臺灣化學教育

高中教師指導學生科展參加2015
日本SSH生徒研究發表會過程及與會心得

劉曉倩

國立彰化高級中學
教育部高中化學學科中心
[email protected]

n  SSH生徒研究發表會

當鮮紅的摩天輪地標映入眼簾，四周夾雜著巨型高樓與購物中心，沒錯，我們到達了大阪，一切彷彿是場夢境！六月底匆促參加高瞻精進計畫赴日申請，一次又一次地修改報告內容，7月18日赴健行科技大學參加行前說明會，了解日本舉辦超級科學高中（Super Science High Schools, SSH）生徒研究發表會（Student Fair，日文〝生徒〞即學生之意）的意義，最重要的是將此行論文發表與教授交換意見，教授砲轟的火藥味尚未散去，我們帶著忐忑的心情，背著筆電及待發表的海報，坐上飛機。

日本政府每年固定舉辦SSH生徒研究發表會，會場聚集日本各地的SSH學生以海報、簡報等方式介紹研究成果，自2011年開始日本科學技術振興機構（Japan Science and Technology Agency，簡稱JST）積極邀請世界各地高中生赴日與會，提升日本國民科學素養及訓練外語表達能力。筆者從入榻的凱悅飯店到會場，日本政府對受邀的九個國家都派有專業的領隊說明行程和帶領，時間掌握十分準確，同行的高雄市立瑞祥高中莊福泰主任觀察到，每個日本工作人員均有明確的職稱名牌，會場佈置、音控、攝影均十分專業，而且工作人員都有一本厚厚的計畫書，隨時掌握現場的作業情形。

n  參與過程

一、  開幕大會演講

2015年日本SSH生徒研究發表會會場全程是以日文為主，外賓都佩帶英文直譯耳機，展開序幕的是藤嶋昭教授，日本化學家，東京理科大學校長，也是東京大學特別榮譽教授之一，紫綬褒章獲得者。藤嶋昭被譽為光催化之父，他最著名的貢獻是與他的博士導師本多健一共同發現和研究了二氧化鈦的光催化性質和超親水特性。然而，此次大師演說內容與光觸媒並無直接關聯，主題從四月日本櫻花祭、牽牛花入夜後的變化…到蟬通常會將卵產在樹下，提醒學生留意大自然的變化，同時勉勵年輕人效法米開朗基羅耐心地在教堂屋頂作畫四年，而成就曠世巨作。演講中也提及加利略觀察入微，所以才能在浩瀚宇宙發現邱比特星和發明望遠鏡，而站在加利略肩膀上的牛頓發現萬有引力和彩虹，推向科學發展到另一個新的紀元。藤嶋昭教授將科學史娓娓道來，談到自己對造物者奇妙恩典的讚嘆，同時點燃自己對太陽能板研究的熱火。

現場英譯對專有名詞翻譯毫不含糊，而且用字十分精準。筆者實在很想將大師對太陽能板貢獻與我們發表的論文主題「植物色素染料敏化太陽能電池之效能分析」相結合，如此可使一般高中生對染敏太陽能電池的作用原理更易了解，但是筆者學生認為要將兩個主題結合已超過他們的能力範圍，而且又是以英文發表，因此只好捨棄這項建議，專心地做PPT報告。一整天的聽講，得到的心得是，日本學生PPT的製作十分精美，而且對於實驗原理和過程介紹淺顯易懂，此點與筆者學生想法差異甚大，筆者學生重視實驗結果的解釋及追求高深的知識領域，對於PPT和圖表製作並不很在意，此點也困擾筆者很久，所幸此次隨隊的楊智惠教授（見圖一）給予學生很多指點和建議，學生及時在發表會前一晚趕工完成所有內容的修改和整理。

圖一：楊智惠教授細心指導學生完成整份簡報檔批改，學生受益良多！

二、  臺灣學生發表

隔天發表會現場，除了來自日本各個學校的師生外，還有與我們一直很友善的新加坡團隊到發表會現場支持我們，學生一發表完，有一位新加坡老師談及筆者學生論文程度很優，英文表達十分流利。筆者的學生面對來自各國的師生侃侃而談科展內容，並大方邀請大家到美麗的福爾摩沙臺灣參訪，獲得如雷掌聲，反應十分熱烈！同時玉川學園教育部長藤樫大二郎先生（見圖二）詢問筆者的學生何時開始學習英文？他覺得臺灣的學生英文程度比日本學生明顯好很多，讚揚筆者的學生（見圖三）英文程度很優，並表示明年要到我們學校參訪。日本學生對科學實驗很認真，但對於英文表達及與外國人溝通的能力普遍不足，他希望藉由舉辦國際交流等大規模科展活動，提供學生更多練習英語的環境。

圖二：玉川學園教育部長藤樫大二郎先生與筆者和兩位學生合影

圖三：筆者學生面對來自各國的師生侃侃而談科展內容

三、  德國學生發表

交流會場十分熱鬧，其中以德國隊學生研發的視盲感測器最受歡迎！設計重點在於，一般盲人必須藉由感應棍棒才能自由活動，因此對環境的感受性較不敏銳。這幾位德國帥哥將安全帽改造成感測器（見圖四左和右），只要繫上感應腰帶，即使閉上眼睛走路，碰到障礙物時，馬上會在腰帶間感應到有一股電流通過，提醒視盲者前方有立體障礙物，必須避開，由於通過腰間的電流微弱，所以十分安全。這群充滿陽光笑容的德國高中生英文極佳，表達時思路清晰又善於推銷，除了貼心的視盲穿戴服務外，還會贈送德國經典的熊熊軟糖，無怪乎奪得最佳人氣獎！

 

圖四：德國學生協助日本學生體驗視盲感測器（左）和筆者體驗視盲感應器（右）

四、  新加坡學生發表

德國高中生的研究多以電腦為主，有些組甚至將廢棄的光碟片剪成小片，結合電腦程式改造成可以測金屬離子的光譜儀，十分厲害！新加坡的研究也是以電腦為主，其中以人腦操控機器人的研究最為吸引人；至於泰國的研究多以自然生態和環境科學為主，研究地質變化對生態環境的影響，他們多穿著傳統服飾，雖然英文口音很重，但是親切的笑容拉近了彼此的距離，而且紀念品十分特別，不是燒烤蟲蟲BBQ，就是串燒蚱蜢！一開始要入口時還真是要鼓足勇氣，不過因為辛香料味道很重，吃起來別具風味。

五、  韓國學生發表

韓國學生（見圖五）研究主要是以濟州島生態為主，研究當地植物被菌種寄生的分布情形，歐巴（韓文帥哥）年紀雖輕但風度翩翩，英文表達比東南亞國家清楚，而且只要是休息時間常看到他們埋首讀書，原來他們都是升高三學生，十一月就要大學入學考（等同臺灣的學測），韓國升學壓力比我們大很多，據他們表示，唯擁有高學歷才能被知名企業錄用，否則一輩子只能從事中低下階層工作。相較之下，雖臺灣重視升學，但從事的工作比較多元，家長也多半尊重孩子的就學意願，實在幸福很多。

圖五：韓國學生做濟州島生態研究

六、  泰國學生發表

透過科展交流，了解到不同國家在培育人才的用心，開闊了自然科學領域研究的廣度，在與一位泰國學生交談中，得知他住在一個很小很小的鄉鎮，沒有任何交通工具，每天要走兩個小時的路上學，所以他的研究主題就是用電腦定位周圍環境，利用數學算出小鎮裡一些常去地點最近的道路，報告過程中，他的眼神閃閃發亮，雖然講得很慢，但卻令筆者格外感動，心裡想的是自己國家的孩子是多麼幸福，然而幸福的孩子要珍惜自己受良好教育的機會，培養獨立自由的科學精神，將所學奉獻社會，這樣幸福才有意義呀！

七、  日本學生發表

日本研究的主題十分多元，令筆者訝異的是，地球和環境科學研究很多，其中來自沖繩的學生研究龍捲風的成因（見圖六），頗受評審青睞，不過現場做成的人工龍捲風式呈現圓錐形狀與一般的龍捲風恰相反，學生雖無法給予完整的解釋，但對於氣流成因解釋十分清楚，令人印象深刻。

圖六：日本沖繩高中生示範龍捲風的行程

至於筆者本身為化學專任老師，職業病使然，會場化學發表彷彿有魔力般，值得一再探訪，其中有秒表反應中反應速率的探討、日本銅雕藝術及簡易染敏太陽能電池的研究…等等，其中有一組是探討紅寶石的製作過程，利用燒結器控制反應溫度和時間，成功合成人造真寶石，雖然直徑大小只有0.1~0.2公分，但是閃閃發亮的單晶紅寶石令人感到挑戰而且心動，可惜現場並沒有準備紅寶石贈送給乖乖聆聽的聽眾。

八、  閉幕道別

發表會最後一天，從H區拆下海報時，生徒研究發表會已到終點，主席頒完與會證書，筆者與新加坡老師互道再見，互相交換的名片也許只是禮貌，但是活動期間能有機會與他國以華語交談，心裡覺得很溫暖，期待下一次的有緣。圖七是臺灣代表楊智惠教授領軍及全體師生合影。

圖七：臺灣代表楊智惠教授領軍及全體師生合影

九、  參訪高等學校

日本SSH生徒研究發表會最後一天，到京都市立堀川高等學校參訪，一進校門即看到該校接待師生皆著顏色亮麗的和服（見圖八），舉止優雅，男生氣宇軒昂，女孩溫柔婉約，後腦勺的頭花走路時搖曳生姿，煞是好看！參訪學生分組完成後，Sei-ichi Nishimoto博士談到學習科學對未來所需具備的社會責任，大師提到宇宙的誕生、生命的起源、人類文化的演進、哲學的真善美、甚至談到哲學家與科學家的相異點，大師點醒大家學習科學的同時，要想清楚成為科學家的目的是什麼？反思自己存在的意義，才是此生的價值。

圖八：九個國家代表團參訪京都市立堀川高等學校

十、  參觀名勝古跡

參訪最後，在京都二条城畫下句點，二条城是德川家康在京都時的住房，至今已有四百年歷史，整棟建築保存相當完整，筆者雖是第二次造訪，仍對城牆內的景物仍十分著迷，此時濛濛細雨，和著浴衣的女孩撐傘碎步於小石路間，微笑不語，我們在御殿走廊間，「等待」是最美的註解。想起著名的「杜鵑不啼」故事是這樣描述，日本戰國時代的三位英雄豐臣秀吉、織田信長、德川家康，對於一隻杜鵑不唱歌有不同的見解。豐臣秀吉說，如果杜鵑不唱歌，我會想辦法讓牠唱；織田信長說，如果杜鵑不唱歌，我就殺了牠；而德川家康卻說，如果杜鵑不唱歌，我會等著牠唱。這就是德川家康與眾不同之處，善於等待的他正是靠著這個「忍」字，得以出人頭地。

雨勢轉為磅礡，碩大的枝垂櫻樹在春夏之際只留殘葉，自然律支配下無須追問往事的解答，只能各自感受，歷史帶給我們的不是教訓，而是省思，我們要趁著活著的時候靠著一丁點的慧根去領悟，摸索此生的輪廓。

次日，與會期間始終陪伴我們的領隊木下先生，帶領我們坐地鐵參觀大阪最著名的地標—大阪城（見圖九），也是每個遊客前往大阪的必遊景點。從地鐵「中央線–森之宮站」下車後，經過大阪城公園，漫步約十五分鐘，才會抵達主建築天守閣，大阪城的巨石牆十分壯觀，經過護城河，金碧輝煌的天守閣映入眼簾，大阪城實為豐臣秀吉的居城，磅礡的雄偉建築展現了戰國梟雄的非凡氣勢，館內展示許多關於大阪城的歷史文物，最特別的是，展示館區採用許多具科技感且生動的展示方式，透過一個一像電視的螢幕，採用立體真人與擬真的場景彩繪，呈現出華麗又具有真實感的2D畫面，著實新奇與難忘，也因此對大阪城的歷史更加了解。

圖九：金碧輝煌的天下名城大阪城

坐電梯直達大阪城樓頂可以眺望整個大阪市的景色，可惜的是，現在看到的大阪城實為二次世界大戰後所重建，原先的天守閣早就毀於豐臣秀賴（秀吉之子）與德川家康爭權的戰火中，江戶時期重建後的城堡建築又毀於明治時的動亂，對古蹟迷而言仍不免有些遺憾。

n  與會心得

張貼海報當天，我們學生以流利的英文向來訪的日本師生介紹研究成果，同時也將臺灣的風俗文化和特產與其他國家分享，這正是兩國政府期許的良性競爭和發展，透過科學教育的交流增進彼此間的密切合作，開創兩國間科學教育的新願景。與會中筆者也發現我們的學生雖然英文表達流利，但在行動力上還是不如歐美國家，姑且不論英文是他們的母語，他們在肢體語言上較為豐富，也顯得自信十足，臺灣學生顯得內斂許多，較不會爭取發言權，十分可惜！

臺灣和日本擁有相似的地理環境，同為海島型國家，歷史發展、文化演變其實有許多雷同之處，此次參訪，發現兩國社會發展的結果，差異卻很大。首先從兩國教育制度講起，雖然我們同樣都有經費方面問題，但是日本校園無論是新是舊總是保持著乾淨的環境，此次參訪的京都市立堀川高等學校一進校園就必須換上拖鞋，木質地板即使是縫隙也整理得乾淨無垢，廁所內外張貼警告標誌，呼籲學生如廁後木屐的擺放要整齊，感覺上不管上上下下都在為了校園整潔而努力。臺灣即使有經費問題，也不曾想親自動手修整，某些高中放任校園雜草叢生及學校設備老舊不堪，在少子化情形下，捨不得孩子參與清掃工作。反觀日本對學生生活教育態度十分慎重，並尊重個體發展，更重視團體紀律；臺灣在教育方面採取較為放任的態度，此自生活細節便可看出，父母儀態隨性，小孩對生活態度及習慣也多隨意而不嚴謹，這是臺灣教育當局在人文教育方面不足之處。

走到這一趟行程的盡頭，臺灣蘇迪勒颱風來搗蛋，回臺班機延誤五個半小時，木下帶著大家走覽大阪城，從梅田到心齋橋，街道旁兩側的老舖百貨、雜貨鋪、咖啡屋、起司蛋糕名店，到引領年輕潮流的ZARA八層樓LED霓虹燈，五百年來道頓崛的運河帶給整個大阪城川流不息的生命力，想起一首老歌：

不知不覺的走來這條 長長窄窄的小路
回頭望去 還可以看到遙遠的故鄉 凹凸不平

就連地圖也沒有 那也算是人生
像川流一般 慢慢地流
多少個時代這樣逝去
啊 像流水一般 沒有停歇
天空只染上黃昏的色彩
生活就像是旅行 在沒有終點的路上
有愛的人陪在身旁 尋找夢想
即使路途被雨水弄得泥濘不堪
也要相信 還會有放晴的一天

即使曾在第二次世界大戰中飽受戰火襲擊，大阪城的百姓努力擺脫低迷，努力發展工業，蛻變成現代化的大都市，相信到過大阪的旅客都會對運河畔旁大型固力果霓虹招牌感到震撼，然收藏在記憶深處的照片，彷彿是夾在書頁裡的花瓣或是樹葉，隨著時間變化顏色及氣味，最後，裝飾了人生。

n  發表論文摘要

隨著化石燃料被大量使用，碳循環速率加劇，過多的碳排放，地球本身回收機制應變不及，造成全球暖化，發展替代能源已成為刻不容緩的議題。太陽能是永不枯竭而乾淨的資源，科學家積極研究其利用方法。我們在基礎化學（二）的化學與能源章節中，對於太陽能電池已有基礎的認識並進一步接觸染料敏化太陽能電池（Dye-Sensitized Solar Cells，簡稱DSSC）的領域。相較於傳統已漸趨飽和的單晶矽和多晶矽太陽能電池，DSSC轉換效率實有發展的空間，但DSSC目前的主要染料為釕金屬錯合物（Ru-complex）或紫質，取得不易。而植物的色素有傳遞光能的能力且前幾屆科學展覽會或網路資料多為研磨葉子從事實驗，缺乏單一色素的分析，因此我們決定利用隨手可得的常見校園植物來進行研究。

近年來太陽能產業蔚為風行，其中又以染料敏化太陽能電池，因製作成本低廉具發展潛力而備受重視。本實驗透過中學實驗室具有的裝置器材和藥品以及校園中可得的植物葉子，自製染敏太陽能電池。一方面結合矽膠管柱層析，探討適合的沖提液配方以提升色素染料純化分離的效果，另一方面，使用管柱層析所得的色素染料製備染敏太陽能電池，分析分子結構與光譜、輸出電壓的關係，增進中學生對染敏太陽能電池的認知。另外，工業上可利用大量的染料結構分析，提供事前模擬降低研發經費，結合DSSC價格低廉的優勢普及應用，予日漸暖化的問題解決之道。

n  致謝

感謝義守大學楊智惠教授、第二期高瞻計畫推動辦公室、健行科技大學餐飲管理系及日本科學技術振興機構（JST）辦理，臺灣和日本各級單位行政人員全力配合。