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。

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