有些科普書是這樣的:
- 書寫風格充滿科學術語,卻藏著錯誤的邏輯。
- 教材看似正經,實則用誤導語言建構錯誤知識圖像。
- 這些錯誤不只是「寫錯一行」,而是系統性地讓學生對科學失去正確感知與操作判斷力。
錯誤說法:
若溶液中加入極性較低的酒精,DNA較無法與酒精分子產生作用,在水分子極少的情形下,DNA被迫與溶液中的正電荷離子(例如:Na+)產生作用,DNA即形成鈉鹽而發生凝集沉澱。
這裡的問題在哪裡呢?
首先,DNA 本來就在溶液中就是鈉鹽。
其次,DNA沉澱的原因,是水合層破壞與離子中和,降低了DNA之間的電荷排斥。
所以,他等於把「結果」說成「原因」。
在這裡,應該要強調的觀念是:
DNA 沉澱需「Na⁺ + 酒精 + 極性改變」三項並存。
加Na⁺是中和電荷,酒精是降低極性。
沉澱機制應從膠體化學、水合穩定性角度講解。
在Cold Spring Harbor Protocols的「Precipitation of DNA with Ethanol」(Green & Sambrook, 2016)裡面也說:
乙醇的作用是破壞 DNA 的水合層,使磷酸骨架上的負電暴露出來,這樣才有機會與Na⁺形成穩定聚集。
Ethanol disrupts the hydration shells of DNA and allows the unshielded phosphate residues to form ionic bonds with cations in the solvent.(Green & Sambrook, 2016, p.1118)
像作者這樣的寫法,會讓讀者以為,在沉澱DNA時,鈉鹽與酒精的先後順序不重要。
更糟糕的是,作者把特例拿來來裝通則。
由此可知,加入酒精使DNA析出,須在溶液中有Na+或其他正電荷離子才會發生,這是「DNA粗萃取」的操作步驟中需要加入食鹽水(提供Na+)的原因之一;但即使操作步驟中未加入食鹽水,直接加入酒精依然可讓DNA析出(圖七),代表奇異果汁已有足夠的Na+或其他正電荷離子。
他以「奇異果沒加鹽也能沉澱DNA」為例子,來說鈉鹽與酒精誰先加都沒關係,順序不重要。
但是,這個說法是完全的錯誤!
首先,從邏輯上說,結果有出現並不就等於方法合理。奇異果的DNA沒加鹽也能沉澱,那是因為裡面已經有足夠的鈉鹽,那是特例。
特例是無法複製的。用特例來套在通例上,反而會讓學生以為科學無須控制變因。
這樣的以成果導向來取代步驟理解,等於就是在鼓勵胡搞亂做。
在這裡的重點觀念是什麼?
首先,實驗步驟的順序設計背後,是有它的物理與化學依據。
在來自 Cold Spring Harbor Protocols的「Precipitation of DNA with Ethanol」(Green & Sambrook, 2016)裡面也說得很清楚:
乙醇沉澱必須在有足夠的陽離子存在下才能發生。
Ethanol precipitation can therefore only occur if cations are available in sufficient quantity to neutralize the charge on the exposed phosphate residues. (Green & Sambrook, 2016, p.1118)
有些樣品本身含鹽是巧合,不是可推廣方法。
好的教材會說明為何這是例外,不是「這樣也行」。
更糟的是,作者還用語言包裝錯誤邏輯!
書裡面說:
由上述機制可知,蛋白質表面的電荷與電荷分布情形會影響蛋白質的溶解度,這也可解釋當改變溶液的酸鹼值,進而改變蛋白質的電荷時,當在特定酸鹼值可讓某種蛋白質呈現淨電荷中性(此酸鹼值稱為該蛋白質的等電點),此時蛋白質雖然總電荷為0,但因部分區域帶正電、部分區域帶負電,引發蛋白質分子之間互相吸引而沉澱析出,這就是造成蛋白質於等電點時,溶解度最低的原因。
這根本就錯了!
正確的原因是:
DNA會沉澱不是因吸引力增加,而是排斥力減少。
這種用語言來製造「有點道理」的錯覺,但邏輯顛倒的話術最可怕,因為學生會「以為自己懂了」。
正確的概念是:
等電點是膠體不穩定點,因為排斥最弱,不是吸引最強。
也就是說,蛋白質之間的微弱區域電荷從來都不是主因。
總結:錯誤教學的真正危害
當老師將錯就錯的解釋,學生表面上記住了一堆看似合理的敘述,實際上記住的是一套不能驗證也不能解釋的錯誤模型。
等到他們開始讀大學、走進實驗室,這些「偽概念」會變成學習的阻力。
最可怕的是,學生甚至會因為初期「有反應」而誤以為方法正確,從此失去對嚴謹步驟與邏輯的尊重。
我以前在帶學生的時候,都會嚴格要求學生,一定要按照操作手冊上的步驟來做。不要這裡偷一點、那裡省一點,步驟顛倒也不在意,等到做不出來的時候,不要說自己不知道怎麼回事,連老師也救不了你!
糟糕的是,作者在這篇文章裡傳達的就是,先後順序不重要,做得出來就好。這就是在拆學生的科學地基啊!
最後我要沉痛的呼籲:學習科學不只是背答案,而是建立起可以解釋世界的邏輯。
我們難免都會犯錯,犯錯並不可恥,但若不懂原理又自信滿滿地亂寫,卻成為不折不扣的教學災難。
我們呼籲每位老師、每位學生:別再被這種「看起來像科學」的話語騙了。
參考文獻:
Green, M. R., & Sambrook, J. (2016). Precipitation of DNA with ethanol. Cold Spring Harbor Protocols. https://doi.org/10.1101/pdb.prot093377