思源科學創意大賽Plus從頭說起 陳金楓1、施建輝1, 2, * 1國立新竹科學園區實驗高級中學 2教育部高中化學學科中心 *schemistry0120@gmail.com n  設計理念 站在教學的崗位上，長久以來，覺得我們的學子能言善道、滿腹經綸，然而真正面對問題時，卻又是手足無措、眼高手低。拜當今有線電視的無遠弗屆、無所不播，一次偶然的墮落中，欣賞「回到未來」的片首，「博士」設計輕巧的連動裝置，趣味橫生，極具教學價值；頓時引發靈感，如果讓我們的學生，也去設計一些簡單的連動裝置，將過去所學過的一大堆理論、一長串反應式，化為實際的行動，不但能「做中學」，也能「學中做」；於是將這種新的嘗試，放入我們合開的課程「理化統合」當中，並取名為「理化統合之虎膽妙算」。 此課程設計的理念是鼓勵學生動手、動腦做自主性學習與反芻，將過去灌輸的「知識」與囫圇吞棗的「資料」消化並融入活動設計裡，以趣味性的方法來引發學習的興趣。活動展開後，情況出乎意料；從開始製作的巧思、專注到成品的展示，我們看到了學生不可侷限的潛力；互動式的學習，也讓老師們深刻體認，教育不是單向性的灌輸，教學可以有更大的彈性，把時間還給學生做自主性的學習、留下空間給學生更多的機會，或許對某些主動學習的學生會有更大的收穫。 這項活動的進行，受到學生與同仁們的肯定與支持。2002年「思源科技教育基金會」，極力推廣科技教育與創意活動，巧逢其時，藉由施建輝老師的引介，以「虎膽妙算」當作雛形，集合許多高中老師討論，決議推廣為全國性的創意競賽，在眾人集思廣益之下，修改部分辦法，並加入一些新的活力元素，發展成最早的「思源科技創意大賽」—用骨牌連接八個科學關卡，物理和化學各四個關卡。 n  學生手稿—「虎膽妙算」 「虎膽妙算」的關卡內容需至少出現課程名稱「理化統合」或「金輝凍蒜」，學生設計的手稿如圖1所示。此一課程於1999年實施，適逢年底舉辦總統大選，因此有「金輝凍蒜」課程名稱。 圖1：「理化統合之虎膽妙算」的學生設計手稿 n  關卡設計與說明 關卡 原理屬性 關  卡  設  計  與  說  明 啟動 – 於軌道上端放置一顆鋼珠，開始展示時，鋼珠沿軌道向下滑動。 1 物理 鋼珠撞到懸吊在竹筷上複擺的第一顆鋼珠，複擺上的鋼珠開始擺動，並藉著竹筷將能量傳遞至複擺的第二顆鋼珠，當第二顆鋼珠的振幅夠大時，將撞倒放在前面的骨牌，呈現第3關的設計。 2 化學 啟動前，電池屬於短路狀況，下方電解槽尚未通電，啟動後，滾下的鋼珠撞開交叉的迴紋針，上方變成斷路，下方則成為通路。由於以銅片做為陽極的電極，開始進行電解後，陽極的電解槽將生成銅離子，使原本無色的氯化鈉溶液呈綠色，出現課程名稱之一：「理」字。 3 骨牌設計 複擺的第二顆鋼珠撞倒骨牌後，倒下的骨牌出現課程名稱之一：「化」字。此關使用的骨牌全部放在課桌上，當課桌上四個角落的骨牌掉出課桌後，將啟動5、6、7、8等四個關卡。 4 物理 啟動用的鋼珠沿軌道繼續向下滾，於中段紙盒中撞到另一鋼珠，原有一顆鋼珠前進到第4關，另一顆鋼珠進入第9關。第4關原有通電，其電磁鐵具有磁性而吸住鋼珠，鋼珠撞開鱷魚夾後變成斷路，電磁鐵失去磁性，鋼珠掉下，進入第10關。 5 化學 來自關卡3的骨牌掉下課桌時，拉動加熱板的加熱開關，加熱板開始加熱，置於其上以稀硫酸繪製的圖案，因硫酸受熱導致紙張脫水，出現黑色的黑桃ACE（撲克牌）。 6 化學 來自關卡3的骨牌掉下課桌時，拉動滴定管的活拴使滴定管內裝有的氫氧化鈉溶液流出，置於其下以酚酞指示劑繪製的圖案，因遇到鹼性溶液而變色，出現紅色的紅桃ACE（撲克牌）。 7 化學 來自關卡3的骨牌掉下課桌時，拉動滴定管的活拴使滴定管內裝有的鹽酸流出，置於其下的燒杯裝有紫色高麗菜汁，並以黑紙剪成紅鑽ACE（撲克牌）圖案貼在燒杯外側底部，杯內紫色高麗菜汁因遇到酸性溶液由紫色變成紅色，經燈光照射，燒杯下方的紙張出現紅色的紅鑽ACE。 8 化學 來自關卡3的骨牌掉下課桌時，拉動滴定管的活拴使滴定管內裝有的碘液流出，置於其下以澱粉液繪製的圖案，因遇到碘液而變色，出現黑色的黑梅ACE（撲克牌）。 特別說明 […]

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 *yg.yj@msa.hinet.net 「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。   […]

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 *yg.yj@msa.hinet.net 〔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) […]

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 *hkhsyounger@gmail.com 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 *hkhsyounger@gmail.com 〔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) […]

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 *hkhsyounger@gmail.com 〔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） […]

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 *leefeng1126@gmail.com 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） […]