「知難行易」的動手玩科學

2017.06.06   楊悠娟|國立東華大學 自然資源與環境學系 副教授
教育

人生中有太多「知易行難 」。早睡早起身體好 ,比不上夜生活和賴床的誘惑;喝白開水很養生,比不上珍珠奶茶的香甜Q彈。《中庸》提到「博學、審問、慎思、明辨、篤行」,先做到前四項的「知」,才能去實踐最後一項的「行」。這是一個漸進、耗時、費心的歷程,所以常常會「行難」了。

科學上卻是「知難行易」。掃地不必知道槓桿原理,也能找到最順手的位置;滑手機不必知道觸控原理,也能暢行無阻。王陽明提倡「即知即行」,強調「做中學、事上磨」,又稱為「知行合一」。國父孫中山先生提倡「知難行易」,強調力行和實踐,不要空說和空想;主張能知必能行、不知亦能行以及有志竟成。

當代的科學教育界主張探究式教學,以學生為主體,提供發表、討論與操作的機會,由實踐過程來引導知能的學習;同樣以「行」做為重心,與「知難行易」有異曲同工之妙。動手玩科學是科學的「行」,也是探究式教學法的實踐,是否能驗證「知難行易」?是否能引導「知行合一」?

以2015年起科技部科普活動的新增主題「全民科學週」為例,由參與的大學、K-12學校及縣市政府教育處合作,設計動手做實驗,培訓各校高年級學生擔任關主,選擇合適的時間點,由關主來帶領學弟妹在校園內玩科學,兼具「動手做、教中學、合作學習、回饋母校」的多重教育理念。短短3年內已經擴展至19縣市,掀起各校動手做的風潮。

筆者身為計畫主持人,在3年的現場實驗中,觀察到不同的科學動手做效應。以東部市區M國小為例,全校學生約90人,由校長帶領,利用早上的半天時光,動員全校師生一起玩科學。關主選自5-6年級學生,再分組,每組負責1關。關主任務包含:準備材料、繪製海報、解說原理及指導實作。闖關學生以班為單位,由導師帶領到關卡地點,再交給關主,進行30分鐘的活動;之後再換關,總計6關。

由於闖關對象包含1-6年級,關主必須執行不同的教學策略。低年級以體驗為主,事先準備半成品或成品讓學生操作;年級越高,越能從頭製作。原理解說以高年級最詳盡,年級越低,越簡化或多舉例說明。

呼應2017是丁酉年,又稱為金雞年,「全民科學週」的指定實驗之一就是「金雞獨立」。利用粉彩紙、迴紋針、牙籤棒、黏土、剪刀、膠帶台等工具,製作一隻不會倒的平衡鳥,擺動後會回到原來位置。實作時學生透過剪紙、摺紙及調整迴紋針,先認識穩定平衡的現象,再驗證原理:

重心位置設計在支點的正下方,且讓平衡鳥的大部分體積,看起來都在支點的上方。稍微推一下平衡鳥,它的重心位置會升高,隨後會回到原位,處於穩定平衡的狀態。

 

金雞的翅膀有美麗的波浪形,低年級小朋友裁剪時困難度高,關主需要先剪好圖形再讓學生操作。摺紙時依序摺出雞頭、雞脖、雞身及雞尾,二邊身體要對稱;翅膀加上迴紋針,二邊位置也要對稱;關主需要及時提醒並協助遇到困難的學生。完成作品後,將金雞立在黏土底座的牙籤棒上,找出站立的平衡點,用手輕輕搖一搖時,金雞只會在支點上擺動,不會倒下來。如果擺動後會掉下來,表示重心位置降低,稱為不穩定平衡。學生必須再次調整金雞的翅膀或迴紋針位置,讓平衡鳥的大部分體積,看起來都在支承點的上方,變成穩定平衡。

活動時,學生發揮創意,改變造型或加上彩繪;經過關主指導後,所有學生都能成功做出獨一無二的金雞。「真的不會倒下來!」「哇!我的也站起來了!」學生都很珍惜自己的作品,「這是我的,不要拿錯了!」

校長全程參與,隨時鼓勵、叮嚀、讚美學生,也誇獎老師的付出;指導老師適時提醒流程及安全事項,但是放手讓關主去做;帶班導師協助維持秩序,也一起來動手做。半天的動手做,校園內瀰漫著輕鬆、愉快的「科學好好玩」氣氛。

動手玩金雞獨立驗證了科學的「行易」,相對於行,「知」很難,「知行合一」更難!學生需要更多的引導和持續的探究,才能真正理解「知」。透過實作,大部分學生能理解「平衡、重心、支點、中心與支點在一直線」的概念。但是對於不會倒的穩定平衡,問題就很多了!「重心位置設計在支承點的正下方」、「讓平衡鳥的大部分體積,看起來都在支承點的上方」、「稍微推一下平衡鳥,它的重心位置會升高」為什麼呢?

關主的講解停留在「說」原理,但無法「解釋」原理或回答上述問題。因為學生受限於年紀與知識背景,所以無法在30分鐘內「知行合一」。如果活動操作後,老師能進一步在課堂上帶領學生提問、討論、解釋及探究原理,就能更深化動手做的經驗,讓學生體會與學習到科學技能、科學知識與科學態度。

我問校長:「今年的活動與往年的不同點?」校長說:「剛開始是我、主任和少數老師來推動,去年參加的老師變多了,今年全校老師都參加。希望能夠一直合作下去,讓學生從動手做開始學科學,以後就不會害怕科學了。」如果老師能從科學的「行」開始,帶著學生「動手玩科學」;學生得到「行易」的成就感,將更有信心去認識「知難」,逐漸達到「知行合一」的學習目標。

464 最後修改於 %2017.%06.%16
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