指導科展自我省思與成長 陳佩琪 新北市立樹林高中化學科教師 t0634@slsh.ntpc.edu.tw n 動機與緣起 讓學生藉由「做中學」培養科學素養,一直是我堅持的教育理念。近年來台灣學生普遍存有學習動機不高,自信心不足的學習危機,進而引起一波波的教育改革浪潮,強調學生不再只是訊息的接收者,而是學習真正的主人。翻轉課堂(flipped classroom) 與學習共同體(learning community)正是呈現這種精神。課堂中教師角色的轉變,也由教學變成幫助學生學習,由講述課程內容變成引導式教學。在即將到來的108課綱中,高中自然科的探究與實作課程更納入必修課程。探究與實作課程實質上就是以學生為中心的教學歷程,希望幫助學生探究、建構知識。因此科展研究就是一個對學生最佳的學習機會,且能培養學生獨立思考與創新能力的重要關鍵。老師不再只是知識的傳遞者,更要教導學生如何從容面對自己的人生規劃。筆者認為學生在學習階段一開始投入大量時間與精力是必須的,等到遇到許多困難時,再逐步思索解決之道,才能培養問題解決的能力,並且要懂得傾聽、表達、分享與合作。學生參加科學展覽與相關對外競賽,對學生的自我價值的提升、學習興趣的培養以及未來職業專門技術養成都有莫大的幫助。因此,我熱衷於帶領學生參與科展比賽,希望學生能夠從中獲得之學知識探索的樂趣,建立學生自身的自信。 n 我的培訓方式 一開始筆者於新北市某完全中學擔任實習教師,發現很多學生無心在傳統課室的化學課,但是進行化學實驗操作課程卻興致高昂,我想他們應該是一群面對學業競爭,飽受挫折、對未來茫然無所措的學生。解決之道應該讓學生重新對科學探索感到興趣,藉由學生發現自我價值、找回自信心,因此不惜犧牲自己陪伴家人的時間,在濃厚的教學熱忱與衝勁下,利用課餘時間指導學生做科展,幫助學生找回對科學探索的興趣與熱忱。 訓練科展學生的時間包括:平常日的課後、週末、假日、寒假與暑假。指導選手的目的,不僅讓他們能在科展比賽時有嶄露頭角的機會,更正向的意義是強化學生蒐集資料、閱讀文獻、邏輯思考、分析歸納、統整講述、文書處理、實驗製作與組裝、撰寫成果、臨場應變等能力。同時身為指導老師也要不斷接受新知與挑戰,並與學生共同成長。 教導學生選擇科展題目千萬不要具有過於主觀的心態,不要被教師自己「慣性的思維」所束縛,不要預先否定學生「天馬行空」的想法。針對研究主題可以提供建議,但不強迫學生接受或直接給學生研究題目。適時介入引導幫助學生聚焦想法,不要直接給予否定或直接提供正確答案,而是儘量拋出問題讓他們去思考。討論問題的過程中儘量扮演「提問者」的角色,而非「解答者」的角色,能讓學生學會發揮自己專長外,並能和其他同學建立良好的合作關係。 指導科展的經驗中,不全然是愉快的。有時學生急功近利只想要結果不肯努力耕耘,有時家長不支持或要求老師一定要讓學生獲獎,有時學生無法全力配合、不願犧牲課餘時間、做不到預期的進度、找不到分析方法或儀器。學生們往往對於實驗的結果非常在乎,卻忽略了過程之中的科學探索。然而實際上高中階段進行專題研究的目的,在於培養科學探究的能力,所以隨時注意學生們的能力是否有精進,學習動機是否提升,而不是只有實驗操作的進度和成果展現。 n 競賽經驗分享 個人第一年指導經驗明顯不足,當時大部分實驗的過程與研究工作是由學生獨立完成(包括科展的題目),而我只提供意見與指導方向,研究成果參加北一區分區比賽沒獲得任何獎項。經由個人反省發現科展題目的篩選極為重要,也是比賽獲獎的必勝關鍵,加上當時自己即將面臨的教師甄試,心想指導科展的成績可能有助於順利考上教職,因此筆者花更多的時間介入與學生討論科展實驗內容,並於第二年時改變指導策略,一口氣指導了七組學生(21人),因此具有七種不同類型的研究題目,以量取勝。果然有3組同學於桃竹苗區科展競賽獲得佳作及優等(見圖一)。指導科展的第五年,很幸運地一路從校內賽第一名、到新北市市賽特優,到第53屆全國中小學科學展覽會高中組化學科,得到最佳團隊合作獎(見圖二)。在參加全國賽時,個人觀察到得到優勝的隊伍有些共同特徵,例如有些明星高中都會與鄰近的大學化學系教授合作,共同指導高中生做科展的研究,也因為大學實驗室提供較新穎精密的儀器設備,使得研究的數據更加完美。有些學校於校內開設一學年的實驗專題課進而培訓科展競賽,或者有些學校週末假日直接到大學化學系實驗室借用設備器材做科展實驗。甚至有些學校科展的研究方向,就是實驗室碩士生的題目的一小部份,此時碩士班的研究生,就順道指導高中生完成實驗。但是我認為學生在學校的實驗室進行科展研究,較能掌控學生的進度,主要因為校園內較為安全,並能隨時地進行討論指導,同學彼此間也較容易產生革命情感,增進同儕情誼。許多偉大的科學家,也是在條件極差的研究環境中,完成許多了不起的研究。個人認為應該鼓勵學生在沒有昂貴儀器設備下,想辦法解決問題,而不是提供學生最好的硬體設備。參賽隊伍中也有些學校師生利用簡陋的實驗室(實驗藥品不齊全、儀器老舊不靈敏),來做科展研究,經過一番努力同樣進入全國賽。由此可見良好的儀器設備並非決勝唯一的要素,過程中學生研究精神,才是值得讚賞與肯定的。 圖一參賽桃竹苗區科展競賽科展 圖二 參賽全國科展 當學生經過一連串的比賽甄選,被選為代表各縣市參加科展的隊伍之後,要如何在短短的幾分鐘內,讓評審瞭解作品的內容,我想學生的臨場表現完整且重點性表達才是關鍵。此時指導老師就顯得十分重要。先讓學生們練習將參賽作品,重點式整理成條列式大綱,經由自己的批判思考轉化成口語表達,再加以多次演練。然而實際操作之後發現其實最困難之處,不是在訓練學生如何表達與預知評審的提問內容,而是在成績公佈後,如何安慰學生被打擊的心靈。學生們在競賽過程中被評審指正、批評,或是競賽成績不如預期,學生可能出現傷心、難過、心情低落、挫折感、退縮的情緒。因此在報名科展競賽之前,就要開始打預防針,做好落敗的心理建設。因為科展競賽是評審短時間評分出來的成績,它是透過評審個別觀看學生作品書面資料及海報說明,有時多少會摻雜評審的主觀意識,我們真的難以掌控評審的審查標準與喜好。 […]
指導學生科學展覽和獨立研究的態度與方法 曾鶯芳 國立高雄師範大學附屬高級中學(退休教師) if1@tea.nknush.kh.edu.tw 其實,我比較喜歡稱「科學展覽」為「獨立研究」,因為獨立研究顧名思義就是研究者要有自己的想法,自己設計方法去解決問題,不是按照指導老師一個指令一個動作去完成研究。我更希望科展(獨立研究)不是只做一次或一屆,因為研究成果是無止境的,沒有做完之時,只有更深入發展的空間,如果能持以長期經營與持續不斷的研究態度,這對於研究者對研究主題及研究能力必定有更進步的瞭解與建立。 作者於教學之餘對化學之「探究與實作」甚感興趣,在退休之前曾指導過多位高雄師大附中學生進行校內獨立研究,並將其成果提出參加國內和國際科學展覽(詳見附錄) ,茲將本人指導學生科展與獨立研究之心得與經驗與各位化學界同好分享。 n 獨立研究流程 獨立研究有一定的流程,如圖1所示,並介紹各階段如下: 圖1:指導學生專題研究流程 一、 決定研究領域 研究主題的尋找需要先決定研究領域,不同型態的比賽所區分的領域各有不同。 (A) 全國中小學科學展覽會 ● 國中組和國小組,科別有:數學科、物理科、化學科、生物科、地球科學科、生活與應用科學科。 ● 高中職組,科別有:數學科、物理與天文學科、化學科、地球與行星科學科、動物與醫學學科(含微生物、生物化學、分子生物)、植物學科 (含微生物、生物化學、分子生物)、農業與食品學科、工程學科(一)(含電子、電機、機械)、工程學科(二)(含材料、化工、土木)、電腦與資訊學科、環境學科(含衛工、環工、環境管理)。 (B) 臺灣國際科學展覽會 ● 展覽科別有:數學科、物理與天文學科、化學科、地球與環境科學科、動物學科、植物學科、微生物學科、生物化學科、醫學與健康科、工程學科、電腦科學與資訊工程科、環境工程科、行為與社會科學科。 二、 收集分析資料 收集資料的方法如下: ● 找書本:包含教科書(如大學用書、教師手冊…等)、科學刊物及學術論文等。 ● 網際網路:由關鍵字及關鍵詞蒐尋開始;我最常請學生上「國立臺灣科學教育館」的「臺灣國際科學展覽會」及「全國中小學科學展覽會」網頁中觀摩「歷屆參展作品」,或「臺灣網路科教館」的「科展群傑廳」一樣可以找到歷屆科展的作品。甚或高階一點的尋找「國家圖書館」裡「資源查詢」中的「臺灣碩博士論文知識加值系統」。 ● 找專家:學校老師 (包括校內的科老師、大學教授等)、研究機構研究員(中研院、工研院、生技中心) 這階段的優勢條件是有強的外語能力。 決定研究領域之後,開始大量閱讀有興趣的文獻資料,慢慢縮小範圍至鎖定某一研究主題,然後搜集相關文獻資料以確立研究方向;如果在此階段一直無法鎖定研究主題,則必須回到上層(決定領域)重新來過。 三、 構想階段 構想階段主要的目的是決定進行研究的目的(為什麼做?)、稍微訂定研究的方向(大致的題目)(做什麼?)以及了解相關資源。 科展主題「創意」是重點,而創意有兩類:「主題的創意」與「方法的創意」。 四、 決定研究方向與進行實驗 這階段的目的是獲得實驗數據,步驟如下: ● 按「研究計畫書」的步驟進行實驗。 ● 由初步數據/結果 開始做判斷,並時時檢視實驗方法與假說是否要修正、實驗結果與目前的認知是否有出入,亦即要不斷地與實驗目的及架構做比對。同時每一實驗要有對照組且至少須三次重複,以確定結果的再現性。 ● 繼續資料蒐集與分析。 五、 整理數據 這階段儘量用“數字”說話(If you […]
高中教師指導學生科展參加2015 日本SSH生徒研究發表會過程及與會心得 劉曉倩 國立彰化高級中學 教育部高中化學學科中心 torrina01092002@yahoo.com.tw n SSH生徒研究發表會 當鮮紅的摩天輪地標映入眼簾,四周夾雜著巨型高樓與購物中心,沒錯,我們到達了大阪,一切彷彿是場夢境!六月底匆促參加高瞻精進計畫赴日申請,一次又一次地修改報告內容,7月18日赴健行科技大學參加行前說明會,了解日本舉辦超級科學高中(Super Science High Schools, SSH)生徒研究發表會(Student Fair,日文〝生徒〞即學生之意)的意義,最重要的是將此行論文發表與教授交換意見,教授砲轟的火藥味尚未散去,我們帶著忐忑的心情,背著筆電及待發表的海報,坐上飛機。 日本政府每年固定舉辦SSH生徒研究發表會,會場聚集日本各地的SSH學生以海報、簡報等方式介紹研究成果,自2011年開始日本科學技術振興機構(Japan Science and Technology Agency,簡稱JST)積極邀請世界各地高中生赴日與會,提升日本國民科學素養及訓練外語表達能力。筆者從入榻的凱悅飯店到會場,日本政府對受邀的九個國家都派有專業的領隊說明行程和帶領,時間掌握十分準確,同行的高雄市立瑞祥高中莊福泰主任觀察到,每個日本工作人員均有明確的職稱名牌,會場佈置、音控、攝影均十分專業,而且工作人員都有一本厚厚的計畫書,隨時掌握現場的作業情形。 n 參與過程 一、 開幕大會演講 2015年日本SSH生徒研究發表會會場全程是以日文為主,外賓都佩帶英文直譯耳機,展開序幕的是藤嶋昭教授,日本化學家,東京理科大學校長,也是東京大學特別榮譽教授之一,紫綬褒章獲得者。藤嶋昭被譽為光催化之父,他最著名的貢獻是與他的博士導師本多健一共同發現和研究了二氧化鈦的光催化性質和超親水特性。然而,此次大師演說內容與光觸媒並無直接關聯,主題從四月日本櫻花祭、牽牛花入夜後的變化…到蟬通常會將卵產在樹下,提醒學生留意大自然的變化,同時勉勵年輕人效法米開朗基羅耐心地在教堂屋頂作畫四年,而成就曠世巨作。演講中也提及加利略觀察入微,所以才能在浩瀚宇宙發現邱比特星和發明望遠鏡,而站在加利略肩膀上的牛頓發現萬有引力和彩虹,推向科學發展到另一個新的紀元。藤嶋昭教授將科學史娓娓道來,談到自己對造物者奇妙恩典的讚嘆,同時點燃自己對太陽能板研究的熱火。 現場英譯對專有名詞翻譯毫不含糊,而且用字十分精準。筆者實在很想將大師對太陽能板貢獻與我們發表的論文主題「植物色素染料敏化太陽能電池之效能分析」相結合,如此可使一般高中生對染敏太陽能電池的作用原理更易了解,但是筆者學生認為要將兩個主題結合已超過他們的能力範圍,而且又是以英文發表,因此只好捨棄這項建議,專心地做PPT報告。一整天的聽講,得到的心得是,日本學生PPT的製作十分精美,而且對於實驗原理和過程介紹淺顯易懂,此點與筆者學生想法差異甚大,筆者學生重視實驗結果的解釋及追求高深的知識領域,對於PPT和圖表製作並不很在意,此點也困擾筆者很久,所幸此次隨隊的楊智惠教授(見圖一)給予學生很多指點和建議,學生及時在發表會前一晚趕工完成所有內容的修改和整理。 圖一:楊智惠教授細心指導學生完成整份簡報檔批改,學生受益良多! 二、 臺灣學生發表 隔天發表會現場,除了來自日本各個學校的師生外,還有與我們一直很友善的新加坡團隊到發表會現場支持我們,學生一發表完,有一位新加坡老師談及筆者學生論文程度很優,英文表達十分流利。筆者的學生面對來自各國的師生侃侃而談科展內容,並大方邀請大家到美麗的福爾摩沙臺灣參訪,獲得如雷掌聲,反應十分熱烈!同時玉川學園教育部長藤樫大二郎先生(見圖二)詢問筆者的學生何時開始學習英文?他覺得臺灣的學生英文程度比日本學生明顯好很多,讚揚筆者的學生(見圖三)英文程度很優,並表示明年要到我們學校參訪。日本學生對科學實驗很認真,但對於英文表達及與外國人溝通的能力普遍不足,他希望藉由舉辦國際交流等大規模科展活動,提供學生更多練習英語的環境。 圖二:玉川學園教育部長藤樫大二郎先生與筆者和兩位學生合影 圖三:筆者學生面對來自各國的師生侃侃而談科展內容 三、 德國學生發表 交流會場十分熱鬧,其中以德國隊學生研發的視盲感測器最受歡迎!設計重點在於,一般盲人必須藉由感應棍棒才能自由活動,因此對環境的感受性較不敏銳。這幾位德國帥哥將安全帽改造成感測器(見圖四左和右),只要繫上感應腰帶,即使閉上眼睛走路,碰到障礙物時,馬上會在腰帶間感應到有一股電流通過,提醒視盲者前方有立體障礙物,必須避開,由於通過腰間的電流微弱,所以十分安全。這群充滿陽光笑容的德國高中生英文極佳,表達時思路清晰又善於推銷,除了貼心的視盲穿戴服務外,還會贈送德國經典的熊熊軟糖,無怪乎奪得最佳人氣獎! 圖四:德國學生協助日本學生體驗視盲感測器(左)和筆者體驗視盲感應器(右) 四、 新加坡學生發表 德國高中生的研究多以電腦為主,有些組甚至將廢棄的光碟片剪成小片,結合電腦程式改造成可以測金屬離子的光譜儀,十分厲害!新加坡的研究也是以電腦為主,其中以人腦操控機器人的研究最為吸引人;至於泰國的研究多以自然生態和環境科學為主,研究地質變化對生態環境的影響,他們多穿著傳統服飾,雖然英文口音很重,但是親切的笑容拉近了彼此的距離,而且紀念品十分特別,不是燒烤蟲蟲BBQ,就是串燒蚱蜢!一開始要入口時還真是要鼓足勇氣,不過因為辛香料味道很重,吃起來別具風味。 五、 韓國學生發表 韓國學生(見圖五)研究主要是以濟州島生態為主,研究當地植物被菌種寄生的分布情形,歐巴(韓文帥哥)年紀雖輕但風度翩翩,英文表達比東南亞國家清楚,而且只要是休息時間常看到他們埋首讀書,原來他們都是升高三學生,十一月就要大學入學考(等同臺灣的學測),韓國升學壓力比我們大很多,據他們表示,唯擁有高學歷才能被知名企業錄用,否則一輩子只能從事中低下階層工作。相較之下,雖臺灣重視升學,但從事的工作比較多元,家長也多半尊重孩子的就學意願,實在幸福很多。 圖五:韓國學生做濟州島生態研究 六、 泰國學生發表 透過科展交流,了解到不同國家在培育人才的用心,開闊了自然科學領域研究的廣度,在與一位泰國學生交談中,得知他住在一個很小很小的鄉鎮,沒有任何交通工具,每天要走兩個小時的路上學,所以他的研究主題就是用電腦定位周圍環境,利用數學算出小鎮裡一些常去地點最近的道路,報告過程中,他的眼神閃閃發亮,雖然講得很慢,但卻令筆者格外感動,心裡想的是自己國家的孩子是多麼幸福,然而幸福的孩子要珍惜自己受良好教育的機會,培養獨立自由的科學精神,將所學奉獻社會,這樣幸福才有意義呀! 七、 日本學生發表 日本研究的主題十分多元,令筆者訝異的是,地球和環境科學研究很多,其中來自沖繩的學生研究龍捲風的成因(見圖六),頗受評審青睞,不過現場做成的人工龍捲風式呈現圓錐形狀與一般的龍捲風恰相反,學生雖無法給予完整的解釋,但對於氣流成因解釋十分清楚,令人印象深刻。 圖六:日本沖繩高中生示範龍捲風的行程 至於筆者本身為化學專任老師,職業病使然,會場化學發表彷彿有魔力般,值得一再探訪,其中有秒表反應中反應速率的探討、日本銅雕藝術及簡易染敏太陽能電池的研究…等等,其中有一組是探討紅寶石的製作過程,利用燒結器控制反應溫度和時間,成功合成人造真寶石,雖然直徑大小只有0.1~0.2公分,但是閃閃發亮的單晶紅寶石令人感到挑戰而且心動,可惜現場並沒有準備紅寶石贈送給乖乖聆聽的聽眾。 八、 閉幕道別 發表會最後一天,從H區拆下海報時,生徒研究發表會已到終點,主席頒完與會證書,筆者與新加坡老師互道再見,互相交換的名片也許只是禮貌,但是活動期間能有機會與他國以華語交談,心裡覺得很溫暖,期待下一次的有緣。圖七是臺灣代表楊智惠教授領軍及全體師生合影。 圖七:臺灣代表楊智惠教授領軍及全體師生合影 […]