2012年11月20日 星期二

科學實作教學:理論與實務 第八章(未完待續)

科學實作教學:理論與實務 
第八章  給我一支賽恩斯釣竿
前言
    一位科學教師,在教學的現場一定會遇到特別愛發問的學生,這類學生的提問大部分可以用老師所涵養的專業知識好好回應,但是偏偏有些時候,他問的問題真的無法立即解答。他問的問題或描述的科學現象,同時也引起老師的疑惑,這個時候,就是引導這類學生進行科學探索的最佳時機,而讓學生發表探索成果的場合,就是科學展覽。從小學四年級起,科學教師就可以組織學生進行主題式的探究活動,最後是否發展成為科學展覽的作品,就從探究的結果來判斷,如果得到的結論能夠有「原來如此」、「果然這般」或「為之驚艷」,那不妨大膽的參加科學展覽分享求得新知的喜悅。
    有關科學展覽的指導工作,建立正確的信念是很重要的。對於指導學生進行獨立研究這件事情來說,是科學教師應該具備的學科教學知識才對。並不是所有的學生都有這麼高階的學習需求,但當他需要的時候,科學老師怎可置身事外。但長久下來,大部分中小學科學教師視指導科展為畏途,其原因可歸納為幾點,第一、科學展覽的競賽性質被行政長官過份強調,把科展的成果當成學校辦學重要績效;第二、教師本身的學習歷程缺乏科展經驗,沒有信心擔任指導者;第三、源自教師對科學展覽的長久誤解,誤認為科展其實是老師的角力場而鄙夷,或者誤認為科展是少數數理資優生的遊戲;第四、升學主義掛帥,逼迫教師進行填鴨式教學,耗費太多精力在反覆不斷的解題訓練中。
    在展覽會場上,小學生的作品常由老師主導,指定一群學生參加,這很容易從整齊畫一的動作和像背稿般的僵硬報告露出端倪。若沒有熱血而又富有創意的科學教師,即使有聰明用功的學生,也幾乎產生不了優秀作品。這個限制引來批評的言論說:「還不是老師自己先做,然後再集訓學生。」可是科學展覽不像紙筆測驗那麼容易填鴨,學生必須參與操作實驗,徹底了解作品,才能做有效的口頭報告,才能回答評審反覆提出的尖銳問題。
    對於指導科學展覽,國小科學教師無疑是最為辛苦的,在學生寫作能力未臻完備、統計概念未具雛形及海報製作能力有限下,仍然需盡量引導學生解決問題。然而重要的是參加的學生經由科學展覽,可以產生有意義的學習。這點和管樂比賽或籃球比賽等校際活動是一樣的。管樂比賽也有人會批評勞師動眾或貴族活動,可是對因熱愛音樂而參與的學生而言,樂團的辛苦訓練是比平常的音樂課還要深入的音樂教育。因為管樂比賽是綜合性的活動,它讓不同演奏者合作、多了指揮的角色、要考慮空間位置和對樂譜的歷史理解。科學展覽也是另外一種綜合能力的學習,包括組織成員的分工與領導、問題的發想、主題的概念化、實驗的設計操作與討論、過程的記錄、結果的展示及與評審的應對等,因此學習的效果是事半功倍的。而從看板的美工設計和學生的口語解說中,我們了解到學生發現縝密的思考在科學解題中的重要性,教師則得到更深刻的教學相長機會,可以說科學展覽對師生而言都是一次極佳的體驗。
    中學生的科學作品通常已經能針對某個科學領域的現象深入探索,或者是比較全面的進行資料統整與詮釋,但由於指導老師的鬆手,看板普遍不夠精緻。若再細分國中作品與高中作品,我們發現國中學生題目由指導老師提供的還是居多,研究時老師的協助比例也比較多,尤其是書面報告的部分。高中學生由於主見高,背景知識也完備成熟,通常可以自己找尋更具學術價值的好題目探索,而且高中指導老師通常讓學生自由發揮,有些高中生甚至是加入大學實驗室由學者親自指導。即便如此,指導老師仍要抱持共同指導的態度,關心學生實驗進度、協助學生行政申請作業、把關學生課業以及修改科學報告。
直至今日,全國中學的教育重點仍是以教科書知識之傳授為主,評量仍以解題能力為重,至於學生日常生活中遭遇的問題如何去解決,或者一個自然現象的發生過程如何認識,則甚難追究,因為邏輯思辯過程不容易記錄,動手操作的經驗不容易評比,這種傳統的單向教與學的模式不能培養學生「從做中學」、「大膽假設、小心求證」或「極物窮理,存疑創新」的能力。
    在多元智慧被證實存在的時代,我們必須體認研究科學不是一般智能資優生的專利,許多學生雖然不是教科書知識最好的背誦者,也不是紙筆測驗最佳的解題者,但卻是個擁有「大膽假設」的勇氣和「小心求證」的耐心與潛質的冒險者。孩子的成長過程中一定要有自由探索的空白,近代著名的生物學家威爾森在自傳中就寫著他七歲時在天堂海灘的探索,「每天早晨用過早餐,我便離開這棟面對海灘的小屋獨自延著海邊閒蕩,搜尋自然寶藏。」愛因斯坦也在他的自傳中強調,由於他對學校功課的不在乎,才能讓他全心思索最困惑他的相對論的問題,這是個最極端而且有特殊成果的實例。科學展覽是這類學生展露他們身手的舞台,科學展覽的評審看得見他們的創見和過程繁複綿密的研究工夫,也肯定了他們擁有的優秀特質。即使這類學生稍微認真一點也考得上第一志願,但是他們仍舊寧願把課後的時間都花在實驗上,也不想再多花時間待在補習班寫習題。這類學生如果經過科展成績的肯定,不但替社會保留了未來會發光發熱的科學火苗,同時也在追尋科學新知的道路上確定可以大步向前走了。
    一個人大量吸收新知的時期就從國小高年級能辨識較多字彙開始一直到高中,這個時期也是奠定一個人對治學之道最關鍵的時刻,如果在這個時候,施以科學探索的完整訓練,就像雁鴨幼雛的銘印行為一樣,學會就不忘了。愛迪生年幼時孵過蛋,這是個看似失敗實則成功的經驗,愛迪生透過實驗理解蛋內胚胎發育的溫度非人類體溫所能維持,他從小顯現出的勇於嘗試、樂於冒險的積極態度,促成他日後走上大發明家這一條路。愛因斯坦也回憶道:他七歲的時候收到父親送的羅盤,但無論他怎樣搖晃,靜止的羅盤指針總會精準的指著南北極,從此他對於大自然的規律秩序埋下了深刻的印象,並且用一生去追求真理。愛因斯坦也說:「在科學上,每一條道路都應該走一走。發現一條走不通的道路,就是對於科學的一大貢獻。」現在學校裡正式的課程都要求每個問題有標準答案,每個公式都要導引出唯一正解;怕疏漏了,每一類主題都講一點;怕教深了,每一個概念都簡短呈現,既不完整,也沒系統。科學這門理解性的學科,探討大自然美妙運行道理的報告,在升學主義的影響下,本應隨時更新的科學教科書,反而像文史地理般固著考究的課文,淪為要求學生反覆背誦的枯燥內容,對於真正科學的學習是完全違逆的了。
    像美術班的小畫家有畢業聯展、音樂班同學有期末公演而田徑選手有運動會一樣,科學展覽使得一些有學術性向的學生有被褒獎的機會,這就是科學展覽舉辦的正當性。參與科學展覽的學生,他們為了透徹了解研究主題及寫好文獻探討,被鼓勵做更全面而深度的閱讀,並且學習「如何進行獨立研究」,例如實驗時設置實驗組及對照組,和建立資料庫等研究方法。如果我們的教育環境能讓一個有學術性向的孩子在國小、國中和高中都能探索不同的自然現象,並產出研究結果以參加科學展覽,則他們的潛能必定被激發,而科學展覽的內容必定精彩,至於擔任不同年齡層孩子指導老師的科學教師們,就再也不必擔心接手的學生純粹只有熱情而對研究全然無知了。   
其實科學展覽除了對中小學生有深厚的教育寓意之外,對真實的科技與學術研究也會有實質的幫助,也就是當師生們虔心去發掘研究題材時,常會不經意發現非常重要卻被專家忽略的問題,可能是關鍵技術的突破,也可能是生物新種的發現,甚至有利民生日用的先導型發明。所以可見科學教師是多麼的重要,指導學生參加科學展覽是多麼利人利己的工作。
    為什麼我們要再三強調探究科學的能力?因為科學課程配課時數有限,課綱也明定學習能力指標,科學教師連食譜式的科學體驗活動都常難以完整實施,所以唯有教方法,教能力,讓學生能在課後個別進行探索,才能讓有限的時間追尋無限的知識變得有趣和可能。否則,科學教師和學科學的學生將陷入課趕不完、難理解和囫圇吞棗的惡性循環,導致科學理解的偏差和科學學習的障礙永遠讓學生拒絕科學。這就是作者欲說服教師、家長和學生三方的重點,探索的能力比知識本身重要,有了探索能力,就能解決問題,而空累積知識是無法應對瞬息萬變的未來世界的。
    在國立台灣科學教育館頒布的「中華民國中小學科學展覽實施要點」中,對於舉辦科學展覽的目的如下:
(一)激發學生對科學研習之興趣與獨立研究之潛能。
(二)提高學生對科學之思考力、創造力,與技術創新能力。
(三)培養學生對科學之正確觀念及態度。
(四)增進師生研習科學機會,倡導中小學科學研究風氣。
(五)改進中小學科學教學方法及增進教學效果。
(六)促使社會大眾重視科學研究,普及科學知識,發揚科學精神,協助科學教育之發展。
引述實施要點的目的,就是要提醒科學教師,科學展覽的目的是多元的、與教育有關的及落實學生學習的,所以培育科學家並不是科學展覽的重點,而是讓學生在中小學階段養成深厚的科學素養,具有普世認同的科學精神,以備將來成為各行各業的翹楚。
    科學教師在指導科展過程中要不斷的問自己:「為何要做研究?」也要不斷的問學生相同的問題,因為自我辯護的過程會建構完整的後設認知。其實研究本身可以是探索現象的過程,可以是解決問題的歷程,可以是解釋因果,可以是描述差異,更可能是預測自然的變化。
    釐清了概念與建立了信念後,科學教師就可以往下閱讀本章,真正厚實指導學生進行獨立研究的能力了。
第一節  創意的發想
科學教師常常自我麻痺:「不是我不指導,而是學生沒辦法形成好的問題,小孩子的問題都很膚淺,沒有研究價值!」確實,學生自己找的題目常常太過天馬行空,有時是缺乏創意,例如老掉牙的題目「不同色光對綠豆發芽的影響」或「鐵甲武士獨角仙的一生」不斷的出現。然而,科學教師是否忘了自己在當研究生時,是不是也只是靠指導教授國科會的計畫之一小部分子題當作論文題目呢?可曾自己發想研究主題?如果大人自己做研究時都不見得有很好的提問,又怎能苛求學生呢?這樣一檢視,就會發現其實科展主題還是需要指導老師的指引,才能較有深度和具有研究價值。
台北市新生國小資深科展指導老師許翠華老師曾經分享:「尋找研究題目對於學生而言是最大的困難,研究題目是科學展覽活動的核心與起步,若不能決定題目,則科學展覽活動將無法進行。」而資深評審數學科全任重教授也這麼明顯的說:「任何類型的科學活動都重視其中具有創意的成分。科展評審的潛意識裡,極有可能將作品創意的比重由官方規定的30%提升到90%。」足見有創意的題目是會影響評審閱讀作品說明書的動力的。
首先,科學展覽的研究作品有其特殊之命題原則:一、強調科學性;二、把握教育性;三、重視普遍性;四、力求持續性;五、注意真實性;六、符合安全性。近年來具有在地特色
根據經驗,科學研究的靈感來自以下的幾個路徑:一、公開的挑戰:參加研討會,教授丟出的題目;二、由歷史文獻中挖寶:前人研究報告中敘及未完成的實驗;三、挑揀工具書的誤謬:教科書有時也會出錯,若以此為題,這在參賽時會引起很大的注意;四、科學遊戲的聯想:從利用簡易科學原理的科學園遊會闖關遊戲進階成實驗;五、拾荒----失敗作品堆中的遺珠:有時未得獎的作品不是題目不好,而是別人方法不對,或者從未得獎的作品中觸發靈感;六、生活中的細心體驗:這是最多的題目來源,訓練觀察力和洞見,才能發掘日常生活遇見的有趣題材。
無論如何,觀察是得到好問題必要的苦工,而觀察可以分為兩類:一、自發觀察(被動觀察):意想不到的觀察,隨時隨地會發生。這樣的觀察,容易產生新的主題。二、誘發觀察(主動觀察):有意識地安排,通常是根據假設而安排的觀察,所以是研究者可以掌握的觀察。
    根據經驗,研究的主題有所謂的「四不一沒有」,意即:不選歷屆重複過多的主角不做有危險性的實驗設計不危害生命不用錢買數據以及沒有智慧財產權的問題。掌握研究主題的設定,可以避免學生做白工,或者違反競賽規則。
    在科學展覽的作品呈現部份,第一時間欲吸引評審青睞的重點就是標題,科展題目的創意展現,往往讓評審印象深刻,於是如何下一個好標題,就成為做完實驗後,師生必須好好琢磨的課題。其實,最標準的作法,就是在標題上即突顯核心問題,例如:「一后多夫否?」,這個題目是2004年台灣國際科展動物學組第一名的作品,主要在探討黑棘蟻聚落蟻后多次交配與單后多后聚落存在的問題。另外,還有很多不同的主題類型,例如:探索、發現新現象型(實例:探討觀音山地區鹿子蛾族群增多之原因)、改進實驗技術型(實例:利用電腦改進單擺實驗)、新實驗技術型(實例:用雷射光捕捉聲音的振動之研究)、探討單一變因實驗型(實例:探討超低溫對物質電阻的影響)、探討課程內容原理型(實例:本氏液只能檢驗葡萄糖嗎?)以及研發新教具型(實例:自製簡易消化道教具)。而筆者擅長使用的,是所謂的「借題法」,試舉數例如下:
一、生物科:勾盲蛇捕食四部曲----------魔戒三部曲(借自電影)
二、生物科:兵蚜向前衝-------------------天神向前衝(借自卡通)
三、生物科:千層一定強-------------------男兒當自強(借自電影)
四、生物科:枯木全記錄-------------------台灣全記錄(借自電視節目)
五、物理科:漩渦生與滅-------------------鯨魚生與死(借自書名)
六、物理科:瑤林街啟示錄----------------戰爭啟示錄(借自電影)
有關研究問題的進一步分析,發現能夠得到評審青睞的作品,有以下的特質:一、能聚焦;二、形成收斂性的問題;三、解決一般的問題;四、子題是母題的拆解;五、不宜過多;六、最後的結論仍產生新的問題。

第二節  認知師徒制
參與科展的師生其實就是典型的師徒關係,這種關係比指導者平日在教室與學生的關係非常的不同,可以說從事科展研究的學生才像科學教師的門生。但是傳統的師徒制並不足以描繪這樣的關係。其實,認知師徒制很能說明師生共學的現象,在認知師徒制中,學生對指導老師的楷模學習可能深化到一種內在典範的轉移。根據Collins, et al.1989)理想的學習環境特質中,實施認知師徒制教學的方法包含了示範(Modelling)、訓練(Coaching)、提供鷹架並逐漸撤除(Scaffolding and fading)、闡明(Articulation)、反思(Reflection)、探索(Exploration)六種。科展指導教師可將認知師徒制融入指導行為中,條列說明如下:
一、示範(Modelling
示範是指科學教師將研究內在的過程具體化,使學生可以明確了解所要學習的內容。實際上,教師本身從事科學研究就是學生在科學探究學習策略上最有效的示範。科學教師示範的方法舉例說明如下:
1.指導老師會利用本身在博士班的研究數據為範本,以電腦連結液晶投影機輸出,親自示範統計軟體操作過程。
 T:我會使用我博士班的研究數據輸入電腦示範原始資料如何以Excel 作統計,也有利用學校經費購買教育版之Sigma plot 統計軟體,示範操作給學生看
2.指導老師會親自操作度量衡測量儀器,按照說明書程序完成測量,學生圍繞在旁作近距離觀察。
     T:我每次購買一種新儀器,例如照度計,我會先教學生使用,確定學生會操作後,才讓他們自由出借儀器。
3.指導老師會選取學生其中一組之題目,親自進行概念圖製作,完整呈現構思研究方向之思維。
4.指導老師批改研究報告、進度報告或社團札記,手繪各種圖表或示意圖,書寫正確科學報告範例文句,批改原稿。
5.指導老師主持科展進度討論,分派工作、編配勞務,對於團隊合作之領導作為,提供學生學習的典範。
二、訓練(Coaching
訓練是指觀察學生在實作過程的需要,給與提示、鷹架、回饋、示範、提醒及新工作的分配。科學教師訓練學生的方法舉例說明如下:
1.讓學生閱讀科學研究期刊並撰寫摘要;閱讀科普書籍並撰寫心得;收視科學相關頻道並撰寫簡介,藉此訓練學生精練參考資料及正確引用文獻的能力。
2.藉由輪流「口頭發表」,成員練習解說科學原理,教學相長,深化科學概念。
3.舉行科學議題辯論賽,委託畢業校友進行評審,訓練口語表達能力。
4.藉由觀察學生進行科學研究時,指出可量化而未量化的項目,提醒學生該尋找的專家,建議學生可用的測量工具,藉由這個過程,促使學生接近專家之表現,並引導學生注意到先前沒有留意的研究內容。
5.「以戰養戰」:指派學生參加小型的、私人舉辦的或區域性的科學相關競賽及營隊,豐富競賽經驗。例如精英盃數學競賽、AMC數學競賽、慧燈盃數學競賽、智慧鐵人賽、小論文競賽、新莊區科學營極光啟趣味科學營等。
三、提供鷹架並逐漸撤除(Scaffolding and fading
鷹架是指教師對學生實做中提供幫助。建立鷹架後,淡出的時機則經過正確的診斷,儘快讓學生獨立。科學教師提供鷹架及淡出的時機舉例說明如下:
1.指導教師提供歷屆科展優秀作品作為藍本,供學生實作時模仿格式及科學寫作風格。
2.指導教師參與小組討論架構實驗大綱。
3.指導教師帶領研究小組第一次與專家接觸,負責串聯專家與學生。
4.指導教師淡出的時機(A):診斷出學生開始進行正確的實驗,即讓學生獨立運作。
5.指導教師淡出的時機(B):診斷出學生能自行與領域專家聯繫與溝通,即讓學生獨立與專家互動,淡出串聯角色。
6.指導教師淡出的時機(C):判斷學生架構好研究大綱,則淡出實驗架構之協助工作。
四、闡明(Articulation
闡明的意義是使學生連結其知識、理解及解題的程序。科學教師運用辯論、進度報告時間與網路即時通之會客室等,訓練學生連結其研究片段、透過辯論及發表進度報告使學生理解研究主題及釐清解決問題的正確程序。
混齡組成的科展小組中,八年級成員已經經歷過完整一年的科學探究訓練,可以在科展小組中扮演小老師領導諮詢的角色,指導七年級學弟、妹如何進行科展的基本研究,而逐漸發展出獨立問題解決的模式。
五、反思(Reflection
反思是指讓學生對自己的解題過程和專家及同學做比較。科學教師採取的方式,說明如下:
1.共同指導策略
每組鼓勵學生尋求自然領域老師擔任共同指導老師,該教師會以更批判的角度給予意見,讓學生對自己的解決問題的過程能有更大的省思。
2.優秀作品賞析
指導老師提供經篩選的歷屆得獎作品說明書,讓學生經由閱讀歷屆優良作品,比較出自己和該作品的差異,以得到省思。
3.與專家對話
透過各種管道和專家對話討論,使研究小組成員針對研究主題得到更大的省思。                           
4.多重競賽
從科學社團排名賽、校內科展、區展到市科展,一次接著一次的競賽,讓學生接受更多評審專家的提問,自我解釋。
六、探索(Exploration
探索是指推動學生自己進入問題解決模式。學生通常一開始不太知道如何在一個領域中探索。所以學生也必須被教導一些探索的策略。指導教師藉由下列方式協助學生進入科學探究的問題解決階段:
1.一開始提供學生研究題綱,再由學生選擇自己有興趣的主題開始尋找資料,形成學生想要研究的次主題。
2.學生有問題不立即回答,不養成依賴性,多次詢問後若指導教師有所回答也僅有提示而已。
3.給相似範本,要求先做模仿,模仿過程就能進入問題解決模式。
4.給期限,約定期限到時未完成目標之懲處辦法,以時間壓迫學生,激發潛能,或可提早進入問題解決模式。

第三節  研究二三事----尋找專家與資料的蒐集
    其實,在研究初期,大量且正確的相關文獻之閱讀,有利於科展團隊訂定正確的研究方向,因此如何收集文獻是指導老師首要傳授學生的方法。在科學報告中,凡是前人做過說過想過提過,皆必須依科學倫理加以引用文獻,常常評審在看書面報告的嚴謹度就是從引用文獻的格式是否正確,以至於文末參考資料排列文獻的寫法,都會是勝出關鍵。
科學教師不是自行查好一堆文獻丟給學生就好,科學教師要教導學生文獻如何取得,如何判斷文獻參考價值以及如何引用文獻。科學文獻內容這麼龐雜,如何擷取也成了一門藝術,學生初次進行科學寫作,一不小心就會讓自己的研究報告通篇充滿了未經擷取而引述的大量原文文句。這種「複製貼上」的小學經驗可怕的存在每個學童的文書處理習慣中,而且抄襲與引用的界限為何?若沒有區隔清楚,常常是競賽後優勝作品遭落榜隊伍檢舉的話柄。
學生的研究若已跨過初步的門檻,也就是文獻找得差不多而且初步的實驗也進行了,為了讓研究更專業,通常就要開始找專家了。誰是專家?這裡的專家可以是大學教授,或者業界的達人,或者是指導老師以外的老師,可以提供諮詢服務的人,皆可稱之。
專家在研究中,常扮演關鍵角色,專家的意見則主要影響在設計研究工具及進行實驗時、資料分析及作結論時以及合作並呈現發現時。專家意見通常是學生因為對研究對象的專業知識不足,而尋求專家的協助解惑,因此,專家是屬於學生提問後的回答為主。例如突破技術的限制,想要獲得專家的奧援其實常常困擾著科展師生,因為專家有限,專家不輕易答應請求,要以專業跟專家對話。
通常,指導教師得教導學生從文獻中找專家,進一步與專家聯繫,甚至與專家交朋友,在互動的過程中,尋找研究的歷史脈絡。取得專家的信任,讓專家看學生的科學報告,最後,能得到專家的祝福,則大功以近完成。
   

第四節  實驗設計與統計的訓練
科學展覽的迷人之處,就是學生可以像大廚一樣支配或調控實驗的變因,不必照著食譜式的實驗過程按部就班的操作實驗流程,但是實驗設計其實蘊涵風險,實驗設計的本身是一項高階的學習活動,正確的說,為了讓設計的實驗可行,其實必須做很多的前測,很多的小實驗,可以這麼說,學生的研究常常卡在這裡,也經常是在這一關就有人退出。科學教師要比學生更懂得假設檢定,如何提出虛無假說,要跟孩子說清楚。問題的簡化與分割實驗組與對照組的設立。
指導老師要不斷的問學生為何要做這個研究?因為目的不同,設計的方向就會有異,到底是探索現象?還是解決現有問題?或者解釋因果關係?抑或描述彼此差異?最高等級的還能預測變化!所以決定角色,就會改變研究的腳本。如果是比較差異,學生就是成為批判者;如果為發現新事實而做,學生就成為探險者;如果研究是追蹤成因,學生就成為解謎者;若是為了尋找規則,學生則成為論述者;努力研發創造新物品,學生就成為發明者。
研究的類型探索、發現新現象型(例:探討觀音山地區鹿子蛾族群增多之原因)改進實驗技術型(例:利用電腦改進單擺實驗)新實驗技術型(例:用雷射光捕捉聲音的振動之研究)探討單一變因實驗型(例:探討超低溫對物質電阻的影響)探討課程內容原理型(例:本氏液只能檢驗葡萄糖嗎?)研發新教具型(例:自製簡易消化道教具)。
在設計實驗時也要注意科學展覽的情意向度,指導老師要教導學生研究必須要有良善的動機,緊扣保育議題,具學術性,表現熱情,善待實驗生物,對研究物種有使命感,呈現團隊成員的願景與情感。
一眼看出好的研究報告關鍵在結果的呈現,指導教師要具備科學研究中的數學思考,才容易讓數學幫忙作者表達科學成果。數學為科學之母,數學的運算讓報告可信。學生必須在作品中詳細交代如何取得樣本、如何得到數據、用什麼工具測量以及用什麼方法計算。科學中的機率呈現出一種可能,而數字的樂趣在於它給人有形的期待。統計的概念,統計的軟體介紹,統計的多元呈現都要在報告中呈現。
動物行為的量化
    在中學生適合的實驗中,進行校園或社區較常出現的動物之行為觀察,是最易上手的探究活動。一般研究動物行為的流程中,會先進行「行為的編碼」,這個工作一開始會是連續的枯燥的觀察,學生必須了解行為的全貌和細節,接著才是決定取樣的方法。
    取樣規則 (sampling rule) 是決定何時觀察哪個個體及決定取樣重點,可分為以下五大類:
一、時間取樣法(time sampling):又可分為連續記錄 (continuous recording) 和時段取樣 (time sampling),而後者又可分為瞬間取樣 (instantaneous sampling)、全有全無取樣 (one-zero sampling)、主要活動取樣 (predominant activity sampling)及全期取樣 (whole interval sampling),其中較為常用的是瞬間以及全有全無取樣, 但以連續記錄取樣最為完整。實驗者僅在事先設定的時間內,以規律性間隔或隨機性間隔,觀察和紀錄所選擇的行為。實驗者要權衡下列三件事情:第一,最適當的時間單位(例如:15秒、1分鐘、5分鐘);第二,觀察的人數(例如:12410人);第三,想從觀察得到的資料詳細度(例如:在20分鐘內,觀察10隻幼海獅,每一隻幼海獅平均觀察1分鐘,每次20秒)。可以採用閉鎖性及的開放性紀錄法,捕捉事先所選擇的行為觀察,並且在進行時就開始推論及解釋。
二、隨意取樣法 (ad libitum sampling): 此法應用在對野生動物所表現的行為還不是很明朗時所做的初步調查,或是記錄罕見(rare)但重要的動物行為。
三、焦點個體取樣法 (focal animal sampling): 應用於觀察一個個體 (或一個聚落、一對、一巢、一群或其他單位) 固定的時間並記錄其所有表現的行為細節, 此法必須事先標記目標個體(或可識別的一個聚落、一對、一巢、一群或其他單位),若是記錄其社會行為,則與之保持社會關係的其他個體的相關行為也要記錄 (例如:誰引發、影響誰、誰反應、誰終止); 但有時目標動物會移動到觀察視野外, 此時定義為「凍結時間」(time out), 若動物經常在掩蔽時一致性地表現某些行為,就容易產生紀錄的偏斜。例如:許多動物在互相理羽、育幼、交配時會尋找隱蔽的地方進行,導致樣區內所觀察到的行為就難以代表其行為的全貌,在田野觀察時此情況會更加的嚴重。
四、掃描取樣法 (scan sampling): 此法是指在固定的時間間隔內,快速的掃描 (scan ) 整群動物的個體,記錄當時每一隻動物的行為,此時所使用的採樣方式為瞬間取樣 (instantaneous sampling),重點在一個或多個簡單的行為的頻度,例如是否有特別的行為發生、或那隻在休息等等,進行時觀察每一個體的時間可以忽略不計。每一次進行掃描取樣可能會耗費數秒到數分鐘的時間,應視該群個體數目和每一個體所必須記錄的訊息而彈性調整,但是若某些個體或某些行為特別明顯 (或特別不明顯) 就會產生誤差; 掃描取樣法和焦點個體取樣法可以在一個觀察時段中合併使用,意即焦點個體的行為可詳細記錄,但固定時間段落內 (如每 10 20 分鐘) 對目標群則可做某一行為的粗掃描。
五、行為取樣法 (behavior sampling): 此法則是觀察整個群中的特定個體,以及記錄某一特別行為的發生和詳細記錄相關行為發生的個體,用於記錄稀少、但重要的行為(例如:交配和自殘行為)。這是因為使用掃描或焦點個體採樣很容易漏失此類的記錄。在採用本法時可合併掃描或焦點個體取樣法,但由於特殊的行為較容易被觀察,因此會有遺漏或忽略其他不顯著行為的偏斜,所以有時我們稱此種取樣方法為「顯著行為取樣」(conspicuous behavior sampling)
第五節  科學報告的精隨---討論與圖表
我們其實一開始就要灌輸學生,科學寫作和一般寫作不同之處,就是她必得依賴圖表,科學寫作有時是看圖表說故事,科學寫作還分圖說內容與表說內容,所以在寫作前得先製圖製表。但是重點來了,何時使用圖例?何時使用表說?圖表的份量占多少?都是參展師生不熟悉的部分。如何準備圖表?圖表符號與說明?圖表的種類?科學圖片的製備?就是本節的重點。
一、科學圖片的特徵:科學圖片是為了輔助科學報告,作為說理的證據,同時可加強說明效果。科學圖片大部分更是直接做為結果,讓科學家一目了然。
二、科學圖片的擷取:擷取科學圖片必須在步驟時就交代清楚,此方法必須為可重複的方法,所擷取的圖片有時是部分的真實(例如:簡圖或示意圖),有時是全部的真實,而且圖片內的狀況是實驗者可控制的情況。
三、科學圖片的標識:在科學報告中,如果是攝影取得的圖片,必須交代照片倍率、取得方法、圖中儀器、標的主要構造、拍攝人、比例尺及時間等訊息。
四、科學圖片的圖說:圖說位於圖的下方,與圖的左側對齊,圖說文字必須是完整的字句,完整的交代圖片內容(包含物種的學名),解釋圖片內的符號(圖示、箭頭或縮寫),同時交代圖片的背景。
接著我們提到討論。討論部分是整篇報告最精采的地方,是可以完整陳述主觀想法的段落,再一次大量引用文獻的章節,在這一部分可以凸顯「人無我有、人有我精」的片段。
第六節  科展海報製作建議
海報是科學展覽最後展出的形式。海報是科學展覽活動的有形總結。在嚴格的海報格式規範下尋找最大尺度的創意是上策。海報不會是決戰關鍵,但海報可幫助作者解說,達到加分的效果。為何製作海報?更多時候,海報是做給非專業的人看的。
用哪些軟體製作海報?製做海報有以下幾種軟體:
1.Office Word
:將長寬依比例縮小,打完之後再放大列印。如果沒有大圖輸出機,恐怕只得分割列印再拼貼,不夠美觀。但優點是速度快,缺點是無法微調相關位置、間距及色彩,而且有時圖片解析度會不足。
2.Photoimpact
:處理速度不快。
3.Photoshop:處理速度不快。
4.CorelDrew
:非常好用的軟體,無以上缺點,只是功能太多專業級的設定,比較麻煩,但是效果好很多!
5.Power Point:可全版編輯,有格線,圖文都好移動,但送出列印有時轉檔字型會跑掉。
優良科學海報的要領:配色上底圖和文字要對比、構圖上要留天留地、字型大小適中並依標題及內文區隔、有創意的字體組合和柔和的視覺效果。整體而言,海報使用大圖輸出的效果會好很多。但其實如果學生的美工設計強,時間也足夠,也可以用手工製做,在一整排都是大圖輸出的競賽會場,好的手工製作看板會非常突出。圖檔製作後,可至大圖輸出中心或印刷廠製出海報,建議可用相片紙加霧面膜,以增加圖檔的解析度,及增加保存時間,效果非常顯著。
原則上,三面看板的內容配置,以最重要的放在中間看板(如圖、表及照片等),左邊的看板通常放置摘要、研究動機、研究目的、材料與方法等,右邊的看板則是討論、結論、參考資料及附錄,海報內容盡量以圖形呈現能讓評審掌握重點,也大概知道作者想強調什麼。當然,這樣的配置並不是絕對標準,看作品特性可調整,可以多想想如何凸顯作品的重點和主要創見。另外,字體大小要控制好一般人能在一公尺左右之距離看清楚(字體約48級以上)。建議作者輸出材質用一般輸出專用紙即可,到會場佈置時再以膠帶貼上看板,不需要輸出貼紙材質的海報,沒貼過這種大型海報貼紙很容易造成不平整反而不夠美觀。

第七節  口頭報告的攻防戰
科學展覽活動到最後階段最緊張的就是評審的口試,如果缺乏訓練,往往紙本作品的水準不能搭配好的口頭報告,其結果就會令參展師生大失所望。標準的口試分兩個階段,一部份時間評審會給作者介紹作品,另一部份時間則由評審自由提問,作者具實回答。
建議標準的口試準備如下:要求學生眼神誠懇不狡詐、口齒靈活不隨便;專心傾聽教授詢問,兩眼平視評審應答;評審教授提問時,手中紙筆勤作紀錄,表示重視評審意見;態度上要勇敢、自信、大方、幽默、樂觀。遇成見深的評審不可動怒,堅定但溫柔的以不同方式闡述作品;切忌反質詢。勿遲疑!!!因為:遲疑→沒把握→捉刀→造假→沒得獎!咬字正確、不急不徐;配合手勢、指揮棒及實物(或照片)讓解說生動;重要術語夾雜英文;音量適中、勿看稿唸;無把握題目,提出假設與推論。回答問題後導向精采研究。
在科學辯證的過程,簡潔的字句不是美德!所有的問題要當成申論題回答而不是簡答題。在情意的部份:要在表情肢體和眼神上顯露對自己作品的投入和熱情;在專業的部分:要邏輯清晰、層次分明,術語和技術間雜;在創意的部份:要強調前人所未解決的地方,要在回答時設下陷阱引導評審提問自己熟悉或實驗的賣點。總體而言,自信而開朗,親切而靈敏,有俏皮的發語詞,不吝點頭微笑,並搭配快速而準確的道具手札參考資料等演示,則科學研究成果才有機會被肯定。
練習分別以三分鐘、五分鐘、十分鐘、十五分鐘發表作品。練習每個作者都能講全部實驗。
口頭報告的科學能力
實問實答,最好舉例。提到相關學者、增加專業性。強調實驗設計、敘述解決問題之歷程。熟悉圖表,解說深入而正確。能提出新論點。強調對實驗動物之照顧。
口頭報告的團隊合作
每位成員都能單獨解說作品;勿搶答、勿內鬨、勿推辭;一人擔任主講時,其他人準備資料隨時伺機展示證據;專心聆聽正在解說者,隨時準備接答。
口頭報告的服儀套件
整齊清潔、落落大方;佩帶識別牌,不忘紙筆;頭髮勿亂,口齒清新。男著襯衫套裝,女著裙裝。有指揮棒或解說筆。
口頭報告的臨場反應
遇到棘手問題,以語助詞、引言或先肯定教授之提問,爭取十數秒的時間,並快速尋找答案。重覆敘述問題並向評審確認是否誤解問題。真正不會時勿說謊強辯,應誠懇強調這個問題曾經想過但未入主題,承諾將來會解決。 若有查過文獻的把握,應溫柔而堅定的堅持立場!

第八節  科學教師的心法
關鍵能力1--資訊力
妙用搜尋引擎 上手的統計軟體建立資料庫 文書處理 大圖製作 心智圖
關鍵能力2--洞察力
能洞察題目的發展性 能洞察作品的完整性能洞察學生的投入程度 能洞察隊友的合作情形 能洞察家長的配合程度 能洞察實驗的難易
關鍵能力3--協調力
與校長談願景 向主任要資源同組長看公文 對家長說專業期待 跟廠商討商品公道 要學生齊一進度
關鍵能力4--指導力
監控(monitoring)、診斷(diagnosis)、訂正(correction)、補救(remedy)
關鍵能力5--寫作力
基礎要求:符合規範、文句通順;進階要求:內容豐富、邏輯力強;高階要求:創新、有潛能。
關鍵能力6--激勵力
獎勵鼓舞、比馬龍效應、正回饋機制、勾勒願景。
極物窮理、存疑創新
師生之間 1.充分互動 2.即時互動 3.教學相長 4.視作品為共同作品 5.瞭解所有細節 6.知悉彼此行程
不是宿命,是使命!指導科展,是科學教師的學科教學知識(Pedagogical Content Knowledge, PCK
面對3RCRapid change, Rising competition, Rising complexing
的現代社會----科學教師的角色是利用探索活動使科學成為學生的一種生活方式(a way of life
什麼是指導老師?對學生的科展研究工作進行:監控(monitoring)、診斷(diagnosis)、訂正(correction)和補救(remedy)等指導行為稱之。
指導教師使用實驗日誌社團札記科展進度表以及網頁模組討論區四種工具呈現出不同訓練行為。指導老師的信念:科展不是畏途! 科展題目需要老師引導。 指導科展獲獎只是附加的價值。 指導科展有秘訣。 科展作品是師生共同作品。 從事科展的學生才是門生。

第九節  結語----享受科展的過程
Saul Zenith 1997.---尋找『聖杯』的意義,在尋找的歷程。這歷程豐富、困難、艱辛,這歷程反覆不斷,大量閱歷人事物,有意想不到的奇遇。
科學本質的體驗--「真」的體驗經由「科學性探索」所獲得的認知與見解 享受產生「科學知識」的快樂 體驗「專家生活」 交志同道合的朋友擴展視野回歸宗旨


附件N、林口國中98-1博雅進階班(八年級)科學寫作教學進度表
節次
日期
課程名稱
課程目標
學生作業
預期成效
                       
1
09/18
()
什麼是科學寫作
了解科學寫作的目的
認識科學寫作的內涵
學習單
能了解科學寫作的目的
能認識科學寫作的內涵
2
09/25
()
科學報告作品賞析
完成優秀作品觀摩
介紹科學競賽
心得報告
能完成優秀作品觀摩
能清楚科學競賽內容
3
10/02
()
如何發現問題
如何提問、
如何問到核心
學習單
能提出有創意的問題
能問到研究的核心
4
10/09
()
如何撰寫動機
原始動機、內在動機與學術動機
學習單
可區別原始動機
內在動機與學術動機
5
10/23
()
怎樣書寫研究目的
目的呈現研究重點
目的顯示研究方法
學習單
了解目的可呈現研究重點
認知目的可顯示研究方法
6
10/30
()
前人研究如何探討
文獻如何取得;
文獻如何擷取;
抄襲與引用的界限
科學報告抄襲案例收集
明白文獻如何取得;
認識文獻如何擷取;\
明白抄襲與引用的界限
7
11/06
()
如何描述實驗器材與設備
實驗器材的敘述、
實驗設備的圖說
繳交研究器材圖說
實驗器材的敘述、實驗設備的圖說
8
11/13
()
研究過程如何呈現
學習科學步驟的描述
繳交研究流程圖
能正確進行科學步驟的描述
9
11/20
()
怎樣描述結果
論述結果是客觀的立場
結果引伸另一個問題
完成「主觀」與「客觀」之比較表
了解論述結果是客觀的立場
了解結果引伸另一個問題
10
11/27
()
如何表現統計分析
如何繪製科學圖示
如何製作表格
繳交自製統計圖
繳交自製統計表格
能繪製標準科學圖示
能製作一般科學表格
11
12/04
()
如何討論
討論是科學報告的精隨
討論是個人見解的抒發
學習單
體會討論是科學報告的精隨
認知討論是個人見解的抒發
12
12/11
()
如何寫結論
結論的重要
結論的書寫方法
學習單
理解結論的重要
熟析結論的書寫方法
13
12/18
()
參考資料編寫
為何要引述參考資料
參考資料如何編寫
學習單
明白為何要引述參考資料
了解參考資料如何編寫
14
12/25
()
關鍵字
為何要有關鍵字
如何選取關鍵字
學習單
辯證為何要有關鍵字
知悉如何選取關鍵字
15
01/01
()
如何寫摘要
摘要的格式
為何要有摘要
學習單
了解摘要的格式
清楚為何要有摘要
16
01/08
()
如何撰寫實驗日誌
實驗日誌的目的
實驗日誌的意義
實驗日誌的要項
心得報告
了解實驗日誌的目的
明白實驗日誌的意義
清楚實驗日誌的要項


17 則留言:

  1. 作者已經移除這則留言。

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  2. 科展,是一種能使學生掙脫課本,學習更多新知的競賽。學生和老師可以將科展視為一種交流園地。除此之外它也能訓練學生的獨立性及創照力,因此,當我們看到它時,並不需要避之唯恐不及。
    這篇文章,讓我印像最深刻的,就是它告訴我們面對評審該如何應答,這是我目前最不足的!希望這篇文章所教的內容,可以讓我在面對評審時能有更好的表現。
    第3組 九斑 陳昱秀

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  3. 我需要口頭報告能力,因此,我會一直練習

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  4. 我知道了參加科展的學生應該具備的觀念,科展就像做一件工程,老師像鷹架,而著個鷹架在提供了適當的協助後,要讓學生們獨力完成,而不是大部分都由老師完成!
    第5組 魏科 李建興

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  5. 我學到做科展時要好好排練資料順序和格式 免得被扣分 九斑組

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  6. 「真正不會時勿說謊強辯」I will keep this in mind.
    ---白雞組/Mr.Handsome留

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  7. 更正版:
    我學到在此需要的關鍵能力有資訊力.洞察力.協調力.寫作力
    第12組 瞬舊 大名胡凱翔

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  8. 很難想像有人可以瘋科學、玩科學,其實是在做科學。
    有人參加科展只是為了加分,找出新現象只是為了受人尊敬,
    那,科展的意義何在?
    參加科展最大的收穫就是解決問題。如同斑馬說的,「我們必須體認研究科學不是一般智能資優生的專利」。只要有好奇心,有勇於求證的精神,資質好壞似乎也沒什麼關係了。
    願意犧牲課業去成全科展,對我來說好像有點難度。我想,可以專心投入但還不用做到"犧牲課業"這一步。認真的玩科展是出自於對科學的熱愛,抑是對比賽的負責任。
    斑馬的這篇文章讓我驚艷,"用心研讀必獲益良多"也適用於此了。

    第十組 趙芳立

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  9. 這篇文章很好,將來如果有對科展的方式有疑問時,就可以到這裡找方法。第八組婦蔬組 廖怡雯

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  10. 作者已經移除這則留言。

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  11. 我覺得這篇文章要寫給各位老師與家長
    沒錯!現在的家長大部分強調課業不強調修養與解決問題的方法
    我也覺得我在乎的是我學到了甚麼 而不在意成績
    但是我有了這觀念還是會在意成績 就像數學75與英文100的差距

    就會特別在意數學怎麼這麼低分??? 但是我肯定 我學到了東西

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  12. 讓我知道了口頭報告很重要!

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  13. 看了這篇文章我學到了取樣法 我印象最深刻的是科展海報製作建議 我覺得這篇文章是在教我們怎麼用科展的東西 像是海報或實驗報告等等的...

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  14. 我覺得這篇文章可以帶領我贏得科展優勝,並且可以用在很多的用途上

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  15. 看完了這篇文章,讓我瞭解了一些科展的訣竅
    老師是我們的諮詢顧問,更是科展報告的幕後黑手
    我們應該要體認到他們的辛苦。

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  16. 科展的意義就是解決問題。這篇文章的內容好像不只是給學生看,還有給家長、老師,要告訴大家科展的重要性與需要具備的能力還有心態問題
    斑馬說:「我們必須體認研究科學不是一般智能資優生的專利」。只要有勇於假設、小心求證的精神,聰不聰明似乎變得跟科展沒什麼關係了。
    願意犧牲課業去做科展,對我來說好像這是不太可能發生的事,我沒辦法像愛因斯坦那樣,不在乎學校的課業,全心專注在科學的世界裡。我想,說不定我根本不這麼的熱愛科學。玩科展是來自於對科學的熱愛,希望在做科展的過程中,不要一昧的想著把科展做好,也要享受做科展的過程

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