高中学生如何进行有创意的生物学研究-中山女高.PDF

中山女高 生物科 蔡任圃 captain.okw@msa.hinet.net 高中學生如何進行有創意的生物學研究 壹、何謂「創意」 創意的定義因人而異，筆者認為最直接的意義就是：有效、獨特、簡單！在進行科學研 究時，無論是研究主題、策略、方法、材料選用、數據處理、解釋、應用，若能符合上述三 者，都可說是成功又具創意的作品。 貳、如何表現創意 一、確定難題的特性與背景，發展解決它的獨創方式與技巧： 科學的歷史悠久，卻無法回答所有疑問，原因之一就是研究方法有所限制，因此發展或 改良實驗技術，對科學的發展具有貢獻。以下舉測量蟑螂心搏量為例，說明如何建立實驗方 法。 (一) 、第一步：收集背景資料— 了解蟑螂心臟的型態與生理 收集資料是最基礎也是最重要的一步。蟑螂的心臟有 12節 ，其中胸部有3節 ，腹部有 9 節，在解剖顯微鏡下即可觀察。蟑螂的心臟由單層的心肌細胞構成，生理作用敏感，很適合 用來研究環境因子與循環系統的關係。 (a) (b) 圖一 (a蟑螂背側中央可清楚觀察到長條型且分節的心臟) (蔡，民93) 。 (b)在顯微鏡下可發現心臟附著許多氣管。 (二) 、第二步：尋找前人的實驗架構與方法—查詢心臟相關的實驗方法 對於生理上的測量有兩個基本的限制：一個是測量的過程對生物體構造與機能的干擾與 傷害，會掩蓋或改變正常的生理活性；另一個是測量工具本身的物理性質在實驗操作時所帶 來的干擾。因此在設計實驗之前，可先參考前人所建立的基礎，例如昆蟲心臟的觀察方法有 以下幾種：顯微鏡觀察、心機圖(mechanocardiogram) 、心電圖(electrocardiography) 、心光圖 (optocardiography) 、連續拍照，利用照片進行測量，及影像輸入個人電腦，利用電腦做測量 的工作。其中利用電腦進行影像分析最適合進行蟑螂心搏量的測量。 第 1 頁，共 10 頁 中山女高 生物科 蔡任圃 captain.okw@msa.hinet.net (三) 、第三步：設計或改良實驗方法—設計出測量心搏量的方法 選定實驗方法後，著手設計適合主題的實驗架構圖二( ) ，與操作的細部流程。例如以測 量心臟舒張與收縮時的寬度差異，作為推算心搏量的參數。 圖二 實驗架構示意圖 (蔡等，2001 ；Tsai et al., 2004) 。 MS ：解剖顯微鏡；CM ：攝影機； VCC ：影像捕捉卡 ；PC ：個人電腦 ；IS ：影像儲存 ；DC ：數據匯集 ；DA ：數據分析。 (四) 、第四步：實驗方法的測試與改良—克服困難、改良精進 研究很少是一帆風順的，且愈是充滿荊棘的小徑，能披荊斬棘順利通過之人，更顯其不 凡之處。在研究蟑螂心臟的努力中 ，一開始自然會遇到許多難題，例如蟑螂的背板雖呈透明， 可不經解剖直接觀察心臟跳動，但蟑螂的心臟附近常常有脂肪分佈，造成觀察過程中心臟的 邊界不清楚，不易觀察心臟壁，自然無法測量心臟的寬度。此時就需尋找解決方案。 在觀察蟑螂心臟的同時 ，常常也可以觀察到心臟附近的氣管圖一( b) ，心臟上的氣管會隨 著心臟的搏動而移動，若無法直接測量心臟壁，則可以測量心臟氣管的移動距離，不失為直 接測量心臟壁的替代方案。山不轉路轉，為了達成目的，必須尋找任何可行的方案，經過測 試，分析優劣，比別人先到達荊棘後面的目的地。 二、活用所學知識，打破學科分野 我們常鼓勵學生多吸收各種知識，探索各種學科。因為研究所需的背景絕不