特別企劃

【自然】帶領科展團隊的錦囊妙計

文.圖/高雄市文府國小 莊婷媜老師

回首參與科展之路,一路走來,真的是跌跌撞撞!摸索了這麼多年, 這幾年帶學生做科展才開始覺得得心應手,雖然過程很忙、很累,但卻很快樂、很有成就感!成就感來自於看到學生在研究的過程中成長,以及在過程中發現問題、尋找答案的樂趣,當然,還有科展成績的表現。

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▲ 男生組聽女生組報告,找出報告內容不清楚或是語氣不妥之處並做紀 錄,老師利用攝影機將報告過程拍攝下來,讓學生事後觀看自己的報 告,找出問題並加以修正。

帶領學生做科展似乎是自然科專任教師的宿命,雖說學生才是作品的主人,教師只是輔助員,但對於國小學童而言,在專業知識背景尚未純熟的情況下,又怎能獨自完成如此巨大的研究?教師在這樣的比賽中又該扮演什麼角色?以及如何帶領學生進行研究呢?以下針對幾點做說明。

學生的選擇

首先是選角, 能夠擔任此研究工作的特質,是「耐煩」與「耐操」。在國小階段只有極少數的學生在數理的表現上會特別突出,因此如果說是要挑選未來理工科人才是很有難度的,但若是學生具有積極的態度與追根究柢的精神,即符合我們所需要「耐煩」與「耐操」的特質。通常我們會從任課班級裡觀察是否有這樣的學生,若無,才會再請班級導師推薦合適的人選。

如果要考慮公平、公開原則,近年來高雄市的做法是先在各校辦理校內科展,再從多件優秀作品中選出代表隊參賽,這種方式適合有辦理校內競賽且參賽隊伍較多的學校,若是小校或是參賽風氣不足的學校,建議老師們選角時別用課業成績決定,而是用態度、特質決定參賽資格。

人數部分, 雖然國小允許一組6人參賽,但通常我們會選擇8~10人分成2組,人數越多,在科展集訓時間配合度上難度越大;分成2組則是這幾年的新發現,將學生分成2組,同時進行2個主題的科展研究看似困難度倍增且累,但其實不然,運用同儕相互學習及競爭的方式常常是事半功倍,他們會互相研究、互相討論,甚至是互相揪出對方的問題,而老師們也可以互相支援及討論,不論是學生或是老師都組成科展團隊互相討論,而非單打獨鬥,這樣互助合作的方式,在這幾年實施下來效果奇佳,建議有興趣從事科展研究的教師們不妨試試。

主題來自生活周遭

「科展最難就在於主題的選定!」對我而言,科展是一種試圖解決生活中遇到的問題所進行的一種研究。生活中,無處不科學,舉例來說,10幾年前的一個週末午後,在電視上看到一則報導:「吃甘蔗時如果配上花生,那麼甘蔗的細胞壁就會被花生的油脂溶解,因此甘蔗渣就可以吞下去⋯⋯」這則報導引起了我的疑惑與好奇,如果真有此事,那麼在顯微鏡下應該可以看見花生油破壞細胞壁的畫面。

於是,我在顯微鏡前等了一整天,卻沒看見甘蔗的細胞壁有任何動靜,這讓我決定去找出真正的原因,因此有了「當甘蔗遇上花生」的科展作品,雖然最後成績只有佳作,但是在過程中我們找到了甘蔗渣溶解的祕密是因為「咀嚼」,過程中,我們也嘗試了吃檳榔加香香豆後,成功地將檳榔吞下肚,醫生也說這些植物纖維有助形成糞便的前身─「堆體」,此對身體是無害的,我們進一步提出建議,希望檳榔攤業者可以在販賣檳榔時附贈香香豆,這樣就不會有檳榔渣的產生,既環保又衛生。

在進行研究時會有一種找尋真相、抽絲剝繭如偵辦懸案般的刺激與快樂,當然,也常會遇到案情不單純或證據不足無法再繼續追究的窘境,因此選定主題往往是最簡單,卻也是最困難的問題。建議從生活中的問題著手,再從歷屆科展報告中找尋相似的研究,了解前輩已考慮哪些條件、運用哪些方法、我們還能再做些什麼等,再繼續追根究柢下去。

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以引導代替指導

科展的歷程就是一個完整的探究課程,從提出問題到解決問題,中間要用什麼變因控制來驗證假設, 過程真的非常不容易。對於國小學生來說,除了背景知識有限,實驗室設備器材更是簡單,如何帶領學生在如此實驗條件下做出好的研究,也著實考驗教師的功力,建議教師們可以將要解決的問題拋給學生,讓學生們學習設計實驗,也許設計的條件不夠成熟、有錯誤或是不可行,但是教師可以直接與他們進行討論、修正,如此,雖然過程會比我們直接設計好假設與實驗還辛苦且耗時,但是學生們可以在這些過程中,真實感受實驗的失敗與思考實驗設計的心路歷程。

以去年的科展來說, 我們思考「如何檢測口罩對二氧化碳的透氣效果」,小四的學生林鼎就拿起紙筆開始畫設備圖,其他人則東翻西找實驗室裡現有的材料開始拼湊、試做, 一邊討論「如何定量的產生二氧化碳氣體?」、「產生後如何不受外界氣體的干擾?」等。

從無到有, 我們設計出國小學生就能測出口罩透氣率的裝置,除了二氧化碳偵測器是向國立高雄科技大學實驗室借用之外,其餘均是學生從實驗室裡取得,教師在設計的過程中扮演的角色,即是不斷地詢問他們「你覺得這樣有沒有問題?」、「有沒有確定測到的氣體是通過口罩的?」、「怎麼確定每次產生的二氧化碳是一樣多的?」、「然後呢?該怎麼辦?」。

動手動腦的是學生,教師扮演的即是「出嘴」的角色。發現問題時別急著接手幫學生解決,可以直接把問題丟回去給他們,讓他們動腦筋去解決。

主動積極的出擊

這樣一來一往的發現問題、解決問題雖然很花時間,但學生在這樣的過程中才能真正學習探究的意涵與研究步驟,也許不是他們發現問題的, 但是解決問題、設計實驗、變因控制及選擇都是以學生們為主導、教師扮演引導的角色,這樣的歷程有助於在複賽報告時展現學生的自信,因為學生非常清楚整個實驗歷程與內容, 他們會認為這是「他們」的研究,而不是「老師們」的研究,他們在乎他們的努力有沒有被看見,因此積極地要把最好的研究結果呈現出來,讓學生認為自己是科展研究的作者,唯有如此,才能激發他們的榮譽心與責任感,並以主人之姿將作品做最好的呈現。

曾經有位教師問我,如何讓學生展現積極的企圖心?我想在這樣的研究過程中,學生們已將此項作品視為己出、熟悉內容且期待成果,此時老師已不需要從旁辛苦的鞭策,給予適時的鼓勵及關注即可。

因此教師在研究過程中,需要具備足夠看見問題的高度及多面向思考的能力,並將學生發散性的思考收斂聚焦,引入研究的主題,再適時丟出問題讓學生思考,提供適當鷹架讓學生找到解決問題的方法,一起發現問題、找到答案的快樂是科展研究過程中最迷人的!

國小階段學生的組織能力與分析能力仍尚須培養訓練,因此建議教師可以讓學生將研究內容用心智圖、魚骨圖等畫出來,讓學生整理腦中混亂繁雜的研究內容,從學生畫出來的圖中,教師也可以看出學生理解的程度,找出問題及補救不足的地方,藉此也有助於學生整理腦中研究的脈絡。

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親、師、生合作

在整個研究過程中,家長的支持同樣很重要!不論是學生研究時間接送的配合或是專業上的協助,這幾年選定學生後發現,優秀的學生通常有著關心教育的父母親,有的甚至是學術界或是企業界的專業人士,此時,親、師、生三者良善的互動,將有助於實驗的進行,可以請教與實驗有相關經歷的家長協助實驗的進行,例如在「如何檢測口罩對二氧化碳的透氣效果」研究中,關於口罩效能的探討,口罩研究組裡有一位家長剛好曾在衛生紙工廠工作過,因此提供我們很多與過濾紙張相關的知識及材料,獲益良多!

除此之外,家長在經費上的幫助更是很大的力量,從點心、實驗器材到比賽的治裝等,家長的投入對團隊都是助力,但如何投入而不介入?如何拿捏尺度?在實驗過程中如果遇到學生狀況不佳,如何跟家長溝通,共同聯手幫助學生進入狀況?考驗著老師的人際溝通處理能力。

早期, 沒有社群網站的年代,我會以「給家長的一封信」形式讓家長知道學生的研究進度或是比賽時程的安排,現在不論是Facebook或是LINE都很方便,隨時可以讓家長知道學生的近況,讓家長放心,也可適時對學生的表現予以鼓勵,但遇到學生有狀況時,建議私下聯絡並了解狀況,勿直接在群組裡說,家長會感受到老師們的用心與真心,建立好的互信互動,也會很願意與老師合作,讓親、師齊心一起鼓勵學生,跨越每一個困難。

調整心態

近年來參加全國科展發現,參賽的內容水準都很高,相信老師及學生都投入很多的努力,也因為都付出努力了,大家都希望在市賽或是全國賽有好的成績,也因為成績的壓力,容易讓師生得失心太重而影響做科展研究的熱情。

曾經,我也很戰戰兢兢的想要有所表現,也曾因為努力沒有被肯定而沮喪,但多年後覺得把科展研究當作是探究,用我們可以設計出來的研究方式去探究生活中的科學現象或是解決疑問,這樣的過程是充滿變數且未知的,帶著學生一起去尋找答案,告訴學生也告訴自己,在這過程中,學習成長才是最大的收穫!若能夠順便拿個獎回來就當作是鼓勵,如果沒有就當作是激勵,繼續努力。

帶領學生做科展,教會我更用心的過生活,細心感受、思考生活中現象背後的科學原理,增加思考的敏銳度;也因為帶領學生做科展,我學會根據學生特質做適性引導及工作分配;帶領學生做科展,更讓身為科任老師的我,有機會與家長互動與溝通,學習人際溝通、建立良好的師生關係等。做科展的好處很多,但是相對的在時間及心力的投入也不少,一旦投入,所思、所想、所見都是與科展有關的內容,腦力、體力的耗損是一定要的,而物力(失敗的實驗器材等)與財力的投資(學生飲料、點心等)也不一定保證等於獲利(得獎),如果您正深陷其中苦無對策,建議換個角度轉換心態,腦中的靈感也許就源源不絕。找一些志同道合的科展同好們,大家一起研究、一起互相打氣與鼓勵,科展之路,咱們一起走下去!