女孩們一起動手探索科學趣


文/顏慈瑤、陳虹樺、蘇萬生、陳雪玉
圖/顏慈瑤

過往社會大眾保有「男理工、女人文」的刻板印象,這是因為兩性在科學學習能力上存在著「天生」的差異?還是科學本身就對性別產生了差別?在科學和科技領域中的女性比例偏少是因為「不喜歡」讀科學,還是因為社會因素所影響?近年來,國內外各國政府致力落實各年齡層的性別平等措施,讓性別刻板的現象逐漸減少。本文將介紹科教館推動科技部女性科技人才培育計畫,透過入校合作的探究與動手做之課程及參觀科教館「設計我們的世界-科技性別化創新」特展,從國小開始培育更多未來科學及科技領域的小小女性科學家,希望藉此改善科學界女性處於弱勢的現況。
    

 女性科技人才培育計畫的發想


根據World Economic Forum’s Global Gender Gap Report 2020的報告中指出性別均等對經濟和社會繁榮有根本的影響,尤其在科技日漸推展的現今,當政府對科學和科技背景相關人才求賢若渴之際,性別均等就會是其中一個關鍵因素。但從以下幾個國外的案例,我們知道其實許多女性科學家常因性別上的刻板印象而被忽略其本身優秀的科學能力。例如:2018年歐洲核子研究組織(CERN)舉辦了一系列的講座,其中一位來自義大利的物理學家斯特魯米亞(Alessandro Strumia)卻在台上語出驚人,他表示「女性在物理學上的表現不如男性,但像他一樣的男性科學家卻被調職,由經驗不足的女科學家頂替他們的位置,真正受到性別歧視的應該是男性。」這一番話語,引起了軒然大波,讓人們關注到科學和科技界中因性別導致的問題(地球圖輯隊,2018)。

自2019年自黑洞照片被公布後,許多媒體都把焦點放在協助團隊開發演算法的29歲女科學家布曼(Katie Bouman)身上,並推舉她為最大功臣,儘管布曼本人從未居功,一再強調成果來自團隊合作,但卻因為媒體的吹捧,使她受到很多與性別歧視有關的攻擊(陳鈺臻,2019)。另一方面,在近年美國OZY網站的一篇文章「The Place That Doesn’t Believe in Female Scientists」亦指出某些國家,例如丹麥,依舊存在著科學家應該都是男性的性別偏見迷思。據美國國家科學基金會2008年調查美國大學的一項結果發現,物理學博士班的女性畢業生低於30%,而進一步繼續進修,升任物理相關領域專任教授的女性僅剩10%。而在國內,根據2015年中研院和台大理工系所教授的性別比例統計中,我們可以觀察到中研院有85.7%的院士為男性,14.3%為女性;臺灣大學理工系所教授性別比例更加懸殊,有92.1%為男性,僅7.91%為女性(田孟心,2015)。由此可見不僅僅是在國外,在臺灣的科學和科技界也存在著性別比例失衡的現象。

許多長期關切「性別與科學」議題的學者(蔡麗玲,2004b、2004c)也指出為何我們的科學研習在不經意的時候排擠了女性?為何我們的科學學習環境有著性別偏差?在審視學生的學習歷程以後,發現我們的社會文化和現行的教育體制中,常常會有形或無形地造成與性別有關的意識形態或性別偏見的產生,因而對女性從事科技相關領域造成阻礙。所以如何引發女性對科技的興趣,提升女性科技知識,進而提升女性在科技上的競爭力與機會,成為現今關注的課題。

我國在2007年初,立法院三讀通過參與「消除對婦女一切歧視公約」(CEDAW)的簽署,宣示我國保障婦女權益以及與國際公約接軌之決心。不僅僅是政府的推動,國內的企業與基金會也響應國際上的理念,於2008年起創辦「臺灣傑出女科學家獎」,希望透過這個獎項讓大眾認知到科學研究不分性別,女性研究者的表現與男性並無二致,未來將需要更多的女性投入科學和科技行列,因此,鼓勵女性從事STEAM有關的工作是刻不容緩的任務。科教館一直以來負責推動學校及大眾科學教育之工作,在過程中發現一般社會大眾受到固有性別上偏見觀念的影響,從而使女性社會化過程中無形地埋下對不同性別的數理程度期望差異的種子。有鑑於此,科教館藉由科技部推動女性科學人才培育計畫,與臺北市六間小學首先進行合作交流,入校推廣STEAM動手做課程,實際引導女學生進行科學探究,並配合科教館現正展出的「設計我們的世界-科技性別化創新」特展,從參觀特展的歷程,帶領學生發覺性別對科學或科技發展的不同觀點,建立女學生對科學或科技的興趣與信心,期望培育更多小小女性科學家。
 

 STEAM課程設計理念


科學界舉足輕重的期刊《科學》(Science)發表許多有關男女腦大不同的文章,強化男女性在生物上的差異,造成媒體與讀者先入為主的帶有性別偏見的觀點,加之有許多變因並未被討論,因此蔡麗玲(2008)批評,諸如此類的言論更加加深兩性間差異的鴻溝。然而,在去(2019)年11月初《學習的科學》(Science of Learning)期刊的最新研究(Kersey, A. J., Csumitta, K. D., & Cantlon, J. F. ,2019),美國芝加哥大學(University of Chicago)心理學系博士後學者克西(Alyssa Kersey)指出:「不僅僅是針對數學而已,男生和女生所有的大腦區域都表現出相同度。」。該研究團隊是針對104名三歲到十歲之間的兒童作為受測者進行分析,通過核磁共振儀(MRI)接受認知測試,研究人員同步觀察男女生的大腦,最後發現女童和男童大腦處理數學的區域一模一樣。

華府「大學女性美國研究協會」的高級研究員柯貝特(Christianne Corbett)指出,明目張膽歧視女性的情事確實已大為減少,不過,因此認為女性的聘雇歧視已成歷史的想法,又過於天真。近年國內不少研究結果顯示,數理科學學業成就之性別差異未達統計顯著(李浩然、柳賢,2012;吳春慧,2010;盧雪梅、毛國楠,2008),甚至出現女學生優於男學生的現象(陳世杰,2005;黃國清,2008),由此可知,數理科學學業成就的表現似乎不是造成女學生不願意選擇理科的原因。2009至2013年間,臺灣學生在數理科學學習動機等情意層面的性別差異較過去更為明顯,顯示目前教育環境與社會環境對於女性學習數理科學或許仍不夠友善,或無法給予適切的支持(余民寧、翁雅芸、張靜軒,2018)。因此透過教育計畫,協助女性根據更多的資訊去進行選擇尤為重要。

另一方面,從不同面向探討「動手做」對評估學生的科技創造力之認知、情意與技能之研究結果,可以發現學習動機(Goodman, Freeburg, Rasmussen, Di, 2006)、學習成效(Hearns, Miller and Nelson,2010)及創造能力(蕭顯勝、洪琬諦、伍建學, 2009 ) 有顯著提升;另外在認知理解(Gerstner and Bogner, 2010)及問題解決(鄭禛信,2006)方面,採用「動手做」策略對於日常生活中解決問題的能力有正向關係。在自我效能(郭文金、梁惠珍、柳賢,2015)的方面,在其研究中依據學生參加數學動手作活動前後所填寫的「 六七年級女學生數學學習動機、興趣和自信心量表」探討數學動手作活動對自我效能的影響,其變異數分析的結果顯示,在參加完活動後全體女學生的數學學習興趣分量表和答對率都有增加,且對自我效能的提升有顯著影響。

STEAM教學以跨科學為架構,培養學生「探究與實作」以及未來面對生活中挑戰的能力,並讓學生透過「動手做」與小組合作來進行實踐,STEAM教學這是全球的教育趨勢,也是我國12年國教的教學重點。根據文獻,應用STEAM教學法於課程之中,可改變學生的學習模式,提升國小低年級學生的學習興趣與表現(莊眞眞,2019)。除了學習表現興趣的提升,在國小高年級階段透過STEAM教學後,發現學生由原本依靠「直覺」設計轉化為「集思廣益合作式」來解決問題,並根據目標適時的調整並修正,建立出問題解決的模型,提升探究能力(陳芬芳,2019)。因此,我們認為從小學開始就安排女同學接觸融合STEAM的科學動手做教育課程或活動,可有助於提升女同學從事與科學相關的學習興趣以培養其及「探究與實作」的能力。

 入校的STEAM課程概況


接下來,將介紹入校合作推動之STEAM主題的課堂活動設計理念及內容,說明如下:

      1.原子能知識卡牌桌遊(如圖1):
由合作團隊國立臺灣師範大學附屬高級中學的李柏翰老師與其學生所設計的卡牌遊戲,並由擁有豐富自然科教學經驗的蔡耿忠老師負責授課,透過合作式桌遊的方式,以扮演不同的角色來進行溝通合作來降低核事故指數,讓學生瞭解核事故的相關知識以及各單位的因應措施。


圖1.原子能知識卡牌的桌遊透過溝通協調和合作來降低核事故分數進行遊戲。        

      2. 藝"數"百變方塊(如圖2):
在遠哲科學教育基金會李佳玲老師的帶領下,原來我們的日常生活隱含這麼多與摺紙有關的元素,透過摺紙及空間概念學習做出屬於自己的魔方。


圖2.學生親手製作屬於自己的「百變魔方」,融合了摺紙的知識和空間概念。

      3.壓力現形趣(圖3):
由國立臺灣師範大學物理系超導體實驗室曾曉琪老師負責進行授課,在這堂課中透過棉花糖在針筒中的體積大小變化、氣球在抽氣瓶中的體積改變以及最後我們直接用平板中的App觀察抽氣瓶中Morsensor所顯示的數字變化,透過這些現象以及實際的數據呈現,可以更深刻的體會到壓力大小的改變,以及他對其它物體的影響,藉由動手做活動,讓以前常令許多學生頭痛的單元變得有趣且易懂。


圖3.透過使用Morsensor將壓力改變的現象結合數字量化,讓學生對氣體體積改變與壓力的關係有更進一步的體會。        

      4.創意磁轉玩具(圖4):
由遠哲科學教育基金會團隊的廖進德老師負責授課,教學過程中老師教導小朋友們的不單是有關這堂課的內容,更重要的是教會了大家如何正確的表述科學概念,組織語言訊息來完整表達意思。藉由一開始的觀察到動手操作,可以在彎摺出不同形狀的鐵絲上觀察磁鐵如何旋轉往下,還有如何使磁鐵能更順利的往下旋轉。最後加上老師給予的積木讓磁轉玩具,可以直立起來甚至裝上裝飾用的小燈泡可以帶回家觀賞和遊玩。


圖4.將鐵絲折成不同的形狀並安裝上底座的木塊和小燈泡完成磁轉玩具。        

      5.立方八面體串珠模型製作(圖5):
由國立臺灣大學化學系金必耀教授團隊中的左家靜老師負責指導,利用檜木的木珠製作多邊體模型。除了讓小朋友更加了解數學立體圖形的各個結構,也可以將有檜木香的串珠作品帶回家。


圖5.製作以檜木珠為材料的多邊體模型。


 參觀「設計我們的世界-科技性別化創新」特展對學生的影響

除了歷史上這些偉大的女性科學家之外,在特展中還提及了一個「性別創新化」(Gendered Innovations, GI)的名詞,此名詞為「性別化的科技創新」的縮寫,也是國際上性別與科技研究領域的最新發展,其核心價值為「利用性別分析達到科技的創新發展」,也就是在科技的研發過程中,納入生理性別(sex)與社會性別(gender)的分析視角,促成科學技術與知識的革新。被譽為現代解剖學之父的維賽留斯 (Andreas Vesalius) 曾因為當時社會分工影響,在缺乏臨床經驗的影響下過度簡化了男女器官的差異,因而提出了兩性的生理構造差異只有生殖器不同的言論。


圖6. 透過館內專業解說員的介紹讓學生們能更深入沉浸到特展規劃的劇情故事中。

除了歷史上這些偉大的女性科學家之外,在特展中還提及了一個「性別創新化」(Gendered Innovations, GI)的名詞,此名詞為「性別化的科技創新」的縮寫,也是國際上性別與科技研究領域的最新發展,其核心價值為「利用性別分析達到科技的創新發展」,也就是在科技的研發過程中,納入生理性別(sex)與社會性別(gender)的分析視角,促成科學技術與知識的革新。被譽為現代解剖學之父的維賽留斯 (Andreas Vesalius) 曾因為當時社會分工影響,在缺乏臨床經驗的影響下過度簡化了男女器官的差異,因而提出了兩性的生理構造差異只有生殖器不同的言論。

在「見微知著」展區結合史丹佛大學的「性別化創新」專案研究與國內外實際案例,分別由科學、健康醫學、工程或環境四大角度去進行切入解說,帶領觀眾進一步了解「性別刻板印象」、「忽視性別差異」與「僅專注於性別」等習慣所可能產生的種種問題(如圖7)。除此之外,在這個展區也展示了有哪些方式可以讓我們在生活更加便利的同時去考慮不同族群的感受。例如:維也納政府在設計無障礙通道時,除了行動不便者還多加考慮了提著提袋的人和推娃娃車的家長等等因素。在參觀完特展後藉由學習單(如圖8),此學習單目的在於收集學生在參展後對於女科學家的認識以及有關性別在科學中議題的影響因素有哪些的認知。


圖7.藉由牆面上的玩具及一些影像資訊介紹性別刻板印象。

圖8.「設計我們的世界-科技性別化創新」特展學習單與問卷。

最後,安排學生參加特展中特別設計的「設計挑戰工作坊」,活動內容設計融合STEAM領域相關知識,期望學生在動手做的過程裡除了能在玩樂中培養興趣,亦能夠學習到主動探索、自我學習等技巧,同時透過合作、討論與分享來解決問題來實踐自己的設計。例如「敲敲打打工作室」(Tinkering Studio) 的教育活動,利用管子、木板軌道、紙膠帶、夾子、擋板、紙杯、鈴鐺……等各式各樣的材料,利用不同的材料設計一個可以讓彈珠、乒乓球和網球可以順利沿著數幾好的軌道由高處到低處的彈珠台,讓彈珠滾落的過程中除了讓學生們以最快的速度比賽誰的彈珠最快滾落至低處的紙杯外,也可以在設計彈珠台的過程中增添樂趣並融合美感設計。並且可以藉由滾動不同質量和材質的球讓學生去探討滾動速度快慢的因素,要改變那些因素才可以加快速度等等(如圖9)。


圖9.學生參加「敲敲打打工作室」(Tinkering Studio)時設計彈珠台的設計情形。

 參與學生的回饋與反思


本計畫包含入校課程及參觀科教館「設計我們的世界-科技性別化創新」特展兩部分,為了解學生參與的收穫及想法,在問卷中設計了兩種不同的題型,第一部分為問答題,藉由題目設計以了解更多學生參展前後的回應以便之後進行比較;第二部份利用五點量表,分為「非常同意」、「同意」、「普通」、「不同意」和「非常不同意」,透過量表中的問題了解學生在參展後對女性科學家的認識以及性別議題的關注是否有提升。

從參與特展後的78份學生問卷收集後進行回饋分析(如圖10),可以發現學生在問卷中填答「同意」和「非常同意」的選項居多,由此得知學生在參觀特展後對於對科學有貢獻的女性學者以及科學和科技界與性別有關的議題是否有進一步的認知。而在問答題的部分,圖11為其問答題的質性分析結果,其中從問題1和問題3的填答進行分析比較,可以發現學生在參展後確實對於女性科學家的認識有提升,由原本只對居禮夫人有所認識,透過特展進而拓展到其他的女性科學家。往後的研究將設計更多問答題並進行前後測和對學生的訪談,以期更進一步的探查學生的概念改變。


圖10.「設計我們的世界-科技性別化創新」特展問卷結果。



圖11.「設計我們的世界-科技性別化創新」特展的問卷中開放性問答的學生回饋。

 結果與討論


由圖9我們可知學生在參展後對於科學和科技界與性別有關的議題有概念上的改變及更多的關注。在問卷中,我們還有問答題的部分,圖10為其問答題的質性分析結果,由問題1和問題3的結果進行比較,可以發現學生在參展後確實對於女性科學家的認識有提升。而參展前多數指認是居禮夫人這一點是我們往後教科書或教育文本中可以改變的方向,應該多加入幾位有貢獻的女性學者。希望透過本計畫的實施能夠消彌社會文化中數理人才受性別刻板影響的現況。


圖9.「設計我們的世界-科技性別化創新」特展問卷結果


圖10.「設計我們的世界—科技性別化創新」特展的問卷中開放性問答的學生回饋

 參考文獻
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地球圖輯隊(2018.10.02)。「物理是男人一手打造的」,義大利科學家發言惹議。
風傳媒(2019.04.15)科學界也難逃性別歧視歪風?世界首張黑洞照片「功臣」引發爭議,女科學家慘遭網軍攻擊。
The Place That Doesn’t Believe in Female Scientists.
台灣傑出女科學家獎。
地球圖輯隊(2019.11.21)。男生天生數學好,女生較沒天份?研究:大腦先天上沒差別。
Case報科學(2011.08.13)。【科學沉思】科學界的性別歧視如何。

顏慈瑤
國立臺灣師範大學科學教育所碩士生
陳虹樺
國立臺灣科學教育館實驗組研究助理
蘇萬生
國立臺灣科學教育館推廣組薦任編輯
陳雪玉
國立臺灣科學教育館館長