臺灣化學教育

第十九期 主編的話

邱美虹

國立臺灣師範大學科學教育研究所教授
美國國家科學教學研究學會（NARST）甫卸任理事長（Immediate Past President）
國際純粹化學與應用化學聯盟（IUPAC）執行委員會常務委員
中國化學會（臺灣）教育委員會主任委員
[email protected]

n  致謝

傳統上，我們總是將〝致謝〞置於文末；一反過去，此次我將其置於正文之前，以表達我深深的謝意。《臺灣化學教育》2017年五月號（第19期）是本期刊邁入第四年的第一期，過去1000多個日子感謝編輯團隊的用心經營、作者群們的熱心撰稿、審查委員的嚴謹把關、讀者群的大力支持，使本期刊得以在穩定中發展。本期刊至今已發表390篇文章、286萬人次造訪，感謝所有投入此項工作的各界人士，也期待大家持續給予鼓勵與支持，使本期刊可以服務更多對化學教育感興趣的人士、教育工作者、政策制定者、以及學生。

n  專題文章方面：科學展覽

國立臺灣科學教育館（簡稱科教館）創建於民國45年，因負責推動全國中小學及大眾科學教育，遂於民國49年開始辦理「全國中小學科學展覽會」，迄今每年參與科展的各級學校作品早已超過萬餘件，每年投入此項科展活動之師生業已多達十餘萬人，對國內科學教育的普及化影響甚鉅（國立臺灣科學教育館，2017）。民國71年臺灣受美國邀請參與其主辦的國際科技展覽競賽，科教館亦負起選拔與輔導學生參賽之重責，歷年來科教館帶動各級學校師生利用學校課餘時間進行實驗、探究問題、尋找答案，成果輝煌。自民國91年起增加「臺灣國際科學展覽會」，藉此活動與國際參賽師生有更密切的交流與觀摩的機會，也因此國內學生的作品陸續在國際舞台上得以發光，學生以得以有嶄露頭角與增廣見聞的機會。

科展競賽活動初期通常僅是某些在校內科學表現較為突出的學生有機會參與培訓與競賽，但是這樣的作法不僅無法達到科普的目的，也難免會被詬病，因此後來也逐漸回歸到當初設立科展的初衷，既然是以提升全民的科學實驗與探究的精神，就應讓所有的學生有參與的機會，因此各級學校便在校內鼓勵所有學生動腦動手玩科學，充分提供學生參與的機會，也期待藉此可以區別科學「績」優生與「資」優生。數十年下來，透過參與國內與國際科展的結果，也為國內發現與培養許多深具科學研究潛能的人才，並已在學術上有所成就；但也有些雖未走上化學的學術路線，但是從其中領悟到做學問與做事的道理—格物致知，何嘗不是此科普活動的至高目標呢！這些成果背後有許多促成美事的人士，而學校教師仍是重要的推手與伯樂。

本期專題以科學展覽（簡稱科展）為主，此次邀請新北市錦和高級中學鐘建坪老師擔任特約主編。鐘老師長期投入科展活動，在校內積極推動學生動手做實驗並探究實驗中的科學原理，此次由他負責邀集在科展活動上帶領學生有相當成果或經驗的老師╱業界人士以及曾參與過科展的學生為文，為讀者呈現科展的風貌與成果。鐘建坪在其〈類似科學家的科學探究活動—科學展覽〉說明探究是科學的本質，學生藉由做科展去了解科學志業；陳虹樺從科教館從業人員的角色說明科學社教機構長期推動科學展覽的使命；張堯卿、江慧玉、陳佩琪三位教師長期指導學生參加科展的教師分享其對科展活動的執著與價值，充分展現出個人對教學的熱誠與高度的使命感，幫助學生發現興趣並成就學生，令人佩服；學生參加科展競賽的目的與經驗，如人飲水冷暖自知，各不相同。本期由三位學生張致嘉、張清菁、潘建彰分享其個人的收穫，這些故事值得與他人分享。

n  專欄文章方面

最後常態性文章，有劉曉倩老師的〈液面上的華爾滋〉一文介紹學生從蜂蜜線捲問題出發所進行的科學探究實驗，並延伸到洗碗精的繩捲纏繞現象，根據其黏滯性和電導度歸納出可能影響的因子與產生的效應。陳孟男老師、廖心妍、林群曜所著〈可攜式積木電解蝕刻教具的設計及應用〉一文開宗明義就問了兩個有趣且具挑戰性的問題，「廢棄的乾電池除了交由清潔隊回收處理還可以有什麼用途呢？」和「這些電池元件可以有那些用處呢？」，讓人不禁想一讀為快，該文配合實驗影片，可以幫助讀者很快地掌握實驗的原則完成動手做實驗的部份，若在中間再加入一些活動思考問題可以是未來在12年國民教育中一門很好的〈自然科學探究與實作〉課程。翁榮源教授的〈翻轉教室在基礎化學課程實施的經驗談〉，點出教學現場的改變先移教師教學態度的轉變為出發點，一旦教師有意「翻轉」，課堂的教與學就會起化學變化，期待更多現場老師能從心境的轉變開始，學生自會隨著教師的教學與期待而有所改變。實習教師洪敬明從參與「高中基礎科學研習營」中察覺兩位化學教師對丙烷分子極性的不同解釋，撰寫〈分子的電偶極矩與分子結構對稱性之關係〉一文說明其對分子極性本質的觀點，第一種為高中課本常見的鍵偶極向量加成法，第二種是分子幾何結構對稱法介紹群論以說明分子對稱性與極性的關係，他還進一步討論「透過計算化學方法，定性模擬丙烷的電偶極矩與分子結構之關係」和「利用群論分析分子的對稱性，推測分子是否具有電偶極矩」。這些論點和討論凸顯不同階段所使用的解釋理論的限制性與適用範圍。

n  參考資料

1.        國立臺灣科學教育館（2017），資料來源：https://twsf.ntsec.gov.tw/Article.aspx?a=37&lang=1。

類似科學家的科學探究活動—科學展覽

鐘建坪

新北市立錦和高中國中部理化科教師

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引言

    雖然小學曾參加過班級舉辦的科學展覽(以下簡稱科展)活動，但是印象並不深刻，只依稀記得當時自己完成的是將報章雜誌的資料彙整而成的書面報告。立志為人師表之後，對科展活動的想法開始加深，更深入的體認是在碩士班時期確實投入科學研究的創新發展工作，藉由找尋問題、思索解決之道、設計相關的實驗、收集與分析數據，嘗試找出適切的解釋模型作為未來研究的預測工具。現在回想起來當時科學研究的生活非常規律，每天就是實驗室與宿舍之間的往返路程，但是從思索問題與解決問題而獲得的樂趣，卻是讓自己非常地滿足。

    正式成為教師之後，不僅希望學生從課堂中獲取科學知識，更期待學生能夠從實際科學研究歷程中獲得解決問題的樂趣。於是，自己從實習階段開始除了任教國三班級之外，幾乎每年皆會培訓學生進行科展研究活動。而帶領學生的心態亦從實習階段是為了證明自己的培訓能力以考取正式教職至目前是希望學生能夠從中獲得科學研究的美妙體驗。

    科展屬於一項接近科學家研究的探究實驗活動，在學習面向上它符合探究學習的特徵(NRC, 2000)。如圖1所示，參與科展歷程中的學生需要提出科學取向的問題，要能根據問題廣泛地收集證據，需要從證據中形成解釋來回答問題，接著需要能評價自己和他人的解釋，並且進行溝通與辯護所提出的解釋。因此，藉由實際參與的歷程，學生自身的想法會逐漸成熟並提升相關的探究能力(鐘建坪，2013)。

  圖1 學生科學建構的探究與反思回饋歷程 (引自鐘建坪，2013)

    實際上，學生參與科展的歷程中教師扮演相當重要的角色。依據教師介入的程度區分，科展活動往往是屬於引導至開放性的探究活動。教師主要擔任引導者的角色引領學生探索整個科展歷程。為維持教師與學生的動能，教師在帶領學生時需要有一套適切的運作模式提升學生參與動機以及讓學生能夠實質參與科學探索歷程。當開始進行實驗之後所遭遇到的種種難題，皆可能使師生感到困惑，此時更需要師生相互共構進行思辨以解決遭遇的難題，而此獲得解決的途徑正是師生參與科展的重大樂趣之一(見圖2)。

圖2 師生共構示意圖

本期專題簡介

    中華民國中小學科學展覽為每年舉辦一次的三種層級(學校、地方政府以及全國)科學競賽活動，首先由中小學自行辦理科學展覽活動推選出優秀作品進行縣市競賽，再從縣市競賽選拔出優秀作品薦送至全國參展。每年實際投入科展研究的老師與學生將近10萬餘人，影響範圍廣泛。另外，從民國91年起國立科學教育館更將原先「參加國際科學展覽活動」更名為「臺灣國際科學展覽會」，開始拔擢國內具有潛力的中學生前往世界各地參與國際科學競賽，強化國際科技教育的合作及交流以培育未來科技人才(國立科學教育館，無日期)。

    關於科展議題的內容非常之多，本專輯希望從國立科學教育館的角色、國際科展的帶領、全國科展的帶領、縣市科展的帶領以及學生實際參與科展多年之後的經驗反思，讓讀者對於科學展覽的歷史脈絡、教師帶領技巧以及學生所獲得的啟發有初步的認識。

   首先，由科教館教育人員陳虹樺館員介紹科學教育館在科展活動的任務與角色，並且說明國際科展與全國科展中化學科科學展覽中常見的問題與建議。其二，臺北市麗山高中張堯卿老師介紹國際科展的帶領經驗，並認為持續帶領學生進行科展研究的最大動力就是能夠從中與學生共同成長。同時，他亦從科展的意義反思目前國際科展的現況。其三，由臺北市第一女中江慧玉老師從特定的科展作品介紹如何帶領學生進行化學科展，依序從主題的確立、實驗操作、數據整理、海報編排與口頭報告，從高中實驗室躍上全國科展殿堂的歷程。其四，由新北市樹林高中陳佩琪老師介紹自己帶領學生的方式以及反思自己指導科展的經驗歷程。展望學生能夠從中獲得科學探索的樂趣而非是一項競賽活動。其五，由如荼科技股份有限公司創辦人張致嘉先生分享他個人在10年前參與科展得到的科學學習體驗，並分享科展經驗帶來的價值。其六，臺北市立聯合醫院張清菁職能治療師亦從10年後反思當時實際參與科展歷程的體驗與給自己帶來的改變。其七，由東海大學潘建彰同學反思5年前自己實際投入科展活動的歷程與反思，以及從中獲得的相關啟發。

結語

    科展活動是科學教育的根基，它強調過程技能以及高階批判思考能力的學習。深為教師的我們應該思索如何發展學生本位的引導模式，讓學生能夠從科展歷程中獲得相關探究能力，並藉以鼓勵學生著重在科學探索的樂趣而非只是競賽成果。

一、科學教師需要發展以學生本位的帶領模式

    帶領科展並不是只有科學班或是資優班教師的工作任務，事實上從本期作者們的分享中可以觀察到科展的參與並非一定要頂尖的學生才行，而是需要找到自己帶領學生進行科展探究活動的模式，才能樂此不疲與學生共同成長。

二、將競賽式的科展活動延伸至同儕研究的分享

    完成一件科展作品從開始思索題目至完成書面報告等工作，往往需要半年、一年甚至更長的時間。當學生準備充分地參與競賽時，往往會因為競賽結果不如預期而造成內心的沮喪。或許心態上的調整是最佳的良方，此時教師可以提供機會讓學生彼此分享科展成果(例如：邱彥文，2014)，讓學生從彼此的分享中，重新體認製作科展並不單單為了競賽，而是要讓自己從中獲得探索科學的樂趣。

三、實際參與科展活動的學生確實有所收穫

    科展的探索活動實際上帶給學生一個契機，藉由實際投入的歷程學習相關科學概念、探究技能以及思索科學本質。本專欄藉由三位當年實際投入科展探究活動學生的反思回顧可以知道科展活動對他們各自帶來的影響。從學生獲得的內容來看，科展的參與確實是一個值得持續投入的主題。

參考文獻

National Research Council. (2000). Inquiry and the National Science Education Standards. Washington, DC: National Academic Press.

國立科學教育館(無日期)。科展資訊管理系統。2017年5月19日，取自https://twsf.ntsec.gov.tw/Article.aspx?a=108&lang=1#

邱彥文(2014)。少年科學家的武林大會—2013年國中學生科學探究聯合發表會。台灣化學教育，3，353-360。網址：http://chemed.chemistry.org.tw/?p=3070

鐘建坪(2013)。縣市層級之科學展覽活動應該提供參賽作品具體建議。師說，233，51-58。

從我國科學展覽的歷史看化學科的科學展覽

陳虹樺

國立臺灣科學教育館科學學習中心教育人員

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一、國立臺灣科學教育館在我國科學展覽歷史中的使命及角色

第二次世界大戰前後，各國為推動科學教育，紛紛成立與傳統科學博物館有別之科學中心，以提供參與者可觸摸、可操作的科學展品、親自動手操作各項科學實驗及舉辦科學教育推廣活動為主(Alison, 2010)。在此氛圍下，民國38年學界人士有感科學救國的重要性，開始籌畫第一所的科學館，並獲當時政府的支持，在民國45年11月19日由行政院頒布「國立臺灣科學館組織章程」正式確定科學館的法定地位，並在民國51年6月16日由立法院通過「國立臺灣科學教育館組織條例」，同年6月26日由總統公布，正式確立「國立臺灣科學教育館(後簡稱科教館)」的組織名稱，是為我國第一個推動科學教育的政府機構。原建於臺北市南海學園，後考量舊館場地已不敷現今科教使命推動之要求，民國92年後起遷移至現今士林新館位置，除保留原先展示功能外，更著重實驗課程的開發與實踐，以培養國人科學方法、科學精神與科學態度，並以參與式活動提升參與者做中學的興趣，達到寓教於樂的學習科學的目的。(國立臺灣科學教育館，民83)

為了激發學生研究科學的興趣，培養學生獨立思考、創造及研究的能力，增進中小學科學研究風氣，以提升我國科學教育水準，教育部從民國49年起開始辦理「中華民國中小學科學展覽會(後簡稱全國科展)」，並由科教館承辦；民國63年起改由科教館主辦，教育部列為指導單位；民國70年開始，由教育部協調、科教館邀請各縣市政府輪流承辦，以將全國科展資源帶入縣市中，迄今除離島之金門縣、澎湖縣及連江縣未承辦過外，全國科展已走過臺灣本島各縣市了。(張寶丹等，民99)

全國科展是一項層級性的競賽活動，需由校內初選優秀作品參加縣市的選拔，並由縣市薦送優秀作品參加全國競賽。參賽的科展作品具有一定品質及嚴謹度，透過科展的過程也提升參與師生從事科學研究的能力。我們可以發現，「科展」不是一個人的研究，它需要學生絞盡腦汁的討論與實驗，需要老師從旁畫龍點睛的指導與協助，也需要縣市政府及學校全力的支持及家長背後的支援，推動科展是需要集合眾人之力才得以完成的活動，因此，得獎作品的作者除了獲得獎狀、獎金外，指導的學校及縣市另有團體獎的獎勵，針對指導教師也設有優良指導教師獎勵計畫，以鼓勵縣市政府、學校、老師及學生能不斷投入科學研究的行列。

民國71年起由美國科學服務社(Science Service)函邀我國中等學校學生2名參加美國國際科學展覽會(International Science and Engineering Fair；簡稱ISEF)，最初由全國科展中選拔優秀學生代表我國前往參賽。民國80年起，科教館開始辦理「中華民國參加國際科學展覽活動」國內選拔賽，並於民國91年轉型為臺灣國際科學展覽會(後簡稱國際科展)，得讓國內不同科學和科技領域優秀的國高中學生可自由報名參加，選拔出具潛力的學生代表我國參與世界各國的科學交流活動。接著在培訓的過程中，進一步精進選手的實驗研究能力與語言表達能力，透過參與活動的經驗，開拓學生國際視野，增加對於科學與科技的認識，並在與來自世界不同國家的同儕與評審交流中，熟練英文口語表達，強化國民外交，為將來從事研究工作奠定良好的基礎，同時亦能增加臺灣在國際舞臺上的能見度，為國爭光。因此，科教館在我國科展發展的歷史中，佔有相當重要的角色及使命。

二、化學科科學展覽常見的問題與建議

在全國科展及國際科展的參賽組別中，化學科是為重要的科別之一，經統計17屆至56屆全國科展辦理期間(因1-16屆沒有分組暫不統計)，化學科參展件數總共2,051件，佔整體參展作品的14.0%；由民國71至民國106年辦理之國際科展選拔競賽，化學科參展作品有741件，佔整體報名作品的13.0 %，顯示在科展競賽的科別中，化學科作品的研究數量仍有提升的空間。

然談起科展之評審，首要清楚科展實施要點的內容，全國科展的評審標準由原先6項，包含︰主題或材料之鄉土性、主題或解決問題之創意、科學方法的適切性、學術性或實用性價值、表達能力及生動程度、主題與教材之相關性等；於民國106年發布修正為︰研究主題、創意學術或實用價值、科學方法的適切性、展示及表達能力等4項。國際科展的評審標準民國106年仍維持原先的7項，包含︰創作能力、科學精神(態度)、思考程序、完整性、學術與應價值、表達能力及生動程度、研究紀錄簿及參考資料等，自民國107年起將與全國科展評審標準同步，改為4項，以更符合及對應國際間相關科展競賽的標準。由上兩個科展的評審標準發展歷程，可以發覺不同的競賽目的，其評審標準亦隨時空環境而有差異，雖都是科展競賽，但全國科展參與對象以國內中等以下學校學生為對象，主要激發學生的科學研究興趣，並以他們學習階段所學之內容進行探究，評審重點著重於學生能從實驗觀察的現象提出合理的解釋及對自己研究內容的了解程度；國際科展以選拔參與國際科學競賽的出國選手為目的，評審重點就會著重在作品本身議題的原創性與發展性，及學生對該研究議題的了解程度，參賽師生首先應了解各科展競賽的辦理目的及評審重點，以避免產生參賽時對評審專業及公平性的疑慮。

另外，從民國78年起開始實施科展參展安全規則，以培養學生從事科學研究的正確道德觀念及維護參展作者與觀眾的安全，安全規則內容也會因應時代及研究環境的改變而不斷修正，在進行科學研究前，教師及學生都應先了解內容，以習得正確的科學態度及參賽時確保不違科展競賽規則。其中作品如有下列四項情形則不得參展，參展師生更應注意，包含︰

(一)   有害微生物及危險性生物。

(二)   劇毒性、爆炸性、放射性、致癌性或引起突變性及麻禁藥之物品。

(三)   雷射使用違反我國及國際雷射標準相關規範。

(四)   違反我國電力規範、電工法規及電器安全規定。

以上安全規則規定之不得參展事項中，在筆者協助多年的科展競賽過程中，發現在化學科中較少發生，但因隨著跨科研究趨勢的增加，這幾年已常見有化學跨物理、化學跨生物、化學跨醫學之作品出現，顯示學生逐漸了解未來科學研究的多元化及新趨勢，值得鼓勵，但也應該更了解研究內容潛在的危險性，確保自己的安全，也不致讓辛苦的研究內容因違反規定而無法參展。

除了科展實施要點中所載的規範外，從歷屆科展評審的評語中，亦能看出學生研究的優缺點，提供給未來進行化學科展的師生參考。首先進行全國科展近5年(52屆-56屆)的化學科總評整理分析，發現以下幾項優缺點，提供給讀者參考。

優點:

(一)   題目取材豐富多元，且能於生活及教材結合。

(二)   實驗設計、研究方法及實驗內容完整，有些已有實際應用價值。

(三)   學生表達能力強，壁報製作精美、使用資訊媒體增加。

缺點:

(一)   國小階段化學原理的理論基礎薄弱，實驗數據定量分析較少，數據取樣要加強誤差值的觀念。

(二)   國中階段對作品了解仍限於所學知識，作品完整性需加強，條件控制需改進，誤差值標示要明確。

(三)   高中階段對於動機、研究問題、數據結論間之邏輯性及關連性須加強，學生回應問題引用數據或參考文獻之辯證能力較弱，應多思考研究的學理及應用價值。

分析民國100年至民國104年國際科展的化學科總評，可以發覺作品仍多聚焦在「奈米」領域，探討包含奈米製程在生醫、燃料電池、太陽能電池、新型化學物合成的催化劑、螢光劑、發光高分子等的研究，評審建議亦可朝向綠色化學能源與環保化學題材等方向的研究。另外，在化學科展中，女學生在競賽表現亮眼，而男學生作品「幾乎掛零」，是值得警惕的現象。

三、結語

我國科學展覽的歷史即將邁入第57個年頭，每年影響近15萬師生投入科學探究的行列，過去各國推動科學教育是為了提升國家的競爭力，從1957年蘇聯發射第一顆人造衛星「史普尼克1號」到太空後，更是激起各國培養科學、科技人才的重視，科展歷程其實就是培養做科學最基礎的訓練，從歷年科展競賽，我們可以從觀察現場學生與評審、老師、觀眾的互動中，感受到他們對自己作品的熱情，但也了解到學生在這個歷程展現出對科學方法的不熟悉、對問題定義、實驗設計、數據解讀間邏輯思維的不清楚等問題。根據筆者2012年進行的一項國中小科展指導教師研習需求調查，在回收的1,910份問卷以教師的科展指導經驗進行統計分析後，發現曾有過科展指導經驗的老師以理科背景居多，佔其中67.4%，但首次擔任科展指導教師者卻以非理科教師居多，佔其中57.8%(陳虹樺，民102)，這也呈現出為甚麼化學科展國中小學生學理知識薄弱的原因，一部分是來自指導老師的科學訓練也不足，因此，科展教師的增能將是科教館推動科展活動的另一個深耕目標。

致謝︰感謝本館實驗組全國科展承辦人周茜芸小姐及國際科展承辦人黃千瑩小姐對本文在國內科展發展歷程的經驗分享及化學科展作品資料的提供。

參考文獻

教育部（民106）。中華民國中小學科學展覽會實施要點。臺北市︰國立臺灣科學教育館。

教育部（民105）。臺灣國際科學展覽會實施要點。臺北市︰國立臺灣科學教育館。

國立臺灣科學教育館（民83）。國立臺灣科學教育館簡介。臺北市︰國立臺灣科學教育館。ISBN 957-00-4658-9

張寶丹、陳明成、許淑美、劉玲伶、李慧君、陳柏瑩、黃善美、劉懿瑩、陳照欣、陳志鵬、巫鎧任、高芳如、陳毅芳、闕筱君、呂富裕、張義坤、吳信翰、周茜芸、陳佳宏（民99）。「科展風華半世紀」回顧與展望專輯。臺北市︰國立臺灣科學教育館；臺北縣板橋市︰台北縣教育局。

陳虹樺（民102）。不同科展指導經驗教師對科展指導增能研習之觀點。科學教育月刊，第363期，頁29-39。

Alison, B. (2010). Communicating in museums and science centres. In Brake, M., & Weitkamp, E. (Eds.), Introducing Science Communication: A Practical Guide (pp. 154-173). Houndmills, Basingstoke, Hampshire: Palgrave Macmillan.

科學展覽：誰的國際科展－一位高中科展指導教師的疑惑

張堯卿

臺北市立麗山高級中學

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一、前言

    當接到邀稿邀請函，內容是要談有關國際科展指導教師心得的文章專輯，在筆者心中閃過了一些記憶，對於有十多年的國際科展指導經驗的歲月中，尤其是在最近這些年，心中一直有個疑惑，誰才是科展的主角？學生、教師與教授的角色又是如何？科展成績重要還是學生科學探究的過程重要？許多的疑惑，不斷的浮現上來，科展的意義到底何在？

    這些疑惑，或許也是一般高中科展指導教師的疑惑，筆者僅以個人看法與多年經驗，做為個人反思並提供一些指導的心得做參考。

二、筆者的指導經驗

    2004年國際科展，是筆者第一次帶領學生參與盛會，首次體驗國際科展的魅力(在這之前，一直以為只有全國科展得獎才可參加，資訊的不足，也錯失了一些機會)。有了第一次的經驗，筆者認為鼓勵學生參與國際科展的體驗是一件很重要的事情，因此，筆者年年都有學生參與盛會，共同分享科學研究的樂趣。而學生的表現也獲得科展評委們的肯定，共有四次出國比賽機會，不僅開拓了學生的視野，也在他們的身上，扎下了科學的種子，這些學生目前都已進入相關研究所就讀或已畢業。

    這麼多年來的指導工作，曾經有同事問我，「你不累嗎？」，我的回應是：「當然累啊！但是很有成就感！」。舉例說明；在奈米技術剛剛在台灣起步的時候，因為指導學生科展的關係，讓筆者能更清楚了解奈米是怎麼一回事，這是在知識上的成長。當學生在不同的主題上做研究，指導老師就必須比學生更清楚這些研究是否有開創性，能不能突破，是師生共同對未知知識的探索，一同成長。拜科技的進步，如果只靠筆者ㄧ人帶領十幾組學生做專題研究，一定會很累，所以筆者有一個臉書社群，是歷年筆者所教過專題的學生組成，利用學長姐帶領學弟妹，來共同探究新知，也借學長姐的經驗，來提昇高中學生的視野。

    一個高中老師，能夠像在大學研究室帶領研究生一起做研究，也就只有這個機會，在筆者的實驗室中(大家共用的，只是筆者比較常用)，有一個題目已做了近8年，經歷過四代的學生不斷的開發與探究，目前已進入第五代學生接手，這是多麼難得的事情，這個研究也曾經被電視台訪問過，拍成專輯。

    在筆者的經驗中，印證天底下沒有不勞而獲的事情，學生的努力與付出，在未來的求學之路，都會獲得回報的，舉例說明；筆者有一位學生，在學期間學業並不突出，但是對於科學研究的熱誠卻是沒有斷過，高一、二參加各項科學競賽都沒有獲獎過，但是在高三那年獲得國際科展三等獎，並取得到國外代表權，學生回國之後，借由申請推薦進入臺灣清華大學就讀，據他告訴筆者在清華的日子，課業雖然還是很辛苦，但是在科學研究上卻是得心應手，目前已進入北京清華念研究所了。還有另一位學生的經歷也差不多，目前在美國普渡大學念研究所直攻博士。這些學生在高中期間，在帶領他們做科學研究過程中，就可以發現他們都有實事求是、精益求精的特質。

    那麼筆者的指導經驗到底是什麼？就四個字「教學相長」。

三、誰的科展

    誰的科展？這疑惑在這些年帶領學生參加國際科展時，感觸更深，是值得去探討的問題？前一些日子，旺宏科學獎執行單位在本校舉辦旺宏科學獎說明會，請到一位大老級的講者到校說明：「國際科展應如何準備？」。大老不可諱言的說，現在要在國際科展得獎，就必須跟教授做實驗才有機會，會中不斷說明，高中生如何在大學教授的實驗室下，如何做實驗，也舉出台大某科學館全館實驗室都可見到綠衣服的學生，幾乎全被包圍了，筆者不禁懷疑，到底是誰在參加科展？從這6年來的獲一等獎分析中(附件一)，大家都應該知道是怎麼一回事了。

    以筆者在高中指導學生做科學研究，所強調的是學生必須自己去發現問題與解決問題，高中的資源、設備都是缺乏的，如果好運，或許會有大學教授願意提供實驗室，讓學生們利用大學實驗設備做研究，但是這種機會是可遇不可求的，一般高中(沒有科學班或第一志願學校)是不會享有得天獨厚的資源，就算是到大學實驗室，多數也是研究生撥空來指導學生，在基本上的差異就已呈現出來。

    那麼，到底是誰的科展？根據大老的解釋，要去美國參加國際科展，都需要有較深的科學理論，也必須在大學做實驗，才能有好的成績，筆者想試問：是誰如此關注這成績？這成績會影響誰的成就？這成績有關係到國家的顏面嗎？學生的科學研究，所應該關注的是什麼？大人的世界，國家的顏面，為何要讓這些涉世未深的學生們去承受呢？

    有誰能真正告訴這群高中的指導老師，到底是誰的科展？

四、科展的意義

    在筆者的觀念裡，科學展覽是學生在接受一連串的科學學習與親自做實驗後，對於自己所做的實驗整理、分析、歸納後的成果展現，學生科學學習最重要的是整個過程的經驗，最後的科展，是學生如何將自己的學習成果分享給一群志同道合的青年朋友們。

    利用科展的機會，讓來自各地的青年學子們，互相交流彼此做研究的樂趣與經驗，筆者也常常鼓勵學生，參展就是一種肯定，多去學習別人的經驗，多去認識一些志同道合的朋友，因為這才是科學展覽的目的。

    對於臺灣國際科展的宗旨1.培養中等學校學生科學研究興趣，提高科學教育水準，培養未來科技人才。2.增加學生觀摩國際科展的機會，交換科學研究心得。3.加強國際科技教育的合作及交流，提昇國民外交並爭取國家榮譽(科教館，2016)。這三項的宗旨，是值得肯定的，但是在學生獲獎後的獎勵做法上是值得商榷的。以培養未來科學人才這件事情來說，歷年來得過美國大獎的學生，有多少學生真正在基礎科學研究上發展呢？在台大醫科、台大電機可能可以找到許多人吧！

    當科學展覽的成績可以當作學生保送大學的一個門路時，科學展覽的意義多少都會產生一些質變與不好的風評，公正性也慢慢被質疑，在國中、小學階段，科展是獨立的一個事件，雖然有些縣市會將科展表現列入升學記分，但分數也不多，全然沒有像國際科展如此的獎勵優厚。但誰能替學生決定一切？

    筆者在此疾呼，回歸科學展覽的本意，如果國家有對外顏面的考量，那就應該更公平的對待學生，讓學生在同樣基礎的條件下競賽，而不能為特別學校所獨佔。

五、結論

    ㄧ個高中老師，在國際科展這條路上，就是陪伴學生度過ㄧ切的困難，鼓勵學生多思考，多閱讀，將最後的成果展現出來，努力去享受國際科展的氣氛，去認識跟他們相似的一群人，認識ㄧ些志同道合的朋友，談談科學研究過程中的樂趣，獲不獲獎反而是另一回事了。

    筆者的疑惑，或許無法在短期中得到解答，但是可以肯定的是帶學生做科學研究的這條路，會ㄧ直走下去，因為看到學生的努力，也激發了自己對科學研究原來的樂趣，與學生一起成長，探究科學的奧妙，它是辛苦的，但是也是值得的。

六、參考文獻

科教館(2016)。國立台灣科學教育館網。2016年12月2日，取自:

http://www.ntsec.gov.tw/User/index.aspx

附件一 (資料來源:國立台灣科學教育館，筆者自行整理，空白為從缺一等獎)

科學展覽：帶領學生走在科展的這條路上

江慧玉

北一女中化學科老師

[email protected]

『江老師，您是怎麼帶領學生做科展的啊？』這是最近常被詢問的問題…。

連續三年帶領不同學習成長背景的學生進行科展研究，在北市及全國科展比賽中皆有斬獲。每每被問及指導科展的要訣，我想重要的應該就是耐心與毅力吧！從確立研究主題、基本的實驗操作、檢測實驗方法的安全性，乃至於建立學生學習歷程及腦力激盪發想等，即使過程中師生常受實驗結果不如預期而產生挫敗情緒，但也因為點點滴滴心血累積，造就出一件完整作品的呈現！以【青青紫「金」–染料敏化太陽能電池之效能分析】(註1)科展作品而言，學生一開始滿腔熱血，興致勃勃來到我面前，然而她們對於研究主題卻沒有概念，因為學生們總認為─『老師應該會給予研究主題』，也因此確定主題的磨合期足足花了半個月的時間，後續的研究歷程更是一連串的考驗。以下就以此件作品為例，針對研究主題的萌生、實驗過程及參與比賽等歷程，分享經驗及注意事項。

n  科展主題的確立

「萬事起頭難」！確定研究主題往往是最棘手的部份，這個環節通常會耗去一至二週的時間。我常反問學生：「你們為什麼想做科展？」、「你們想研究什麼樣的主題呢？」，因為強烈的研究動機是學生遇到挫折時可以堅持下去的最大動力。在【青青紫「金」】作品中，學生初始說道想進行新科技領域的探究實驗，主題方向並不明確，因此我舉例了數種奈米材料，例如奈米碳管、石墨烯或碳六十等，並且簡要敘述材料的性質及現今發展的應用方向，同時給予一些參考網站^(註2-4)提供她們瀏覽相關實驗的內容，期許她們從資料中獲得啟發。

沉寂了約莫十天，學生選擇石墨烯為探究主題想進一步瞭解其特性與應用；然而當實驗內容已探詢過相關領域教授的意見後，三位學生卻出現意見相左，爭執己見的窘境…。經過數次討論後，她們更換了實驗方向，改以校內可操作且具現成材料的染敏電池為主。這個討論過程我沒有干涉太多，因為實驗探究過程是要學生自己理性進行的，三人必須有所共識才能協力合作，經過充分的磨合才能了解彼此處事的方法，對未來實驗操作的分工合作很有助益。

n實驗操作過程

確定研究主題與探討方向後，實驗模組的建立是完成研究最關鍵的因素。一開始，學生需重複文獻資料中所載錄的操作方法，瞭解文獻中實驗結果的產出及過程中應注意的細節，從過程中不斷修正實驗方法，並發展建立出自己的實驗模組。例如文獻中記載染敏電池的二氧化鈦須以高溫燒結1小時才能鍍佈在導電玻璃上，然而礙於高中實驗室設備較為不足以及安全性的考量，我們改採常溫且自行調和奈米二氧化鈦糊狀物以進行塗佈。實驗之初鈦薄層極易脫落，效果不如預期，接著我們探討溫度與時間的交叉關係，發現使用實驗室烘箱在80 ℃下進行烘烤10分鐘，可以得到貼附性極佳的二氧化鈦鍍膜^(註1)。這個鈦薄層的操作方法確立後，我們逐步改變染料種類、溶液酸鹼值以及添加奈米材料等變因，特別是添加奈米材料，此項巧思是來自吳欣芳同學，因為她曾在高一特色選修課程中操作過奈米金溶液的製備，學習到奈米粒子的量子效應，此項特性激發我們嘗試將奈米金添加至染敏電池裝置中；經過不斷地實驗改良及修正，果真如預期提高光電轉換效率的成果。科學探究連結到學生的學習經驗，展現知識活絡於應用的驗證，探究的歷程真是一連串的發現與驚喜呢！

【青青紫「金」】作品到研究後期，我們進一步尋求大學端的儀器進行檢測，比對精密儀器檢測與高中實驗模組所產出數據的可靠度與可信度，藉此增加研究內容的深度與廣度。結合高中實驗操作與大學高端儀器的檢測，藉由實驗結果的相互比對及思辨，可讓學生更進一步瞭解研究的內涵及後續應用發展的可能性。

在比對實驗失敗與曙光中來回交戰，為了佐證校內實驗結果的再現性，學生必須重新配製奈米金溶液，明明是相同的配方與操作，重複了數次卻無法得到粒徑一致的紅色奈米金，焦慮及沮喪感使實驗進度擱置了一星期，經過沉澱心情整理情緒後，我與學生陷入思考與反覆操作、討論的膠著期，終於找出實驗的關鍵，果然是界面活性劑品質的問題！恍然大悟的興奮情緒終於趕走了多日沉悶懊惱的低氣壓，經過這次事件後，她們更加珍惜彼此情誼，也因此淬鍊出團隊的整體默契！

n數據整理撰寫

一連串實驗數據產出後，如何將這些數據整理成有意義的語言，需要經驗累積、觀察力及數學敏銳度。在【青青紫「金」】實驗過程中，學生以三用電表量測樣品組的電壓與電流，並輔以數學運算得到其輸出功率；然而染敏電池的效用良劣需以能量轉換效率來評估，因此運用功率數值進一步換算成光電轉換效率，並採用雷達圖分布來呈現，如下圖。如何將龐雜的數據轉換、收斂成有意義的文字論述，這需要師生間充分溝通討論，建議可以讓學生多練習處理數字的電腦軟體，例如excel，揣摩以瞭解實驗數據背後所隱含的規律與奧秘。

確立實驗數據呈現的方式後，接著最重要的功課就是撰寫研究報告書。從實驗初始，學生必須每週帶著實驗日誌（實驗紀錄本）找老師討論，一方面是確認學生記錄實驗操作的觀察，另一方面則是與學生進行階段性的結論，尋求完整化實驗結構的方向，這些實驗日誌的內容最終將成為研究報告書的架構與內涵。研究報告書的呈現，學生通常是採取分工處理不同的階段，以【青青紫「金」】來說，兩位同學負責整體的文字架構，另一位同學則專責處理數據及圖形，再逐步將實驗內容收斂成完整且有序的結論！

n海報編排與口頭報告

不論是校內、縣市或是全國科展，海報內容與口頭講述都是比賽時最重要的關鍵。比賽海報的規格通常是三個版面，如下圖左；我個人覺得研究作品最重要的內容是實驗操作與結果討論，因此我建議從「實驗結果」與「討論」這兩部分著手，將兩者其一置放於海報正中央的版面，並採連續步驟呈現。海報編排時文字內容不要太多，盡量多以圖形及表格來呈現，且在討論區塊中只要重點式地做一小段落的著墨，而結論的部分則是以條列式文字呈現即可。

此外，學生的口頭報告是吸引評審注意的關鍵，短短十分鐘內要將自己的研究菁華盡出，這需要老師賽前與學生多加琢磨練習。通常我會仿真且嚴肅地提問實驗相關問題，訓練學生的科學論述與臨場反應，模擬結束後再與學生歸納整理需改進及注意之處。值得欣喜安慰的是，一女中的孩子具備娟秀氣質及沉穩的台風，其中許天鈞同學（【青青紫「金」】科展作者之一）是校內接待外賓的綠衣使節，陳咨彣同學是班上演說的常勝軍，她們講述研究作品的口條及台風令人如沐春風，這些孩子們真是令人激賞佩服！

n  比賽期間的注意事項

全國科展比賽的賽程為期一週：第一天布展，第二天安全審查、第三、四天評審，第五天成績揭曉。通常學生在第二天晚上最緊張，此時老師除了與學生反覆練習科展講述內容外，鼓勵振奮士氣十分重要，同時也要讓學生有充分的休息。第一次評審結束之後，師生需針對評審教授所提問的問題共同討論及尋求解答，於第二天評審時對教授進行解說及補充說明，此時正可以展現學生對於科展作品的負責及實驗的完整性，同時給予評審教授良好且深刻的印象！

比賽成績揭曉之際是最讓人期待又怕受傷害的，展內繚繞幾家歡樂幾家愁的氛圍，但是學生明白在這五天科展的過程中，能夠與全國年齡相仿且熱愛科學的同儕相互觀摩學習，這是多麼難得的經驗啊！此外，進行科學研究的這個歷程，學生能習得科學精神與態度，並且擁有解決問題的能力，這才是從事科學探究最珍貴的寶藏；給予學生正確的思考、想法與態度，這也是教師指導科展研究的另一要務！

在這個人才濟濟的綠園裡，總會發現令人驚艷驚喜的孩子，例如【甜蜜來『靛』—靛胭脂的氧化還原反應】^(註5)這件作品的學生，一位是自然組學生(李惟慈)，另一位則是社會組的學生(郭恩佳)。恩佳同學在高一時就已踏入科學活動的領域，當時在校內科展獲得佳作的鼓勵下，縱使高二時因為個人志向考量而選擇文組，但仍然繼續實驗探究。在討論過程中，我發現恩佳的科學思維不亞於理組學生，反倒是更主動發問並探詢原理脈絡…，是的！主動性，就是這個確切顯著的特質，讓我覺得不論是什麼樣背景及身分的孩子都是可以探究科學奧秘之美。在本校除了數理資優班的學生外，其他學生進行實驗研究都是利用課餘或假日的時間進行實驗，因此學生的特質與主動性是成就具體完整作品的最大主因。

n  結語

「得天下英才而教之」是每個老師最為嚮往的喜樂，在一女中，學生的優秀、聰穎自然不在話下，甚至是站姿直挺挺的氣質、有條不紊的口說表達，這些都是成就學生於科展比賽中致勝奪冠的因素。學生主動積極的動力、老師用心的引領指導，相信在科學探究領域中會逐漸綻放出一朵朵盛開芬芳的花、纍成一顆顆結實壯碩的果實！

n  附註

註1：第54屆全國中小學科展：作品名稱：青青紫「金」—染料敏化太陽能電池之效能分析

註2：國立臺灣科學教育館(科學展覽) http://www.ntsec.gov.tw/User/index.aspx

註3：國家圖書館全球資訊網(資源查詢)http://www.ncl.edu.tw/

註4：北一女中圖書館(歷屆數資班專題研究專輯)

註5：第55屆全國中小學科展：作品名稱：甜蜜來『靛』—靛胭脂的氧化還原反應

指導科展自我省思與成長

陳佩琪

新北市立樹林高中化學科教師

[email protected]

n   動機與緣起

        讓學生藉由「做中學」培養科學素養，一直是我堅持的教育理念。近年來台灣學生普遍存有學習動機不高，自信心不足的學習危機，進而引起一波波的教育改革浪潮，強調學生不再只是訊息的接收者，而是學習真正的主人。翻轉課堂(flipped classroom) 與學習共同體(learning community)正是呈現這種精神。課堂中教師角色的轉變，也由教學變成幫助學生學習，由講述課程內容變成引導式教學。在即將到來的108課綱中，高中自然科的探究與實作課程更納入必修課程。探究與實作課程實質上就是以學生為中心的教學歷程，希望幫助學生探究、建構知識。因此科展研究就是一個對學生最佳的學習機會，且能培養學生獨立思考與創新能力的重要關鍵。老師不再只是知識的傳遞者，更要教導學生如何從容面對自己的人生規劃。筆者認為學生在學習階段一開始投入大量時間與精力是必須的，等到遇到許多困難時，再逐步思索解決之道，才能培養問題解決的能力，並且要懂得傾聽、表達、分享與合作。學生參加科學展覽與相關對外競賽，對學生的自我價值的提升、學習興趣的培養以及未來職業專門技術養成都有莫大的幫助。因此，我熱衷於帶領學生參與科展比賽，希望學生能夠從中獲得之學知識探索的樂趣，建立學生自身的自信。

n  我的培訓方式

         一開始筆者於新北市某完全中學擔任實習教師，發現很多學生無心在傳統課室的化學課，但是進行化學實驗操作課程卻興致高昂，我想他們應該是一群面對學業競爭，飽受挫折、對未來茫然無所措的學生。解決之道應該讓學生重新對科學探索感到興趣，藉由學生發現自我價值、找回自信心，因此不惜犧牲自己陪伴家人的時間，在濃厚的教學熱忱與衝勁下，利用課餘時間指導學生做科展，幫助學生找回對科學探索的興趣與熱忱。 

        訓練科展學生的時間包括：平常日的課後、週末、假日、寒假與暑假。指導選手的目的，不僅讓他們能在科展比賽時有嶄露頭角的機會，更正向的意義是強化學生蒐集資料、閱讀文獻、邏輯思考、分析歸納、統整講述、文書處理、實驗製作與組裝、撰寫成果、臨場應變等能力。同時身為指導老師也要不斷接受新知與挑戰，並與學生共同成長。

        教導學生選擇科展題目千萬不要具有過於主觀的心態，不要被教師自己「慣性的思維」所束縛，不要預先否定學生「天馬行空」的想法。針對研究主題可以提供建議，但不強迫學生接受或直接給學生研究題目。適時介入引導幫助學生聚焦想法，不要直接給予否定或直接提供正確答案，而是儘量拋出問題讓他們去思考。討論問題的過程中儘量扮演「提問者」的角色，而非「解答者」的角色，能讓學生學會發揮自己專長外，並能和其他同學建立良好的合作關係。

       指導科展的經驗中，不全然是愉快的。有時學生急功近利只想要結果不肯努力耕耘，有時家長不支持或要求老師一定要讓學生獲獎，有時學生無法全力配合、不願犧牲課餘時間、做不到預期的進度、找不到分析方法或儀器。學生們往往對於實驗的結果非常在乎，卻忽略了過程之中的科學探索。然而實際上高中階段進行專題研究的目的，在於培養科學探究的能力，所以隨時注意學生們的能力是否有精進，學習動機是否提升，而不是只有實驗操作的進度和成果展現。

n   競賽經驗分享

         個人第一年指導經驗明顯不足，當時大部分實驗的過程與研究工作是由學生獨立完成（包括科展的題目），而我只提供意見與指導方向，研究成果參加北一區分區比賽沒獲得任何獎項。經由個人反省發現科展題目的篩選極為重要，也是比賽獲獎的必勝關鍵，加上當時自己即將面臨的教師甄試，心想指導科展的成績可能有助於順利考上教職，因此筆者花更多的時間介入與學生討論科展實驗內容，並於第二年時改變指導策略，一口氣指導了七組學生（21人），因此具有七種不同類型的研究題目，以量取勝。果然有3組同學於桃竹苗區科展競賽獲得佳作及優等（見圖一）。指導科展的第五年，很幸運地一路從校內賽第一名、到新北市市賽特優，到第53屆全國中小學科學展覽會高中組化學科，得到最佳團隊合作獎（見圖二）。在參加全國賽時，個人觀察到得到優勝的隊伍有些共同特徵，例如有些明星高中都會與鄰近的大學化學系教授合作，共同指導高中生做科展的研究，也因為大學實驗室提供較新穎精密的儀器設備，使得研究的數據更加完美。有些學校於校內開設一學年的實驗專題課進而培訓科展競賽，或者有些學校週末假日直接到大學化學系實驗室借用設備器材做科展實驗。甚至有些學校科展的研究方向，就是實驗室碩士生的題目的一小部份，此時碩士班的研究生，就順道指導高中生完成實驗。但是我認為學生在學校的實驗室進行科展研究，較能掌控學生的進度，主要因為校園內較為安全，並能隨時地進行討論指導，同學彼此間也較容易產生革命情感，增進同儕情誼。許多偉大的科學家，也是在條件極差的研究環境中，完成許多了不起的研究。個人認為應該鼓勵學生在沒有昂貴儀器設備下，想辦法解決問題，而不是提供學生最好的硬體設備。參賽隊伍中也有些學校師生利用簡陋的實驗室（實驗藥品不齊全、儀器老舊不靈敏），來做科展研究，經過一番努力同樣進入全國賽。由此可見良好的儀器設備並非決勝唯一的要素，過程中學生研究精神，才是值得讚賞與肯定的。

圖一參賽桃竹苗區科展競賽科展               圖二 參賽全國科展

        當學生經過一連串的比賽甄選，被選為代表各縣市參加科展的隊伍之後，要如何在短短的幾分鐘內，讓評審瞭解作品的內容，我想學生的臨場表現完整且重點性表達才是關鍵。此時指導老師就顯得十分重要。先讓學生們練習將參賽作品，重點式整理成條列式大綱，經由自己的批判思考轉化成口語表達，再加以多次演練。然而實際操作之後發現其實最困難之處，不是在訓練學生如何表達與預知評審的提問內容，而是在成績公佈後，如何安慰學生被打擊的心靈。學生們在競賽過程中被評審指正、批評，或是競賽成績不如預期，學生可能出現傷心、難過、心情低落、挫折感、退縮的情緒。因此在報名科展競賽之前，就要開始打預防針，做好落敗的心理建設。因為科展競賽是評審短時間評分出來的成績，它是透過評審個別觀看學生作品書面資料及海報說明，有時多少會摻雜評審的主觀意識，我們真的難以掌控評審的審查標準與喜好。

        因為觸及競賽，好像只有獲獎，科展研究才能得到大家的肯定，但是我覺得科展競賽研究過程中，學生所產生的成就感、挫折感與臨場比賽的經驗都是最難能可貴的，因為過程的參與才會讓學生慢慢燃起對化學的熱情，遇到問題能想辦法解決。他們經由實際動手做的探索過程中，得到許多寶貴的研究經驗，找尋許多身邊可利用的資源，如果所有的師長、家長願意放下功利與目的的想法，我們學生就更能輕鬆面對每一場競賽，激發出科學的潛質，可惜再當今教育的氛圍中，我們都似乎忽略了，其實參賽「過程」比實際「得獎」更重要，不是嗎？如果大人們真正擺脫名次的綑綁，我想這才是學生參加科展真正的意義所在。

n   展望與結語

        身為完全中學的老師，我常分享個人求學經驗，不斷地鼓勵、引導，讓學生了解學習新知可以為生命找到出口。我一直很喜歡這份教育工作，很有意義。我希望從研究的過程中，陪伴學生們成長，訓練學生研究的思路，期望日後以此為基礎，讓他們更上一層樓，讓所學的一切都可內化，形成自己的涵養增廣個人的視野。

       未來學生應具備的不只是科學知識，還包含邏輯思考、解決問題、求知熱情、清楚表達等態度的科學素養，而我們身為教師應時時刻刻思考如何培養學生科學素養。傳統方式就是老師直接教一個定律、定理，然後讓學生開始做習題，這種教法可在短時間內傳授科學知識，卻無法教導學生真正學會科學，我期許學生應有動腦的習慣、動手的能力、動口的技巧。

        此外，科學教師指導學生進行科展研究時，若過度重視研究的成果而非參與歷程，有時會阻礙學生的科學學習發展。實際上學生的科學知識、科學邏輯與科學技能有時無法在短時間的競賽活動充分被評鑑，然而學生所經歷的點點滴滴，卻是他人生無可取代的經驗過程，而這正是科學教育最需重視之處。我期許自己與學生不一定要當「第一」，但懂得要讓自己「成長」。

科學展覽：科學展覽製作對我的啟發

張致嘉

如荼科技股份有限公司 創辦人

[email protected]

一場意外開啟的啟蒙之路

        記得是國一暑假吧，老師把班上幾個對於自然科學有興趣、學習意願高的學生集合到一間實驗教室。當時我們聽著老師提出的邀請與說明科學展覽(以下簡稱科展)可能帶來的好處。雖然老師想要努力傳達給我們知道科學研究的精髓，但是當時心裡只有想著「反正這個暑假也沒什麼事情可以做，在家裡八成又是每天跟弟弟搶著電腦玩吧！」，就這樣開始科展的研究。日後回想這樣的歷程，其實多數的在學學生都應該勇敢嘗試一下。經歷基礎科學研究與方法的實踐，也對於一個人在思考事情上面有顯著的影響。

    本篇文章將會介紹當時發現的過程經驗，進而介紹在過程中得到的科學學習體驗，最後連結上日後於工作，並分享科展經驗在其中帶來的價值。

體驗從無到有

一、發想學習

記得科展活動剛開始的一天下午，老師發給我們一人一張白紙，讓我們開始寫關聯樹狀圖。基本上忘了當時寫些什麼，只記得自己沒頭沒腦寫了一張滿滿亂七八糟的關聯圖。在當時，我的學識尚未有能力去解釋這些圖的關係，更不用說去整理跟分析，但是老師耐心的拿著我們的A4紙與我們討論，慢慢地理出思緒，進而歸納出自己對於每個命題的看法，共同把有用的資料拼湊出一個可能作為科展專題研究的發展方向。日後我才知道老師那天教給我們的方法叫做心智圖，而這是大學之後的事情，而這樣的工具對於在大學學業的學習，以及後來在思考事情的時候都變成我的習慣。

二、搜集資料

發想後老師請我們上網找資料，打了很多關鍵字，在那個時候還是Yahoo!火紅的年代，網路沒有臉書只有知識^＋還有奇摩家族。我們在看不懂英文的狀況下，實際所能蒐集到的資料相當有限，而且許多的資料裡面都有著三角函數、微積分。在當時的我們是絕對沒有辦法理解這些在寫些什麼，於是我們只能用我們最大的力氣，把我們所查到的資料和老師討論，當然老師會把他所能提供的資料讓我們參考，搜集資料後的討論讓整個題目的輪廓越來越清楚，進而開始設計實驗模型。

三、設計模型

這個部分對於國中生來說應該是最不一樣的地方，平日上課很少從假設到實驗設計都是由自己親手動手完成。記得那個時候我們做的測試曲面摩擦力的實驗，遭遇到在單位上如何精準計量的問題。最後思考數日之後，想到用水滴做為最小單位來代替砝碼。我還清楚記得當時當裝置設計出來以及完成數據的成就感，那真的是比起100張考試卷上面出現100分都還要令人有成就感。而這樣的實驗模型設計，到高中後的學習也是相當有幫助，因為理解了整個實驗設計的過程，在對於後來的正規教育學習上面可以比起同儕有更深的體悟。

從科展中第一次知道什麼是科學

        從小到大我從教育中認知的科學就僅僅是找到詳解本上的「最佳解」，或許其他人不是這樣，但是在我一貫面臨的升學考試系統中，我所受到的訓練一直都是考試領導教學，要求「快、狠、準」的答題速度。經過科展後我才了解，真正基礎科學研究並不像考試，並不是每題都有標準的算式流程。原來把一個問題用土法煉鋼的方式，一步一步邏輯性的串起推導出答案，甚至去圖書館或是網路上查資料，把所蒐集到的資料經過整理然後吸收，都是可以思索的問題解決方向。或許這樣學習的時間會比較長一些，但是我了解到的不再只是一題一題經過設計的題目，而是回到最根本這個學問被發現的時候，從最基本的現象去彙整，然後加以分析，最後了解，讓知識可以被落實於生活中。

        這次的科展經驗除了上述所提到的，建立了我日後的學習以及理解模式之外，並且讓我開始運用懷疑的態度學習知識。這樣的懷疑因子帶到了高中，更受到當時地科老師的型塑，使我得到了一個非常受惠的特質，意旨永遠不要直接相信某件事情，而是經過求證後再下結論。我想科展的目的並不是要教育我們不要相信他人，而是日常生活中常常錯誤而無根據的事情經由傳播之後而渲染，而人們通常不會求證而選擇接受或相信。而科學某種程度上的本質就是建立在懷疑之上，透過了解科學的面貌也對於未來我的人格特質上有了不小的影響。

剛做完科展時沒深刻感覺，但回到考試體系後卻深刻發現不同

        回到考試體系後，科展的研究讓我切入學科的方向從「這題答案要怎麼找」變成了「這個理論怎麼來的」，看起來好像多了很多時間去理解內容，但實際上是增加許多學習的樂趣。因為探詢的歷程中增進理解科學理論的假設是怎麼來的，也知道要如何分析才會促進對問題的理解。除了這些之外，科展研究最容易遇到的就是「挫折」，常常有些時候對於一個實驗步驟的設計錯誤，可能會帶來很多天的撞牆期，然而挫折是一定會發生的，重點在於要怎麼面對挫折，用什麼樣的心態去度過挫折。因此在考試上遇到難題時比較少會再放棄學習，就算是用條列式一個一個可能列出來也會去尋找答案。

        和過往的求學經驗最大的不同是，我不再追求詳解本上面的最佳解了，因為經過科展後，我了解，所有的公式、理論，都是由觀察、紀錄、分析最後歸納所得，這些最佳解不過只是步驟的化簡，背了最佳解或許會讓我的學業成績得到好結果，但是這些知識與內容，並沒辦法真正被落實在我的生活中。相反的，應該了解問題的本質並且找出答案，再一次一次的修正，這樣的過程亦或許才是一個學生應該有的學習態度。因為瞭解現象的根本後才是真正的學會。

開始接觸工作後，科展經驗對於工作上的影響

        開始接觸工作後會發現，真實生活中的情況跟我所受到的科展訓練有很大的相似之處，但和實驗室訓練所帶給我們不同的地方是，真實生活中的狀況是相對複雜的，若是要一步一步了解現實世界，必須要去觀察、發現那個待改善的點並且對它(可能是現象或…)進行假設，接著要搜集資料，不管是透過看書或者是去網路上搜集資料，然後搜集資料後要比對資料的真實性，最後是將可行的方法跟經驗歸納成一個系統，這個系統的用意不僅僅可以幫助我們進行研究，更可以將其推向實用端，不只受惠於當下進行研究與實驗的自己，更可以讓他人在參考這樣的數據研究時受惠。

        我認為訓練思考與實作的科學學習在未來是相當重要的一件事，因為在未來人們要學習東西的份量將會越來越多，什麼產業都必須要聯網，人們的工作習慣將會大大的改變，而科展中有一塊很重要的部分就是學習思考，其中很大部分是考試的教育不會教導的，而原因很單純就只是因為這些東西在大考的時候很難設計成題目。在科展的時候，老師或許會丟資料給你看，會跟你講解，但是不會像是考試的時候一樣用題目去挑戰你，檢查你會不會，但是一個科展研究要能夠進行下去，就勢必要將這個知識學起來，在這個時候就會開始想方法，尋找資料。而這樣的過程對於接下來將面對巨變的未來，我相信會是相當重要的能力。

當然這樣的能力或許在成長後讀到大學或是進入到研究所後，都會學習到這些的研究方法導論，但是相比之下在國中時期的我，比起在大學或者是研究所的我更加的單純，若是到高等教育時才有機會接受這樣的訓練，恐怕這樣的訓練只變成我產生論文的方法論，又或者是得到文憑的一個手段，並沒有辦法在我的生活或者是生命中好好的實踐並且去落實。不可否認地，科展競賽中有其問題所在，例如：教師操刀與公平性問題，但是在這個「maker」崛起的年代，這樣可以讓學生實際動手做與思考的經驗相信是值得被推廣的。

總結：科展為我所帶來的影響

        洋洋灑灑地寫了很多，科展對於我現在的工作、思考模式、行為模式有很大的影響，雖然已經不是走在基礎科學研究的路上，但是我想在最後歸納成下列六點讓大家總結，一個科學展覽對於現在的我的影響：

一、了解何謂懷疑，並且知道如何去證實真偽

   從一開始發想的時候，老師就不斷的告訴我們要去查證，並且要對每個假設跟論述進行驗證。

二、學習發想技巧，在沒有頭緒的時候理出頭緒

   老師一開始教我們的是設計思考(Design thinking)的心智圖發展模式，當下我們並不了解這樣的工具來源跟起源為何，但是卻在讀書上面，做筆記、考試、研究，有了相當大的幫助。最後這些發想技巧，也在日後的研究方法課程被完善。

三、學會真正的學習是理解，不是背誦

   在科展的過程中理解到，大部分的理論，皆是有脈絡的，都可以被理解，並且透過理解來實用學來的知識，對於我來說，這樣的學習模式也比較長久，並不會像是強硬背誦的知識，在考試過後就忘記。

四、設計模型驗證假設的能力

   設計模型驗證假設，是最能夠創造一個環境去驗證的方法，不過通常模型會有相當多的預先假設，跟現實情況還是會有差異，但是我們可以先對於每個變因做探討，最後找出影響最重的因子。

五、在討論中尋找答案，在論證中了解真相

   在現有教育系統下，比較著重於老師教授，學生接受，所以學生往往是接受者，課堂上缺乏同儕的討論，這樣的討論卻是對於不管是學術研究、或者是工作上的專案運作都是相當重要的元素。

六、利用有限的資源，做出最有效的應用

  現實情況下，我們擁有的資源都是相當有限的，在這樣有限的資源下，我們需要做出最有效的應用，而科展算是中學學生，在生活中少數可以遇到的實踐場域，要思考著如何用有限的預算做出研究，是相當不同的學習經驗。 

         筆者希望透過這樣的經驗分享，能讓更多學生與家長對於科展研究產生興趣，也希望有機會的話，有更多的中學學生可以一起踏上這個科學探索的旅途，相信這樣的經驗會帶給中學學生的，遠遠超過他們所預期，並且在將來的求學路程上深刻的感受到這樣經驗帶來的益處。

科學展覽：從10年後看當年參加科學展覽的歷程與心得分享

張清菁

臺北市立聯合醫院松德院區精神職能治療科

[email protected]

壹、此時此刻，呈現了過去、改變了未來

        生命中的每個時刻都是過去日復一日的積累，而此時此刻轉瞬又將成為歷史，成就下一刻的我。可生命裡總有些時光裡的轉折，決定性地，在不同層面上改變了你的生活、職涯、人格、面對世界的態度……。初初畢業，我懵懂踏入社會，從耳聞到實際體會，每一份工作面試在最初認識一個人，看的大多是你的工作經驗，又或是碩博士與大學學歷，可領著我一路走來的，恐怕是更早以前的經歷，例如10年前在國中時參與的科學展覽競賽。

貳、一段踏實的科展參賽旅程

一、第一個挑戰：學習問問題

        那是一個熾熱的暑假，在班導師的鼓勵下，一小群國中生湊起來，在暑期輔導外的時間，仍然留在學校裡參與所謂科展，但我們連題目是什麼樣子都不曉得，老師要我們從無到有生出一個作品，徹底的「無」，但一切就是這麼開始了。

    這樣的開頭對於我們而言是困難的，身為一個乖順的學生，對於知識的追求幾乎來自於課本與課堂，對生活與自然現象的好奇，卻未曾被鼓勵所以也未曾想要追根究柢，自然，連要憑空問出有機會被解答的一個好問題，都需要學習。毫無目標地，我和伙伴們找圖書館，找過去歷屆作品蒐集靈感，然後和老師討論、發想、收斂、聚焦，不知道歷經了多久時間，我們的題目總算有個眉目，我們決定以生活化的「洗衣」作為主題，探討污漬沾附時間、洗劑濃度、水流轉速等因子如何影響清潔成效。

二、學習設計實驗

　　如何解答我們的困惑呢？做實驗是唯一解方。我們找出過去題目與我們相關的所有作品一一詳讀，參考其實驗做法，也從中去思考還能夠怎麼改進實驗，但有時也必須考量現有資源來做調整與妥協。研讀、思考後，找老師討論，再研讀、再思考，反覆多次，終於建立起實驗方法的雛型。而後經過數次的實作與微調，完成了實驗的最終版本。

三、學習堅持、一步一腳印

　　然後就是無止盡的實驗了。現在想來不可思議，那時學期間幾乎每個週六上午與數天平日晚上，還有整個寒假，我們都泡在理化實驗室裡做實驗；回家後，還有數不盡的實驗結果圖片等待電腦分析。我們一再重複相同的步驟，如同我們當時用來模擬洗衣機的磁力攪拌器，重演無聊的旋轉。可是我們都知道，唯有堅持下去才有機會接近我們要的解答，於是我們耐著性子，用數不清的夜晚和假日，與實驗奮戰！

四、學習自己去探究知識

　　既名為科展，便不能只是現象的發現，還須與知識做連結，我們便上網、上圖書館查資料，查清潔劑的原理、查碰撞學說，茫茫的資料海裡，我們揀選我們的程度所能讀懂的，閱讀、消化、拼湊成真正屬於我的知識。

　　清潔劑之所以能清除汙漬是由於清潔劑的分子結構其一端為親水性(hydrophilic)，另一端為疏水（親油）性(hydrophobic)，所以清潔劑分子的疏水端可親近油汙與之結合，親水端卻唱反調，死命地往水中拉扯，數個分子聚集後，便將一部份油汙扯起，包裹成團，於是清潔劑分子便和油汙一同在水中漂浮。而清潔的成效，也就是洗衣機是否能將衣服洗乾淨，決定於清潔劑與油汙的反應速率，碰撞理論解釋了反應速率，清潔劑分子與油汙之間需要發生有效碰撞才可能拔除油汙。這些現在看來淺薄容易的化學概念，卻讓當時剛剛讀明白的我好興奮雀躍！好像是不小心窺見了另外一個世界的秘密，整個腦海裡都是拖著尾巴的清潔劑分子在橫衝直撞，還有幾大坨油汙和清潔劑在漂浮晃蕩的畫面，久久揮之不去。原來自己找來的知識，那麼深刻。

五、 享受成果的甜美

　　實驗後，還有更多繁瑣的工作等待完成，整理數據、分析數據、撰寫報告、製作海報等等，前前後後歷經了一年，在老師帶頭引領、處處提點下，我們步步親力親為，完成了我們的作品。站在大海報面前，我細細地看過它一次又一次，我和伙伴們都覺得，我們和這張海報一樣了不起。想著後來可以順利地通校內科展，準備參與縣賽，如果再更順利一點，我們就要往國展挺進了……。

叁、參與科展帶來的改變

　　如此耗盡時間，只為一個解答，是否值得呢？當時我不禁這麼想。如今回顧起來，實驗的過程枯燥依舊，可是卻覺得當時認真走每一步的自己很迷人，那就是探究知識的精神呀，堅持不懈，用這一步支持著下一步，只為了更接近真理一些些。

        而不同於勵志故事的結局，我們最後在縣賽只得了跟安慰獎意思差不多的甲等獎，當下到底有多失落也記不得了，只是現在回顧這趟旅程時，我心裡仍然充滿感恩，感恩自己有幸經歷過這一段，也感恩自己曾那麼努力，因為即使現在甲等獎的獎狀不知道被我扔在哪個角落了，但還有其他更重要的改變留在我身上。

一、培養己身感知與知識的連結

        在看見如此日常的洗衣服背後，是粒子們的激烈碰撞與相互拉扯以後，我所放眼所望的世界，與課本裡的世界，似乎不再那麼一分為二，而是能有更多交疊的。當知識能與自身經驗結合，學習起來會更有感、深刻、有效率。

二、揀選有效知識的能力，學會質疑與相信

    資訊取得的管道眾多，如何去揀出有用的訊息，或許是身為一個知識份子需要慢慢學習的技能，但早在做科展的過程裡，為了減少誤差，我們總謹慎斟酌，調整過許多次實驗方法，這些自我質疑、解決疑慮的往返過程裡，對知識要「求真」的態度也早已植入我心。

三、靠自己學習

        再一次與勵志故事相反的是，老實說，我沒有因為科展而生出對化學的無限興趣，甚至後來高中時，化學的某些章節完全成為我的罩門，一開始遇到反應速率的計算完全落敗。但科展經驗卻讓我相信知識的追求除了靠老師講解，也可以靠自己，遇到聽不懂的、想不通的（或上課打瞌睡沒聽到的），我翻書、查資料、問同學，尋找一個我能理解的說法，一個不懂，可以找下一個，自己慢慢嘗試與學習，總能有辦法學會，屢試不爽。

四、解決問題的能力與勇氣

　　大學期間，有機會在老師的指導下撰寫大專生研究計畫，從零開始，彷彿當年的舊戲翻拍，我和伙伴鼓起勇氣，不選研究室裡現有的研究題材，硬是挑了個新題目，沒有前人走過的路可以依附，是相對累人的選擇，要自己找文獻、讀文獻、設計實驗、找受試者……，經歷的困難與挫折更多，但有了過去經驗，我已有突破難關的能力與勇氣，秉著一顆欲解決問題的好奇心，一步步向前。如今即便過程再曲折也是完成了，雖然成果只是一個小小的發現，但是知識就是這樣慢慢累積的呀。

　　以上種種內化於我生命中的改變，是我在10年前那次科展裡所獲得最珍貴的獎勵。

肆、一路上的指南針

    雖然後來我所就讀的科系與現在的職業與當年的科展經驗看似已毫無關聯，我自己卻知道，我之所以為我，是過去種種的一路指引。教育大概就是那麼回事吧，在一個人身上埋下一大把種子，有些可以發芽、抽高、茁壯、開花、結果，而有些不能萌芽的、中途死去的，也都成為泥土裡的養分，滋養著他，才讓他能夠長成現今獨一無二的模樣。我，會繼續仰賴這些養分，持續成長。

科學展覽：5年之後反思科學展覽對我的影響

潘建彰¹*、鐘建坪²

¹私立東海大學食品科學系二年級

²新北市立錦和高中國中部理化科教師

*[email protected]

　　依稀記得5年多前，本文第一作者剛從任職學校的國中部升上高中部時，興高采烈地拿著列印的網頁內容詢問本文第二作者。其內容談及Storm Glass（譯：風暴玻璃，以下由風暴玻璃表示）的簡易天氣觀測器，並且懷疑是否可以真的觀測天氣。當下隨即鼓勵第一作者，如果可以自己嘗試做一個檢證看看。過了幾天，本文第一作者非常興奮地再度拜訪，並說明他找到的新資料與他的想法。於是正式開啟一段師生共構（co-construction）的科學探索旅程。本篇文章主要是從事後發生的角度，重新讓本文第一作者反思當時實際參與科學展覽（以下簡稱科展）活動的心路歷程與影響。期待讀者可以從第一作者的反思中體會科展活動對學生當下的意義與對其未來學習的價值。

n 緣起

        筆者（若不宣稱，以下我、筆者皆指本文第一作者）高中一年級時，抱持著對於理化、生物等科目的興趣，機緣之下，在無遠弗屆的網路資料中，閱讀到一篇關於英國十九世紀中期，應用於航海作為預測天氣之裝置－風暴玻璃的介紹（見圖1）。在當時（2011年左右），因為關於風暴玻璃的研究僅止於寥寥可數的階段，所以當時介紹的文章也只是將風暴玻璃做了一個簡單的概述，然而在字裡行間，幾個關鍵字卻不禁引起了筆者的興趣，像是藉由風暴玻璃裝置的結晶情況整理出的結果，被用來預測當時航海天氣、風暴玻璃裝置之所以能夠用以預測天氣之理由與原理還不清楚等內容(e.g., Fitzroy, 1863; Millar, 2008）。仔細檢視文章之後開始對風暴玻璃預測天氣的能力感到困惑，深知就連現今天氣預報，都必須仰賴大量的觀測數據分析、歸納以得到的結果。那單單一個簡易型的風暴玻璃裝置，又有甚麼能力能夠在「科學原理還不清楚」的情形下「預測天氣」呢？

　　於是乎，當時的筆者抱持著對於風暴玻璃一連串的疑雲與好奇，進行了一連串的相關研究，並最終將實驗與分析的結果集結成書面報告，角逐新北市101學年度中小學科學展覽會化學組的比賽，之後也在2015年7月以此為題，參與當時在日本舉辦的亞洲化學教育國際研討會（6th Conference on Network for Inter-Asian Chemistry Educators, 6th NICE Conference）（潘建彰、鐘建坪，2015；Jong, Hsieh, & Pan, 2014）。而我所得到的閱歷也由實際投入解決疑慮開始影響了我。光陰似箭，五年後，現在的我內化了參與科展所帶給我的種種經驗後，這些年來它影響了我甚麼呢？

n 獲得的影響與啟發

一、啟發思考，獲得學習的理由

　    參與科展影響我最為重要的一點，便是讓我知道了「學習的理由」。對於大部分學生來說，學習往往都在追求效率與效能的最大化。然而人是會思考的動物，無盡的學習路途上，產生對自己的學習目的與意義感到質疑是相當正常的。此時學生所面對的，往往是知識所學、自身價值與普世價值間所帶給他的疑慮與不確定性。現今學校裡苦讀的學子們，支撐著他們走下去的，不乏就是興趣、學歷、天分和前景等因素，但這就出現一個很現實的問題了，當面對較不拿手的科目或是不感興趣的學問時，進行強迫學習的行為是有意義的嗎？當興趣、學歷、天分和前景不再是學習考量範圍所能夠支撐走下去的支柱時，就應該放棄所學嗎？

        誠如我之前所提到的，於當時的科展研究當中，由於筆者研究項目的相關資料寥寥可數，過程中難免有碰壁的時候。回頭看來，最難以克服的往往不是軟硬體設備的障礙，而是自身擁有學識的不足。每每遇到問題癥結點時，明明知道問題在何處，卻無法思考出得以解決的因應策略，這才是最令人感到沮喪又無奈的事。學海無涯，問題的解答有時藏在以往所學當中，有時則是藏在早已遺忘或是先前所學但不熟悉的部分，更多的是從未接觸到的領域。當你遇到這些問題時，我想你肯定會像我一樣，開始懊惱當時為何自己不好好學，或是油然而生「書到用時方恨少」之感。參與科展的體驗讓我感受到學習彷彿是一場馬拉松耐力賽，就算過程中有所挫折也得堅持著走下去，就算拋開學校、書本的教條，「學習」仍必須在生命的歷程當中不斷的進行著。事物背後的原理是以無數不同的領域所交織而成的，每個學理面向都有其能夠切入與解釋的層面，我們從不該再面對不上手或是不感興趣的科目時選擇放棄，更不該單純地以興趣、學歷、天分和前景為量尺或精神依靠，拋棄任何一種面向的學識都是不正確的荒誕想法，廣泛的博取才是上策。

　　由科展經驗讓我獲得這般看見學習理由的新角度，讓我在現今食品科學系的訓練當中，教室裡、學習的當下讓我更在乎的是如何連結各門學問的理論與應用，我不再簡單的由「上不上手」等理由去衡量一門課的價值，這個觀點，讓我發現到各個學問間互相撞擊，才能夠有更多的創新與進步。

二、藉由參與科展活化問題解決的能力

　　過去課堂中的實驗往往在書本中就已經寫好實驗目的與方法，連同討論與分析也都有既定的問題提供給學生反思，學生從來就不會知道，一個實驗的過程，從分析問題的本質、著手解釋到解決的步驟，是一項多麼艱深的學問。而參與科展的我，實際地從實驗目的的探索、方法的設計、器材的製備到最後的數據分析整理，一步一腳印地由自己完成（見圖2）。我體驗到在真正實驗操作中，觀察、發現問題、進行解釋的步驟是多麼需要腦力激盪，當下的自己必需一次又一次回憶實驗，自身找出任何可能造成誤差的不足之處。該如何查覺到問題、處理問題都是仰賴自身的能力，因為再也沒有任何人比自身還要更了解實驗，當然問題必須由自己解決，而這些都是在過去還未參加過科展的我所無法體會的。我理解到問題與討論從來就不應該是實驗課本應該列舉好等著給你解答，而是實驗者在構思、回想實驗步驟中，發現不足之處，再反省探討由實驗者歸納的內容。

        如此當所追求的問題解答來自於自身所產生的疑問時，主動試圖解答問題的這個過程當中，由於自身能力的不足而有動力增強自己的實力、開始學習，這對筆者來說，才是能夠達到提起動機的學習方法。由此，當學習者擁有這次經驗以後，無論這是過程的結果是好是壞、過程當中有無疏漏，對於體驗過的學習者來說，都更能加強它在於學習各種知識上的學習理由，因為他知道，現今在書本上枯燥的文字其實從不那麼的生硬，它更是未來對於自身解答任何問題所可以運用的利器，當未來自身對問題產生疑問時，才更有能力對問題進行解答。

　　目前提倡的科學學習即不斷地試圖在培養這項能力，讓學習者在未來能夠在學術或是職場領域，活用這項技能，使遭遇到問題時，具備獨立思考與解決問題的能力，不再由更高學問者向出社會的學習者開釋或是告訴他該怎麼做。經歷過科展訓練經驗的筆者認為，這種經驗只要實際操作過一次，學習者就能體會到自己所學的價值與意義所在，並讓獨立思考與解決問題的能力的種子在學習者心中萌芽。

　　或許很多學生總會困惑在課本裡看到這麼多步驟與儀器操作方法等等到底有何意義？畢竟未來每個人志趣不同，真的必定要操作相同的步驟、學會流程與儀器操作法嗎？筆者認為不是這樣的，如同食品科學上我們很講究一個東西的製程，而製程的背誦往往也是對這門科學的多數學習者而言是一個很大的罩門。事實上這些製程步驟正如同實驗室裡實驗的操作與儀器操作方法等，它所呈現的是一個邏輯，單純著眼於眼前精緻化、流程化的一步接一步的背後，其實是由許許多多的原理構築而成的，而這些東西也從不該淪為「背誦」，當我們能了解背後的原理時，這一切才會逐漸成為直覺性的東西。

　　為何實驗步驟一定得如此？食品的製程一定得如此？背後牽扯的可能是成本、方便性等等的問題，當背後考量的種種都了解，步驟能夠改善、製程能夠改變，由此便活化了自身問題解決的能力並達到創新！

三、昇華所學獲得的附加價值

　　其他的效益，我認為是在這五年以來，慢慢發酵而成的吧！經過練習如何將科展研究內容化繁為簡、解釋數據和練習回答他人產生的疑問，精進自己製作報告時重點描述的能力，同時在口語表達上完整地詮釋自己的想法（見圖3），我想在經過獨自做出一份符合邏輯設計的科展後的這五年間，我都更有精進了。

　　由科展的歷練讓我體悟「知之為知之，不知為不知，是知也。」背後的意義。不管是系上或是通識課所需要製作的種種報告，方便的網路固然提供了我們豐沛知識來源的管道，但又有多少是二手資料或是不完全正確的呢？應該是完全地能夠知曉其背後的原理才能放上報告中。而各式課程用書裡的知識也是一樣的，字裡行間其實每個字詞都有意義，不懂的就應該及時發現並理解。面對自身的報告與所學，自己就是專業、自己就是最了解的人，不該囫圇吞棗的不知其所以然地接納知識。

　　回憶準備科展的那些日子裡，筆者曾經犯過不少次關於「common sense」的錯誤。想想過去那些錯誤，雖然現在的我不會再次地犯錯，然而這些「common sense」其實從不那麼的簡單，如同哲學家伏爾泰(Voltaire)曾說過的Common sense is not so common，科學性表達方式或呈現方法等對於科學研究而言是相當基本的能力，但我們卻很少會在教科書上給予學生實際操作與應用的機會，理所當然使得學生總會在研究過程中發生令人感到不可思議的錯誤，認真思考，這些應有的概念與知識不也是從過往的經驗當中慢慢累積與磨練出來的嗎？

　　可惜的是，教育現場往往不會對書面與口頭報告方式進行教導，試卷上一問一答的方式當中，無情地扼殺了學生的創造能力，灌輸年輕學子前人們多麼神奇地得到了羨煞人們的成就，卻從沒有人提醒，名人堂中那些著名的偉人，他們的成就也是由所有課本都會寫到的觀察方法、實驗模型建立步驟中慢慢奠基而成的。眾多的學生，在呈現自己的想法上，只能在一次又一次修正中慢慢尋找脈絡。事實上，逐步地從觀察、發現問題、思考、解釋問題的步驟進行統整，最後更進一步地讓自己的表達足以被接受，這才是一個完整的思考結構。但有多少學生是到正式的研究時才發現，實驗記錄本中那些表格的設計、計算的方式與公式都是應該由自己先想好要哪些數據後再依需求設計出來的呢？又有多少學生是到正式的研究時才會發現，甚至必須將實驗過程當中發生的各式大小情形都記錄下來，才能避免人為誤差的發生、檢視出系統誤差該如何修正呢？更別提藉由分析方法檢視系統誤差與解釋數據的步驟了。筆者也是在經過科展報告的撰寫與展示的過程當中，才慢慢習得這些技巧的，於是如今在後續的五年間，才能夠更加應用這些邏輯，因此我認為能夠盡早的讓學習者體驗獨自、或合作製作出一份符合邏輯的實驗是相當重要且愈早愈好的事情，這肯定能夠給予相當可觀的回饋。

　　對筆者來說，學習經驗對於自身的影響，這般昇華的作用是在未來的成長當中，不斷進行的一個動態的過程。提早擁有了在科展上的經驗，讓我在這五年裡受益許多，每一次嶄新知識的學習，對我來說變得更加的有趣，我會懂得去思考如此操作的意義、會去探究背後的原理，目的更是為了構想出此的操作該如何改善及還有多少方面的應用可能性。最直接的例子，正是迄今筆者仍會在課堂當中，靈光乍現對於當初的科展研究及現今所學的連結，撞擊出更多證明數據的方法或是獲得更多性質特徵的操作方式。我想這正是我們應該對於一個知識應有的態度，不僅僅是不斷地創新，更重要的是不盲目地盡信現有的資料或經驗束縛，由自己的雙手體驗學問的奧妙。

　　因此，基於上述對於科展能對於個人所產生的影響，筆者盼望在未來，我們能夠更早地讓學生接觸相關的體驗，讓他們對於自己的所學、知識理論的建構有更多自己的看法。

n 結語

        不知讀者您是否有經歷過發現問題、蒐集資訊、設計實驗、分析數據、撰寫成果等等的經驗呢？如果您有，您一定能夠體會筆者對科展族繁不及備載的感受有一定的認同吧！筆者有幸地能夠在五年前就接觸科展的訓練與相關學習，我想這不單是我個人的成就，而是在過程當中那些老師或是其他資源對於自己研究所進行的幫忙與協助。雖然筆者個人的體驗並不一定能夠呈現所有人可能獲得的啟發，但這些歷練確實影響到我個人自己，筆者在此能絕對能夠認同它所可以帶給學生啟發思考與解決問題的價值！事實上，我深深相信對於任何做過科學實驗的人來說，過程中付出與尋求答案的過程都是一段難忘的歷練，也無論是誰，都能夠藉由此段歷練，得到不同於讀書所能給予的價值。而今天的我，僅僅只是比較幸運在高中時就接觸了這方面的訓練與應用，於是我可以一個較早接觸者的角度，向各位分享這些年來科展對我的影響。雖然可能只是一隅之見，但我由衷期盼我所獲得的回饋能夠藉由分享給予更多沒有這樣體悟的朋友一些提點，甚至期待未來，可以由您來為我分享您的收穫！

n 致謝

        本文第一作者藉此機會感謝當時指導老師–鐘建坪與謝秉桓老師，在兩位老師的引導與提攜之下，對於科展活動的思考不是只有科學競賽，而是在歷程中學習提升自己批判思考與解決問題的能力。同時亦感謝臺灣師大化學系葉名倉教授在當時提供研究上所需設備的支持。

n 參考文獻

潘建彰、鐘建坪（2015）。提升國際觀—準大學生與NICE的邂逅。台灣化學教育，9。

     網址：http://chemed.chemistry.org.tw/?p=10303

Fitzroy, R. (1863). The weather book: A manual of practical meteorology. London: Longman, Green, Longman, Roberts, & Green.

Jong, J. P., Hsieh, P. H., & Pan, J. Z. (2014). Investigating the relationship between temperature and crystal growth of storm glass in high school laboratories. The Chemical Education Journal, 15(2), article 110. Retrial from：http://www.edu.utsunomiya-u.ac.jp/chem/v15n2/110Jong/Jong3112t.pdf

Mills, A. (2008). The chemical weather glass: composition and operation. Weather, 63 (6), 161-163.

液面上的華爾滋

清潔劑液面的彈跳現象

劉曉倩  

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心

[email protected]

Honey 會跳舞

黏滯性高的蜂蜜如果由適當高度流下，形成一細小的流動液柱，在流體接觸到平面時，常會自行螺旋捲曲成為中空圓柱狀的繩捲型態，稱為蜂蜜線捲（honey coil）或液體繩捲（rope coil）。這是個容易觀察、卻牽涉到力學與流體力學的複雜物理現象。繩捲現象的正式學術研究可以追溯至1958年，由巴恩斯（George Barnes）與伍德考克（Richard Woodcock）兩人首先發表「液體繩捲效應」 （Liquid Rope-Coil Effect） 一文， 其中提到流體看起來是繞著一個垂直於接觸平面的軸線旋轉，但是液體粒子本身其實並沒有繞著軸旋轉。兩人以力學的角度，針對此一現象作系統性的討論，發現從不同高度垂落而下的蜂蜜會折疊、堆積，形成各式各樣的「舞姿」，至於形成原因正有待我們去研究。（如圖1）。

         圖1： 蜂蜜繩捲現象（圖片來源：龍騰出版社）

清潔劑也跳華爾滋?

然而所有黏滯性高的液體都會有這種現象嗎？筆者的學生觀察到，把洗碗精的塑膠壓瓶壓頭打開拉高距離液面一段距離，成細流而下的洗碗精一開始也有繩捲纏繞現象，但接著底部會形小隆起，隨後出現一條束狀濺射，甚至彈跳半可達10公分之遠，如同跳華爾滋般華麗而壯觀。這些奇妙的現象激起我們高度的好奇心，於是上網查找資料及參閱書籍，得知此彈跳現象稱為「凱氏效應」（Kaye effect）。但是，是否每一種清潔劑都會有彈跳現象呢？

   圖2：常見的清潔劑結構（長鏈脂肪酸金屬鹽）（圖片來源：龍騰出版社）

界面活性劑的介紹

原理

界面活性劑主要是讓兩個互不相溶的接觸面，不再排斥彼此靠近的物質。人類最早使用的清潔劑為肥皂，又稱作長鏈脂肪酸金屬鹽（如圖2），如：硬脂酸鈉（C₁₇H₃₅COONa）及軟脂酸鈉（C₁₅H₃₁COONa）。現今常用的人工合成清潔劑組成則為長鏈烷基硫酸鹽類，如：正十二烷基硫酸鈉（C₁₁H₂₃CHOSO₃Na）， 以及長鏈烷苯磺酸鹽類（  R－C₆H₄－SO₃Na）， R＝－C₉H₁₉~－C₁₅H₃₁），如：正十二烷基苯磺酸鈉。

種類

生活中舉凡食品、藥品、肥皂、洗碗精、清潔劑、洗衣粉、洗髮精、潤絲精、沐浴精、化妝品、殺蟲劑都有界面活性劑的存在。依其在水中親水端的帶電性，大致可分為陰離子界面活性劑、陽離子界面活性劑、兩性離子界面活性劑、非離子界面活性劑，如表1所示。

表1  界面活性劑的種類與特性

液面彈跳現象揭密

「凱氏效應」是當液體（如清潔劑）在一定高度流下時，碰到下方堆積的液體，黏滯性迅速改變，亦即當液體落下過程，並沒有剪力作用因此黏滯性大，當接觸到下方液體時速度突然改變，因此流體內產生很大的剪力，黏滯性大為降低，而使液體彈跳出去（如圖3、圖4）。

 圖3：清潔劑滴下時液面彈跳現象

圖4：清潔劑滴下時液面先產生堆積，接著開始彈跳

彈跳現象發生的主因：黏度

液體不同部位相對運動時，所產生的內部阻力稱為黏度。黏度大小受物質之種類、濃度及溫度等因素影響。

定律表示。若液體流動行為不符合此定律，像是高濃度的膠體溶液及膠體形狀為非對稱或呈凝聚狀，屬於非牛頓流體。經由查閱資料得知，清潔劑多屬於非牛頓流體。

造成彈跳現象的另一因素：電導度

電導度（Electrical Conductivity， EC）的量測值是一重要指標，可用以代表水質、泥土或其他介質的相關性質。EC值的意義代表在一定體積內溶液內離子的導電能力，可移動且帶正負電的離子愈多，電阻就愈小，導電能力愈強，EC 值就愈高。由實驗結果推測，黏度是造成膠體形成的主因，在一定的黏度範圍內，彈跳範圍半徑隨清潔劑電導度值增加而增加，但若是黏滯性太高，則彈跳半徑就會縮短甚至不彈跳。

超級比一比：蜂蜜繩捲與清潔劑跳華爾滋的差異

蜂蜜只有繩捲現象，並不會像清潔劑產生液面彈跳，主因推測是黏滯性過高且電導度值較小；其他如黏滯性高的甘油（丙三醇）及膠水（聚乙烯醇）都沒有彈跳現象。

參考資料

1.液體繩捲，維基百科。2017年5月20日取自https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E6%B6%B2%E9%AB%94%E7%B9%A9%E6%8D%B2。

2. Ribe, N. M., Habibi, M., & Bonn, 著, 陳義裕 譯 (2014)。我的honey會跳舞！科學人，第146期。2017年5月20日取自http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=2396。

3.，Shaw, D. J. 著，張有義、郭蘭生編譯 (1997)。膠體及界面化學入門。台北縣：高立圖書有限公司出版。

4. 北原文雄，玉井康勝 著，賴耿陽譯 (1984)。界面活性劑應用實務，台南市：復漢出版社。

5. Budavari, S.主編, 薛春生譯 (1996)。化學化工大辭典–默克索引。台北市：中央圖書出版社出版。

6. Walker, J. 著，葉偉文 譯 (2012)。物理馬戲團。台北市：天下文化出版

7. 龍騰出版社 (2016)。化學搜查隊第十七期。新北市：龍騰出版社。