以往,我們總是用解題目、背公式這樣的方式來學習物理、化學、生物與地球科學相關知識;近年來,「科學動手做」,也就是透過實驗與操作,強調親手操作、親眼觀察這樣的學習方式越來越受到歡迎。的確,就像想要學好英文就要多開口,想要學好音樂需要多多演奏一樣,動手做實驗,本來就是學習自然科學最根本,也是最基礎的方法。但是,透過動手做實驗所能帶給我們的,就只是把科學學好而已嗎?除了對科學能有更透徹、更深入的了解之外,還有沒有更值得我們動手的價值?對我來講,動手學,其實還可以再往下找出三層的意義:

一、知易行難
我們常常在課本上看到一種題目,把一杯攝氏10度,100C.C.的冷水,跟一杯30度,100C.C的水混合在一起,就會變成一杯200C.C.的水,問大家水溫是多少度(答案是20度)。這題目一點都不難,題目看起來是實驗,但其實只要用很簡單的熱學公式(一杯吸收的熱量等於另一杯放出的熱量),甚至於是光用直覺(兩杯水一樣多,加在一起溫度變成中間)都可以得到答案。在我們求學過程所受的訓練,大概都是這樣找到答案,而這個答案,也就是考試時候的正確答案。現在我要你不要數學去解這個題目,而是用實際做實驗的方式試試看。

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我猜你不會立刻站起來動手,所以我還是把你可能碰到的問題告訴你。首先,你會打開自來水,插一支溫度計量溫度,如果是夏天,它的溫度大概會高於10度,這時候,你會加入冰水或冰塊,試圖降低它的溫度。這過程中,你會發現溫度又變得太低,你又再加入自來水,或是熱水瓶的熱水,結果它又太熱了。就這樣,溫度不是太高就太低,冷水熱水加來加去,水也越變越大杯。終於,你讓這杯水變成10度了,於是你把加來加去的水,用量筒測量出100C.C.之後放在旁邊,然後開始又一樣的步驟,含辛茹苦準備30度那杯水。

到最後,等你準備好30度那杯水時,10度的水早就不是10度了。

你或許又會問,我心中已經知道「知易行難」這個道理,為什麼我還必須要浪費時間去了解這個道理?把一個在理論上這麼簡單的題目,用實際的步驟執行一次,這個體驗的過程到底有什麼重要?不止是科學,生活中每一個細節、每一個步驟都有它的學問與道理。這個「難」的意義,不是要知道它很難、相信它很難,而是要感受它很難。感受了事情的難,才能真正珍惜身邊的擁有,同時對他人的工作有所尊重與感謝。就像五月天的演唱會,沒去過的人很難體會底到有多high。動手過程中的「難」所帶來的收獲,如果沒有親身體驗,是永遠都不會明白的。

二、獨立求解
這年代各行各業都有達人與專家,大家養成習慣一碰到問題,就上網搜尋達人專家的意見。問題是,達人專家看待問題的出發點,都是大多數人的觀點,所給出的答案,通常也都是一般性的答案。但是,面對同樣的一個問題,你有你的背景,你有你的觀念,你有你的資源,那你所需要的解法,真的跟一般人都一樣嗎?

以「孩子的科學遊戲」中神秘彩字卡的原理來說,它會在紙上用不同顏色寫上不同的英文字母,蓋上不同顏色的玻璃紙後,有些字就會消失,有些字就會突顯出來。我常常被問到,用什麼顏色的玻璃紙,配什麼顏色的字來做實驗最好?如果我只用我「個人」的在講台上的教學經驗,我會直接告訴你紅色玻璃紙,配綠、藍、黑色的色筆,這些字會最明顯。

神秘彩字卡A 神秘彩字卡B

BUT來了,但是你要想想看,我買到的紅色玻璃紙,是不是跟你買到的紅色玻璃紙是不是一樣紅、一樣厚?我的色筆畫出來的綠與藍,跟你的彩色筆畫出來的綠與藍相不相同?再者,我的目的是教學,我需要在最一般的條件下,讓所有的同學達到一個至少80%的成品完成度,開開心心的學到這個光學原理。也就是說,在我的條件下,有些字沒有消失得那麼乾淨,還是可以接受的。

如果你的目的是把它做成卡片當做禮物,甚至於真的需要完美的表現出I LOVE YOU(或是範例中所藏的另一組字),那你就需要把同樣是紅色的玻璃紙,分別在不同的文具店都買來,比較這些紅色的深淺與玻璃紙的厚薄,再利用電腦調出不同的綠、不同的藍印出來,找出最能完美浮現的綠字與藍字。不要忘記,想要完美消失的字,也要精準的調配出不同的黃、不同的紅,才能讓你的神秘彩字卡達到完美示愛的等級。

回到我被問到的問題,用什麼顏色最好?對我來講的答案是「讓多數人有趣的學習」,而對你來講卻是「精準」,完全是兩個不同的訴求。唯有透過實作的過程,你才會更清楚了解你的能力,還有你願意為它所做的付出。在實作過程,你會發現你追求的不是「最好」,而是「到這裡就好」。而這裡是又哪裡,沒有做,你永遠不會知道。

三、深度內化
相信很多人都有這樣的感覺,就是在我們求學過程中,有很多的科目好像念完之後都沒有什麼用,尤其是自然、理化、生物或地球科學這類跟科學有關的科目。理論上,任何一個科目的安排,應該都是有它的目的與用處的。學英文的理由很直接大家都明白,而歷史和地理雖然看起來沒有直接用途,但也會有「學習古人的智慧」、「認識世界」這樣的學習動機。科學最常常被說的,就是了解身邊萬物運行的原理。但話又說回來,為什麼需要了解身邊萬物運行的原理?手機可以上網路、食物可以被煮熟就好,就算不知道這些東西是怎麼運作的,好像也不會怎樣。

一個學問「懂」跟「活用」是有很大一段距離的。我並不是要大家把所有公式弄得滾瓜爛熟,開車踩油門前還要用牛頓定律計算加速度。就以加減法和九九乘法來說,你能夠很有把握的確定一個麵包24元,兩個麵包就是48元,付了50元就要找2元,就是我們內化了加減法與九九乘法的表現。就算再怎麼明白乘法的意義,如果沒有把它完全背起來,讓它確實內化到生活中,當你在買東西的時候,說不定被找錯錢了都還不曉得。

我所說的內化,可以說成是「懂了之後的活用」。看書所學習到的科學知識,大部份只能停留在「懂」的階段,把這些知識透過動手,用科學實驗操作過一遍,你所得到的收獲,將會從「懂」提升到「活用」的層次。再舉運動這個例子來說,確實懂得運動的人,在確實了解自己的身體、認識運動相關力學知識後,自然而然就不會做出傷害身體的動作,進而在日常生活中也改變了自己的動作習慣,擁有了更健康的身體。這樣的層次,光是看別人而自己沒有做,是沒有辦法達到的。

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確實將科學內化,把科學變成一種態度,用科學的方法來看事情。小到選冷氣、選筆電的時候,可以從自己的需求出發,而不是被店員牽著走;大到可以保障生命的安全,哪些東西不該給小朋友碰,哪些東西不要放在車中曬太陽,哪些活動可能會有危險不要參加,這些事情不可能指望達人與專家一樣一樣的教你。就像你不會隨便拿塑膠杯裝很熱的水一樣,唯有把它內化成一種習慣,科學的學習,才會真的為你的生活所用

知易行難、獨立求解、深度內化,是我自己在學習科學這一路上的感受。如果真的不明白我在講什麼,很簡單,馬上站起來,找個科學實驗做一遍你就懂了。

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PCuSER電腦人文化: 孩子的科學遊戲:53個在家就能玩的科學實驗全圖解