寄居蟹為什麼要搶別「蟹」的家?海膽為什麼要挖洞?八斗國小學生用科學實驗找解答

寄居蟹在殼裡怎麼生活?真希望有透明的螺殼來觀察;海膽長了一堆刺,不知道牠們的個性是不是兇巴巴?這些有趣的生物什麼時候會換殼?牠們為什麼要搶別的殼?又是如何選自己的家?種種連大人都不知道的問題,八斗國小的孩子們卻可以一一解答。

《上下游》首次採訪這群熱愛研究的學生,是在五月天的午後兩點,白日烈焰燒灼著東北角海岸線,蝙蝠洞附近的潮間帶遊客幾稀,只有基隆市八斗國小的師生們頂著熒熒火傘,揮汗彎腰作實驗。

這一天,他們要確認梅氏長海膽的棲所位置、族群數量是不是跟上個月雷同,還要找到海膽搭空橋(註)的實例來拍照,無暇抱怨烈日灼灼。他們在潮間帶風吹日曬雨淋,已經一年有餘,後來雖因 Covid-19 疫情停課,但這群孩子們除了原有課程,還格外花時間與陳昇祿老師在線上討論研究進度、修改簡報、準備視訊展示,為國展作最後衝刺。

梅氏長海膽是台灣東北角潮間帶常見的海膽,也是八斗國小今年參加國展的研究主題。(攝影/楊語芸)

參加國展八年獲六獎,陳昇祿訓練學生求知能力

從海洋大學漁科所畢業後,陳昇祿透過教育學程取得國小教師資格,便一直在八斗國小服務,近十年來,他透過指導學生參與「全國中小學科學展覽會」(以下簡稱「國展」),培養求知興趣,並在科學殿堂上贏得榮光。

陳昇祿以一年半為期訓練學生,孩子在五年級下學期進入國展社團後,先從文獻閱讀、野外踏查開始,在觀察中發現、思索答案,設計實驗加以驗證,回答一個問題可能衍生出更多問題,需要更多實驗來構築完整的科學論述,也因此得到更多證據支撐自己的知識城堡。

陳昇祿訓練學生的短期目標是取得國展的資格,過去八年來,八斗國小在「國小生物組」組別中與 15 至 24 組不等的對手學校競逐獎項,共獲得以下佳績:第一名一次,第二名三次,第三名一次,佳作一次;不過他的長期目標,是希望孩子們除了喜歡自然科學,更能將科學探究、實事求是的精神,運用在人生每個階段。

陳昇祿(中)帶著八斗國小的孩子進行科學實驗,至今已付出十年光陰。照片為防疫前拍攝(攝影/楊語芸)

研究潮間帶十年 起早趕晚不避寒暑

陳昇祿自陳是個枯燥無聊的人,視社交為畏途,時間都花在理論思索與實驗設計。「很多人問我一天到晚做實驗不煩嗎?對我而言這是享受。」而且國展的孩子跟著他的腳步前進,看到他治學嚴謹、不輕易放棄,無形之中也會形塑出堅忍的性格,「帶學生就要自己樹立典範。」

十年來,八斗國小都在潮間帶研究,一方面學校就在海邊,有地利之便,二來,陳昇祿認為要突顯潮間帶生態,就要研究各種生物,才能夠建立完整的論述。因此,除了第一年整體踏查潮間帶外,他帶領學生分別研究過石鼈、鵝頸藤壺、陽隧足、海兔、扁跳蝦、寶螺普查、雪山寶螺、寄居蟹、笠藤壺、海膽及玉黍螺。同時,他心中還有一串「候選生物名單」,可以讓未來的學子踏著學長姐的腳步,繼續累積生態知識。

在生物研究中,潮間帶研究相對辛苦,冬天淒風苦雨,夏日驕陽似火,為了配合潮汐還得起早趕晚,因此很多人不願意、或是無法長期投入。陳昇祿展現治學的精神,「今天偷懶不去,其實也不會怎樣,但是去了蒐集到資料,就是踏實的數據,這是我教孩子的一種態度。」

陳昇祿帶領學生在潮間帶進行實地觀察。(攝影/楊語芸)

別出心裁研究寄居蟹「搶殼」

八斗國小的「換『屋』方程式—綠色細螯寄居蟹之生態與殼戰研究」在 2019 年獲得國展「國小生物組」第一名,這個歷時 18 個月的研究,內容包括寄居蟹的活動區域、數量變化、雌雄比例、卵孵化的週期等生態調查,以及最特別的「殼戰」研究。

陳昇祿提到,很多人做過寄居蟹的螺殼研究,用 3D 列印做螺殼也不是八斗國小的創舉,但是過去的研究都集中在「選殼」,八斗國小卻研究牠們如何搶殼。「生物間的行為發生是不可控的,因此孩子們做了非常多實驗才羅列出發生殼戰的條件,非常辛苦。」而且他們還別具巧思列印出透明螺殼,藉以觀察寄居蟹在殼內的活動。

根據孩子們的研究,殼戰發生的原因如下:(1) 處在容易碰到彼此的環境;(2) 本身殼內空間
不足或有破損;(3) 體型比對方大;(4) 對方的殼是自己喜歡的。

3D 列印的透明螺殼方便觀察寄居蟹的活動。(陳昇祿提供)
寄居蟹殼戰九步驟(截取自八斗國小論文)

透過實驗獲得解答 也產生更多需要實驗證實的假設

以「以靜製洞──梅氏長海膽挖洞行為研究」為例,陳昇祿一開始請學生蒐集梅氏長海膽的文獻,彼此交換閱讀,接著帶學生去潮間帶觀察,雖然目標是海膽,但孩子們會發現海潮、地形、生物的變化,知道生態是一個整體。

「劃設一個區域來做實驗好嗎?」陳昇祿適時丟出這樣的問題,讓孩子們討論要觀察什麼?怎麼記錄?接著設計表格,收集資料,發現問題。例如本來覺得海膽很兇猛、危險,畢竟牠們全身是刺,但碰觸後發現牠們很膽小,「來研究牠們的反應行為吧?」這種想法應運而生,於是設計碰觸棘刺、管足、棘殼等系列實驗,來瞭解牠們的反應。

梅氏長海膽為何會挖洞?

梅氏長海膽跟其他海膽不同,牠們會挖洞躲進去保護自己,也不會輕易離開洞穴,唯有環境改變,例如太陽曝曬使洞內水溫過高,或是其他不明原因,才必須搬家,但進到另外一個洞,不可能剛剛好,如果洞太小,與其曠日費時把石洞挖大,不如把棘剌縮短;如果洞太大,就把棘剌長長,佔滿洞穴。有些大海膽的棘刺很短,有些小海膽棘刺很長,大抵就是這樣的原因。

但實驗室不可能提供各種石頭供海膽選擇,只好用 3D 列印不同的洞穴,有深有淺、有平滑有內凹,還有各種不同形狀和尺寸,每次以一個參數設立對照組,擺在海膽週邊供牠們選用,再透過 24 小時錄影監測,以 20 至 70 天的資料數據來分析、理解牠們對不同石洞的喜好。

各種 3D 列印的「石洞」,讓海膽選擇。(攝影/楊語芸)

學生:實驗找到答案後,有非常明亮的爽快感

陳昇祿說,實驗過程需要抽象且複雜的思考,有些孩子做不到會很痛苦,然而一旦開竅,「眼神都不一樣了」。學生這種跳躍式的進步,也為陳昇祿帶來喜悅,他說:「辛苦一年多,我的快樂只有幾秒鐘而已,不過還是值得,因為我知道孩子長大了。」

兩位六年級學子也現身說法:「我覺得全國的小學生、甚至國中生裡面,我們可能是最瞭解海膽的。」這是曹祐綸的自信;李奕霑則笑著表示:「作實驗找到答案後,有一種非常明亮的爽快感。」

梅氏長海膽的棘殼(攝影/楊語芸)

獲得基金會補助 為孩子建立階段性的成就

參加國展很辛苦,除了要面對陳昇祿這位嚴師,而且沒有寒暑假,平時還可能缺課,陳昇祿要求學生課業成績不得落後,「孩子們想要兼顧國展與課業,就得犧牲看電視、打電動的時間,這才是自我負責的態度。」

孩子們為什麼願意參加?他析述有些是因為家長支持,畢竟全國沒有幾所小學可以提供實作的訓練,當然也有孩子是真心喜歡,除了有趣的實驗吸引學生,陳昇祿也會設定階段性目標,讓孩子建立成就感。例如申請聯發科和黑潮基金會的補助,一旦被認同,他們就興奮不已。

值得一提的是,吳鄭秀玉女士黑潮獎助金的科展項目原規定高中以上才能申請,陳昇祿仍舊跟基金會爭取,不只讓黑潮破格同意國小即可參加,而且八斗國小還連續兩屆獲得肯定。執行秘書黃小姐提到,陳昇祿的付出讓基金會特別感動,他引領學生具體而微實踐科學探索的精神,也建立學生關注與理解海洋生物的保育情操,值得鼓勵。

要有切身經驗 才知道保護自然的重要

黑潮提到的保育,陳昇祿特別有感。舉例而言,學生們發現遊客用金屬棒敲擊海膽時會憂心忡忡地告狀:「老師你看他們把海膽的殼都敲破了啦!」因為是長期研究的生物,孩子心之所繫,他們擋在實驗劃設的區域,就怕遊客過來侵擾。「不是口頭上教導孩子們要愛護環境、愛護生物就會有用,」陳昇祿認為,環境教育要有切身經驗來加持,讓他們腳踩在自然中,自然會保護她的美好。

就好比不需參加國展比賽,去展覽場參觀也可以開眼界,但沒有經歷研究訓練,光是看別人的作品,「只是去逛廟會而已」。因為煎熬在研究的苦痛中、也曾因收穫而淚流,學生們可以同理地評析別人的作品,「老師我覺得他們那一組好像漏了……」、「老師,他們的實驗數據怎麼可以……」陳昇祿說,那種成熟與自信,絕不是一般「純參觀」的學生臉上會有的光采。

《註:海膽搭空橋》

梅氏長海膽挖洞時,一開始的洞形偏圓,但因為牠們不出洞,住在洞內必須有一定活動空間,同時增加掉落有機質的收集面積,因此會慢慢把石洞挖大,但又不能讓自己被攻擊,因此會將石洞開挖成兩側開口大但淺、中間洞口窄且深的狹長型態,像是一座空橋。

梅氏長海膽挖洞的特殊現象:搭空橋。(攝影/楊語芸)