少年科學家的武林大會— 2013年國中學生科學探究聯合發表會 邱彥文 國立屏東縣立至正國民中學 yenwen0521@gmail.com   n  前言 科學是任何人（包括小朋友）都可以參與的！個人非常喜歡英國神經科學家Beau Lotto的TED影片（Lotto & O'Toole, 2012），是我偶爾還會拿出來看一次的最愛之一，他認為科學就是探索未知的遊戲（Play），並與小朋友利用遊戲的方式進行科學探索，包括：(1) 提出好奇的問題、(2) 設計實驗、(3) 觀察並收集數據、(4) 根據以〝加減乘除〞分析後的數據。接著他們的成果經過一連串的審稿考驗之後，文章順利發表在英國皇家科學院出版的《Biology Letters》期刊。甚至其中一位八歲的小朋友Amy跟Lotto一起登上TED講堂，也是講的頭頭是道，令人讚賞。其實小孩子只是缺乏舞台，把它搭起來，加點刺激，一定會有很多令人驚艷的收穫。 科展是許多自然科老師的共同夢魘，為了比賽，常常要投注不少的時間甚至金錢，最後求得裁判們一個青睞，有時候想想不太值得。多年參與下來，自己對於比賽結果比較能釋懷，但是每年的孩子那種失落的表情，一次又一次的上演，看來真的很不忍心，幾個月的努力就那幾分鐘評審就結束了，科學探究明明是一個有趣的過程，為什麼非得要一個比賽，去競爭一個高下呢？ 因緣際會，2010暑假在中央大學的「物理教學及示範研討會」，這一次活動有幸認識到小P老師、阿簡老師、德麟老師、小蔡老師、米蘭老師…等等〔註1〕，當台上講到「IYPT（International Young Physicists' Tournament）」這個競賽活動時〔註2〕，我跟小P老師就想，為何不讓我們兩所學校的學生都進行一樣的研究題目，一年後碰面來互相辯論呢？一方面有研究、有交流、有競賽。彼此之間的研究有異有同，這樣發表起來，學生彼此之間會很容易產生共鳴，雖然最後並沒有真的進行相同題目的研究，不過活動的構想就慢慢開始雛形了。 因為前述的物理示範教學研討會，間接催生了「生物趴辣客」〔註3〕，這給我們更大的一個刺激，老師們可以上台侃侃而談自己的教學心得，學生們為何不可以上台交流彼此的探究成果呢？能不能有一個學生版的趴辣客呢？在兩個傻瓜的催生與一群人的協助下，每年暑假的發表會就這麼熱烈地展開…。圖1是2013年探究發表會全體師生合影 圖1：2013年探究發表會全體師生合影（於交通大學科學二館） 國中學生科學探究聯合發表會主要目的在促進國中生科學探究的心得交流，藉此強化彼此間的伙伴關係與連結，同時提升自己的視野與科學知能，期許未來能有更進一步的表現。延續前兩屆的精神，2013年第三屆的特色是〔註4〕非固定組織、學生專題演講、學生專題發表、學生自主課程教學及學生創意發表。 n  發表會的特色 一、   非固定組織 由南北兩位老師事前籌劃與聯繫，現場以交大學生做為工作人員，學生自費參加。打從一開始，我們就不太想以什麼團體的名義去舉辦這個活動，希望它是自發的、各路匯集的一股力量，同時在經費執行上，也希望能有更多的自主性。雖然前兩屆都在台北市立龍山國中舉行，因此許多行政及場務都是由龍山國中的師生協助，但基本上仍然維持這個精神在執行。 第三屆想要有點新的嘗試，並加入前兩屆做得不錯的元素進去，於是把活動地點拉到交通大學應用化學系系館的科學二館舉行。在大學裡舉辦活動有許多好處，然而現場工作人員就變成是一個問題：因為所有的參與老師身兼帶隊老師，學生活動時又常常分開在不同的教室，若還要兼工作人員應該會分身乏術，所以場地與處理各種狀況需要當地的人員來處理，然而，活動期間正逢暑假，除了研究生外，大部分的大學生都不在學校，拜託系學會的同學也不太可行。為了解決這個問題，我們在六月底拜訪教育所，煩請該所老師幫忙，很高興邱國力及王嘉瑜兩位老師大力推薦自己的學生（共七位）來幫忙，這樣就解決了場地工作的問題，如圖2所示。 圖2：第三屆國中學生科學探究聯合發表會工作人員準備開幕 圖3：第三屆國中科學探究聯合發表會開幕式 於是，藉由網路，兩個一南（屏東邱彥文老師）一北（台北小P老師）的總籌與七位未曾謀面共事的工作人員，再加上七個學校的指導老師，就這麼舉行了一百五十人的大活動。 二、   學生專題演講 由兩位國中生的學長（一位大學生和一位高中生）簡介自己科學探究的心路歷程。純粹發表其實容易枯燥，特別是大家探究的主題包羅萬象，一時之間很難吸收全貌，根據我們前兩年的活動經驗，以演講的方式串插心得分享是很不錯的，一般的學術研討會也會有相似的規劃。不過，到底要演講什麼呢？請教授或老師來說太古板了，讓曾經做過探究的學長們來分享不是更能打動每一個師生的心呢？今年的規劃是安排兩位學長分享，一位是目前就讀輔仁大學醫學系的林泰谷（台北市立龍山國中畢業），另一位是新竹中學的王政傑（新竹市立光華國中畢業），每人30分鐘，如圖4所示。 圖4：大學生與高中生分享自己科學探究的心得 出乎大家的預期，兩位演講者演講的內容深度、流暢度、投影片的搭配、表達的清晰程度、氣氛高低起伏的安排，都令人嘆為觀止！全部的師生完全靜默在兩場令人感動的分享中，好幾位老師都覺得自己上台都不一定做的到這麼好，兩場演講把同學們的心都準備好了！ 三、   學生專題發表 同時四個場地進行，學生必須在十五分鐘內報告自己科學探究的結果，並且回答完其他學校同學的問題。這個活動最重要的就是學生探究心得的交流，我們最初的規劃是，它不是比賽，所以最後不會有什麼頒獎活動，我們希望學生在發表的過程中，不管在台下或台上，都能夠相互學習。實際進行起來，它就像學術研討會一樣，有引言人，有人上台報告，有人在提問，只是現在參與者換成是國中生而已。 幾年下來帶隊的心得是，為了要上台報告給外校的同學看，學生在會前都會在各自的學校進行預講，反覆的修改與討論，用心的態度跟在自己學校報告給同學看很不一樣，老師給予的意見也比較更深入，因為這是一種壓力，大家完全不知道旁聽者的程度，所以只好藉由不斷地練習與討論，讓自己能夠「不要丟臉」，我們覺得這對學生是一個很大的刺激，在這個過程中他們又認真地檢視自己研究的問題，同時無形中也增進自己做簡報與說話的技巧。活動當天，台上報告的有些還是緊張，但是台下提問的深度真的超乎老師們想像，有的時候還得靠引言人解圍，這真的是一場震撼教育，不管從過程與結果中，學生們一定有很多感觸與學習。 此次聯合發表會規畫為四組，每組有四個發表，分別為：【A組】有A1：「晶」聲尖叫–探討聲波對結晶的影響；A2：隱形通道─滲透壓之研究；A3：綠色101-自動澆水系統；以及A4：硫酸鐵的特性與沉澱現象之探討。【B組】有B1：不顏而喻；B2：「煞」費苦心—渦電流在磁煞車上的應用之探討；B3：“電風”直直吹！?；以及B4：一公升的光線。【C組】有C1：「微」境殺機–微波爐滅菌效果之探討；C2：蝦米吸金ㄟ；C3：樺斑蝶蛹於不同環境下之顏色變化；以及C4：樹降甘霖。【D組】有D1：折射吧三角形；D2：我切！我切！我切切切；D3：焦糖特性研究；以及D4：「流」「鹽」追追追─海洋密度流之探討。 這次人數眾多，即使借了四個教室，同個時段可以分四組進行，每組都是四個團體報告，每次報告是十五分鐘（含發問時間，由引言老師控制），所以一個小時內有16組學生在活動，其他人就是自行旁聽與交流。因為總共有32組學生要報告，所以我們規劃了兩個時間進行，分別上午和下午舉行。圖5是各場地發表的狀況。 圖5：各場地發表的狀況 四、   學生自主課程教學 由四所學校的學生自己設計趣味課程，讓所有參加的學生選課，相互學習。在之前的活動中，我們加入了學生的自選課程時間，這個課程最特別的是，授課的老師就是國中生，也就是讓國中生教國中生的課程，老師們放手讓他們自己去帶，完全不在旁邊協助，我們發現這樣的安排同樣地也給了雙方很大的刺激，台上的同學光是準備就得花許多心力，台下的同學得承受「來教你的人是跟你同年紀甚至比自己還小的外校同學」這樣的心裡震撼。圖6是國中學生進行自主課程教學的狀況。 圖6：學生進行自主課程教學的狀況 安排這個活動，對上台的同學來說，可以讓他們把自己研究的主題，將裡面的東西抽出某些元素後進行轉化，接著教學流程的設計、事前準備練習、現場的突發狀況、教室裡的秩序管理…這些過程都能夠讓他們學會許多科學和報告技能。 這次活動總共有四組課程，分別是新竹縣立成功國中的「氫氧電池動手做」；台北市立龍山國中的「簡單機械設計」；新竹市立光武國中的「LED（light-emitting diode）花盆製作」和宜蘭縣立復興國中的「磁力大對抗」。去年課程的活動分為兩個場次，第一個場次在第一天的下午，第二個場次在第二天的上午，安排兩個場次除了為了讓學員可以有機會參與兩種不同的課程外，另一個很重要的是讓上台的學生有機會在第一天晚上修改自己上課的流程、作法或調整設備。第二天就能夠做的更好。 老師們這個時候在做什麼呢？這些人閒著太可惜了，從去年的經驗開始，我們就利用這個時間來開小型的教師工作坊，除了聊是非，大家一年來的經驗更是寶貴的資源，老師們互相討論更可以激盪不同的想法與作法，去年新竹縣成功國中的張主任特別分享了他在校內經營的科學社團經驗，隔天我們利用第二個時間討論明年的規劃。圖7是國中教師的小型工作坊。 […]

化學闖關活動—大甲高中化學宅急便 廖旭茂 國立大甲高級中學 教育部高中化學學科中心 nacl880626@hotmail.com n  活動簡介 回顧2011國際化學年，大甲高中首次與教育部高中化學學科中心合作辦理「親手Fun化學」活動，獲得師生廣大的迴響，其中由本校師生設計，手工打造的大型立體分子模型—「搖滾巴克球」，最令人激賞。2013年大甲高中化學科再次獲得高中化學學科中心的支援，花了三個月的時間規劃籌辦，夥同培育的60名志工於本校校慶辦理「親手Fun化學」活動，此次加入更多的新元素，除了原有的搖滾巴克球—分子組裝賽外，更增添了魔法化學秀、震撼酒精砲、感溫變色絹印、奈米遊樂園等多種趣味好玩的實驗體驗。參加學生除本校學生參與闖關活動外，更有社區鄰近國高中學校如台中高工、台中一中、社區順天國中等校學生，慕名而來，合計約共500名學生參與本次活動。 2014年大甲高中「親手Fun化學」於4月18日登場，透過團隊的創意發想、精心規劃，以嶄新的風貌呈現，經團隊討論，決定將研發之創意教具、特色教材融入化學實驗體驗活動之中。本校圖書館大廳有結合虛擬實競技術與行動科技的「3D分子博覽會」暨創意教具成果展；科學館2F有復古懷舊風的「人像藍印術」；藝之鄉周邊有結合新進材料有趣的「異形變奏曲」、奈米鼠走迷宮的「奈米遊樂園」、護膚美白的「美容化學」、槍林彈雨的「酒精狂想曲」、結合壓電電石砲與多彩指示劑的「魔法石再現」，以及最後廣受大家喜愛的戶外「魔法化學秀」等。這一場化學與美學交織的豐盛饗宴，更勝以往，除本校學生外，今年更將目標放在台中海線偏鄉國中的科普教育的推廣，總計有大甲國中等五所社區國中，超過250名的國中生參與本校活動。圖1為本校今年化學宅急便的闖關護照內頁核章處，圖2為本次推廣教育活的動Logo。   圖1：化學宅急便的闖關護照內頁核章處 圖2：化學宅急便的闖關活動Logo n  活動規劃與實施 本校將選修課—3D分子博覽會的特色課程教材，融入教室外的學習活動—「親手Fun化學」之中，實施訓練志工關主「教中學」、「做中學」的有效學習策略。活動經反覆思索、討論後決定闖關形式、數量，確定活動辦理的時間、協調場地後，開始進行志工招募及訓練，同時委請美工科學生設計活動Logo、闖關證明、闖關護照即說明海報刊板。活動一個月前，開始進行志工訓練，於中午時間、第八節下課後以及假日時段，開放實驗室，供志工討論及實作演練，相關活動規劃流程圖，如圖3所示：   圖3：化學宅急便的活動規劃流程圖 n  各關實驗活動簡介 茲將本次化學闖關活動的內容與設計分述如下： l   美容化學關：利用甘油、弱酸性起泡劑、茶樹精油以及橄欖油等材料，製作洗面露及卸妝油兩種美容品（二擇一），依關主指示，完成其中一項美容品的製作。就算闖關成功。有關活動照片，如圖4所示。 l   異形變奏曲：利用硼砂（Na2B4O7）溶於水中，與高分子化合物如白膠（聚醋酸乙烯酯）產生交聯作用（cross-linking），進而改變高分子化合物的黏彈性原理，製作磁力怪與感溫變色異形（二擇一）。依關主指示，完成其中一項異形的製作。並回答關主事先設計的問題，即算闖關成功，可帶走戰利品。有關異形變奏關的簡介說明，如圖5所示。 l   人像藍印術關：利用影像處理製作的黑白底片，在太陽光或燈箱下，曝光轉印在事先塗好感光液（檸檬酸鐵銨與赤血鹽混合）的圖畫紙上，經水洗、陰乾後，浮貼在個人的專屬護照上，即算闖關成功。有關人像藍印術關的簡介說明，如圖6所示。 l   奈米遊樂園關：利用共沉澱法，在離心管中加入氯化鐵、硫酸亞鐵、濃氨水以及介面活性劑的反應下收集，並以磁鐵體驗奈米磁流體的特性。依同學指示完成奈米磁的合成，並以磁鐵帶領奈米鼠，通過關主事先設計的化學迷宮，即算闖關成功。有關奈米遊樂園關活動照片，如圖7所示。 l   魔法化學演示：將化學概念融入趣味的實驗活動中，藉由生動活潑的表演方式將化學知識介紹給師生來賓，說明化學在日常生活中的應用。總計有清涼—夏、乾冰交響曲、熱情一把火、超級吸引力、甲中四月雪、給你好臉色等演示活動。有關魔法化學演示的活動照片，如圖8所示。 l   3D分子博覽會關：展出內容包括化學科教學團隊研發的教具成果展、巴克球、石墨等立體分子模型、以及包含虛擬實境互動式分子動畫的每周分子微展覽。同學只要正確回答關主事先設計的題目，就算闖關成功。有關3D分子博覽會活動照片，如圖9所示。 l   酒精狂想曲關：本活動安排兩個活動：一是利用酒精槍的射擊體驗，告訴同學酒精蒸氣的危險性；二是利用彩焰酒精凍的製作，教導同學如何安全使用酒精。同學只要正確回答關主事先設計的題目，就算闖關成功。有關酒精射擊活動照片，如圖10所示。 l   魔法石再現關：本活動安排兩個活動：一是利用壓電塑膠管砲的砲擊體驗，告訴同學電石加水產生乙炔氣體的反應，並傳遞乙炔氣的危險性；二是利用砲擊反應後的產物–氫氧化鈣，加入酚酞指示劑，試玩「看誰最會生氣」活動。同學只要正確回答關主事先設計的題目，就算闖關成功。相關活動照片，如圖11所示。 圖4：美容化學闖關活動紀實 圖5：異形變奏關活動原理、製作方法簡介 圖6：人像藍印術關活動原理、製作方法簡介 圖7：奈米遊樂園闖關活動解說及實作活動紀實 圖8：魔法化學戶外演示活動紀實 圖9：3D分子博覽會導覽及闖關活動紀實 圖10：酒精狂想曲關活動紀實 圖11：魔法石再現關活動紀實 n  致謝與交流        作者感謝教育部高中化學學科中心協助辦理，以及國立彰化師範大學化學系楊水平教授、科技部—「科普點子王」特約記者張志玲小姐蒞臨指導和採訪。 本文僅以概括的報導本次大甲高中化學宅急便化學闖關活動，詳細活動作者樂意與化學教育工作者經驗交流並敬請指教。 n  參考資料 1.          國立台灣師範大學化學研究所（民78），「高中化學教師示範實驗」，教育部中小學科學教育專案研究報告。 […]

化學闖關活動—大甲高中志工培訓與學習成效 廖旭茂 國立大甲高級中學 教育部高中化學學科中心 nacl880626@hotmail.com   n  動機與目的 化學是一門探索物質的實驗科學，為提升學生學習化學的動機，大甲高中化學科除了表訂的課本實驗外，更致力開發富創意的趣味演示實驗教材，應用於一般的教學現場，往往5~10鐘的實驗活動，在溫馨熱烈的互動中，有效地引導學生學習，這比一般的口述講解更容易達到事倍功半的效果。 根據十二年國教願景之一—致力教學品質的提升，以「成就每一個孩子」為目標，大甲高中化學科教學團隊擬定以「做中學」、「教中學」的合作體驗學習，做為有效學習策略，發展有助學生學習的教具、和教材之特色課程，並透過教室外的學習活動—「親手FUN化學」化學闖關活動規劃辦理，寓教於樂，全力推動科普教育。圖1為大甲高中化學科採取有效學習策略示意圖。 圖1：大甲高中化學科教學採取「做中學」的有效學習策略 這樣的合作體驗學習，究竟對化學教育有何助益呢？根據美國緬因州的國家訓練實驗室（National Training Laboratories）所發展出來的學習金字塔顯示，學習者在兩週以後還記得的學習內容，因不同的學習方式而有很大的差異。從學習金字塔的得知，如果學生有機會教導別人他所正在學習的東西，屬於主動式學習，那麼在兩周後，他們對這項學習的保存率可以高達百分之九十；反之大部分老師在趕進度時，所採用的講述法。但是對學生而言，是屬於被動式的接受、灌輸，學生容易從教學現場「逃離」，其教學效果僅剩5 %。圖2為學習金字塔及大甲高中化學闖關活動的闖關者及關主分別位於金字塔的層次。 圖2：大甲高中化學宅急便化學闖關活動的闖關者及關主分別位於金字塔的次底層和最底層 根據這個金字塔所呈現，最底端的教學效果可以高達百分之九十，讓學生教別人（learning by teaching），屬高學習保存率的主動式學習，而這個方法卻是老師們趕進度時無法兼顧的。關主志工們正是擔任這樣的角色，他們不僅要對實驗內容相當熟悉，還必須以教師的身分，透過反覆咀嚼，將內容轉化成學生易懂的語言格式來進行溝通，在此同時，也提昇了學生潛在多元智能的發展。 n  特色課程與志工培訓 特色實驗課程教材編寫 親手FUN化學活動以融入高中化學課綱的精神為前提，將研發之教具編寫為特色課程教材，納入教室外的學習活動之中，教材內容包括有機分子結構的認識、酒精狂想曲、魔法石再現、異形變奏、奈米遊樂園、化學平板的製作、魔法化學演示等。圖3是大甲高中發展特色課程教材與高中化學課綱內容之關係圖。 圖3：大甲高中的特色課程教材與高中化學課綱內容之關係圖 志工訓練 活動前一個月，擔任志工學生們利用每天的中午時間，放學後留在實驗室進行實驗練習與討論；活動前的例假日，辦理兩天的志工培訓營隊，進行包括實驗原理的解說、實驗操作指導、關卡的設計以及口語表達的訓練。學生除了具備基礎化學的能力外，更要學會勇敢表達。由於這一方面的訓練迫於時間壓力必須速成，因此參加的志工都必須學會與組員團隊合作，共同謀劃問題解決之道。本校每年共培訓志工約60名，圖4和圖5分別為志工訓練營活動過程剪影。 圖4：大甲高中化學闖關活動志工訓練營活動過程剪影之一   圖5：大甲高中化學闖關活動志工訓練營活動過程剪影之二 n  志工回饋與學習成效 經過一個多月的努力，親手FUN化學闖關活動結束後，立即進行問卷回饋，追踪學生活動前後，在情意、認知及動作技能等方面的學習成效，學生認同度較高的面向分述如下： u  實驗及設計能力：在「提升化學知識，喜歡動手做實驗」方面，得到約87%的認同，顯示志工訓練活動在認知及動作技能方面有很好的功效。 u  表達能力：在「口語表達能力的改善」方面，也得到了91%的志工學生認同，這樣的結果跟活動當天現場可圈可點的表現相符合。圖6為本校化學闖關活動志工在化學闖關現場解說的情形。 圖6：大甲高中化學宅急便化學闖關活動的志工為闖關者解說的情形 u  分工合作：在「可與他人合作，結交好友」方面，得到93%的認同率，顯示學生肯定本活動在與他人分工合作，及提昇人際關係方面有較高的成效。 u  志工服務：當最後被問到「是否願意繼續擔任志工」時，100%全數的學生都持肯定的態度，這樣的結果除了顯示同學對活動辦理成效的肯定與支持外，也嶄露了自我肯定的信心。 大甲高中化學宅急便化學闖關活動的問卷統計如圖7所示。 圖7：大甲高中化學宅急便化學闖關活動志工回饋單統計圖 n  結論 透過「親手FUN化學」化學宅急便化學闖關的體驗式學習活動，讓學生志工「做中學」，激發學學習熱情；從志工的培訓和參與活動中，為學生搭建舞台，以「教中學」策略有效提升學習的自信心。期待教學上的點滴耕耘，能讓學生保有持續學習的熱情，辛苦教學現場的老師們，一起加油！ n  參考資料 1.    國立台灣台灣師範大學化學研究所（民78），「高中化學教師示範實驗」，教育部中小學科學教育專案研究報告。 2.    詹莉芬等（民101），2012北一女中化學宅急便嘉年華，北一女中。 3.     邱韻如，學習金字塔http://memo.cgu.edu.tw/yun-ju/cguweb/SciLearn/Learning/ConeLearning/HomeConeLearning.htm。