【學與業壯遊】 實驗課，為了重複流程，或是科學精神？──大學的藝術之二十四

人類什麼時候開始學會做實驗，大概就在什麼時候，科學開始突飛猛進。實驗和科學之間的關係密不可分，我們都知道。因此，大學幾乎都會開設實驗課，許多理工院生，攤開課表可以發現至少整整兩三個下午是在實驗課中度過。

但是，這些實驗課有什麼樣的成效？學生從中學到多少的科學精神？學校和老師用多少心力經營實驗課程？

假造數據，實驗何益？

我曾經訪問一位在台灣頂尖大學學生，他這樣描述他在實驗課中的觀察與收穫：

流體力學的助教是一個碩士，不是物理系畢業，對於流體力學的實際內容非常不懂。他手上有標準的數據及理想的實驗結果。如果我們做出來的數據，和標準版本不相符，助教就叫我們調參數、調結果，或是重作，總而言之就是要做出和預期差不多的結果。我覺得這對科學精神是很大的殺傷，不相信自己的數據分析，還談什麼實驗精神？

做有機化學實驗的時候明明每個步驟都跟著指示進行，但結果時常和預期有所出入。常常因為時間不夠但必須交報告，所以觀察一下同學的結果，修改自己的報告內容。

如果說科學精神蘊涵的是質疑、探究、求真求實，以系統性方法找到答案，這樣的實驗課，顯然對學生來說缺乏實際收穫，而且在實際操作中鼓勵非常錯誤的態度，科學精神根本上相反。例如：一、沒有主動提出問題；二、沒有自發設計方法解答問題；三、只重複程序，但很少不討論操作程序設計的有效性；四、姑息假造，或是根本誘使學生為結果而調整數據。

我沒有完整的調查，但是用這樣的方式上實驗課，在台灣的大學、科大、高中，例子屢見不鮮。甚至聽到不少人和我說過，他們的高中幾乎不排實驗課，但實驗手冊要背要考。

多數台灣的大學，甚至高中和科大，實驗課的規劃和執行有大量改善空間。

做實驗，到底為什麼？

在多數大學，實驗是給定固定的操作流程，學生照程序演練，目標是驗證一個有標準數值的常數（例如重力加速度），或是一個學理上已有定論的公式。

該好好想想這個問題：到底我們安排實驗課，讓學生為了一學分，耗費18個下午，究竟是為什麼？是為了練習操作嗎？是為了測出一套數值證明他在課本上學到西是對的嗎？（事實上，他也不可能期於實驗結果說課本上的是錯的）

其實，學習「做實驗」最大的功用與目標，應該是：

一、對外界事物產生好奇並且化為問題。

二、對於可以實驗求解的問題，設計合適的實驗方法與流程──其中牽涉了大量基於可行性、成本（金錢與時間）、精準度與有效度的取捨與巧思。

三、精準的操作執行。

四、誠實、完整而深入的分析。

其實，在大部分真實的科學研究情境下，並沒有必然的「正確實驗流程和方法」，也不會有「已知的正確結果」。設計實驗流程和方法是一個研究人員的重要能力，不亞於實驗操作技巧。

實驗課流程重新省思規劃

台灣主流的實驗課，進行模式大概是：預習內容→操作實驗→撰寫報告。這個過程中，學生發問、思考、創造、思辨的程度相當低。如果我們開放學生獨立設計部分實驗程序，將有更多可以討論、思辨的可能性。可能的方式是：

一、每一個實驗專案，都要求學生分組，針對某一個問題，找到答案。每一個實驗專案，都提供實驗室的各種器具（不一定都用得到），但（至少有一部分）不給學生必然要依循的步驟。

二、在實驗進行前，讓學生設計實驗程序，並上台報告。每組報告完後，帶領學生討論什麼樣的實驗程序和方式可以最省時、省錢、省力氣、最安全、最能精準有效地回答設定的問題？

三、在實驗後可討論，各組結果有沒有不同？哪些組答案相近，哪些組答案歧異較大？哪些組的數據、結果可能比較有意義、比較準確、比較接近真實？為什麼？

四、在實驗後可討論，實驗過程中有沒有發生、發現什麼事，是他們在設計流程中沒預想到的？

五、在最後，應該帶領同學們討論：如果要再次進行同一個實驗，他們會做什麼樣的改進，讓他們得到更具意義的結果，而可以用更少的時間、力氣、成本？

實驗做得深，勝過做得多

按照現在的實驗課上法，每次實驗課上一項實驗，每次表訂三節課上完，其實無可避免地，都會流於只能依樣劃葫蘆。因為時間根本太短，不可能發生思考、規劃、交流、辯證、討論、反思等最有意義的學習環節。用15次上課做15項實驗，每項實驗都沒有學習到思維與精神，這是沒有意義的。如果要深刻的學習，就要花時間。

如果要依照上一段落建議部分進行實驗課改革，可能改成三次上課（三星期）做一項實驗，例如，用15次上課做五項實驗，每項實驗都能帶來深刻學習。每項實驗的三次上課，分別做的事項如下：

●    在上課前，應該要就當次的實驗進行草案規劃。

●    實驗第一階段：各組呈現與討論規劃的實驗程序，教授（或受過培訓的資深助教）帶領同學討論實驗程序是否有不安全、不精確、不合理之處，是否在效益部分有改進空間。之後，學生進行修改。

●    實驗第二階段：進行實驗，記錄結果。

●    實驗第二階段：各組比對成果，討論各組成果的得與失，為什麼有差異，誰的較準確，各組各有何改進空間等問題。

實驗不須與時俱進？

在許多大學，實驗課的內容長年不換。這是為什麼？是因為這樣的內容和方法已經達到最好的教育效果？或者，實驗課效果不佳，對學生的啟發性不高，甚至有誤導之嫌，仍然不構思改善，根本就意味著學校教授並不很在意實驗？

為實驗課設計不同的形式，客觀測知學習成果，找出最合適的方式──這本身就是個大實驗。如果理程領域的教授們願意展示一下對科學的熱忱和深度理解，期待他們能將更多些心力用在實驗課的設計與優化。