2019-11-30 17:19:09
说到科学教学，很多人可能会问，什么是正确的科学知识？科学教师应该教导「正确的」科学知识吗？
这是什么问题？我们当然要力求我们教给学生的科学观念是正确的不是吗？如果追求「正确」会造成学生学习上的困难，那要如何取舍？
说到这里，我们就先以一个关于「扩散」的例子来展开讨论，在高中的时候，老师都是用红墨水在水中会慢慢变均匀以及在教室里面有个人撕开橘子皮之后，短时间内全班都闻到橘子香味。
但是这些都是错误的关于扩散的例子，因为单靠扩散的话，粒子传播的速度太慢了，不会在短时间内跑这么长的距离。要在短时间内传播这么远的距离，靠的不是扩散，而是其他像是粒子的流动等等的因素。
那到底什么是扩散呢？扩散是「分子通过随机分子运动从高浓度区域向低浓度区域的网状的传播」。意思就是，在流体里面，就算在完全静置的状态下，粒子还是会随机的运动，最后浓度会慢慢地达成均匀。
但是这真的是我们原本要教学生的内容吗？这些内容学生能够听懂吗？我们真的必须在小学初中阶段，跟学生讲清楚什么叫做「随机运动」，随机运动下，每个分子的平均自由径这些观念，才能够讲「扩散」吗？这个情况才能叫做扩散，那个情况叫做逸散。如果你是初中的孩子，你能很清楚地明白吗？
「扩散作用」是科学上的专有名词，有严谨的定义，在科学的对话中，对于专有名词的定义必须非常严谨，这个我们可以理解。但是在教学的对话中，刻意要求科学对话的严谨，会让对话无法进行。
在科学教育中求「正确」，我认为是对的。我想要谈的是如果追求「正确」会造成学生学习上的困难，那要如何取舍？
我想分几个角度去谈：
第一个是到底要多正确才是正确，在科学上我们真的能够保证正确吗？
第二个是「错误的」科学概念就一定会阻碍学生学习科学吗？
什么是正确？科学就等于正确吗？在科学教育上，应该要多正确才行？什么叫做「多正确」，不就是「正确」和「错误」两种吗？
有人说水的氢离子和氢氧根离子浓度相乘是 1 x 10 ^ -14（一乘以十的负十四次方 ），你会说他是对的还是错的？
有人说：对啊。
有人说：不对，应该要说在室温摄氏25度的时候，才是 1 x 10^-14。
有人说：不对，摄氏25度的时候，是1.008 x 10^-14（一点零零八乘以十的负十四次方 ），摄氏22度的时候，才是1.00x 10 ^-14（一点零零乘以十的负十四次方 ）。
有人说：不对，即使在摄氏22度的时候，也不是这个数字，是1.00........... x 10 ^-14才对 。
有没有觉得快要翻脸的感觉？氢离子和氢氧根离子浓度相乘是 1 x 10 ^ -14（一乘以十的负十四次方 ）是对还是不对，其实就看我们想要做什么。大部分的情况下，这样描述一点问题都没有，我们根本不需要在意千分之八的差距。但或许在某些精密的化学实验中，这千分之八太大了。在你没有谈清楚你想要干嘛的时候，追求精密度是没有意义的。你真的知道你需要什么吗？
我们再来看一个例子：
圆周率是3还是3.14又或是3.1415926？如果你只是在教小学生圆面积、圆周长的计算，圆周率用3去练习一点关系都没有。在需要的时候，再去提高精密度变成3.14, 甚至再以后3.1415926，就可以了。圆周率用3去练习，是拿掉不相关的困难，将学习能量集中在我们的教学目标上。
以上是其中一种正确和不正确的想法，还有一种正确与不正确的想法，是科学描述上的正不正确。
在力与运动的理论里，亚里士多德认为各物体只有在一个不断作用着的推动者直接接触下，才能够保持运动。
牛顿则说力不是保持物体运动的直接原因。力只能改变物体的运动状态。力与运动状态改变的关系是 F=ma，力与加速度成正比。
后面爱因斯坦的理论又修正了牛顿的说法。
一般人在初中教育阶段大概无法忍受我们提供亚里士多德的说法给学生成为正式的课程内容，但是我们却可以「忍受」提供一个我们明明知道已经被修正的牛顿的力与运动观点给学生。
为什么我们不会因为要追求正确，而直接使用爱因斯坦的说法呢？
「因为那太难了学生听不懂啊！」
对啊，如果一个说法太难了学生听不懂，我们会用学生比较听得懂的方式去教学生不是吗？即使我们知道这说法是有一些些错误的，我们还是会用啊！
「因为在大部分学生观察的到的世界中，牛顿的说法就很够用了啊。」
所以摄氏25度的时候，氢离子和氢氧根离子浓度的乘积是1x10^-14，其实超级够用了。
对这些想法我想说的是，我们都需要做一些选择。如果你想把一件事情说正确的结果，是没有人听得懂，那我们真的要这样做吗？或许在科学研究上，我可以接受这种因为超越而造成的曲高和寡。但是在科学教育上，你搞到曲高和寡，学生跑光，真的是有比较好吗？
我想谈的第二个问题就是这个，有时候「正确」反而是阻碍学生学习的原因的时候，怎么办？「错误的」科学概念真的很糟糕，会造成很大的伤害吗？
其实并不是！
科学上有许多「错误的好想法」，虽然是错的，但是对科学的帮助很大。例如科学上其实花了很久的时间在认识「热」。有很长的时间，我们认为热是一种物质，没有质量，会流动，称为「热质说」。事实上，即使到今天，我们对于热的观念仍有大部分是以热质的想法去思考热的。举例来说，国中课本在化学反应式中，就已经可以接受这样的写法：
2NO2 --> N2O4 + 热
这样的写法，就很像把热变成一种生成物不是吗？如果你去问许多人热与温度的关系，大部分的人谈的最好的，或许都不是把热与分子运动连结在一起，而是把热当成一种物质去谈。其实这个思考模型，可以帮助我们去理解非常多的事情。
其实刚刚所说的就是一种思考模型，建立模型之后，从相对较简单的模型模式，去思考自然模式。
这样的思考策略，可以帮助我们理解自然界（当然也会造成一些误解）。这样的错误，是不是会阻碍科学发展呢？反而不会！一个好的模型，即使是错误的，也会推动科学前进。热质说还盛行的年代中，瓦特改进了蒸汽机，傅里叶建立了热传导理论，卡诺从热质传递的物理图象及热质守恒规律得到了卡诺定理。这些理论都是从热质说建立起来的，它们都把科学和科技往前推了一大步。但却是依据错误的热质理论！
直到十八世纪伦福德伯爵钻炮管的时候，才发现热质说的谬误，慢慢的我们建立了运动说来解释热。
错误的科学理论会不会阻碍科学发展？当然会！但是常常好的错误理论也会帮助科学发展，同时也会帮助学生思考。何况错误的科学理论，是不可能避免的，我们永远是在错误中慢慢的学习。对于学生来讲，现行的正确知识当然很重要，但是如果为了科学的进展，更重要的是伦福德伯爵的眼光不是吗？
全世界不会只有他在钻炮管，为什么只有他意识到了热质说跟这个现象的冲突？这个观察、思考、进行实验、提出观点的能力，才是真正推动科学前进的动力。
从科学史拉回教育
我认为对科学老师而言，力求自己的科学知识正确，是毫无疑问需要精进的。但另外一件教学专业，就是对教学内容的取舍。
当然，最佳的情况是，我们既能讲的正确，又讲的让学生接受又听懂。但是有时候就是做不到。好的错误观念，会不会阻碍学生的科学学习呢？当然会！但是如果「正确观念」阻碍更大呢？教导好的错误观念，学生将会在未来某个时间点遇到阻碍，但或许他永远也碰不到这个阻碍，或者在他未来能力更好的时候，他会更有能力去克服那些阻碍。就像某一天，圆周率从3变成3.14的时候，学生会不会翻桌说：「为什么以前讲的是错的？为什么不要一开始就教我3.1415926呢！」
我们其实可以讲的「不错误」，然后让学生听懂。正确和不错误，是不一样的。回到「扩散」这件事情，如果生物课要教「扩散」是为了解释在细胞内物质的运动。我们如果又很在意「扩散」的定义不可以错的话，那我就不要提出科学的专有名词好了。我们可以说：物质的粒子，会用各种方式跑来跑去的唷，你看我打开一罐香水，过一阵子你们闻到了，是不是就是香水的分子跑到你鼻子里了？所以你看物质的粒子会跑来跑去，细胞里面的物质粒子也会跑来跑去......
舍弃「扩散」这个专有名词，换来的是，学生有能力在脑子里面放一堆跑来跑去的粒子，并且用这些跑来跑去的粒子来理解世界，这样学生是不是就更能理解了？
所以综上所述科学只是认识世界的方式之一。现在的误区就是把科学等同于正确。
实际世界上也有很多事情是科学不能解释的，很多领域是非科学的，同样有很高的价值。
科学的思维其实比科学知识本身重要得多。科技发展本质上来源于科学思维，这种目前来看也许是人类最为成功的认知世界的方法，我们有责任让我们的孩子继承下去，所以追求「正确」会造成学生学习上的困难，那要如何取舍？那也就有了答案了。
比如我们都知道声音是由物体振动产生的，但是孩子们要怎么理解呢？讲述一串科学原理他们能理解吗？很明显不能，不过可以让孩子通过对学具的操作体验，在操作过程中去观察，感受声音带给我们的魔力，认识科学学习的方法，养成基础的科学学习素养，把综合性的思考素养以及科学知识体现于生活情境，诱发每个孩子与生俱备的基本能力，从而得出科学的结论，让孩子更能快速的理解世界。
