2018年9月5日 星期三

我打算怎麼上107學年度的普通生物學(一)上半部?

我經常解釋,為什麼中山生科的普生不從細胞開始上,然後為什麼我們未必會照著課本上。既然是新學期開始,那麼我就再解釋一次我為什麼會這樣設計課程,然後我期待這樣的上法可以達到什麼學習目標。

無論是國中或高中生物,陳述生物學議題的方式都是「從微觀到巨觀」,「從細胞到環境」,聽起來非常有系統性。但是對不起,我認為這樣的上課方式已經出問題了。不是這樣的知識陳述方式不對,而是許許多多的學生從學齡前到小學這段時間,就沒有養成足夠的觀察、提問、知識吸收、資訊查找的能力,國高中又唸了六年的懶人包,外加一些額外的知識填補,各位認為上大學以後再這樣上一次,就會得到生物學的知識架構與內容,並且因此產生自學與探索的動力,還有知識品味嗎?

我認為很難,而且難以養成發現與解決問題的能力。不是這種從微觀到巨觀的知識陳述順序有問題,而是他們在上大學之前應具備的能力不存在。

還有一種上課方式就是唸投影片,老師一再單方面地告訴學生很多的知識。學生只要坐著聽,欣賞老師的口才與投影片,外加一點笑話。那請問他來上課做什麼?上上課幫學生畫個重點,說會考喔~然後就去做做練習題。小考時出個50題英文選擇題,學生哀鴻遍野,最後到學期末再來個加分。但很有趣,學生會認為他學到很多。為什麼?因為這是他們早就習慣的學習方式,也就是被動被餵食,然後再催吐。

這就是修課的經驗,就算學生修過了,還是空的。因為學生就只是再經歷一次舊式的,早就習慣的學習方式。而這種方式我也試過了,成效不好。如果學生考試考得不錯,可能會讓老師有一種很會教的飄飄然感,但不會帶給學生後續的學習效應。

所以,我就不想這樣做了。所以啊~同學,我們就不會從細胞開始重講一次,然後你們就一直腦補啊腦補細胞的結構,其實你們什麼都沒看過,頂多只用亞甲藍染過口腔黏膜罷了。

那我打算怎麼上呢?我們把上課的順序倒過來,從你們肉眼可見的世界與尺度出發。你明明天天都在吃東西,為什麼會不知道食衣住行育樂中的生物學議題呢?所以不要再去腦補細胞模型了,因為你拿到一個真正的細胞也無法判斷胞器在那裏。我們重頭來過打掉重練好嗎?

上學期的普生(一)談博物學發展、系統分類學、演化、遺傳、行為生態、生態學、環境科學、氣候變遷這些議題的發展與知識。然後下學期的普生(二),就會從上學期所引發的問題進去微觀世界去談機制,也就是細胞學、基因體、生理、代謝、消化、循環、免疫、內分泌、神經傳導、物質交換啊等等。

最重要的是,不能讓所有的議題圍繞著人體轉,不能只談動物和植物,不要忘了生物世界有那麼多的「界」,只談幾種模式生物所衍生的知識,是不利於對生物學的認識的。

好喔,那麼由我負責的前九週要怎麼上?上什麼?以下是我的規畫:
  • 第一週:生物學的簡史、知識分眾過程、與其它知識領域的接觸、結合與分工、政治經濟與科技對生物科學各學門的影響。還有,那麼你認為你的日常生活中究竟有什麼議題與問題是生物學可以幫忙解決的?是那些問題呢?請同學提出來。所以呢,第一週的作業就是學習提問,而且要學著理解一個問題所涉及的各知識學門究竟有多少?
  • 第二週:博物學、大航海、殖民主義、系統分類學、物種大發現以及各文明對自然資源與生物多樣性的利用與記述上的差異。同學需要從這週起理解為什麼人類對其它生物的認識會從人、動物、植物,漸漸發展成更複雜的體系?
  • 第三週:神學、智能創造論、演化論的衝撞,以及遺傳學的興起:物種怎麼來?怎麼演變?課本上說的那些演化證據還是對的嗎?數學如何進入生物學?我們是否開始需要假說來解讀疑竇?從這週起,同學需要開始瞭解重要假說的形成與檢驗。
  • 第四週:族群遺傳學、分子遺傳和表觀遺傳,還有分子演化是什麼?如何協助我們瞭解演化、適應與性狀的產生?好囉,所以學生不能只知道Aa,還有染色體互換聯會這些事。我們要談如何知道現象與機制間的關係?那些猜測與假說是如何被檢驗的?
  • 第五週:如何重建演化歷史?重建了演化歷史可以回應什麼問題?我們需要再回到演化一開始的發想,如果演化事件已經發生了,我們如何推測過去發生什麼事?何時發生?基於什麼樣的理論我們可以進行什麼樣的推測?這時候數學與演算法又扮演什麼角色?同學需要舉出例子,告訴大家日常生活中有多少議題需要靠這些知識來回答。
  • 第六週:生命起源的多重假說與原核生物的世界:除了高中課本提過的假說之外,還有沒有其它的假說?原核生物只有細菌嗎?細菌的多樣性是什麼?古細菌又是什麼東西?
  • 第七週:真核生物的多樣性與演化架構:這邊就複雜了,我們要重新談胞器的形成、更複雜的內共生假說、真核生物起源的假說,還有真核生物究竟有多少類群?它們是誰?長什麼樣子?和我們有什麼關係?
  • 第八週:無脊椎動物的演化與多樣性:我們暫且簡短帶過真菌、黏菌、變形蟲界這些生物,直接進入動物的起源與多樣化歷程。我們要談談一些主要演化事件對現今世界所造成的影響,另外也要同學瞭解無脊椎動物的多樣性,與我們的關係。
  • 第九週:脊索動物的演化與多樣性:因為人是脊索動物的成員之一,因此我們當然需要瞭解胚胎發育的演化如何塑造出後口動物?而脊索動物又可能是怎麼來的?導致我們現存優勢的大腦、脊椎、四肢、肌肉又是怎麼產生的?如果有時間,我們要聊聊智人這個物種又是怎麼出現的?科技真的會影響人類的演化嗎?

至於真菌、泛植物、各層次的生態學議題、人類與環境的議題就會由張楊家豪老師接著上。

學生要做什麼準備?我們會有小考,也會有一些簡短的作業。所有的問題都是開放性的,需要大量查找資料的。但是許多同學恐怕連查找與閱讀資料的品味與能力都還不存在,因此這是我們在實驗課要教大家的。

如何評量?當然就是作業與考試成績,再加上與老師的互動。

我希望達到什麼樣的學習效果?很簡單也不簡單:
  • 能夠問出一個精準的問題,瞭解雕琢問題的過程
  • 瞭解從現象偵測、問題形成、假說產生到學說形成的過程
  • 知道如何解讀假說間的衝突與調合
  • 能夠自行組裝回應一個問題所需要的知識與技術來源
  • 開始得到精準查找資料的能力
就這樣,大家加油。

2018年8月25日 星期六

我打算怎麼上107學年度的普通生物學實驗(一)?

Rogelio Moreno Gill所拍攝的蕨類成熟孢子囊
這學期(107學年度第一學期)將是我第四次帶大一上學期的普生實驗。大家想像的普生實驗是什麼?學習使用顯微鏡?然後開始切片?開始走檢索表?抽DNA?測定ABC?解剖五四三?然後請問最後會得到什麼能力?對生物學更喜歡了?認識更清楚了?還是變成手工藝課呢?

其實我以前認為比較傳統的實驗課安排,也就是想一些三節課能做完的快速實驗,安排在整個學期的十幾週做一做並沒有不好。有些學生的確是可以從這樣的課程安排中自我組裝知識與經驗的。但是自從我發現,有更多的學生從小到大幾乎沒有做過真正的實驗與操作以後,我認為大學的普通生物學實驗就不能這樣安排了。

為什麼?因為學生根本不知道為什麼要上這些?為什麼要做這些?甚至不知道自己為什麼被稱讚?為何被罵?就算過了也過得莫名其妙。

因為我自己受不了了,所以我打算再次修改這門課的設計與上法。我的想法是這樣的。

課程的目標

由於從國小到高中的生物學教學時數相當少,並不被視為主科,且絕大多數新生幾乎沒有做過完整的實驗,也沒有寫過論說文與小論文,因此他們在入學時通常只有殘破的課本知識與考試經驗,會日常生活中無所不在的生物科學議題一無所悉,嚴重為害生物科學系(與相關科系)的教學與研究進度及品質。

為了改善此種荒謬的狀況,本課程擬以過去三年生科系改革普通生物學正課與實驗課教學方式的經驗,擬定新一波的教學改善方案,使大一學生能察覺日常生活中無所不在的生物學議題,由現象的確認與議題的釐清出發,甚至由公眾的誤解出發,進入較有結構的學習。

這門課的教學計劃以18週為時程規劃,內容包含三大部分:(1) 基礎邏輯與知識品味的錘鍊、(2) 科學素養與方法的練習,以及(3) 學生自行構想執行之專題計畫,並在最後一週以小型研討會的方式呈現最後的成果。我們希望這樣可以盡可能彌補多數學生在邏輯思維、知識結構、自我探索、技術學習以及與生活及產業連結的落差,並希望能因此稍微有利於他們在大學一年級下學期學習方式的改變,以因應高年級進階課程的執行。

十八週課程的主要議題
  1. 為什麼生物學無所不在?而且就在你的日常生活中?
  2. 操作一個實驗之前你應該要準備的功課 (不是讀實驗課本) 
  3. 日常生活中的敏銳度:現象的偵測與解讀 
  4. 日常生活中的”生物議題多樣性”:從你的三餐開始
  5. 何謂成立的問題?精確的問題?可回應的問題?為何某個議題會被大眾、決策與科學家認為重要?
  6. 假說、假設、預測、期望的差異與前提是什麼?
  7. 現象檢測與假說檢測型研究的差別
  8. 如何記載、度量與呈現現象?
  9. 眼見為憑 vs 抽象推測的差異
  10. 參數的決定與數學模型的建立
  11. 何時需要量化?何時需要質化?v
  12. 相關性 vs 因果性
  13. 基礎生物統計學的基本概念 
  14. 原始數據與統計數據的差異
  15. 數據與現象解讀的保守性、嚴謹性與開放性
  16. 合理的延伸應用與胡思亂想的差別
  17. 合乎科學要求的口語、文字與視覺傳達
  18. 期末小型研討會以及課程總檢討

這樣的內容設計是否需要跨領域?

學習所有領域的知識都需要跨領域,所以我認為不需要特別說明自己跨了什麼領域。由於這門實驗課的重點就是「由日常生活出發」,因此食、衣、住、行、育、樂,小至上廁所吃早餐,大至海洋酸化影響無脊椎動物多樣性,都是生物科學關注以及可參與的範圍。所謂的跨領域知能被我區隔為三個面相:
  • 生物科學內部的跨領域:例如「台灣獼猴的屁股為什麼是紅的」就同時涉及「生殖生物學」、「內分泌學」、「社會生物學」以及「動物傳訊與溝通」。
  • 生物科學與其它知識領域的跨領域:例如「台灣獼猴的保育地位降級是否會使農民痛下殺手」就會涉及「保育生物學」、「農業生產」、「地方行政」、「保育法規」幾個面相。
  • 學好生物科學所需素養的跨領域:學好一門知識不能只看看課本,依此要領操作一次。以「台灣獼猴為何如此重要」來說,就可涉及「18世紀起荷屬東印度公司的野生動物貿易」、「日治時期的山林與原住民管理」、「森林破壞與土地利用變遷」等歷史議題。而在比較人類對狗與獼猴的情感差異時,又會涉及「動物福利」與「心理學」。因此學好生物學,便需要瞭解大學之前所學到的語文、史地、數理地科、公民等課程的關聯性。這就是我設計這堂課的主要目的。

和以往的課程設計有什麼不同?

本課程主要的創新之處就是沒有創新,我以自己過往學習某些科目的挫折經驗,以及觀察自己與其它教授在教學上所感受到的挫折,在與國小、國中、高中老師與家長,加上學生社群討論之後而得到的想法,並於每一年開課時依學生的狀況調整作法。主要方式與策略為:
  • 不急著把老師想告訴學生的塞給他:多數學生根本不知道自己要做什麼,所以本課程希望在大一上學期,還算聽話的時候試圖再次引起他們的好奇心、對知識的熱情、對現象的敏感度,還有執行力。也就是說,他們在實驗課中所做的,都是為了回應自己的好奇,而不是執行老師的指令。
  • 不急著進行分組:由於很多學生在彼此不熟的狀況下被強行要求分組,因此在日後的分組作業上產生極大的問題。由於本人身兼大一的導師,所以會在導生活動時討論「分組的必要與不必要」、「如何調合衝突」、「領導與分工」以及「如何促進合作效率」這些議題。這有助於實驗課程的進行,以免在一開始分組,在期中考前翻臉而讓學習效果大打折扣。此外我也不強迫不喜歡與其它同學一組的同學分組,可允許一個人一組。
  • 花很多時間在日常生活中觀察、思考、雕琢問題品質與閱讀文獻:許多實驗課為了求快與成果,太快讓學生進入「操作階段」,因此使得許多學生誤以為生物學(科學)研究可以在不假思索下,直接進入操作。但這是有害教學發展的。因此在他們進行小型專題研究之前,他們需要花很多時間與教師與助教討論,把混亂的思維釐清後才能真正進入議題回顧、設定目地,以及實驗設計的地步。最重要的是,有些學生會捨近求遠,以為科學議題只存在實驗室,因此我們希望學生利用日常生活,以及中山大學校園與壽山的自然資源出發。
  • 不要只求高科技,而要瞭解點子怎麼來:我們的實驗進度不會只要求昂貴科技的介入,我最在意的是學生是否知道「當年的科學家為什麼會想到這個點子」,還有「課本上的經典實驗是否可被重現」。所以我們不要求學生在一知半解的情況下去讀「近5年SCI期刊文章」,而是讓他們嘗試追溯許多重要議題與假說的源頭,並試著重現當年的實驗 (例如小麥根系的生長可受磁場影響)。
  • 為印證自己的點子設計實驗:很多實驗課的設計只讓學生操作「某一個環節」就下課,學生根本不知為何而做?連實驗報告都是抄學長姐的。所以本系的普通生物學實驗自四年前開始進行「小專題」以後,沒有一組的題目是一樣的,但都是為了自己的好奇心而做。
  • 進行長期觀察與嘗試,而不是蜻蜓點水:生物科學領域的完整實驗都無法在短時間內完成或馬上看到變化。因此我們要求學生做小專題的時候,就是讓他們知道「原來一個現象要產生變化要好幾週」,「要培養出一批均質的實驗生物需要一個月」、「兩天內未必能觀測到降雨對生物的影響」。如果我們不要做那麼多蜻蜓點水的實驗,但能做少數完整的實驗,對學生的素質將有很大的幫助。
  • 請學生寫部落格與網誌練習寫作:多數學生在上大學之前,不管是應用文或論說文都沒有寫過,更別說是使用嚴謹語氣及用字的實驗報告。在這門課中,我一向要求各組學生需要寫網誌來記載自己的實驗經過、議題發想過程、資料閱讀心得還有小小成果。所有的網誌或部落格皆應公開,接受同領域師生的檢驗,讓他們一開始就覺得「玩真的」。此為目前升大四的一組學生在大一上學期所經營的網誌(https://bit.ly/2uqtlJ2),其部份內容曾經被科博館的特展所盜用,衍生一段小插曲。
  • 和學生一起把作業與報告要「改到好」:很多時候作業改完以後,學生得到一個分數就算了,我認為這樣不宜。學生在每兩週的進度報告中都要提出口頭與書面簡要報告,讓老師瞭解他們在表達(文字、口語、視覺)與科學概念上的問題,每一次都要改到好才能進行到下一階段,而不是到期末交出來產生大爆炸。
  • 學生自行設定評量標準:台灣學生最缺的就是對自己的瞭解,最多的就是對自己的誤解。因此我在這門課中一向讓學生自定評量標準與成績比例,但這是有前提的。第一,學生需要在一個月左右透過各種測驗、報告繳交與討論瞭解自己的強項與弱項。第二,設定成績比例原則是把弱項比重提高,把強項比重壓低,這樣才能看出自己是否在本學期有進步。
  • 分析分組小專題的「諸多角色」:什麼角色?就是在科學發展、技術發展、教育傳播、法規制度、產業研發、生活應用、與政府體制上的角色。很多學生都會太快希望自己所學「可以變現金」,但在真實社會中是沒有那麼快的。所以在這個課程上,我會花時間與他們討論如何勾勒一個生物科學議題與這些事務的遠近與關聯性,使他們能自行建立知識網絡,而不再是破碎的知識。

如何評量?

本課程將會使用的學習評良方法與證據如下:

  • 線上問卷結果
  • 小考
  • 進度報告 (包含進步的幅度)
  • 每週實驗操作的品質與態度
  • 課後討論
  • 小專題成果
我希望看到什麼成果?

學生要如何達成?這個問題其實應該是在學生身上,如果學生對學習已經沒有動力,那麼老師再怎麼彩衣娛親都是不會有用的。在這門課程中,學生若要能夠達到這門課的要求,其實應該要具備的態度與能力如下:
  • 走出室外與走進圖書館鍛練其觀察現象的敏銳度,也就是說不要只會划手機和坐在電腦前面。生物科學系的學生不可以這樣。
  • 習慣天天接收大量想看懂,又看不懂的新知。大多數的學生都是等待被餵食懶人包式的知識,所以如果沒有習慣天天都主動查找,與主動接收許多複雜、前瞻、具衝突性、精緻與嚴謹的資訊(資料),那麼他們就會很難進入這堂課。
  • 說得到做得到:有些學生就是嘴砲,在老師面前都說「好好好」,但其實什麼都沒做。由於生物科學實驗有時效性,所以他們必須要有即知即行的實踐力,否則很難完成實驗。
  • 把一件事做完整做到好的能力:我要求所有學生要全程參與,如果有同學偷懶,只負責裝可愛和買宵夜,還有假認真,這樣是不行的。
也就是說,我希望一個學期下來,學生能找回一點敏銳度、好奇心、執行力、對知識的品味,還有對自己的信心。

2018年2月2日 星期五

所以,在大一上就做專題會幫到學生還是找他們麻煩?

這是我第三次帶普通生物學上學期的實驗,也是第三次讓學生在大一上學期就直接製作專題。這三年來我有很多很多的感想,但是我現在無法以非常有條理的方式來說明所有的心得,但是我還是分享一下我觀察到的諸多問題,與可能的解方。先告訴大家,那些解方都不會出現在大學端。

第一次帶大一實驗課時,我就決定我不想要走傳統的實驗課安排方式,也就是第一堂介紹實驗室,接下來就是使用顯微鏡,看看玻片,接著整個學期都在"觀察"、"操作"與'跑台"中度過。我不是說這樣不好,但我認為這樣的課程安排方式對現在的學生來說已經失效了,你根本看不到什麼教學成效。做得好的同學通常就是因為手巧,或本來就很有興趣。所以他如果在課堂上做得不錯,就只是因為他的技術精進了。然而多數同學可能會很苦手,而且會覺得報告怎麼樣都寫不好,不知道助教究竟在刁難什麼。也就是說,這樣的課程安排,很可能無法真正啟發學生什麼,但只能篩選出手巧,還有本來就已經具備一些經驗的學生。

好吧,第一次帶實驗課就讓他們做專題。第一次似乎還算順利,所謂的順利是指:(1) 該班級原本就有些同學對生物真的很有興趣,而且自己動手做過一些嘗試,所以這類學生的存在就可以帶動班級的氣氛,可以促進一些思考上的激盪;(2) 我的指示和解釋都能夠輕易被了解;(3) 學生雖然在一開始的時候非常不適應,但是到接近期中考的時候就已經變得進入狀況。而且啊,第一年帶的學生還養成了寫部落格的習慣,記錄自己的學習經歷,我認為不錯。

但是我並不是沒有在第一次帶實驗課時發現一些狀況,例如,第一次學生的專題主題不是他們自己想的,而是我想好讓他們挑。他們挑選題目也不真的是因為有興趣,而是因為怕搶不到而亂挑一通,因此他們之所以可以順利完成靠的是自己的聰明,但我後來認為這種老師設定題目讓他們挑的方式,其實沒有達到我的教育目標。因為學生仍然只是在執行我的意志,我早就知道實驗方向是什麼,所以他們並沒有真的從觀察中發現問題。

第二次呢?我就改變作法了。這次我就不再給題目,而是要他們自己想題目。自己發現問題並找到解方才是每一個人的人生真實面對的情境。結果我發現,超困難的,超超超困難的。就算高中時參加過實驗能力競賽的學生也覺得迷惘。因為在高中的時候,很多科展的題目都是老師自己的興趣,或是copy別人創意的啊~ 那怎麼辦呢?由於有了第一年帶實驗課的經驗,我就開始放慢速度,以免到最後學生就算看起來有些學習成果,也是老師苦苦相逼勉強生出來的後果。老師看來得意,學生其實還是在勉強配合。

在第二年的時候我多做了什麼呢?一開始不要太快,先從科學邏輯和提問開始。然後再教他們如何查找資料與設計實驗。

可是啊,我發現問題還是好多。第二年的學生之中完全沒有一個對飼養動植物有任何經驗,所以他們根本不知道從現象的觀察到動手解決問題之間有多遠,也不知道如何為了做實驗而培養動植物(與其他生物)。解決之道就變得在拷貝第一年學生的經驗,但是又拷貝的不好。所以我認為第二年學生的學習成果其實沒有那麼符合預期。而且我發現他們自己問出來的問題非常需要被雕琢,因為有些問題真的好荒謬,而他們並不知道那樣的問題本身很荒謬。

進行到第三年了,我心想,我不要重蹈覆轍,因此我讓共同實驗的數目減量,但求每一個實驗都要做完整。而且在前六週幾乎都在磨練觀察、問問題、找資料、閱讀、比較觀點、如何量化與質化現象、問題數據與解讀之間的關聯性、合理製作圖表、還有參考文獻引用與資料品質判讀這些事。我連共同實驗的目標都改了。以前每一個共同實驗彼此之間沒有關聯,A做完就做B。但在第三年的時候,我決定讓實驗之間的關聯性更強一點,而且也想辦法回應學生的專題主題。


結果狀況有比較好嗎?哈哈,我覺得並不容易。因為問題在於「我認為要慢慢來學生才能學得會」,但是「弄得這麼細緻以後學生並不知道為何需要這麼龜毛」。有學生跟我說,他們以為「上實驗課就是依據指示操作一個流程,然後就下課了」,或是「努力做到標準值,如果沒有就覺得自己不夠好,失敗了」。這讓我開始想要好好瞭解國高中的實驗課究竟是怎麼上?在上什麼?然後為什麼學生的觀察、提問與閱讀能力這樣匱乏?

雖然第三年課程的進行沒有預期的順利,但是我覺得到最後還是有學生真的靠自己得到一些體驗,什麼樣的體驗?
  • 原來,從肉眼可見的現象連結到課本的知識這麼難
  • 原來,問出一個精確又有新意的問題這麼難
  • 原來,網路上有很多資訊是垃圾,要讀過很多垃圾才會知道什麼是相對好的
  • 原來,需要唸那麼多的書才能確定一個觀點的真偽
  • 原來,要確定一個題目的方向那麼不容易
  • 原來,有很多粗淺的想法一開始就會被打槍
  • 原來,提出假說與預測那麼難
  • 原來,記錄現象的方法那麼多
  • 原來,量化與質化現象那麼複雜
  • 原來,在科學實驗中做每一件事都需要有充足的理由
  • 原來,隨便在報告上寫一句話都需要合理的引用或引述
  • 原來,判斷那些是常識不需要引用,那些不算是常識需要引經據典沒那麼容易
  • 原來,控制變因沒有想像中容易
  • 原來,生物實驗並沒有那麼容易依人的期望操控
  • 原來,平均數、柱狀圖和折線圖根本不夠用
  • 原來,做好一個實驗需要那麼多的統計檢測
  • 原來,好好檢驗一個假說的真偽需要這麼多功夫

其實我覺得就算實驗結果並不如預期中理想,有這些經驗就算是達到上課的其中一個目的。那這個學期究竟有沒有出現什麼有意思的專題點子呢?我覺得其實是有的,而且也值得繼續探索。

有學生試圖討論黃金葛、小花蔓澤蘭還有珊瑚藤為何能成為入侵性植物,結果大多數的植物入侵性假說都未必適用,或難以檢驗。有學生想瞭解菟絲子對寄主發育成熟度的選擇,還拍的不錯的縮時影片。有學生學習使用google與社群平台來自行建構新的校園植物資料庫,也有學生想要重現一些經典的生理生態實驗。雖然在實驗操作與分組討論過程中風波不斷,但我相信這會是對日後學習(與人際關係)影響重大的回憶。

那第四年的時候我會怎麼做呢?我想我還會有新的作法,到時候再看看我們究竟能不能從大一上學期開始就改變學習的方法與面對知識的態度。

2017年12月16日 星期六

如果只有兩節課的時間上生態學,你可以怎麼上?

上課時數不足的問題不但只發生在國高中,連在大學都很困窘。最近有老師問我:「如果只有兩節課,你認為生態學要上什麼內容?」

好的,講到「生態」兩個字,你認為在腦袋會浮現什麼樣的「事件」、「議題」與「術語」?是什麼「北極熊無家可歸」?還是「食蛇龜走私嚴重」?或者是「美麗灣開發案」?其實我認為談這些都還太早,如果你面對的是一群「有上過學但什麼都不記得的學生」,他們最需要理解的其實只有三個重點:
  • 究竟什麼樣的事件與議題屬於「生態學」範圍?
  • 你的人生和「生態學」有什麼關係?
  • 如果你需要尋求「生態學見解」來解決人生難題,你可以怎麼做?
一般課本大致上會以如下的結構來陳述生態學的知識體系:
  • 生態學要覽
    地球氣候的變遷與變動
    氣候與各種生態系分布的關聯性
    生態環境的變動體系
    物種與環境之間的交互關係
  • 行為生態學
    刺激的接受與簡單及複雜行為的關係
    學習在連結經驗與行為間的角色
    對特體生存與繁殖成功與否的選汰如何解釋行為的多樣化
    行為演化的遺傳學基礎
  • 族群生態學與生活史特質
    影響族群動態的生物與非生物因子
    族群如何增長
    天擇與生活史特質的關係
    族群增長的調控
    人類族群的擴張
  • 群聚生態學
    物種的交互關係
    食物網與食物鏈的形成
    干擾如何影響物種組成與多樣性
    生物地理因素如何影響群聚多樣性
    病原如何改變在地與全球的生物群聚
  • 生態系生態學以及能量流動
    生態系中的物理與化學法則
    生態系中的能流與限制族群增長的因子
    取食階層間的能量移轉
    生態系中的生物、地化與水文循環
    如何復育退化棲地
  • 全球生態學與生態保育
    人類活動如何影響生物多樣性
    族群保育、族群規模、遺傳多樣性與棲地品質
    地景保育與永續利用
    人類活動對地球環境的影響
    永續發展與人類生活的關係
上面的子標題總共有28個,兩節課100分鐘的話,一個子題只能講3.5分鐘。不會吧?挑出一章來講?我認為也不對。好吧,如果你的時間真的不夠,而且看起來根本就像是一個環境教育場合,那麼我會建議這樣上課:
  • 事前收集學生對「生態」與「生態學」的概念以及自己最在乎的事。
  • 在上課前就要把這些問題整理好,先瞭解學生在生態學知識上的鴻溝與落差在那裏?他們可能根本不認為生態學與他有關,他可能會認為有關,但只是為了通過考試。總之,在課前把那些問題一一安排到真正的生態學知識架構中。
  • 在課前找好你認為最具議題說明性的影片,一個片段只要3-5分鐘就好。其實很多國家地理頻道或BBC的影片都非常適合在3-5分鐘內呈現一個議題。
  • 開始上課了。在學生面前示範你如何把這些議題一一歸納、梳理,並與專業生態學研究社群的想法安排在一起。告訴他們他們「已具有的知識基礎」與「有待填補的知識落差」在那裏。這時候就開始依據他們提出來的問題安排課程的行進。假使所有學生的問題被歸納成9大類,那我們就只要談那9個問題。當然還要依據學生的程度來決定知識深度。理想上來說,我希望能夠談到每一個議題的「現象」、「問題」、「假說」、「檢驗與研究的方法」、「現今科學界的一般看法」還有「與日常生活相關的應用性」。也就是說不只要談「what」,還要談「why」與「how」。

    我舉個例子來說,假設(雖然不常見)有同學提到:「新聞上說台灣在未來就沒有魚了,是真的嗎?」這時候我需要準備的議題就有:

    食物鏈、食物網、生活史特質、海洋生態系、養殖vs捕撈漁業的成本、代價與利益、過漁如何影響魚類生殖與族群規模、海鮮文化vs海洋文化。

    我還要適時插入一段「魚線的盡頭」讓大家有感,當然還是要談在實務上永續海鮮選擇的重要與困難。這樣講完一段大概就要10-15分鐘。但已經涉及了族群、群聚、保育與永續的議題。
我認為課程就算再短都沒關係,重要的並不是可以塞入多少知識,然後單向告知「這很重要」。我也不認為應該要馬上來個測驗來顯示自己的教學有多立竿見影。我認為比較重要的是,如何誘發學生對日常生活的觀察能力,進而在接收知識與技術以後產生自學的動力,最後可能參與社會與世界的改造。當然這不會只有老師單方面的責任,但若要在短時間內上好一門課,的確需要多做一點事前的準備,這樣才能善用那僅存的兩小時。

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。