羅東自然教育中心: 【2015科學調查培訓班】給你滿懷好奇與不斷思考的科學態度!

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2015年10月19日 星期一

【2015科學調查培訓班】給你滿懷好奇與不斷思考的科學態度!

  10/4下午,在完成「成果發表會」後,共計四天、為期三週的「科學調查培訓班」正式閉幕,但從志工老師們開心地和學員擊掌、學員們依依不捨地留下來和組員合照、家長們互相交換家裡陽台突然變成實驗室的奇妙心得看來,我們知道,埋藏在彼此心裡的科學種子正在萌芽茁壯。


  羅東自然教育中心舉辦「科學調查培訓班」已第三屆,今年由「原味豌豆酥」和「泰式酸辣雞」兩小隊成員一起在科學的知識海洋中探索,而其實每次的活動對參與學員以及中心教師來說,都是很大的挑戰,直到今日,不管是大家為了研究題目抱著頭燒,或是分工努力整理資料的畫面,好像都還在眼前呢!

挑戰一、可樂冰不冰,由你來決定!

  以往提到實驗,只要照著課本中的「步驟教學」操作,就會得到課本上描述的結果;但在這堂課上,講台旁準備了幾瓶可樂和一大堆包裹的材料,要請大家自己「實驗」看看,如何才能有最棒的保冰效果?殘酷的是,各組實驗用的可樂,最後將成為自己午餐時間的飲料!

  聽說不冰的可樂喝起來很像感冒藥水,為了避免喝汽水像在灌藥,接獲任務的兩小隊開始小小聲地討論起來,動手為可樂一層又一層地包紮,還得繪製保冰概念介紹給另一小隊。
使用各種策略企圖將冰涼的可樂與外界高溫隔絕的兩個小隊
沒有任何包裝的對照組可樂,與被包裝成各種形狀的實驗組可樂;其中一組還附有支架,據說是用來隔絕地面傳來的熱氣

經過約莫一個半小時,包裹著好奇心的可樂終於拆開,大家十分嚴謹地選擇了相同的杯子、倒入相同份量的液體測量,還不忘轉頭偷探敵情。

  成果揭曉,作為對照的可樂從5.5℃升到25℃,而各組的可樂分別是14℃、15℃、15℃、16℃──但,你發現了嗎,在想喝冰可樂的慾望之下,不斷地使用各種材料加厚可樂的保冰層,最後卻無法比較哪種「方法」或「材質」保冰!

  實驗後的討論,我們漸漸歸納出,想要做出有結論的測試,變因只能有一個;排除一切可能的干擾因子,固定所有其他變因,這正是設計所有科學實驗的重點!


挑戰二、趴趴走也要動動腦-認識園區大環境

  科學過程中,要發現問題在哪裡得先仔細「觀察」,在等待可樂的時間正好可以來進行這件事。兩小隊兵分二路,了解園區中到底有哪些不同的土地利用區域:「森林」該是什麼樣貌,堆疊了木頭的貯木場到底算是「人工鋪面」還是「泥土地」?透過討論來共同確定,大家得到共識之後,遇到新的區域就能自行下判斷。
(左)討論園區環境類型中;(右)繪製完成的園區土地利用圖

  這個練習中,除了認識園區大環境的目的之外,還得練習和組員們「溝通」。在做科學發表時,為了達到有效溝通,必須使用大家都能懂得的統一語言,這就是為什麼許多專有名詞都有其明確定義,也是度量衡有「國際標準單位」的重要原因。

挑戰三、第一次設計實驗就上手──木雕廣場草本植物相調查
 
  經過一場小小練習,兩個小組立刻接獲這項有些困難的挑戰:請自行設計實驗,調查出園區裡木雕廣場的草本植物相!

  木雕廣場說大不大、說小不小,短短兩個小時也不夠用來全面普查,必須進行「取樣調查」。

  「取樣」有多種操作方法,可依不同需要做選擇,以求高效率得到有代表性的調查結果。有了早上的合作經驗,下午的討論開始七嘴八舌了起來,兩組不約而同選擇了「分層隨機取樣」。「泰式酸辣雞」快速地以抽籤決定樣區,在戶外的分工、操作也十分順利。

  另一組「原味豌豆酥」則非常有創意地研發「豆子隨機法」──讓豆子在樣區圖上自由落體,滾到哪,哪裡就是樣區;有趣的是,擲豆的場地並非水平,圓圓豆子的去處雖屏除了人為的主觀選擇,卻還是不太隨機地總往同一處滾去,讓豌豆酥們花費了一段時間。
「隨機」有許多種方法,「原味豌豆酥」小隊十分有創意地發明用擲豆子的方式來隨機挑選樣區。

最後的挑戰、設計自己的實驗,驗證自己的假設!

  從題目開始發想整個研究,實在不是一件容易的事情,尤其是實際能夠進行實驗的時間只有短短幾天,能夠選擇的方向就更加受限了。
兩組花了一個下午的時間在園區東看西找,希望能搜尋到有趣的研究題目。原味豌豆酥在池畔邊因為一直被蚊子攻擊,還一度出現了「蚊子可以叮穿多厚的衣服」這個題目,最後卻因為沒人想被叮而作罷。

  接著在實驗進行的過程中,總會遇見更多之前從未想過的種種狀況。

  例如,決定研究「布袋蓮生長情況和水中鹽度關係」的豌豆酥們,分別用3.5%鹽水與0%淡水來養殖大株布袋蓮與小株布袋蓮,想了解鹽水布袋蓮,以及對大、小植株是否會有不同影響。但卻發現布袋蓮葉泡到水竟會發黑腐爛,一片葉子就這樣消失、看起來很穩妥的標籤標記,竟在一場颱風過後通通不翼而飛、數格子計算葉片面積的方式原來會造成很大的誤差……等等,豌豆酥們一邊檢討調查方法,一邊驚訝於完成一個嚴謹的實驗真的不容易!
布袋蓮原本好好地被安置在窗檯,每個葉片都貼上標籤識別,沒想到杜鵑颱風一刮,不但標籤全部都被吹走,就連葉片也被吹得嚴重分岔、無法測量,真是一開始想都想不到的狀況呀!圖為豌豆酥成員將受害的布袋蓮PO上臉書社團討論的畫面。

  而研究目標放在「樹木傷口大小是否會影響癒合程度」的酸辣雞們,則在初步調查過後,赫然發現:傷口幾乎都癒合得好好的呀!
園區裡發現的樹木傷口大部分都癒合完成,時間因素也不容許創造新傷口來觀察,泰式酸辣雞該怎麼辦呢?

  如此一來,癒合失敗的傷口可能會有樣本數過少的問題,幾經考慮後,竟決定更換題目了!於是,酸辣雞再度經歷了一次思考題目的嚴峻過程(真的很辛苦!)。

  說來不知是幸運還是不幸,羅東林業文化園區經過杜鵑颱風的洗禮之後,處處都是連根拔起的倒木,滿目瘡痍的園區除了讓一早來報到的學員們嚇了一跳之外,也給了酸辣雞一個靈感:咦,長得越高的樹會不會更容易被颱風吹倒呀?

  於是,酸辣雞團隊開始在倒木遍地的園區中穿梭,分別用皮尺、量角器、畢氏定理與三角函數求出倒木與立木的樹高,也順便蒐集胸徑、樹種與週遭環境狀況等附加資訊。測量樹高的原理是在課本中學過的知識,但除了曾經在數學試卷上解過考題外,這還是第一次用於實務測量,這樣學以致用的經驗,另酸辣雞們印象格外深刻。
在滿目瘡痍的園區裡,經過「抽樣」選擇樣區後,正在測量倒木身高的酸辣雞小組,看起來是不是很專業呢?他們在短短時間裡,總共測量了一百多棵樹呢!當天太陽很大,據說其中一位酸辣雞中途還忍不住發出了這樣的哀號:「還有多少樹要量?」

科學大驗收—成果發表會

  最後一天的最後兩小時中,學員們正極力整理實驗資料、修改PPT,來參加發表會的家長們陸續進門就座,氣氛突然有點正式,就連三週來陪著大家不斷進行討論的中心的老師們也不由自主地跟著緊張起來。然而這時候豌豆酥和酸辣雞反倒表現得臨危不亂,分工合作為台下聽眾詳細地報告三週來的成果,家長們聽著好奇,跟著問了幾個問題;有一段時間,教室就像一個小型的研討會現場,專注地討論著科學。
豌豆酥從實驗發想、操作、到資料整理、PTT製作,全程都齊心協力、默契十足地完成。
酸辣雞的兩位成員報告台風穩健令人驚豔,引發台下許多家長對調查成果的好奇呢!
酸辣雞團隊整理出調查成果,果然發現園區裡的樹木長得越高,傾倒的比例也越高!不過這其中的原因,值得去細細深入探究。園區裡的樹木大多來自人工種植,這樣的結果會不會是人為因素?原始森林中的樹木難道長得越高也會越容易被風吹倒嗎?和植株的根系大小是否有關係呢?颱風和倒木會不會對附近生存的生物帶來影響?一連串的科學問題如同雪球般越滾越大!


在我們成長的經驗中,很多時候都會直接得到「正確答案」,漸漸地連問問題的能力都失去了,更不用提該如何靠自己去尋找答案。這段為期三個星期的「科學調查培訓班」,所有的一切,包括實驗方法、操作步驟等等,都必須自己設計並親自驗證,過程中除了和很棒的新朋友一起完成了一個小小的研究報告、認識新工具和實驗操作方法,更多的期望是大家能夠保持觀察周遭的好奇心,勇於對理所當然的一切提出問題,並理性有邏輯地解讀各種訊息的關係與真偽,這不僅僅適用科學,更適用於生活。


  「科學調查培訓班」希望帶給大家的,並不是一般的自然體驗,也不僅止於實驗操作,還有保持理性思考與好奇活潑的心。今年,布袋蓮和倒木的實驗過程,也許在短短的時間內沒有辦法驗證更多有趣的猜測,也有非常多需要檢討改進之處,但我們所獲得的、帶走的一切,在走出教室後,才正要開始發揮、驗證!
2015科學調查培訓班,很高興有大家一起參與到最後!

2015科學調查培訓班【活動相簿】,請點選日期連結:

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