2017年9月11日 星期一

經過提點以後,學生發問的品質其實會變好 (對理院科學營新生提問之回應)

櫻桃紅腿陸龜(Cherry Head Tortoise)的幼龜,圖片連結自:theturtlesource.com
今天早上有20幾位理學院各系新生參與生科系部份的科學營課程。我將這部份的課程分為三個時段:
  • 簡單聊聊科學是什麼?科技是什麼?基礎與應用科學是什麼?基礎科學的發展與分眾是什麼?生物科學又是什麼?最後回到一個核心議題,也就是科學方法中的現象觀察與提問又是什麼?總之,這個部份比較玄,因為沒有實際演練過的同學會難以把概念、理論、曾吸收聽聞過的知識與肉眼可見的現象結合在一起;
  • 實際參訪生科系的溫室。其實生科系(還有中山其它生物科學相關系所)的研究室都很有看頭。但因為人數多時間短,以及課程的目的是思索與提問,因此我還是把所有學生拉到溫室,讓他們瞭解從肉眼可見的現象到提問之間的距離是什麼;
  • 最後再把所有學生帶到會議室說明何謂精準的提問?我不期待也不需要學生問出一個超高級的問題(好比post-genomic era我們應該如何如何...),我只需要學生知道如何審視所提問題的原則,例如:(1) 是否為大栽問?(2) 現象與問題之間的距離是否太遠?(3) 現象是否根本不存在?以及 (4) 是否犯了人類本位主義的毛病?(包含以目的論來解釋所有的現象)。 

其實我覺得學生的反應和表現還不錯,也沒有亂寫。以下我把一上午收到的提問羅列如下,然後做一個總評:
  1. 魚類如何偵測障礙物的存在?
  2. 龜背芋的上層葉片為什麼都會裂開還有洞?下層卻沒有?
  3. 外溫動物需要定時取食?
  4. 皮卡丘是夜行性動物,但養在室內時因燈光經常開關會影響牠們的作息嗎?
  5. 熱帶雨林的底層植物的受光量應該較少,但在溫室中四面八方都能進光,是否會因此造成生長上的差異?
  6. 熱帶雨林中的降雨多半到土中,但是在溫室中噴水只會到止滑磚上,這樣能造成類似的溼度嗎?
  7. 為什麼有些葉片的葉脈是紅色的?這和生存有什麼關聯嗎?
  8. 如何判斷那些魚可以養在一起?
  9. 有一種植物的新芽有毛,這種結構的功能是什麼?
  10. 為什麼有些蝴蝶的正面與反面花紋不同?
  11. 紅腿與黃腿陸龜的顏色有什麼功能?
  12. 如果魚有肺,為什麼不會進水?
  13. 生物原本的日週期會因為飼養國家而改變嗎?
  14. 如果蝴蝶的視蛋白多樣性很高,是不是就因此可以因此開發出更好的感光元件?
  15. 為什麼不同種的龜會進行求偶行為?
  16. 為什麼水生龜的背甲表皮層會剝落但陸龜不會?
  17. 蜥蜴脫皮會從特定的位置開始嗎?

當然,我還是會看到一些意義不明,但並非出自亂問,只是因為稍微缺乏背景知識,好比說:
  1. 為什麼要把垃圾魚和斑馬魚養在一起?會影響斑馬魚的生存嗎?(因為黃金琵琶鼠可以處理殘餌)
  2. 魚缸裏為什麼要擺一堆有的沒的?(因為有些魚類需要躲藏)
  3. 有一種花的生長方向朝地面,這和它在熱帶雨林中有關嗎?(其實無關,因為非熱帶雨林植物一樣有那樣的花序)
  4. 鰭的多寡為什麼和泳速無關?(沒有,這不是一的由單一因素影響的議題,與鰭的數量沒有關係)
  5. 魚類的動與靜和結構有關嗎?(不是單一因素的貢獻)
  6. 為什麼會把蜥蜴和魚養在一起?(因為可以相安無事,而且在野地牠們也會遇到)
  7. 為什麼蝴蝶要動來動去?(因為牠是活的)
  8. 蝴蝶的花紋有力學上的功能嗎?(如蜻蜓的翅痣) (沒有)
  9. 有些植物為什麼要掛在天花板上?(那是附生植物)
  10. 為什麼在實驗室中養了昆蟲和魚類,但在溫室中養了爬蟲類和魚類?(因為管理需求)
  11. 烏龜為什麼要咬著石頭進水中?(那是飼料)

有幾位同學在提問中不約而同提到龜背芋葉片形態的多變,其中有一位提到葉型以及在雨林中的光合作用效能的關聯性。這個問題有什麼了不起呢?事實上龜背芋成熟葉片上的孔洞(fenestration)早在17世紀被歐洲植物學者所注意,但是一直到2013年才有一位印第安納大學的研究生Christopher Muir檢測了龜背芋葉面孔洞功能的假說。除了Muir,在前後幾年也有數篇論文檢驗同一現象的不同假說。這也就是說,過往學者所偵測到的現象,我們的同學現在也看到了。同學在2017年想到的假說,離該假說被檢驗的2013年也還沒有太遠。這也就是說學生並沒有那麼缺現象偵測的敏銳度,只是需要一些時間與意願來充實知識與技術。

整體上來說我覺得比預期得好很多。一來是學生沒有為了問而問,或是有一種交差了事隨便敷衍我的感覺。然後,過往請學生提問所出現的混亂感也降低了。更重要的是多數學生並不是生科系的學生,這表示其實非生科系學生仍然具備跨領域提問的能力,即使那個問題還不夠精確。此外,當學生還有一點學習動力,對知識還有一點熱情的時候,給予一些提點與示範,他們其實是真的可以做得還不錯。

2017年9月10日 星期日

適合課堂播放的動物多樣性與演化影集建議清單

BBC影集Life Story中的一個橋段
我一直想寫篇短文來介紹我認為不錯的,適合課堂播放的生態紀錄片或短片。感謝慈濟大學葉綠舒老師向我提到,是不是能提供一個建議清單給大學生看,尤其是通識或是跨院選修的學生。我就根據自己多年觀影的經驗給一個清單。我知道很多影視公司會寄型錄給各校,但是我坦白說那些公播版的DVD貴到沒有一個系買得下手,再加上上課的時間非常有限,所以一些時間很長的影片都無法在課堂上播放。

我挑選影片的考量如下:
  • 拍攝時間在15年內,不要太久,因為時間一久資訊就會過時,而且和課程根本接不上。你在放影片的時候可能根本就一直得插嘴訂正內容;
  • 沒有煽情的劇情,也就是說那個劇情灑狗血,偏離真實;
  • 影片內容的邏輯清楚,而不只是畫面與配樂的堆疊。

首先我要先介紹有關動物多樣性與演化方面的影片,而這些影片一般來說都可以買到DVD,也能在網路上找到一些合法的片段。
1. Charles Darwin and the Tree of Life:這部影片被譯為達爾文與生命之樹。這部片主要談的是以動物為敘事主軸的演化歷程,所以你不會看到原核生物如何成為真核生物的推測,或是大多數真後生動物(Eumetazoa)的分化歷程。這部片主要把重點擺在多細胞化、對稱性、神經與身體支持系統的產生,還有運動方式的演進。我認為最值得一看的是演化樹的呈現方式。雖然不是非常精準,但我認為很可觀。但是最重要的是在於這部片陳述了達爾文發表物種原始(The Origin of Species)之後所受到的抨擊,以其他與相關學者的關係。就科學史的角度來說是值得讓學生觀賞的。
2. Rise of Animals: Triumph of the Vertebrates:動物的興起,脊椎動物的勝利這部片也是我很喜歡的一部片。不過看這部片需要有一點古脊椎動物的底子,否則在提到帶羽恐龍、哺乳型動物的起源、或是無頷類脊椎動物的起源時會有些模模糊糊的。這部片帶進許多近期研究,例如中國學者徐星的研究在影片中,因此許多資訊是相對新的。
3. Miracle Planet:這是NHK發行的影集,應該有6集左右,被譯為地球大紀行。雖然已經是2004年拍攝的影片,但是這部片對於生命起源的假說著墨甚多。所以如果想要讓學生看生命起源或是演化證據之類的影片,可以參考這部。
4. 法布爾昆蟲記:這其實是台灣自製的影片,全部劇情則是根據法布爾當年的觀察,在台灣找到非常接近的昆蟲種類來呈現書中所提到的生態現象。就介紹昆蟲的多樣性來說算是非常不錯的一部影片。
5. Life in the Undergrowth:中文片名為灌叢下的生命。這部片聚焦於無脊椎動物,尤其是節肢動物與部份軟體動物的登陸、演化、多樣化與生態現象。部份畫面是在台灣高雄的茂林拍攝的。(DVD好像賣完了,但是網路上一定可以找到)
6. Life in Coldblood:也是BBC的影片,中文片名為冷血動物求生密技。這系列影片非常精采,細數兩生類與爬行類動物中許多有趣動物的行為生態。中文DVD也絕版了但是網路上應該還是可以找到資源。
7. Walking with Monsters: 與巨獸共舞是一部有三集的影片。這系列主要談的是四足類尚未登陸前的大型水生掠食者,然後四足類登陸以後所出現的大型掠食性兩生類與羊膜類動物。而且這部片花了一些時間討論哺乳類的前身,也就是合弓類動物的多樣性。算是相當少見,但對瞭解哺乳類演化是相當重要的影片。
8. 產房:這是公視紀錄觀點的影片,我一直覺得拍得很棒。如果對於頭足類動物的生態與產業想要一些瞭解,這是一部相當好也感人的影片。
9. Wonders of the Monsoon:季風下的奇蹟。我不確定是否還能買到,但網路上有。這部片主要是在討論受到季風影響的生態環境中的動物,不限分類群。可能是環節動物,也可能是節肢動物,也可能是脊椎動物。如果對喜馬拉雅、澳洲北部與婆羅洲的動物相有興趣可以看看這部片。
10. Attenborough's Birds of Paradise:大衛艾登伯格的天堂鳥。Attenborough研究天堂鳥有很長的一段時間,因此這部2015年出品的影集算是集結了BBC野生動物影片60年來有關天堂鳥的精華。雖然台灣沒有天堂鳥,但是因為天堂鳥動人出色的生態習性與多樣性,我認為也是吸引學生對鳥類提起興趣的一個起點。

另外無論國家公園與林務局都拍攝過很多不錯的單一動物生態介紹影片,所以也不妨到博客來的政府出版品專區購買。

2017年4月19日 星期三

Campbell Biology第11版(現在叫Biology, A Global Approach)究竟多了什麼新東西?

今天(4/19)下午偉明圖書公司送來普通生物學的新課本,Biology, A Global Approach的第十一版。雖然我不是一個經常需要依賴課本上課的人,但我還是對教科書如何能夠抓住科學進步的前線,並轉化成學生應當知道的知識感到有趣。

現在這種年代要編一本大家愛用的教科書真的很難,除了圖片要大張、要美、知識要新,寫得要清楚以外,還要有很棒的資訊繪圖、測驗題庫、延伸閱讀、教學與學習資源網頁,還要再搭上幾個相關app來促成"快樂學習"。有時候我都不知道搞得這麼忙究竟能不能促成深入學習,還是淺層體驗?(因為知識轉化中最難最需要的動腦的部份都幫學生做完了不是嗎?)

這個版本總共有56章,共被放置在8大單元中,依序為The Role of Chemistry in Biology、Cell Biology、The Genetic Basis of Life、Evolution、The Diversity of Life、Plants: Structure and Function、Animals: Structure and Function,以及The Ecology of Life。

這個架構其實在上一版就已經出現,而且是一個比較合理的結構。好比在遺傳單元就提到基因體演化,並且把行為生態學納入生態學部份 (過往留在動物的結構與功能中)。那這個版本有什麼新內容與變革呢?

根據這本書的自我介紹,以下是更新的內容:
  • 第一單元:加入極區海冰損失對於極區動物的衝擊、加入新的圖示來說明蛋白質的合成過程,還加上如何使用DNA序列來解決水產市場上的胡亂標示問題。
  • 第二單元:多半是加入新的圖片解釋LDL receptor的運作機制,以及C3與C4植物的光合作用途徑。
  • 第三單元:這個部份的變動較大,例如基因編輯、近代對遺傳性疾病成因的新觀點、以及加深表徵遺傳學的內容。
  • 第四單元:這個部份所加入的內容是有關基因交流的新圖片、氣候變遷對雜交的效應、還有探索生命起源的新進展,例如在實驗室中製造protocell的議題。
  • 第五單元:這個單元的變動應該是最大的。過去Campbell Biology最大的問題就是在介紹生物分類群多樣性一事遠遠落後演化學的進步。過去的課本在介紹完細菌與古菌以後,就跳進真核生物,把非植物、動物、真菌的生物通通掃進一個章節叫"Prostists",這是非常不合理的。因為Protists並不是一個單系群,而是一個垃圾桶。如果章節本身的區分不合理,是有可能誤導教師和學生以為"Protista"這個分類群還被承認。在這個版本中算是相對誠實反應當代研究的觀點。在人類演化的部份也加入近年發現的新種古人。

然而生物學的進展是非常快的,所以我上課時一定會介紹最新進展,與假說論證的過程,不會把任何一本課本的內容當成信仰背誦。