Transcript 如何引導學生尋找生物科學研究題目

如何引導學生
尋找生物科學研究題目
林雨德
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生物學研究不是說書，不可憑空想
研究題材必須奠基於生物現象
如何發掘生物現象？
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組織能力
創造力
生活經驗
還是很重要
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如何引導學生發掘生物現象?
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以身作則–
展現對生物研究的熱情
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以身作則–
展現對生物研究的熱情
• 對生物現象問為什麼！
• 出野外觀察！
• 做實驗觀察！
• 閱讀生物學文章、新聞！
• 記錄看到看到、讀到、想到的生物現象！
• 與朋友討論生物現象!
• 練習書寫生物學相關文章！
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以熱情引領學生
看、摸、聽、聞
出野外、做實驗
讀書、討論、紀錄、書寫
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這些過程讓學生
經歷許許多多的生物現象
激發數不清的疑問
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一個[現象]產生十個疑問
• What, Who, When, Where, Why, How, …
• 階層：細胞、遺傳、形態、生理、行為、族群、
群聚、生態系、演化、…
• 物種： A、B、C、…
• 空間(地點)： 一、二、三、…
• 時間： a、b、c、…
• 尺度：小  大，短  長，少  多，…
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平常就要練武功
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(生物)科學問題的種類
•問題 I：[現象]描述
 要求對形態、生理、行為…等的描述
 欒樹的氣孔開放數白天比晚上多嗎？
 台灣大學的校園有幾種鳥？
 不具自變數 (X) 和因變數 (Y)
•問題 II：[機制]原因-- X 如何影響 Y？
 要求對上述[現象]的成因之解釋
 為什麼欒樹的氣孔開放數(Y)晚上比白天多？
 台灣大學的校園為什麼有Y種鳥？
 具自變數 (X) 和因變數 (Y)
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[現象]描述
• 要求對形態、生理、行為…等的描述
 不具自變數 (X) 和因變數 (Y)
 欒樹的氣孔開放數晚上比白天多嗎？
 查看看，是否答案已知 ？ (怎麼查？)
• 若答案未知…，試問：
 這問題本身重要嗎？(容易回答嗎？怎麼做？)
 是否它背後所隱藏的[機制]才重要？
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[機制]原因
• 要求對[現象]的成因之解釋
• 具自變數 (X) 和因變數 (Y)，X 如何影響 Y？
 為什麼欒樹的氣孔開放數(Y)晚上比白天多？
 這為什麼是在問 why 或 how ?
 查看看，是否答案已知 ？答案是否可疑？
• 若答案未知…，試問：
 這問題本身重要嗎？(容易回答嗎？怎麼做？)
 有那些可能[機制]原因(=假說)？
 晚上氣溫比白天低(X1)、晚上溼度比白天高(X2 )…
 (這[機制]背後還有另一層機制嗎？)
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[機制]原因
• 為什麼欒樹的氣孔開放數(Y)晚上比白天多？
• 有那些可能[機制]原因(=假說)？X1、 X2 …
• [機制]之間是否有交互作用？
Y
Y
T
1
C
X1
T
2
Y
T
2
C
X2
C
T
1
T
1
X
2
X1
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草澤地小麝鼩婚配制度
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題目是怎麼來的？
• [現象]：
已知草澤地的食物資源變化與季節性雨量高度相關。
草澤地的小麝鼩婚配制度[現象]未知。
• 理論預期小麝鼩婚配制度為一夫一妻制。
• 題目形成：
1. 草澤地的小麝鼩婚配制度為何？([現象]之描述)
2. 草澤地小麝鼩的婚配制度是否由食物資源決定？
([機制]之探討)
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稻作區澤蛙生活史之研究
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題目是怎麼來的？
• [現象]：
已知澤蛙在春稻田與夏稻田都會交配產卵，而春
稻田與夏稻田的環境 (溫度、食物、天敵)具有差
異。
• 預期春稻田與夏稻田的澤蛙蝌蚪發育對環境 (溫
度、食物、天敵)變化的反應具有差異。
• 題目形成：
1.溫度、食物、與天敵如何(交互)作用影響春稻
田與夏稻田的澤蛙蝌蚪發育？ ([機制]之探討)
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歸納：題目是怎麼來的？
• 發現新現象，描述新現象
• [現象]已知存在，但是不知道[機制]原因
• 從理論(或前人研究、自己合理推測)去尋
找可能[機制]原因，並測試機制
• 研究過程中偵測到’新’現象，產生新的研究
題目
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站在巨人的肩膀上
• 沒有所謂: 這題目已經被做”完”了
• 衍生的新問題呢？
• 但… 別重覆作已做過的研究？
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太多魚，吃不完
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過濾研究題目 (percolation)
• 有沒有辦法回答啊？ (Testability)
• 人道考量
• 研究者熱情指數 (Passion)
• 研究過程的經濟指數 (Economy)
(time/money, man power, sample size)
• 研究題目的酷指數 (Significance)
(importance, attractiveness to others)
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變異(variation) &變異度 (variance)
• 大多的生物現象都由多個變數(variables)造成
• 所有的生物現象都有變異(variations)
• 所有測量的生物現象都有變異度(variances)
• 統計的考量
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Variation is the spice of life !
觀察變異、紀錄變異、擁抱變異！
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伊索寓言：螞蟻的教訓
• 假設蟻窩的兵蟻數可能受4個變數(variables)影
響– 總蟻數、受干擾頻度、食物量、溫度
• 你只能收集到10個螞蟻窩做實驗
• 請問：
 你會取那幾個變數來作為自變數？ a
 每個自變數，你會取幾個階層？ b
 你會再去收集幾個螞蟻窩？
• 所需總樣本數 = a x b x ??
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自變數不用多，但需注重交互作用
• 一個自變數： t-test (= one-way ANOVA)
• 二個自變數： two-way ANOVA
• 三個自變數： three-way ANOVA
Y
Y
T
1
C
X1
T
2
Y
T
2
C
X2
C
T
1
T
1
X
2
X1
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大學教授的角色
• 檢視
 完整性/嚴謹度 (含統計)
• 支援
 理論、技術、器材
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我希望學生—
• 帶著紀錄本及自己的創意(想法)來分享
• 帶著筆記本及待解決的問題來討論
• 帶著興奮的笑容來分享
• 別一心只想檢討錯誤
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分享：我的心得
• 回歸自然 (從自然觀察中問問題)
• 讓學生的笑容引導你
 熱情指數 > 經濟指數 > 酷指數
• 化繁為簡，別太貪心 (自變數及階層別太多)
• 樣本數很重要
• 注重交互作用
• 引導學生同儕互動
• 老師要和學生有相同(以上)的興奮程度
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