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2018年3月10日 星期六

用水蚤心跳實驗結果學習科學圖表

前言 :
探究與實作(inquiry and practice) 是107課綱108課綱的一門新課程,希望提供學生利用科學核心知識,透過科學探究歷程 (發現問題、規劃研究、論證與建模、表達與分析),在這過程中,認識科學的本質,並且以此作為問題解決方式之一。
我們在各學習階段的科學課本的第一章節,就是教導學生科學方法,就是觀察、提出問題、提出假說、實驗、分析數據、討論、結果概論、形成學說這一套。但是如果受過國民教育的學生真的將科學方法學習成為自身的內涵的話,現在社會上也不會出現許多荒誕不堪的言論。這種的訊息,是提醒科學教師,學生並沒有將科學思考,成為自己生活中想要追求答案時的助手,而是視為艱澀困難並且只有在實驗室使用或是科學家的工具。過往的學習沒能達到的,就是我們可以前進的方向。
但我認為這樣的科學素養,不必然要等新課程來建立,也不必然要一段教學過程中達成一個完整的科學歷程。
利用現有的課程,逐次建立學生科學思考步驟,或許學生反而能更容易掌握教師想教的少數基本概念。重要的是,一次做好一件事情,也容易建立成就感 (我是說老師的XD)。

課程設計與目標:
水蚤心跳實驗是高中生物中,有明確數據結果以及操縱變因的實驗。數據取得簡單,並且變因就是水溫。基本上學生做完就會歸納,在實驗中水溫越高心跳越快。
所以活動很簡單,實驗,交報告,改報告 ,最後在課堂上與學生討論到底製作科學圖表時,該注意哪些事情 (只有最後這一節課是原本課程設計中沒有的)。
利用全班11組學生,測量出高中低溫水溫中,水蚤心跳的33組數據,請學生以個人為單位用一張A4紙繳交一個表以及一張圖。這樣而已,不用討論,不用寫其他的文字,可以用電腦分析,也可以手繪分析,因為我只是想了解,到底學生會如何以科學圖表來呈現實驗結果,而不是要進行excel軟體教學。
我事先沒有教要用哪一種圖,應該怎麼畫座標軸,只是讓學生去以自己的想法嘗試交報告,而後藉全班討論,來讓她們自己知道,自己的圖表可以怎麼改進。先自己實際思考操作過後,就算可能犯錯的,也會更深入理解自己的思路中,哪個地方是癥結點。

這一次課程中,想達成的目標,就借用探究與實作課程綱要的內容來說
分成

論證與建模
一、分析資料和 呈現證據
1.
使用資訊與數學等方法,
有效整理資料數據。
2.
依據整理後的資料數據,
製作圖表。
3.
由探究過程所得的資料數據,整理出規則,分析結果與相關證據。
4.
比較自己、同學與其他相關的資訊或證據的合理性與正確性。

二、解釋和推理
1.
由資料數據的變化趨勢,看出其蘊含的意義。
2.
由資料數據顯示的相關性,推測其背後可能的因果關係。

表達與分享
一、表達與溝通
1.
適當利用口語、文字、
圖像、影音或實物等表達方式, 呈現自己或理解他人的探究過程與成果。
2.
正確運用
科學名詞、符號或模型,呈現自己或理解他人 的探究過程與成果。
3.
有條理且具科學性的陳述探究成果。 
文字上感覺很困難的目標,但實際上我認為透過水蚤心跳實驗圖表報告,就可以完成。

課程內容
主要以學生作業中看到的錯誤去提出問題,並且讓學生思考圖表的意義。
重點一:何時會使用圖表?
重點二:圖表的目的結果數據的呈現à緊扣實驗目的
  實驗目的 (試著用一個問句表示)
à設計實驗:操縱變因、控制變因
à操作
à結果呈現圖表製作
à結論 (用一句話回答實驗目的)
以本次實驗為例
l  目的
    不同溫度下 (操縱變因—X軸)
    水蚤心跳的變化 (應變變因—Y軸)
l  實驗設計時的控制變因有甚麼?
l  結論是甚麼?
重點三:數據的處理與選擇
l  原始數據 v.s. 以統計方式篩選的數據 : (篩選數據不是為了設定好的目標)
l  平均値 :(代表甚麼)
l  標準差: (代表甚麼)
l  有效數字 :(不是越多位越好)
以本次實驗為例
l  數據的選擇:本組、全班平均哪個好?
l  生物實驗常採用多樣本、多重複,why ?
l  如何呈現各組間數據的差異?
l  為何各組會有差異?
重點四:製作圖的方式
l  手繪:方格紙、尺規
l  Excel
重點五:圖的類型
l    結果怎麼呈現才能回答目的的提問?
l    平面、立體
l    長條圖 bar :不同處理下的結果
l    折線圖 line :X軸有連續性量的變化
l    圓餅圖 pie :各組別間並沒有連續關係
重點六:圖的完整性
l    圖名稱
l    X軸、Y軸名稱
l    單位
重點七:圖表上常常外加上的線條
l    標準差
l    迴歸曲線

這個活動中,我希望以學生先自行做作業,然後再將作業內容在上課討論一番,並且盡量由學生去挑選,在同學中,這麼多個圖表表示方法,哪一個適合用來表示實驗結果。

以下是作業的範例,以及我用來說明上述重點的那一點。這些作業是用來提醒我,在目前的教學中,學生到底缺少了哪一部分,還有我們在教科學的時候,帶給了學生哪些錯誤的印象。


重點三
寫了高中低溫,單位是度C,這時候我想反而直接寫出 35度C 25度C或15度C反而比較好

重點三  平均後位數無限採用







重點三
在數值分析中加入平均與標準差,來表示各組間數據的差異性,數學課已經學過的標準差,但實際上只有一兩位學生寫出來。

重點四 
手繪或是電腦繪圖都沒有關係 但還是需要用尺規來標準化

重點四  
簡單使用手繪圖,就可以很好的呈現結果。有時候使用電腦繪圖,會採用立體繪圖(但不一定有意義),還有若不熟悉軟體,採用的數據可能是電腦自行選取,下圖中的便是電腦自行將該組與平均數據加總,反而造成錯誤的數據處理。



重點四
用電腦繪圖的好處之一,是可以利用軟體自行算出各種統計的線條,例如迴歸曲線。用手繪圖,要先經過運算後再精準的用尺規畫出正確的斜率,難度較高。所以常可以看到學生自行直接用"""直覺""繪出了迴歸曲線。

重點四與七
學生利用電腦繪圖,找出了迴歸曲線。但實際上圖中的X軸是組別,Y軸是心搏次數,兩者間並沒有相關聯。做出迴歸曲線當然R值會很低。重點是,學生不一定了解迴歸曲線的意義,卻將自己不懂的東西放到圖上,我寧可他少放也不要放自己根本不了解的資訊。我想在科學教育中,學生感受到要呈現完整與大量結果的期待,已經超過呈現正確與完全了解的資料的想法,如果一直想要學生很好不會犯錯,還有他所看到與被期待要做到的報告,要有很完整的結果與很厲害的分析,就會有這樣的結果出現。

重點四
在EXCEL軟體中,有一種很特別的作圖方式,就是表在圖的下方,並且表的第一列就是圖的X軸,我似乎在科學文章裡沒有看過這樣的方式
另外,不論是表格或是圖,單位常常被忽略,大量的數據出現,卻沒有單位,或是不完整的單位,都不足以使人理解這個圖表。













重點五
以上圖例,都是學生各種呈現作業的方式。在討論哪一個圖才是最適切的圖示之前。先確認到底實驗目的與主要的實驗結果是甚麼。請學生用一句話說出實驗目的 "水蚤心搏次數與水溫度的關係"。實驗結果必須回答實驗目的,基本上作圖前學生就大致由數據知道,水溫越高,心搏次數越快。如果用很簡單的概念說明,操縱變因在X軸,而應變變因在Y軸。之後再請學生挑選,哪一個圖可以正確又清楚的看出實驗結果?並且討論後說明為何選擇該圖。


重點六
圖的完整性包括必須標上圖的名稱。蠻多作業是忽然出現一個圖,卻沒有圖說。這個圖有附上很有趣的圖說






重點六
圖的完整性中,XY軸的名稱與單位,常常不完整或是根本沒有。

重點二
如果清楚實驗結果要緊扣實驗目地,那會將操縱變因放在X軸,而應變變因放在Y軸。



重點二 重點五
大部分學生所繪的圖,都是將全班各組所有溫度的數據放到同一張圖上。
這樣的圖我認為也反應學生太害怕缺漏,用力追求完整性,卻忘了作圖是為了讓其他人與自己更清楚實驗結果的科學表達。這是我覺得在科學教學上,我們可能太講求正確、完整、甚至於完美的方式,導致於學生乾脆把所有的東西統統放上去,就應該比較不會錯的概念出現。

重點二 重點五
為了完整,把所有數據放上去,還加上了平均的直線,於是電腦繪圖中,出現兩個X軸。一開始拿到這個作業我研究了一下,才發現平均是用右邊的座標軸,各組數據是用左邊的座標軸。





2017年3月17日 星期五

教到快要發神經的神經章節

神經學教案

(不知道為什麼這幾個字組再一起就很奇怪XD)

前言:  

神經這個章節
很多抽象的名詞  也忽然冒出很多一輩子沒看過的專有名詞
還討論到各種相互關係與調控機制

如果學習過程中沒有經過思考  會變成一堆名詞的塞在腦子裡
很像是生物學學習黑洞的縮影

簡單的說  對學生學習來說  是個困難度較高的章節
所以取用這個主題為材料
想要讓學生在有引導但是還是有開放的空間下
學習如何組織知識  透過自己或是同儕討論  將知識更內化
以後不管遇到甚麼章節  都沒在怕  可以自己念得來

(好像很偉大  但是只是想教學生我覺得可以怎麼念生物)

(阿前言也真的廢話太多 =..+ )

單元 : 9-3 激素的功能   9-4神經系統與內分泌系統的協調作用

教學設計概念

     一、專有名詞的學習方法
     
         1. 確認定義   以自己的話說出來

         2. 圖形輔助   (1) 以最簡潔的圖形或是卡通圖來協助專有名詞間的概念
                                (2) 圖形同時也可以呈現出思考的路徑

         3. 實例說明   以生物體中實例來具體化抽象名詞

         4. 譬喻連結   譬喻是為了使自己或是聽者更加了解
                                (1) 不為了譬喻而勉強譬喻
                                (2) 譬喻和真正名詞間的區別  不讓譬喻便成誤導
                                (3) 想例子的過程中  反覆去理解、釐清特定概念

    二、 將學習的過程區分成三個層次

         1. 閱讀書寫

              個人先閱讀課文內容
              在有限的學習單空格中   書寫整理出各段落摘要

              這個過程中先初步內化部分新知識
              自行以自己的方式架構知識   做為後面層次使用

              (1) 先抓出各名詞  再用符號連結
              (2) 不抄課文  可利用樹狀圖  卡通圖  表格等進行整理
           
        2.  口說教學
       
            (1) 將學習知識輸出的過程中  需要使得知識結構脈絡更為清晰
                  並且透過小組討論   發現個人對新知識認知的差異
                  需要更加深入思索辯論  甚麼是新知識真正的 keystone
     
            (2) 上台者  發現自己口說時  口頭禪  肢體上的特色
                  思考怎樣的表達方式可以更清楚呈現

        3.  評鑑

             透過評分  提出問題  與提出對各組報告內容的建議

             (1) 回溯自己在書寫整理  口語報告輸出時的思考邏輯
             (2) 思考與判斷   自己與同儕在書寫整理與教學呈現上的差異
             (3) 優化各組的內容  提出待改進的地方之外  也提出改進的方式
           

教學時間 :  4~5堂課

         
              1 節課時間寫學習單  (同時讓學生抽卡片分組)

              3~4 節課    小組討論並且報告 ,報告後提問並且說出各組優缺點

                  TOPIC 1   下視丘與腦垂腺的關係   (全班同一個題目,挑比較難比較複雜的)

                  TOPIC 2   激素與受體的作用機制
                                   AB組  激素作用於目標細胞膜上的受體
                                   CD組  激素作用於目標細胞膜內的受體
                                   EF組  比較上述兩者

                  TOPIC 3   正負回饋與拮抗作用       (每組題目都不同,有的組別是表演)          
                                   A 組   正回饋與負回饋
                                   B 組   負回饋與拮抗
                                   C 組   拮抗作用 以血鈣為例子
                                   D 組   正回饋
                                   E 組   負回饋  以 副甲狀腺素與血鈣為例
                                   F 組   負回饋  以 TRH  TSH 與 甲狀腺素為例

教學流程 

 (每次小組活動前上課前先分好組別與桌子)

  1. 小組討論  20分鐘
      (1) 互相比較整理的紙本摘要  將個人的整理方式解釋給組員聽
      (2) 統整出最佳的方式   (這個過程中有學生會查網路資料輔助)
      (3) 黑板化分成六格 各組同時寫在黑板  作為口說提示
      (4) 小組內互相練習報告主題
 
    討論前提示
      (1) 各組要安排好位置  確認每個組員都能輕鬆的參與討論
           可以在座位上  地上  走廊  站著或坐者  
  
      (2)每個組員的能力不同  有的人擅長書寫整理  有的人擅長將文字轉成報告
          有的人擅長把報告變有趣   
          每個人盡量提出自己的想法  才能挖掘到每一個組員的專長 
          
      (3) 每個人的觀點不同 沒有對錯 但需要討論
           如果可以 練習當一個討論的主持人 統整者 
           訓練自己在短時間的討論中  從各方論點中整理重點的能力

      (4) 先想好怎麼報告  再上台寫整理


2. 上台報告
     (1) 抽卡片 分組的時候 每個學生會拿到一個編號

     (2) 每一組當場抽編號  報告時間不限

    報告前提示
           報告者   上台不可以帶小抄    聲音要夠大  視線要看全場  
           台下聽者   專注   評分(包括版書與台風)   寫下疑問與優缺點              

 3. 評鑑報告內容
     (1) 每一組經討論後  提出其他組的優點及可以改進的地方
     (2) 藉由提出代改進處  再引導全班思考如何改進會更好

    評鑑討論前提示
     (1) 評鑑有兩大重點  
          提出別組的優點給予明確的鼓勵   例如  哪個舉例很好  幫助我釐清兩個構造的關係
          待改進之處是希望上台的同學更好  所以要說出如何改進
           
     (2) 當提出缺點時,要考慮到上台同學面臨到很大的壓力與挑戰
           而給與友善的建議
           報告者也要理解  面對上台的恐懼才可以有克服的可能  
                                         利用上台檢視自己的台風  口頭禪
     (3) 仔細去想每組報告及觀察版書
           怎樣才可以更正確的傳達訊息  做為一個接收者 你有接收到對方想傳達的
           為甚麼報告者想表達的內容  聽者不一定可以接收到


  教學工具:  

    學習單  每人一張
 
    評分表  每人一份  評他組報告三次  
                  小組評分表上註記最後平均所有組員的評分


學生作業


呈現方式有圖形  卡通  還有文字  有的很簡潔 有的很詳細
很清楚的跟學生說  這是個人筆記  不一定怎麼整理才是對的
而是符合你個人思考的邏輯

學習單的右上角有一開始抽組別的編號
A~F組每組各有6~7人
(因為編號要用好幾堂課,學生很容易忘記,只好叫她們寫下來)















常出現的迷思概念


 1. 不太了解 腦垂腺後葉為甚麼是神經組織

 2. 下視丘分泌釋素 影響 腦垂腺前葉,下視丘分泌 激素 到 腦垂腺後葉釋放
     (不把釋素當成激素)

3. 激素與受體的關係  不知道為什麼受體有的在膜上 有的在膜內
    無法與激素的成分做連結

5. 不太能抓出   激素作用後如何影響目標細胞生理  --> 活化蛋白質 與 改變基因表現

4. 對於激素與酵素不太能區分  

5. 下視丘  腦垂腺前葉  與其他腺體的關係   回饋的層次建立不明確

6. 正回饋的意義

7. 拮抗作用與負回饋分別如何達到恆定性


教學心得

1. 由於小組活動重複三次,經討論後學生會發現要注意
   (1) 重點整理的版書字太小、顏色對比
         (一開始真的會把所有東西全部塞在一小格裡面)

   (2) 上台後要先介紹一下主題,不要背對聽者 不要擋住黑板
       
   (3) 要吸引聽者,利用譬喻、口號或是雙向問答
 
2. 每次小組活動後都有針對各組報告進行討論
    這是我覺得這一次最大的收穫

    藉由討論可以引導學生自行釐清更多迷思概念
    當場回饋給學生  可以互動討論思考過程

    例如 1.  有幾組第三次報告 使用演戲  但是同學看不懂  提出來問她們
                  小組便說明她們的梗在哪  跟主題有甚麼相關
           
                  接下來 請學生思考  這一組加入哪些步驟可以讓觀眾懂
                  演戲呈現主題時 有甚麼優點 ? 但為什麼有時候看不懂
                  可以怎麼樣更使觀眾進入該組的思考脈絡
           
            2. 譬喻的修正  拮抗作用

                舉  無腦小皇帝 在  宦官與外戚之間  被兩者相互巴結  兩者權力因此平衡
                學生說這樣的例子可以說明拮抗的恆定性
                但是沒有辦法說明兩種激素作用相反的機制

                各別想過後  提出要怎麼修正
                例如  當皇帝太累的時候   A臣子叫他去玩去放鬆  
                          當皇帝太鬆的時候   B臣子叫他要認真朝政
                          兩者作用相反  維持皇帝穩定

                (這個例子真的很不錯阿)  (透過修改的過程  學生更了解拮抗)
   
             
               ps. 有一組學生舉出SM當做正回饋的例子  其實我也覺得很經典.....


   3. 時間越長  學生自行修整的越精緻

      我常常一個小組活動就只用一節課 (要非常有效率)  所以小組討論時間有限
      版書也只能寫上去不太有時間修改
      報告大部分是維持正確性  但比較不能激發出創意
      另一方面  報告後回饋也比較不能多次來來回回

     後來最後一次小組活動延長成兩節
     學生黑板的版書自己越看越怪,會一直討論一直修
     報告的梗也越想越多
     而回饋後的東西也越來越精確而完整

     兩個模式都是我想要的  前者可以學著如果時間很短  要有效率的討論
     後者是當學生已經懂得怎麼討論  給多一點時間磨出好東西

 4. 試一種新的教學方式是很大的挑戰 ,但是我相信我的教學年資 (阿阿阿~~) 
     有給我足夠的東西去穩定學習的品質。
     
     老實說,我最後一兩節課還是很俗辣的補充一些學生常常說錯的迷思概念,
     沒能讓學生在課堂上完整自行打掉重建。
     
     另一方面,為了避免一般報告時大家聽不懂的情況,
     課文內容透過學習單個人書寫,小組上台前的討論,
     基本上大家在還沒聽報告前已經有點概念,
     以此為基礎,才能夠去討論別組的報告內容是否正確。

5. 這樣的教案 主要是提供更多機會去討論 發表  
    更重要的是  讓學生理解閱讀能力、書寫能力不是全部的學習
    如果能教會別人  甚至於評鑑別人的內容  將是更進一步的學習
    
    我們都會恐懼自己不在行的部分(很多學生很怕上台) (我也蠻怕說錯話的XD)
    但是挑戰自己不在行的部分 才能有所成長

    學校就是個學習的場所  我想提供的不是個完美上台的機會
    而是想要建立一個可以犯錯   然後大家從錯誤中更了解正確 
    甚至很多時候並沒有對錯  而是去接受更多元的方式
   
   

在這裡要大推一個TED的演講 (這是課後學生推給我看的)

Eduardo Briceño: How to get better at the things you care about




如何將在意的事情做得更好?

    (1) 相信自己可以改善 improve
    (2) 想要改善
    (3) 在learning zone中 進行 刻意的練習 deliberate practice
    (4) 能有 low-stakes situation 可以忍受錯誤的環境

演講中後段有提到學校的角色,如果不能提供學生能夠犯錯的機會,將使學生終生都因為害怕犯錯,而只選擇做自己以經熟悉的部分,因此無法獲得更多的進步。 


小組討論




小組要討論如何表演時 到走廊練習




各組上台寫版書