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2018/09/07

科學方法示例:記錄片《我心有著山椒魚》

這個影片是國中生物上學期第一章《科學方法》可以用的影片!

研究者要上山研究山椒魚時,並不是上山去隨意抓幾隻山椒魚就好,上山前必須先擬定假說,這樣上山才知道要收集什麼樣的資料。本次實驗者提出的假說是:『台灣山椒魚的祖先可能從大甲溪進來。』

依據前面提出的假說,設計實驗以驗證假說:『取得不同水系的台灣山椒魚基因序列,從彼此間的遺傳關係推測播遷的路徑與演化歷程。』

這個影片完整的跑了一次科學方法,所以是國中生物上學期第一章很好的範例。

2018.09.11 補註:影片上傳單位設定播放時間祇到 2018.09.10,所以現在影片無法觀看了。祇能希望新北市政府再重新開放影片,這麼好的影片祇能觀看幾天實在太可惜了。

2018/08/16

實驗組與對照組

你喜歡吃牛排嗎?我還滿喜歡吃牛排的,所以會自己買牛肉回來煎。第一次煎的時候我是上網查資料,依樣畫葫蘆;久了之後就想自己試試其他的煎法會不會比網路上教的方法好吃?

但是我怎麼知道自己煎的方法有沒有比較好?我該怎麼樣才能確定新的煎法有比較好?嘿,科學家做實驗的方法這時候就用得上了唷!

2018/08/12

科學方法

國中生物第一章第一節標題是科學方法,講到科學家會用一連串的方法來進行研究,很多學生覺得:『我又不當科學家,為什麼要學這個?』

其實科學方法不是祇有科學家能用,一般人也都用得到。你或許覺得這話根本是亂講,完全是在打高空、講好聽話而已。那要不然我們找個跟科學家比較不是那麼直接相關的人來證明好了,要找誰呢?嗯,就找看過最多死人的小學生高中生,柯南來做例子好了,他就用得到這些科學方法。

怎麼樣?看過柯南的說明後,可以瞭解科學方法並不是祇有科學家可以用的了吧?而且,當你看完柯南的說明之後,你也把科學方法的這七個步驟給記起來了,就算老師要考你填充題都不用擔心,有沒有很棒? :)

2018/08/02

科學方法 -- 何謂科學?

要我來說的話,我會認為國中生物最重要的兩個章節分別是上學期第一章的科學方法,以及下學期最後一章的環境保護,這兩章都是與我們生活息息相關的。不過要提到科學方法之前,我們要先瞭解什麼是科學。

過年時穿著紅色內褲打牌算不算科學?嗯,應該不算吧?好,那究竟什麼是科學呢?

2011/11/25

用科學方法做調查

去年的 9 月 11 日,我在生物趴辣客 I 上遇到米蘭老師並與他聊了幾句話。那幾句話讓我重新思考『學生物有什麼用』這個問題,並開始嘗試在課程中融入科學方法的教學。

不過,要在課程中融入科學方法教學並不是那麼直覺。國中生物課本中,『科學方法』祇是第一章的一個小節,其後的章節通常直接給答案,告訴學生某某科學家的發現 (比方虎克觀察軟木塞切片,發現了細胞),而沒告訴學生這些科學家為什麼這樣做?

所以學生不瞭解科學家的設問 & 驗證過程,祇知道這些科學家最後的結果。在這樣的課程中,『科學方法』要怎麼教,這就是一個大問題。

月鈴提出了一些做法,阿簡也嘗試著讓學生知道『科學方法』並不是祇有科學家才需要瞭解,從『如何驗證淋雨會禿頭?』到『學校的座號是怎麼安排的?』都可以應用到科學方法。月鈴 & 阿簡提出的這些教學策略自然都成為我教學時的參考。

10 月 20 日到關渡自然公園研習的時候,發現他們的推廣教育中也融合了科學方法的訓練,這是一個值得學習的方式。原本我計畫在趴辣客四講賓果遊戲,當場決定丟掉我自己的東西,改為介紹關渡自然公園的課程。

地形勘查

10 月 20 日,飄著雨絲的天氣,我們來到了關渡自然公園 (因為到北部研習,懶得背相機上去,所以用手機隨手拍幾張而已)。

關渡自然公園
圖、關渡自然公園

目前關渡自然公園是由台北鳥會負責營運,有些課程設計的還不錯。當天安排我們做的是水生昆蟲的調查,但在調查水生昆蟲前,我們得先去勘查地形。

我們這一組安排的地點比較遠,扣除來回的時間,其實祇有 5 分鐘可以勘查地形。所以一到安排的地點,我們相機拿起來先拍再說,拍完各個點就時間到,收工回家。

這不叫勘查地形啦,這是上車睡覺、下車尿尿的旅遊模式啊!!^^a

泥土鳥巢造景
圖、泥土鳥巢造景

回到研習場地,我們每人拿到一張 A4 紙,要我們把剛剛勘查結果畫出來。原本是要求我們每個人畫一部份,之後再拼湊成一大張。在台南大橋國小服務的陳藝珍老師說:『不用了,我來負責畫就好。把我們這一組的 8 張紙排好,我來畫。』然後就看到她拿起粉臘筆,不打草稿直接下筆,幾分鐘之內就畫好了我們這組的勘查圖。

原來,她除了是自然老師之外,還是視覺藝術老師,真是失敬失敬。

陳藝珍老師畫的勘查圖
圖、陳藝珍老師畫的勘查圖

之後各組將各自的勘查圖貼在牆上,並上台報告勘查時發現的重點。有的組別勘查的好詳細:『我們這一組勘查的地點挺水植物種類多,我們記錄到 ○○○ 3 棵、××× 5 棵……』

至於我們這一組……根本沒注意到這些,匆忙的拍了幾張照片就拔營回程了,什麼也沒勘查到……,上台報告時就祇能『嘿嘿嘿』,真是不好意思。

各組報告勘查重點
圖、各組報告勘查重點

報告完勘查結果,工作人員拿出採集網、分類盤等採集工具分給各組,大家準備出發去撈水生昆蟲了。到這裡,這個課程都像是在玩,感覺不出來有什麼特別之處。

喔,慢著,她們又發了一張很奇怪,沒人看得懂的學習單。這張學習單的開頭是這樣子的:

題目:
南池        的地方水生動物較多,
還是        的地方水生動物較多?

假設:

ㄟ,這是要做什麼啊?完全搞不懂耶!要經過工作人員的解說,才知道這張學習單的作用。

科學方法做調查

剛剛各組不是去做勘查,而且畫圖、上台分享過了嗎?。現在這張學習單的目的就是要各組從剛剛勘查的地點中找出一個問題來研究。我們這一組勘查的地方叫『南池』,所以學習單也是以南池為主,其他組的學習單就地名部份不同,其他內容相同。

我們討論了一下,決定以『水生植物多寡』做為我們探究的操作變因,所以我們要調查的內容就成為:

題目:
南池  水生植物多  的地方水生動物較多,
還是  水生植物少  的地方水生動物較多?

有的組別以『有無日照』做為操作變因、有的以『水生植物種類多寡』為研究變因,變因不同,研究的題目就隨之不同,一下子就變得有趣了。

有了想要探討的題目之後,我們還得有假設,屆時將以調查的結果來驗證 (或否證) 假設。我們討論後,認為水生植物多的地方可以提供比較多的食物,因此這個地方的水生昆蟲量會比較多。所以我們的假設就定調如下:

假設:
水生植物多的地方水生昆蟲多

我看著這一張學習單,覺得真是棒透了。之前帶著學生做採集時,學生大概都祇是當作出去玩,不知道要先有個想解答的題目 & 假設後再出去採集。這不能怪學生,因為他們的老師,我,並沒有教導他們要這麼做。

當然我內心會有一些假設,但是沒有將這些假設顯性化,學生無法理解我內心的假設啊。而且這些假設是我的,不是學生主動發想產生,所以這樣的採集活動變成在玩也就不意外。現在有了要解答的問題,出去採集就有了目的,比較不會變成無目標的活動。

採集活動

有了目標就出去採集了。採集過程手忙腳亂,沒時間拍照。祇是,讓我們很訝異的是,採集的結果與我們的假設完全不符合。別組一下網就撈到幾十隻水中昆蟲,我撈了好幾次都槓龜。整組最後才撈到 14 隻,比別人一次下網的數量還少。

既然與假說不符,當然要棄卻假說,重新擬定假說、重新採集。不過時間不允許,這個部份就沒辦法進行了。更重要的是,因為我們採集的結果與別組差異太大,可能已經是這個地方受到了破壞,而不單純是假說錯誤而已。

關渡自然公園的人員看到我們的結果也說要再去詳細調查一下,看看到底出了什麼問題。

紀錄與檢討

回到研習場地,大家開始紀錄剛剛採集到的昆蟲。馬哈哈 (陳聖杰老師) 說他已經很多年沒有點圖了,想要懷念一下大學時點圖的回憶,坐下來開始努力的點起圖來。

馬哈哈點圖中
圖、馬哈哈點圖中

底下這就是馬哈哈紀錄的結果。

馬哈哈的點圖成品
圖、馬哈哈的點圖成品

我懶得慢慢點圖了,勾勒幾下,就算是把我抓到的牙蟲畫好了。:P

牙蟲
圖、牙蟲

之後把畫的圖再貼到地形勘查圖上,表示下網採集的地點 & 採集到的昆蟲種類。

採集地點 & 採集到的昆蟲種類示意圖
圖、採集地點 & 採集到的昆蟲種類示意圖

這次去關渡自然公園的研習,也許認識了一些水生昆蟲、水生植物,不過我覺得那都不是重點,因為大部份我現在都忘了,就像前面馬哈哈畫的那隻昆蟲,我一時也想不起來是什麼名字了,但是學習到如何利用科學方法來做調查卻是意料之外的大收獲。

這個教學方式可以應用在任何需要採集的場合,讓學生實際運用『科學方法』進行探索,不再把科學方法當作是自然課本第一章裡一個考過就可以忘掉的單元。好棒的收獲啊!

附註:

  • 喜青說他們在東眼山環境教育中心做非正規教育時也都是利用這樣的方式規畫課程的。
  • 一篇文章把研習心得 & 生物趴辣客四的作業解決掉,賺到。:P

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2008/09/09

資訊課程第二週:找出文章重點

上一次課程最後有個小小的作業,希望大家找出介紹『心智圖』的文章內容重點,並將其畫成一張心智圖。但有些人不知道要如何進行,因為他找不到文章的重點,所以沒辦法將文章內容轉化成為心智圖。所以我們要來談談怎麼找出文章的重點。

標題、圖表與黑體字

有些作者心腸很好,會指引讀者文章重點所在,祇要注意一下作者的提示,就不會遺漏了他想要讓你知道的內容。然而,作者會以什麼樣的方式來提醒你呢?你該注意什麼樣的內容?

作者給讀者最明顯的提示就是文章標題。每一篇文章的標題就是文章最重要的重點,所以開始閱讀一篇文章之前,請記得看看它的標題,這麼一個小小的動作,可以讓你還沒開始讀文章,就知道作者可能會提到什麼內容。

比方說,看到標題是『我的媽媽』,你知道這一定不會是介紹臺北一○一大樓的文章;反過來說,文章標題是『世界最高的大樓:臺北一○一』時,你也不會期待文章內容提到太多的母愛光輝。

有些文章內容長一些,作者除了主要標題之外還有次標題,例如介紹『霧社事件』的文章,可能還會有『事件的時空背景』、『事件的發生原因』、『莫那魯道與霧社事件』以及『後續影響』等等次標題。

這些次標題是作者認定的次要重點,同樣值得讀者注意。任何一位讀者看到這些次標題,就可瞭解作者將會如何安排文章。所以文章標題有助於讀者很快的進入狀況、瞭解作者想要表達的內容,不要忽略了它。

除了標題之外,文章之中如果出現表格及圖片,這也是作者提示給讀者的重點。比如說提到霧社事件時,作者可能會提供當時的地圖,協助讀者理解當時的時空環境;並將相關事件依照時間序列以表格整理出來,讓讀者可以對事件一目瞭然。

這些表格與圖片都是作者幫讀者做的重點整理,有助於讀者對文章內容的理解。有些文章甚至祇要把作者所附的表格及圖片好好閱讀,就可以瞭解文章七、八成的內容。所以看到作者提供的圖片與表格,一定要好好閱讀一下,因為這就是作者提示的重點整理。

作者還可以使用黑體字 (粗體字) 幫助讀者理解內容。在一片文章之中,黑體字特別顯眼,很容易一眼就注意到它。作者對某些字句使用粗體標註起來,代表這個被標註的文字有重要性,是你特別需要注意的。以考試來說,這些黑體字通常是考填充題時的重點考題。

所以,既然作者已經用黑體字將某些重點標出來,希望你一眼就看到這個重點,你就應該順應作者的要求,將黑體字看一看。

好,請你做個練習,找一下這篇文章到目前為主所出現的黑體字,然後回答一下底下的問題。

牛刀小試:

文章作者常利用             ,以及        來提示讀者需要注意的內容,我們應該好好注意一下作者標示出來的這些重點。

尋找特定的關鍵字

前一小節所提到的是作者自己認為、並利用特別方式標記出來提醒讀者注意的重點。但是,除了作者自己所提供的部份,文章中常常還隱含其他重點是要我們讀者自己發掘的。這些重點因為外觀並不明顯,所以要花多一點的精神去尋找它。不過,還是有技巧可以讓我們找出重點來,這個技巧就是在文章中尋找特定的關鍵字。

表、可能伴隨著重點出現的關鍵字

類別 可能的關鍵字 範例
新的名詞 稱做、稱為 光線前進一年的距離稱為一光年
現象 它會有xx的狀況發生、
與人事時地物有關
我們排放的二氧化碳,會造成溫室效應的現象
原因 其原因是、因為、可能是 溫室效應是因為大氣中的二氧化碳吸收紅外線而使地球溫度上昇
例子 舉例來說、例如、比方 生物的細胞會隨著其功能需要而有不同的外形,比方說扁平狀的表皮細胞可以提供保護的功能
強調 非常、特別是、尤其 飲食均衡很重要,尤其早餐一定要吃!
相同點 都是、與xx相同的是、也是、而且 因為蚊子與鍬形蟲都是昆蟲,所以蚊子也具有外骨骼。
序列 第一、首先、其次、最後 在夏夜中,首先點出黑夜即將來臨的句子是火紅的太陽也滾著火輪子回家了
轉折 但是、其實、不過、然而 考試的分數很重要,但是將考試寫錯的部份好好弄清楚更重要
對比 相較之下、不同的是、相反的是 植物可以進行光合作用產生自己需要的養分,相較之下,動物就祇能靠著從外界攝食而獲得所需的養分
否定敘述 不、不是、沒有 植物不具有系統這個層次

上面的表格列出一些特定文字,這些文字常常與文章重點伴隨著一起出現,所以閱讀文章的時候,記得稍微搜尋一下是否有這些特定文字的存在。找到特定文字之後,看一下前後,重點就會在這些文字附近出現。

有時候,在文章之中找不到這些特定的字句,這時候要找重點的難度就更高一點。如果遇到這樣的文章,可以試著將一些字句刪除。如果字句刪除之後會讓文章看不懂,那麼這一部份就是文章的重點。

利用這兩個小節所教的標題、圖表、黑體字及特定文字,我們可以找到文章中作者提示的重點,也可以找出文章裡隱含的重要部份。以下就請你來練習一下,請用色筆標出以下文章的重點:

親代產生子代的過程中,如果沒有受精作用的發生,我們就稱這樣的生殖方式為無性生殖。細胞分裂就是一種細胞的無性生殖。電動遊戲中像果凍般的敵人史萊姆,它會一直增生、增生、增生,在增生的過程你看不到它與其他史萊姆交配,所以這也是無性生殖。

海洋中的指海星的手腕長到二公分長時,手腕就會自動斷落,通常五隻手腕中有二到三隻會斷落。斷掉的每一隻手臂可以慢慢再長出四隻,每一隻手臂都可以長成一隻完整的指海星。這種從身體某個部位斷裂來進行生殖的方式,也是無性生殖的一種方式,稱之為斷裂生殖。

斷裂生殖有什麼好處呢?海星這種無性生殖的好處是自己就可以產生後代,而且一斷裂後的個體比來自於受精卵的小個體要大上好幾千倍,可以避免被敵人吃掉,對於污染及疾病的抵抗力也較強。

而來自於受精卵的個體要經過一段漫長且緩慢的發育及成長,幼虫也要在海洋中發育一段相當長的時間,被敵人吃掉的機會很大,當然對於污染及疾病的抵抗力也較弱。

好,你已經將文章中的重點標出來了,現在,請將上述文章中的重點,在底下的空格,利用心智圖方式畫出來:







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2007/07/16

跟柯南學科學方法

7 月 12 日,朝下國中 3 年 19 班一名早到的學生打開教室大門,當他走進教室內看到其中的景象,不由得尖聲大叫起來。

在教室地板上躺著一具屍體,屍身滿佈傷口,血跡滿地且已乾涸,顯然死亡已有一段時間。

報警後,警方封鎖現場進行調查。警方由傷口研判,死者在清晨五點半左右遇害,兇器類似菜刀。從現場的足跡看來,兇手應該祇有一人。

毛利小五郎偵探過濾可疑人物之後,發現嫌疑犯有兩位:郭小靖與楊小康。

[@more@]

郭小靖一臉呆樣,讓毛利偵探看了他就覺得討厭。因此毛利小五郎直接指著郭小靖,說他就是殺人兇手,祇有他那力大如牛的模樣才可能殺死人。

郭小靖大聲喊冤,說早上五點半時,他正在家裡幫六位師父煮早餐,每個師父要吃不同的早點,有的要稀飯、有的要豆漿油條,忙都忙不過來了,哪有時間出來殺人呢?

到了郭小靖家,發現廚房果然有使用的痕跡。詢問他的六位師父,也發現六個人的說法與郭小靖相同。因此,毛利小五郎偵探誤會郭小靖了。

雖然郭小靖沒有嫌疑了,但是也無法發現另一位嫌犯楊小康有什麼大問題。正當案情陷入膠著的時候,柯南發現了一條新的線索,使柯南覺得楊小康才是真正的兇手。

楊小康告訴警方,說今天早上五點半時,他正與校外的朋友在朝下國中籃球場打籃球,不可能殺人。因為他的朋友都是校外人士,所以先不去偵詢,先詢問楊小康的媽媽是否有這麼一件事。

她證明楊小康所說的話。她說:『對,我們家的楊小康今天早上五點起了一個大早,說要出去打籃球。這嚇了我一跳,因為平常他都不到七點不起床的。但他說今天與朋友約好要去打籃球,所以要特別早起。』

『喔,對了,他要出門前還去廚房拿了一把菜刀,說打完籃球很熱,所以有個朋友要帶西瓜去球場分給大家吃,我們家的小康要負責帶菜刀過去切西瓜,所以他就帶著一把菜刀去球場了。』

柯南一聽覺得怪怪的:『楊媽媽,請問那把菜刀可以讓我看看嗎?』

『沒問題,就在這邊。』

柯南將菜刀拿給警方做檢驗,果然在菜刀上驗出有人血的痕跡,而且與被害者傷口的刀痕符合。

柯南將檢驗報告拿給楊小康,楊小康瞪大眼睛,嘴巴合不起來,點點頭認了罪。柯南轉向旁邊:『警察先生,楊小康就是犯人,請把他帶回去繼續詢問一些細節吧。』

終於,柯南又解決了一個案件。

上面柯南解決案件的過程在科學家的眼中看起來有點熟悉!!因為柯南用的方法與科學家在做研究的方法 (我們稱之為『科學方法』) 很類似。

不相信嗎?我們來仔細看看。

警方由傷口研判,死者在清晨五點半左右遇害,兇器類似菜刀。從現場的足跡看來,兇手應該祇有一人。

這就是科學家在進行研究時的『觀察』過程。科學家觀察自己所能看到世界,並發現其中有異狀的地方,這是所有科學研究的第一步驟。對於毛利偵探及柯南而言,這也是很重要的一個步驟。

毛利小五郎說郭小靖是殺人兇手,祇有他那力大如牛的模樣才可能殺死人。

毛利偵探依照他的猜想提出一個可能的解釋,這就是科學方法中的『提出假說』。

郭小靖家廚房有使用痕跡。他的六位師父說法與郭小靖相同。

提出假說之後,要『設計一個可以驗證假說的實驗』。偵探們就是去郭小靖家中一一詢問他的六個師父嘍!!

因此,毛利小五郎偵探誤會郭小靖了。

結果毛利偵探錯了,所以這時候就不能再說郭小靖殺人了,要再回去想想看還有什麼可能的情況發生。也就是說,之前提出來的假說與得到的證據不符合,所以要回到提出假說的那個步驟。

正當案情陷入膠著的時候,柯南發現了一條新的線索,使柯南覺得楊小康才是真正的兇手。

柯南提出一個新的假說,認為楊小康才是兇手。

柯南將菜刀拿給警方做檢驗

設計一個可以驗證假說的實驗

在菜刀上驗出有人血的痕跡,而且與被害者傷口的刀痕符合。

實驗結果與假說符合

楊小康就是犯人,請把他帶回去繼續詢問一些細節吧。

這就是科學方法中的『由實驗結果做總結、下結論』的部份。

所以,科學家使用的科學方法,其實與大家在電視上看到柯南偵探辦案的方法是非常類似的。

不過,有些時候,上面的步驟會有點不太一樣。

假設,7 月 13 日,朝下國中 3 年 19 班的同學一開門,喔,不,又發現了另一具新的屍體!!

警察來調查後也無法瞭解死者是怎麼樣死亡的,因為他身上的傷口太詭異了,警察們完全沒看過這樣的傷口。如果你是辦案的偵探,遇到這樣的情況你會怎麼辦呢?

我們的柯南跑到警察局圖書館,找了許多書,發現原來這樣的傷口是獅子所造成的。以前曾經有人被獅子攻擊致死,照片中那些人身上的傷口就與這次的被害者傷口相同。

柯南調查了一下,喔,祇有陳小豪家中養有獅子,所以陳小豪殺人的嫌疑最大。

到陳小豪家中調查,果然在獅子的爪子中發現有被害人的血跡反應,所以陳小豪就是殺人兇手。

上面提到柯南到圖書館查資料,這個步驟稱之為『參考文獻』,就是參考以前的人所留下來的紀錄的意思。

所以針對這個案件,柯南解決案件的過程是這樣的:

觀察 ==> 參考文獻 ==> 提出假說 ==> 設計實驗 ==> 結果與假說符合 ==> 下結論

科學家做研究時也常常需要參考文獻,參考以前的人是不是做過類似的研究?如果做過,那麼結果是什麼?

這個步驟相當重要,如果沒有好好調查清楚就去做實驗,到時候辛苦了老半天才發現原來早就有人做過相同研究了,白白浪費了寶貴的時間與精力,那可是會讓分秒必爭的科學家搥心肝啊。所以參考文獻在科學家所用的科學方法中就是一個重要的部份了。

但總的來說,科學家使用的方法,與卡通中柯南所使用的辦案方法很相似,所以,如果你記不得課本中提到的『科學方法』,那麼就想想柯南的辦案吧!!:)

ps 1: 星期一的時候,319 的同學問我有關科學方法的問題,正想說要怎麼解釋時,腦海中忽然浮現柯南,很幸運的讓學生在笑聲中學習了『什麼是科學方法』。

ps 2: 各個嫌疑犯都讓班上同學來擔任的話笑果更佳。講到『下結論』那邊時,被我開玩笑當作兇手的那位男同學還說:『對不起,人就是我殺的,把我抓去關吧!!』他的話語換來滿場笑聲。學生開心我也開心!!:)

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