【人物專訪3-下】首位獲頒IUPAC傑出女性獎的臺灣教授!邱美虹科教成果豐碩

by Yang-Kuang Chao
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邱教授手上所持的,是她在2016年撰寫的《Science Education Research and Practice in Taiwan》(臺灣科學教育研究與實踐:挑戰與機會)一書,這本書曾成為當年國際知名的「Springer」出版社教育類第一名暢銷書。

採訪 ‧ 撰稿  /  鄭凱菱 (科學推展中心特約編輯)

現任臺師大學科學教育所特聘教授的邱美虹,自臺師大學化學系畢業後,在中等教育系統服務的五年間,她發現要讓學生認識科學,單靠自身的學科專業仍有侷限,於是希望為學生們找到更為有效且具科學意義的學習方法。因此,她暫時放下教職,遠赴美國哈佛大學深造並順利取得教育碩、博士,屬於國內科學教育界的先驅人士之一。

 

協助中學教師   推動科學教育

邱教授表示:「『科學教育』絕非是科學加教育,而是該被視為獨立且專門的學術領域。」學成歸國後,她先是致力於學生對化學分子結構2D和3D表徵轉換的科學學習研究,接著又投入國科會(科技部前身)的另一項計畫,診斷國高中生對於科學概念所持有的另有概念,並建立相關之資料庫的研究,藉以開發有效的概念建構和概念重構的教學策略。該計畫內容橫跨物理、化學、生物等科學領域,而邱教授負責其中化學概念整合計畫的部分。

這項計畫執行的時間長達六年,不只是國內科學教育界少見的大型計畫,更在2007年被國際期刊《International  Journal  of  Science  Education》(國際科學教育期刊)前所未有地以專刊介紹。專刊中除了介紹該項計畫的研究方法外,更聚焦在臺灣學生對於科學的另有概念,專刊發行後引起其他國家對於臺灣在科學教育研究與現場教學的好奇心。2016 年時,邱教授又編撰了《臺灣科學教育研究與實踐:挑戰與機會》一書,從科學教育研究之回顧與展望、科學學習與評量、新興科技融入科學教學、科學課程與教師專業成長等各面向切入,討論臺灣的科學教育發展與願景,完整地涵蓋了理論與實務的內容。此書出版後,亦成為當年國際知名的「Springer」出版社教育類第一名暢銷書,彰顯出臺灣的科學教育研究能量與成果,在國際科學教育社群中是不容小覷的。

引進科學建模概念   導入人臉辨識系統

近年來,邱教授將科學建模的概念引進教學現場。她表示要將科學知識融會貫通,學生必須建立起一個概念連結的思考架構,才不會僅知其一不知其二。建模便是一個從已知的模型出發,再透過假設、實驗、驗證、應用,甚至到重建模型,這樣不斷反覆的建構過程中,學生可以嘗試探究、蒐集資料、評估並於實驗後建立似科學的模型。學生在這種訓練中建立起的模型化思考模式,才是培養科學素養的真諦。

在科學教育研究上,邱教授試著導入人臉辨識系統 (facial recognition system)在科學學習上,協助教師們瞭解學生的學習表現。她指出分析學生臉部的表情將可以掌握他們的學習狀況。在研究過程中,研究者會先播放一段反直覺(counter-intuition)的科學實驗影片讓受試者觀看,並請他們預測該項實驗的結果。等到受試者回答後,實驗者便播放完整的實驗影片,即該項實驗的真實結果,以及動畫說明實驗原理。當受試者觀看到實驗結果的影片和動畫時,將會出現有表情或無表情的反應,而有表情的反應中又可再區分為帶有正面、負面或驚訝的情緒反應。邱教授和其研究團隊發現有表情變化者,較易產生概念改變。進一步分析發現,臉部出現負面表情者,對實驗結果的解釋與理解程度都較無表情者更佳,顛覆了教師們原有的認知;同時,他們也發現動畫講解有助於科學微觀概念的理解。邱教授和她的團隊在這過程中整理出一套有效的科學教學策略,稱為POEVC,指的分別是「預測 (Predict)」、「觀察 (Observe)」、「解釋 (Explain)」、「視覺化 (Visualize)」和「比較 (Compare)」,其中第一個步驟「預測」尤其重要,因為在該步驟將引起學習者的好奇心,並會提取學習者既有的科學相關知識,使得該學習者可以更投入在觀察與理解科學實驗的過程中。而透過「比較」,也進一步讓學生檢視自己的理解與科學解釋之間的關係。

參與國際組織   跨國培育科學教育人才

邱教授不只致力於國內人才培育,更將時間投入在參與國際科學組織,藉以協助開發中國家的科學教育發展。從2002年起,她便因緣際會地成為「國際純化學和應用化學聯合會 (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)」化學教育委員會的臺灣代表。IUPAC是全球最重要的化學聯盟,由國際上50多個化學相關團體所共同組成。邱教授曾協助IUPAC在臺灣推動「年輕化學大使 (Young Ambassadors for Chemistry, YAC)」計畫,培訓種子教師,以帶領學生和社會大眾一起進行安全、有趣且具知識性的科普活動,進而推廣生活中的化學,弭平社會對於化學的距離感與迷思。

IUPAC化學教育委員會不定期透過邀請學者前往開發中國家,協助當地教師提升科學教育相關的專業知能。邱教授便因此曾赴菲律賓、斯里蘭卡、緬甸、衣索比亞、克羅埃西亞、巴拿馬、墨西哥、蒙古等地進行學術交流。在這些交流過程中,她觀察:「當地資源有限,但教師們求知若渴,且窮則變、變則通。」她回憶起有次在衣索比亞進行交流活動時發現,在物質缺乏的當地,授課教授和技工就地取材,設計出一個簡單的李必式冷凝管(Liebig condenser)的蒸餾裝置來進行實驗教學,顯得創意無限;而在克羅埃西亞時,因為課程內容緊湊,授課進行交流的組織成員接續從早上8點講到傍晚近7點,然而現場沒有一位教師中途離席,自始至終皆維持全神貫注聆聽內容的態度,也因此「你會想毫無保留地與他們分享,自己所知道的一切知能。」邱教授如是說。在扮演協助的角色時,總會出現意想不到的收穫,尤其是珍貴的友誼,每一次她都感到獲得的遠比給出去的更多。或許正因如此,才讓她即便已投入超過20年的義工活動,仍無怨無悔,持續參與,內心盡是滿滿的感恩。

獲頒傑出女性獎   持續堅守初衷

2021年初時,邱教授獲頒國際純化學和應用化學聯合會化學與化工傑出女性獎 (IUPAC 2021 Distinguished Women in Chemistry or Chemical Engineering),她表示得獎是意料外的事,但對她來說獲得此獎項確實是種肯定。她在IUPAC中執行的計畫中還有一項便是針對女性在STEM領域(Science 科學、Technology 科技、Engineering 工程、Mathematics數學)的相關研究。當今女性在STEM領域中的參與研究的比例低於30%,這也許和各地文化中女性被期待的角色相關。她認為要解決此現況並不能單靠男性或女性某一方面的努力,而是該由兩性透過溝通共同解決。在邱教授的職涯中,也曾遇過貶低女性的情況,她鼓勵所有人要有勇氣地為自己發聲,尤其是女性,方有機會創造出相對友善的環境。

另一次,讓邱教授意外嶄露頭角的是全美最大科學教育組織「National Association of Research in Science Teaching, NARST」,她在2008年被選為國際代表,負責推動國際的科學教育,並於幾年後被推舉競選 NARST 的理事長。作為一個非英文母語人士,當時她並不認為自己有機會當選,沒想到結果出乎意料,讓邱教授成為了NARST 第一位非英語系國家出身的理事長。

回想這一路走來,她覺得自己的生命中充滿了貴人,同時也認可自己不畏挑戰的精神;她提及美國詩人Robert Frost的著名詩句:「Two roads diverged in a wood, and I took the one less traveled by- And that has made all the difference.」最能表達她選擇挑戰之路的心境。每當任務到來,她心中所想的是如何達成,從不退縮。「我並不怕挑戰,只怕沒有機會接受挑戰。」邱教授展開她一貫開朗的笑容這麼說。

無論是推動國內計畫或是參與國外服務,邱美虹教授關注的核心始終在於「讓科學教育研究在地化與國際化,同時也讓科學更為普及化」。提及對國內科學教育的期待,她希望未來能有更多科學教育宣誓性的活動或法案通過,例如訂定全國科學日、頒布「科學教育法」等措施,以提升全民科學素養;同時藉由公部門的力量強化「科學教育學門」的主體性,相信透過此舉能對專業人士的培育有更為正面與直接的影響,同時促進臺灣科學教育的國際競爭力。

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