生活科學補給站

化學

生物

健康教育

地球科學

數學

生活科技

物理

專題導言

STEAM

探索生活事物的顯微觀察—科工館顯微家族活動


文/
黃振中/
國立科學工藝博物館蒐藏研究組研究助理
陳相仲/
國立科學工藝博物館公共服務組約聘助理

 
國立科學工藝博物館(簡稱科工館)透過顯微家族活動，向親子觀眾推廣顯微觀察與實作技巧。此教學活動讓學生實際對微小事物進行顯微觀察，學習操作放大工具及培養拍攝顯微圖像等能力。活動中觀察對象以植物花粉、市售澱粉與館藏活版鉛字及銅模等為主，引導學員以顯微照片進行物性比較，就「蟲媒花」與「風媒花」的不同、澱粉顆粒及活版印刷技術等逐一探究，再提出合理解釋，讓學員瞭解顯微觀察作為科學佐證的重要性。
 
現代科學中心的展示教育多以刺激參觀者的感官為主，而博物館學習的核心價值在於啟發觀眾的好奇心，激發他們的想像力，並促使他們去洞察接觸事物更深層的意義。因此，張美珍(2002)曾以建構主義的面向來設計博物館教育活動，她提出了幾項原則：「以問題為中心、適當的學習情境、以貼近學習者生活經驗的主題出發、提供動手操作或實驗的機會、鼓勵同儕合作學習、重視學習者個別的差異、提供統整的學習以建構完整概念」。
倘若再藉由博物館的蒐藏品，搭配學習者生活中的主題來設計學習目標與課程，促使他們參與課程或活動，藉此達到博物館的學習--建構或提升他們的認知與知識。

上述建構主義模式的學習原則對博物館的意義是：提供觀眾可思考且方便接觸的學習情境，幫助觀眾成為主動的學習者，培養具有組織原則與原理的能力，以便於學習中學習如何去學(林彩岫譯，1997)。因此，擁有體驗實物、動手做中學習的直接經驗、自導式及探索式的學習模式等特性的科學博物館，其活動內容就要能夠符合實物學習、主動學習以及建構式主義等學習模式，並且要以參觀者的角度，提供他們能夠開發思考以及盡情觸摸的情境，並且鼓勵他們從「做中學｣(learning by doing)，甚至培養他們的創造力和訓練更多樣化的學習技巧，讓他們在參與的過程中，扮演主動學習者的角色，啟發創新的樂趣。這樣不同於學校制式的教育可培養學習者建構科學原理的能力，甚至在教師或專家們的協助與輔導下，逐步擁有解決問題的能力。

承上，科工館針對不同類型學習群眾，於2015年暑假及2016年寒假期間舉辦顯微家族活動，活動目的在提昇參與者的博物館學習與參觀經驗，強調結合生活的學習以拓展民眾對博物館的利用與參與，以下分別介紹顯微活動的設計理念、規劃細節、和實施程序。

 顯微觀察活動的設計理念

通常家庭觀眾是科學博物館主要的觀眾群，其中以國小學生族群最為大宗，因而以國小階段親子作為主要觀眾，針對他們設計一系列「顯微觀察」的博物館學習主題，加入「學生為主題、生活經驗為重心」的教學活動理念。觀察對象以花粉、澱粉及科工館館藏之活版印刷用的銅模與鉛字為主，運用顯微鏡觀察不同植物的花粉的型態與構造，思考花粉數量與顆粒大小，何以會衍生「蟲媒花」與「風媒花」不同的差異，活動中加入學員的討論：靠昆蟲傳粉的花稱為「蟲媒花」，靠風傳粉的花稱為「風媒花」，「蟲媒花」與「風媒花」的花粉分別有何特性？讓學員對自然植物的有性生殖產生興趣。

「澱粉」是一碳水化合物，普遍存在蔬菜、穀物中，所以澱粉類食物是生活攝取重要的來源。作為顯微觀察澱粉粒的材料，可選用市售的太白粉，或者取自新鮮的馬鈴薯，從澱粉的顯微觀察以比較兩者的不同。最後的觀察對象為小號字體的銅模與鉛字，由放大工具找出中文繁體字型及字意，顯微觀察活版及彩色印刷成品，以瞭解對照古今印刷技術的不同。規劃學習顯微觀察的題材，大多來自與學習者生活有關，經整理教學活動重點與理論依據之對照如表1。


表1.　理論依據與教學重點對照

觀察入微的博物館活動規劃 

一、教學目標
由於科工館擁有多款用途的顯微鏡，為讓學員於實作中體驗窺見微小世界的奧秘，提供植物花粉、頭髮、動物毛髮、銅模、鉛字以及印刷成品等，以體會顯微工具在辨別植物、纖維等不同種類的技巧，同時結合顯微拍攝照片，不僅測量毛髮的粗細，更可記錄學習歷程。

二、教學對象
雖顯微觀察活動以國小階段親子為主要對象，但參與活動的學童範圍則設定在國小三年級學童為主。若針對國小高年級的學童，可視狀況再加入部分複雜的科學概念與知識深度，例如從玉米、馬鈴薯等穀物取得澱粉，再經由偏光顯微鏡去觀察繽紛的澱粉顯微圖像，可感受科學新知的樂趣。

三、教學時間
博物館學習活動共設計有1.5天課程內容，在規劃上依照三個半天，並分成有建立顯微觀念、動手操作與應用分析等深入淺出的三個單元架構，亦可提供學校老師設計一週以2節、每節40分鐘、合計80分鐘課程，而完整課程須連續三週進行，共計6 節，240分鐘。

四、顯微鏡與工具材料清單
簡易、立體及偏光等顯微鏡與相關工具如表2所示。

表2.　各款式顯微鏡設備與工具清單


圖1. 操作簡易型顯微鏡，目鏡內有如左上角尺規（最小刻度0.02毫米）


圖2. 操作蔡司立體顯微鏡(倍率8~80倍)，可由投影機即時講解觀察圖像


圖3. 觀察更細微形態的偏光顯微鏡

五、活動程序
規劃如表3 所示。

表3. 活動程序表


圖4. 銅模放大觀察與鉛字排版圖書證


圖5. 以立體顯微鏡觀察百合花花粉（左圖40倍率、右圖80倍率）


圖6. (a)市售太白粉；(b)將純水滴入置有太白粉之試管，自試管底層採樣；(c)澱粉顆粒大小不一，最大者約50微米(µm)

教學成果與建議

經課程評量，發現經由不同功能的顯微鏡示範講解與實際操作，確實引起學員們對於操作顯微鏡有著極高濃厚的興趣，甚至發現較低年級的學員，在學習到拍攝顯微照片的技巧之後，改變過去因家中或學校無類似顯微鏡工具使用經驗的緊張感，進而培養出獨立運用顯微鏡觀察的探索能力。顯微觀察活動提供親手操作的機會，得以探討花粉經由授粉媒介（風或昆蟲）傳到雌蕊的柱頭上，此一傳粉或受粉之過程，在於花粉粒的形狀、大小差異別極大。通常來說，風媒花的花粉粒較小，通常帶有幫助漂浮的氣囊。蟲媒花的花粉較大，上面會有刺或突起(如圖7)，以幫助黏附在雌蕊的柱頭上（沈競辰，2003）。巧妙地運用顯微觀察，藉此作為分類不同種類花粉之依據。

學習者從馬鈴薯或小麥、玉米等穀物取得澱粉樣品，進行樣本的製備再以高倍率顯微鏡觀察並紀錄顯微圖像，此須妥善找到清晰觀察點，再結合運用數位相機連結電腦軟體技術等學習過程中，因澱粉類食物與生活關係密切，該主題富有趣味性，使得學員在操作顯微鏡遇到不順利時，不會感到挫折，甚至在老師的提示下，還會主動提出問題。課程中筆者還觀察到中年級學生均可順利地運用顯微器材，而高年級學生亦可測量出毛髮的尺寸，甚至與同儕討論彼此測量的結果。

本顯微觀察活動以學習者為中心，從日常生活中找到學習主題，提供學習者動手做的機會，再透過小組合作的方式進行問題的研討與解決，讓學習者學習操作不同功能顯微鏡的能力，激勵他們從顯微圖像中，學習分析微小物體確實的尺寸。不僅可以改變他們普遍停留在放大觀察物像的慣性思考模式，也可促進他們能盡情利用所擁有百分之二毫米刻度尺的利器，深入探索如同頭髮粗細般的微觀世界，藉此引起學習者顯微科學的興趣且將學習知識加以活用。以觀察澱粉顆粒為例，直接從馬鈴薯採樣觀察澱粉是較容易觀察的，因馬鈴薯的澱粉顆粒明顯較小麥穀物者來得大 (如圖8)，在安排學習的同時，其實還可以加入其它食物(如蓮藕粉、小米製的冬粉等)的顯微觀察比較。

親子學員在科工館所安排的學習情境之下，發現參加的家長還比小朋友更認真，當家長熟習操作顯微鏡技巧之後，自然而然地擔任起課堂助手，協助跟小學生講解，讓課程進行的氣氛更為融洽，。因顯微家族活動對於主辦者、講師和參加的小朋友均是陌生，家長可以從過往生活的周遭經驗舉例說明，對於顯微圖像的解釋助益許多，讓整體活動的效益超出原先的預期。此外，因博物館的顯微鏡設備具有拍攝顯微照片之功能，因此若希望以「顯微家族」做為持續辦理活動的行銷推廣理念，可持續規劃於活動結束後，例如將票選活動中表現較優的顯微照片蒐集起來，以專區展示或臉書分享或是整理成一本顯微日誌等方式，做為科工館對外招生的活教材，激起大眾參與探索顯微科學的動機。

圖7. 以偏光體顯微鏡觀察百合花花粉（左圖100倍率、右圖200倍率）花粉上面有刺或突起型態屬於蟲媒花的花粉特色。


圖8. 以偏光體顯微鏡100及200倍率觀察低筋麵粉與太白粉中的澱粉顆粒—可明顯觀察太白粉來自馬鈴薯較麵粉的小麥有較大顆粒的澱粉結構。

 參考文獻
1. 張美珍（2002）。從建構主義取向探究博物館教育活動的規劃設計。科技博物，6(6)，19-30。
2. 林彩岫譯（1997）。建構主義者的博物館學習理論（原作者：Hein, George E.）。博物館學季刊，11(4)，27-30。
3. 沈競辰（2003）。花與授粉的觀察事典。台中市：晨星出版。