科學展覽：科學展覽製作對我的啟發 張致嘉 如荼科技股份有限公司 創辦人 john810235@gmail.com   一場意外開啟的啟蒙之路         記得是國一暑假吧，老師把班上幾個對於自然科學有興趣、學習意願高的學生集合到一間實驗教室。當時我們聽著老師提出的邀請與說明科學展覽(以下簡稱科展)可能帶來的好處。雖然老師想要努力傳達給我們知道科學研究的精髓，但是當時心裡只有想著「反正這個暑假也沒什麼事情可以做，在家裡八成又是每天跟弟弟搶著電腦玩吧！」，就這樣開始科展的研究。日後回想這樣的歷程，其實多數的在學學生都應該勇敢嘗試一下。經歷基礎科學研究與方法的實踐，也對於一個人在思考事情上面有顯著的影響。     本篇文章將會介紹當時發現的過程經驗，進而介紹在過程中得到的科學學習體驗，最後連結上日後於工作，並分享科展經驗在其中帶來的價值。 體驗從無到有 一、發想學習 記得科展活動剛開始的一天下午，老師發給我們一人一張白紙，讓我們開始寫關聯樹狀圖。基本上忘了當時寫些什麼，只記得自己沒頭沒腦寫了一張滿滿亂七八糟的關聯圖。在當時，我的學識尚未有能力去解釋這些圖的關係，更不用說去整理跟分析，但是老師耐心的拿著我們的A4紙與我們討論，慢慢地理出思緒，進而歸納出自己對於每個命題的看法，共同把有用的資料拼湊出一個可能作為科展專題研究的發展方向。日後我才知道老師那天教給我們的方法叫做心智圖，而這是大學之後的事情，而這樣的工具對於在大學學業的學習，以及後來在思考事情的時候都變成我的習慣。 二、搜集資料 發想後老師請我們上網找資料，打了很多關鍵字，在那個時候還是Yahoo!火紅的年代，網路沒有臉書只有知識＋還有奇摩家族。我們在看不懂英文的狀況下，實際所能蒐集到的資料相當有限，而且許多的資料裡面都有著三角函數、微積分。在當時的我們是絕對沒有辦法理解這些在寫些什麼，於是我們只能用我們最大的力氣，把我們所查到的資料和老師討論，當然老師會把他所能提供的資料讓我們參考，搜集資料後的討論讓整個題目的輪廓越來越清楚，進而開始設計實驗模型。 三、設計模型 這個部分對於國中生來說應該是最不一樣的地方，平日上課很少從假設到實驗設計都是由自己親手動手完成。記得那個時候我們做的測試曲面摩擦力的實驗，遭遇到在單位上如何精準計量的問題。最後思考數日之後，想到用水滴做為最小單位來代替砝碼。我還清楚記得當時當裝置設計出來以及完成數據的成就感，那真的是比起100張考試卷上面出現100分都還要令人有成就感。而這樣的實驗模型設計，到高中後的學習也是相當有幫助，因為理解了整個實驗設計的過程，在對於後來的正規教育學習上面可以比起同儕有更深的體悟。 從科展中第一次知道什麼是科學         從小到大我從教育中認知的科學就僅僅是找到詳解本上的「最佳解」，或許其他人不是這樣，但是在我一貫面臨的升學考試系統中，我所受到的訓練一直都是考試領導教學，要求「快、狠、準」的答題速度。經過科展後我才了解，真正基礎科學研究並不像考試，並不是每題都有標準的算式流程。原來把一個問題用土法煉鋼的方式，一步一步邏輯性的串起推導出答案，甚至去圖書館或是網路上查資料，把所蒐集到的資料經過整理然後吸收，都是可以思索的問題解決方向。或許這樣學習的時間會比較長一些，但是我了解到的不再只是一題一題經過設計的題目，而是回到最根本這個學問被發現的時候，從最基本的現象去彙整，然後加以分析，最後了解，讓知識可以被落實於生活中。         這次的科展經驗除了上述所提到的，建立了我日後的學習以及理解模式之外，並且讓我開始運用懷疑的態度學習知識。這樣的懷疑因子帶到了高中，更受到當時地科老師的型塑，使我得到了一個非常受惠的特質，意旨永遠不要直接相信某件事情，而是經過求證後再下結論。我想科展的目的並不是要教育我們不要相信他人，而是日常生活中常常錯誤而無根據的事情經由傳播之後而渲染，而人們通常不會求證而選擇接受或相信。而科學某種程度上的本質就是建立在懷疑之上，透過了解科學的面貌也對於未來我的人格特質上有了不小的影響。 剛做完科展時沒深刻感覺，但回到考試體系後卻深刻發現不同         回到考試體系後，科展的研究讓我切入學科的方向從「這題答案要怎麼找」變成了「這個理論怎麼來的」，看起來好像多了很多時間去理解內容，但實際上是增加許多學習的樂趣。因為探詢的歷程中增進理解科學理論的假設是怎麼來的，也知道要如何分析才會促進對問題的理解。除了這些之外，科展研究最容易遇到的就是「挫折」，常常有些時候對於一個實驗步驟的設計錯誤，可能會帶來很多天的撞牆期，然而挫折是一定會發生的，重點在於要怎麼面對挫折，用什麼樣的心態去度過挫折。因此在考試上遇到難題時比較少會再放棄學習，就算是用條列式一個一個可能列出來也會去尋找答案。         和過往的求學經驗最大的不同是，我不再追求詳解本上面的最佳解了，因為經過科展後，我了解，所有的公式、理論，都是由觀察、紀錄、分析最後歸納所得，這些最佳解不過只是步驟的化簡，背了最佳解或許會讓我的學業成績得到好結果，但是這些知識與內容，並沒辦法真正被落實在我的生活中。相反的，應該了解問題的本質並且找出答案，再一次一次的修正，這樣的過程亦或許才是一個學生應該有的學習態度。因為瞭解現象的根本後才是真正的學會。 開始接觸工作後，科展經驗對於工作上的影響         開始接觸工作後會發現，真實生活中的情況跟我所受到的科展訓練有很大的相似之處，但和實驗室訓練所帶給我們不同的地方是，真實生活中的狀況是相對複雜的，若是要一步一步了解現實世界，必須要去觀察、發現那個待改善的點並且對它(可能是現象或…)進行假設，接著要搜集資料，不管是透過看書或者是去網路上搜集資料，然後搜集資料後要比對資料的真實性，最後是將可行的方法跟經驗歸納成一個系統，這個系統的用意不僅僅可以幫助我們進行研究，更可以將其推向實用端，不只受惠於當下進行研究與實驗的自己，更可以讓他人在參考這樣的數據研究時受惠。         我認為訓練思考與實作的科學學習在未來是相當重要的一件事，因為在未來人們要學習東西的份量將會越來越多，什麼產業都必須要聯網，人們的工作習慣將會大大的改變，而科展中有一塊很重要的部分就是學習思考，其中很大部分是考試的教育不會教導的，而原因很單純就只是因為這些東西在大考的時候很難設計成題目。在科展的時候，老師或許會丟資料給你看，會跟你講解，但是不會像是考試的時候一樣用題目去挑戰你，檢查你會不會，但是一個科展研究要能夠進行下去，就勢必要將這個知識學起來，在這個時候就會開始想方法，尋找資料。而這樣的過程對於接下來將面對巨變的未來，我相信會是相當重要的能力。 當然這樣的能力或許在成長後讀到大學或是進入到研究所後，都會學習到這些的研究方法導論，但是相比之下在國中時期的我，比起在大學或者是研究所的我更加的單純，若是到高等教育時才有機會接受這樣的訓練，恐怕這樣的訓練只變成我產生論文的方法論，又或者是得到文憑的一個手段，並沒有辦法在我的生活或者是生命中好好的實踐並且去落實。不可否認地，科展競賽中有其問題所在，例如：教師操刀與公平性問題，但是在這個「maker」崛起的年代，這樣可以讓學生實際動手做與思考的經驗相信是值得被推廣的。 總結：科展為我所帶來的影響         洋洋灑灑地寫了很多，科展對於我現在的工作、思考模式、行為模式有很大的影響，雖然已經不是走在基礎科學研究的路上，但是我想在最後歸納成下列六點讓大家總結，一個科學展覽對於現在的我的影響： 一、了解何謂懷疑，並且知道如何去證實真偽    從一開始發想的時候，老師就不斷的告訴我們要去查證，並且要對每個假設跟論述進行驗證。 二、學習發想技巧，在沒有頭緒的時候理出頭緒    老師一開始教我們的是設計思考(Design thinking)的心智圖發展模式，當下我們並不了解這樣的工具來源跟起源為何，但是卻在讀書上面，做筆記、考試、研究，有了相當大的幫助。最後這些發想技巧，也在日後的研究方法課程被完善。 三、學會真正的學習是理解，不是背誦    在科展的過程中理解到，大部分的理論，皆是有脈絡的，都可以被理解，並且透過理解來實用學來的知識，對於我來說，這樣的學習模式也比較長久，並不會像是強硬背誦的知識，在考試過後就忘記。 四、設計模型驗證假設的能力    設計模型驗證假設，是最能夠創造一個環境去驗證的方法，不過通常模型會有相當多的預先假設，跟現實情況還是會有差異，但是我們可以先對於每個變因做探討，最後找出影響最重的因子。 五、在討論中尋找答案，在論證中了解真相    在現有教育系統下，比較著重於老師教授，學生接受，所以學生往往是接受者，課堂上缺乏同儕的討論，這樣的討論卻是對於不管是學術研究、或者是工作上的專案運作都是相當重要的元素。 六、利用有限的資源，做出最有效的應用   […]

國小學生製作科學玩具「整人墨水」 江志宏1, 3, *、張自立2、辛懷梓2 1國立臺北教育大學自然科學教育學系碩士在職專班2國立臺北教育大學自然科學教育學系3新北市立新莊區民安國民小學*smallcannon@ntpc.edu.tw n  前言 「自然課」與「趣味科學實驗活動」都同屬於科學領域方面的課程，然而對國小階段的孩子們來說，這兩種課程是截然不同的。在學校幾乎所有的孩子們都很喜歡玩科學玩具、熱衷於動手操作趣味科學實驗，但是孩子們卻不見得都喜歡上自然課。當然我們都很清楚，這並不是一個好現象！在趣味科學實驗活動的背後，是許多學校自然課程內容的知識延伸或應用，自然課跟趣味科學實驗活動也許本該就要「混為一談」，因為兩者之間是互相有關聯的。究竟是什麼原因造成了孩子們對這些課程反應產生了差異？值得我們深思。 另外，筆者認為還有一個更嚴重的問題是「老師到底教會了孩子什麼？」在教育部所頒佈的自然與生活科技之分段能力指標中提及—「科學是經由探究、驗證獲得的知識的過程」。探究、驗證其實就是一種科學方法，「如何去觀察到現象？」、「如何從現象中提出假設？」、「如何將假設設計成實驗？」…等等，這些科學方法是我們應該要教會孩子的能力。但不管是學校的正式課程，或者是每年寒假、暑假必定場場客滿的科學營隊，在這些課程中，孩子們是否真的學會了這些能力？我想答案是否定的！許多學校的自然課常淪為知識背誦活動；人滿為患的科學營隊，也常淪為孩子們的一種遊戲活動—孩子們只是在「玩實驗」。 當然，「科學知識（技能）」的重要性是無庸置疑的；而「趣味科學實驗」活動本身也具有「能高度引起學生興趣」的優點。於是我嘗試將兩者結合，並以新莊區某國小六年級班級學生共24人為對象，班級中每4人一組，共分為6組，結合了「整人墨水」與「科學實驗設計」，並實際在學校進行教學、紀錄。 n  「整人墨水」介紹 「整人墨水」是一種藍色液體，在接觸空氣一段時間後，顏色會慢慢轉為透明無色。通常會將整人墨水噴在別人的衣服上，造成衣服被暫時染色，達到「整人」的目的。 ø墨水成分 氫氧化鈉、酒精、百里酚酞、水。（百里酚酞可在化工材料行購得，25 g裝約1000元） ø變色原理 百里酚酞：是一種鹼性指示劑，pH值9.3（無色）～10.5（藍色）。 藍色整人墨水：溶解百里酚酞於酒精中，並加入氫氧化鈉水溶液。 空氣中的二氧化碳溶入墨水中：，是碳酸（弱酸）。 碳酸與氫氧化鈉酸鹼發生酸鹼中和反應：藍色百里酚酞（pH > 10.5）→ 無色百里酚酞（pH < 9.3）。 n  課前準備 ø準備時間：40分鐘 ø配製溶液（全班共用） 1.      500 mL的氫氧化鈉溶液（0.01%）：取0.05 g的固態氫氧化鈉，放入一個錐形瓶中，加水至500 mL，攪拌均勻。 2.      50 mL的百里酚酞酒精溶液（0.2%）：取0.1 g的百里酚酞粉末，放入一個燒杯中，加酒精至50 mL，攪拌均勻。（見圖一） 3.      參考配方：10 mL的氫氧化鈉溶液（0.01%）與0.5 mL的百里酚酞酒精溶液（0.2%）均勻混合。（變色時間約90~120秒）（見圖一）   圖一：百里酚酞（左），整人墨水成品（右） ø器材準備（各組使用） 試管架 1個、試管 4支、塑膠滴管 6支、量筒（20 mL） 2支、碼表 1個、衛生紙 1張。 […]