自然科學概論(一) 觀察大自然之美的第一堂課 張文亮 【本著作除另有註明外，採取創用CC「姓名標示－非商業性－相同方式分享」台灣3.0版授權釋出】

本課的目的 本課的目的 授課老師的介紹 上課內容的精簡介紹 成績的評定 助教的介紹與聯絡 課程參考資料 課程網頁 本課程的特殊性

自然科學概論的目的 強調給學生單純觀察大自然的美 將觀察的心得以精確的文字來表示 以深入的觀察與精確的文字，成為擁抱大自然的雙臂。 -- 草本植物學之父William Turner, (1509-1569)

授課老師的介紹 – 張文亮 台灣大學生物環境系統工程學系教授 (1991-2012) 台灣大學生態工程中心主任(2004-2010) 美國加州大學戴維斯分校水土空氣資源系博士 台灣大學生命教育中心諮詢委員 經歷的介紹 1979-1982，1991-2003台灣水土汙染監測輔導委員， 2004-2009環保署人工溼地總評與輔導， 2009-2011台灣水利生態工程總評與輔導 勘災委員、環評委員等

上課內容的精簡介紹 週次 日期 課程內容 1. 2/21 自然科學概論課程鳥瞰 2. 2/28 放假 3. 3/6 一、自然科學與觀察手記 尋找屏東特有種的愛玉植物，啟發瘧疾醫治與森林學的緣起 台灣山坡與九芎、樟樹的協奏 4. 3/13 在植物的根系找到省力耕種的方法與生機學系的源起 料理植物之根的科學 5. 3/20 愛上馬是困難的事嗎？與獸醫、畜產學的源起 由自然科學論豬肉的各式烹調 6. 3/27 在土壤與植物中找到合音，與農藝、園藝學的源起 大島金太郎尋找台灣的葡萄，建立了「台灣大學」的故事 7. 4/3 在昆蟲裡看到美，與昆蟲學的源起 梅森的研究與熱帶醫學的啟發

上課內容的精簡介紹 週次 日期 課程內容 8. 4/10 二、自然科學語文學創作 自然科學與科普文學──法拉第的故事 9. 4/17 自然科學與兒童文學的撰寫──波特小姐與兔子彼得的故事 10. 4/24 自然科學與偵探文學──福爾摩斯探案 11. 5/1 由自然科學論鄉土文學 12. 5/8 自然科學與武俠小說──日本戰國時期伊賀流與甲賀流的忍者武學 13. 5/15 三、自然科學與教育 自然科學與音樂、繪畫教育 14. 5/22 自然科學與科學教具製作 15. 5/29 自然科學與特殊兒童教育 16 6/5 總結

成績的評定 40%作業，取最佳的12次。 20%期末專題。 40%上課心得，取最佳13次。 習題的字數不拘，繳交時須用打字的形式，上面可附照片。 20%期末專題。 4-5人一組，題目自訂，需與本課程有關。 組員最好不同科系。 交報告時間：5/22 成績：老師佔權重50%，組員互評佔權重的50% 40%上課心得，取最佳13次。

助教的介紹與聯絡 陳 昇(聯絡窗口)：r00622008@ntu.edu.tw 分機:63470 石栢岡(作業批改)：d99622004@ntu.edu.tw 分機:63470 林宛亭(心得批改)：r00622038@ntu.edu.tw 分機:63470 楊錦蓮(課務行政)：b95605095@ntu.edu.tw 分機:63470 鍾蕙宇(講義製作)：r99725035@ntu.edu.tw 分機:63470

課程參考資料 [1] 張文亮(1999)。《電學之父-- 法拉第的故事》，文經社。 [2] 張文亮(2004) 。《為什麼薯條會這麼迷人？--草上飛探險記》，國語日報。 [3] 張文亮(2002)。《誰能在馬桶上拉小提琴？》，國語日報。 [4] 張文亮(2006)。《台灣不能沒有客家人》，文經社。 [5] 張文亮(2006)。《台灣的水》，文經社。 [6] Anna Botsford Comstock, “Handbook of Nature Study”, Comstock Publishing Associates, 1939, Ithaca and London. (老師有reserve在圖書館) [7] Steven Vogel, “Life in Moving Fluids – the Physical Biology of Flow”, Second Edition, Revised and Expanded, Princeton University Press, 1994, U.S.A. [8] Albert B. Bennett, Jr., Leonard T. Nelson, “Mathematics – an Informal Approach,” Allyn and Bacon Inc., 1979, U.S.A. [9] John Harte “Consider a Spherical Cow – A Course in Environmental Problem Solving”, University Science Books, 1988, U.S.A. [10] Henk Tennekes, “The Simple Science of Flight – From Insects to Jumbo Jets”, MIT Press, 1997, U.S.A.

課程網頁 自然科學概論 http://2012naturalscience.blog.ntu.edu.tw

本課程的特殊性 本課程是台灣大學五門OCW ( OpenCourseWare ) 之一的課程，所以全場錄影錄音，並向學校OCW的網站給世界分享 http://ocw.aca.ntu.edu.tw/ntu-ocw/ 本課程是教育學程之一的認定課程，所得學分為教育學程所認定 本課程上課時間是在中午時段，學生可以吃午餐。由於上課人多，學生的午餐請勿帶味道香濃、或惡臭，例如雞排、漢堡、炸醬麵、臭豆腐、滷肉飯…等。如果帶來，助教會沒收，以提供老師課後享用。下課後，請學生把吃剩的食物帶走，以免成為下一堂課上課的困擾 本課很多人旁聽，所以請同學不要坐最後一排，盡量保留給旁聽者。

上課習題 敘述從高中一年級到現在，你最精彩的自然探險，並說明為何認為是精彩的。 本學期的最後一個習題：敘述本學期你最精彩的自然探險，並說明為何認為是精彩的。(6/5的習題)

雞為什麼沒有自然科學課？ 問題有很多種，例如 人為什麼不能做壞事？──這是道德的問題， 到底要投票給誰？──這是政治的問題， 感冒的時候能夠吃泡麵嗎？──這是呆子的問題， 1加1等於2嗎？──這是數學的問題， 買哪股基金比較好？──這是投資的問題，

雞為什麼沒有自然科學課？ 少年耶，你走路沒在看嗎？──這是黑道的問題， 你問這問題，到底有沒有問題？──這是辯論的問題， 親愛的，你今天早上還要去喝豆漿？──這是夫妻的問題， 豬肉一斤多少錢？──這是買菜的問題， 蘋果為什麼要落下，不往天上飛？──這是科學的問題，

如何在大自然中看見美？ 我是我嗎？──這是哲學的問題， 你是你嗎？──這是美容的問題， 他是他嗎？──這是視力老花的問題。 但是，人走到大自然，看著滿天的星星， 哇，好漂亮。這種發自內心的禮讚， 將是這門課要探討的核心問題── 如何在大自然中看見美？

臺灣大學　張文亮攝 人是很有趣的生物，總問一些有趣的問題。例如問銀河系的某一顆行星怎麼運轉？雖然人可能永遠到不了。問幾萬年前的化石怎麼來？雖然時間的腳步再也喚不回。人會想這些不切實際的問題，可能是人的思考系統中，已有一套密碼，不時的就會對宇宙，發出詢問的訊號。

宇宙是有趣的組合，不斷給人一些詢問的題材，例如太陽有升落，地球有四季，月亮有圓缺，潮汐有來去，風吹有定向，雨季有定期，生命有定時…。可給人去觀察、去聽、去摸、去聞、去量測、去思考、去揣摩、這些重覆性的意義。許多人類的文明，竟是源自於此。 臺灣大學　張文亮攝

雞為什麼沒有自然科學課？ 其他的生物，好像沒有這種本能。 我曾想會不會有一隻癩蛤蟆，忽然跳出水面說：「為什麼圓周的周長與半徑，存在一個3.14159…的比率呢？」，然後就畫一個圓，所有的癩蛤蟆也一起討論。

雞為什麼沒有自然科學課？ 也不知道會不會有一隻雞，在吃飼料時，忽然對其他的雞大叫：「停！停！也許我們不應該再吃這種食物。這些食物只能增加我們的肥肉，不能加增我們對大自然觀察與思考。」然後雞就畫一張肥雞腿，其他的雞停止吃食，思考回到大自然的探索。 不過炸雞排的廉價，顯出大概沒有一隻雞曾如此覺醒。要拯救雞嗎？不是禁售麥當勞的炸雞塊，也不是推廣素食，而是「教雞觀察與思考」吧！

達文西（Leonard Da Vinci, 1452~1619）曾寫道：「繪畫來自人對大自然各種型態的瞭解……成為一流的藝術家，必須瞭解大自然各種變化的差異性，單是人的移動就有許多的變化，加上動物、植物、花草，與泉水、河川、建築、城市等。自然的變化不祇在適合人使用，更是添加美好的裝扮，美好的裝飾，與藝術的美。大自然是賦與一個藝術家，最好的素材與恩惠(1)。」 臺灣大學　張文亮攝

藝術與科學的結合 達文西經常左手作畫，右手寫註解，他的註解帶著對大自然的觀察與科學性的認知，例如他的繪畫人體的肺部結構時，寫著：「假設人體的血液像是一個小池，肺部呼吸時的擴張與收縮，給血液帶來的影響，如同海洋潮汐，每隔六小時規律的來去，是否可以類比地球的呼吸(2)。」後來將達文西邊以大自然作畫，邊寫下觀察心得的學習，稱為「圖形式思考」（graphic thinking）(3)。

達文西以觀察作畫，以作畫加深觀察，以觀察獲得知識，讓藝術創作與科學認知同獲啟發，相互得彰。在他看來，藝術與科學沒有很大的分野。這種學習的方式一直傳到十八、十九世紀。 例如近代物理學之父牛頓（Isaac Newton, 1642~1727）在強風中向前跳躍，判斷以相同的姿勢與力量，逆著風化與順著風化的跳躍，落地的距離差多少(4)。 臺灣大學　張文亮攝

他又寫道：「單純的人思想單純的事，看似複雜的大自然，可以變成單純、平易的教材，並將大自然講解清楚。學習科學的人擁有莫大的樂趣與享受(6)。」 近代化學之父，「原子論」的提出者道爾頓（John Dalton, 1766~1844）自製氣壓計，觀測不同季候氣壓的變化，他寫道：「大自然是我們的近鄰，怎麼會無聊呢？」(5)。 他又寫道：「單純的人思想單純的事，看似複雜的大自然，可以變成單純、平易的教材，並將大自然講解清楚。學習科學的人擁有莫大的樂趣與享受(6)。」 臺灣大學　張文亮攝

重返大自然的一門課 但是，近百年的科學教育，愈來愈依靠教科書與期刊，取代人在大自然的接觸；需要愈來愈多的數學計算與證明，取代人在大自然中觀察獲得第一手的發覺；科學的鑽研愈狹窄，與藝術、文學、歷史、音樂愈脫節；科學研讀的目的，也愈來愈給人看不見學習的意義、價值、美感與信仰。 臺灣大學　張文亮攝 何等期待有一門課，是能夠讓學生「看見」大自然之美。所以，我開授這樣的課。

當相思樹染黃苗栗 丘陵的日子

坐火車是觀察台灣自然環境最好的機會之一。 火車窗外 一九七九年秋天，那是我年輕的時候，我與我的指導教授徐玉標老師，一起搭火車南下開會。 我一上火車就想閉眼睡睡，我的老師叫我睜眼往外看，他說了一句影響我一生的話： 一個唸科學的人， 坐火車是觀察台灣自然環境最好的機會之一。

臺灣大學　張文亮攝 二十多年來我一直聽老師的話，搭火車就看窗外，看窗外的遠山，由視野的清楚與否，我能分辨天氣；看各地土壤的顏色，我可以推測出土地的形成；看各處圳路的水位，我可以知道水稻灌溉的狀況；看河川的水流，就可以知道上游的水土保持；看栽種的作物，我可以知道各地的生長狀況；看山坡地生長的植物，我可以知道這裡農村的一些生活與人文。看火車窗外的景致，其收穫有時超過火車票的票值呢！

總是好問 一九八九年一月，我自美國返台，我的老師即將退休，我接上他的研究，並擔任台灣「灌溉水質監測網」的學術顧問。 就像當年我的老師，我背著儀器箱，在台灣各處為農民解決水土環境與種植的問題。台灣大學也給我一個設備優良的實驗室，對田間一些難解的問題去進行研究。 臺灣大學　張文亮攝

我經常在台灣的鄉下走來走去，經常有機會與當地的農夫、賣麵的、養魚的、包檳榔的、種水果的、餵豬的、釣魚的、黑道、白道的人士，或站在路邊沒事幹的人聊天。 我是一個及愛問問題的教授，對台灣鄉土環境、對周遭的點點滴滴都非常好奇。我在火車上所看到的，在大地上所聽到的，在鄉土書籍所閱讀的，與在研究室裡所測定的，逐漸連成了一條直線。 臺灣大學　張文亮攝

火車教室 以後我喜歡在火車上一路對孩子或學生，講解各地的水、土、植物與鄉土人文，甚至我在搭乘台北捷運時，也常沿途講解每一站的地理環境與人文歷史。 很可惜目前學校沒有這種課程，可以一邊坐車，一邊學習台灣的自然環境與鄉土。 我逐漸的發現台灣鄉土不祇是一種歷史，也是一種自然科學的教育材料，能夠引起學生在自己生長土地上探索的興趣。 臺灣大學　張文亮攝

五月，相思樹花朵染黃的苗栗丘陵，美的像是一首詩。二十多年了，我看火車窗外的景致，依然興奮。台灣鄉土情，怎能叫人不喜愛呢？ 一年一年的過去，從年輕的日子觀察火車窗外的景致學起，至前不久搭著火車，經過苗栗的中港溪後，看著苗栗丘陵相思樹的黃花盛開，心中一片興奮。我仍是台灣大地上，一個快樂學習的教授。 五月，相思樹花朵染黃的苗栗丘陵，美的像是一首詩。二十多年了，我看火車窗外的景致，依然興奮。台灣鄉土情，怎能叫人不喜愛呢？ 我知道相思樹是台灣原生種的樹木，能耐苗栗的特殊氣候與貧脊的土壤環境，是山坡地防護的好樹種，是早期客家人取為家具，或做炭木的樹木；而相思樹樹皮所含的單寧酸，也是早期將衣服染成黑藍的材料。 臺灣大學　張文亮攝

參考資料 Cook, T. A., 1914. The Curves of Life. Constable and Compand. U.K. Ackerman, J. S., 1998. Leonard Da Vinci: art in science. Daedalus, Vol. 127, No. 1, pp.207-224 Benesck, O., 1943 Leonard Da Vinci and the beginning of scientific drawing American Scientist, Vol. 34, No. 4, pp. 311-328 Brewster, D., 1831. Memoirs of the Life, Writings, and Discoveries of Sir Isaac Newton. Thomas Constable and Company. U.K. Thackray, A., 1972. John Dalton. Harvard University Press. U.S.A. Cardwell, D. S. L., 1989. Jame Joule. Manchester University Press, U.S.A.

版 權 聲 明 作 品 授 權 作 者/來 源 台灣大學　張文亮

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