動手玩科學：邊玩邊學的兒童教育

第二章 動手作在學習過程扮演的角色

如果你購買了此書，那很可能是因為你已直覺了解到「動手作」的價值。然而我想再花幾頁的篇幅，來闡明動手作在學習及創造知識中的要角地位，不管在過去或現在的教育機構內都是如此。

為什麼動手作如此重要
法蘭克˙奧本海默 （Frank Oppenheimer）, 就是羅伯特˙奧本海默（Robert Oppenheimer）的兄弟，也是曼哈頓計畫（Manhattan Project）的主導者，後來創立舊金山探索館（Exploratorium）──一個展示藝術、科學及人類認知成就的博物館。四十多年來，它都是國際間實作科學博物館的典範。

法蘭克認為「既然人可以從動手嘗試身邊的東西」，得到深刻的滿足並從中學習，那麼就應該有專門的公共機構能提供人們機會。他知道要讓這個想的入門資金不需太多、並且要成為一個國際級的博物館的話，必須從一開始就讓社會大眾參與。因此在1969年，他與舊金山市政府以一年一美元的租約，租下了宏偉的藝術宮（Palace of Fine Arts）。之後他將自己過去實驗室的科學展示儀器移置藝術宮，帶來許多有趣的物品，設立簡易的工作坊。爾後他又設立了招牌，大開門戶歡迎任何來客一起動手玩科學。

正在我著手撰寫此書時，探索館也在摩拳擦掌，準備搬到市區另一邊更大的新據點，並為此重建許多展品。原本的展品連同數百件的全新創作，讓參觀者以親手玩科學體會大自然的原理。這些展品設計的終極目的，是要提供專注而親身地與自然現象互動與體驗的機會。已有數以百萬計的參觀者，因這些展品提供的動手做機會而受到啟發。

舊金山探索館師資培育機構 （Exploratorium Teacher Institution） 在他們的得獎書籍《Science Snackbook》中，提供了一些方法，讓人們可以在任何課堂中用常見的材料做出這些展覽品的簡易版。由於本書反響極大，有更多學生因此有機會得到利用自然現象動手作的體驗。法蘭克如果沒有在1985年辭世，一定會興奮不已。他在擔任教職期間，曾提到學生常常身在課堂卻不知意義何在。他認為：

……這是個不堪的事實。我認為他們「學生」的實作經驗十分貧乏，與整個自然世界的連結也很受限，以致於他們需要一個管道能給他們整片自然現象的森林來探索

不久後，他以這種個人經驗的概念來闡釋探索館的價值：

如果有人認為，從未親身去做某件事卻能了解它，就像有時課堂教育所暗示的，那實在錯得離譜。探索館有個很重要的概念，就是人們可以自由去碰觸、改變、以及創造屬於自己的新發現。此兩種教育間的不同，有如在教室裡及在海邊教游泳的不同。

但時至今日，許多學生仍無精打采地坐在自然或數學課堂，聽老師講一些他們從未體驗過的現象。我的同事和我常常發現學生初次動手玩科學的經驗都讓他們感到新奇又振奮，超乎從前的經驗。社區科學工作坊（Community Science Workshop）的創辦人兼董事丹˙蘇德蘭（Dan Sudran）提過，雖然我們希望孩子能淺嚐這個物理世界中，各種修理、拆卸、觸碰與組合種物體的經驗，但現在的高科技兒童們不但沒有經驗，甚至是倒退的，因為他們只在延伸的虛擬世界裡動手做，可是那裡根本不需要生物學和物理法則。

我在麻省理工學院的導師，同時也是歐斯提獎（Oersted Medal）物理教學得獎主的約翰˙金（John King）博士，將這種把真實物體裡裡外外摸個清楚的經驗稱為「根部保育」（mulch），視其為培養未來科學家的最優先步驟。他在實驗室裡不間斷地動手作，他那普普通通的工作檯上擺著廢木條、金屬、塑膠，也擺著高科技擴散泵和放射性探測儀。他深知不管是低科技或高科技，幾乎都是重大的科學進步中不可或缺的，必須對兩者都有一定的了解，也就是說，如果要真正了解並創造，就要有足夠且多元的「根部保育材料」。

我有幸協助了金博士所推動的麻省理工學院X課程，這些課程用簡易的「午餐時間」實驗，讓學生每週回宿舍花一點點時間動手製作，藉此教導基本的機械與電磁概念。透過這些親身體驗，學生就能掌握一些宇宙的基本量值，例如重力常數（gravitational constant）及真空電容率（permittivity of free space）。

非X課程的一般生，則是從知識權威的語言中獲得這些資訊。而X課程的學生，只要相信他們手中的器具。親愛的讀者，這可是巨大的不同。事實上，我相信這就是真知與淺見的差別。金博士在他的口頭禪中就總結道：

動手胡搞瞎搞是無可取代的。

當我第一次聽到他的口頭禪，就深感共鳴。我生長在密蘇里州的豬農家庭，在那裡動手做了一堆東西，學到生命中大部分重要的事情。養豬當然不能只用理論。農場運作的大小事務都是很實際的。就連學術權威所提供的資訊，例如要在穀類飼料裡摻多少豆類才能達到最佳生長率，也是有人用不同量的豆類養了一大群豬，在圖表上得到最大值，才得到的知識。換句話說，他們是系統性的用豬群和飼料動手做。這絕對不是一位養豬專家坐在書桌前做些理論計算就能想出來的。

所以我很自然而然地認為，個人貨真價實的體驗才是關鍵。要提供學生這樣的機會，一直都是我身為一個教育者的優先考量。我已實踐這樣的教育多年，並且在我們的社區科學工作坊以及其他服務據點都看見絕佳的成果。我也看見許多學校老師面對教育的繁文縟節，仍然在課堂中有讓人驚豔的實績。

我也在常去的五金行和家具材料行裡看到同樣的事。有來自各種背景的家庭採買動手做的材料。他們已經弄清楚問題和目標，現在要進行修理或改造，在過程中他們將學到許多。DIY也是動手作的一種，而且便宜、實用、好玩又時尚，更可以教導你那些壓根沒想過的問題。《MAKE》雜誌以及它在各地盛大舉辦的Maker Faire，多年來已經廣傳福音，並且也在網路上蔚為風潮。Instructable.com網站上張貼了幾近天文數字的教學文章，供讀者瀏覽或手作專題的參考。RadioShack也在網路上或全國各大社群持續提供小型電子工具組（註: RadioShack已於2015年3月歇業）。很顯然，動手玩科學的風潮在短期內還不會退燒。

歷史上的手作精神
這件如此美妙的事情不可能是最近才開始的。有一本很棒的書，叫《歷史上的手作精神》──雖然還沒寫出來，但如果寫出來一定會暢銷。試想我們有多少日常生活使用的，不可或缺的發明，是從動手做發展出來的！史前時代的故事尤其精采：火、輪子、籃子、製陶、基礎的冶金等。要撰寫這本書會有點棘手，因為根本沒有第一手資料。但這並不會阻止我們想像那遠古的畫面：

一個穴居人類站立在湧流的岩漿旁邊，她遮住臉以阻隔強烈的熱度，用一根棒子在熔岩裡搗呀搗，看它著火之後燒成灰燼。「這一定會派上用場！」她喃喃自語。

但說真的，確實有一本書概述了許多人類從動手作中學到的事物，叫作《A People’s History of Science: Miners, Midwives and Low Mechanicks》（Nation Books, 2005）。作者克里福德˙D˙康納（Clifford D. Connor） 在書中囊括了史前到現代，描述知識如何在人類親手體驗世界的過程製造出來。他引用了上百件資料，來鋪陳一個更新更精確的文明史。

要了解手作科學的歷史，先了解科學史會很有幫助，所以讓我們來一點前情提要。起初一切都原始而野蠻，狩獵採集社會的人類完全不知有科學。接著希臘人出現，發展出絕大部分今日人類所知的實用科學。後來的羅馬人利用這些知識建立了一個偉大的帝國，又很快地覆滅，人類從此進入了好幾世紀的黑暗時代，整天忙著獵巫。在那灰暗而絕望的世界裡，幾道微弱的曙光從啟蒙時代開始照亮，引導世界邁向前所未有的邏輯與理性，描繪出我們在學校所教導的現代科學輪廓。從此以後，每個世紀總有一些絕頂聰明的科學家，自崇高的學術機構躍入科學史的舞台，增進我們對宇宙的認識，永遠值得我們感謝。

也許你現在正在偷笑，但平常在科學史課本上讀到的就是這些。你得到的印象就是，偉人之所以偉大全拜他們的聰明和努力所賜，其他背景因素都不重要，全是他自己一個人鑽研出來的。簡而言之，你不會覺得在過程中需要動手嘗試，除了專業實驗室進行的正式實驗，然後實驗就完美證明了科學家的天才預測。其實也不需要動手實驗，反正天才一定是對的。

讀科學史課本很像在普通的歷史課本裡讀關於女性歷史的記載，沒寫的總是比有寫的/寫出來的更重要。你絕大部分讀到的歷史都如此，永遠是「他」的故事，而不是「她」的故事 （註:歷史一字原文（history）為男性的他（he）與故事（story）組合而成。）。如果你想知道「她」的故事，就要挖得再深一點，再努力一點。同樣的，如果你想知道我們人類從動手做得到什麼，那一般的科學史書籍可能不會告訴你。

舉例來說，如果你很好奇牛頓是在什麼環境下，被什麼動機驅使，開始研究重力和星球運動，那你必須了解當時整個歐洲的航海圈，都在想辦法測量海洋的經度，因為這是航海中至關重要的問題。牛頓運用了所有實證資料，以及航海士和海上星象家的發現，形塑了自己的理論。這件事經常被傳記家忽略，反而花更多篇幅來誇讚他的偉大人品。

作者康納的主旨，簡單來說就是科學知識都是透過動手嘗試得來的。採集狩獵時代的人類，用手邊的資源動手嘗試，創造了工具和農業。古代航海員在航行與造船中動手嘗試，以找到成功之法。希臘人，還有更早的埃及人、巴比倫人、中國人，都藉由前人的智慧動手嘗試，然後更進一步。

或許最迷人的故事就是文藝復興與科學革命期間，當那些家喻戶曉的科學家帶來巨大進展的時候，在行會與手工業者組織（artisan's organizations） 裡也有並駕齊驅，甚至更超前的進步，只是鮮為人知。這些職業團體不屬於上層社會階級，而那些菁英機構不但輕視他們，還經常忽略他們的貢獻。但是仍有少數觀念開放的主流科學家了解，這樣的地方正是真正的知識和突破發生之處。這些科學家深入社會的下層，進入那些工作坊、礦坑、植物標本室去蒐集資料，用來形塑新的科學認知與框架。

這些科學家之中有一些人，包括廣為人知的伽利略和波以耳，在著作中將成果歸功於那些提供實證資料的工匠和手工業者。可是這個關鍵卻常常在傳記中消失不見。其他科學家則試著掩蓋自己從第一線技術人員採納資料的事實，將其歸功於自己的聰明才智。有時候激烈的鬥爭就圍繞這些智慧財產權問題展開。畢竟，這些科學家通常擁有大筆財產，而工匠們卻要靠這些專利勉強維生。

康納舉了成千上萬的的例子。威廉˙吉爾伯特（William Gilbert）在1600年撰寫了一篇突破性的磁力研究，內容全是根據實驗得來。這在當時是前所未聞。他是從哪裡得到這些方法和數據的呢？並不是那個窩在自己世界塗塗寫寫，把第一手經驗當空氣的學術圈，而是從那些非常了解磁力，並且運用在每天的工作中的人，這些人是：鐵匠、礦工、水手、樂器工匠。伽利略找到數學證據，證明由四十五度角發射物體能得到最大的水平距離，但他大方表示，自己不是經由理論預測，而是從威尼斯軍械庫（Venetian Arsenal）的射擊手那裡打聽來的。波以耳（雖然他在當時並不出名，卻是史上第一位與煉金分道揚鑣的化學家）清楚地向當時的人們聲明，「要得到有用的資料，就要向各種不同的技術者討教，例如釀酒師、藥師、鐵匠、車工等，不管花再久等待這些他們都值得」。

現代科學所著重的實驗方法，並非源於少數在大學裡的菁英學者，而是千萬個沒沒無聞的工匠（craftsmen）每天的實際作為，利用工具和材料，不斷從錯誤中學習，以臻工藝的巔峰。

從歷史之初，當人類對某件事感到好奇的時候，從來都不是將自己從世界中抽身，獨自沉思，而是親自去嘗試，仔細觀察實際的事物。也就是說，我們最主要的學習途徑就是動手做。

接著我們快轉來到現代，一個奇怪的矛盾產生了。雖然DIY更加流行，自造者運動正夯，工藝課程卻岌岌可危，我還聽說過有人家裡連老虎鉗都沒有。我們依賴高科技產物和系統的程度水漲船高，同時也依賴擁有技術專業的人。然而，社會觀感卻認為手工或勞力工作很低下。即使我們非常需要學習動手作的技能，但它仍不被社會大眾重視。

我們當然無法回到史前時代，那個人人都知道如何從環境中汲取生活所需的時代。我們每天試圖掙脫高科技人工製品的泥沼，但其複雜超乎我們理解。你能否想出任何一個每天日常生活都需要的機器，是你可以從零開始做出來的？我有些朋友在高科技研發領域工作了二十年以上，卻說他完全不知道怎麼把我的筆電救回來，這讓我不只感到震驚。我們在面對這些複雜科技時，真的只能雙手投降。

本書的旨趣之一，就是這樣的矛盾不需存在、科技不必嚇人。只要遵從一些原則，在實際唱中學手機、筆電、門鈴、車、家具、火爐，和做晚餐並非難事 。你得到的資訊不一定會有用，但是在嘗試的過程會很有成就感，並且讓你預備好向動手玩科學的領域升級。那些以手工技藝為專業的人士，是該為他們的重要貢獻稱頌一番。我們應該以「手作」為我們生活的核心，並抬高這些自造者至學術的地位。跟現實情況比起來，這個觀念並不算很激進──我們的世界本來就是如此運作。

第二章 動手作在學習過程扮演的角色

如果你購買了此書，那很可能是因為你已直覺了解到「動手作」的價值。然而我想再花幾頁的篇幅，來闡明動手作在學習及創造知識中的要角地位，不管在過去或現在的教育機構內都是如此。

為什麼動手作如此重要
法蘭克˙奧本海默 （Frank Oppenheimer）, 就是羅伯特˙奧本海默（Robert Oppenheimer）的兄弟，也是曼哈頓計畫（Manhattan Project）的主導者，後來創立舊金山探索館（Exploratorium）──一個展示藝術、科學及人類認知成就的博物館。四十多年來，它都是國際間實作科學博物館的典範。

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湯姆˙沃夫（Tom Wolfe）在1983年的君子雜誌（Esquire）發表過一篇專題文章：〈羅伯特˙諾伊斯的手作人生〉（The Tinkerings of Robert Noyce），描繪了一個典型的美國成功故事。羅伯特˙諾伊斯（Robert Noyce）生於愛荷華州的格林內爾（Grinnell），在當地就讀大學，後來到麻省理工學院攻讀研究所，畢業後於1956年來到加州，在那裡開啟了電子產業的黃金時代──成為英特爾公司的共同創辦人，並且打造了後來的矽谷。

沃夫寫道，諾伊斯是典型的中西部子弟。他是個好奇心旺盛的男孩，運動也很拿手。十三歲時，他與夥伴們讀到《科技時代》（Popular Science）雜誌介紹的「可坐式風箏」，能用箱子與風箏載人飛離地面。這群男孩就製做了這座風箏，想要看看 「是不是真的像他們說的一樣？」他們為了要讓風箏飛起來，花了好些工夫一再修正。諾伊斯雖然是個好學生，卻差點因為一個惡作劇被學校退學。幸好有一位老師看出他的潛力，出面幫助他，使他免於退學。也因為這位老師，諾伊斯開始接觸了電晶體，電晶體在當時還在鮮為人知，不過就在那個時候，他就開始思考能用這個東西做些什麼？

沃夫亦很好奇，為何這個年代的偉大工程師和科學家，都有著毫不起眼的出身？「為何一群中西部的鄉下小孩，會一手掌握電子工程科技的最前線？」諾伊斯對此有一番見解。他指出，在鄉下地方， 會變成技師、修補匠、工程師、甚至發明家，都是環境使然。「在一個小鎮裡，」諾伊斯常說，「如果東西壞掉了，你不會坐等新的零件出現，因為它不會自己出現。你只能自己動手做。」

諾伊斯很幸運地有機會接受兩種不同的教育方式：非正規與正規教育。他就像其他在農場長大或是從小家中環境就習慣使用工具和修理機器的孩子，在成長過程中從學校之外學到許多。所謂正規教育，缺少了「非正規」教育，也會失去意義。正規教育提供太多理論，卻沒有實作的基礎，而「動手玩科學」，就代表了在正規教育裡被低估的實務訓練。

動手玩科學不像物理化學一樣自成一個學術領域，但非常值得探索。尤其當你想要帶領孩子進入自造者世界的話。動手作之於自造者運動，就如同跑步之於運動、拍打之於音樂。動手作是一種過程，是一種態度。是修正、創造、改變、調整、乃至隨心所欲塑造世界的途徑。

作者柯特˙蓋比爾森（Curt Gabrielson）與他在「沃森維爾環境科學工作坊」（Watsonville Environmental Science Workshop）的夥伴，為非正規教育的先驅。他們是技巧高超的實務家，一直以來為孩子們用心規劃課程，在學校以外提供一個支持他們的學習場所。作者在本書中將告訴我們如何帶給學生們有意義的學習經驗，如何讓大人們成為一個有方法的教導者。動手做能幫助孩子藉由自己的能力建立信心，探索他們身處的世界。所有孩子都有權利從小開始接觸這樣的教育，無論在學校或在其他場所皆如此。而且我相信現在的孩子更渴望這種學習經驗，因為他們已經意識到，這對於養成具學習精神以及對社會貢獻創意的人格，是不可或缺的。如同諾伊斯一樣，有許多孩子已經明白，有時候有錢也買不到現成品，「只得自己動手作」。

試想，若能讓更多孩子認識動手作，會多麼有意義？更多女孩、男孩，不同經濟背景、不同種族、不同專長的孩子、已經受夠學校制式教育的中產階級後代，甚至是步入中年的人？如果能讓我們之中更多人開始接觸動手玩科學的領域，天知道我們能解決什麼樣棘手的難題、能有什麼新發現、能創造什麼樣的新事物？

　　　　　　　　　　　戴爾˙多爾第（Dale Dougherty，《Make》雜誌創辦人），2013年

湯姆˙沃夫（Tom Wolfe）在1983年的君子雜誌（Esquire）發表過一篇專題文章：〈羅伯特˙諾伊斯的手作人生〉（The Tinkerings of Robert Noyce），描繪了一個典型的美國成功故事。羅伯特˙諾伊斯（Robert Noyce）生於愛荷華州的格林內爾（Grinnell），在當地就讀大學，後來到麻省理工學院攻讀研究所，畢業後於1956年來到加州，在那裡開啟了電子產業的黃金時代──成為英特爾公司的共同創辦人，並且打造了後來的矽谷。

沃夫寫道，諾伊斯是典型的中西部子弟。他是個好奇心旺盛的男孩，運動也很拿手。十三歲時，他與夥伴們讀到《科技時代》...