思源科學創意大賽： 臺東高中師生最美的學習體驗（上） 謝耀隆1, 2, *、田弘康1、張哲倫1、黃冠學1、趙汝穎1、蔡弘毅1、譚承恩1 1國立臺東高級中學 2教育部高中化學學科中心 *hyl0108@gm.pttsh.ttct.edu.tw n  成軍緣起 2005年我（通訊作者）擔任臺東高中第一屆「數理專長班」導師，一直在思考著：要怎樣帶給學生不一樣的學習體驗呢？鼓勵學生參加競賽活動，在競賽中應用所學，應該是不錯的方式。於是在網路搜尋了跟化學相關的各種競賽活動，得知「思源科技教育基金會」每年辦理的「思源科學創意大賽」，其活動的宗旨與競賽的方式，正是我想帶給學生的不一樣的學習體驗。 為了使學生瞭解比賽規則與競賽方式，特別安排了一節課，詳細介紹「思源科學創意大賽」。讓學生知道，有這麼一個能自行設計、發揮創意、串聯骨牌與科學實驗的競賽活動。學生看了之前競賽影片的介紹，都覺得非常有趣，於是鼓勵學生可以試著組隊參賽。之後，有幾位學生表示有意願參賽，於是「我要代替月亮懲罰你」就正式成軍了。 n  初次參賽 積累經驗 由於臺東高中並沒有學生參與過類似的比賽，初次參賽可說是在邊做邊摸索的狀態中進行。整個參賽的過程，對學生而言無非是累積經驗的最好機會。透過參加競賽，讓學生發揮創意、相互討論，經過不斷的試驗與改良，將構想的關卡製做成實際的成品。這樣的學習經驗與課堂的學習是截然不同的，學生必須要能進一步將所學化為實際的運用。 第一次參賽，雖有晉級到複賽，但終究未能順利進入決賽。有這樣的成果，對高一學生而言已相當不易。在比賽結束，邊收拾整理器材時，引導學生對整個競賽過程所遭遇到的各種狀況，進行討論、省思與分享。發現學生已被這樣的競賽活動深深吸引了，表示下次參賽一定會有更好的表現，於是大家誓言要再次挑戰。 n  捲土重來 勢如破竹 2007年的某天，發現「思源科學創意大賽」競賽辦法已公告在網路上，開始接受報名。學生獲得這個訊息後，再度燃起了潛藏已久的雄心壯志。這次學生們除了自己組隊外，還大力邀請學弟另組一隊參賽。 有了上次參賽的經驗，經過了二年的學習與歷練，學生在思考上更為成熟了。於是讓學生主導整個參賽內容的規劃與設計，老師扮演提供諮詢與支援的角色。學生提出所遇到的問題與困難，教師提供建議並適時關心、瞭解執行進度。這次，學生不僅能依每個人的專長規劃分工，掌握每個階段應完成的進度。遇到問題與困難無法解決時，能主動找老師討論，尋求解決方案。還能指導學弟製作關卡，並提供具體可行的建議。 從報名到整個比賽結束，整整約三個月的時間，大家不斷的在發現問題、解決問題中度過。過程雖然十分艱辛，但大家遇難不退，完全沉浸在突破瓶頸、解決問題時的喜悅之中。就在這樣的氛圍下，一步步的向目標前進。複賽時拿下一等獎及最佳展示板獎（見圖1），決賽時更一舉拿下了金牌獎、最佳創意化學關卡獎及最佳創意應用科學關卡獎（見圖2）。 圖1：「我要代替月亮懲罰你」參賽海報 圖2：獲得2007年「思源科學創意大賽」金牌獎與評審合影 n  刻劃最美的學習體驗 在整個參賽活動的準備過程中，發現學生的想法非常有創意，透過學生間的互動討論激盪出來的作品，處處令人驚艷。實做的過程中，陪著學生一起討論、解決問題，內心是非常歡喜的，這樣的經驗是課堂上無法感受到的。參加這樣的競賽，能將課內的學習延伸到課外的實做與應用，讓學生同儕及師生間有更多的互動討論與學習的機會。 學生的積極努力與用心，獲得評審一致的肯定，一路晉級過關斬將，從初賽進入複賽一直到決賽，大家難掩心中的喜悅。但參賽所需的經費，舉凡製作關卡的材料，特別是複賽要將所有器材從臺東運到高雄科工館，決賽要從臺東到臺中逢甲大學，交通與住宿更是一筆不小的開銷。若僅以金錢來衡量，參賽拿到的獎金和參賽所有的花費總金額是差不多的，顯然不符合成本效益。然而，以活動參與的過程帶給學生與老師的學習體驗而言，我認為收穫則是遠遠大於競賽所提供的獎金。 學生獲得2007年「思源科學創意大賽」金牌獎之後，競賽評審施建輝老師經常以臺東高中參賽的作品來介紹、推廣「思源科學創意大賽」（見圖3）。聽到這樣的消息，大家都非常的開心，感謝「思源科技教育基金會」辦理「思源科學創意大賽」，因為參加「思源科學創意大賽」的歷程，在我們師生心中刻劃了最美的學習體驗。 圖3：施建輝老師2014年10月在上海分享介紹「思源科學創意大賽」 n  四個關卡設計和說明 當年競賽的主題為「節慶」，大家決定以「春夏秋冬」各具代表性的節日來呈現四個關卡。以下是2007年參賽的作品「我要代替月亮懲罰你」的四個關卡的詳細描述，其關卡設計圖和影片，如圖4~7所示。 第一關卡：愛與動感的大震撼（物理關） A.      主題說明 第一關呈現的是春天「元宵節」的熱鬧氣氛。在安靜無聲的環境下，以沖天炮（水火箭）的發射及鞭炮（養樂多罐）的爆炸聲響劃破寧靜，將節慶氣氛帶到最高點，接著以華麗的電子花車遊行來結束這熱鬧的元宵節。 B.       關卡操作 對著麥克風說話，震倒擺放在喇叭上的骨牌，推倒開始的黃色骨牌。之後，骨牌分為兩路前進，分別啟動點火裝置及大滑輪。點火裝置燃燒引線，點燃養樂多瓶內的氫氣發出爆炸聲；大滑輪拉動斜向軌道上載有小鐵球的水火箭，軌道的末端設置障礙物擋住水火箭，慣性作用使小鐵球飛入漏斗中並接通電路，驅動電子花車向前行駛。電子花車因磁鐵吸引拉開後節車廂，質量變小後使得前節電子花車速度加快，撞倒結束的骨牌。 C.      補充說明 點火裝置是以滴管填裝乙醇後固定於骨牌上，骨牌倒下時滴管內的乙醇與置於其下方的過錳酸鉀及硫酸接觸，放熱燃燒起來。其化學反應如[1]所示。 5C2H5OH(aq) + 12MnO4–(aq) + 36H+(aq) → 12Mn2+(aq) + 10CO2(g) + 33H2O(l)  […]

思源科學創意大賽： 臺東高中師生最美的學習體驗（下） 謝耀隆1, 2, *、田弘康1、張哲倫1、黃冠學1、趙汝穎1、蔡弘毅1、譚承恩1 1國立臺東高級中學 2教育部高中化學學科中心 *hyl0108@gm.pttsh.ttct.edu.tw 〔承〈臺東高中師生最美的學習體驗（上）〉〕 n  四個關卡設計和說明 第四關卡：水星電光 冰凍幻霧（化學關） A.        主題說明 第四關呈現的是冬天「聖誕節」的歡樂氣息。聖誕老公公駕著代表馴鹿的捲尺車向前奔馳，啟動機關刺破水球。藉由水緩緩地注入環繞聖誕樹的寶特瓶中，展現五顏六色的光采。隨著聖誕歌曲的播放、列表機的啟動、彈珠的滑落，在聖誕樹的周圍產生猶如雪般的煙霧增添冬季朦朧的美感。在若隱若現的聖誕樹及歡樂的音樂聲中，結束我們的關卡。 B.       關卡操作 捲尺車撞倒開始的骨牌及重物，啟動掛在高處的重物刺破水球，水依序流入環繞在聖誕樹周圍的寶特瓶（內含酸鹼物質及酸鹼指示劑），使寶特瓶內的水呈現不同的顏色。最後，水流啟動槓桿裝置按下筆電鍵盤上的按鈕，播放聖誕歌曲、啟動視訊拍照，接著由印表機列印出照片。印表機列印時拉動紙張上的重物，重物牽動繩子將裝有數顆彈珠的寶特瓶拉倒。彈珠進入軌道，依序推落塞在瓶口的二氧化錳及棉花，掉入裝有雙氧水的瓶中，產生白色煙霧環繞著聖誕樹裊裊升起，此時最後一顆彈珠滑出軌道撞倒最後的骨牌，以朦朧的煙霧搭配愉悅的聖誕歌曲，呈現完美的結束。 C.      補充說明 二氧化錳催化雙氧水分解時放出大量的熱，玻璃瓶內的水受熱變成水蒸氣隨著產生的氧氣衝出瓶外。大量的水蒸氣降溫後凝結成小水滴，產生白色煙霧的效果。 圖7：「我要代替月亮懲罰你」第四關卡設計圖和影片 （第四關卡影片：水星電光 冰凍幻霧，YouTube，https://www.youtube.com/watch?v=GGxsau79gNY。） n  學生的奇蹟之旅 我們（通訊作者除外）是2007年「思源科學創意大賽」—科學統合競賽金牌獎的組員（見圖8），雖然距離得金牌的光榮時刻已經過了七年多了，但每次想到「思源科學創意大賽」總是會有滿滿的回憶。 圖8：「我要代替月亮懲罰你」組員合影 高一時是我們第一次參加「思源科學創意大賽」，不知道是幸運還是不幸，我們在複賽篩選時就被淘汰，這讓我們有仔細檢討的機會，也多了一次寶貴的失敗經驗。因此我們下定決心，等到高三考完大考後再拚一次。 高三升學考試結束後，我們再次報名參賽。我們以兩年前第一次比賽的經驗為基礎，針對比賽中容易失敗出錯的關卡做調整、捨棄不易執行的機關。大家在一起腦力激盪的過程是很過癮的，我們將高中三年所學過的科學原理都列出來，並構思要用什麼樣的裝置來呈現、串聯，過程中也請教了好幾個不同專科的老師，光是構想就花了我們四到五個星期的時間討論。帶著這些激盪出來的想法，我們完成了預賽申請書。至此我們已遠超越了高一時的自己，且順利通過了第一關，展開兩個月的奇蹟之旅。 n  乘風破浪 克服萬難 根據我們（通訊作者除外）的計劃書，我們訂定好每週進度、依照每位隊員的興趣專長詳細分工。從無到有，要將想像中的原理呈現出來真的是不容易的事情，我們每天在學校的實驗室裡敲打、組裝、剪貼這些奇奇怪怪的機關道具，半夜三更製作機關並且除錯幾乎成了每天的例行公事。 所有的關卡內，幾乎都有融合化學原理來增添聲光效果，也因此有許多燃燒反應，在化學老師謝耀隆老師的指導幫助之下，讓我們有辦法完成有危險性的關卡。當克服了一個難題，往往會跑出更多的難題出來，但我們卻樂在其中。我們跨過一項又一項的難題，組麵包板、設計透鏡聚光、利用化學原理點火彈射迴力鏢、做空氣火箭、組裝電動龍舟等等，都是在一步一步解決問題之中完成的。為了讓串聯更有趣味，我們也參考了許多日本的節目，將新奇的元素放入，例如玉兔搗藥、嫦娥奔月和吳剛伐桂等，甚至也設計了利用電腦播放音樂、視訊拍照並且當場列印出隊員大合照，讓結尾充滿歡樂。 除了關卡的機關設計，「包裝」也是比賽重點之一，如同各項產品在市場上要能暢銷，除了產品本質得「好」，產品的「形象」是否深入人心也是很重要的。我們的競賽主題訂定為「節慶」，各關卡的視覺形象我們都將之配上一個節慶主題，為道具美化成各種不同節慶氛圍，讓整體的關卡呈現上更為活潑，貼近人心。有別於第一次參賽時使用保麗龍製作道具，這次學校的木工楊慶恭先生特別為我們用木材打造大多數的機關裝置，使得機關更為可靠華麗，如圖9所示。 圖9：「我要代替月亮懲罰你」全關卡現場佈置和影片 （全關卡影片：一氣呵成 一刀未剪，YouTube，https://www.youtube.com/watch?v=0nUR0LY04LM。） 參賽的過程是辛苦的，為了拍攝不間斷的全關卡影片，我們不斷重複練習，但有時候就是無法順利完成，總是會有地方出錯，例如骨牌一直突然倒下、迴力鏢很難打到骨牌、氫氣點火要快不然氫氣都漏光了，常常都是抱著失落的心情收工；即便如此，我們並不責怪彼此，稍微調侃對方、打打鬧鬧後繼續加油。久而久之熟能生巧，我們個個成為骨牌高手，我們一路從南區複賽晉級到全國決賽，最後拿下了金牌獎。 n  參賽學生目前概況 自2007年參賽至今，已過了八年。學生參加競賽，雖然花了不少時間，但在課業上並沒有因而受到影響。高中畢業後，都順利考上心中的理想大學，而且就讀的科系與參賽時分工負責的內容相符。例如：競賽中負責美工設計的學生，就讀工業設計學系，目前擔任產品設計師。 參賽學生錄取大學科系及目前概況如下： l   臺灣大學生化科技學系，畢業時取得生科及資工雙學士，進一步取得臺灣大學資訊工程碩士，曾擔任臺大資工系課程助教，目前擔任臺灣大學基因體中心代謝體核心實驗室專任研究助理，未來規劃繼續攻讀博士。 l   臺灣大學大氣科學系，畢業後曾擔任臺灣大學大氣科學系助理，目前規劃出國念書。 l   成功大學化學工程學系，畢業後再取得臺灣大學化學工程碩士，曾擔任臺灣大學化工系教學講師，目前規劃出國念書。 l   中央大學電機工程學系，畢業後再取得臺灣大學電子工程碩士，目前在南港軟體園區軟體公司工作。 l   臺灣師範大學物理學系，畢業後再取得交通大學機械工程碩士，目前在交通大學腦科學研究中心擔任研究助理，邊工作邊準備進修相關領域博士學位。 […]