如何有创意地进行生物学研究.pdfVIP

如何有創意地進行生物學研究 圖/文 ： 中山女高 生物科 蔡任圃 老師 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 。 (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 。 第 1 頁 ，共 9 頁 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只單一專業科目 ，若是 研究者的知識狹隘 ，就很難發揮創意 ，這點常可在號稱 「艱深專業」的科展作品中看出端倪 。 以測量蟑螂心臟氣管為例 ，如何在二度空間的平面影像中 ，測量三度空間移動的距離 ，此時就需藉 助高中數學所學的三角函數(圖三) 。為了解決生物上的問題 ，常常需利用其他學科的知識 。另一個例子 是高中化學所學的 ：氫氧化鈣能吸收空氣中的二氧化碳 ，利用這個知識 ，可用於測量動物在單位時間內 的耗氧量與排二氧化碳量