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天下文化首頁 主題 跳脫公式與教條才能看見科學的美妙
科學自然

發表日期

2018.07.04

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科學自然
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觀念物理1-6套書
觀念物理1全國頂尖國中、高中指定閱讀奧林匹亞科學競賽得獎學生的啟蒙讀物「不論是棒球賽、打電動或是團體...
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跳脫公式與教條才能看見科學的美妙



圖片來源:unsplash   撰文/林榮崧

很久以前,我正要考高中的時候,看到報紙上有位物理名師對考生做考前叮嚀。他寫說:「要考好物理,第一是觀念,第二是觀念,第三還是觀念⋯⋯」這種句型,現在看起來很熟悉,就像推銷房屋的人會告訴你:「豪宅的價值,第一是地段,第二是地段,第三還是地段⋯⋯」這無非是想再三強調,豪宅的價值在於地段,而學物理、考好物理,最重要的就是「觀念」!

那麼「觀念」到底是什麼?我其實一直沒弄懂,雖然一路考試過來,也念了當年號稱「尖端科技」的系所,可是我總覺得自己的基礎科學觀念薄弱,仍是不清不楚。直到十多年前,中學物理教師蔡坤憲遠赴紐西蘭攻讀物理教育博士學位之前,送給我他編寫的《野人獻曝集:來自坤憲的推薦書單》,第一本推薦的書是Conceptual Physics 。坤憲老師寫道:「我之所以想推薦這本書,是因為作者把『數學』拿掉了,如果你覺得這本書值得翻譯,我們還可以把『英文』也拿掉,讓更多人享受物理,而且,不只是周邊的知識,而是真正的物理觀念。」

啊哈!「Conceptual」、「觀念」又一一跑出來糾纏我了。我立即從亞馬遜(Amazon)網路書店買來這本書,並瀏覽起來。畫過廣告看板的作者休伊特(Paul G. Hewitt)親手繪製簡樸可愛的插畫,以及清楚曉暢的文字和舉例解說,馬上就打開了我的心防。我不禁讚歎:要是我念國高中的時候就能讀到這本書,該有多好!

例如講到「浮力」,此書劈頭就是這麼描述:「如果你曾經動手把沉在水裡的物品搬出水面的話,你一定不會對『浮力』這玩意兒感到陌生,它指的是物品在沒入液體時,會明顯喪失掉的一些重量。當我們把河水下、河床上的大石塊取出來時,在水面下搬運比在水面上要容易得多,原因是石塊沒在水中時,水會給予它一個與重力相反的向上力,這個向上的力就叫做浮力。瞧瞧圖19.6,你就會明瞭浮力究竟從何而來⋯⋯」我覺得,這簡直就是費曼(Richard Feynman)在《別鬧了,費曼先生》的〈美國佬在巴西〉篇章裡,所提到的理想教科書應該有的樣子。費曼當時說:「如果你這樣寫⋯⋯那麼就會有人回家試著這樣做,那就會是一次與大自然相遇的美妙經驗。」

這本書就這樣重新帶給我一些「與大自然相遇的美妙經驗」。讀了更多篇章後,我發現自己這才開始真正了解物理的基本觀念,懂得如何「觀」萬物之理、如何「念」物理。

培養科學審美觀

我決定出版《觀念物理》中文版。跟國外購得版權後,我隨即邀請坤憲老師等人組成譯者群,把這本厚厚的精裝書翻譯出來,再由科學專業編輯團隊來編校。中文版拆成五本平裝書,於2001年6月首印出版。書出版後,讀者好評不斷,有讀者寫信來說:「這是我讀過最棒的物理書,也是唯一能讓我搞懂物理老師上課到底在講些什麼的寶典。」「這不只是一套能幫助學生考試高分的參考書,更是一套可以刺激頭腦思考的優秀科普書。」

讀者的回應很熱情,而坤憲老師在《觀念物理》出版後,寫給我的一段話更令我動容:「科學不該只屬於少數菁英,或是學校裡『聰明』小朋友的,我想這也是你與天下文化出版社的一個信仰。人們當然可以對物理或科學沒興趣,但是,絕對不是因為他們『笨』。這真的是一套值得推薦給中學以上師生的書,還有給所有關心子女教育的家長,以及對物理有所好奇的人。」

長年從事所謂「科學普及書」(科普書)的出版工作,我的感慨越來越深。我認為,大眾科學素養不足,最重要的關鍵在於我們的中學科學教育出了大問題,造成許多人是為了應付考試、為了將來謀生而讀科學,不曾理解科學的真義;又有很大比例的人因而放棄了科學,甚至終身畏懼科學、厭惡科學。

我心中對於中學科學教育的「戰略型」定義越來越清晰了:中學科學教育應當是「國民科學教育」,不該是「科學家養成教育」。國民科學教育的目的是要把每一位國民都培養成「科學界的球迷」,而不是培養「科學界的職業選手」──並不是人人都可以當職業選手、或必須當職業選手;但是人人都可以當球迷,也最好人人都是球迷,那麼科學界職業選手(即科學家)的精采演出,才會有更多人看得懂並給予喝采,也願意投入更多資源來支持!戰略不對,就算個別的戰術正確,贏了許多場小戰役,終究贏不了大戰爭。

但是「國民科學教育」這個戰場太大了,中學科學教育體制的堡壘幾近堅不可摧,我只能在自己力量所及的範圍內,逐步建構一個能吸納並滋養「科學界的球迷」的小小世界。於是我從《觀念物理》開始,順藤摸瓜,花12年時間陸續出版了《觀念生物學》四冊(2002年5月出版,由美國國家科學院院士霍格蘭與才華洋溢的畫家竇德生共同創作)、《觀念化學》五冊(2006年5月出版,作者蘇卡奇是《觀念物理》作者休伊特的外甥,師承他舅舅的寫作風格),以及《觀念地球科學》四冊(2012年10月出版,我當然知道地球科學是冷門學科,因為佔升學大考的比重很低,但天地之間正是我們賴以生存立足的場域,人人都應當對天文地理有基本的認識)。希望這「觀念科學四部曲」,能圍攏出一座基礎科學的灘頭堡。

濃縮知識食之無味

幾年前,讀國中的兒子向我抱怨:「學校教到浮力,劈頭就在算W0、V1、D2,都把我搞暈了!」

「那你應該先讀讀《觀念物理》第三冊,就明白教科書在講什麼了。」

兒子不耐煩回我:「你直接幫我講解這幾題,我就懂了嘛!」

「不行,你自己讀《觀念物理》,讀完了,你就會清楚浮力是什麼。」

孩子,你是幸福的,家裡有整套「觀念科學四部曲」以及天下文化歷年出版的400種科學書。這些書不會把魚送到你面前,但它們是很棒的釣竿,也是更好的釣魚方法。你不需要上補習班,不需要背誦參考書,不需要反覆演算考題;讀這些書,你獲得的會是真正的科學知識,學到的是真正的科學方法和科學精神。

我不太理解,為什麼中學教科書的內容和表述方式依然堅持「濃縮雞精」的風格──把提煉過程略去不表,只萃取最後一道精華。也就是說,把科學知識發現過程中的種種好奇、觀察、驗證、歸納、推理,甚至失敗、機運、堅持、競爭、興奮,幾乎都隱藏起來,只告訴學生一條條定律、一道道公式、一個個符號的定義,然後是一題題的練習、一頁頁的考卷。

濃縮雞精或許營養,方便食用,但食之無味。為什麼不讓學生喝香濃的雞湯呢?也許每一道料理的製程不是那麼一致、產品不是那麼純粹,但是多了過程、多了故事,也多了想像。

就像國文教科書,如果攤開一篇雋永的文章,只是教你用修辭學上的術語去解析,問你文章裡是用了明喻、暗喻、略喻還是借喻?哪裡出現了轉品、映襯、層遞、排比、誇飾?你對文學還能有感動、有共鳴嗎?

而失去了好奇,科學也只是考卷上的考題和分數,很難深化為生活中的理智和社會上的理性。(刊載於《科學人》雜誌2018年7月號)

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