臺灣化學教育

學生科學新聞—青少年探索科學的酷網站

郭世文*¹、吳淑華¹、李雪琳²

¹國立科學工藝博物館；²自由工作者
*[email protected]

n  前言

    美國科學與公眾協會(Society for Science & the Public)是一個非營利機構，致力於發展科學、技術、工程、數學(Science, Technology, Engineering, Mathematics, STEM)的教育與研究，提升公眾的科學素養、促進科學對人類進步的重要作用的理解與欣賞。協會透過發行線上出版品，及辦理世界頂尖的科學教育競賽，提供社會大眾科學資訊、教育及啟發。

美國科學協會舉辦的國際科學與工程博覽會(International Science and Engineering Fair, ISEF)是目前全世界規模最大的中學生科學競賽，每年吸引來自75個以上國家，超過1,700名青少年科學家在此進行激烈的角逐及交流；2019年博覽會活動中，臺灣學生亦在競賽中展現豐碩成果，囊括7項大會獎及4項特別獎。

此外，協會擁有二款知名的免費線上出版品，分別為「科學新聞(Science News)，網址：https://www.sciencenews.org/」和「學生科學新聞(Science News for Students)，網址：https://www.sciencenewsforstudents.org/」，這二款定期發行出版品引用相同研究出處的科學新聞，通常由同一位記者撰稿；科學新聞採用較多術語及較複雜的句子結構，適合成人閱讀；學生科學新聞則以較簡單的字彙及較短的文章呈現，適合青少年及兒童閱讀。

學生科學新聞的發行目標是提供9至14歲青少年所能理解的科學文章，因此文章的篇幅較短，所採用的字彙與句子結構也比較容易，十分適合作為我國中學生科學、英文教學的補充教材。以下將進一步介紹學生科學新聞的網站結構、文章內容，提供教師及學生參考運用。

n  網站架構

「學生科學新聞」每日刊載一則短篇「新聞故事(News Story)」，每週刊載一則長篇「專題報導(Features)」。報導的主題囊括地球(環境、氣候、海洋、農業)、人類(健康與醫學、心理學、考古學)、生活(動物、腦、植物、化石、生態系統、微生物、遺傳學)、物理(材料科學)、化學、數學、科技(資訊)、太空(行星)、科學與社會等。皆由經驗豐富的科學記者將最新研究發展的論文改寫成為青少年可以理解的文章，目前已累積超過5,400則科學故事，儼然形成一座小型的科學新知資料庫(Science News for Students, n.d.)。

除了定期出版的最新文章，也可以透過系統分類連結進一步探索；從網頁上方「所有主題(all topic)」往下點選，即出現各種主題分類，可查找有興趣的主題文章。每篇文章均標示「原始出處(original research)」，並提供「註解(explainer)」、「核心詞(power words)」，及「延伸閱讀(further readings)」等資訊(呈現架構如圖1)，系統也為文章裡的關鍵字設定超連結，在閱讀文章的過程中，點選超連結即可翻找出與關鍵字相關的歷史文章。

圖1 網站架構

 

此外，網站上還發布其他專題，如：「實驗(experiments)」、「酷工作(cool jobs)」、「分析這個(analyze this)」、「技術小說(technically fiction)」等，展現科學的實際運作方式、科學家的工作，及如何展開科學研究工作等內容，以協助家長及教育工作者用來規劃課程，啟發學生研究科學的興趣。

n  文章範例 — 以「貽貝」為開端的研究

如前文所述，每日刊載的新聞故事篇幅較短，字數通常為350至800字，內容側重單一研究進展。而每週四出版的專題報導篇幅較長，字數約1,500至2,400字，以特定主題，綜合多位科學家的研究，進行更廣泛多元的報導。本文經學生科學新聞同意，從網站中挑選二篇以「貽貝」為靈感來源的科學報導 ，重點摘要翻譯為中文，分別為刊載於2021年8月18日的新聞故事「將小型行走機器人變身為蜘蛛人的新型膠水」和刊載於2013年12月6日的專題報導「模仿貽貝的黏著力」。前者由記者Shi En Kim報導，引用中國科學家J. Huang等人發表於機器人科學期刊的Electrically programmable adhesive hydrogels for climbing robots論文；後者則由記者Sid Perkins報導三位科學家J. Herbert Waite、Phillip Messersmith、Emily Carrington的研究成果。

n   新聞故事–將小型行走機器人變身蜘蛛人的新型膠水 (原文網址：https://reurl.cc/6DZlvd)

貽貝是一種生活在海洋中的雙殼軟體動物，成年後一生都在同一個地方扎根，無論海浪有多大，貽貝都能牢牢地抓住海洋中的岩石。科學家發現，貽貝會分泌一種膠狀蛋白質，當中含有一種天然聚合物–兒茶酚(catechol)，這種聚合物可以非常牢固地與所有類型的表面材質結合。

中國的兩位高分子科學家Yuan 和Dai從貽貝獲得靈感，發明了一種新型水凝膠，將其填充在機器人的腳底，切換電極使水凝膠變成「黏」或「不黏」的狀態，進而控制機器人像蜘蛛人一樣地自由攀爬。他們在水凝膠裡面加入兒茶酚，以及另一種用來障蔽兒茶酚的非黏性分子，然後利用電池的正極與負極控制水凝膠成為酸性或鹼性，再進一步控制兒茶酚的作用。當電池為負極時，發生化學反應釋放出氫氧根離子(OH^–)，使水凝膠變成酸性，酸性環境將使非黏性分子脫落，露出兒茶酚基物質，使得水凝膠具有黏性。當電池為正極時，氫氧根離子用盡，水凝膠變成鹼性，非黏性分子在鹼性環境中彈回，遮蔽了兒茶酚使得水凝膠失去黏性。如果將機器人腳底填充水凝膠的墊子視為鞋子，只要控制每支鞋底的電極，便能決定攀爬的腳是黏住還是鬆開。(改寫自Kim, 2021)

網站中的每一則新聞故事，都附帶了註解、核心詞，和延伸閱讀。在「小型機器人變身蜘蛛人的新型膠水」文章的下方，提出了「甚麼是酸和鹼？」、「何謂電極？」兩個註解，連結之後可以進一步學習所涵蓋的相關科學概念；此外，為減少青少年讀者的閱讀障礙，在每則新聞故事下方列出許多文章中的核心詞，針對可能造成閱讀困難的專有名詞或術語加以定義，本篇文章有39個核心詞，包括 ：acidic(酸性)、alkaline(鹼性)、battery(電池)、catechol(兒茶酚)、electric field(電場)、electrode(電極)、hydrogel(水凝膠)、hydroxide ion(氫氧根離子)、protein(蛋白質)、robot(機器人)……等。隨著發行的文章數量越來越多，幾乎每天都會添加新詞彙，目前網站已累積4,500多個與科學、技術、工程和數學領域相關的詞彙。此外，本文章並提供三篇延伸閱讀 ，如：「和蜘蛛人一樣善於攀爬的超級吸力機器人(by Carolyn Wilke)」;「模仿壁虎的腳抓取太空垃圾的機器人(by Lisa Grossman)」；「酷工作：廣闊的機器人世界(by Roberta Kwok)」等。

n   專題報導–模仿貽貝的黏著力(原文網址：https://reurl.cc/Mk0dOK )

“貽貝教研究人員製作包紮傷口用的防水強力膠，甚至比縫線還好用！”

加州大學的分子生物學家J. Herbert Waite觀察到，貽貝透過自體製造的纖維及黏液，能將自己固定在堅硬的岩石上，他發現貽貝纖維的彈性比人造纖維高出七倍，而其所分泌的黏液無論在鹽份高的海水或淡水等潮濕的環境下，都能維持其強有力的黏性；在貽貝的纖維中他發現了有趣的成分，稱為貽貝足蛋白(mussel foot proteins, MFP)，並將不同的蛋白質物質給予各種編號，經過實驗發現，不同的貽貝足蛋白有不同的鏈結方式及功能。

這樣的發現吸引了材料科學家的注意，想要用來設計新的黏膠。Phillip Messersmith是一位生物醫學工程師，他希望能從貽貝身上獲得啟發，發明出可以運用於醫學的特殊黏著劑，這種黏著劑可以在潮濕、含有鹽份(例如血液)的環境中發揮作用，或是能夠黏附在各種材料上面，如身體組織(肉、骨頭)或人造材料(塑膠、鋼)。這種膠水將可以應用在外科手術中，例如：將人造髖關節連接腿骨，或是將牙套黏在牙齒上，或是用來黏合人體的組織傷口。Messersmith用懷孕的兔子進行實驗，他將兔子胎兒外的胎膜切開一個小洞，一部分的兔子讓牠自行癒合，如果胎膜沒有癒合胎兒則會受到感染，另一部分則用貽貝黏合劑將一塊組織黏在胎膜的切口上，實驗結果，自行癒合的兔子胎兒僅只有35%沒有受到感染而存活下來，使用貽貝黏合劑的兔子胎兒則有80%的存活率。Messersmith表示，未來還需要發展能將黏著劑送到體內傷口的方法。

生物學家Emily Carrington發現貽貝的纖維會磨損斷裂，大約2-3週或2-3個月就需要重新生長更換新的纖維，而纖維的耐用性，與溫度和海水的酸鹼性有關，溫度越高、海水的酸度越大，貽貝纖維的耐用性及黏著度會跟著下降。這就意味著當地球暖化、人們製造過多的溫室氣體，都將導致海水溫度升高及海水酸化，而使得貽貝無法有效地附著在岩石上，那麼大片的貽貝可能會被沖走，這將為沿海生態系統帶來巨大變化，例如，可能因此引入大量的藻類或其他入侵物種。(改寫自Perkins, 2013)

本篇文章下方同樣提供了關於acid(酸)、acidification(酸化)、carbon dioxide(二氧化碳)、global warming(全球暖化)、greenhouse effect(溫室效應)、greenhouse gas(溫室氣體)、industrial revolution(工業革命)…等11個核心詞，以及關於「海洋酸化」的註解，方便師生延伸探索學習。

n  結語

課堂中的科學教育往往強調教授正確的科學知識與發展理論，卻忽略了科學發展中最重要的「解釋證據」過程，學生也缺少對具有爭議性的科技議題進行批判性思考和討論的機會(黃俊儒，2017；Norris
& Phillips, 1994)；若能將科學新聞融入科學課程的教學，使課程與現實生活產生連結，讓學生將所學的科學知識實際應用於生活中，相信更能提升學習科學的興趣，進一步達到科學教育的目標(蔡佩穎、張文華、林陳涌、張惠博，2013；McClune & Jarman, 2010)。本文所介紹的學生科學新聞網站，由專業科學記者報導最新的科學研究發展，分類縝密並提供廣泛的資訊連結，觸角多元，非常適合作為科學課程的補充教材；它雖然是一個英文網站，但使用精準、淺白而簡短的詞彙，並補充「核心詞」和「註解」進一步介紹專有名詞，建議科學教師們可配合教學主題選取合適的文章，作為學生的課後閱讀作業，並且帶領學生報告討論，應有助於提升學生的科學素養、閱讀素養及英文素養，對於國內積極推動的雙語教育之實踐，也會有所助益。

此外，也建議國內的科學博物館與美國科學與公眾協會合作，在寒暑假辦理科學報導的英文工作營，選取合適的公眾議題，讓學生從科學新聞網站的報導蒐尋合適的素材，邀請科學記者指導學生判讀、引用、報導科學知識的方法；如此更能落實108課綱所強調的科學素養及跨領域學習的概念。

n   參考資料

黃俊儒(2017)。以通識教育型塑公民社會–科學新聞識讀課程為例。課程與教學季刊，20(1)，45-72。

蔡佩穎、張文華、林雅慧、張惠博(2012)。初探論證科學新聞對七年級學生生物學習之效益。中等教育，63(1)，13-37。

Kim, S. E. (August18, 2021). New glue offers to turn any small walking robot into Spider-Man. Science News for Students.Retrieved October 31, 2021, from https://reurl.cc/6DZlvd

McClune, B., & Jarman, R. (2010). Critical reading of science-based news reports: Establishing a knowledge, skills and attitudes framework. International Journal of Science Education, 32(6), 727-752.

Norris, S. P., & Phillips, L. M. (1994).Interpreting pragmatic meaning when reading popular reports of science. Journal of Research in Science Teaching, 31(9), 947-967.

Perkins, S. (December6, 2013). Mimicking mussels’ muscle. Science News for Students. Retrieved October 31, 2021, from https://reurl.cc/Mk0dOK

Science News for Students. (n.d.). Retrieved October 31, 2021, from https://www.sciencenewsforstudents.org/