詹志禹:小心實驗變成削足適履!

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科學做實驗,教育也在流行實驗。歷程中,理論扮演什麼角色?有個關於實驗的實驗,讓我們驚訝的看到科學家的思考傾向,從而反省我們的科學教育與實驗教育。

詹志禹:小心實驗變成削足適履!
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一般人及傳統科學家都相信「眼見為憑」、「事實會說話」,但自從科學哲學家孔恩(Thomas S. Kuhn)提出「典範」(paradigm)這個觀點之後,許多人才驚覺到:理論如何影響觀察、主觀如何影響客觀、偏見如何扭曲事實,以及概念的改變是如何的困難。

尼沙尼(Moti Nissani)等人根據孔恩的觀點做了一個研究(註),讓我印象深刻,至今二十餘年難忘,限於篇幅,我簡化說明。他們邀請了十九位擁有博士學位的自然科學家來參加研究,幫忙評估一套教材手冊的有效性。科學家領域涵蓋化學、化工、環境科學、遺傳學、藥學、植物學、動物學等,平均有九年以上的教研經驗和十二篇以上的學術發表。

教材手冊內容是關於處理兩種測量容量的方法:理論法與實驗法。手冊說:為了實驗操作方便,圓形面積公式(常見為πr²)表達為.785D²,球形體積(常見為4/3πr³)表達為.785D³(r是半徑,D是直徑)。

當科學家變成受試者

科學家們受邀填答一些問卷和紙筆測驗題目,並實際操作教材手冊裡的內容,亦即根據理論法與實驗法來決定球形容量。實驗桌上有一個小塑膠球,理論法就是先測量球的直徑再帶進公式得到容量;實驗法則是用水灌滿小球再倒進一個方形量杯,再以量杯的長、寬、高(溶液高度)決定容量。最後,科學家們必須比較理論法與實驗法的結果。他們驚訝的發現:這兩種測量結果差異很大,差異值達五○%上下,而他們先前使用圓柱體來測量時,這兩種方法的差異值只達三%上下。

本文出自當期雜誌: 2017.07.01 親子天下雜誌 91期
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美國德州大學(奧斯汀校區)教育心理系哲學博士,國立政治大學教育學系教授。

曾任政大教務長、政大教育學院院長、政大實驗附小校長,專長教育心理學、科學哲學、創造力研究等。著有《發現孩子的亮點》。

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