臺灣化學教育

科學展覽：5年之後反思科學展覽對我的影響

潘建彰¹*、鐘建坪²

¹私立東海大學食品科學系二年級

²新北市立錦和高中國中部理化科教師

*[email protected]

 

　　依稀記得5年多前，本文第一作者剛從任職學校的國中部升上高中部時，興高采烈地拿著列印的網頁內容詢問本文第二作者。其內容談及Storm Glass（譯：風暴玻璃，以下由風暴玻璃表示）的簡易天氣觀測器，並且懷疑是否可以真的觀測天氣。當下隨即鼓勵第一作者，如果可以自己嘗試做一個檢證看看。過了幾天，本文第一作者非常興奮地再度拜訪，並說明他找到的新資料與他的想法。於是正式開啟一段師生共構（co-construction）的科學探索旅程。本篇文章主要是從事後發生的角度，重新讓本文第一作者反思當時實際參與科學展覽（以下簡稱科展）活動的心路歷程與影響。期待讀者可以從第一作者的反思中體會科展活動對學生當下的意義與對其未來學習的價值。

n 緣起

        筆者（若不宣稱，以下我、筆者皆指本文第一作者）高中一年級時，抱持著對於理化、生物等科目的興趣，機緣之下，在無遠弗屆的網路資料中，閱讀到一篇關於英國十九世紀中期，應用於航海作為預測天氣之裝置－風暴玻璃的介紹（見圖1）。在當時（2011年左右），因為關於風暴玻璃的研究僅止於寥寥可數的階段，所以當時介紹的文章也只是將風暴玻璃做了一個簡單的概述，然而在字裡行間，幾個關鍵字卻不禁引起了筆者的興趣，像是藉由風暴玻璃裝置的結晶情況整理出的結果，被用來預測當時航海天氣、風暴玻璃裝置之所以能夠用以預測天氣之理由與原理還不清楚等內容(e.g., Fitzroy, 1863; Millar, 2008）。仔細檢視文章之後開始對風暴玻璃預測天氣的能力感到困惑，深知就連現今天氣預報，都必須仰賴大量的觀測數據分析、歸納以得到的結果。那單單一個簡易型的風暴玻璃裝置，又有甚麼能力能夠在「科學原理還不清楚」的情形下「預測天氣」呢？

　　於是乎，當時的筆者抱持著對於風暴玻璃一連串的疑雲與好奇，進行了一連串的相關研究，並最終將實驗與分析的結果集結成書面報告，角逐新北市101學年度中小學科學展覽會化學組的比賽，之後也在2015年7月以此為題，參與當時在日本舉辦的亞洲化學教育國際研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）（潘建彰、鐘建坪，2015；Jong, Hsieh, & Pan, 2014）。而我所得到的閱歷也由實際投入解決疑慮開始影響了我。光陰似箭，五年後，現在的我內化了參與科展所帶給我的種種經驗後，這些年來它影響了我甚麼呢？

 

圖1：筆者在科展實驗過程當中，複製之風暴玻璃裝置

n 獲得的影響與啟發

一、啟發思考，獲得學習的理由

　    參與科展影響我最為重要的一點，便是讓我知道了「學習的理由」。對於大部分學生來說，學習往往都在追求效率與效能的最大化。然而人是會思考的動物，無盡的學習路途上，產生對自己的學習目的與意義感到質疑是相當正常的。此時學生所面對的，往往是知識所學、自身價值與普世價值間所帶給他的疑慮與不確定性。現今學校裡苦讀的學子們，支撐著他們走下去的，不乏就是興趣、學歷、天分和前景等因素，但這就出現一個很現實的問題了，當面對較不拿手的科目或是不感興趣的學問時，進行強迫學習的行為是有意義的嗎？當興趣、學歷、天分和前景不再是學習考量範圍所能夠支撐走下去的支柱時，就應該放棄所學嗎？

        誠如我之前所提到的，於當時的科展研究當中，由於筆者研究項目的相關資料寥寥可數，過程中難免有碰壁的時候。回頭看來，最難以克服的往往不是軟硬體設備的障礙，而是自身擁有學識的不足。每每遇到問題癥結點時，明明知道問題在何處，卻無法思考出得以解決的因應策略，這才是最令人感到沮喪又無奈的事。學海無涯，問題的解答有時藏在以往所學當中，有時則是藏在早已遺忘或是先前所學但不熟悉的部分，更多的是從未接觸到的領域。當你遇到這些問題時，我想你肯定會像我一樣，開始懊惱當時為何自己不好好學，或是油然而生「書到用時方恨少」之感。參與科展的體驗讓我感受到學習彷彿是一場馬拉松耐力賽，就算過程中有所挫折也得堅持著走下去，就算拋開學校、書本的教條，「學習」仍必須在生命的歷程當中不斷的進行著。事物背後的原理是以無數不同的領域所交織而成的，每個學理面向都有其能夠切入與解釋的層面，我們從不該再面對不上手或是不感興趣的科目時選擇放棄，更不該單純地以興趣、學歷、天分和前景為量尺或精神依靠，拋棄任何一種面向的學識都是不正確的荒誕想法，廣泛的博取才是上策。

　　由科展經驗讓我獲得這般看見學習理由的新角度，讓我在現今食品科學系的訓練當中，教室裡、學習的當下讓我更在乎的是如何連結各門學問的理論與應用，我不再簡單的由「上不上手」等理由去衡量一門課的價值，這個觀點，讓我發現到各個學問間互相撞擊，才能夠有更多的創新與進步。

二、藉由參與科展活化問題解決的能力

　　過去課堂中的實驗往往在書本中就已經寫好實驗目的與方法，連同討論與分析也都有既定的問題提供給學生反思，學生從來就不會知道，一個實驗的過程，從分析問題的本質、著手解釋到解決的步驟，是一項多麼艱深的學問。而參與科展的我，實際地從實驗目的的探索、方法的設計、器材的製備到最後的數據分析整理，一步一腳印地由自己完成（見圖2）。我體驗到在真正實驗操作中，觀察、發現問題、進行解釋的步驟是多麼需要腦力激盪，當下的自己必需一次又一次回憶實驗，自身找出任何可能造成誤差的不足之處。該如何查覺到問題、處理問題都是仰賴自身的能力，因為再也沒有任何人比自身還要更了解實驗，當然問題必須由自己解決，而這些都是在過去還未參加過科展的我所無法體會的。我理解到問題與討論從來就不應該是實驗課本應該列舉好等著給你解答，而是實驗者在構思、回想實驗步驟中，發現不足之處，再反省探討由實驗者歸納的內容。

        如此當所追求的問題解答來自於自身所產生的疑問時，主動試圖解答問題的這個過程當中，由於自身能力的不足而有動力增強自己的實力、開始學習，這對筆者來說，才是能夠達到提起動機的學習方法。由此，當學習者擁有這次經驗以後，無論這是過程的結果是好是壞、過程當中有無疏漏，對於體驗過的學習者來說，都更能加強它在於學習各種知識上的學習理由，因為他知道，現今在書本上枯燥的文字其實從不那麼的生硬，它更是未來對於自身解答任何問題所可以運用的利器，當未來自身對問題產生疑問時，才更有能力對問題進行解答。

　　目前提倡的科學學習即不斷地試圖在培養這項能力，讓學習者在未來能夠在學術或是職場領域，活用這項技能，使遭遇到問題時，具備獨立思考與解決問題的能力，不再由更高學問者向出社會的學習者開釋或是告訴他該怎麼做。經歷過科展訓練經驗的筆者認為，這種經驗只要實際操作過一次，學習者就能體會到自己所學的價值與意義所在，並讓獨立思考與解決問題的能力的種子在學習者心中萌芽。

圖2：筆者於科展報告中對欲探討問題的整理

　　或許很多學生總會困惑在課本裡看到這麼多步驟與儀器操作方法等等到底有何意義？畢竟未來每個人志趣不同，真的必定要操作相同的步驟、學會流程與儀器操作法嗎？筆者認為不是這樣的，如同食品科學上我們很講究一個東西的製程，而製程的背誦往往也是對這門科學的多數學習者而言是一個很大的罩門。事實上這些製程步驟正如同實驗室裡實驗的操作與儀器操作方法等，它所呈現的是一個邏輯，單純著眼於眼前精緻化、流程化的一步接一步的背後，其實是由許許多多的原理構築而成的，而這些東西也從不該淪為「背誦」，當我們能了解背後的原理時，這一切才會逐漸成為直覺性的東西。

　　為何實驗步驟一定得如此？食品的製程一定得如此？背後牽扯的可能是成本、方便性等等的問題，當背後考量的種種都了解，步驟能夠改善、製程能夠改變，由此便活化了自身問題解決的能力並達到創新！

三、昇華所學獲得的附加價值

　　其他的效益，我認為是在這五年以來，慢慢發酵而成的吧！經過練習如何將科展研究內容化繁為簡、解釋數據和練習回答他人產生的疑問，精進自己製作報告時重點描述的能力，同時在口語表達上完整地詮釋自己的想法（見圖3），我想在經過獨自做出一份符合邏輯設計的科展後的這五年間，我都更有精進了。

　　由科展的歷練讓我體悟「知之為知之，不知為不知，是知也。」背後的意義。不管是系上或是通識課所需要製作的種種報告，方便的網路固然提供了我們豐沛知識來源的管道，但又有多少是二手資料或是不完全正確的呢？應該是完全地能夠知曉其背後的原理才能放上報告中。而各式課程用書裡的知識也是一樣的，字裡行間其實每個字詞都有意義，不懂的就應該及時發現並理解。面對自身的報告與所學，自己就是專業、自己就是最了解的人，不該囫圇吞棗的不知其所以然地接納知識。

　　回憶準備科展的那些日子裡，筆者曾經犯過不少次關於「common sense」的錯誤。想想過去那些錯誤，雖然現在的我不會再次地犯錯，然而這些「common sense」其實從不那麼的簡單，如同哲學家伏爾泰(Voltaire)曾說過的Common sense is not so common，科學性表達方式或呈現方法等對於科學研究而言是相當基本的能力，但我們卻很少會在教科書上給予學生實際操作與應用的機會，理所當然使得學生總會在研究過程中發生令人感到不可思議的錯誤，認真思考，這些應有的概念與知識不也是從過往的經驗當中慢慢累積與磨練出來的嗎？

　　可惜的是，教育現場往往不會對書面與口頭報告方式進行教導，試卷上一問一答的方式當中，無情地扼殺了學生的創造能力，灌輸年輕學子前人們多麼神奇地得到了羨煞人們的成就，卻從沒有人提醒，名人堂中那些著名的偉人，他們的成就也是由所有課本都會寫到的觀察方法、實驗模型建立步驟中慢慢奠基而成的。眾多的學生，在呈現自己的想法上，只能在一次又一次修正中慢慢尋找脈絡。事實上，逐步地從觀察、發現問題、思考、解釋問題的步驟進行統整，最後更進一步地讓自己的表達足以被接受，這才是一個完整的思考結構。但有多少學生是到正式的研究時才發現，實驗記錄本中那些表格的設計、計算的方式與公式都是應該由自己先想好要哪些數據後再依需求設計出來的呢？又有多少學生是到正式的研究時才會發現，甚至必須將實驗過程當中發生的各式大小情形都記錄下來，才能避免人為誤差的發生、檢視出系統誤差該如何修正呢？更別提藉由分析方法檢視系統誤差與解釋數據的步驟了。筆者也是在經過科展報告的撰寫與展示的過程當中，才慢慢習得這些技巧的，於是如今在後續的五年間，才能夠更加應用這些邏輯，因此我認為能夠盡早的讓學習者體驗獨自、或合作製作出一份符合邏輯的實驗是相當重要且愈早愈好的事情，這肯定能夠給予相當可觀的回饋。

　　對筆者來說，學習經驗對於自身的影響，這般昇華的作用是在未來的成長當中，不斷進行的一個動態的過程。提早擁有了在科展上的經驗，讓我在這五年裡受益許多，每一次嶄新知識的學習，對我來說變得更加的有趣，我會懂得去思考如此操作的意義、會去探究背後的原理，目的更是為了構想出此的操作該如何改善及還有多少方面的應用可能性。最直接的例子，正是迄今筆者仍會在課堂當中，靈光乍現對於當初的科展研究及現今所學的連結，撞擊出更多證明數據的方法或是獲得更多性質特徵的操作方式。我想這正是我們應該對於一個知識應有的態度，不僅僅是不斷地創新，更重要的是不盲目地盡信現有的資料或經驗束縛，由自己的雙手體驗學問的奧妙。

　　因此，基於上述對於科展能對於個人所產生的影響，筆者盼望在未來，我們能夠更早地讓學生接觸相關的體驗，讓他們對於自己的所學、知識理論的建構有更多自己的看法。

圖3：筆者於科展報告時之拍攝照片

n 結語

        不知讀者您是否有經歷過發現問題、蒐集資訊、設計實驗、分析數據、撰寫成果等等的經驗呢？如果您有，您一定能夠體會筆者對科展族繁不及備載的感受有一定的認同吧！筆者有幸地能夠在五年前就接觸科展的訓練與相關學習，我想這不單是我個人的成就，而是在過程當中那些老師或是其他資源對於自己研究所進行的幫忙與協助。雖然筆者個人的體驗並不一定能夠呈現所有人可能獲得的啟發，但這些歷練確實影響到我個人自己，筆者在此能絕對能夠認同它所可以帶給學生啟發思考與解決問題的價值！事實上，我深深相信對於任何做過科學實驗的人來說，過程中付出與尋求答案的過程都是一段難忘的歷練，也無論是誰，都能夠藉由此段歷練，得到不同於讀書所能給予的價值。而今天的我，僅僅只是比較幸運在高中時就接觸了這方面的訓練與應用，於是我可以一個較早接觸者的角度，向各位分享這些年來科展對我的影響。雖然可能只是一隅之見，但我由衷期盼我所獲得的回饋能夠藉由分享給予更多沒有這樣體悟的朋友一些提點，甚至期待未來，可以由您來為我分享您的收穫！

n 致謝

        本文第一作者藉此機會感謝當時指導老師–鐘建坪與謝秉桓老師，在兩位老師的引導與提攜之下，對於科展活動的思考不是只有科學競賽，而是在歷程中學習提升自己批判思考與解決問題的能力。同時亦感謝臺灣師大化學系葉名倉教授在當時提供研究上所需設備的支持。

n 參考文獻

潘建彰、鐘建坪（2015）。提升國際觀—準大學生與NICE的邂逅。台灣化學教育，9。

     網址：http://chemed.chemistry.org.tw/?p=10303

Fitzroy, R. (1863). The weather book: A manual of practical meteorology. London: Longman, Green, Longman, Roberts, & Green.

Jong, J. P., Hsieh, P. H., & Pan, J. Z. (2014). Investigating the relationship between temperature and crystal growth of storm glass in high school laboratories. The Chemical Education Journal, 15(2), article 110. Retrial from：http://www.edu.utsunomiya-u.ac.jp/chem/v15n2/110Jong/Jong3112t.pdf

Mills, A. (2008). The chemical weather glass: composition and operation. Weather, 63 (6), 161-163.