2017年5月7日 星期日

“自製酵素”之科學閱讀與PA分析與發現

上次隨手在臉書轉貼一篇自製酵素的文章,我的原意是要作為生物科除錯教材,沒想到很多朋友轉貼原文,覺得自己反而變成這篇錯誤文章的推廣者,加上很多老師(非生物科)也對這個議題很有興趣,但不知道可以如何轉化教材,我就想:那我來試試看好了(其實還有一堆事在TO DO LIST….)!!
可是我覺得這是很難得的素材(應該說….難得錯得這麼齊全,這麼有代表性),如果做成標準解答式的教案就太糟蹋了,所以我想試著做成科學閱讀(雖然我還沒以科學閱讀為主軸做過教案)及論證教學的教案!!以下是我的教學設計:

主題:自製檸檬「酵素」,喝嗎?
時間:2
對象:國中生(可以不分年級)
核心素養:(詳細內容請自己查領綱草案)
-J-A2(系統思考與解決問題)
-J-B2(科技資訊與媒體素養)
學習表現:(詳細內容請自己查領綱草案)
tr-IV-1推理論證、tc--1批判思考
pa-IV-2分析與發現


教學流程
一、參與engagement(5)
1.提問1
師:你(或家人)有製作或喝過水果酵素嗎?
生:結合生活經驗回答
( OS連結生活經驗)
2.提問2
師:關於“水果酵素”你知道什麼?
生:每個同學說出自己知道的水果酵素,不能重複但可以提出不同看法或說明、解釋。
(OS---1.這裡主要是讓學生將自己的想法和別人比較,重點在思考、傾聽、澄清及反思不需要去判斷對錯或好壞 2老師可以從學生的發表中了解學生的迷思概念及比較有興趣的內容,並依此調整後面開展活動的方向和重點)

二、探索(exploration),閱讀並提出問題(15)
1.閱讀、提出問題
師:剛剛我從同學口中聽到一些不同的說法,你們有聽到和以想法不同的新說法嗎?
生:發表意見
師:當我們到新的資訊,我們會懷疑它是不是真的、對的,所以會提出一些問題。
師:老師收集了一篇”製作水果酵素”網路資料(閱讀資料在所附PDF的P,)同學們在閱讀時要邊讀邊思考,提出問題。

2.教師示範:請用筆畫出疑惑(不懂,有不同看法)的地方,並將問題寫在便利貼紙上貼在畫線的地方…

(1)文章中:......因此現代人都相當缺乏酵素...
(問題:我們身體裡面不是有酵素嗎?酵素都要從食物獲得?)
師:同學可以邊看邊將問題記錄在便利貼紙上或是邊看邊提出問題但先不紀錄,等看完全篇再回頭重點是看一遍,並將問題記錄下來。(每個同學可以提出3個問題)(1.2共10)
(OS---1.點出閱讀的重點 2老師示範閱讀策略(邊讀邊想、畫重點、用貼紙標出問題….2.每個學生限提三題是要學生能統整重點,不要滿篇都畫線,這樣應該符合擷取重點的指標吧?)

3.分享問題
(1)小組成員互相交換貼紙,分享彼此問題,並且考慮下述事項:小組有共同的問題嗎?看到一些自己也想問的問題嗎?
(2)個人也可重選題目或修正題目
(OS---1.本活動希望問題是由學生提出而非由老師提問,讓每個學生問自己的問題,有自己的閱讀目標,更有學習的動機2.這活動的主要目標在讓學生發掘問題,所以不用特別在意學生的問題是否問得好。3.讓學生互相討論、看別人的問題可以擴大問題的面向,看到不同的疑惑,學生可能生出新的問題或解決部分問題,所以應容許學生修改問題)
4.請將問題分類(3.4共5)
學生將所有便利貼紙貼在小白板上並試著分成3
(OS---1這是發散思考後,讓學生試著學做歸納整理)
三、解釋(explanation(20)( 批判性思考)
1.老師示範分類方式、讓學生將各組的貼紙貼到黑板12的欄位:(5)
(1).定義類(名詞界定)
(2). 科學解釋類 (科學知識的正確性、現象、數據)
(3)因果關係類
(1.2類的原因是:我們要先了解名詞的涵義才有辦法判斷後面的文章是否正確;文章中提到很多科學知識事實說法,需要確定其說法是否正確。老師先就12個示範一個例子,如"酵素"屬於名詞界定;”40度以上的溫度就會被殺死屬於第2類,示範後再讓學生將各組的貼紙貼到黑板12的欄位,目的在整合全班的問題,若有明顯分錯欄位,老師可以做調整,可能的分類如下圖)
2. 討論及問題解答(15)
(1).針對定義類及科學解釋類的各問題,同學可以討論、查資料、提出解答…(答對的組加分)
(2).無法解答者…由老師做說明
(OS:1.如果學生還沒學過酵素相關概念老師可以提示關鍵字如:酵素的特性、功能、酵素反應的條件….等,協助學生搜尋資料,如果學生還已學過酵素相關概念,則鼓勵他們從學過的知識做連結 2.學生用自己的話來解釋科學概念,其理解效果會比由老師講解好 3.知識概念部分包括:酵素是催化劑、有專一性、會受溫度酸鹼度影響、每個生物體內都有必要的酵素,除非特殊疾病,通常不會有缺乏酵素的問題、從食物補充的酵素經消化道後已變質,不一定能在人體內起作用、鹽漬檸檬會產生氣體,表示是各種細菌或酵母菌和醣類作用,產生如酒精….等物質,教師是學生解釋情形適度補充即可,不一定要給完整系統化的知識)

3教師統整、整理筆記(5)

----------------------------(第一節結束)---------
一、參與engagement(5)
1. 複習,回顧前一節的學習內容

二、精緻化(1)elaboration)(15分)
1. 因與果
(1)老師說明:所謂因果關係是兩件事間的關係,通常可以變成:因為…..所以….,比如:
因為  (酵素會被熱破壞) 所以(熟食缺酵素)""通常是事實、數據,而則是這個人(或文章)提出來的結論或主張。
(2)請學生找出文章中的----因為….所以,如:
1因為 酵素會被熱破壞 所以 熟食缺酵素
2因為生食有較多酵素、糖漬檸檬是生食含酵素 所以 多食糖漬檸檬會獲得酵素
3因為人體需要酵素、酵素可使人皮膚變漂亮,變苗條…所以 大家來做酵素,吃酵素
整篇文章的因果關係應該是:
因為 糖漬檸檬含酵素、人體需要酵素 所以 愛家人,大家來DIY做糖漬檸檬,吃酵素
(OS:此篇文章呈現非常多資訊,有些是事實、有些是作者的判斷,學生從眾多訊息中要整合出因果關係,這樣應該符合閱讀素養中的統整與解釋的指標吧?)

三、精緻化(2)elaboration)(15分)
1.教師說明:當有人提出某些主張,想一想:
你是依據什麼想法(理論、信念)來接受(或反駁)他說的主張;這個論述的「因果關係」有「依據」嗎?可信程度為何?
2.老師舉例:「100年來大氣中二氧化碳量上升....」、「100年來地表平均溫度上升....度」是數據、事實;「人類製造過多二氧化碳造成全球暖化(所以要節能減碳...)」是我們提出的主張(結論),這主張會被接受是因為有「二氧化碳等氣體可以讓太陽的短波輻射穿透…但會阻擋地表的長波輻射..…所以二氧化碳會導致地表升溫」的理論支持,越多理論(證據)支持,證據可信度越強,這個主張、結論就越可信
3.學生就自己提出的「因為…..所以….」,以「數據的可信度如何? 」、 「所依據的理由正確嗎? 」 來檢驗
(OS:學生練習論證中的---”能運用…..科學證據或理論,理解自然科學知識或理論及其因果關係,或提出他人論點的限制,進而提出不同的論點。學生在論證過程中將更能體認科學本質:科學探究過程採用多種方法、工具和技術,經由不同面向的證據支持特定的解釋,以增強科學論點的有效性)

四、評鑑(evaluation)(10分)
1. 學生自我評鑑:
各組學生運用所學知識及探究技能得出結論,並寫出本主題的總結論,引導句如下:
因為………..所以我們支持(或反對)做糖漬檸檬,吃酵素可以增進健康的說法
(OS:鼓勵學生評量自己的了解程度與能力)

也許這篇不符合老師的期待(完全沒有給答案),不過可以試著當成教師自我評鑑....評量自己的教學技巧、成效和目標進展情況。是是看也沒損失吧!!

2017年5月1日 星期一

「pa分析與發現」研習紀錄--6因果關係與論證(完結篇)

發現:因果關係與論證
Pisa測驗結果顯示,台灣學生在「解釋科學現象」上有不錯的成績這可能和我們的實驗活動設計最後一定有個討論題是在做「形成解釋」的,這題通常是有標準答案的(其實….每一題都有),老師有教,學生會記這樣就會有好成績但是「形成解釋」並不是「發現」的唯一內容,探究的很重要功能是在找出「因果關係」,或辨別事、物間是否具有因果關。而因果關係並不是像控制實驗那樣簡單的「若AB」的關係,而是需要更多的證據支持,也就是須要有嚴謹的論證或科學舉證過程,也就是新領綱的探究能力中思考智能(t)所說的:tr推理論證,或pisa科學素養的---科學舉證能力(如下圖)
過度推論
在第一場研習時我以當時一則新聞:

一張台灣地圖告訴你:40 年來台北變乾淨,但癌症和汙染都跑到中南部了 說:這樣的結論有過度推論之嫌。

 

研習後有老師提出:「課本實驗總是做一個實驗就可以推出一個結論,但今天的研習卻有很多例子說:不能過度推論….到底標準在哪裡?」,這個質疑非常值得在意,我很認真想要釐清課本實驗和生活情境中的數據分析的差異,找出我們的科學教育中可以使力的點,以改善目前社會「理盲」的狀況

我的"論證"教學經驗

由於長期以來課本實驗活動是以驗證、形成科學解釋為主,所以我們很缺少有條理的"論證"教學,2年前,莞如老師和阿清老師等曾經發展過以論證為主的教材,如:國光石化、核四問題,我和小P的第一個跨科概念模組「北極熊的處境」有一個活動試圖做論證教學,但是我覺得要老師新學習論證屋的架構再去教論證(如:國光石化、核四問題),門檻太高了,而「北極熊的處境」試教後發現:學生平時沒有這方面的訓練,很難在一個教學活動中進行有意義的論證,所以我在想:怎樣在平時的課程中分段、實作培養論證能力?也就是有沒有辦法將"論證"的教學更具體化、更生活化,讓老師更願意嘗試?

所以我在第二次的研習備課時,很努力地想將論證母語化(我覺得我第一次講的話對老師而言可能是外星語),也嘗試建立論證模型,以下是第二次研習使用的模式,不知老師們覺得有較易懂了嗎?

事實(數據)、證據、主張
這次我以大家的很熟悉的「英國吉日河兩岸黑白胡椒蛾」為例(其實第一場pa研習也有用這個案例,只是這次改變傳達方式),在這個例子中我們可以獲得的數據(事實)是: 1940-1990年間,南北兩岸黑白蛾比例變化的統計資料,並做出統計圖(這屬於pa1數據分析的範圍)

根據這些資料,我們提出結論:北岸因改善工廠黑煙的排廢,空氣中黑煙量降低,使白蛾能適應環境而生存下來,所以數量增多。這裡面:
「北岸改善工廠黑煙的排廢空氣中黑煙量降低」是因,
「白蛾數量逐漸占優勢」是果,
這個因果關係之所以可以成立是因為有:「白蛾在灰白色的環境中,不易被鳥類發現(白蛾在白色環境中具有保護色功能)」這個原理、事實作為「證據」。也就是從事實到主張須要有證據支持。就像當我們有「100年來大氣中二氧化碳量上升....」、100年來地表平均溫度上升....度」的數據,我們提出「人類製造過多二氧化碳造成全球暖化(所以要節能減碳...)」的主張(結論),這主張會被接受是因為有二氧化碳等氣體可以讓太陽的短波輻射穿透但會阻擋地表的長波輻射..…所以二氧化碳會導致地表升溫」的理論支持。
  
證據足夠嗎?
但是有證據就夠了嗎? 以前述的黑蛾白蛾為例,因為只有「保護色」這個理論可以作為證據支持「白蛾是天擇的結果」這個主張,證據強度不是很足夠,所以這個主張的可信度並不高曾引起許多爭議!!
那麼我們要如何檢驗某一主張的證據力(結論)是否足夠,也就是這個主張是否為過度推論的結果?
這次我把一堆理論簡化後,提出用3個指標來檢核:
1.還有其他因素會影響結果?(因素不只一個)
2.還要那些證據才能支持這個結論(證據強度)?
3.如果出現那些證據就會推翻這個結論(反面證據)?
黑白蛾的檢驗如下:
1.還有其他因素會影響結果?(黑蛾是否有某些疾病?...)
2.還要那些證據才能支持這個結論?(白色樹幹真的對白蛾有隱蔽效果 、鳥在自然情況下對黑白蛾的捕捉率有明顯差異...)
3.如果出現那些證據就會推翻這個結論(反面證據)?(鳥類不吃蛾,鳥類不是蛾的主要天敵...)
而這些爭論在科學家提出白色樹幹真的對白蛾有隱蔽效果 鳥在自然情況下對黑白蛾的捕捉率有明顯差異...」...等更多證據後,才漸停歇。
大家也可以試著用同樣方式檢核一下「人類製造過多二氧化碳造成全球暖化(所以要節能減碳...)」這個主張(結論)的嚴謹度。

 PM2.5和罹癌率的關係
現在讓我們回頭來看PM2.5和罹癌率這個議題
統計數據:40年來台北空氣中的 PM2.5、居民罹癌率 都呈現下降趨勢,而台中、雲林、嘉義等地則兩者皆持續惡化中。
主張:中部地區因PM2.5增加,導致居民罹癌率升高。

這樣的主張是否可信呢?其支持的證據為何?我們可以用上面的三個原則去檢驗:
1. 還有其他因素會影響結果嗎?
(影響罹癌率的因素非常多,如飲食健康習慣,平均年齡、基因….等,並不是只有空氣汙染一個因素)
2. 還要那些證據才能支持這個結論(證據強度)
(PM2.5致癌的直接證據、罹癌民眾的生活習慣的比對….)
3. 如果出現那些證據就會推翻這個結論(反面證據)
( 某些縣市PM2.5低但罹癌率高、PM2.5不會致癌…)
經檢驗後就會發現這個主張的證據力是很薄弱的,沒辦法支持PM2.5和居民罹癌率間有因果關係!!

生活情境中的數據資料
回過頭來看,課本實驗活動和生活情境中的數據、主張有何異同?課本實驗(活動)通常是用來"形成科學解釋",操作變因只有一個,其他變因都假定為嚴格控制(理想狀態),而且都是有已知的理論基礎做證據...所以我們通常做一次實驗,用一組數據(還非常不準確...)就得出一個結論(科學家失敗再失敗,重複求證才得到的結論)!!也許這樣可以較有效率來學科學知識,但以培養適應未來(或現在)生活,能解決生活中問題,能理性思考的國民的理想來看,這樣的科學教育是不足的!!

在日常生活中,我們不常有機會或有需要去做實驗產出數據,但是我們每天接觸大量的數據很多人試圖透過數據來說話提出他們的主張如:「室內曬衣形同慢性自殺」、「每天吃香腸、可樂,12歲少年罹大腸癌」、「好的意念可以使水出現美好的結晶….,面對這些資訊,們需要的是推理論證的能力和習慣,我們要會質疑數據的可信度,會根據證據力決定支持或反駁某些主張。所以科學教育除了教科學家研究的成果---科學知識外,更要教科學家的探究方式,思考方式,
只有在大家都養成批判思考、推理論證的能力和習慣後,才能講理而不理盲、解決問題、適應環境!!
科學態度與本質
科學素養並不是知識與能力的增強即可,科學態度的培養與對科學本質的認同才是最重要的,透過數據的分析與發現,我們培養科學思考的方式與習慣,認識科學本質,尊重科學研究的倫理,培養真正的科學探究者,不要再出現作假的科學研究了!!pa其實是統整了素養中的A、S、K阿!

素養是滾動式增強的

講了一大串(6篇ㄟ,破我自己的紀錄了),也許對老師們造成壓力了,妳是不是在心中喃喃自語我這個好像沒教….我很努力在教了,但學生好像沒進步」、「科學素養很難教、很難評量阿…!!其實,素養確實不像知識或能力有一定的指標,不能要求或期待一步到位!它是長期、全方位滾動式不斷在增長的,所以我都秉持著教了未必有素養,但不教一定不會有」的心態,去做並期待未來的公民會更有科學素養。

「pa分析與發現」研習紀錄--5從資料能發現什麼?

雖然有些老師覺得pa--1的分析資料作圖有點難,其實那只是平常很少以「分析資料作圖」為教學目標,導致對這項內容有些生疏、不熟練,但作圖是有規則有步驟的實作技能,老師只要願意自學,再收集些資料就可以補足了,而學生的學習表現也會很明確,很好評量,所以我覺得老師在研習後遷移至課堂內實作教學的可能性很高!但pa--2發現」的情形則不同了….
探究其實不是清楚劃分階段
雖然我們的研習規劃把popepa分段處理,但那只是為了研習的方便,及配合教學時間、內容等所作的變通之道,並不表示探究過程可以如此明確的區分階段,或一定要遵照這樣的順序。pope的觀察、計畫、實驗,收數據到pa的作圖表…等探究過程,都會連動影響「pa--2發現」。
資料幫助我們「形成解釋」

pa--2的文字說明可以知道「發現」包括:形成解釋、發現新知、獲知因果關係、解決問題或是發現新的問題。
如果分析國中小自然科課本實驗活動的設計,會發現其實並不注重pope,因為課程的設計幾乎沒有讓學生自己提出探究問、沒讓學生規劃實驗...只是讓學生「執行」實驗步驟那麼課本實驗活動的目的是什麼?我們常說:實驗是要「驗證」課本要教的科學知識概念其實這比較接近pa--2的「形成解釋」以「溫度與反應速率」這個實驗來看,做出圖之後,可以從圖發現:「溫度越高,反應速率越快」這個科學解釋。
pa與建立模型」
其實形成解釋並不只是問題解決的一個步驟,它更接近思考智能中的建立模型tm」,建立模型tm--1的內容是:能從實驗過程、合作討論中理解較複雜的自然界模型,並能評估不同模型的優點和限制,進而能應用在後續的科學理解或生活。
科學知識的學習有很多是透過觀察調查考察…. 去歸納出事物的規律性,建立模型,然後用這個規律去判斷或預測碰到的新情境,如第三篇提過的「花的觀察」就是這樣,化學科的鹽的性質地科的岩石的特性”….也是
而孟德爾的「遺傳法則」更是一個好例子,孟德爾透過觀察分析數據然後建立「遺傳法則」這個模型去解釋豌豆的遺傳現象當後人發現「遺傳法則」這個模型不但能解釋豌豆的遺傳,還可以用來解釋、預測很多生物、很多性狀的遺傳時,它就被更多人接受變得有價值了!!當然如果有更好的模型提出,它是會被修正或取代的!!

研習進行到這裡,由張揮鈺老師以鹽的性質實作活動讓老師化身為學生體驗「分析與發現」的過程老師們都很投入呢!!