【焦點話題---張昭鼎逝世二十周年紀念研討會專輯】請重視中學階段的實驗教學--------邱韻如

驚聞彰化師大化學系一年級學生,5月7日進行化學實驗時,將廢棄的濃硫酸直接倒入水槽,
七名學生閃避不及被強酸噴到。濃硫酸怎麼可以直接倒水槽?這可是化學實驗裡最最基本的
概念之一啊。只要學過化學的人,都應該學過濃硫酸的稀釋程序,當濃硫酸與水要加在一起
時,該誰加誰、怎麼加才對,是怎樣也不能錯的,可是學生們卻常常只背答案,不思為什
麼,並在考過之後就立刻把答案還給老師了。

實驗教學是科學教育裡非常重要的一環,但長久以來,國內中學階段的實驗教學並沒有受到
該有的重視,大部分學生在中學六年期間,幾乎沒有受過基本科學實驗訓練,不僅對化學實
驗、電路實驗等的安全注意事項沒有概念,甚至連量長度、量角度等基本測量的能力也付諸
闕如。

時空錯亂捨本逐末的實驗教學現況

從「時間」來看,在考試掛帥的升學壓力下,許多教師認為實驗課浪費時間影響進度,或是
怕學生秩序吵鬧無法控制,因此用黑板講解代替實驗,以為黑板講解遠比讓學生親自動手有
效率。在有限的教學時數限制下,絕大多數的教師都深陷不斷趕課的泥沼中,只能以單向灌
輸的方式將教材內容塞入學生的腦袋中,讓學生在ABCD的選項中應付各種選擇題,而無彈性
自由的時間培養學生實驗操作的經驗與能力。於是,灌輸知識答案及解題技巧的教學方式,
成為自然學科的教學主流,學生不僅學過就忘,對學習科學更是挫折連連、興趣缺缺。

從「空間」來看,許多學校並沒有良好的實驗室環境。以物理實驗室來說,每校頂多一間或
兩間,全校各班必須輪流排班使用;常因實驗室的空間大小不夠及器材套數不夠,只能6~8人
編一組;加上器材的採購維修以及無專職管理人員編制等問題,讓分組實驗的實施困難重
重,導致大多數教師不帶或很少帶學生進實驗室,讓上述的問題在惡性循環下難以改進。

降低班級人數是改善教學環境最直接也最簡單的方式,但總被以「經費不足」為理由而搪
塞。雖然靠「少子化」可以逐漸達成,但還是緩不濟急。除降低班級人數外,還可投注經費
將現有教室合併以增大空間,並且增加實驗室的空間及相關教師及技士人數。更進一步,還
可以將教室和實驗室合一,讓教學能如魚得水。筆者在2011年參訪過幾間舊金山中小學的科
學教室,都是同時可以上課、討論、隨時進行實驗的活動空間,班級學生人數大約在20人以
下,他們在有參訪人員的情況下,仍正常上課、進行實驗、與同組同學討論,甚至很大方的
向我們講解他們正在進行的實驗。

教學之「本」在於「教材教法」,目前實驗講義上按部就班的步驟及制式的表格,讓學生在
基本訓練上打了很多折扣。在沈重的教學負擔及課綱時數等重重限制下,要求教師能夠彈性
調整實驗教材、採用探究式教學法、甚至教導學生撰寫出像樣的實驗報告等等,似乎都是緣
木求魚。實驗操作過程中所能學到的許多能力,並非紙筆測驗能考出來的,在以通過考試為
最高指導原則的教學氛圍下,犧牲培養探究質疑的實驗實作能力的教學,而直接記憶實驗結
果,是最「短視近利」且「本末倒置」的方式。

菁英競賽成績不能代表科學教育成效

有些單位常拿少數菁英學生所參加的奧林匹亞競賽、實驗能力競賽、科展等等比賽來當作他
們推動科學教育的績效。殊不知以上各種比賽(尤其是國際比賽),幾乎都只是針對參賽者
進行集訓與教學,對一般學生的學習沒什麼實質幫助。科學教育的目的並非將學生訓練成為
科學家,而是透過科學的學習,一方面讓這些未來的公民將來能對與科學有關的社會議題有
基本的判斷能力而不理盲,一方面從動手操作實驗的過程中,學習探究、發現問題、解決問
題的能力,建立學生動手做的智慧與學習成就感。

動手做的體驗是無法取代的

目前高一基礎物理的課綱,只有安排「示範教學」而無分組實驗教學。老師能夠在課前準備
與試做,把器材搬到教室,在講台上操作給學生看,已經算是非常難能可貴了。有些老師會
以Youtube影片或出版商提供的實驗教學影片來取代實際做實驗。但是,對學生來說,眼看耳
聽而非親自動手體驗的示範實驗或實驗影片,是不能取代分組實驗教學的學習效益。

筆者任教大一普物實驗課程已有二十年的經驗,長期從實驗教學中觀察學生的實驗能力與表
現,二十年來,不進有退。這些大一理工科系新生,除了極少數從科學高中或有實際參加科
展經驗的學生之外,大多數在測量長度與角度、連接電線等等基本實驗技術,都常常出現各
種狀況。舉例來說,在做斜面實驗時,他們不僅對角度30度究竟有多大毫無概念,使用量角
器測量角度時更是錯誤連連;他們在沒有現成表格下,不會紀錄數據、處理數據,分不清誰
是實驗值、誰是理論值,而只會關心誤差要在多少之內才能通過。探討實驗誤差時,總是歸
咎於人為誤差及摩擦力、空氣阻力,不然就怪儀器不好,以為有精密的儀器才能做出好的實
驗結果。絕大多數的學生都說他們在國高中幾乎沒做過實驗,或是偶而做過實驗,但都在
玩,跟沒做過是一樣的。

除了物理、化學、生物等等學科之外,以前國中的工藝科在併入自然與生活科技之後,教學
是否有更落實?就筆者所知,目前各國中高中已經很少有學校能實施金工、木工、電工等等
實作課程,就連高職等相關科系的這些實作課也常因設備不足或不受重視而僅能淪為空談。

落實實驗教學紮根科學教育

在十二年國教「免試」的精神下,現行以考試為主的教學模式勢必要面臨大的改變。期望政
府能挹注經費改善實驗教學環境,第一線的科學教師能帶領學生透過動手做的過程學習科
學,讓實驗課成為科學學習不可或缺的一環。

邱韻如:任教長庚大學通識中心物理科(與《科學月刊》522期共同刊載)

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