《像科學家一樣做專題研究》:108課綱新增必修「探究與實作」,高中生該如何找研究題目?

《像科學家一樣做專題研究》:108課綱新增必修「探究與實作」,高中生該如何找研究題目?
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我們想讓你知道的是

在苦思找尋獨特題目的時候,需要策略性地去進行思考。這是你在開始動作之前,多想一想優先次序為何、目的為何的必要步驟。

文:楊善茜

找題目是一場智識的冒險

與各位分享一個小故事:在前一單元中,我們提到獲得全國科展特優作品的研究題目「以X光與宿主星系探討遙遠中質量黑洞候選者之性質」。但事實上,這位同學一開始並沒有打算要以黑洞為主題做研究。

首先,她是在學校的「光譜在天文學上的應用」,這門多元選修課當中,瞭解到原來除了可見光可以應用於天文研究以外,還有紅外線研究星雲、紫外線研究太陽表面活動、無線電波研究特殊星系。

於是,她突然想到:X光可以拿來做什麼天文研究呢?老師在課堂中沒有特別舉例,所以她就決定在高一學期尾聲,以X光為研究設定的電磁波波長,來看看可以做什麼進一步的探討。

事後看來,她也因為有勇氣選擇一條人煙稀少的路,因此做出了很不錯的研究成果。

新課綱的地球科學高一課本,已經納入了多電磁波段天文學的介紹段落,現在你不會因為沒有上多元修選課,產生這方面的知識落差。但更具挑戰的反而是要自問:我有沒有這樣勇於冒險的心與眼,從課文與課堂中找出一條可以探究的路。

人類的原始習性,讓我們有時不敢冒險,因此麥克阿瑟將軍寫給兒子的家書,才會被選入課本課文,以茲提醒:

Lead him, I pray, not in the path of ease and comfort, but under the stress and spur of difficulties and challenge. Here let him learn to stand up in the storm; here let him learn compassion for those who fail.

主啊!我祈禱,您能引導他,

不是走在安逸和舒適的道路上,

而是在壓力和激烈的困難和挑戰之下。

就這樣,讓他學會在風暴中站起來;

就這樣,讓他學會同情那些失敗者。

閱讀、寫報告,對某些人來說,只是被動地完成老師交付的任務,但是一旦要訂出題目,認真去完成一篇小論文,或者延伸成為科學研究作品,你需要更多的內在驅動力。

研究不會是一條輕鬆的路,所謂「快樂學習」並不是代表輕鬆愉快。真實的快樂必是來自深刻且長期的付出後,所獲得的果實。你一定會遭遇困難,也必定會需要付出課堂之外的時間、精力,但正是在這樣的過程中,你有機會激發出自己解決問題、克服困難的能力。

換言之,你要每天安排一些時間去進行你的專題研究,沒有人會幫你規劃進度表,身旁也不見得有一同前行、有相同作息的夥伴,是一種「慎獨」的修練。

評估矩陣:探索內在問題

在苦思找尋獨特題目的時候,需要策略性地去進行思考。這是你在開始動作之前,多想一想優先次序為何、目的為何的必要步驟。

市面上有許多有關策略思考的書籍可供參考,回到科學探究的層面,你除了多看、多閱讀已有的發表主題,多分析已有的研究成果之外,在此建議一個策略思考技巧:評估矩陣。

P47
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也有人稱這是一種創意思考,究竟是叫做哪一種名稱,不是重點,關鍵是你在思索過程中的體驗。

第一欄可能是一些你想到的研究主題或關鍵字,這個階段可以盡量羅列出來,越多越好,也就是進行「發散性思考」,以腦力激盪的結果為主。

第二欄開始進行初步的「聚斂性思考」,問一問自己這每一個主題跟自己的關係。我們做事情總要有所為有所不為,如果已知的難關就在前方,總得知道自己是為何而堅持。

第三欄則是問自己:這份研究和世界有什麼關聯。人要在年輕的時候立下大志,對世界有貢獻心,於是接下來得是再想一想這個問題探究下去,對於世界有什麼助益。只要不落入眼高手低的窠臼,不妨將眼光放遠,雖然一個人能做的有限,但是號召更多人加入,就可以做大事且長久,核心關鍵還是你有沒有洞察到他人需求的那雙鷹眼。

最後一個欄位才是比較接地氣地去看這個題目是屬於哪一個學科領域,這涉及到之後再涉獵的知識、資源、所需的設備器材方法在哪一個方向。

上帝公平地給每個人一天24個小時,在短短一生中。你究竟要在哪裡揮灑你的繽紛色彩?希望藉由評估矩陣的聚斂性策略思考技法,能幫助你決定自己獨特的研究題目,或者未來的人生方向。

科學上的「NABC」

在尋找研究題目時,比較沒有自信的同學可能會說:重要的問題別人都想到了,哪裡還輪得到我。有自信的同學可能會說:天無絕人之路,路是人走出來的,天下無難事只怕有心人。務實的阿茜師則會說:不用再說了,趕快去看看現在實際進展到哪裡了。

P48
Photo Credit: 商周出版

有時候,一個謙遜的作者,會在論文最後幾段寫出研究工作尚未完成,還有哪些待改進的空間,值得未來進一步研究。如果你認同作者的研究方向,跟著去做就是了。偶爾還能看到一種「瞻前顧後」地詳細回顧該領域十年有成或半世紀以來進展的大師級文章,讀一篇文能夠節省數十年苦讀時光。不過這當然是可遇不可求,遇見就把握。

仔細想一想,為什麼要求大家至少讀三篇文章,再寫去小論文呢?不也是期盼同學從數篇文章交叉閱讀的過程中,挖掘出可再造之題材,或者看出一個新的研究方向。

現在有許多人創業,希望開展出自己的一番事業而不甘於單領薪水。不過任何草創階段都需要資金的挹注,你要如何說動金主贊助你,而他投資的錢不會像是被丟入水裡般浪費?自然地,你需要分析未來市場的需求與產品的競爭力。

「NABC」是創業投資常見的分析概念。它是取「Need」、「Approach」、「Benefits」、「Competition」四個單字的縮寫而組成的簡稱,可以直翻為需求、方法、利益與競爭。

將這個概念運用到研究,什麼是科學上的需求?大多是一些待解決的問題,當然也可能是與民生有關的需求,如單元1引文中季內氣象預報產品的推出。方法,就如同使用多個模型模式進行預報產品的產出。利益,大多時候是緊扣需求的,需求滿足了,可以提高產能,或是減少風險損失,有趨吉避凶之效。

打個比方,如果知道月底降雨量會增加,水庫管理人員就能判斷月初發生強降雨時,該不該進行洩洪的措施,如此才能兼顧水源供應無虞,和水庫壩體及下游民生的安全。不同方法的競爭,在此也成為促使效率提高的改進措施,在前一單元的《科學人》引文中,就是以模型教導模型的作法,來有效提升預報準確度。

如果一個競賽的科學作品,能夠在介紹研究動機、研究目的、研究方法與討論之餘,還帶給大家科學上的NABC,這樣的作品能獲得大獎的機率當然很高。當今最負盛名的諾貝爾獎,其創立目的也是希望將榮耀歸給對人類有重大貢獻的研究人員。

獨特不是特立獨行,也不是我們自己宣稱不一樣,就會被別人認為獨特。基本信念還是期待同學們從他人、從社稷、從弱勢的需求出發,看看我們由科學研究的這個面向,可以提供怎麼樣的貢獻。

「閱讀報告」與「專題研究」的不同

研究題目建議是三篇以上閱讀報告整理之後的產物,你可以將撰寫閱讀報告視為收攏出獨特研究題目的暖身活動。

如果你是以「噴射氣流」為關鍵字去找了三篇文章來閱讀,之後就可以利用下表整理,這三篇文章在研究動機、研究目的、研究方法、或研究結果的哪一項度可互相比較,它們可能在某個項度十分相似,也可能它們就是這個項度差異最顯著,或者是跟你的興趣或期盼最為契合的項度。

P50
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正規的研究報告,如全國及國際科展報告書,一定會在研究目的之段落加上註腳,說明該研究目的是由哪些文獻啟發而開展。因此如果你也對類似的研究目的有興趣想加入他們的行列,建議就應該再多去看看引用文獻A,甲,ㄅ(如上表所示)。然後再進行下一輪的表格彙整,這樣也可以確保你原本預設的研究目的,是否已經被前人所研究過了。

科學重視分享,一方面希望累積全人類智慧,二方面也不希望你走冤枉路。多閱讀才能避免井底之蛙或閉門造車的笑話在自己身上發生。

正規的研究報告書也會在研究方法的段落加上註腳,說明該研究方法過去經歷哪些理論基礎、間接推論、科技進展,而今能使用此方法來進行研究。因此如果你也對該系列的研究方法有興趣,那麼建議就應該再多去看看引用文獻B,乙,ㄆ(如上表所示)。然後再進行下一輪的表格彙整,這也有助將研究題目收攏。

科學作品競賽報告書在研究結果之後,以及研究討論的段落會加上註腳,將該研究結果與前人成果進行比對,有可能原本就是一個想提高預報準確度的研究。除了交代自己的研究結果提升了多少準確度,也要跟其他學者的作法進行比較。是準確度大幅提升呢?還是已經逐漸接近極限,因此改善幅度有限?是稍微使用模型教導模型的策略就能有效提升?還是需要發展新模型,方能顯著改進?

如果你好奇怎麼推進目前研究的最前沿,或有志著手解決目前學界的困境,那麼建議就應該再多去看看引用文獻C,丙,ㄇ(如上表所示)。然後再進行下一輪的表格彙整,同樣也能將研究題目再收攏。

從引用文獻找靈感

到這裡,你是否覺得有一點誤上賊船或是落入火坑的感覺呢?還是感到進入了大觀園,目不暇給,驚喜於要看的文章原來有這麼多呢?

文章看多了,你會知道誰是這個領域的大老,怎麼看來看去每一篇文章都有引用他的研究。又或者你會知道誰在這個領域的論文發表量很多,他的不同作品也經常被不同的學者所引用。

前人作品的引用文獻,就像是一張航海藏寶圖,如果你拿到的是小海盜的藏寶圖,跟妳拿到的是海賊王的藏寶圖,你發現的寶藏價值也會有所不同,這也就是我們在單元1所提,評審為什麼可以由你的引用文獻列表就有辦法預估你研究成果與價值的道理。總之學海遼闊,願你求知若渴。

P52
Photo Credit: 商周出版

書籍介紹

本文摘錄自《像科學家一樣做專題研究:從「發想」到「發表」的探究實作指引》,商周出版

作者:楊善茜

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《像科學家一樣做專題研究》立體書封
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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


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