從個案研究到職涯技能：在健康科學課堂中使用即時數據

作者：Crystal McDowell，喬治亞州 Greenbrier 高中人體解剖與生理學教師

自 2000 年以來我一直在教授科學，從一開始驅使我前進的問題很簡單：我該如何讓科學學習對學生來說感覺真實且具有關聯性？在早期，這意味著要在一所鄉村學校寫計畫申請補助，只為了獲得基礎設備。這意味著要尋找超越「食譜式」實驗的方法，將數據真正交到學生手中。

隨著時間推移，這個問題引導我將整個課程建立在兩件事上：基於個案的教學，以及使用 Vernier 科技進行即時數據收集。一開始的小轉變已經發展成為一種課堂方法：參與度高，學習充滿意義，學生開始將自己視為現實世界科學與醫療保健領域的一份子。

為什麼個案研究有效：將故事轉化為現實世界的解決方案

學生對故事有共鳴。不是內容摘要，也不是孤立的詞彙，而是故事。當學生試圖像科學家和醫療專業人員那樣弄清楚某些事情時，他們會投入其中。他們會問問題，互相辯論，並且在乎答案。

個案研究給了學生去在乎的理由。我一直反覆使用的形式是「中斷式個案研究」，在這種形式中，他們每次獲得一點證據，並隨著故事的發展修正他們的想法。故事優先，實驗隨後。這種方法在各個科學學科中都很有效，但在人體解剖學和生理學中尤其強大，因為現象是切身的，利害關係感覺很真實，而且與醫療保健職涯的連結就擺在眼前。

將個案研究融入生活：馬拉松跑者

我最喜歡的例子之一是「馬拉松跑者」個案研究，我將其改編以結合 Vernier 科技使用。前提很簡單——一位馬拉松跑者陷入昏迷，學生必須找出原因。學生要解決四個診斷問題，收集證據並建立最終診斷。

我喜歡這個案例的原因是它能立即吸引學生。我的很多學生都是跑者。他們參加田徑隊或越野跑。當他們聽說有運動員在比賽中倒下時，他們會想找出發生了什麼事。

一旦故事確立，學生開始提問，這時我們就會導入數據。每一個診斷問題都會成為一項獨立的調查，並以 Vernier 感應器為核心。

_{學生在原地運動時配戴 Go Direct^® 呼吸綁帶感應器，收集即時呼吸速率數據，以調查馬拉松跑者的個案研究。}

針對『馬拉松跑者是否缺氧？』這個問題，學生使用 Go Direct 呼吸綁帶感應器來測量自己在休息和運動後的呼吸速率。他們正在收集真實的呼吸數據，並用它來提出主張（附帶證據），說明跑者體內可能發生了什麼事。

^{使用 Go Direct 握力感應器，學生測量隨時間變化的握力，以探索肌肉疲勞及其與能量消耗的關聯。}

針對下一個問題『馬拉松跑者是否耗盡了能量？』，學生使用 Go Direct 握力感應器，透過持續和重複的握力練習來調查肌肉疲勞，追蹤最大力量隨時間的變化。在過去幾年裡，我讓學生捏曬衣夾來模擬疲勞。這有效，但充其量只是定性的。有了握力感應器，學生可以精確量化力量隨時間下降的情況，比較持續握力與重複握力，並將這些數據與細胞層面發生的情況連結起來——包括葡萄糖和能量消耗的作用。那是截然不同的體驗。

順勢而為：一個個案研究如何持續發展

馬拉松跑者案例打開了一扇我意想不到的門。一旦我看到了可能性——將引人入勝的故事與真實數據收集結合起來——我就忍不住問：我們還能用這個做什麼？這真的會激發你身為教師的創造力。

我之前已經寫過一份補助計畫，為我的教室取得一套傷口填塞訓練套件——那種用來訓練人們止血的套件。當我正在思考如何使用它時，突然有了一些靈感。我想：我該如何量化這個過程？我該如何讓它變得更深入，並真正將我的學生與他們正在學習的內容連結起來？

^{學生使用客製化的 3D 列印轉接器和 Go Direct 力量與加速度感應器 練習「止血」技術，同時在 LabQuest 上監控力量數據。}

最後我聯繫了 Vernier Science Solutions 團隊，他們的工程師真的設計了一個我可以 3D 列印的客製化轉接器，這樣我們就能將力量感應器連接到傷口填塞模型上。突然間，學生可以即時看到他們施加了多少壓力，在 LabQuest 上觀察它，並確切了解為什麼持續、穩定的力量才能止血。當我意識到我需要更多設備時，我只須走到走廊找物理老師，問是否能借一塊測力板 (Force Plate)。那也行得通！

這不是書本上的實驗。它源於好奇心、對話，以及嘗試前所未有事物的意願。它以一種感覺很真實（而非人為製造）的方式直接與職涯連結。

我有幾個學生參加了學校的 HOSA 未來醫療專業人員計畫，他們隔天就要舉辦一場「止血」競賽。他們在我的解剖課上練習，並在第二天早上比賽。這種重疊——科學教室和現實世界在同一時間做著同樣的事情——正是我一直在追求的。

將課堂科學與職涯連結

Z 世代學生需要看到他們正在學習的內容與未來可能發展的方向之間的關聯。當你教室裡的科學看起來就像醫院、研究實驗室或緊急應變情況下的科學時，學生就會開始想像自己扮演這些角色，這會改變他們的參與方式。

透過額外的補助資金，我的學生使用了 Go Direct 心電圖感應器來檢查他們自己的竇性（心臟）節律。看著你自己的心臟數據顯示在螢幕上，會讓生理學感覺非常切身——而且這開啟了健康科學路徑中至關重要的問題：正常的節律是什麼樣子？如果不正常會發生什麼事？下一步是讓學生設計可 3D 列印的心臟問題解決方案，從了解身體如何運作，轉變為探討當身體無法正常運作時我們該怎麼做。這種思考方式能為學生未來從事醫療保健、生醫工程等領域的職涯做好準備。

^{學生團隊使用 Go Direct 心電圖感應器 收集並檢查心律。}

最終目標是讓學生從解決個案走向創造自己的個案。作為一個總結性專題，我正在建立一個「模擬體檢」體驗，學生團隊使用多個 Vernier 感應器來收集患者樣式的數據，並設計自己的檢查方案。然後，他們將學到的一切以一種全新、充滿創意的方式應用出來。

開始進行個案教學的技巧

如果你正考慮在自己的教室裡嘗試個案教學，你不需要從頭開始。以下是對我有效的方法：

• 從相關的現象開始。關聯性驅動一切，特別是對高中生而言。
• 使用現有的個案研究並加以改編。NSTA 個案庫是一個很好的起點，其中包含生物、化學、物理等領域的個案。
• 提問：我該如何量化這個？這個問題為我打開了這個全新的世界。尋找可以使用 Vernier 感應器以真實數據取代估算的地方。
• 使用中斷式格式。分段揭示故事。讓學生隨著新證據的出現建立他們的理解。
• 讓一個想法引導出下一個想法。你不需要一開始就弄清楚所有事情。

Crystal McDowell 是喬治亞州埃文斯市 Greenbrier 高中的 AP 生物學及人體解剖與生理學教師。她自 2000 年起開始教授科學，擁有教育專家 (Ed.S.) 學位，其研究所研究重點為基於個案的教學。Crystal 是一位 Vernier 潮流引領者 (Trendsetter)，熱衷於透過講故事、即時數據收集和與職涯連結的學習，幫助學生了解科學的關聯性。