开发观察技能 展现无限可能|星岛教室

2023-11-02 17:23

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当你抬头仰望天空,有否想过天空为甚么是蓝色呢?为甚么鸟可以飞,而人类却不可以呢?你又有没有尝试过利用身体,去探索大自然的奥秘呢?观察是科学过程中最重要的第一步,可以激发起我们的好奇心,亦可以培养我们的耐性和对科学的兴趣。过去许多重要的发现和发明,都是受到自然界事物的启发。让我们看看一些科学家和发明家的例子,以观察为起步,为世界作出伟大的改变。


小观察 大发明

乔治.德.梅斯特拉尔(George de Mestral,1907-1990)魔术贴

观察自然,其实还可以为人们解决生活上不少的问题。其中之一是瑞士工程师乔治.德.梅斯特拉尔发明的魔术贴。

有一次,乔治.德.梅斯特拉尔与小狗散步时,发现自己的衣服和狗身上均沾满了植物的种子——牛蒡子。他想弄清楚这些种子是如何能够如此牢固地黏住的,因此他拿了一些种子并在显微镜下观察。他发现种子表面布满了数千个鈎子。他复制了这种植物,并设计了一种可以牢固地黏合在一起、同时又可以轻松释放的材料——魔术贴便因此发明。

魔术贴是利用鈎和环这两组物件相互缠绕的科学原理所结构而成。这两个部分都包含微细的纤维,通常其中一部分是较硬身,另一部分则是柔软的。当鈎与环接触时,硬的鈎上的小刺针会与软的环上的纤维结构缠绕在一起。这种结构形成了许多微小的接触点,而这些接触点通过摩擦力、物料的黏贴力来提供强大的连接和固定力。

魔术贴的强大固定力可以归因于以下几个因素:

1. 表面积:当表面积越大,即是魔术贴的鈎和环有大量的接触点,这便大大增加了接触,这样可以均匀分散所负担的力,更会大大提高固定物件的稳定性。

2. 摩擦力和表面物料的黏贴力:鈎和环之间的缠绕结构产生了摩擦力,使其更难被分离。另外,鈎和环纤维之间的微小接触点亦可以形成表面黏贴力。这种黏贴力可以增加连接的强度,令物件更稳固。


爱德华.詹纳(Edward Jenner,1749-1823)天花疫苗

许多世纪以来,疾病是无法预防的,而且通常都是致命的。不过,爱德华.詹纳就发现了一种天花疫苗。

天花病毒是一种严重传染病,感染天花的人会发烧、呕吐,皮肤上会长出水泡。它极具传染性。爱德华.詹纳观察到,感染牛痘的挤奶女工并没有感染天花,牛痘是一种与天花类似的疾病,但严重程度要轻得多。他注意到这种相关性并开发了第一种疫苗。

天花疫苗是通过接种牛痘病毒,从而启动人体免疫系统,而激活了T细胞和B细胞。T细胞能够快速识别并摧毁感染细胞,从而防止病毒进一步传播;而B细胞则可产生抗体,这些抗体会标记外来物入侵者的蛋白质,协助辨识入侵者,并阻止其进一步感染人体细胞。这种保护机制可以预防天花病的发生,并提供长期的免疫记忆。

爱德华.詹纳的仔细观察和后续实验,挽救了许多生命,并改变了我们对疾病的认识。


观察者必备技巧

从以上的例子,可以证明观察是一项强大的技能,可以为科学发现提供灵感,甚至为我们提供解决问题的方案。科学观察不仅仅是观察某物,还需要一些技巧才能成为一名优秀的观察者,包括:

1. 专注:专注所观察的物件或现象,同时注意各项细节。

2. 耐心:有些观察需要不断重复确认,又或者需要长时间观察整个过程发生。例如观察植物的生长,需要时间、耐心才可看到植物的变化,需要学会坚持和忍耐。

3. 比较:须多次比较观察的结果,找出差异或相似之处,并得出结论。

4. 客观:应该客观地描述所看到或听到的内容。如果不明白所看到的现象,应该继续寻根究底,找出事实的全部。

观察在整个科学研究过程中,发挥关键作用,而不仅仅是在数据收集阶段。观察不仅应该用来回答研究问题,还可以用来识别它们。创新总是需要灵感,而拥有多样性的动物、植物和地质构造的自然世界,可以提供灵感。我们不但要在课堂上学习、看书、看视频学习知识,更要到户外,多观察大自然及四周的事物,既可以培养我们对科学的兴趣,又可以欣赏大自然的美丽,或许下一个大发明,可能就是用你的眼睛去发现出来。


小思考,大智慧

1. 你还可以举出一些例子,科学家利用了他们的观察力,从而发现更多新事物吗?

2. 疫苗如何提高我们的免疫力?


参考答案

1. 例如︰艾萨克.牛顿(Sir Isaac Newton,1643-1727)︰他观察到苹果从树上掉落的现象,并推断出物体之间存在着一种引力。这发现为他提供了进一步研究和发展出「万有引力定律」的基础。

威理博.斯涅尔(Willebrord Snellius,1580-1626)︰他观察到光在不同介质中传播时会产生折射和反射现象,从而揭示了光的传播规律和光学原理。

弗朗西斯.哈利.康普顿.克里克(Francis Harry Compton Crick,1916-2004)和詹姆斯.沃森(James Watson,1928-)︰他们观察到X射线衍射图像,并从中推测出DNA分子的双螺旋结构。这发现对于理解遗传讯息的传递和DNA的功能至关重要。2. 因为大多数疫苗内有被削弱或杀死的病原体,所以接种疫苗时,我们的免疫系统会辨识这些病原体,并开始产生抗体来对抗它们。这样,若再遇到相同病原体,我们的免疫系统就已学会如何对抗它,这就是为何疫苗可提高我们的免疫力。


本栏逢周四刊登,由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿,旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料,引发学生探求知识的兴趣,将学习融入生活,培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文:中华基督教会基湾小学(爱蝶湾)副校长郭宇田、中华基督教会基湾小学(爱蝶湾)电脑科科主任何松享

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