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) […]