Author: Jwu-Ting Chen

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教師與教育家

記得當初上課時常向同學比喻,學校就像一個馬場。馬兒來來去去,在僅有的相處時日中,教師教書就像在餵馬兒吃飼料。有時認為自己足能辨識哪些是千里馬,但是教書三十年的生涯,多半的時候並無十足的把握,確定指認誰將來必然是匹能躍馳千里的名駒。 千里馬的特質可能不同,但一定要能跑!跑的方式很多:短跑、長跑、耐力跑、快發、善衝、穩健…;適應不同的地形,諸如上坡、下坡、草原、沙漠、山岳、困境、險地…,馬的潛力都不是在安逸的馬場所能檢視殆盡的。 善飼馬者會把柵欄盡可能的放遠,讓愛跑的馬兒盡情的跑。一旦發現有能跑到邊際的馬兒,就會設法將欄杆撤至看不見的遠處。不善飼馬者可能會把馬圈在眼前,還給一大堆的飼料。表面上照顧週到,於是雞、鴨、豬、牛、馬擠在一塊兒搶食,馬兒甚至忘了勤跑、多跑、快跑的天命。 年輕時讀過一本暢銷書–「天地一沙鷗」(Jonathan Livingstone, Seagull)。書的主角是描述一隻不從眾覓食,卻要尋求飛翔天命的海鷗。意圖擁抱極至的浪漫主義情懷,不願輕信有限的短視,卻要戮力突破宿命的束縛,為要追逐那遙不可及的急速飛翔之天命。因此,寧可承受高空的酷寒、多變的天候,冒著鷹鷲獵殺的危機,挑戰可能失速的致命之險,最不堪的是忍受沙灘上競食同儕的訕笑輕蔑。 先航者能教的經驗有限。更重要的是引導海鷗Jonathan離開沙灘,然後陪伴一段飛翔。陪伴飛翔當然需要技術、耐心與愛心,但是技術、耐心與愛心都未必能指引Jonathan飛翔的邊際,和突破飛翔障礙的時機! 任何一位馬場的主人雖然身負教師之職,也可追逐教育家先航者的天命。勤於飼餵無法代替指引成長的環境與機會。教導是專業,是教師的工作。提供環境與機會則是教育的理念與遠見。 這不是怪責教師教導的不足,而是期許教師把眼光放在學生的未來;也不是指望每一匹馬兒都是千里馬,而是期許每一匹馬兒的成長,都能有自己的夢想、選擇與機會。

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資優教育的兩難—Have Fame or have Life? That is a question!

「天才的禮物」(Gifted)是一部單純的教育片。由飾演美國隊長帥帥的Chris Evans領銜飾Frank Adler。在數學天才的妹妹自殺後,依妹妹遺願,帶著七歲的姪女Mary搬到佛羅里達一個小鎮。妹妹生前希望女兒勿蹈覆轍,而能有一個正常的happy and normal ”kid’s life”。面對著明顯「聰穎、早熟、不正常」的Mary,Frank還是要Mary進小學,學習 「正常」交友、與人相處。 Mary的老師Bonnie很快就發現她不同凡響的數學天分,更發現她是早折的數學天才Dianne Adler之女。校長獲悉後,劇情就進入了資優教育的自然張力:Frank只希望Mary在學校learn to “be a kid”;校方認為天才兒童理當接受國家「最好」的栽培;身為數學學者的外婆獲悉消息後,更是以提供優渥的物質及教育資源的理由,和兒子Frank在法庭演出親權爭奪戰。 在這種想當然耳的劇情下,Mary對舅舅感情顯然是關鍵,她說 “He wanted me before he knew how good I was!”電影後面的發展就不是筆者要討論的重點了。到底我們發現了聰明小孩後,是如何看待這些生命和生活剛起步的閃亮星星?希望他們快樂的成長?還是加速腳步的邁向名人堂(Hall of Fame)? 筆者曾經有另一篇網誌(1),感歎台灣常常把千里馬和土雞栓在同一個柵欄中搶米吃。這並不是表示筆者贊成資優生是國家社會的貲財,更不表示應該把資優生當國手,送進Hall of Fame。就像電影中持此想法的一方,還不知道關心的是誰的名聲。筆者還有一篇評論談到教育永遠有兩個面向的目標(2),一則是為了建立開發個人的才能,一則是為群體育才。站在教育的觀點,兩個方面都不該把人格養成和人性的發展排除在教養培育的圈外,而獨厚天才的促成! 家長和國家投注額外的心力在資優兒童或青少年身上,指望他們有所出人頭地,當屬無可厚非。但是父母、師長、國家、社會都不擁有年輕人的生命!究竟成名重要還是生命或生活重要,也是不辯自明。若是投資者尚且有私心利慾,就更是等而下者。 看到電影中Uncle Frank被問及自己對Mary的態度真是對她好嗎?Frank惶恐的回答“I don’t know.”這才是誠實的態度。沒有人可以保證哪一種教育是絕對應該的、正確的。最後他又說,看到Mary和自己在一起,能夠快樂、聰明的成長,自己的選擇應該是正確的。此話雖然合理的處理了戲劇的矛盾之處。現實生活中,資優生的教育永遠是教師和家長,以及國家的兩難,在生命前謙虛地找到同理心,才是智者! Ref: (1) https://www.facebook.com/notes/%E9%99%B3%E7%AB%B9%E4%BA%AD/%E6%95%99%E5%B8%AB%E8%88%87%E6%95%99%E8%82%B2/1485833181433941/ (2) https://www.facebook.com/notes/%E9%99%B3%E7%AB%B9%E4%BA%AD/%E5%8F%B0%E7%81%A3%E6%95%99%E8%82%B2%E8%BF%B7%E6%80%9D%E4%B8%AD%E7%9A%84%E7%A7%91%E5%AD%B8%E6%95%99%E8%82%B2/1291456640871597/

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三談「教育傳播」

自從2005年國科會積極推動科普和科學傳播計畫以來,國內科普與科傳活動的人才、工作、計畫、結果的確是翻了不只兩番。活動的人次、頻率、種類、創意、內容都有如雨後春筍的成長。但是除了少數的網站積聚的科普成果內容,就很難再有高能見度的動能彰顯。不僅是無法想像在小巨蛋辦個科普嘉年華,五月初就是科普列車再出發的日子,每次這種全國性的活動都是嚴酷的考驗。  筆者曾經對於台灣學教界有一些省視,可能也適用於對社會的普遍觀察,就是: 人才不少,缺少團隊 工作很多,缺少理念 計畫很多,缺少累聚績效 重視表面結果,忽略工作過程 忽視社群文化集成的價值與格調 這不僅是評論人才、工作、計畫、結果等無法累積,關鍵其實仍然是最後一條指出的,大家傾向選擇跑短線,對最重要的社群經營乏人問津,當然就更不必談締造社群文化的使命! 一般人常誤以為傳播是匯集人氣的不二法寶,無法經營傳播通常是怪沒錢。其實沒人遠遜於沒錢,有人還需要有動能;有了動能還需要能量的匯流和方向。換句話說,在小型社會中做好事,需要創造社群和創造社群目標!這正是台灣的痛腳! 當錢淹腳目時,水趨下流;人好逸惡勞,性趨食色羶色腥。電視媒體中所充斥的無非是點閱率之所驅使,真要電視辦一些正面知識型的節目,他們也是徒呼負負,無以為繼。須知逆水行舟、杵性而為,本來就是小眾口味。社會失去了民主與自由的價值精義,卻將選舉和權利當成手段任意濫用,法國革命也經過暴民政治,俄國、中國都抓著人民專政的晃子當旌旗,菁英就被民粹壓制,社會就是明哲保身,噤口不言。 社會一旦缺乏菁英的勇氣,少了睿智社群的旗幟,民間智庫不彰,就算是有零星的努力或活動,仍然看不見社群文化集成的價值與格調,聽不到話語權的彰顯。大學校園中沒有討論公共事務的開放平台。BBS雖然流行,卻很少教師加入,信實虛鬧不分。政府計畫一個接著一個,學校間只有競爭,卻不懂得串聯經驗和智慧。過程遭虛度,經歷被忽視,就不容易讓年輕人體會何謂汲汲營營,看不見胼手抵足、用心耕耘的榜樣。 教育傳播的精髓需要有心、用心、費心、貼心人集合出有能見度的知識社群,有意識的展現社群文化的價值與格調。近年教師團體中推動的「系統改造」和「開放空間對話」(Open Space Technology, OST)的活動就事很好的起點。這是比創造個別精彩活動更要有心、用心、費心、貼心的事業。當然,大家都希望在江湖上闖出名號。但是時代的精神永遠是共享,大眾的福祉永遠是共業。 知識需要傳播的意義,乃在於其為社會彰顯文化格調的主要途徑!

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再談「教育傳播」

容我再談一些如何提升創造新教育思維和新學習行為之「能見度」的概念! 目前臺灣教育不論在大學或中學裏推動教學創新都相當窒礙難行。這並不是因為沒有錢,有心的教師人數雖然不算多,但是站出來的多有熱心的精英志士。主要問題還是學校的教育改革缺乏學術或成績的替代價值!也是林從一教授說的:沒有原學門系所的贖身價值。用白話文,就是眼睛裡只有論文和分數的人會認為,教育創新是不務實際、不務正業、曲高和寡、自我陶醉、甚至自欺欺人。 換一個例子,基礎科學或基礎工程的科系在計算學術績效時,常常只考量學術期刊論文,期刊投稿接受率越低,讀者群越廣眾的期刊,學術指數就越高。較挑剔的系所進行學術評鑑時,專書或專利的學術重量都無法與學術論文等量齊觀。但是科技部一旦要求產學績效了,倏然間專利的計數就水漲船高。許多單位的升等評鑑就歡然接受產學合作計畫,發表專利和技術手冊專書也順理成章算成研究績效了。這就是所謂「贖身取代」! 筆者提到「工作能見度」。什麼才是工作能見度的HOW & WHAT? 傳播的首要目標就是建立公眾能見度,所以「教育傳播」的積極意義雖然是對公眾從事知識的轉譯,但也可以說,就是提升教育成效的能見度。教育創新的工作務必讓人聽到、看到、讀到、知道教學創新的內容、方法,還有教學環境的締造。其中包括了教育創新的學術底蘊,以及學習、實踐、行動研究…等種種的WHAT & HOW,都可以是教育傳播的內容。尤其讓參與的師生來承擔傳播工作,雖然辛苦,也更能加深榮辱與共的情懷。 在此多媒體網路時代,新傳播工具垂手可得。影像電視媒體或許仍然昂貴,部分新世代學生也的確不喜歡使用文字,但是我仍然必須強調,就像發表學術研究論文,文字影像仍舊是提升「能見度」不可或缺的研究證據!教育傳播縱使未必能及時成為學術的「贖身取代」,但是教育傳播的功能絕對可以涵蓋諸如(1) 學習者的學習歷程及心得表達溝通紀錄; (2) 師生及教學參與者的對話及活動;(3) 教材教法的闡述與發表;(4) 行動研究和理論的學術論作或發表;(5) 新學習制度、新教材教法、新學習行為的展出平台…等等。 就像一個新革命思維出現時,必須創造辦報、出版或露出媒體的機會。搶到麥克風才有話語權。現在政府或重要單位都有發言人,立志從事創新的人在傳播上也沒有消極或悲觀的權利。同時學生也需要有學習表達、溝通的能力,當今真實問題的實踐學習多採小組學習,正適合將企劃、理論、行政、法規、預算、設備、庶務、聯絡、活動、記錄、傳播…,以分工合作的方式來進行,就像處理社會實務一般。 哪一個工作不需要做完後向主管單位報備成效呢?未來教育的多元化及跨領域訴求並不是放棄固有學門,大學即使是重教學或實務導向也不可能捐棄研究,只是研究法將更廣泛的用到學術之外的範疇,用來利生,用來益世。 「教育傳播」正是打開未來多元教育的一把鑰匙!

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第三種文化的新視界–遙想邊際

By Jwu-Ting Chen, Emeritus Professor Chemistry, NTU 「兩種文化」的概念是由斯諾(Charles Percy Snow)於1959年在瑞德講座(Rede Lecture)的演講後引起全球重大迴響[1]。斯諾是劍橋的物理研究員,同時也是小說家。他在演講中描述二戰前的西方知識社會中,自稱知識分子的文學工作者與在科學界領頭的物理學者互不瞭解、互不來往、互相輕視、甚至彼此敵視,人文與科學宛如兩種平行文化。斯諾隨後出版了《兩種文化與科學革命》。 這個概念引起熱烈的討論或辯論固然激發思考,斯諾卻認為似乎無助於學界對立陣營的實質互動。1963年他將書再版,修改了內容,並將書名改成《兩種文化及其再檢討》[2] 。斯諾強調文化重在知識或心智的發展,人文與科學落到井水不犯河水,兩者都不足以完備。 在人類的生活方式中,這種學界的疏離尤其顯得幼稚可笑,專家們卻毫無覺悟!斯諾注意到許多二戰後新興的領域,如經濟學、社會學、政治學,或是科學中的醫學、心理學,人文中的人類學…等,都似乎有人文、科學互通的趨勢或可能。新領域的發展需要新觀點,斯諾樂觀的想像,這或許是「第三種文化」興起的契機,卻終不能得見曙光。 人類有一個本事,就是在沒有完全透徹了解對象物事的情況下,只要心有所感,神牽夢想,靠著堅定的嚐試再嚐試、摸索再摸索,以至於熟稔、精通,甚至超凡絕俗,逾越了大自然的生物本能境界,我們稱作The state of ART!這種人創境界卻不僅限於藝術。 科學好比藝術或語文,科學也是根據人類本能創造出來的一種文明。但是科學不是常識,更不以感覺、感情或情緒為終極依歸,科學訴求嚴謹的理性思維方法更不是普通人日常的想法。科學是一種經常違背直觀,嚴苛的運用理性,樂於遵從形式邏輯的本質,企求可驗證之經驗,又常常能精確預測未曾有之經驗的特殊思考方式。近代科學最出色的功效之一就是能讓科學家非常有效率的發現日常想法中的誤謬。 後現代主義的快速發展主要來自都市建築、藝術界,基於現代化對世界帶來的災禍不斷,力圖尋求創作的新視野。人文與社會學科反而轉向對科學、科技不信任的批判,並且試圖解構科學中形塑的強勢權力結構和男性文化。「多元典範、並行不悖」和「科學終結」的口號其實並未減緩科學或科技的腳步,越戰後,環境與全球變遷等危機反倒促成了科學界的內省,以更快速的步伐往前行。 歐洲對典範科學 vs 後典範科學(Mode I normal sciences & Mode II postnormal sciences)、公民科學等跨科際教育的研究[3] 。不僅專家科學所形成的文化象牙塔與世隔離的狀態需要改變,常民或公民科學的訴求也呼籲著科學家應該多注意社會實存的意志!事實上,「跨界」的需求已經是高等教育、研究機構中所有學術專業無法忽視的的必要思維。 布羅克曼(John Brockman)在美國注意到了科學文化在演化中遞嬗所產生的質變,繼斯諾之後,再度豎起了「第三種文化」的大纛。先在紐約成立「實體俱樂部」(The Reality Club),1988年轉為「邊際基金會」(Edge)。布羅克曼以文字掮客的專長,使「邊際」成為科學、科技的文化智庫,戮力推行並且闡述「第三種文化」的網路出版[4]。 「邊際」兼具了前沿的盡頭與未知之起點的雙重意涵,不僅開創了網路平台,更重要的是有效的吸引了關心文化及善於寫作的科學家發表觀點文章。更進一步開闢年度「大哉問」(Annual Questions)。從世界聞名的學者徵求精闢的問題,再邀請重量級科學家、知識分子撰寫文摘。這種匯流深度智慧、知識的文化事業有效的集結了科學與人文智識分子的心智晶華,使得「第三種文化」的發展如浴火鳳凰,在西方二十世紀末的知識菁英的社群內蔚然成風。 本世紀初,賈伯斯二度帶領著「蘋果」推出了智慧手機及平板產品,脅著勢不可擋的商業纓鋒,掀起了PC結合網路文化再創新的資訊革命。不僅進一步突破了科學與人文的硬體藩籬,可以說所有的專業領域及常民的資訊出版文化都被顛覆或震撼。從此,可以說用創意熱誠讓任何彼此獨立、不相屬、不瞭解、不溝通、不對話、甚至不來往的社群開啟互動連結,正是在創造第三種文化的實踐! 二十一世紀的網路、行動資訊、多媒體、自媒體、創客(makers)等都可視為第三種文化跨界的努力,甚至孕育出第三種文化的新載具和新媒介。但是第三種文化為世界帶來的是否Z>B,亦或逃不出B>Z的人類文明宿命,尚屬未知之天!無論如何,這一波的資訊革命確實撼動了壁壘分明的學術封建和社會階層,不同「文化」的溝通競合將勢所難免。 面對方興未艾的第三種文化的新態勢,公民的跨界認知和能力實居於關鍵地位。這是否意味著教育中必須貫徹更深刻廣博的專業與通識,抑或是更務實的知識融通能力?從正面的觀點來看,舊體制訓練的專業教育除了相對少數從事專業工作及相關事業的人,對常民最重要的應該是與專家溝通的能力和自信心。扎實優質的專業和通識知識固然可以增進溝通和自信,創造第三種文化的深層底蘊仍然是對專業知識的品味。 References Snow, Charles Percy (2001) [1959]. The Two Cultures. London: Cambridge University Press. p. 3. ISBN 0-521-45730-0. Snow,...

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行動網路世代的教育傳播

本文發表於科學研習55-11(科教館60周年特刊) 街頭有人尬舞,有人飆歌,但是台灣為什麼仍然缺少知識的舞台? 當制式教育陷入泥淖,體制外教育就應當海闊天空! 網路時代的科教與科普 筆者於2008年甫任職台大新成立的「科學教育發展中心」(The Center for the Advancement of Science Education, 簡稱CASE) (1)。有鑒於網路已成為時興的社群媒體新秀,在西方,部落格和網站除了社交功能,都已承肩起知識和文化的傳播角色。在台灣,學校與官方的網站不過作佈告欄之用,或者充其量是資料庫。顯示台灣的大學徒有產出知識(knowledge production)或資訊的技術,但是缺乏建置網路知識內容的概念與行動,或甚至完全沒有「知識傳播」(knowledge transfer )的想法! 科學教育做為學校主體知識的一環,優點是能以學術研究做為基礎的知識內涵,因而自有其信據,符合專業標準。缺點是社會上或媒體中的科學和科技水平向來為人詬病,可惜批評者有人,明知傳播人士離開學校後要學習理工專業相對困難,但是學教界卻總是對傳播責任躑躅不前。同時,台灣的媒體界又長期缺乏各行的專業觀點與視野,而且每下愈況。 科學思維本來就不是常民日常的思考方式。這種領域間不相溝通而且難以合作的窘境並非台灣獨有,但是在共識文化底蘊稀薄,功利市場壟斷的局面下,需要跨界創新的文化就益發艱困。(2) 傳統上普及科學(popular science)正是科學家與社會大眾接軌的橋樑。在18-19世紀的歐洲,拉瓦節、戴維、法拉第(Lavoisier, Davy, Farady)這些大師們篤信真理應屬於世人,深知科學創見的驚奇總能先見常民之所未見。即使尚未成熟的科技仍有可能拓展世界的未來,所以都曾主動的公開展示、表演、闡述、介紹最新的科學發現給普羅大眾。 法拉第自1825年創設的英國皇家科學院耶誕講座(Royal Institution Christmas Lectures)已經是近兩百年的科普傳承(圖1)。CASE效法先賢,自2009年發起的「探索」基礎科學講座如今也已邁入第16季,所有逾120次的演講影音、文字內容記錄都留存在網頁上。(3,4) 科學探究著重精闢的提問,普羅大眾多喜好垂手可得的know how! 舉辦科普活動正是針對傳統科學教育力有未逮之處。2010年科學月刊慶祝四十週年,全年在全國推動「科月四十」、「科學到民間」…等紀念活動,活絡了台灣的科學界與科普社群(5)。CASE和科教館適逢其會,就有了初步在科普上合作的機會。 科普活動本身更能賦予趣味、啟發;可講、可唱、可演、型態多元創新,可具娛樂性;時間地點也多有彈性。較諸體制內的科教,容或內容常有稀釋或淺薄化,但科普也就更能夠貼近生活、群眾與社會。電影藝文有舞台,綜藝娛樂有舞台,科教也應該發揮創意,科普要能打造新的「知識舞台」。 NTSEC與CASE的經典合作科普項目,當推響應聯合國UNESCO的2011國際化學年,共同籌劃了令人屏息觀賞的「夢遊魔幻化境」化學實驗劇場!(Magichem, 圖2)。 這是一齣結合化學演示實驗的創意科學舞劇,融合化學實驗與戲劇、舞蹈,顛覆了大家心中對化學是艱深、危險、枯燥的印象。在舞台上,將液體變色、火焰、氣泡、煙霧、爆炸…等精彩絕倫的實驗編入了化學家門德烈夫及精靈的奇幻魔法夢境故事中,然後以舞台劇呈現。劇情、舞蹈、服裝、舞台與演示實驗分別由戲劇和化學系所的同好同學擔綱,2011年母親節的假期在科教館一樓大廳的演出,博得了許多親子觀眾的歡心同樂和記憶! (6) 科教傳播的萌芽 成功科普活動的驚艷固然可喜,也立刻提供了學習的功課。偶一為之的精采表演雖然可以啟發人心,教育總是需要持恆的學習。此外,創作一個活動的艱辛,還有策展所必需的宣傳、行銷,其中所牽涉的人力、物力都需要考慮經濟和教育的C/P值。就以網站或部落格為例,科教內容也好,科普活動也罷,辛苦撰寫的內容要如何掙得更廣大視聽大眾的青睞?就算是好不容易獲得了高點閱次數或是觸及用戶,又如何保證教育的效益能因叫好叫座而持續發酵?(7) 2010-2011年,CASE網站在建置的同時,也開始製作開放課程(Open CourseWare) (8)。OCW是當今翻轉教室磨課師線上教學(MOOCs)的前身。工作團隊很快就發現網路缺少「傳播」的思維,就不過是個沒人用的「冰庫」。 在網路出現之前,電視壟斷傳播媒體市場已有三十年。電視出現之前的主流媒體,譬如廣播與紙本平面媒體都在80年代後期逐漸式微。出版界咸認為網路的出現成了壓垮平面媒體的最後一根稻草。但是凋零不表示必然滅絕,自然界的演化定則是跑得快、力氣大的未必永遠是贏家。 21世紀有一個重要的國際社會徵候,就是自媒體和社群媒體逐漸取代了大型主流媒體的社會角色。民主思維導致的社會傳統價值的解構,連結了網路重度使用者,新族群為了爭取社會話語權,提前宣告傳播不必再單單仰賴有錢有勢的財團或官方媒體,這正突顯了創造適應環境的時機才是王道。 網路傳播必須先形成平台,因為平台可以集合工作團隊與目標受眾;平台可以累聚,並且推廣傳播工作成果;平台可以連結活動,促成溝通對話;平台匯集的知識、觀點、洞見可以形塑理念共識。任何一個社會的流行多趨向大眾口味,正所謂西瓜靠大邊。但是社會也必然深藏有小眾品味,其網路傳播的生存壓力或許未必比主流媒體更輕省,但是小而美的傳播事業在民主社會的網路媒體生態中,或許可以累聚成文化傳思的族群、部落來發聲。 此外,科學傳播也不同於科教或科普的特色。除了網路媒體的無遠弗屆之外,還有傳播必須要設定受眾對象,就是要重視市場經營;傳播必須要勇於跨界,也就是積極的尋求穿越專業的溝通對話;在技巧工具方面,也要擅於使用多媒體工具,新的技術永遠可以激發新的創意思維。科學傳播豈止是媒體的責任,也是學、教專業服務社會的良機。 大學介入「教育傳播」的意義是從大學做為真實知識生產者的角色,積極轉向對社會大眾扮演真實知識的傳播者。也就是大學要能做到:”from knowledge production to knowledge transfer”!所以結合科學教育、科學普及、科學傳播,三而一的工作正適合網路傳播時代的新興教育模式。換句話說,科教、科普、科傳三面向有效的創意結合,能實踐跨界的溝通合作,轉譯專家融通的常識,提供民眾需要的生活知識,正可符膺科教事業的時代挑戰。 前瞻的跨領域學習 2011-2016年教育部支助的「跨科際教育」(Trans-Disciplinary Education),(簡稱SHS計畫,Society-Humanity-Science)(圖3)適時的提供了高等教育實驗「教育傳播」的機會(9, 10)。暫且撇開審議民主、公民科學、知識傳譯等範疇的理論面,新世代的年輕人「用以致學」的直接介入網路傳播的環境,藉著做中學(learning by...

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開啟化學與週期表的「萬應室之鑰」

By Jwu-Ting Chen, Emeritus Professor Chemistry, NTU (摘錄自週期表的故事(Periodic Tales, The Curious Lives of the Elements)導讀序/八期文化) 在近代化學中,元素概念由拉瓦節在1780年間引上正途之前,是一條曲折蜿延的長路。煉金術昌行的時代,術士們口說元素,卻不知何為真元素!本書第二章提到瑞典的席勒和英國的普利斯力都較法國的拉瓦節更早發現,而且分離了「氧氣」,卻都沒能正確述說其科學意義。17-18世紀,絕大部分的化學家都相信「燃素論」,甚至有的還沒放棄煉金術。 所謂燃素就是可燃物在燃燒時釋出的物質,而週邊的物質就吸收燃素。這似是而非的道理碰到了精於會計和稅務平衡的拉瓦節,偏偏他又是對實驗的質量變化極為謹慎,錙銖必較。金屬礦燃燒時,礦渣變輕;碳或硫燃燒時,產物變重。所以燃素該有多重呢?拉瓦節不僅懷疑歷時逾百年之燃素論的正確性,更重要的是他認為需要新的燃燒概念,好比牛頓在運動、力學、數學中一樣的發現和發明:要用簡單、合理的邏輯,有系統且一致、連貫的理論,涵蓋、說明所有物質組成及變化的發現或發明。 拉瓦節在1789年出版的第一本近代化學教科書—《化學基本原理》中,根據當代能重複實驗之具體可靠的結果,整理出55個「元素」,就是不能再由化學反應分解出新物質的純物質,也包括替氧氣(oxygen)命名。還依照貝齊琉斯建議的英文元素符號,有系統命名了化合物,就是由兩種以上的元素結合的純物質。從此,要稱一個東西為純物質,就必須提出固定不變,且經得起檢驗的成分組成。(這就打斷了一群實驗混混的後路!)更重要的是他說明了「燃燒」—這從古至今迷幻、眩惑、震懾、驚恐…了多少人的神奇現象,就是物質和氧氣的化學反應,而且一切化學反應皆遵守質量守恆定律。 拉瓦節成為率先捨棄煉金術和燃素論,將化學整理在一個正確理論下的化學革命第一人,正是第一位企圖以系統科學了解化學的先知。他雖未正式提出「原子」,但自17世紀波以耳以降,化學家大多承襲世界是由微粒集合而成的機械哲學觀點。拉瓦節雖未能如願的成為公認的氧氣發現者,事實上拉瓦節從未曾發現任何的新元素,但是拉瓦節追隨牛頓的腳步,終究是有集大成的化學洞見!他離世後未滿十年,道耳吞就發表了「原子說」。 今天的週期表是依「原子序」的正整數排列,週期表的終篇若是沒有莫斯利發現原子序的故事就不夠完美。莫斯利曾經在英國曼徹斯特大學任教,由教齡略深的拉賽福督導。1912年,波爾也進入拉賽福的研究室擔任博士後研究員。拉賽福根據他指導的蓋格-馬斯登實驗,就是用高速a-粒子撞擊金屬箔。從大量的a-粒子穿透直行,而極少量的a-粒子以大角度的模式散射,他歸納提出了一個不同於湯木生梅果布丁模型的行星繞日原子模型。就是原子的構造是又小又重、帶正電的原子核在中心,更小且帶負電的電子在核外,猶如行星繞日。 1913年波爾在曼徹斯特開始了獨立的研究。28歲的波爾提出電子能量「量子化」的假設,用簡單漂亮的理論導出了「波爾氫原子模型」,証明了1888年發現的氫原子放射線光譜的雷德堡數學關係式。又是數學!方程式中光譜的頻率可對應到原子核外電子能階之間的能量差,恰與原子序的平方成正比。只是氫原子的原子序剛好是1。 原子序是原子中的第一個上帝數字,代表各種元素原子其原子核中的質子數目。質子帶正電荷,當然電中性的原子中,原子核外就有同樣數目帶負電的電子。換句話說,原子核中的質子數等於核外的電子總數,決定了該原子屬於何種元素。所以原子序就是上帝決定的原子身分證明! 1913年,27歲的莫斯利進行高速電子撞擊金屬靶的實驗,測量金屬放出的X光。他發現了週期表中同列的金屬,測得其放出的X光頻率神奇的與特定「正整數」數列的平方值之間有簡單的正比關係。為什麼實驗觀察到X光的物理現象會與自然整數有數學關係呢?莫斯利究竟洞悉了上帝的何種奧密呢?莫斯利正是第一個用實驗證明了波爾的氫原子能階理論在過渡金屬中也適用。他發現的數學方程式現在稱為「莫斯利定律」,而各金屬靶對應到的正整數正是該金屬的原子序。莫斯利的英年早逝與諾貝爾獎擦身而過,莫非洞燭上帝機先的真會折損天年? 早在1871年,門德烈夫發表第一個週期表時,依當時公認的原子量共列出了70個元素,其中的順序有鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)。有趣的它們的原子量是:Fe = 56 Co = 59 Ni = 59 Cu = 63。為什麼門德烈夫會把鈷置於鎳之前呢?而莫斯利定律獲得的原子序是:Fe/26、Co/27、Ni/28、Cu/29,恰恰再次證明了門德烈夫週期表排序的先知灼見。 原子序才是週期表中元素有序的真正原因!今年(2016)最熱門的科學消息之一,就是發現的新元素剛好填滿了週期表第七列的週期。國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)為四個新的元素命名,就是原子序113、115、117、118的元素分別命名為nihonium (Nh)、moscovium (Mc)、tennessine (Ts)及oganesson (Og)。Og應該是目前所知最重的氣體。 概念有時似乎很簡單,證明卻不容易!資訊不會自動的累積變成知識,因為知識總是有結構和序理,需要洞見問題和答案之間的系統性關聯,才能掌握知識的萬應室(the room of requirement)之鑰。這正是當今世界、媒體中資訊橫流,知識卻淺薄的原因所在。 在科學上,科學家不願屈就於五感直覺認識的世界與理性的矛盾或衝突,堅持找到方法看透萬物繽紛表象背後一致的道理。文化何嘗不應如此?能發明或發現革命性的創見,或是集大成的知識,才算得是大智大慧,可長可久。 拉瓦節因曾擁有稅收公司,1794年法國大革命時期遭人構陷,命喪斷頭台,得年51。莫斯利在1915年參加第一次世界大戰,在土耳其的加里波里戰役中遭遇狙擊手身亡,得年僅29。 Reference:拉瓦節(Antoine Lavoisier, 1743-1794) ; 席勒(Carl Wilhelm Scheele, 1742-1786);普利斯力(Joseph Priestley,...

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代序: 大一普通生物學究竟該教些什麼?

生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (0) 2014 年我自長庚大學退休之後,一直在思考能作些什麼自己有興趣又可能有些新意的事。我一直很喜愛教書,但問題是我究竟應該教些什麼?或是該怎麼教才有意義? 1979 年回台任教後,我就一直在陽明大學研究所教書,2000年轉到陽明大學生命科學系專任,接下來2004 年到長庚大學生命科學系,才開始以大學部的授課為主。有一門課是我一直有興趣嘗試,但沒有機會獨挑大樑,那就是大一的普通生物學。 我大學唸的是化學,從來沒有正式上過完整生物學的課,因此想要獨自開一門普通生物學是個非常大的挑戰。但也正因為如此,我想也許我有機會擺脫傳統生物學教科書的模式,另起爐灶去設計一個全新的,以演化為主軸的普通生物學。剛好陽明大學高閬仙副校長在主持一個跨領域人才培育計劃,希望陽明大一基礎科學的課程能做一些新的嘗試。在高副校長的鼓勵下,我開始認真思考,能不能開一門有特色的大一的普通生物學。要開這樣的課,首要之務就是決定大一的普通生物學究竟應該教些什麼?和選擇教這些背後的理念是什麼? 我首先考慮到陽明大學的新生大多數是三類組的學生。他們在高中唸了三年的生物:高一基礎生物;高二應用生物和高三選修生物。這和國外高中生的情況完全不同:國外的高中生大部分只念一年生物,或甚至可以完全不唸生物。所以到了大學,大一的普通生物學就必須提供一個完整的生物學架構。以國外最流行普生的教科書為例,一千數百多頁的厚度,內容繁雜、巨細靡遺、無所不包。所以我們大一的普生就不應該和國外大學一樣,選一本英文教科書,上、下學期各2學分(陽明)或4學分(長庚)把它上完。 大部分老師會強調上普生最重要的目的就是,訓練英文閱讀能力和深化生物知識的內涵。所以高中成績優異的三類組學生,在高中背了三年生物,到了大學,面對的還是一堆類似,只需要記憶但必須轉換成英文的知識。大一新生對普生普遍的評價是乏味、無趣。 基本上我同意大學生要有閱讀英文教科書的能力,但我認為大學的普生還應該引導學生,建立對生物世界一個新的視野。更重要的是要學會一套,和高中只會應付考試完全不同的學習方法,進而獲得包括批判性思考、發掘問題、寫作表達等等可以應對未來挑戰的重要能力。 用國外的教科書上課,我認為是無法達到我認為大學生在大學應該學到那些能力的目的。因為要讓學生對生物學有一個整體的掌握,必須把生物學擺在演化的脈絡下去理解。這是高中生物教學中最欠缺的一環,而國外教科書在這個問題上也是交了白卷。可能是因為宗教的緣故,演化在國外教科書中永遠是獨立於細胞、植物、動物、生態和多樣性之外一個單獨的章節。譬如說:國外普生教科書中幾乎完全不討論生命起源的問題;Campbell 一千三百多頁普生教科書中,只有半頁的篇幅談生命起源。的所以對大一學生來說,生物學仍然是一個片段知識所堆積出的學問,記憶與背誦仍然是學習生物的不二法門。 大一普通生物學究竟應該包涵多少內容?課程內容該如何建貫?是另一個極為困難回答的問題。什麼都教的顧慮是時間不夠,每個主題都只能點到為止。但如果只設定有限的主題,就會有怎麼連這麼基本的東西都沒教的疑慮與批評。曾擔任美國國家科學院院長和科學雜誌總編輯,加州大學舊金山分校的亞伯特教授 (Bruce Alberts) 2012 年在科學雜誌上一系列談大學部教育改革的社論中,給了我一個非常清楚的論証:大學不應該再走過去那種什麼都涵括,但全無深度的教法。他把它稱之為膚淺式的學習(skin deep learning),而傳統大一普通生物學正是這種膚淺式學習的標準範例。亞伯特教授不僅提出他的批評,同時還更進一步主張,要揚棄現今包山包海型的教科書,而用一系列能讓學生深入探索的主題取代。 要糾正學生過去對生物學錯誤的看法,並引導他們獲得正確學習的方法,除了加強英文閱讀能力之外,還應該將培養思考與寫作能力作為這門課的主要目標。因此我決定我的普生課沒有教科書,而是重新從演化的觀點,去建構一個我認為更能幫助學生認識生物世界的大學課程。我規劃的大一普通生物學上下學期各3 學分,每週四小時分兩次上課。我用薛丁格的大哉問:生命是什麼?作為第一個的主題。接下來談生命的起源與生命世界為什麼變得那複雜。上、下學期共安排了24 個主題(見附錄)。每週討論一個主題。 為了加強學生英文閱讀能力,我會準備與主題相關,有一定份量的英文閱讀材料。上課前我會把閱讀材料和上課的ppt 上網,學生必須課前先預習我上網的材料。前兩小時上課是以問題引導討論的方式進行。課後,學生兩天內必須完成一至二頁中文的反思報告:簡單整理我上課內容的脈絡,想想學習中碰到的疑惑和問題,進一步對自己的問題/ 疑惑提出反思與討論。收到報告後我會親自批改,找出學生報告中呈現的問題,並給予反饋與評論。在後兩小時的課程中,我會先作一次簡單的測驗,確定學生有唸我指定的閱讀材料。接下來的時間和學生討論測驗、報告中的問題,或是我想對本週主題補充的材料。評分方式:報告佔60%;測驗佔20%;出席及上課的表現20%。 由於這是一個全新的嘗試,陽明大學將這門課命名為生物學特論,開放給全校各系選修,但以30 位同學為上限。選了生物學特論的同學可以抵免他們本系必修的普通生物學。第一年開課有29 位同學選,包括5 位醫科一年級,1位醫科二年級,20 位生科,2 位醫工,1 位醫技。一學期下來當掉2 位同學,4位同學成績在及格邊緣,但也有12 位同學90 分以上。下學期選課人數降到20人,有趣的是醫科一年級同學從5 位增加到6 位。今年選課同學持續下降,上學期20 位同學,當掉一位,下學期剩16 位,其中醫科一年級5 位。 從以上數字,大約可以看出現今大學生的學習生態。願意吃虧(6 學分抵4 學分)而又願意認真接受挑戰的學生是少數,但另一方面,大學中的確有一批好學深思的學生。怎麼樣將這群學生挑選出來,給予不同於一般的創新課程,讓他們有機會充分發展他們的潛力,而不至於毫無聲息地消失在現今傳統的教育体制中,是我認為當前大學面對未來最大的挑戰。 為了想瞭解我規劃的生物學特論是否有些離經叛道,今年暑假花了一點時間,去看國外大學大一普生課程的現狀如何。非常有趣地發現,麻省理工學院大一普生課程的規劃與我的生物學特論非常類似。首先都沒有教科書,其次,他們開六門普生的課,每門課50% 的核心內容相同,但剩下50% 強調的重點完全不同,從地質生態、演化醫學、細胞分生到生技藥物等。學生只需要在其中選一門就可以了。 其實大一普通生物學究竟該教些什麼的問題,同樣適用於檢討臺灣大學所有的基礎課程是否與時俱進。而校園中這又似乎是個完全被遺忘的話題。在國際化與一流大學高唱雲霄的今天,我彷彿又看到了一個國王新衣的再現。 上學期: 1. 生命是什麼? 2. 生命的起源。 3. 生命為什麼變的如此複雜?...

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人的演化

生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (11) 1859 年達爾文出版他的《物種起源》中,並沒有特別提到人類起源的問題。他只說未來我們對人類起源和他的歷史,應該會有更清楚的認識。今天我 們對人類演化的了解,來自兩個完全不同領域的探索:一個是對古人類化石 的挖掘與分析;另一個則是比對現代人類、黑猩猩和古人類化石中 DNA 的排 序。這兩種不同的分析方式都得到一個相似的結論,那就是黑猩猩是人類最親 近的物種,而人類和黑猩猩大約在七百萬年前分道揚鑣。 兩千零二年在非洲查德出土的類人化石,很可能就是現代人類與黑猩猩共 同祖先的代表。之後在東非大峽谷和南非發現更多五百到六百萬年前的類人化 石。其中最著名也是最完整的類人化石 1974 年在衣索比亞出土,就是著名的 Lucy。Lucy 生存的年代大約在三百二十萬年前,她其實跟現代人類很不一樣, 我們把它歸類為南方古猿。和我們真正比較相近的類人化石出現在兩百萬年 前,我們稱之為巧人。因為在化石出土的地點,同時發現了許多粗糙石頭製作 的工具。接下來就是一百五十萬年前的直立人,許多證據顯示,直立人可能在 一百五十萬年前,曾經從非洲出走。過去在中國發現的北京人,或是在印尼發 現的爪哇人,很可能都是那次從非洲出走直立人的的後代。 從化石的記錄,我們可以約略知道人類在與黑猩猩分道揚鑣後的七百萬年 中,體格、形態上發生了那些重大的變化。從這些變化中,我們可以看到人類 演化過程中,最重要的幾個里程碑。其中最明顯的就是,人是唯一用兩支腳站 立行走的動物。用兩隻腳站立走路,其實有很多不方便之處。譬如說跑不快。 另外上半身的重量全由脊椎、膝關節來支撐。現代人很多身體的問題,像骨 剌、椎間盤突出、膝關節磨損等等可能都是由此造成的。 人為什麼要從四肢著地變成雙足直立呢?推想可能是因為氣候變遷,使得 原來東非大峽谷的棲息地從森林變成草原。在草原中,人不需要用手來攀緣樹 木,而且人的嗅覺不好,在草原中無法敏銳檢測出其他野獸的存在。因此直立 後視野比較寬廣,得到一些生存的優勢。雙足直立對人類演化另外一個重要的 影響,就是讓人類的嬰兒在母親體內尚未發育完全就必須出生。 大部分動物出生的時候都已經發育完全,一出生就可以跟著媽媽走動。唯 獨人類因為雙足直立,嬰兒的重量完全由媽媽的骨盆支撐。當嬰兒還沒有發育 完全,但它的重量已經超過骨盆所能承受,就必須出生。因此人類嬰兒出生時 是全然的無助,必須仰賴母親無微不至的照顧。另外一個明顯的特徵,就是嬰 兒出生時頭蓋骨還沒有完全縫合。沒有發育成熟就出生的嬰兒,對母親來說當 然是一個很大的負擔;但另一方面,人類從這個獨特的發育過程中,卻獲得了 意想不到的好處。因為這種生育方式,使得人類的大腦是在一個充滿了來自外 界刺激的環境中繼續成長發育。這對塑造大腦神經網路的複雜度提供了無限的 可能性。 在人類演化過程中,另外一個重大的里程碑就是腦容量的快速增加。Lucy 的腦容量約為 450 立方公分,與黑猩猩的 400 立方公分大不了多少。但接下來 巧人、直立人到現代人,腦容量從 600、900 直線上昇到 1,400 多立方公分。人 類腦子變大的原因很複雜,當然前面提到雙足直立,讓嬰兒的大腦出生後,還 有一個很大的成長空間是其中一個原因。另外氣候變遷,嚴寒的天氣讓人學會...

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生命科學的特質

  生物學在講甚麼?–周成功老師的探索筆記 (12) 我們熟悉的宇宙是一個由物理律所「掌控」的宇宙。從中世紀以來,伽利略,牛頓優美地使用了簡單的數學,精確地描述了天體運行的規律,愛因斯坦 告訴我們宇宙時空的結構。在巨觀的世界中,因果律嚴格地控制了一切事務的 表現,在微觀的世界中則呈現出一幅波動與粒子交互跳躍的量子景象。物理學 家信心十足地試圖把一切複雜的宇宙萬物化約成簡單的方程式。在這個方程式 的世界中,時空的限制大多不被考慮,而「機會」扮演的角色微不足道。未來 雖然並非全然可知,但總是八九不離十,自然科學家理直氣壯地把世界代入方 程式中去求一個固定的解答! 但當我們把向外遙視星際的眼光拉回到自身時,有幾個人不會再陷入另一 層困惑和迷思;生命從何而來?該往何處去?科學家面對謎一樣的生命,是把 它當作一個複雜的機械?還是應該採取一些不同於對待山川星空的觀點?許多 物理科學家執著前一種觀點,認為科學就是科學,它應該具備普遍性,縱然面 對複雜的生命也不例外。徹底了解這個複雜機械的每一個組成,組成的性質和 它們彼此相互的關連,加在一起,生命就產生了!但是另一些傳統的生物學家 則有不同的看法,認為部份的性質加起來不見得會等同於全體。就像是我們把 電視機拆散,檢視其中每一零件:電阻、電容、影像等等。但是我們終究無法 知曉,電視中的綜藝節目從何而來!所以他們堅持某些生命現象是不能化約 的,物理化學家對生命的機械式看法是天真幼稚的。 科學家對生物世界有系統的探討,起始自 19 世紀初。從 20 世紀 50年代 迄今,生物學中的分子生物學與遺傳工程技術的進步,使我們對生命現象有一 個全新的認識,我們不僅知道遺傳的秘密,為什麼龍生龍,鳳生鳳,我們也開 始知道從一個受精卵怎麼開始它的發育程式,細胞如何不斷地分裂、分化, 長出五官手足俱全的個體。我們使用相同的物理,化學,數學的語言工具來了 解細胞內分子的結構,分子與分子間的作用。對生命現象的解釋,物理化學的 取向似乎已經得到壓倒性的勝利,然而生命的運作與岩石的墜落,山嶽的形成 是完全一樣的嗎?生命已經向物理、化學 、數學完全傾訴了它的秘密了嗎? 以下從四個不同的角度來談談自然科學與生命科學間一些異同。首先;自 然科學與生命科學的研究有一些基本的差異。自然科學所處理的問題沒有時空 的限制,牛頓定律在地球或在月球,在今天或是六千萬年前一律適用。但生命 的起源與發展則受到嚴格的時空限制。我們所認識的生命,是在地球上發生。 到目前為止,我們還沒有在宇宙任何其他地方,發現有適合生命產生的環境。 雖然許多人仍然堅持在浩瀚的宇宙中,應該不難找到類似地球的行星存在。但 是目前我們所認知繁複多樣的生命世界,仍然僅侷限於地球。宇宙中可能存在 什麼樣的生命形式是個沒有意義的問題。另一方面,地球上的生命存在了三十 多億年,它有一個從簡到繁的演化過程。所以當我們試圖去了解一些特有的生 命現象時,這樣一個時空的背景,是必須要納入考量的! 其次,正因為生命個體的演化有時空的限制,所以生命的展現必然蘊含了 一些歷史經驗的累積。這個歷史經驗可以回溯至三十多億年前生命起源之際! 這種能累積經驗的機制,是生物世界所特有的性質。生物個體透過遺傳系統, 可以把建構個體的資訊完整地傳給後代。但是由於資訊的保存與傳遞的過程 中,不斷會有錯誤發生,這樣就造成每一個體間的差異,這些差異在某種特殊 時空的環境選擇下,或被淘汰或被保存下來。這一套遺傳機制是無機世界中所 沒有的。山川河流雖然也可以呈現歷史歲月的痕跡,但是這種經歷不能複製, 也無法保存。 更明確地說,就是每一個生物個體身上都攜帶一套獨一無二的遺傳程式。 這套程式由四個字母的遺傳密碼所組成。以人為例,人的遺傳程式是由三十億 個密碼寫成,我們身上絕大多數的細胞都保存了這一套程式。更重要的是,從...