臺灣化學教育

思源科學創意大賽^Plus：
新竹女中教師評審經驗與學生參與心得（上）

楊樹基*、李念儒

國立新竹女子高級中學
*[email protected]

「思源科學創意大賽」與我（通訊作者）的因緣，開始於2002年的春天。記得在一個午後的掃地時間，兩個我任教的高二學生找我，告訴我週六在新竹中學有場科學競賽，她們希望我能擔任領隊老師。就這樣短短幾分鐘的對話，讓我一頭栽進了這個意義深遠的活動，而十二年就在不知不覺中轉眼流逝。

n  宗旨與特色

「思源科學創意大賽」是一個藉由「動手做」來體現科學原理與概念的比賽。這個比賽希望以「寓教於樂」的方式，喚起學生對科學的熱情，激發學生的創造力，並培養學生團隊合作的能力。誠如思源科技教育基金會現任董事長蘇朝琴教授所言，年輕人若想在激烈競爭的世代中脫穎而出，必須具備五項能力：科學力、創意力、統合力、實驗力與表達力。這些立足於未來的能力，其實正是參加科學創意大賽，所需要的能力。

n  以科學關卡的競賽方式

「思源科學創意大賽」的比賽內容，雖然屢有改變，但大體上其精髓是不變的。就以最初的此大賽來看，其競賽作品，係由八個科學關卡以及連接關卡與關卡間的骨牌所組成。科學關卡的內容，是由物理原理、化學原理與數學定理組成，學生必須設計出可以一氣呵成展示這些原理的裝置來。關卡與關卡之間以100片的骨牌銜接，老實說，排列這些骨牌是一項高難度的工作。這個競賽分為地區初賽、地區複賽與全國決賽三個階段。地區初賽與複賽，在四個區分頭進行。初賽的評審，以企劃書審查方式進行。由任教經驗豐富的高中老師群，針對企劃書的完整性、科學性、創意性以及可行性，進行評分。各區勝出的隊伍，進入以實作為主的地區複賽。地區複賽與全國決賽，先讓學生在現場花三到四個小時來布置他們的作品。展示時，每隊一位同學必須在現場解說關卡設計，並回答評審提問。評審團則以展示過程所呈現的流暢性、創意度與完成度，作為評比依據。

n  十二年的評審觀察

每次全國決賽後，該基金會根據比賽過程發現的問題，以及賽後老師與同學們的回饋意見，召開檢討會，找出具體的改進辦法，並在新年度的活動中加以落實。創意科學大賽就是在這樣的氛圍下，與時俱進。下面是快速的回顧十二年來，這個比賽的演變：

2002-2003年

全線有八個關卡，其中四個是基本關卡，四個為進階關卡。基本關卡所運用的科學原理，以基金會賽前的指定項目來組合。進階關卡的科學原理，則由學生自由發揮。關卡與關卡間以骨牌連接，且骨牌數至少為1000片。圖1即新竹實驗中學參賽隊伍C.P.M.參加2003「思源科技創意大賽」（註：這是最早的名稱）的關卡設計總圖，可看出八個關卡的連結方式。圖2～4分別為該隊第一關「焰色反應」（化學關）、第五關「液體爬竿賽」（物理關）、第八關「魔法調酒師」（化學關）。該隊表現極為突出，最後獲得全國決賽冠軍。經詢問指導老師施建輝，該隊隊名C.P.M.分別是「Chemistry、Physics、Mathematics」，可見當時還有數學關，化學「Chemistry」擺在第一，是對老師的敬重。

圖1：新竹實中參加2003大賽的八個關卡設計總圖

圖2：「焰色反應」關卡設計（化學關）

圖3：「液體爬竿賽」關卡設計（物理關）

圖4： 「魔法調酒師」關卡設計（化學關）

化學關卡說明：(一)「焰色反應」：其內容詳見本期專題報導之〈思源科學創意大賽^Plus從頭說起〉。(二)「魔法調酒師」：這是一個「香檳塔」的設計，每一層都會產生顏色變化。第一層是注入純水，水滿出酒杯後留到下一層；第二層分別裝有硫酸（A）、氫氧化鈉（B）及純水（C），而且各酒杯都加入廣用指示劑，呈現顏色分別為紅色、紫色及綠色。當第一層的純水注入後，液體滿出而流入第三層；第三層的酒杯因不等量的酸鹼混合而依次呈現紅、橙、黃、綠、藍、及紫的顏色，令人讚嘆。

2004年

取消基本關與進階關的區別。全線八個關卡中，至少有三個是物理關卡且至少有三個是化關卡。各關卡所運用的物理、化學原理，不再規範，完全由同學自行決定。關卡與關卡間的連接，限定至少有四處必須以骨牌連接，而非骨牌的連動機制，其動作至少要5秒以上。圖5即為非骨牌連結，

圖5：非骨牌連結

非骨牌連結說明：在塑膠盆內的白紙，事先以黃血鹽（K₄Fe(CN)₆）溶液寫著「HAPPY BIRTHDAY」，乾燥後看不到所寫的字，從上方流下的溶液是硝酸鐵溶液，兩者混合後，出現藍色普魯士藍（Fe₄[Fe(CN)₆]₃）的「HAPPY BIRTHDAY」字樣。其化學反應如式[1]所示：

4Fe³⁺(aq) + 3Fe(CN)₆⁴⁻(aq) → Fe₄[Fe(CN)₆]₃(s)    [1]

接著是非骨牌連結設計，很有巧思，用的是一段衛生紙卷的衛生紙！當塑膠盆內液體沾濕衛生紙，衛生紙因吸水而斷裂，連結到下一關。

2005年

將八個關卡簡化為四個關卡。四個關卡中至少有一個是物理主題的關卡，一個是化學主題的關卡。複賽與決賽，增加現場的PPT說明，以及每一關的DV播放。將關卡數大幅縮減的主要考量有二：一、希望能提高比賽進行時的流暢度；二、讓學生有足夠的時間來精緻化他們的作品。

2006年

首創主題競賽，並明訂參賽同學人數（限定4-6人）。關卡與關卡的連接，至少有一個為非骨牌連接，且時間差為5秒以上。若以骨牌連接，骨牌數減為100片以上。主題式的競賽實屬創舉。睽諸過去幾年的比賽，在同學們挖空心思、出奇制勝的努力下，每個關卡都有矚目的表現，但是關卡與關卡之間，總是缺少一種意象的連結。因此，今年的比賽，決定加入主題引導（這一年的主題是「驚喜」）。參賽隊伍根據這個主題，天馬行空的發想，將最能展現這個主題的意象，以四個關卡來展現。每個關卡都是主題故事的一部份，無形中這使作品產生一種生命力與想像力。這個重要的變革，為這個歷經四載的比賽，注入了新契機，而其成果自然是豐碩無比的。

2007-2009年

這三年的主題分別為「節慶」、「蛻變」、「我的家鄉」。透過不同的主題呈現，我們不單單看到孩子們的想像力，也看到了台灣未來的希望。

2010-2011年

主題分別為「飛翔」、「童心」。環保及節能設計正式列入評分，希望參賽作品能就地取材，以最小資源消耗，展現最佳的效果。

2012年

本年主題為「明日世界」。這一年最值得一書的大事，是台灣多媒體創意教學協會，主動與基金會接觸，願意為決賽提供無償的轉播與錄影。在台灣多媒體創意教學協會的協助下，這個比賽的細節能更圓滿的呈現，除了現場展示的即時轉播，在決賽舞台上，增加比賽同學的訪問，讓全程沒有冷場（見圖6）。

圖6：關卡進行與現場轉播

2013年

本年主題為「故事」。這一年，該基金會的母公司另有計畫，決定將這個十二年的創意大賽，在決賽後劃下句點。這個突然的決定，讓所有曾經參與過這個比賽的老師與學生同感震驚。我在初聞此訊息時，也甚感扼腕，感嘆在升學主義瀰漫的大環境下，學生又少了一種選擇，社會又少了一股清流。就在一切既成定局時，幸賴該基金會董事長蘇朝琴教授多方奔走，最終為這個活動留下了一線生機，「財團法人交大思源基金會」表達出支持的意願，才讓這個活動可以繼續為台灣的科學教育繼續奮鬥。由於這段奇蹟式的重生過程，實在出人意表，因此，2014年的競賽主題就是「Surprise」，浴火重生後的競賽，也更名為「思源科學創意大賽^plus」（見圖7）。

圖7：進入「思源科學創意大賽^plus」的時代，右圖致詞者為交大思源基金會吳廣義董事長

我與所有多年參與這個活動的伙伴們，對所有支持這個活動的朋友們，心存無比的感謝。相信在你們的熱情支持下，未來會有更多的老師與學生加入我們的行列，有更多莘莘學子，會在這個活動中找到自信，成就未來。

n  評審後記

一位曾經參加過這個比賽的學生，在畢業時給我一封信。信中提到，她從小到大雖然經歷好些寒暑假，但多半是渾渾噩噩的度過，唯獨參加「思源科學創意大賽」的那個忙得不亦樂乎的暑假，是她收穫最多也最難忘的暑假。我自己的兩個孩子，也曾先後參加這個比賽，經過多年，他們更為肯定這個活動對他們的造成的影響。我想這個活動不只是一個普通的科學競賽而已，多年來，我看到許多對自己沒有信心的孩子，在這個比賽中找到了自我，看到了自己的長處，對未來也充滿著一種期待。這個比賽從準備企劃書到決賽結束，前後歷時三個月，這個過程是毅力與耐力的考驗，也是團體合作的磨練。孩子經過這個考驗後，會變得更成熟，而溝通能力也更好了。

 

〔續〈新竹女中教師評審經驗與學生參與心得（下）〉〕

思源科學創意大賽^Plus：
新竹女中教師評審經驗與學生參與心得（下）

楊樹基*、李念儒

國立新竹女子高級中學
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〔承〈新竹女中教師評審經驗與學生參與心得（上）〉〕

n  學生參加大賽

2014年，我（第二作者）服務的新竹女中也組隊參加「思源科學創意大賽^plus」，並一路晉級到決賽。關卡設計的主題為Surprise，有四個關卡，第一關：瑪莉歐世界（故事的開端）（物理），第二關：瑪莉歐世界（故事的開端）（化學），第三關：奇遇桃花源之驚豔（世外仙境）（化學），第四關：怪博士的神奇實驗室（邪惡之窟）（物理），如圖8所示，四關關卡設計圖，如圖9所示。

圖8：四關關卡名稱

圖9：四關關卡設計圖

一、  主題說明

瑪莉歐，明年就要滿30歲的”熟男”，是許多人的回憶。他曾穿梭於紅白機，跳躍於格鬥遊戲，在賽車遊戲中奔馳……如今，三十年後，科技蓬勃的今天，他又要到哪裡去冒險呢？

第一關卡：瑪莉歐世界（故事的開端）—「風平浪靜，忽起老龍吟。」

一個風和日麗的早晨，瑪莉歐一如往常地玩耍著，忽然，天上一隻大鳥俯衝而下，低空飛過瑪莉歐頭頂時，丟下一封信，這時遠處也傳來一陣邪惡的咆哮聲，原來是公主被綁架了！因此，瑪莉歐決定展開了拯救之路，救回美麗的公主。翻過險峻的高山，瑪莉歐來到一片汪洋大海前，但是浪實在是太大了，轉了個彎，瑪莉歐來到一條小巷之中，眼前突然出現黑洞，正想逃跑時，卻敵不過黑洞的吸力而被吞噬。瑪莉歐跌出黑洞後，幸運的發現自己全身毫髮無傷，而就在此時，前方出現了一隻小怪物，瑪莉歐趕緊跳起來給了他一腳，自己卻隨之飛入了神祕的迷宮，費盡千辛萬苦，瑪莉歐終於成功從迷宮逃脫。搭上小船渡河後，瑪莉歐進入了一綠色傳送筒，來到下一個關卡，勇敢地迎向困難重重的冒險之旅。

第二關卡：燃燒希冀之瞳（神秘的火口）—「風吹塵起，地生不火之煙。」

通過黑漆漆的傳送筒後，瑪莉歐來到了火之國，突然之間，他感覺劇熱傳遍全身，一睜眼，眼前只有火龍的血盆大口，他就這樣被吞了下去，沒過多久，他又從巨龍的尾巴被噴射出來。火焰也隨之噴發了起來，火焰燒呀燒的瀰漫了整個天際，忽然「碰」一聲火山也跟著爆發了，火山口流出了岩漿，為了活命，瑪莉歐拚命的向前跑上一座小山丘。一炬明亮的火燭映入眼底，抬頭一看，赫然發現一個「火」字，自古以來，火之國是不許外人進入的，一道念頭映上心頭，瑪莉歐驚慌的開始尋找出口，但又哪裡會有出口，不要說是出口，就是連入口都再也找不著了。只見天空流星不斷的閃耀，不，流星是不會閃耀的，那肯定是火，是火，瑪莉歐看見一整排的火焰，有藍、有橘、有黛、有赭、有青，儼然是古代聖皇邊的聖火，但此時卻又帶點日月明教的詭譎。瑪莉歐突然發現了另一個綠色傳送管，興奮之際，管子卻噴出了奇怪的紅色漿體，一切是如此的虛無飄渺，瑪莉歐跳上停在路邊的賽車開始急馳，沿途撞倒了三根火炷，奇蹟似的出現五彩震盪，瑪莉歐愣愣地看著眼前的景象，突然眼前一黑，失去了意識。

第三關卡：奇遇桃花源之驚豔（世外仙境）—「漁舟逐水愛山春，兩岸桃花夾古津。」

瑪莉歐醒來後，發現自己正乘著船，漂流到隱密的森林旁，穿越樹林，眼前出現一個洞穴，一走進去，便進入像是桃花源一般的世界。但那裏的居民似乎遇到一場劫難，村落彷彿被龍捲風侵襲一般，就在納悶的同時，瑪莉歐驚喜地發現公主就在不遠處，他立刻拋下心中的雜念，朝公主飛奔而去，千算萬算沒想到，公主竟是惡龍假扮而成的，當瑪莉歐一靠近，惡龍便現出原形，他還發現惡龍身後的牢籠裡關著當地的居民。瑪莉歐靠著智慧打敗了惡龍，並救出村內的居民。此時前前方突然出現巨大的藤蔓，瑪莉歐便順著藤蔓往上爬。原以為只要打倒惡龍，就可以輕而

易舉地救出公主，但他萬萬沒想到，惡龍早已在實驗室中設下重重的難關。

第四關卡：怪博士的神奇實驗室（邪惡之窟）—「山重水盡疑無路，驀然抬頭一隻虹」

費盡千辛萬苦，瑪莉歐終於來到了怪博士的奇妙實驗室，不得不說，這裡真是個詭異至極的地方。一不留神，瑪莉歐居然踩空了，好死不死他又啟動了一個巨大的開關，如天一般高的機器瞬間運作了起來，不一會兒，實驗室內伸手不見五指。忽然，一道光閃過，一支支燭臺接連燃燒了起來，天花板上盤旋的蛇也開始轉呀轉的，同一時間，一根根尖銳至極的釘子也落了下來，瑪莉歐連忙飛也似的逃離。搭著電車，一路下滑，兩排的燈泡接連亮了起來，接著更是出現了「Winner」的字樣，彷彿在告訴瑪莉歐，他才是永遠的贏家。搭著五彩繽紛的纜車向上移動，一陣天搖地動，纜車翻車了，瑪莉歐滾了出來，撞倒了不少東西，最後不幸的滾落高樓，緩緩的走著，瑪莉歐來到了四色河的河畔邊，渡橋之際，天上突然砸下了無數的箱子。

為了拯救心愛的公主，定了定神，瑪莉歐抱著重傷的身子又開始拚命的向前跑，終於，雨過天晴，耳邊響起一陣美妙動聽的音樂，不一會兒，天邊的彩虹瀑布也隨之映入眼簾，伴隨著瀑布，絢麗的彩虹花也緩緩升起，然而，最令瑪莉歐驚喜的是，他心愛公主就站在那朵彩虹花邊。

二、  化學關卡設計與說明

（一）關卡設計

下面是參加「思源科學創意大賽^plus」的第二關卡：孑然怒火—燃燒希冀之瞳（化學）的設計，如圖10所示。

圖10：第二關卡：孑然怒火—燃燒希冀之瞳（化學）

（二）關卡說明

A.        氧化還原反應

黃色骨牌倒下，撞擊鋼珠，鋼珠撞倒甘油，甘油流入裝有過錳酸鉀的容器中，起火燃燒。此為氧化還原反應，如式[2]所示。

14KMnO₄(s) + 4C₃H₅(OH)₃(l) → 7K₂CO₃(s) + 7Mn₂O₃(s) + 5CO₂(g) + 16H₂O(l) + 熱    [2]

B.         熱分解反應和氧化還原反應

火延著綿線燃燒至裝有重鉻酸銨的容器中，重鉻酸銨氧化自我燃燒，綠色的氧化鉻噴出，使瓶上乒乓球滑落，此為熱分解反應，亦為氧化還原反應，如式[3]所示。

(NH₄)₂Cr₂O₇(s) → Cr₂O₃(s) + N₂(g) + 4H₂O(g)    [3]

C.         熱分解反應

乒乓球撞倒骨牌，骨牌沿階梯上樓，撞到蠟燭，使硝酸鉀熱分解，「火」字出現。其反應，如式[4]所示。

2KNO₃(s) → 2KNO₂(s)+ O₂(g)    [4]

D.        焰色和催化反應

火延綿線燃燒，引燃仙女棒，使裝有乙醇助燃的碳酸鈉燃燒，產生黃色火焰。然後，火將上方的棉線燒斷，碳酸鈉和碘化鉀掉落裝有洗碗精、雙氧水和食用色素的容器中，產生巨大泡沫，此為催化反應，如式[5]所示。泡沫壓倒擋板，擋板擊落乾冰，乾冰落水，快速昇華，產生氣泡而使水逸出。

2H₂O₂(aq) →H₂O(aq) + O₂(g)    [5]

E.         震盪反應

水灑落使下方創意骨牌倒下，推動玩具車，並撞倒蠟燭使棉線燃燒，棉線斷裂使重物落下，雙氧水落入瓶中，產生震盪反應，如式[6]所示。同時重物落下，推倒骨牌，紅色骨牌倒下，關卡結束。

2H⁺(aq) + 2CH₂(COOH)₂(aq) + 2BrO₃⁻(aq) → 2BrCH(COOH)₂(aq) + 2CO₂(g) + 4H₂O(l)    [6]

在化學課本看到的文字：「過錳酸鉀是強氧化劑」，學生在此關中設計過錳酸鉀與甘油混合，甘油被氧化力甚強的過錳酸鉀氧化並放熱，引起甘油燃燒，藉此展開本關要闡述的「孑然怒火—燃燒希冀之瞳」。火焰延燒至重鉻酸銨，造成重鉻酸銨的分解並出現火山爆發的景象，噴發出來的氣體，推動錐形瓶上方的乒乓球並啟動分析化學常用的方法：「焰色反應」，同時硝酸鉀的受熱分解，在紙上進行火畫，讓與本關主題有密切關係的「火」字出現。緊接著出現的「大象牙膏」、「震盪反應」兩實驗，象徵主角瑪莉歐的心情。

學生將上課看不到或是只能在書上看到的實驗付諸實現，充分發揮她們的創意，也呈現精采的成果。

n  學生心得和感想

我（通訊作者除外）認為，每一次的經歷都會給予我們寶貴的經驗，成長是必然的。參加「思源科學創意大賽」，讓我收穫了許多，也成長了許多。

挑戰自己

還記得老師向我們介紹此項賽事時，我的眼神都在發光，我還是第一次得知有如此有趣的比賽。後來我又自己花時間觀看歷屆的決賽影片，參賽隊伍的各種新奇的設計點子，深深地觸動了我，我當下就下定決心，一定要參加，去挑戰自己的創意和實踐能力的極限。

準備書面報告真的是一件非常辛苦的事。我們的故事是先訂好一個大方向，各關的負責人再想自己那關的細節。儘管只是故事的內容而已，我就折騰了一番，人家都說雙魚座是最愛幻想的星座，所以我的想像力應該不差，但事實並非如此，要想出有創意又充滿驚奇的故事，對我來說卻是一個大難題。接下來的關卡設計也讓我煩惱了好幾天，我不停地搜索腦內的資料，將有關於化學反應的記憶翻了一遍又一遍，甚至還上網去找尋，放學後的時間幾乎都用在書寫報告上。當零碎的資料拼貼成一幅完整的畫作時，我才發現，原來我想在高中實現的夢這麼偉大。

脫穎而出

當得知我們從眾多的隊伍中脫穎而出，喜悅湧上心頭。一想到我們的想法被認同，心裡也跟著得意起來，但被認同也意味著必須抱持著覺悟的心情，和挑戰來一場正面對決，我將我的暑假全數奉獻給這場戰役，我也因此擁有一個最充實的暑假。

在製作過程中，遇到瓶頸是家常便飯，此時就可以借助隊友和老師的力量，但我總是想獨自解決這種「小問題」，下場就是進度落後，必須加班趕工，才勉強能趕上隊友的進度。我在一次無可奈何之下，尋求了隊友的協助，沒想到，我煩惱好久的問題，才不一會兒的功夫，他就想出解決之道。我頓時領悟，在我眼中的一道高牆，在他人眼裡，或許只是一道門檻，只需要一小步，就可以跨越。之後我只要遇到困難，都不再一個人逞強，懂得何謂團隊合作。

欣賞他人

一個團隊裡，每個人對於事務的見解都不盡相同，爭執是難免的，我和另一個隊友就常常會為了芝麻小事而吵架，吵架的次數多了，就會互看不順眼，甚至到了冷戰的地步，尤其是在比賽前夕，大家的神經都很緊繃，心情特別煩燥，只要受到一點刺激，心中的火山就會立刻爆發。但比完賽後，之前所發生的不愉快，像是完全沒發生過，彼此之間的感情反而更加深厚，這或許就是這項比賽的奇妙之處。

在參賽過程中，我學會團隊合作，也發現了自己的不足，讓我更加努力學習。要欣賞自己，使自己能夠表現的更好，也要欣賞他人，學習他人的長處。看到其他學校的展示，我就告誡自己：不要被自我感覺良好所蒙蔽，一山還有一山高，自己還有許多要學習的地方。

精彩一頁

思源賜予我一個夢，是老師和隊友協助我實現這個夢。能夠得到好的成績，都要感謝隊友的努力和付出，以及老師不時的提點，也給予我們生理上和精神上的支持，他們幫我在高中生活化上精彩的一頁。圖11為我們隊伍於全國決賽時，現場播報相片；圖12為我們參賽的關卡佈置。

圖11：新竹女中學生在全國決賽現場播報

圖12：新竹女中在全國決賽現場的關卡佈置

 

思源科學創意大賽^Plus：
興國中學的翻轉學習（上）

楊仁文*、吳囿瑩、蔡秦瑛

財團法人臺南市興國高級中學
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n  緣起

我（通訊作者）從事教育工作的第一年便開始了與科學競賽的緣份，並從此不曾間斷。期間指導學生參加過許許多多的比賽，大部分的時間都沉浸在科學展覽、遠哲科學趣味競賽、化學闖關及化學能力競賽等等的領域中，直到2004年的夏天，才與「思源科學創意大賽」有了一面之緣，但僅是淡淡的一面之緣，多年後，2012年的春天，六位充滿自信的高一學生，突然出現在我眼前，滿臉笑容的班長開口說：『老師我們想參加「思源科學創意大賽」，請您指導我們..』，就這樣重新開啟與「思源科學創意大賽」的緣分，但這次不再是短暫的邂逅，而是與學生們共同創造了一個汗水、淚水及情感交織的暑假，也是一個重建學習架構及態度的暑假。

「思源科學創意大賽」的特別之處，在其比賽內容和賽程的設計，其中競賽內容包括用企畫書呈現的初賽、以主題情境和關卡原理實作呈現的複賽、以及涵蓋原理解說、多媒體製作和精緻關卡實作呈現的全國決賽，這樣的比賽內容設計，給予參賽團隊多元能力的考驗。因此參賽者除了須展現個人能力外，團隊的分工合作及解決問題的能力也變成影響成敗的重要因素，除此之外，競賽時程的設計，恰好給了參賽團隊緊湊但卻足夠的時間來訓練及調整，這段不算長的時間，卻足以翻轉學生對學習的刻板印象，不但能使學以致用的能力得以萌芽，也增長了面對挫折和解決問題的能力。

n  挫折與茁壯

回顧2012、2013及2014這三年的比賽，對每一屆的參賽學生都是一個充滿新鮮、期待、挑戰和成長的暑假。事情似乎都是這樣開始的，學生天馬行空的將科學原理應用到自以為可以運作的機關上，然後，一次又一次的被指導老師退件，而後修正，再退件，再修正，最後，可以呈現主題的高可行性關卡終於誕生。接著，學生開始拿起鋸子和木頭，卻發現雙手做的和腦袋想的總是有落差，才領悟到理論和應用間的距離，然後問題和打擊會像海浪般的接踵而至，每個參賽者開始懷疑，自己的能力是否足以完成如此複雜和高精密度的作品，也動搖了自己當初天真的雄心壯志……，似乎一切的不如意都在此時降臨。這時候就是指導老師的好機會，要當學生的燈塔、大樹及中流砥柱，這也正是翻轉學習的好時機，趁機教導面對問題和解決問題的態度與方法，同時強調分工及合作的重要性，並且有計畫的提升團隊效率和工作標準，一段時間後，能力、自信和正向情緒會漸漸提升，工作室原本的愁雲慘霧也隨之散去，取而代之的是，自信、歡笑聲以及更高的自我要求和工作效率，這正是我們教育孩子時渴望看見的成長。

主辦單位考驗參賽隊伍的創造力，在競賽規則中有一個特別的規定：「至少有一個關卡與關卡之間的連結不得使用骨牌，而且從完成上一關卡至啟動下一關卡，此一連結設計需至少歷時5秒以上才算成功」。這項規定是一大挑戰，由於5秒以上的規定更升高設計的困難度。本校「曼哈頓橡樹林」由兩位學生負責設計這個連結。兩位負責的同學決定以槓桿原理與換球概念完成這個設計。圖1是現場拍的一張相片，說明學生不使用骨牌關卡連結的的製作過。

圖1：不使用骨牌的關卡連結

圖1的右方骨牌掉進塑膠燒杯，木製槓桿右方變重而失去平衡，以順時針方向旋轉，槓桿左方向上升並利用綁住的線拉起下方軌道，軌道中的鋼珠滾動掉入下一個紙製容器。再進行一連串的槓桿轉動與換珠。最後，鋼珠帶入彈珠台進入下一關。為配合節能減碳，以在工藝教室找到的廢木料進行裁切。測試過程，必須考量槓桿旋轉時是否能拉起左方軌道，因此材料與配重是重要的考慮因素。經過一週的努力，終於完成這項頗具挑戰性的「無骨牌之關卡連結」。製作過程，兩位學生不斷討論、測試，在合作無間的態度下完成任務。

從事教育工作至今二十年，我的專業是國中理化和高中化學的教學，雖然在授課的課堂上，我常常將實驗、科玩和多媒體教學融入課程中，讓同學能近距離且更具體的瞭解課程所要傳達的內容，然而，課堂上畢竟講述多於實作，紙筆測驗多於實作演練，這樣的方式對於學生在科學領域的學習上似乎仍不夠具體，那怎樣才是具體的科學教育呢？「思源科學創意大賽」給了最好的答案。一個故事主題、兩個科學領域、四道關卡，組成一個講究完美的人文和科學作品，從平面的理論設計到立體的實作應用，過程還包括了團隊分工、合作解決問題的訓練，以及解說關卡原理和多媒體製作的挑戰，換言之，就是訓練一個團隊將所學的知識具體的應用至實作，然後透過清楚的表達，讓他人了解這個作品想呈現的內涵和特色，這不就是我們想要教給孩子的能力嗎？因此，參賽者和指導老師雖然都投入了額外的時間和精神，但有這樣的成長，一切都非常值得。由衷的感謝舉辦「思源科學創意大賽」的所有推手，謝謝你們為落實基礎科學教育所做的一切，也期待有更多的教育工作夥伴，一起加入這個行列，體驗、散播基礎科學教育的種子，讓孩子們所學的科學知識動起來。

n  得獎作品

在學生的努力下，2014年是豐收的一年，我和張乃文老師指導的兩隊伍榮獲「思源科學創意大賽^Plus」佳績，（一）隊名為「LFC大型水果對撞機」，參賽學生吳囿瑩等六位同學，榮獲2014全國決賽金牌獎；（二）隊名為「曼哈頓橡樹林」，參賽學生蔡秦瑛等六位同學，榮獲2014全國決賽銀牌獎。

以下描述「LFC大型水果對撞機」和「曼哈頓橡樹林」的各關卡並詳細說明其化學原理和概念，以及描述參與學生的心路歷程和心得。

 

〔續〈興國中學的翻轉學習（中）〉〕

思源科學創意大賽^Plus：
興國中學的翻轉學習（中）

楊仁文*、吳囿瑩、蔡秦瑛

財團法人臺南市興國高級中學
*[email protected]

〔承〈興國中學的翻轉學習（上）〉〕

n  榮獲金牌的關卡

榮獲金牌的「LFC大型水果對撞機」關卡設計（主題：Surprise）有四個關卡，第一關：誤入桃花仙人境（化學），第二關：村人見吾乃大驚（化學），第三關：設酒殺雞喜相迎（物理），第四關：至此乏人來問津（物理），如圖2所示，關卡設計圖見圖3。

圖2：四關關卡名稱

圖3：四關關卡設計圖

A.    主題說明

(1)   誤入桃花仙人境（化學）

嚴峰遭公司開除（保力龍球射出）後，失意之下，他打算歸隱，於是他就乘著小舟，溯其源流，途中天色劇變、驚濤駭浪，墜入漩渦（化學噴泉），失去意識。彷彿過了許久，四周不絕於耳的蟲聲將他叫醒。朦朧中，抬頭一望，只見石中（驚喜球）蹦出一塊匾額（卷軸），上方書寫著四個標楷大字—「桃花仙境」。

(2)   村人見吾乃大驚（化學）

尋其前方光源前進，道路四周棲息著大量稀奇古怪的動植物，好奇之下，它觸碰一顆球型植物，出乎意料的事—警報燈亮起（雙縮脲反應），一道光束（廷得耳效應）擊中他的臉，眼前一位講著滿口方言的土著，拿著光數槍朝他威嚇，彷彿膽卻又怕生，經嚴峰耐心的解釋下，土著敞開心房（偏光片顏色轉化），轉而邀請它乘著從天而下的怪鳥，飛入土著的部落。

(3)   設酒殺雞喜相迎（物理）

進入部落後，嚴峯發現村人正忙碌準備（三角車裝置）酋長的一百二十大壽，和慶祝豐年的宴席，席間村人把它當作老友看待，替它倒酒（L型鐵杆）、夾菜，一旁樂手譜出的生日快樂歌不絕於耳，村人們隨著音樂起舞（螺紋裝置），這樣快樂的氣氛使嚴峰原本失意的生日也變得燦爛無比，最後慶典就在大家的歌聲下完美落幕（音樂盒）。

(4)   至此乏人來問津（物理）

待到離別之時，嚴峰便打下要與世人分享此仙境的念頭，當他打著這個念頭前進時，仙境之路彷彿為了阻止自身存在被發現而使道路崎嶇起來，警告嚴峰打消念頭，船身遭到擊毀（纜車撞擊使小車滑出），他只好乘著救生船繼續前進，途中卻又遭到更嚴苛的環境挑戰，彎曲的山路（山形軌道）、翻滾的亂石（槌子）、跌入山谷。就在他不知倒地時，他開始反省自己的自私，彷彿了解了他的心意，先竟轉而平和，並將他從谷底救起（雙錐體上升），天色已晚，星空也特別璀璨（螢光蛇擺）。這時仙境突然颳起了一陣怪風（空氣砲），將他吹離仙境，再一次從昏迷中甦醒，日光對著他，雖然忘了仙境的種種，卻得到了一股說不出的勇氣。

這或許只是一次驚喜的冒險，但是醒來後真正存在的是從中所學到的一切！

B.     化學關卡說明

(1)   誤入桃花仙人境

圖4：「誤入桃花仙人境」關卡設計圖

手動擠壓內含氫氧化鈉之針筒，使之進入內含二氧化碳之密閉箱，使其產生負壓，將碳酸氫鈉溶液通過自製逆止閥吸入密閉箱內與二氧化碳和電石反應生成碳酸鈣沉澱與乙炔氣體。因自製逆止閥的封閉，乙炔氣體將保麗龍球推出，推倒黃骨牌，第一關開始。黃骨牌推倒鐵球，使之滾下斜面，壓動簧片，形成通路，使馬達收線，啟動槓桿，鐵球下落至內含針筒之管子中，使小油滴和水擠出至內含氨氣之燒瓶內，氨氣大量溶於水，產生負壓，使水和酚酞被吸進燒瓶中，進而使酚酞變為粉紅色。同時，因水和酚酞指示劑減少，啟動槓桿。槓桿啟動，使球落下至啟動驚喜球之容器中，驚喜球開啟，使其內含之捲軸拉開，同時，裝有澱粉的小包落下，掉入充滿碘液的水槽，使之呈現藍黑色。驚喜球開啟的同時撞擊一旁鐵球，使之落下斜面，球滾入容器，撞擊支撐裝有砝碼的蓋子的支撐桿，而支撐桿內裝有碘化鉀，被撞擊後，碘化鉀落入雙氧水和清潔劑中，產生大量泡沫，推出自備之骨牌，撞擊鐵球滑下斜坡，撞擊紅骨牌和其後100張骨牌，第一關結束。

本關卡涉及的原理和概念有：NaOH吸收CO₂、自製逆止閥、簡單電路、化學噴泉、指示劑變色、電磁鐵、電解質導電、大象牙膏；涉及的反應如式[1]和[2]所示：

2NaOH(aq) + CO₂(g) → Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)             [1]

CaC₂(s) + 2H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + C₂H₂(g)       

2NaHCO₃(aq) + Ca(OH)₂(aq) → CaCO₃(s) + Na₂CO₃(aq) + 2H₂O(l)   

2H₂O₂(aq)  → 2H₂O(l) + O₂ (g)                         [2]

(2)   村人見吾乃大驚

 

圖5：「村人見吾乃大驚」關卡設計圖

100張骨牌倒下，壓倒第三關開始的黃骨牌，第三關開始。黃骨牌啟動小型的槓桿裝置，使砝碼落下，啟動針刺裝置，使裝有氫氧化鈉的氣球破裂。氫氧化鈉與硫酸銅和蛋白質液反應，使顏色由藍色變紫色，氣球破裂，使其上槓桿啟動，拉動原本躺平的鹽橋，使鋅銅電池通電，LED燈亮起，啟動光敏電阻，進而啟動機器人。而鹽橋槓桿啟動的同時，刺破其下裝有粉末的氣球，使粉末散出，進而使雷射光路徑顯現。機器人啟動，使球滑下斜面，再使膠卷下落，拉起活動蓋，破壞原本不平衡的連通管，使連通管內之雙氧水流入裝有KI 和澱粉的塑膠袋，產生氧氣，使線香抬升。線香抬升，使棉線燒斷。棉線燒斷，使以橡皮筋固定的針筒向前噴出橘子皮擠出的汁液，使氣球爆裂，砝碼落下拉動以表面張力儲存水的杯子，使液體流出，轉動水車，使電極因接觸電解質而通電。通電後，電磁鐵與磁鐵相斥，使黏有磁鐵且裝有碳酸鈣的塑膠袋落下，與其旁裝有鹽酸之容器因虹吸現象混合，產生二氧化碳，使黏有軌道的塑膠袋膨脹，球由軌道滑下，撞擊L型桿，使曼陀珠落入裝有可樂的容器中，產生大量氣泡，推出小球，撞倒裝有硫代硫酸鈉和氫氧化納的杯子，將其倒入裝有過錳酸鉀的容器中，容器增重，啟動滑輪，使包著鋁箔的球因底板的上升，越過障礙。落入設有電極的容器，形成通路，使風扇小車前駛，撞倒黃骨牌，第二關結束。

本關卡涉及的原理和概念有：雙縮脲反應、廷得耳效應、鋅銅電池、光敏電阻、表面張力、橘皮酸溶破汽球皮、電解質導電、奈米偏光片、曼陀珠+可樂（成核作用）；涉及的反應如式[3]～[5]所示：

2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g)    [3]

CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CO₂(g) + CaCl₂(aq) + H₂O(l)    [4]

8MnO₄⁻(aq) + 10OH⁻(aq) + S₂O₃²⁻(aq) → 8MnO₄²⁻(aq) + 5H₂O(l) + 2SO₄²⁻(aq)    [5]

n  榮獲金牌學生的心得

參加「思源科學創意大賽^Plus」是我（第二作者）一個很奇特的經驗，包括從立志拿金牌，後來比賽得金牌，到最近上了全國教師研習的台上說：「我是金牌！」，就連會參加這個比賽的開始也是奇妙的過程。

當初在四月初時，「思源科學創意大賽」要開始報名了，我們隊長就來問我要不要參加？我回說：「如果有缺人再找我吧！」一個月過去了，在報名截止前三星期時（報名要加設計圖），我問隊長：「你們湊齊人數了嗎?」，隊長很灑脫的回了一句：「你就是一號隊員了」；又一星期後，隊長來跟我說隊友已經齊全了，我驚訝了一下，仔細詢問下才發現原來我的隊友們來路都不小，有隊長在路上拐來的、火車上騙來的、社團課招來的？！經過千辛萬苦的尋人後加著更是展開奇幻的旅程。

在整個比賽中沒有一次不驚險的，對於能夠撐到決賽都深覺不可思議，整個比賽分成三階段，初賽（交稿），複賽，決賽；我們一路順遂的讓我驚訝，再交稿前一星期隊長撂狠話要我們快交稿，到了下星期一卻連一篇完整的設計圖都沒有，老師這時便說了：「再不交稿就不用比了」，結果經全組商量我和隊長兩人分別設計化學和物理兩關，兩人便含著淚在一晚內完成，後來我的稿意外的快速通過，但苦命的隊長卻連連卡關，屢交屢退，就這樣我們的時間終於剩下兩天了，隊長懷著忐忑的心交上他的心血，終於通關，但沒開心太久，我和隊長兩人就被老師叫去重畫圖，我們就在最後一天的截止時間內壓哨送出。

初賽結束後進入複賽，我們開始了忙碌的實作，第一天老師便出了難題，要我們一天內新作出第一關的第一部分，當天下午大致是完成了50%，但還是未達標準，這是我實做的第一課，機關的成功率需達90%以上，且要兼具外觀；有了前面的經驗後我們採取分工合作的方式，分三小組同時進行，老師要求於前兩星期內有雛形出現，很幸運的我和隊友A的物理部分很快地接近尾聲，化學第一關的進度也緊追在後，惟隊長的化學第二關落後，雖說可以動但卻不具美觀，隊長就首次懷著鬱悶的心放了四天連假，放完假後時間飛快，到了比賽前二星期，所有機關進入微調，但隊長的第二關卻遲遲不肯和體（高度不合），我在這時又突然領悟到了一件事，做機關時的大局觀和精準度同可用性一樣重要，好險在最後一星期大學學長和高三學長強力救援，老師便打了一通電話說：「柚子，你之前不是提議要更換第二關嗎？那更新吧！！！」，就這樣抱著痛苦的隊長和欣喜的我一同把它拆了，在隊長艱難的表情中我又學到了一課，為了團隊著想，就算是自己的作品也要含笑拆了。倒數三天全關卡完成，我們便再來學校、測試、回家、失眠的輪迴中到複賽得到第三名，關卡在演示時停掉，心臟也差點停掉，驚慌後的麻木從領獎一直持續到回家的隔天。

到了決賽準備期，我們又進入了測試的輪迴當中，要盡可能地找出錯誤和機關的不穩定處，其中第一關的氨氣噴泉是最嚴重的機關不穩，而身兼機動大隊和骨牌手的隊長，他總是以身作則，以神農氏嚐百草的精神觸發人為疏失，這時我又學到了一課，人的精準度，與機器相同重要，進入決賽當天，我們帶著凝重的心與沉重的眼皮踏進了決賽會場，經二小時的準備期間，克服了電線生鏽，機關裂開等問題後進入了展示時間；等待中看見了來自各校的機關，有著實的震撼到全國的壓力，在不安的一小時等候後，輪到我們演示，最後二分鐘時，台上正解說的起興，就連還未啟動的機關也跟著反應起來，這時我學到了最後一課，面對問題冷靜處裡，迅速解決，在隊友的協助下以無接縫的手法卡住機關，就在快速的兩分零三秒內通關無誤，又一次有驚無險且高興到麻木的上台領獎、報告後，愉快且俐落完美的結束思源科學創意大賽。

對於無意間參加了如此有教育意義的競賽，無疑的在我人生的旅程中增加了一段奇幻之旅，這段期間學到的觀念和面對問題態度，一定是我往後的學習路上的好幫手，希望將來有更多的人也能親身感受一下「思源科學創意大賽^Plus」的奇幻旅程。

 

〔續〈興國中學的翻轉學習（下）〉〕

思源科學創意大賽^Plus：
興國中學的翻轉學習（下）

楊仁文*、吳囿瑩、蔡秦瑛

財團法人臺南市興國高級中學
*[email protected]

〔承〈興國中學的翻轉學習（中）〉〕

n  榮獲銀牌的關卡

榮獲銀牌的「曼哈頓橡樹林」關卡設計（主題：Surprise）有四個關卡，第一關：聖誕跨年驚喜樂（物理），第二關：五彩繽紛驚奇趣（化學），第三關：出乎意料驚采奧運（物理），第四關：世界–Surprise（化學），如圖6所示，關卡設計圖見圖7。

圖6：四關關卡名稱

圖7：四關關卡設計圖

A.    主題說明

漫漫人生，若平靜恬淡不免過於無趣了些，總需要些驚喜來點綴，而最能使人感到驚喜的，莫過於節慶和活動了。

譬如冬天的聖誕，總有許多難忘的事情，不管是家人團圓、朋友相聚，還是送收禮，都是不可抹滅的回憶。最令人開心的，當然是收到禮物時的驚喜！說到禮物，不免聯想到聖誕老人，乘著雪橇，駕著麋鹿，在風雪中帶著禮物從遙遠的北國來到乖孩子身旁，放下禮物離去，為聖誕添下一筆傳奇色彩。聖誕過後，不到一星期便是跨年夜了，攜伴倒數，５、４、３、２、１，下一刻，令人永生難忘的煙火在空中璀璨，歡慶新的一年！一瞬間，但也是永恆。本關以掉落的禮物和指示劑的變化代表聖誕禮物和跨年。

新年新氣象，春的腳步也近了。說到春天，能不提印度的灑紅節嗎？灑吧！灑出手中的顏料，看著別人臉上充斥著各種色彩，臉上的笑容自然而然的浮現了。把顏料灑向別人，慶祝春天的到來，同時也將祝福的心意傳達給別人，不分貧富、地位高低，在這時刻忘卻所有一切煩惱，盡情的玩樂吧！人人互相祝福，同時接受不知會從哪方潑灑而來的顏料，此時此刻正是世界最五彩繽紛的一瞬間。本關以各種顏色變化象徵灑紅節的景象。

奧運，總辦在夏天。四年一次的活動，一個不可忽視的重點。奧運選手在運動場上揮汗奮鬥，即使沒到現場為他們加油，透過電視轉播，內心也是十分熱血澎湃。奧運競賽種類眾多，以游泳為例，誰不想像飛魚—菲爾普斯一樣，在水中來去自如呢？又或是效仿后羿，當個射箭神手，百步穿楊，好不得意！除此之外，還可以在籃球場上揮灑汗水，運球、轉身過人、切入禁區、來個灌籃，成為全場觀眾的焦點。奧運不僅是各國選手們各分高下，同時也是世界五大洲能夠團結一心的活動。本關以旋轉的小球代表籃球，保麗龍小船代表游泳，點燃弓箭上的棉繩，象徵點燃聖火，另外以機器人發射積木代表射擊競賽。

世界，每事每物皆緊密關聯，只要能處處留心，不管是生活中的微小事物，還是世界的要點大事，每每都有能使人為之一笑的驚喜。正如「地球村」的概念一般，不分國界、性別、種族，人與人之間不再有藩籬，在某地發生的某件事，可能同時影響別的地方的人們，福禍同享，驚喜也不例外。透過資訊科技的傳播，喜悅、祝福、歡笑，那是世界上的每個人共同擁有的，地球很大，也很小，大的是距離，小的是人情！讓這世界一起共享Surprise!吧！本關以各種化學傳遞裝置代表世界的緊密關聯，並用上升的氣球代表地球。最後以排成圓形，代表全世界的骨牌作為結尾！

B.     化學關卡說明

(1)   五彩繽紛驚奇趣（化學）

圖8：「五彩繽紛驚奇趣」關卡設計圖

磁力軌道砲射出鐵球將槓桿裝置上數個骨牌逐一撞倒(包括連接關卡結束數之紅骨牌及第二關開始的黃骨牌)，使末端重量增加而轉動，末端鋼珠帶動定滑輪，另一邊塑膠袋中之碳酸鈉因袋子提高，液體向下流動經過逆止閥繼續前進送入一管中，其內裝有鹽酸、廣用試劑和清潔劑，清潔劑和鹽酸起化學反應。氣體使活塞上升接通電子打火槍，將可燃氣體酒精引爆，將到管上之活塞射出尖針，使其脫離刺破一氣球，內部鹽酸流下有各種指示劑的多層斜面，過程中部分鹽酸流入分支，依序產生SO₂、CO₂、H₂等氣體，變色反應完成後流入下一個天秤裝置，另有一連通管裝置，中間有一隔板因天平而上升，較高水位注入到另一管，內部硫酸亞錳和丙二酸加澱粉溶液流入雙氧水、硫酸、碘酸鉀產生振盪反應，啟動光敏電阻，另一端磁針轉動接通電路，使另一端電磁鐵啟動，讓擋住鋼球的鐵棒升起，鋼球滾下撞倒紅骨牌結束第二關（整體應用許多顏色變化代表印度灑紅節的五彩繽紛）。之後是創意骨牌。

本關卡涉及的原理和概念有：酸鹼、電弧、指示劑變色、製氣反應、連通管、震盪反應、光敏電阻、電流磁效應。涉及的反應如式[6]～[8]所示：

Na₂CO₃(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + H₂O(l) + CO₂(g)    [6]

Na₂S₂O₃(aq) + 2HCl(aq) → SO₂(g) + 2NaCl(aq) + S(s)    [7]

2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g)    [8]

(2)   世界–Surprise（化學）

圖9：「世界–Surprise」關卡設計圖

一連串骨牌後是連接裝置結尾的紅骨牌和第四關開頭的黃骨牌。黃骨牌倒下後，使電熱線接通，熔斷綁在針筒上的尼龍繩，使針筒因橡皮筋的彈力將水注入瓶中，首先水和電石產生乙炔，乙炔通過逆止閥使氫氧化鈉擠入鋁粉中，氫氧化鈉和兩性元素鋁產生氫氣，通過逆止閥使碳酸鈉和碘化鉀流進雙氧水＋澱粉＋清潔劑中，在催化雙氧水分解的過程中產生的碘使澱粉變藍黑色（一連串的化學反映象徵世事皆緊密關聯），而產生的氧氣和泡沫推出活塞，撞倒一串骨牌，在骨牌中把電磁鐵的開關接通，把包著鋁箔(粉)的衛生紙連接的磁鐵掉落和鹽酸產生氫氣，之後骨牌撞擊附有針的木板，把上方裝有氫氧化鋇溶液的氣球刺破，和硫酸混和沉澱後又切斷電路使燈泡變暗，氫氣推出已充氦氣的氣球（象徵地球），氣球上升，拉動擋住鐵球的棉線團，使鐵球滾下，最後撞倒擺成圓型，象徵全世界的骨牌和紅骨牌，關卡結束。

本關卡涉及的原理和概念有：電流熱效應、製氣反應、氧化還原（兩性元素、雙氧水）。涉及的反應如式[9]～[11]所示：

CaC₂(s) + 2H₂O(l) → C₂H₂(g) + Ca(OH)₂(aq)    [9]

Na₂S₂O₃(aq) + 2HCl(aq) → SO₂(g) + 2NaCl(aq) + S(s)    [10]

2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H₂O(l)→ 2NaAl(OH)₄(aq) + 3H₂(g)    [11]

n  榮獲銀牌學生的心得

在參加「思源科學創意大賽^Plus」之前，我（第三作者）在國中時，曾經在學校老師的敘述中，看見一群學長姐們在炎夏中揮汗組裝「思源科學創意大賽」的裝置，對於當時的我來說，只在他們獲得名次時在心裡致以欽佩的讚嘆，因為想著自己在這種科學競賽中似乎沒有用武之地，因此在同學找我組隊參加時我很驚訝，同時也不曉得是否要答應。一方面是能否確實貢獻一己之力，另一方面則是高中的我是否能在課業之餘，再付出心力投注在這項活動？最後，抱持著姑且一試的心態，「勇於嘗試是暫時失足，不敢嘗試是失去自己」，我決定給自己一個機會，在高中生涯做點不一樣的事。

比賽分成三階段，在複賽的實作前，我們六個人每個人把自己所能想出來，認為可行的裝置、化學實驗畫出來，再把他們分成物理和化學，依四關區別，一一連貫，除了利用下課時間討論，假日時我們會再相約出門把設計圖、參賽相關的細節完成。還記得，一杯茶，我們在咖啡館裡各自分工的模樣，那時每個人都有自己要忙碌的部分：想原理、想創意、畫圖、想故事，雖然得額外犧牲假日，但在報名表寄出的那剎那，心情無比輕鬆，只期待不久後的結果公布了。

愈接近初賽結果公布，就愈緊張，因為在初賽後的實作才是主要的重點，在公布的那天，隊員一個一個不停地問組長結果，而在得到肯定的答案時，大家都很興奮。

在接近暑假的到來，我們趕在休假前請老師看完我們的設計，指出理論和實際的誤差之處，想出應對方案，準備在暑假期間開工，在開學前完成實體裝置。

炎夏的炙熱，烘烤著在籃球場邊小教室的我們，就像平日上課一樣的作息，頂著豔陽，奮力踩著各自的腳踏車，我們集合後便展開各自的工作：把廢棄的木桌椅拆掉，鋸成適當大小的木頭；測試各種反應的準確度及評估可應用的程度。經常為了一個連鎖的反應，反覆測試時間和穩定性，確保成功率，或是電磁鐵的強度、真空炮的製作，更竭盡腦力。還記得當初自己光試五個連鎖反應瓶子的化學劑量，就試了將近一天，不僅要順利作用，還得把使用的藥劑量降到最低，這是我之前不曾想到過的地方，雖然在還沒完成這一小部分前，過程中有時氣餒，但更多的是樂在其中，想盡辦法、和完成時的釋然，揉合成的暢快。看著貨真價實的成品擺在眼前，這一個月的涓滴汗水、疲勞憂心，似乎都值得了，也很佩服一起工作的隊友們，我們居然把它做出來了。

經過反覆的練習，一路上忐忑不安，對於複賽的所有未知狀況感到焦慮。進會場前，所有人在老師的鼓勵下，懷著想進入決賽的決心，我們不想讓這一整個暑假的努力及把握瑣碎時間不斷練習的勤奮付諸流水，因此緊繃著精神對每個細節小心翼翼。等著評審一一評定其他隊伍時，我們對於有些可能因等待時機過久而不能順利跑關的地方憂心忡忡。彷彿被一種無形的力量掐住，心，始終懸著，隊員在加熱銅片時，所有人都屏住呼吸，一直到確定一條龍時，才鬆懈下來。

決賽的情況更是有驚無險，一個連接的反應慢了，等待的時間，我們不斷祈禱，不希望在這裡卡住，競爭對手的來勢洶洶，使我們更加憂心，深知只要一個不小心，夢想的金、銀牌就拱手讓人了。通關那一刻的快樂及如經風雨剛過的驚險猶記在心，所有隊員及指導老師為又一次的達成自我期許歡呼擊掌！

參加思源之於我，是一件有點不顧一切的事，暫時放下其他事，課業只能自己努力補救，和同學借筆記。過程中也許挫折，但是我也學習很多，和熟稔的同伴，一起共同成長，為同一件事情奮鬥的感覺很棒，老師們的陪同更讓我們感激，不管過程如何，我們達到了對自己的目標。有失就有得，或許瘋狂，但就這一次，你我都會在日後不斷回憶這段時光的箇中滋味。

思源科學創意大賽^Plus：
北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一（上）

周芳妃^{1, 2}、詹莉芬^{1, 2, *}、張永佶^{1, 2}

¹臺北市立第一女子高級中學
²教育部高中化學學科中心
*[email protected]

n  前言

有意義、有挑戰的科學活動，如何讓學生更有信心參加？由財團法人思源科技教育基金會自2002年起，每年舉辦的「科學統合競賽」，至2007年更名為「思源科學創意大賽」，到2014年則由財團法人交大思源基金會接手舉辦「思源科技創意大賽^plus」，每年提供科學活動的舞台給全國的高中生，學生從建構人文故事、應用化學、物理等科學原理，經統整後設計關卡，到能夠以實作、同儕合作方式呈現，是一個具教育性、挑戰性的競賽，活動詳細資料可參考：財團法人交大思源基金會，http://www.spring.org.tw/。

北一女中一直以來都非常落實「選修課程」，這五年在高一化學選修課程中開設過「化腐朽學神奇」、「造化弄人」及「出神入化」等課程。因應十二年國教的教育制度改革，本學期的高一「出神入化—化學探究及創意設計」特色課程繼續延伸之前的選修課程精神，以增進學生對科學的熱忱與探究能力、落實學生動手實作學習，培養學生能成為有科學指導能力關主等目標出發。「出神入化—化學探究及創意設計」課程主要有：認識科學活動與準備方向、Color Chem、奈米新鲜識探究課程、生活中或考題中的化學、奈米科技與分子自組裝、化學實驗能力競賽培訓、創意化學實驗關卡設計等系列課程，本校化學課程還結合國家科技部專案的研發教案設計，或本校獲獎教案，具有連貫性、循序漸進，從認識科學到興趣啟發，從探究動手實作到以「創意化學實驗關卡設計」為綜合應用展現，課程內容簡介可參考：北一女中高一特色課程，「出神入化—化學探究及創意設計／科學探究班群 課程簡介」，見圖1。

圖1：北一女中高一「出神入化—化學探究及創意設計」特色課程簡介

影片來源：103出神入化，https://www.youtube.com/watch?v=nMFpU3PLn_I&t=24。

n  創意化學實驗關卡設計

經過五年來課程的實施與修正，使北一女中高一「出神入化—化學探究及創意設計」的特色選修課程更臻成熟，以103學年度的高一「出神入化」特色選修之「創意化學實驗關卡設計」課程為例，介紹本校課程實施的方式與經驗分享。

l   課程名稱：「創意化學實驗關卡設計」。

l   課程精神：跨科學習、統整科學能力、解決問題策略。

l   課程時間：安排在下學期，學生經過上學期各種科學能力的養成訓練後，才進入本課程，時間安排為七週，每週2小時，但配合學校各種活動，並非連續七週。

n  核心目標、教學方法與活動流程

一、  介紹微型實驗／第一週／04/30

A.      核心目標

·           學生能認識綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則。

·           學生將先備知識應用，並能小組分享閱讀資料。

·           學生能認識國內專業期刊。

B.       教學活動流程

1.        教師介紹國內有關［微型實驗］的設計概念與原理，並寄發「微型實驗」參考文獻電子檔資料（組長為收件人）。

2.        學生能認識國內專業期刊資料並學習搜尋方式。

3.        教師授課解釋綠色化學的十二項原則，並能將綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則融入創意化學關卡設計。

4.        學生將先備知識應用，並進行分組閱讀：［微型實驗］期刊資料。

5.        學生分組討論關卡設計，教師指導學生所設計之關卡可行性。

6.        教師提醒：交通大學辦理全新的「思源科學創意大賽plus」將於5月19日報名截止，2014年的主題是「Surpise」，http://exam.nctu.edu.tw/spring/。

C.      學習單摘要（Ａ4一張）

二、  創意化學實驗關卡設計／第二週／05/07

A.        核心目標

·           學生能發揮創意，並善用綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則，來設計化學關卡實驗。

·           學生能認識校內實驗室學習資源。

·           學生能了解並評估自己設計實驗的原理和可行性。

·           學生能觀摩全國得獎作品，消化再轉換為自己的創意，從而學習到更多知識。

B.         教學活動流程

1.        教師引導學生觀摩全國賽得獎作品影片，消化再轉換為自己的創意，進而學習到更多知識與解決問題的辦法。

2.        學生能認識校內實驗室的學習資源，使用校內電腦進行校內藥品器材搜尋，並練習填寫本校實驗室管理辦法之［領取藥品器材］申請書；教師檢查各組撰寫的［領取藥品器材］申請書是否合宜，並刪除危險藥品。

3.        學生能知道學校實驗室可提供的器材種類，並規劃自備的其他補充元件。

4.        學生能發揮創意，並善用綠色化學實驗的減毒、減廢、減量原則，分組設計化學關卡實驗，並能評估自己設計實驗的原理和可行性；教師以教師走動式管理，檢視各組實驗設計狀況。

5.        教師安排小組上台分享關卡設計，學生繳交關卡設計雛型報告。

6.        教師討論下次校外教學預備工作，預告並安排下次上課的校外教學指引，發放參訪路線圖（台北市天水街、太原路、長安西路）。

C.        學生關卡設計「雛型報告」舉隅

透過「創意化學實驗關卡設計」課程的教學活動，兩件學生的作品：化學關卡甲和化學關卡乙，分別如圖2和圖3所示。

圖2：學生設計之化學關卡甲

圖3：學生設計之化學關卡乙

因為這是學生第一次設計關卡，學生們努力將國中階段學過的化學知識放進關卡中，盡情發揮想像力。以下是針對兩件作品設計內容有關化學部分的介紹。

A.       化學關卡甲

1.     燒杯內的醋酸溶液流入裝有碳酸氫鈉的水溶液，發生反應，生成大量二氧化碳氣泡。其化學反應，如式[1]所示：

NaHCO₃(aq) + CH₃COOH(aq) → CO₂(g) + H₂O(l) + NaCH₃COO(aq)    [1]

2.     注射筒注入鹽酸，鋅粉與鹽酸反應，生成大量氫氣。化學反應式如下：

Zn(s) + 2HCl(aq) → H₂(g) + ZnCl₂(aq)    [2]

3.     甲基橙是一種酸鹼指示劑，倒下後溶液依次流入下方五個燒杯中，呈現不同的顏色。甲基橙變色範圍為pH 3.1~4.4，pH < 3.1時變紅，pH > 4.4時變黃，pH在3.1~4.4時呈橙色。

B.       化學關卡乙

1.     酚酞是一種酸鹼指示劑，其變色範圍為pH 8.2~10.0，pH < 8.2時無色，pH > 10.0時變桃紅色，pH在8.2~10.0時呈淡粉紅色。

2.     燒杯內的碳酸氫鈉溶液流入裝有醋酸的水溶液，發生化學反應，生成大量二氧化碳氣泡。其化學反應，同式[1]所示。

三、  校外教學—到鄰近購物資源／第三週／05/14

A.        核心目標

·           學生能將知識與生活經驗結合。

·           學生將認識校外實驗藥品器材的學習資源。

·           學生能規劃預算與執行經費，找尋適合的物件來評估自己設計實驗的可行性。

·           學生能解決問題，將創意落實為可具體操作的實驗關卡。

B.         教學活動流程

1.        教師邀請化學科多位教師共同帶隊，共同任教，安排優秀高三學生（已經申請並錄取大學科系）擔任隊輔，請學校行政安排交通車。

2.        教師事先拜訪店家，說明校外教學模式與目的，並感謝店家給予的協助，於教學活動進行時，教師時時巡邏，並協助學生與商店店家的互動，不打擾到商店做生意。

3.        學生能將教室內知識與生活經驗結合，藉由實際拜訪商家的學習資源，認識並蒐尋更多藥品及器材，學生能規劃、預算與執行經費，找尋適合的物件來評估自己設計實驗的可行性，化為可具體操作的化學實驗關卡。

4.        教師使用書面報告及影音器材記錄學生的學習狀況，包括事前參訪計畫書、1分鐘校門口出發願景、拜訪商家過程及課程結束前1分鐘心得報告。

C.        參訪計畫與心得說明書摘要（Ａ4一張）

D.        教師規劃之參觀地圖指南：店家位置與商品種類

1.          點名與攝影時間地點

·           出發攝影：15:20 ~ 15:30，北一女中校門口集合。

·           第一階段參訪攝影：隨機採訪。攝影老師尋訪下列五個地點：台北市長安西路276號、台北市天水路39~43號、台北市太原路100號、台北市鄭州路31~33號、太原路與長安西路交叉路口，如圖4。

·           第二階段心得攝影：台北地下街Y13出口一樓（電扶梯），16:50 ~ 17:10，就地解散。

圖4：尋找指定地點

2.          商家與商品種類

l  商品和商家位置：電子類（1）、炊具（2）、化學（3-6）、膠業（7-8）、油漆五金（9-13）、瓶瓶罐罐容器（14-17）、彈簧（18），如圖5所示。

圖5：尋找器材與藥品供應商店

E.         學生參訪商家的過程，老闆熱情講解全紀錄（見圖6）

圖6：在商店尋寶

四、  創意化學實驗關卡實作準備／第四週和第五週／05/28和06/04

A.        核心目標

·           學生能領取及管理藥品器材箱。

·           學生能調製自己實驗所需要的藥品配方。

·           學生能設計出關卡及連動裝置。

B.         教學活動流程

1.        教師進行實驗室安全管理，將實驗室內與實驗室走廊做空間規劃，讓各組學生能就定位，讓各組學生實作演練關卡實驗。

2.        教師須協助學生調製自己實驗所需要的藥品配方。

3.        教師引導學生進行化學劑量評估，以維持實驗安全，並不斷評估學生是否落實綠色化學原則。

4.        教師建議學生實驗設計失敗時的修正方式。

C.        學生進行「創意化學實驗關卡實作」準備（見圖7）

 

圖7：關卡設計試做

五、  創意化學實驗關卡執行與演示／第六週／06/11

A.        核心目標

·           各組學生能在指定時間內完成自己的創意實驗關卡布置。

·           學生啟動並成功演示自己的關卡。

·           學生能在實驗結束後完成整理工作。

B.         教學活動流程

1.        教師先將實驗室內與實驗室走廊做空間規劃，並規劃表演順序、關卡比賽規則，讓各組學生能就定位其演示舞台位置。

2.        教師須進行實驗室安全管理，讓各組學生實作演練關卡實驗。

3.        提醒學生在指定時間內進行實作準備，可以啟動並完成自己所設計的創意實驗關卡。

4.        教師以攝影方式記錄學生演示的創意化學關卡結果。

5.        教師指導學生整理、清洗及歸還器材，物歸原狀，維持實驗室整潔有序。

6.        教師指導學生處理化學藥品，包括藥品回收或廢液處理。

C.        學生進行「創意化學實驗關卡」執行與演示（見圖8）

圖8：關卡展示與驗收

六、  意化學實驗關卡影片播映會／第七週／06/18

A.        核心目標

·           學生經驗分享與同儕學習，智慧流通，創意火花交流。

·           學生學習依據科學原理進行評分的準則。

B.         教學活動流程

1.        教師整理數週來學生活動的攝影紀錄，與相關書面報告書。

2.        教師指導學生如何進行關卡評分。

3.        教師播放影片，學生欣賞同學成果，也對各組創意關卡設計進行評分。

4.        教師引導並鼓勵學生觀賞影片結束後的心得分享，並一起探討創意實驗設計成敗關鍵因素。

 

〔續〈北一女中「化學探究及創意設計」特色課程之一（下）〉〕