跟大師學創造力03：達爾文與演化論+21個自然實驗

★★★本系列《跟大師學創造力1 伽利略的大發現+25個酷科學實驗》《跟大師學創造力2 牛頓的物理學探索+21個趣味實驗》榮獲2017 OPENBOOK好書獎 最佳青少年圖書大獎

【跟大師學創造力】不僅故事與人物鋪陳有血有肉，資料詳實卻不壓迫，也精心設計了隨手就可以體驗書中人物生活與創造歷程的實驗活動，非常貼心。這套書並不只給孩子，我相信也適合每個還有好奇心的大人。
——鄭國威 （泛科學總編輯及共同創辦人）總導讀

從【跟大師學創造力】這幾本書中好好了解科學家，再動手做做看他們曾經專注鑽研過的實驗，跟隨著他們的思緒及研究過程，對考試一定很有幫助的啦！
——張東君（科普作家）

當達爾文看到各式各樣的生物時，他會先把看到的記錄下來，然後回家再慢慢比對與研究，進而找到一些可能可以歸納的原理原則。在搭乘小獵犬號冒險的期間，他就是依此科學方法進行研究，以及像所有偉大科學家一樣，透過不斷的實驗或觀察記錄，然後抽絲剝繭才會有驚人的發現。看完這些科學家的好奇心與研究精神，讓我們不得不佩服他們，也希望自己能像他們一樣，保有對萬事萬物的好奇，進而思考問題的背後原因，讓我們一起跟大師學創造力吧！
——陳振威（新北市國教輔導團國小自然輔導團專任輔導員）

文字有趣，而且內含許多有趣的補充資訊和實驗，我相當喜歡！
——姚荏富（LIS線上教學平台科學史作家）

看到這兩本書（《跟大師學創造力1 伽利略的大發現+25個酷科學實驗》《跟大師學創造力2 牛頓的物理學探索+21個趣味實驗》），真的讓人眼睛一亮。這系列作品用一本書的篇幅，來寫一位科學家，它用很大的空間來搭建時代的舞台，並把科學家遭遇的問題，以及那個時代爭論的議題，脈絡清楚地呈現出來。書中還另闢篇幅，介紹一些相關的團體，如牛頓所在的英國皇家科學院、伽利略時代的贊助者梅迪奇家族等等，使得讀者能夠更了解當時的科學研究環境與時代氛圍。也因此，這兩本書不只是科學史，更從科學史帶出了歷史，讓有興趣的人可以再做更多延伸的閱讀。

透過閱讀與實作，我們好像被拉到了那個年代，跟著科學家一起煩惱，一起為研究上的突破而開心。科學家不再是整人的神，而是活生生的人，他們也會有人性的一面，會嫉妒、會恐懼也會狂喜，但也因此讓我們更尊敬他們。
——2017OPENBOOK年度好書 最佳青少年圖書 ∕朱佳仁（自主學習促進會常務理事） 評審意見

本書全面性介紹博物學家、思想家達爾文的生平與成就。從達爾文家庭生活開始，仔細描繪他養尊處優的童年時光，以及所受的教育。對於搭乘小獵犬號歷經五年航行，以及收集許多標本送回英國的事，都有非常生動精采的敘述。藉由把達爾文的觀點擺放在眾多哲學與科學思想家當中，作者同時也介紹了達爾文的前輩與同期名家的作品。除文字敘述外，本書也安排許多相關活動，包括建立分類系統、學會船員擅長的繩結，以及製作地質層。泛黃的早期照片與複製品重新打造了維多利亞時期的氣氛。附錄的延伸資料也提供學生繼續深入這個主題的助力。──《圖書館期刊》（安．喬斯林，伊利縣公共圖書館）

這本書超級好看！──《孩子的文學》期刊

非常好讀又有趣的傳記。──《科學與兒童》期刊

以簡易明白的科學家態度來探索演化理論。──Connect雜誌

跟大師學創造力系列 總導讀
◎ 鄭國威（泛科學總編輯及共同創辦人）

身為一介投身科學知識傳播與教育領域的文科生，我一直在找尋兩個問題的答案。第一個問題是，要怎樣讓比較適合文科的孩子不要放棄對理科的好奇心與興趣？第二個問題是，要怎樣讓適合理科的孩子未來能夠不要掉入「專業的詛咒」。

選擇理科或文科，通常不是學生自己由衷的選擇，而是為了避免嘮叨跟麻煩，由環境因素與外人角力出的一條最小阻力路徑。孩子對知識與世界的嚮往原本就跨界，哪管大人硬分出來的文科或理科？更何況，過往覺得有效率、犧牲程度可接受的集體教育方針，早被這個加速時代反噬。當人工智慧加上大數據，正在代理人類的記憶與決策，而手機以及各種物聯網裝置，正在成為我們肢體的延伸，「深度學習」怎麼會只是機器的事，我們人類更需要「深度的學習力」來應對更快速變化的未來。

根據國際學生能力評量計劃（PISA，Programme for International Student Assessment），台灣學生雖然數理學科知識排名前列，但卻缺乏敘理、論證、思辯能力，閱讀素養普遍不足。這樣的偏食發展，導致文科理科隔閡更遠，大大影響了跨領域合作能力。

文科理科繼續隔離的危害，全世界都看見了，課綱也才需要一改再改。但這樣就能解決開頭問的兩個問題嗎？我發現的確有解法，而且非常簡單，那就是「讀寫科學史」，先讓孩子進入故事脈落，體驗科學知識與關鍵人物開展時到底在想什麼，接著鼓勵孩子用自己的話來回答「如果是你，你會怎麼做？」「如果情況變了，你認為當時的XXX會怎麼做？」等問題，來學習寫作與表達能力。

閱讀是 Input，寫作是 Output，孩子是否真的厲害，還得看他寫了什麼。炙手可熱的STEAM教育，如今也已經演變成了「STREAM」——其中的R指的就是閱讀與寫作能力（Reading & wRiting）。讓偏向文科的孩子多讀科學人物及科學史，追根溯源，才能真正體會其趣味，讓偏向理科的孩子多讀科學人物及科學史，更能加強閱讀與文字能力，不至於未來徒有專業而不曉溝通。

市面上科學家的故事版本眾多，各有優點。仔細閱讀過這系列，發現作者早就想到我尋覓許久才找到的解法。不僅故事與人物鋪陳有血有肉，資料詳實卻不壓迫，也精心設計了隨手就可以體驗書中人物生活與創造歷程的實驗活動，非常貼心。這套書並不只給孩子，我相信也適合每個還有好奇心的大人。

導讀
◎ 陳振威（新北市國教輔導團國小自然輔導團專任輔導員）

16-17世紀誕生了伽利略與牛頓等天文學、數學與物理學家，19世紀則誕生了達爾文這位偉大的生物學家。本書除了透過文字如實的記敘達爾文的一生，還配合21個有趣的操作活動，讓我們輕易理解達爾文的想法與發現，藉此將達爾文人生中最重要的經歷描繪出來。伽利略被教皇逼迫公開宣誓放棄他的「非地心說」，且在1633年被判終身監禁，在此之後包括達爾文在內的多位科學家，由於他們的新發現，人們也開始懷疑起上帝的存在。

科學家對於科學的發現往往是導因於多一點點的思考，別人認為理所當然的事物與現象，背後的原理與概念就是科學家們時常思考的。例如，當牛頓看到蘋果掉下來，他會想到月亮是不是也應該被地球往下拉呢？伽利略看到教堂上的吊燈被風吹動時，他用脈搏測量吊燈來回擺動的時間，經過實驗後才會發現影響單擺週期的因素。達爾文也不例外，當他看到加拉巴哥群島上的鳥，鳥嘴長得不一樣時，他不會覺得理所當然，反倒想到是不是因為吃的東西不同，所以才會演化出各自適合的鳥嘴。

達爾文還有一個值得我們學習的地方。

當他看到各式各樣的生物時，他會先把看到的記錄下來，然後回家再慢慢比對與研究，進而找到一些可能可以歸納的原理原則。在搭乘小獵犬號冒險的期間，他就是依此科學方法進行研究，以及像所有偉大科學家一樣，透過不斷的實驗或觀察記錄，然後抽絲剝繭才會有驚人的發現。

看完這些科學家的好奇心與研究精神，讓我們不得不佩服他們，也希望自己能像他們一樣，保有對萬事萬物的好奇，進而思考問題的背後原因，讓我們一起跟大師學創造力吧！

導論
查爾斯．達爾文疲憊至極……他搭乘英國皇家海軍小獵犬號環遊世界，回到英國已經兩年了。這段期間他一直在整理、記錄從旅行途中收集回來的動物、植物與化石。在1836年10月，當小獵犬號終於返抵英國時，這名年輕人鬆了一口氣，他長達五年的海上生活總算結束了。小型小獵犬號的生活環境侷促又不舒服，達爾文常常嚴重暈船。可喜的是，在這趟旅程中，他發現了上千種奇異特殊的動物、罕見的植物，以及神祕的化石，他迫不及待想要把這些新奇發現撰寫成書。
這次回到家鄉，讓達爾文充滿了活力。這位年輕的博物學者從小在英國鄉村長大，當他首度搬至倫敦時，就近租了個房間，著手進行他希望能成為傑作的作品。奮力寫了兩年，一本書變成了三本（而且還只完成了其中一本）。要達成目標，看似遙遙無期。他還發現自己根本無法專心在一個主題上，每當他仔細研究一個標本，心裡總是冒出更大的問題：世界上各式各樣的動物是從哪裡來的？以及，為什麼化石總是看起來跟活生生的生物不同？
更糟糕的，達爾文發現自己討厭住在大城市。他喜歡童年家鄉的開闊空間，以及他在旅途中去過的荒郊野地。現在，每當他看向窗外，就只看得到倫敦髒兮兮的街道、汙濁的空氣以及忙碌擁擠的人群。他知道，該是時候休息片刻，以保持頭腦清醒。
自1838年起，達爾文開始閱讀一些所謂休閒讀物──任何能吸引他目光的有趣書籍，他都能飽讀一番。目的就是讓自己別總是想起那一盒盒標本，更別再去看房裡那一疊疊的筆記。
在10月下旬的某天傍晚，研究告一段落的達爾文正在閱讀《人口論》——這本書四十年前就出版了，至今仍舊很暢銷。作者是一位名叫馬爾薩斯的神父，他試圖想要搞懂為什麼英國始終有這麼多的窮人——雖然這本書不像冒險故事或是浪漫小說那麼有娛樂性，不過達爾文很開心能讀到一本與他自己的動植物研究完全無關的書。至少他是這麼認為。不過後來事實證明，他實在錯得離譜。

※
在達爾文環遊世界的旅途中，他明白了一些其他科學家已經知道的事情：世界上動物種類之繁多，超乎以前人類所能想像。在挪亞方舟這個故事寫成的古代，人們認為世界上最多只有一百種不同的動物──狗、貓、牛、獅子、老鼠、羊、狐狸、老鷹、麻雀、甲蟲、鹿、猴子一類；這些動物各不相同，種類卻不多，挪亞可以很輕鬆就把牠們統統裝進方舟裡。但在1800年代中期，達爾文的年代，探險家已經發現了成千上萬種不同的動物，而且每年還會增加超過一百種的新動物。每當達爾文看著自己手邊的動物樣本，他常會想：是不是每一種動物都已經完全長好了，而且是跟其他物種徹底不同？或者這些動物彼此之間有某種關聯？達爾文尤其困擾於為何某些物種彼此長得如此相像，又有著明顯的不同？某種鳥的鳥喙比其他鳥的稍微長了一點點；某種猴子跟另外一種幾乎一模一樣，差別只在這種猴子的牙齒很尖利。究竟為何？
達爾文開始相信，所有動物都是源自同一個祖先，在數百萬年間，慢慢一點一滴的改變，最後出現了數種不同的型態。這些不同型態的動物又繼續發展成為我們今日所見的各種動物。這個過程，被命名為「演化」。演化的想法，其實存在已久，然而沒有人（包括達爾文）能夠搞清楚動物到底是怎麼進化的。多年來，許多觀點被提出來，卻似乎都不太能成立。甚至有一位很優秀的作家宣稱，動物長出新特徵純粹是靠意志力……達爾文愈想專心研究他的樣本，愈容易分心去想他所謂的「物種問題」。事實上，由於達爾文對這個主題實在太有興趣，所以他在撰寫小獵犬號探險紀錄的同時，也同時把他對於演化的想法偷偷記錄在一本祕密筆記上頭。
時間回到1838年那個秋天的傍晚。他拿起馬爾薩斯的書，將演化問題拋諸腦後，只想要好好放鬆一下。他坐了下來，吁了口氣，開始閱讀。
馬爾薩斯的主要論點是，這世界上的人口太多，人口數量又增加得太快，快到人類來不及準備足夠的食物餵飽每一個人，於是，人們為了得到足夠的食物總是在爭執，更要與其他人競爭才能擁有舒服的生活。有些人是贏家，有些則很不幸的輸了。那些輸掉的人，最終會淪落到街頭乞討，住在像是倫敦這種大城市裡的貧民窟。馬爾薩斯在書中不斷強調，當人口數量大到失去控制的程度，某些災難無可避免的便會隨之而來，使得那些最弱小的成員死去。這些災難有時是饑荒，有時則是瘟疫、戰爭，或者是其他災禍。不過，根據馬爾薩斯的理論，導致貧窮與痛苦最根本原因，是人類增加的速度快過於糧食增加的速度。
達爾文發現，這些說法很有道理。他隨即領悟，同樣的理論不只適合於解釋人類的處境，還可以用來解釋所有物種的狀況。比如，在野外，多數動物會生下一窩寶寶，而其中大部分的寶寶會夭折，若非餓死，就是遭掠食者吃掉了。
他靈光一閃，以前怎麼沒想到呢？達爾文受到了大大的震撼，他又驚又喜，甚至連手上的書都掉到地上了。馬爾薩斯無意中為達爾文揭開了演化的祕密，長達好幾個世紀的科學家，都覺得神祕難解的問題。
達爾文並且思考著，野外那些少數能存活的動物寶寶，到底有什麼特別的呢？達爾文知道每一個小寶寶都跟同胞手足有些微的差異。比如一隻兔子寶寶，牠的腿不如姊姊有力，狐狸出現時，這隻小兔子很可能會來不及逃命，狐狸就會抓住並吃掉這隻跑得慢的小兔子，而跑得快的兔子姊姊，不但能順利逃走、活下來，最後還可以長大並且生下牠自己的寶寶。這批兔子寶寶會繼承牠們媽媽的強壯快腿，然後存活下來的小兔子長大後，又會生出牠們的寶寶，整個過程會不斷重複。透過這樣漸進式的方式，隨著每一代的出生，物種會有所改變──繼續發展出更強壯的跑步肌肉、偽裝效果更好的不同毛色、更能吃得到食物的長脖子等等。伴隨著足夠的時間，並且繁衍出夠多代的後代，地球上的物種很可能就是靠這樣的方式進行演化。
要知道，在1838年，這是一個驚人的想法。大多數人相信是上帝只花了六天時間創造出世界和物種，《聖經》就是這麼說的。達爾文很怕一旦他公開了這個理論，人們會嘲笑他或是攻擊他。於是他把這個超棒的想法留給自己，寫在祕密筆記裡。他那時還不知道這一本「祕密」筆記會愈寫愈多，寫了二十年之久，他也不知道有一天這本筆記會出版，並且被盛讚為史上最偉大的書之一。

活動1.分類學

分類學，是分類的科學，也就是將東西分類到相關家族與群體之中。瑞典博物學家林奈創造了可以將所有動、植物非常妥善分類的方法，科學家們至今仍繼續使用。你可以設計一套屬於你自己、適用所有種類物品的分類法。

所需材料
＊20－50樣不同的小東西
＊20－50張厚紙片或卡片紙
＊一張非常大的紙（例如大牛皮紙）
＊透明膠帶

用名片背面的空白處製作厚紙片，或是將厚的彩色圖畫紙剪成5平分公分的方紙片，甚至可以用舊的營養麥片的空盒裁剪而成。去後院逛逛，看看鄰近的地方，或是從家裡收集各樣不同有趣的小東西：小樹枝、死掉的蟲子、小玩具、植物的一部分、石頭、堅果、髮飾、遊戲棋子、橡皮擦、貝殼——各式各樣你找得到的東西！
把所有東西散放在地上。挑一樣，在卡片上方寫下物品名稱，再寫下根據幾個分類而判定的物品基本特性。可以設計你喜歡的分類，或者參考以下選項：

☆ 製作的原料是什麼？（塑膠、木頭、金屬、動物性原料等等）
☆ 有機的或是非有機的？（有機的是指東西原來是活的，或是有一部分是活的。例如，葉子是有機的，因為葉子曾是樹木的一部分，其他用木頭製作的物品也算在內，像是牙籤。石頭或是用金屬製作的物品則是屬於非有機的，因為這些東西並沒有生命。）
☆ 顏色？（綠色、棕色、紅色、混合多種顏色等等）
☆ 在屋子裡頭或是在外面發現的？
☆ 是不規則形狀或是形狀規則對稱？
☆ 可以吃或是不能吃的？
☆ 會沉入水中或是會浮在水面上？
☆ 有沒有腿？

如果採用這些分類條件，舉個例子，假設你在沙發底下發現一小截斷了的鉛筆，分類卡片上的內容會像這樣：

☆ 鉛筆
☆ 木頭做的
☆ 有機的
☆ 黃色
☆ 在家裡發現的
☆ 形狀規則對稱
☆ 不可以吃
☆ 會浮在水面上
☆ 沒有腿

將每一樣東西製作分類卡。試著在每一張卡片上用相同種類去進行分類。如果你不確定某樣東西的某個項目該是哪一類，問問可能會知道的人。有時候，答案可能會出乎你的意料之外！（例如，橡皮擦是有機的，因為橡皮擦是用橡膠做的，橡膠則是來自橡膠樹。）當你完成分類卡，就把它們散放在大張的紙上，並且在上方大大寫著「分類表」。

現在是要發揮真正創意的時候了。在大張紙面上，按照你的邏輯把分類表歸類。所有塑膠製品歸成一組，紅色物品是另外一組，可以吃的又是一組。（萬一你有紅色塑膠扣子，該怎麼辦呢？先把塑膠物品的卡片歸在一組，然後將扣子的分類卡放在這一組下面一點的位置，接著把紅色這一組放在扣子分類卡的旁邊。這樣就可以看出扣子是屬於這兩組的。）繼續進行分類工作，安排好分類卡的組別，直到你覺得每樣東西的分類位置夠好，類似的種類與物品夠靠近彼此。或者，先把所有物品分成兩個主要大類（例如，「在屋子裡頭」跟「在外頭」），然後再細分出小一點的種類，以此類推。

當你全都分類好，也對眼前的分類結果感到滿意時，用膠帶把卡片固定好。然後畫線（用尺畫會比較容易些），標示這些組別彼此的關係。還可以寫上每一個小組的分類關鍵字。

等你完成以上的工作，就可以把你的分類表貼到牆上囉！