.基隆高中專任教師;.臺(tái)南大學(xué)材料所科學(xué)教育組;.成功大學(xué)航天系教授 何崇德 彭上吉 景鴻鑫
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推行科學(xué)普及教育之行動(dòng)研究——以“成大論箭”為例
1.基隆高中專任教師;2.臺(tái)南大學(xué)材料所科學(xué)教育組;3.成功大學(xué)航天系教授 何崇德1彭上吉2景鴻鑫3
本研究對(duì)推行科學(xué)普及教育提出運(yùn)作方法,以科普活動(dòng)——“成大論箭”為例,藉“行動(dòng)研究”來(lái)探討推行科普教育所面臨的問(wèn)題,以做通盤(pán)的研究與討論。初步研究結(jié)果:可將現(xiàn)今科普教育的質(zhì)量作提升,并真正達(dá)到科學(xué)教育普及化的目標(biāo)。
實(shí)驗(yàn)火箭、成大論箭、行動(dòng)研究
科學(xué)是人類運(yùn)用高度智慧,來(lái)處理生命和生活之各種問(wèn)題所須的思考方法、過(guò)程與表達(dá)方式[1]。如果以學(xué)科來(lái)分類,科學(xué)的范疇?wèi)?yīng)該包括了數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物及地球科學(xué)。然而,在科學(xué)知識(shí)與社會(huì)需求之間,卻有一個(gè)很重要的橋梁——技術(shù)應(yīng)用。
回顧一下人類的歷史,人類的活動(dòng)能力,主宰了歷史發(fā)展的軌跡。在人類的活動(dòng)能力僅限于陸地時(shí),一個(gè)民族或國(guó)家的興盛與否,取決于這個(gè)民族或國(guó)家是否“兵強(qiáng)馬壯”。然而,陸地的面積,也只占地表面積的30%,在無(wú)法滿足人類對(duì)未來(lái)的無(wú)限想象與渴望的時(shí)候,人類的活動(dòng)能力也慢慢地從陸地轉(zhuǎn)向了大海。此時(shí)“兵強(qiáng)馬壯”已經(jīng)比不上“船堅(jiān)炮利”,陸權(quán)時(shí)代的霸主也得向海權(quán)時(shí)代的霸主低頭了。隨著人類可以駕駛著飛機(jī)飛上青天,毫無(wú)限制的悠游遨翔于整個(gè)地球表面之上,而航天科技正是所有現(xiàn)今高科技的結(jié)合體。
中華民族常引以自豪的四大發(fā)明——“指南針、造紙術(shù)、印刷術(shù)及火藥”中,其中結(jié)合造紙術(shù)與印刷術(shù)所出來(lái)的“書(shū)”,就讓所有的科學(xué)知識(shí)與技術(shù)應(yīng)用有了可供經(jīng)驗(yàn)傳遞的工具?;鹚幍陌l(fā)明讓人類能擁有自然界里強(qiáng)大的力量,而能把這個(gè)力量掌握到極限,就可以橫行無(wú)阻。
除了上述科技之外,其它如信息科技與生物科技也正在快速的發(fā)展中,這些科技的發(fā)展,正在無(wú)聲無(wú)息地改變?nèi)祟惖纳鐣?huì)發(fā)展,甚至已經(jīng)開(kāi)始領(lǐng)導(dǎo)人類社會(huì)的走向,因?yàn)椋骸翱萍嫉陌l(fā)展到哪里,人類的未來(lái)就在哪里”。
“教育”就是為了傳遞經(jīng)驗(yàn)與延續(xù)文化,任何一項(xiàng)科技,缺乏有系統(tǒng)的傳承與普及,就無(wú)法累積而繼續(xù)提升。
中國(guó)人發(fā)明的火藥,透過(guò)阿拉伯人在14世紀(jì)初傳入了歐洲,受到極欲發(fā)展海權(quán)的歐洲王室的重視與支持,不停地透過(guò)研發(fā)與改進(jìn),做品質(zhì)上的提升,這讓歐洲王室成為軍事強(qiáng)權(quán),進(jìn)而用這股力量強(qiáng)行敲開(kāi)了中國(guó)封建社會(huì)的大門(mén)。
中國(guó)人的醫(yī)學(xué)發(fā)展自成一格,歷朝歷代都有名醫(yī)與名著,東漢的華陀就能以“麻沸散”實(shí)行全身麻醉而進(jìn)行腹腔手術(shù),西方醫(yī)學(xué)整整晚了1600年才有此醫(yī)療技術(shù)。西方醫(yī)學(xué)的發(fā)展,并沒(méi)有受到中醫(yī)的影響,雖然起步較晚,但其現(xiàn)況卻大幅領(lǐng)先中醫(yī),而成為世界醫(yī)療主流[2]。
由火藥和中醫(yī)的例子,就可以看出科技教育的重要,中華民族的社會(huì)對(duì)于科技教育的漫不經(jīng)心與毫不在意,讓中國(guó)人在世界科技史上有機(jī)會(huì)上臺(tái)表演開(kāi)場(chǎng)白,卻不能成為主角。只著重發(fā)展科技,而無(wú)發(fā)展科技教育,則所有的成果都只會(huì)是曇花一現(xiàn),徒留后代子孫作為“引以自豪的發(fā)明紀(jì)錄”罷了。
臺(tái)灣地區(qū)中等學(xué)校的教師,在面對(duì)學(xué)生與教材之間,常常要去思考,我們?cè)摻虝?huì)學(xué)生什么樣的教學(xué)內(nèi)容;尤其是遇到科學(xué)類科的課程時(shí),一定會(huì)遇到學(xué)生的質(zhì)疑:“為什么要學(xué)這些?除了為了要參加升學(xué)考試之外,我們找不到其它需要學(xué)習(xí)這些內(nèi)容的地方”。
考試真的是教學(xué)的最終目標(biāo)嗎?為了考試爭(zhēng)取高分,學(xué)生被訓(xùn)練能夠迅速又正確地寫(xiě)出標(biāo)準(zhǔn)答案,但是他們了解題目的意義嗎?學(xué)生往往只在乎“解題步驟”的多寡和“答案”是否正確。
“黑板教學(xué)”與“紙筆測(cè)驗(yàn)”是目前校內(nèi)科學(xué)教育的主流,這讓許多理化實(shí)驗(yàn)課及生物實(shí)驗(yàn)課被忽略,甚至根本沒(méi)有進(jìn)行。其實(shí),經(jīng)由實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作,學(xué)生原本可以培養(yǎng)其觀察能力,進(jìn)而學(xué)習(xí)到歸納與整理的科學(xué)精神;但缺乏實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作,卻因此扼殺了科學(xué)教育中最重要的“創(chuàng)作性”訓(xùn)練。中學(xué)理化教育僵化、教條化,“可以使我們一般勞動(dòng)力提高,雖然它損及最高百分之十頂尖人物”[3]。
依Maslow的分類,學(xué)習(xí)可分為兩類,一是“無(wú)意義的學(xué)習(xí)”,此種學(xué)習(xí)通常指一些枯燥、易遺忘、與自身無(wú)關(guān)的教材的學(xué)習(xí)。另一種是“有意義的學(xué)習(xí)”,或稱為“經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)”,此種學(xué)習(xí)包含了思考與情感,個(gè)人能深刻體會(huì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義,且不易遺忘[4]。科學(xué)類科的主題,既然都是與生活相關(guān),且頻繁出現(xiàn)的現(xiàn)象,科學(xué)類科的學(xué)習(xí)就應(yīng)該是有意義的、愉悅的學(xué)習(xí),而不是為了考試的無(wú)意義學(xué)習(xí)。
為了讓中等學(xué)校學(xué)生重拾對(duì)科學(xué)學(xué)科的興趣,部分中學(xué)教師只能在學(xué)校內(nèi)積極鼓勵(lì)學(xué)生去參與校外的科學(xué)活動(dòng)。請(qǐng)參考以下實(shí)際案例:
1988年,成功大學(xué)航天系景鴻鑫教授在該系大一的“航天工程概論”的課程中,將“固態(tài)藥柱火箭”的設(shè)計(jì)與制作規(guī)定為期末成績(jī)的評(píng)比項(xiàng)目。在僅提供固態(tài)火藥藥柱前提下,學(xué)生需自行分析、設(shè)計(jì)與制作一枚火箭,最后將火箭發(fā)射升空,依結(jié)果來(lái)評(píng)分。此一題目既可以練習(xí)火箭的空氣動(dòng)力學(xué)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定,又可以了解什么叫設(shè)計(jì),也可以避開(kāi)較危險(xiǎn)的部分——火藥。同時(shí),在此過(guò)程中,一些分析與計(jì)算勢(shì)必要用到計(jì)算機(jī)來(lái)輔助,又可以初步掌握計(jì)算機(jī)這個(gè)利器的運(yùn)用,可謂是相當(dāng)適合作為教育訓(xùn)練的一個(gè)課題,于是在航天系內(nèi)一連做了好幾年,反應(yīng)都很不錯(cuò)。
1990年,臺(tái)灣地區(qū)第一次舉辦資優(yōu)國(guó)中生航天科學(xué)研習(xí)營(yíng),景教授為此重新規(guī)劃整套適合中學(xué)生的課程,在只提供固態(tài)藥柱的前提下,讓中學(xué)生能初步了解一些基本的原理,利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助設(shè)計(jì),并實(shí)際動(dòng)手制作,最后再親自將火箭發(fā)射升空。剛開(kāi)始僅只是抱著嘗試的態(tài)度,后來(lái)證明連中學(xué)生反應(yīng)也普遍都很好,于是將此課程在臺(tái)灣各地區(qū)進(jìn)行推廣,都十分順利。
1995年,此一活動(dòng)改為全省性的高中實(shí)驗(yàn)火箭設(shè)計(jì)大賽,期望以增加競(jìng)爭(zhēng)性、榮譽(yù)感的方式,來(lái)推展航天科技。目前已舉辦過(guò)十三屆了,首兩屆仍然是以研習(xí)營(yíng)的方式進(jìn)行,透過(guò)學(xué)校推薦學(xué)生,集中到成功大學(xué)來(lái)。先進(jìn)行課程教學(xué),再進(jìn)行比賽。
第三屆(1997)開(kāi)始更改比賽方式,采取完全開(kāi)放的作法,自由報(bào)名,只要想?yún)⒓拥亩寄軄?lái),臺(tái)灣地區(qū)的每一位高中、高職在學(xué)學(xué)生,只要報(bào)名,即可參加比賽。報(bào)名之后,隨即郵寄設(shè)計(jì)手冊(cè)與設(shè)計(jì)軟件給報(bào)名者,由報(bào)名參賽者根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)自行設(shè)計(jì)自己的火箭,自行購(gòu)買(mǎi)相關(guān)材料制作。到比賽當(dāng)日,直接攜帶火箭到臺(tái)南成功大學(xué)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)比賽。到了現(xiàn)場(chǎng),統(tǒng)一由主辦單位發(fā)給火藥藥柱,裝填上火箭后即依序發(fā)射比賽。由于在設(shè)計(jì)與制作的過(guò)程中,必然會(huì)遭遇到困難,主辦單位就在各地分別舉辦“賽前說(shuō)明會(huì)”,解答一切疑難雜癥,并進(jìn)行升空示范,以協(xié)助參賽學(xué)生,讓他們做出更好的火箭,得到更好的成績(jī)。
要主辦一個(gè)科學(xué)競(jìng)賽的基本要素有三個(gè):①設(shè)定比賽規(guī)則;②提供競(jìng)賽所需的場(chǎng)地與設(shè)備;③公正的裁判。但要如何讓參賽者對(duì)這個(gè)競(jìng)賽有強(qiáng)烈的參賽意愿,所牽涉的層面就非常廣泛了。
首先,主辦單位一定要有足夠的經(jīng)費(fèi)來(lái)舉辦,但有了足夠的經(jīng)費(fèi),并不代表這個(gè)競(jìng)賽能舉辦的有預(yù)期的規(guī)模。最重要的是如何讓比賽的信息,正確且迅速的傳送到有“潛在參賽意愿”的參賽者的生活中。
在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)并不普及的時(shí)代,印制活動(dòng)海報(bào)寄送到學(xué)校張貼,或是尋求報(bào)刊雜志贊助刊登,都是可行的方法。以“成大論箭”為例,從第三屆開(kāi)始,透過(guò)上述的方法做宣傳,報(bào)名人數(shù)就逐年增加,第三屆(1997)大約100位,第四屆(1998)大約200位,第五屆(1999)大約300位。如果以這樣的趨勢(shì),第六屆(2001)應(yīng)該很明顯的會(huì)有大約400位參賽者才對(duì)。
其實(shí),第六屆實(shí)際的參賽人數(shù)只有97位。是什么原因讓報(bào)名人數(shù)有如此大的落差?最有可能的原因,應(yīng)該是2000年停辦了一次,讓這個(gè)科學(xué)競(jìng)賽在高中生的世界中消失了。再重新檢視第三屆到第五屆的報(bào)名資料,才發(fā)現(xiàn)報(bào)名參賽的學(xué)校的重復(fù)性很高。在當(dāng)時(shí)訪談一些參賽者后,才知道參賽“成大論箭”已經(jīng)是一些高中科學(xué)性社團(tuán)的固定模式了,每一次比賽后,學(xué)長(zhǎng)姐們的參賽經(jīng)驗(yàn)透過(guò)社團(tuán)活動(dòng)的傳承,讓學(xué)弟妹們?cè)趨⒓酉乱粚帽荣悤r(shí),會(huì)有更高的參賽意愿。
在第六屆報(bào)名人數(shù)大幅滑落的警訊下,第七屆(2002)的舉辦就投入更多的經(jīng)費(fèi)與籌備人力,甚至把比賽場(chǎng)地移到交通更便利的臺(tái)北市政府廣場(chǎng)。然而,報(bào)名人數(shù)卻只有162位,這樣的結(jié)果當(dāng)然很讓主辦單位覺(jué)得很挫敗。
一樣的比賽內(nèi)容,一樣的宣傳模式,卻是不一樣的報(bào)名結(jié)果,而可能的原因竟然是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的普及。
自從Windows 95及Internet Explorer 在1995年開(kāi)始竄紅后,學(xué)生的學(xué)習(xí)模式有很大的轉(zhuǎn)變。用雙腿到圖書(shū)館翻查資料,比不上用雙手在網(wǎng)絡(luò)上使用搜尋引擎;在真實(shí)世界中的課外活動(dòng),比不上在虛擬世界里面的連線游戲。
另一個(gè)可能的原因是2001年臺(tái)灣地區(qū)開(kāi)始舉辦的“國(guó)民中學(xué)學(xué)生基本學(xué)力測(cè)驗(yàn)”(以下簡(jiǎn)稱基測(cè))。因?yàn)榛鶞y(cè)的考題全部都是四選一的選擇題,所以1986年以后出生的臺(tái)灣地區(qū)學(xué)生,在中學(xué)六年中,其數(shù)理科的學(xué)習(xí),只著重于追求答案正確與否,并不在乎演算過(guò)程中所需要的步驟與程序。然而數(shù)理科的學(xué)習(xí)中,觀察、歸納、分析、推理、組織與表達(dá)等能力的建立其實(shí)才是重點(diǎn)。基測(cè)創(chuàng)造出來(lái)的“選擇題世代”的學(xué)生,缺乏挫折容忍的學(xué)習(xí)過(guò)程,將不敢面對(duì)無(wú)法預(yù)測(cè)過(guò)程的任何挑戰(zhàn)。要期待他們主動(dòng)來(lái)挑戰(zhàn)科學(xué)競(jìng)賽,是有困難的。
面對(duì)學(xué)習(xí)特質(zhì)不一樣的中學(xué)生,第八屆(2004)起,此一活動(dòng)有了重大的變革,除了原有的“火箭大賽”外,再加上“高中實(shí)驗(yàn)火箭設(shè)計(jì)與制作研討會(huì)”(以下簡(jiǎn)稱研討會(huì))。自此,“成大論箭”跳脫單純提供比賽設(shè)備、場(chǎng)地與裁判的角色,正式將實(shí)驗(yàn)火箭朝“科學(xué)普及教育”的目標(biāo)前進(jìn)。
透過(guò)與各地區(qū)高中職學(xué)校及縣市政府教育局合作,這8年內(nèi)在臺(tái)灣地區(qū)各地舉辦過(guò)的研討會(huì)共計(jì)58場(chǎng),參于研習(xí)的學(xué)生超過(guò)4500人次。
研討會(huì)的運(yùn)作模式跟“成大論箭”第一屆和第二屆的模式類似,但其中最大的差異,是教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)主動(dòng)往學(xué)習(xí)者的生活圈中移動(dòng)。
2012年4月份臺(tái)灣地區(qū)《親子天下》雜志第33期的內(nèi)容: “近七成的中學(xué)學(xué)生表示,鮮少有機(jī)會(huì)在課堂上表達(dá)自己的看法;近七成的中學(xué)學(xué)生幾乎沒(méi)有小組討論的機(jī)會(huì);四成五的學(xué)生,遇到功課上的問(wèn)題,鮮少找同學(xué)幫忙。每個(gè)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)時(shí),就像個(gè)獨(dú)立無(wú)援、沉默的孤島。而學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)是有想象和渴望的。超過(guò)八成的國(guó)中生回應(yīng),和同學(xué)一起分組學(xué)習(xí),會(huì)很有幫助。而最能幫助學(xué)生學(xué)習(xí)的老師,前三大類型是:提供鼓勵(lì)、讓學(xué)生動(dòng)手做、很會(huì)說(shuō)故事的老師”。
根據(jù)上述的內(nèi)容,再回頭檢視“成大論箭”研討會(huì)的模式,就是以教學(xué)為主,競(jìng)賽為輔的方向,讓更多的學(xué)生能夠“就近學(xué)習(xí)”且“直接動(dòng)手做”。這正好彌補(bǔ)目前臺(tái)灣地區(qū)中等學(xué)校教育不足的部分。
然而,只是在各地區(qū)舉辦一天的研討會(huì),對(duì)學(xué)生的影響力畢竟有限,在初次課程后,少部分仍有意愿繼續(xù)投入時(shí)間及精神的學(xué)習(xí)者,也會(huì)因?yàn)楣虘B(tài)藥柱火藥與火箭發(fā)射設(shè)備不易取得,而被迫放棄。于是,建立學(xué)習(xí)者的回流學(xué)習(xí)管道,是必要的。
而要如何才能讓教學(xué)者與學(xué)習(xí)者有最好的互動(dòng)?這應(yīng)該是每一個(gè)科普活動(dòng)推廣單位最頭疼的問(wèn)題。本單位最后也是透過(guò)“摸石頭過(guò)河”的方式,才慢慢找到可行的方法——“提高學(xué)習(xí)者參與本活動(dòng)后,能創(chuàng)造其更高的附加價(jià)值”。
首先,在研討會(huì)舉辦的同時(shí),就釋放出研討會(huì)的教學(xué)人員需要擴(kuò)充,希望有興趣的學(xué)習(xí)者,能夠愿意不辭辛勞的回流接受訓(xùn)練,進(jìn)而成為本研討會(huì)的基礎(chǔ)教學(xué)人員。參加過(guò)第一次活動(dòng)且有意愿回流訓(xùn)練的學(xué)生,稱為“培訓(xùn)生”。培訓(xùn)生達(dá)要培訓(xùn)要求且能夠協(xié)助教學(xué)任務(wù)時(shí),晉升為“培訓(xùn)助教”。
目前培訓(xùn)生大部分都是高一的學(xué)生,培訓(xùn)助教大部分是高二的學(xué)生,“見(jiàn)習(xí)助教”平均分布在高三和大一,“助教”則以大二為主,“講師”為大三以上的大學(xué)生、研究生或在校老師。為了讓所有工作人員有很高的參與感,都以發(fā)放正式聘書(shū)的方式聘請(qǐng)為工作人員。
高中生對(duì)于“聘書(shū)”的喜好,更甚于所給付的工作薪資。曾經(jīng)有學(xué)生表述他有了“聘書(shū)”之后,回到學(xué)校走路都感覺(jué)到有風(fēng),工作薪資不拿都無(wú)所謂。
這種以“教、考、訓(xùn)、用”合一的模式,除了可以加速學(xué)習(xí)者本身的學(xué)習(xí)速度外,也可以讓科普活動(dòng)的主辦單位有更充足的人才。然而,金字塔的人力編制的最大困境是人員的中途流失,而越低底層的人員流失率越高,這會(huì)造成主辦單位的人事訓(xùn)練成本飆升,大約會(huì)占到整體預(yù)算的45%。
參加研習(xí)活動(dòng)的學(xué)生們,因?yàn)榭忌洗髮W(xué)而分配到全臺(tái)灣各地區(qū)后,是推廣科普活動(dòng)的無(wú)形資產(chǎn),其中有部分是考進(jìn)師范院校的學(xué)生,在其成為合格教師之前,就是科普活動(dòng)重要的傳承者,在成為合格教師后,專業(yè)度與使命感會(huì)驅(qū)使其繼續(xù)對(duì)科普活動(dòng)的熱衷奉獻(xiàn)。
成大論箭在第八屆(2004)就有北京市的高中師生來(lái)觀摩研討會(huì)及比賽的運(yùn)作情形。為了讓整個(gè)活動(dòng)的運(yùn)作能順利復(fù)制到北京市舉辦,于是第九屆(2005)及第十屆(2006)由臺(tái)灣移師到北京市比賽,為“京臺(tái)交流周”的一個(gè)活動(dòng)項(xiàng)目。第十一屆(2007)就由北京市正式選派中學(xué)生到臺(tái)灣參賽。
兩岸要共同舉辦中學(xué)生的科學(xué)競(jìng)賽,基層工作人員的質(zhì)與量是足夠的,中學(xué)生的參賽意愿也是高昂的。然而,最大的障礙點(diǎn)卻是經(jīng)費(fèi)的籌措,如果沒(méi)有上級(jí)單位足夠的補(bǔ)助,參賽學(xué)生將會(huì)負(fù)擔(dān)非常龐大的交通及住宿費(fèi)用。這需要兩岸科普教育界中有識(shí)之士共同發(fā)揮影響力,藉由兩岸合作舉辦科學(xué)競(jìng)賽,來(lái)強(qiáng)化兩岸科普界的互動(dòng)。
科普活動(dòng)的成功與否,首要要?jiǎng)?wù)應(yīng)該著眼于如何增加教學(xué)人員的素質(zhì)與數(shù)量,而非著眼于參加活動(dòng)學(xué)生的多寡。只要教學(xué)人員的素質(zhì)與數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng),參加學(xué)生的數(shù)量呈倍數(shù)成長(zhǎng),是可以預(yù)期的??尚械姆椒ㄈ缦?①對(duì)師范大學(xué)的學(xué)生進(jìn)行培訓(xùn),成為種子師資。②鼓勵(lì)目前在校任教的老師回流受訓(xùn)成為種子師資。
對(duì)于科普活動(dòng)的定位,應(yīng)視活動(dòng)為學(xué)習(xí)者的“學(xué)習(xí)起點(diǎn)”,而非學(xué)習(xí)者的“學(xué)習(xí)終點(diǎn)”。除了活動(dòng)當(dāng)天的教學(xué)內(nèi)容外,要另外提供有興趣的學(xué)習(xí)者,有更深一層學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)??尚械姆椒ㄈ缦?①建立活動(dòng)官方網(wǎng)站,作為互動(dòng)的平臺(tái)。②收集活動(dòng)當(dāng)天的照片或影片放置于官方網(wǎng)站上。③另外舉行小規(guī)模的競(jìng)賽或教學(xué)活動(dòng)。④協(xié)助重點(diǎn)學(xué)校成立社團(tuán)。并挹注教學(xué)資源。期望透過(guò)這些方法,讓科普活動(dòng)真正做到普及以及達(dá)到教育意涵的目的。
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