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 hexaphyrins@yahoo.com.tw 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, […]

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 irisnn@mail.ntsec.gov.tw 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。 […]

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 lion@lssh.tp.edu.tw   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   […]