對科學教育現況的抨擊,並提出我心中理想的「科學素養課程」

已獲得來源授權——Understanding Science. 2017. University of California Museum of Paleontology. 3 January 2017 <http://www.understandingscience.org>.

根據普通高級中學必修科目「基礎物理」課程綱要,高中物理課程欲達成之目標如下:

、銜接國民中小學九年一貫課程自然及生活科技學習領域教材,進一步介紹物理學的基本知識,使學生認識一般物理現象的因果關係和其間所遵行的規律

、介紹物理學的基本精神及物理學的範圍,引起學生對大自然的好奇激發學生追求事物原理的興趣,同時使學生體認物質科學的發展對人類生活和環境的影響與其重要性啟發學生在科學創造及應用上的潛在能力

、藉由師生互動與實驗活動,養成學生良好的科學態度使其熟悉科學方法, 提升學生縝密思考、探索真理解決問題的能力

、基礎物理二 A 是以高一基礎物理教材為本,介紹力學的基本知識,使學生藉由力學得以認識物理學的基本精神與架構。基礎物理二 B 是以高一基礎物理教材為本,深入探索力學,使學生藉由力學得以理解物理學的基本精神及架構,培養學生定量分析能力奠定學生研習高三選修物理的基礎

看看這課綱,稍微思考一下,難免開始會懷疑瘋狂算習題有什麼意義?成天解數獨有什麼用處?如果我們願意給同學一個學期的時間,針對一個自然現象想方設法地認真解釋讓同學能自主產生自己的物理量定義」,這樣不是很科學嗎依據同學自己的經驗來形成自己的科學定義與理論這不正是我們最想培養的科學能力嗎


把考題出得那麼刁鑽究竟有什麼意義?

因果關係?有多少物理老師注意到所謂「科學解釋」之中的「因果意義」?有多少物理老師曾經想了解過牛頓力學中的因果角色?甚至曾特地花時間了解一下到底什麼是因、什麼是果?如果連老師本人都不曉得、也未曾嚴肅想過,那究竟是想教什麼物理現象的因果關係?

因為物體花 3 秒走 6 公尺,所以物體速度是 2 (m/s)。

因為物體受到外力,讓它從 0 (m/s) 加速至 2 (m/s)。

因為光的直進性,所以這物體的影子是這模樣。

因為畢氏定理,所以物體的影子這麼長。

到底什麼是因?什麼是果?科學解釋就是「原因」?我們究竟想教給同學什麼鬼東西?體認物質科學的重要性?這不需要物理啊,有 iPhone 等高科技產品就足以讓同學體認了。我一點也不覺得成天在教一堆雜技般的物理計算有什麼意義

後面的探索真理熟悉科學方法更是荒謬至極,看看同學們成天在問的是「怎麼解這題?」。把物理題目當作數獨在解,一直算很刁難的題目,究竟是有多少人從中體會到探索真理的最基本的推論過程?科學態度?整天算算算算算算算算算算題目,是能提升多少科學態度?

有必要把物理教得這麼廣嗎?我一點也不覺得應該讓公民知道強作用力與弱作用力。為什麼不針對牛頓力學教就好了?說穿了,這課綱根本就只是參考用。這課綱一點意義也沒有,一點也沒有指導教學方向的意義。如果我們教得簡單一點,而不要只是為了分配有限的大學錄取名額而出一堆「很有鑑別度」的無聊考題,讓所有同學真的都能從中學習到基本的推理,以及判斷哪個假設較合理,讓同學自己產出自己的物理量定義」,這樣不是很科學嗎依據同學自己的經驗來形成自己的科學定義與理論這不正是我們最想培養的科學能力嗎?我們不需要教得那麼難,只需要針對瞬時速度來好好教一次。花 1 個月時間來教教何謂極限、瞬時速度,讓同學慢慢去感受那些概念的精緻之處,讓同學去辯論為什麼應該與不應該這樣定義。我們可以花一個學期教運動學,接著再花一個學期接牛頓定律,而且只是教等加速度運動的情況。藉由牛頓定律的教學主題,我們讓同學徹底感受三大定律在生活中的應用。好好地花兩週時間畫各式各樣物體的力圖,好好地花兩週時間感受生活中各種動力學解釋。用牛頓定律解釋生活中大大小小的現象。

只要兩個學期,我們就可以讓同學真的學到更多更多的科學方法,而非那些擺在那裡,一直要人背起來,真的一點意義也沒有。就算你知道功與能量,但如果只是會背著用,而不知道為什麼動能會長那個形式,也不知道能量在哪裡,那真的是不僅學了也無助了解科學方法,同時也沒學到什麼物理觀念,只是一個會算題目的、訓練有素的 X 而已。

說到最後,有些教授就會抨擊。教這麼簡單,是要怎麼讀大學理工科?

那我就想反問了,所以高中教育是為了讓同學上大學理工科?憑什麼要為了大學教育而把應該用來培養公民素養、科學素養的高中教育,扭曲成現在這種鬼樣子?如果同學想上大學,請他高中畢業後再去進修啊。至於怎麼進修?你們各大學自己開銜接課程啊。開完課之後,自行測驗。通過者,就可以就讀你那間大學。如此一來作為把關公民素養公民素質的義務教育就不再會被大學教育綁架了

如何讓學生真正學會科學方法?

很簡單,挑一個自然現象,給同學們想方設法地自行解釋,不要他們查資料,就讓這些同學一起討論解釋。老師從旁引導,幫助他們分析各種論述、論證的前提與結論,幫助他們設計決斷實驗(crucial experiment),幫助他們抨擊彼此的理論。給予他們適當的數學工具,他們當下自覺需要什麼,就給予什麼。在這樣的輔助之下,在半年內,我相信勢必能誕生出對某個自然現象的解釋。

例如,請解釋東西往下掉時,會不會越來越重?

這樣的問題是不能夠給予已經被「理化教育洗腦」的同學來回答探討的,因為他們很可能無法跳出自己的思維範式(Paradigm)以思考這個問題。或者,我們也可以問:

請解釋為什麼有些東西會互相吸引,有些東西則不會?

要讓學生產出自己的科學理論並不是件容易的事。我認為教學者必須自身也熟悉許多科學理論的誕生歷程,只有這樣,才能夠從旁快速捕捉同學的思考圖像,從中給予同學們一些關鍵的問題,激發他們辯論與做實驗測試檢驗的慾望。

在此分享一個我先前於 Max Jammer 的《Concept of Force》讀到的段落,這是關於恩培多克勒解釋物體互相接近與遠離之現象的方法。

恩培多克勒的力概念,為了解釋出生與衰退、結合與分離,他認為有必要存在著兩種對抗力,一種是愛,一種是恨。愛恨與四大元素混在一起。不過,愛是作為一種和諧地將存在的各個部分連結在一起的連結力、束縛力。然而,當恨由外部侵入存在之球,愛被驅使到球心,並且四個元素開始互相分離,直到愛的膨脹的逆作用再度重演。恨的週期匯流,伴隨著愛的收縮,以及逆反應已被正當地解釋為對於世界是能夠呼吸的有機體的原始觀念的一種調整。對於醫學院院長而言,這是很自然的。他從身體的生理學推出宇宙的物理學。並且他最初的愛的原理可被視為早期的物理的吸引力的公式。作為一個自然主義者,他並不覺得需要尋找宇宙的心臟舒張與壓縮的力學解釋。至於對所有更早的希臘科學,動物有機體在原則上比任何人造機制都還要簡單,亞理斯多德仍然使用動物有機體的類比解釋力學,所以恩培多克勒的心臟裡的血液的順流與逆流先於生理學的邏輯類比。

當我們試著為自然現象提出解釋,並解釋由超自然、無法被自然驗證的解釋,進一步到在自然內部、本身的解釋時,我們就已經是在做所謂的科學了。在培養科學解釋能力的同時,我認為基本上就已經是在訓練、培養科學素養。其中包括了評估假說、評價假說、設計實驗、反省因果意義、回顧各種理論的優缺點,尋找支持某些理論的好理由(包含實驗結果)。如果上述一切還不是科學方法,那還有什麼才能是科學方法呢?我想,這大概是我心中最理想的科學素養課程吧。

關於 Ethan

我是高英倫,79 年次,桃園人,現居住於台北士林。台大物理系、化工系學士,目前即將就讀台大電子工程學研究所。自 2008 年開始擔任高中物理家教,現已接過至少 62 位家教學生。教過國高中數學、物理、化學與大學的普通物理學。我的研究興趣是物理史及其哲學,以及它們在科學教育上的應用。
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