成為科學(xué)家

劉子健

活動(dòng)的設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)

不少學(xué)生為考試成績(jī)好而背誦歷屆考試題目標(biāo)準(zhǔn)答案，加上教科書(shū)的內(nèi)容枯燥乏味，學(xué)生根本未能真正享受學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程，縱使他們最后可能獲得高分，但因?qū)W習(xí)沒(méi)有結(jié)構(gòu)及挑戰(zhàn)性，他們的科學(xué)素質(zhì)及科學(xué)探究表現(xiàn)與成績(jī)不成正比。綜觀香港的教育制度，無(wú)論是舊學(xué)制還是新高中的學(xué)生們，成績(jī)達(dá)到特定的要求便能考取大學(xué)，加上現(xiàn)時(shí)新高中課程范圍太廣，學(xué)校教學(xué)時(shí)數(shù)又不足，教師們只好著重于教授學(xué)科知識(shí)、考試技巧及與校本評(píng)核有關(guān)的內(nèi)容，無(wú)疑忽略了情操的培養(yǎng)。有鑒于此，本人通過(guò)“成為科學(xué)家——科學(xué)本質(zhì)的探究”設(shè)計(jì)一系列教學(xué)活動(dòng)，配合新高中生物學(xué)課程，讓授課更有意思，培養(yǎng)學(xué)生成為科學(xué)家的正確態(tài)度并了解科學(xué)的真正本質(zhì)，使學(xué)生成為科學(xué)的終身學(xué)習(xí)者。

科學(xué)本質(zhì)（Nature of Science，下文簡(jiǎn)稱為NOS）一般來(lái)說(shuō)是指關(guān)于科學(xué)是什么、科學(xué)如何運(yùn)作、科學(xué)認(rèn)識(shí)論和本體論的基礎(chǔ)是什么、科學(xué)家如何在社會(huì)制度下運(yùn)作及科學(xué)與社會(huì)的關(guān)系的定義與討論。了解NOS已經(jīng)被公認(rèn)為科學(xué)教育的宗旨之一。綜觀不同國(guó)家和地區(qū)的科學(xué)課程已經(jīng)將NOS列為宗旨，而且香港的新高中科學(xué)課程亦已重視教授NOS。由此可見(jiàn)，教授NOS反映世界科學(xué)教育的趨勢(shì)，因此它有必要在科學(xué)堂里教授。

活動(dòng)內(nèi)容

關(guān)于恐龍滅絕

現(xiàn)行課本中大多只是簡(jiǎn)單描述恐龍滅絕的原因，甚至只提及一兩個(gè)假說(shuō)就沒(méi)有交代下去，故教材設(shè)計(jì)上詳細(xì)地解釋4種假說(shuō)，讓學(xué)生可全面地了解恐龍滅絕的真相及其原因。

本活動(dòng)要讓學(xué)生明白科學(xué)家運(yùn)用各種科學(xué)方法提出恐龍滅絕的假說(shuō)，目的是從多方面了解恐龍滅絕的原因。讓學(xué)生了解考古學(xué)研究涉及搜集數(shù)據(jù)、根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯推理以提出假說(shuō)和以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄框?yàn)證假說(shuō)是否成立。讓學(xué)生明白在確立恐龍滅絕的原因時(shí)，往往需要不同領(lǐng)域科學(xué)家的通力合作。讓學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)源自于系統(tǒng)的科學(xué)研究，研究過(guò)程包括提出假說(shuō)，以設(shè)計(jì)縝密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說(shuō)，以及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而得出可靠的結(jié)論。

關(guān)于細(xì)菌與潰瘍

以前大部分人認(rèn)為潰瘍是由胃酸過(guò)多而引起的，但是本活動(dòng)的教學(xué)通過(guò)巴里·馬歇爾與羅賓·沃倫（2005年諾貝爾獎(jiǎng)得主）共同發(fā)現(xiàn)胃潰瘍是由細(xì)菌引起的事實(shí)，分析運(yùn)用適當(dāng)儀器、大膽假設(shè)、小心求證的重要性。

這個(gè)活動(dòng)要讓知道在確立某種傳染病的病因時(shí)，往往需要如微生物學(xué)、病理學(xué)、組織學(xué)及臨床研究等不同領(lǐng)域科學(xué)家的通力合作。讓學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)源自于系統(tǒng)的科學(xué)研究，研究過(guò)程包括提出假說(shuō)，以設(shè)計(jì)縝密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說(shuō)，以及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而得出可靠的結(jié)論；明白好奇心是驅(qū)使科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的動(dòng)力之一。

遺傳物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)

在本活動(dòng)中，學(xué)生將會(huì)細(xì)察幾位遺傳學(xué)宗師的研究足跡，分析偉大的科學(xué)研究背后的成功因素，并體會(huì)這些科學(xué)家為有關(guān)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)所付出的努力，讓學(xué)生宏觀地分析遺傳物質(zhì)了解的改變，從中學(xué)習(xí)科學(xué)的本質(zhì)。

通過(guò)這一活動(dòng)，學(xué)生會(huì)明白，科學(xué)理論會(huì)隨新證據(jù)的出現(xiàn)而演進(jìn)。例如，當(dāng)支持DNA才是遺傳物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)出現(xiàn)后，科學(xué)家便推翻了蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的理論。從門(mén)德?tīng)柼岢龅倪z傳定律，以及華生和克里克提出的DNA反向平行雙螺旋結(jié)構(gòu)等例子中，學(xué)生要明白在科學(xué)家建構(gòu)理論的過(guò)程中，數(shù)據(jù)分析和想象力同樣重要。從門(mén)德?tīng)栄芯窟z傳定律的過(guò)程中，讓學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)源自于系統(tǒng)的科學(xué)研究，研究過(guò)程包括提出假說(shuō)，以設(shè)計(jì)縝密的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說(shuō)，以及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而得出可靠的結(jié)論?；顒?dòng)還讓學(xué)生明白科學(xué)的局限性，科學(xué)家在某些領(lǐng)域的討論，不一定能提供明確的答案，例如DNA技術(shù)所引發(fā)的道德倫理問(wèn)題；明白人類基因組計(jì)劃得以高速發(fā)展，有賴于世界各地的科學(xué)家攜手合作、分享并檢視彼此的科研成果。

淀粉酶活性實(shí)驗(yàn)

通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，同學(xué)應(yīng)了解淀粉酶的活性會(huì)受溫度、pH值及抑制劑影響；能分辨及處理實(shí)驗(yàn)中的各變量，明白各變量的意思；掌握及體會(huì)嚴(yán)謹(jǐn)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)步驟的重要性；了解科學(xué)家觀察的特質(zhì)及重要性，什么是假說(shuō)及假說(shuō)有什么特質(zhì)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)測(cè)的重要性，做實(shí)驗(yàn)的目的及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的技巧；理解自變量、因變量、控制變量等概念；了解實(shí)驗(yàn)結(jié)果推斷的技巧及意義和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的性質(zhì)及其嚴(yán)謹(jǐn)性。

開(kāi)展此活動(dòng)時(shí)，淀粉酶及淀粉溶液的濃度需要在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前先測(cè)量，因?yàn)榈矸勖富钚约暗矸鄣臐舛葧?huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度及觀察顏色變化。應(yīng)要求學(xué)生在使用淀粉酶及淀粉溶液前將其攪拌均勻，以免影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。碘液容易被空氣氧化，故應(yīng)建議學(xué)生需要時(shí)才使用。

鮮菠蘿粒果凍不能凝固的實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)一個(gè)生活化的情境，讓學(xué)生親身體會(huì)其情境后，然后大家互相討論并提出多于一個(gè)假說(shuō)解釋鮮菠蘿粒的果凍不能凝固的原因，然后同學(xué)針對(duì)其中一個(gè)最有可能的假說(shuō)進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)除了使用鮮菠蘿粒，設(shè)計(jì)上還加入不同種類的水果，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)本身的難度及挑戰(zhàn)性。

學(xué)生可自行決定使用實(shí)驗(yàn)儀器的種類及數(shù)目，讓他們有較大的空間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮創(chuàng)意。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)會(huì)分辨及處理實(shí)驗(yàn)中的各可變因素，明白各因素的意思。

蘋(píng)果去皮后為何變?yōu)樽厣?/p>

設(shè)計(jì)一個(gè)生活化的情境，讓學(xué)生親身體會(huì)其情境后，然后大家互相討論并提出多于一個(gè)假說(shuō)解釋新鮮蘋(píng)果去皮后其表面為何馬上變?yōu)樽厣缓笸瑢W(xué)針對(duì)其中一個(gè)最有可能的假說(shuō)進(jìn)行探究。新鮮蘋(píng)果去皮后其表面馬上變?yōu)樽厣倪^(guò)程很快，故需提醒學(xué)生注意，免得同學(xué)在蘋(píng)果出現(xiàn)棕色時(shí)誤以為是實(shí)驗(yàn)結(jié)果而影響推論的正確性。

切洋蔥誘發(fā)流淚

設(shè)計(jì)一個(gè)生活化的情境，讓學(xué)生親身體會(huì)其情境后，然后大家互相討論并提出一個(gè)以上的假說(shuō)解釋切開(kāi)洋蔥后學(xué)生眼睛感到不適而不斷流淚的原因，然后同學(xué)針對(duì)其中一個(gè)最有可能的假說(shuō)進(jìn)行探究。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)有一定的挑戰(zhàn)性及難度，要求學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)、細(xì)致。做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，切開(kāi)洋蔥后學(xué)生眼睛可能會(huì)感到不適而流淚，故一定要要求學(xué)生整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中佩戴護(hù)目鏡。