關係、如何平等教科學,避免偏見、歧視或是個人偏好,另外也提出學生會出現的迷思概念。

第2個部份講的是探究,提出許多探究教學的實際作法,包括怎麼培養學生形成假設、解釋證據、設計實驗等。

第3個部份講的是生物教育裡會遇到的爭議性議題,像是演化、生殖醫學、動物權、環境議題或是基因科技等。

第4個部份講的是如何創造生物課室裡的探究文化,這部份真的值得一看。內容包括如何合作學習、如何用科學筆記、如何教學生閱讀、如何問問題、如何評量等。

第5個部份講的是BSCS和生物教育的關係,以及如何影響生物教育等。

想看的,可以到BSCS的網站下載試讀檔,另外Google Books上也有這本書的部份篇章,內容和試讀檔相同。



本書的目錄如下

Introduction: Planning Your Biology Course
Section I
Introduction: A Context f…

閱讀新聞的批判思考-全球暖化 南極將現螃蟹大軍

來看看這篇新聞

全球暖化 南極將現螃蟹大軍
(法新社巴黎7日電) 生物學家今天表示,西南極洲(West Antarctica)半島周圍的海底,可能遭胃口驚人的帝王蟹入侵,因為全球暖化,正使帝王蟹步步逼近。
這種令人憂心的入侵動物,是亮紅色的深海掠奪者,以往只在西南極洲另一側的羅斯海(Ross Sea)現蹤。
分類學家5年前才發現這種甲殼綱動物,並為其取了1個冗長的名字新岩蟹屬yaldwyni Ahyong andDawson,以及將它列入121種帝王蟹之一。
這種帝王蟹會挖掘海床,盡情享用蟲子與其他小動物,因此享有「生態系工程師」之名;不過要是帝王蟹大舉進軍,可能會衝擊整個海洋食物鏈。
由夏威夷大學馬諾分校(University of Hawaiiat Manoa)葛蘭吉(Laura Grange)所領導的團隊,為了長期進行生物多樣性研究,將1艘遙控偵察船下潛西南極洲半島外的海域。
研究人員勘查了威得爾海(Weddell Sea)中的泥床盆地Palmer Deep,該盆地距大陸棚邊緣120公里。
遙控偵察船的攝影機追尋了逾2公里,發現42隻螃蟹。這些螃蟹均身處超過850公尺深的海面下,水溫是相當溫暖的攝氏1.4度。
葛蘭吉指出,透過推斷,長14公里、寬8公里的Palmer Deep,出現的帝王蟹數量可能超過150萬隻。(譯者:中央社蔡佳伶)
我看到這篇新聞的時候,對這段話最感興趣:「分類學家5年前才發現這種甲殼綱動物,並為其取了1個冗長的名字新岩蟹屬yaldwyni Ahyong andDawson,以及將它列入121種帝王蟹之一」

這個學名好奇怪,撇開新聞裡通常沒有斜體標示學名這事不談,光是看到學名不是首字大寫就讓我覺得好奇怪,而且後面還有像是人名的字串。

找了原文的新聞,看到這段話本來是這樣寫的
Taxonomists identified the crustacean just five years ago, bestowing it with the lengthy monicker of Neolithodes yaldwyni Ahyong and Dawson and placing it among the 121 species of king crab.

中外記者分別弄錯了一些事。

外國記者把本來的學名 Neolithodes yaldwyni (…

閱讀新聞的批判思考-看海綿寶寶,腦袋變海綿

身為海綿寶寶的愛好者,看到這篇新聞之後,忍不住要解析一下。

看海綿寶寶 腦袋變海綿
美國學者研究發現,看海綿寶寶這類卡通的孩子,會缺乏注意力,學習成績差。美國維吉尼亞大學心理系教授李莉亞研究了電視節目對美國四歲兒童學業的影響。他說,一天只要看九分鐘這類不用花腦筋的卡通,學習能力就會比看正經節目或是看書的孩子差很多。也會比較不守規矩。李莉亞說,孩子看海綿寶寶會先認同海綿寶寶的無邊無際、瘋狂的想法,然後再模仿海綿寶寶的脫序行為。他說,父母一定要小心的替孩子選電視節目。電視對孩子的身心都有很大的影響。



看到新聞,不該照單全收,完全相信這樣的資訊呢?我們必須具備批判性思考的心,去評判這篇新聞。先看一下標題,再看一下內文,請問標題和內文有何相關?

再來,要找資料來源,「美國維吉尼亞大學心理系教授李莉亞」這誰啊? 我去找了他們學校網頁,沒看到一個人名像是李莉亞。後來用SpongeBob University of Virginia 去找原文新聞,才看到這篇SpongeBob can soak up kids' attention

原來這篇新聞的「李莉亞」是Lillard Angeline 。這個名字翻成李莉亞真的很妙啊。

看了原文的新聞,就覺得差太多了,那篇原文的新聞把實驗的方法、支持的論點,反對的論點,和實驗解釋的限制都寫得很清楚。

這篇新聞提到這個研究是讓60個小孩隨機分成看海綿寶寶、PBS的卡通Caillou或是畫圖,共三組。三組各看了9分鐘的電視卡通或畫圖之後,小孩子就做心智測試,結果發現看Sponge Bob的表現就比其他的差。

另外還有測試他們自我控制和衝動的能力。他們把小孩子獨自留在有餅乾的房間,看小孩子能忍多久。海綿寶寶組平均等了2.5分,其他兩組至少等了4分鐘

這些研究對象的背景和評分方式:大部份都是白人,小康家庭(middle-class or wealthy families)。看海綿寶寶的那組,得分平均是12點,比另外兩組還低,而另外那兩組的得分相近。

研究者的結論是看9分鐘的快節奏( fast-paced)的電視卡通會對4歲小孩的執行力(executive function)有負面的影響,因為那些測試中,海綿寶寶組都得到較低的分數。可是這樣的結論到了台灣的新聞,就變成「 看海綿寶寶 腦袋變海綿」。明明研究的是執行力,台灣的新聞變成研究學業影響。

科學方法到生命起源

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今年在上科學方法的時候,我開始有個想法,不希望只讓科學方法在學期初曇花一現。其實課本裡的科學知識,都是科學家用科學方法得到的結論,我想在課程中應該也讓學生明白這一點。除此之外,也讓學生了解日常生活中也會用到科學方法,這就和能力指標的 7-4-0-3 「運用科學方法去解決日常生活的問題」一樣。

日常生活裡的科學方法-座號怎麼排

開學第一堂課,我都會帶著相機拍下學生的個人照,做紀念也做紀錄。拍照的時候,我請學生在黑板上先寫上姓名,然後站在姓名旁邊拍照。拍著拍著,突然就想到了一個探究的例子:「座號是怎麼排的?」

我們學校的座號排法是這樣的,男生排前面,女生排後面,然後再依照姓氏排順序,安排座號的過程包括了分類和排序。這件我老早就知道的事情,其實學生根本不知道為什麼會這樣排。

所以我就這樣安排了這個課程,情境是這樣子的,我說我剛剛在拍同學照片的時候,發現了一些事情,觀察到一些現象:
我依照座號叫上台拍照,先上台的都是男生,女生是後上台的。有幾位座號相連的同學,姓也都相同。
我問同學,除了我觀察到這些的現象以外,同學還看到了什麼現象。接著我就把這些現象寫在黑板上。然後是問題:「到底這些座號怎麼排的」。

接著我開始問學生,「你們覺得這怎麼排的?」其實我本來預測學生早就知道座號編排的原則,不過訪問完學生,才知道他們對這原則沒什麼概念。

學生們提出了許多可能的答案,這些答案包括
用入學時間排的用姓氏排的用年紀排的電腦亂數排的

從一開始寫出觀察到的現象,到問座號是怎麼排的,一直到提出可能的答案。其實這個過程就是探究的過程,包括「觀察」、「提出問題」、「提出假設」。

接著我就根據學生提出的假設來做驗證,就先拿年紀來說吧,我就隨機取了幾個同學,看看座號的順序和年紀是否有相關,結果發現似乎找不到規則。一個個刪除掉可能的答案之後,發現用姓氏來排的似乎有點規則。

有了姓氏和座號有相關的規則之後,我們就拿這個當證據,證明用姓氏去排的是對的,因此在心中就有個結論,喔,那就是「座號是用姓氏去排的」

我帶著學生把整個過程走過一次之後,接著我才在黑板上根據剛剛寫的那些句子,一一標示上「觀察」、「提出問題」、「提出假設」、「證據」、「結論」等詞語,再用箭頭標示出順序。

日常生活裡的科學方法-誰在門外
除此之外,我還用過以下幾個例子

你放學回家之後,正在打電腦,突然門鈴響了,於是你心想:「是誰在按門鈴?」,可是你不…

從閱讀進行探究的例子-演化

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上一篇寫到用閱讀科學新聞來進行探究的方式,這篇來講其他的例子。

我在《inquiry and the national science education standards a guide for teaching and learning》p.15-16看到了,Joseph Schwab提出的四種探究的進行方式。前三種是關於進行實驗的方式,留待以後再說,我先寫第四種提到的「探究中的探究」(enquiry into enquiry)。

Schwab 提出的作法是,教師提供給學生的是科學研究的讀物和報告。學生就其中的細節進行討論,例如研究的問題、收集的數據、所用技術的作用、對於數據的解釋以及科學家在研究中得到的結論。學生閱讀的材料包括各種可能的解釋、不同或是相矛盾的實驗資料、對研究即使用證據所依賴的不同假設、進行辯論的辨詞以及科學探究中的其他問題。透過這種方式,學生認識到科學知識的構成,以及科學知識是如何獲得的。

書裡也提到這種教法的實例:某高中生物老師在教演化時,幾次課堂的討論和探究的問題都是鎖定在導致生物適應的因素,而這個問題所涉及的科學思想有一段有趣的發展史。所以教師就決定用這個機會發展學生對於科學探究工作的理解,而評量教學的效果則是看學生是否能說出在科學發展的邏輯推理、證據、批評和修正的作用。

他選擇了兩本書,一本是達爾文的《物種原始》,另一本是強納森.溫納的《雀喙之謎》。這兩本都包含了對加拉巴哥群島上生物的調查報告,只是兩者相差百年。

閱讀這兩本書之後,學生們需要討論回答下列問題:

是什麼原因引起科學家過去和現在都對島上的雀類進行調查研究?這些研究的差異和共同點在哪裡?源於調查研究的科學解釋是否在邏輯上前後一致?是否有事實依據?解釋是否公開並接受質疑和審查?是否建立在其他實驗發現的基礎上?

在閱讀和討論之後,老師讓學生分組準備一個「探究在科學中扮演的角色」 的報告。

整個活動包括了:

讓學生研究具有科學性的問題討論在建立科學解釋的過程中,證據的重要地位將那些科學的解釋和現有的科學知識做連結。交流對於科學探究的理解。

雖然這個科學閱讀的活動和做實驗為主的探究不太相同,不過它其實也包含了課室探究的5個基本特徵:學生從事科學性問題的探究、學生根據問題來蒐集有關的證據、學生由證據形成解釋、學生將證據連結到科學知識、學生為他們的解釋做交流和辯護。


我把這五個特徵簡述成問…

科普閱讀-從讀新聞到分析新聞

這個學年加入輔導團了,也接觸到從中央團到地方團的四大推動任務:科學探究、戶外教學、科普閱讀和評量。暫時不管戶外教學和評量兩個不談,其實科普閱讀和科學探究兩個,是可以用科學探究這個大圈圈把科普閱讀包起來的。

什麼是科學探究
首先要釐清科學探究這件事,我曾經認為科學探究等於做專題研究,而做專題研究等於做科展。不過在我讀了《Inquiry and the National Science Education Standards:A Guide for Teaching and Learning》之後,其實才發現自己想得太狹隘。

《美國的國家科學教育標準》寫道:「科學探究指的是科學家們用來研究自然界,並基於此種研究獲得的證據,提出種種解釋的多種不同途徑。科學探究也是學生們用來發展知識,體悟科學的思想觀念,領悟科學家們研究自然界所用的方法所進行的各種活動。」

從這樣的觀點看來,單單把科學探究鎖在只有做專題、做科展,那就把探究這件事看小了。

什麼是科普
怎麼把科普閱讀包進科學探究的圈子裡呢?還是得把科普這件事定義一下,我認為科普是把科學知識傳遞給大眾,而憑藉的媒體可以是影片(例如TED)、新聞(例如新聞中的科學)、短文或是書籍。坦白說,我以前想的都只把科普侷限在科普書籍裡。

在推動科普閱讀的作法上,我覺得從科普新聞著手,至少會有以下的好處。
1.閱讀新聞所花費的時間,比閱讀書籍少得多,也就是做科普閱讀的阻力會更少。
2.離開學校教育之後,人們接觸科學知識的途徑多半來自新聞媒體,學會媒體識讀對是非判斷很重要。

在科普閱讀的方式上,有很多種作法。暑假時去了一趟教研院,和黃茂在老師談了一上午,拿了一份黃老師寫的《科學閱讀》,我就把他文章中寫的「閱讀的態度」加些自己的解釋寫在這。

閱讀的態度可以分成三個層次,從低層次到高層次,包括:

知道:像海綿吸水般接收這些知識理解:懂得它在說什麼嚴謹:科學的態度,也就是以批判性思考去評估這篇文章
推動科普閱讀的經驗
過去我做過兩次科普新聞閱讀的活動。一次是做「生物報報」,我自己收集新聞,每週編成一張B4大小的刊物,印給每個班,不過做了三週就懶得做了。這種只發文章給學生看的作法,其實也就是做第一個層次,讓學生接受這些知識,但是並未讓學生去了解文章、思考文章。

第二次是讓學生自己挑一篇科學文章,寫大意、寫出處、並寫出有問題的地方,包括哪裡看不懂,還有覺得文章…

從觀察提出好問題,以圖片為例

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在探究導向的教學模式中,我重視如何引導學生觀察-提出問題的過程。使用的材料很多樣,可以用實物、新聞事件或是一張可以說故事的照片。

下面這張照片是康軒課本裡第一章的開頭照片,在引導學生問出好問題之前,我先讓學生仔細觀察回答,「從這張照片裡,看到些什麼?」

學生的答案包括:有藍天、天上有雲、有草、有樹、有斑馬....。

當學生再也找不出東西之後,我們開始進入提問的部份。

「這張照片裡可以問出什麼問題呢?如果你是科學家,你會問出什麼問題呢?有些是基本的問題,例如有幾隻動物、牠們在做什麼,除了這些以外你還可以問出什麼問題呢?」

我先讓學生各自發表可以問什麼問題,剛開始出現的問題都會是關於What的問題,例如,牠們是公是母。當這些問題被問完之後,接下來就會出現另一種層次的問題,也就是 How問題。

我會先說幾個什麼叫作How問題,例如「當這裡下大雨的時候,他們會如何反應」,說完幾個之後,就讓學生在個人的白板上寫上一個「好問題」。


學生們提出的問題讓我很驚喜,31個學生當中,扣掉重複的答案以外,問出了27個有趣的問題。
現在是乾季還是雨季?圖內實際空間有多大,圖有代表什麼意義?旱災的時候怎麼辦?牠們會打架嗎?牠們下雨的時候躲在哪?當一隻落單的時候,要怎麼找隊伍?牠們有沒有家牠們幾歲?那邊會不會下大雨牠們是同一個種族嗎?牠們是父系社會還是母系社會?河水乾掉時,牠們要去哪裡?牠們都是兄弟姊妹嗎?牠們的家在哪裡?如果有肉食動物出現時,牠們會怎麼作?牠們會離開嗎?牠們是群體生活還是單獨生活?牠們在幹嗎?都沒人除草嗎?為什麼天空會那麼藍?為什麼有些動物落單?怎麼只有這幾種動物?牠們吃什麼?有幾種動物?牠們是在那裡休息嗎?時間是早上還是中午?牠們會為了喝水而打架嗎?我只預留10分鐘來做這個「從圖片問出好問題」的活動,不過如果我再留更多時間,我還想做什麼呢?

我想讓每個人互相交換問題,在問題下方寫下假設,然後再換給第3人,寫下驗證的方法。

後記;其實幾天前,在噗浪上和小p、月鈴、summer078就曾經討論起,「提出問題」的探究引導技巧。相關的討論在下面幾個連結裡都有
http://www.plurk.com/p/dqz6c7
http://www.plurk.com/p/dqxegb
http://www.plurk.com/p/dqwfz9

後來summer078也在BioTop點子工作室的b…

觀察麻竹筍

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中午梅子煮了一鍋竹筍湯,材料是超大根的麻竹筍,來不及拍麻竹筍的全貌,只留下分屍後的照片。

竹筍的縱切面很有意思,早在竹筍階段就把所有的節就長好了,莖在長高的過程中,每個節間都會生長,也因此竹子的生長速度才會那麼快,跟綠豆芽的生長很不相同,綠豆芽是只有頂端生長,可是竹子是整支都在長。



維管束近照




延伸閱讀:觀察綠竹筍

又有狗屍啦

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覺得老簡有時候還蠻妙的,好一陣子沒看到他,前幾天接到他電話,他說他在羅馬公路上的部落裡工作,看我要不要去找他。其實前一週才因為輔導團的戶外教學路線去了一趟羅馬公路,所以沒想要立刻去找他,結果他撂下一句話之後,我就匆忙去找他了。

他說:「我這邊有骨頭,你要不要啊?」