全國高中物理探究實作辯論競賽開幕典禮現場(由左至右依序為科教館蘇萬生博士、科博館張鈞翔主任、陸軍官校洪偉清教授、高雄大學余進忠教授)

 緣起

近年世界各國關注跨領域整合、素養學習、探究實作、設計思考、程式設計思維等新式教育思潮，加之全球環境快速變遷、世界人才流動、智慧製造興起、及少子化趨勢，許多大學積極投入創新創意創業等三創課程、環境永續課程、AI程式設計、大數據理論與邊緣運算等；高中端則積極投入探究與實作課程、跨領域科際整合議題等。「物理教育學會」裡諸多大學及高中教師成員，近年除積極投入上述科學教育改革外，同時也帶領國教端研習活動、拓展大眾化科普活動及偏鄉教育，因應未來教育政策及趨勢，強化國教端與大學端的鏈結是必然走向，「物理教育學會」諸多會員因此倡議建構高中及大學等校際合作模式，強化縱向連結並積極拓展橫向議題，讓高中端能充分運用大學端的人力與資源，共同建構一個完整的資源共享鏈結。

 物理教育聯盟的成立

為有效促使大學端與高中端物理教育的連貫與建立經驗分享機制，由物理教育學會理監事會議提案通過，邀請國內大學物理學系及高中學校，組成「中華民國物理教育推動聯盟」，以有效整合各單位資源，共同推辦各項科學教育推廣活動，以提升國人科學素養為目的。

時任陸軍軍官學校校長陳忠文將軍及物理教育會理事長洪偉清教授，積極邀集國內14所大專院校(含16個系或中心)及16所高中學校共同於2017年7月14日，在陸軍軍官學校辦理第一場聯盟學校的正式簽約活動(如圖1)。後續並於2018年8月25日「2018年物理教育聯合會議」中邀得國內台北科教館、台中科博館、高雄科工館等三大國家博物館，共同於國立高雄大學簽署參與聯盟協議(如圖2)。截至2020年6月國內各校已有42所大專院校系所中心及84所高中學校加入物理教育聯盟，希冀讓聯盟的教育宗旨及科學教育的推廣活動遍地開花。


圖1.2017年7月14日於陸軍軍官學校辦理物理教育聯盟成立大會暨第一場聯盟學校正式簽約


圖2.於2018全國物理教育聯合會議中，物理教育學會、三大國家博物館、國立高雄大學共同簽署聯盟協議

 物理探究實作競賽的推動過程

於第一次聯盟簽署時同時也召開第一次物理教育聯盟會議，會中提案通過由「物理教育學會」協助推辦大專及高中一同參加全國性探究實作暨科普教具創意設計競賽活動，透過上述兩項活動建立各校學術交流的平台，讓科學教育更加多元有趣，並藉以激發年輕學子主動學習科學的意願，進而達到活化教學的目的。

後續於2017年10月27日假國立高雄大學召開第二次聯盟會議暨「2018物理探究實作暨科普教具創意設計競賽籌備會」(如圖3)，該次籌備會議在物理教育學會的規劃下，由國立高雄大學全力贊助而順利舉辦，會中陸軍官校校長陳忠文將軍及國立高雄大學連興隆副校長及多位高中校長都親自出席以行動支持聯盟推動物理教育推廣交流活動，並決議於2018年4月15日啟動「第一屆全國高中物理探究實作競賽－初賽」及2018年12月23日舉辦「第一屆全國科學教具創意設計競賽」。

會後物理教育學會也同時徵詢「臺灣物理學會」及「臺中一中物理學科中心」共同合作推辦探究實作能力暨科普教具創意設計競賽的教育推廣活動，希望藉由各方支持及科技部、教育部、國教署、物理學科中心等單位指導與經費挹注下，順利推動上述各項活動。


圖3.2017年10月27日全國物理探究實作能力競賽籌備委員合影

 全國高中物理探究實作競賽三部曲

物理教育學會本著扮演物理教育思潮的領航者，在跨領域、素養學習、探究實作的教育浪潮下，規劃一系列配合上述新穎思潮的全國性競賽活動，其中「全國高中物理探究實作競賽」，含括：初試－素養命題筆試、複試－物理探究實作、決賽－物理辯論競賽等三階段全國性競賽活動。以下就各階段競賽情形加以說明。

初賽係紙筆測驗(電腦卡劃記)，測驗日期約在每年4月中上旬，聯盟會員學校報名費每人300元，非聯盟學校報名費每人500元，測驗地點為高中各校，且設立高中考場以人數50人以上為原則，該校低於50人則由主辦單位安排至鄰近考場學校參加初試(在此強烈建議高中各校加入聯盟為學生爭取最大權益)。

物理教育學會為了讓高中學生體驗108課綱素養命題，特別商請國教院專家學者、高中各科學科中心、及素養命題種子教師等計8位高中教師組成試務委員會，命題方向以概念和規律本質的理解和應用能力的物理核心素養為主軸，物理素養題型占40%、化學素養題型占20%、生物素養題型占20%、地科素養題型占20%，並由試務委員會負責筆試範圍設定、試題設計、答題與計分等事宜，考生於100分鐘內進行答題，並以電腦答案卡劃記作答。初賽試務委員會，於測驗後進行答題分析，後續提供給全國教師及學子參考使用，本考試可謂創素養命題之先鋒，十分值得國內素養命題借鑑。

本初試邀請國內命題專家並安排高中端教師擔任考監人員，詳實規劃考監制度，從命題、考監人員培訓、考場篩選與佈置、題本及電腦卡發送、學生報到及施測(如圖4、5)、卷卡寄回等皆採高規格。經由電腦閱卷後，全國初試競賽成績以各考場成績比序前10%者，得獲頒初試一等獎、前20%者得獲頒初試二等獎，以資鼓勵。又全國競賽成績排名1-20名得獲頒金牌獎、第21-50名得獲頒銀牌獎、第51-100名得獲頒銅牌獎，以資鼓勵。


圖4.2020年4月11日設立於精誠中學考場的初賽報到情形


圖5.2020年4月11日設立於高雄中學的初賽施測情形

複賽日期大約在每年5月中下旬，採團隊實作方式進行，複賽參賽資格以各初賽考區成績比序的前50%得錄取進入複賽為原則，凡進入複賽者不受學校限制得自行以3-5人組隊參賽，參加者每人需繳交 500 元以支應競賽所需雜支。

複賽題目由歷年國際青年物理學家錦標賽(The International Young Physicists’Tournament, IYPT)題庫中遴選 10 題為原則，並於競賽前約兩 個月公布於物理教育學會網站及臉書供參賽者參酌運用，並於競賽當日由各考區進行賽題抽籤，競賽實作過程必須使用學會提供之實驗材料包進行科學數據蒐集(如圖6)，隊伍可自行攜帶電腦、文具、書籍、手機、收音裝置及輔助實驗測量與文獻資料等協助實驗進行與紀錄報告撰寫，期間需關閉網路，不得連結網路由線上查詢資料，競賽需於8小時內(上午9點至下午5點)完成實驗數據及物理模型解釋，最後繳交實驗報告作為複賽評分依據。

所繳之實驗報告內容需包含問題研析、背景研究與研究動機、原理說明、實驗設計、實驗記錄、誤差分析與結論等內容，後續主辦單位邀集國內各大專院校教授及高中端種子教師計40位擔任複賽評分委員，依實驗報告中各項細則進行評分(如圖7)。評分前所有實驗報告封面均彌封遮蓋參加者個人及校名隊名等資訊，以求評分公正。

複賽依各賽題取全國比序前10%得獲頒全國複賽一等獎、前20%得獲頒全國複賽二等獎。各題比序前4名團隊得晉級參加決賽。


圖6.2020年5月23日賽題「甜蜜幻影」複賽實作情形


圖7.2020年5月30日複賽評審前之賽題討論會議

決賽係採物理辯論模式，依複賽成績擇每一賽題優勝前4隊參加辯論決賽，若正取棄權得由備取依序遞補，參賽隊伍每人需繳交600元以支應競賽所需，以同複賽題目隊伍作為同一競賽組別，經抽籤決定循環賽程，每一隊均需與其他三隊完成三場辯論。物理辯論仿照國際青年物理學家錦標賽(IYPT)的進行方式，但兩隊均列為報告者並依圖8所示物理辯論競賽流程進行辯論。辯論時有5位評審依各隊於研究報告、歧異討論及總結的各項表現給予評分(如圖8-10)。為免南北學子舟車勞頓，今(2020)年大會擇「國立自然科學博物館」(簡稱科博館)舉辦第三屆決賽(如圖11)，且因疫情疏散人群要求，區分主題1-5及主題6-10分別於8月1日及8月2日舉辦，由於科博館提供相當優質的志工人員及場地，讓籌辦流程大為輕省且完備。


圖8.物理辯論競賽流程


圖9.第三屆決賽過程中的「賽題討論與詰問」情景


圖10.第三屆決賽評審給分情景

參賽隊伍若三場皆勝列為金獎、二場優勝者列為銀獎，一場優勝者列為銅獎；另為鼓勵單場表現績優者，單場成績平均達9分以上者，報告者可獲頒最佳辯士獎。上述獲獎除授予獎狀外，另頒4,000-12,000元不等之獎金以資鼓勵(以2020年第三屆決賽為例)(如圖12)。後續可獲邀於「全國物理教育聯合會議」中發表研究成果，並於閉幕典禮公開表揚頒獎。

上述競賽期程、規則及繳費標準每屆皆有些微變動，欲參加者請詳參報名網站及最新競賽手冊。以下為「2020第三屆全國高中物理探究實作競賽」報名網址: https://www.beclass.com/rid=23416c65d819e5c45cb6 內有最新初賽、複賽及決賽等相關細節、賽題公告及注意事項。


圖11.第三屆決賽開幕－科博館孫維新館長致詞


圖12.第三屆決賽授獎情形

 結語

回想2018年初次辦理「第一屆高中物理探究實作競賽」時的場景，當時全國參與初賽高中生計1,073名，共開設14間初賽考場；複賽擇優前50%學生組成96隊，分別於國立高雄大學、國立中央大學、國立嘉義大學、國立東華大學等四處競賽場地進行複賽，當時於國立高雄大學參與複賽學生將近200人，國立高雄大學王學亮校長、學會理事長洪偉清教授及校內許多主管皆出席複賽並頒授初賽獎項，高中生能與國立大學校長合影讓參賽學生感到興奮(如圖13、14)；複賽過程中主辦單位所提供之實驗材料包偶有缺損，筆者之一的余老師擔任複賽召集人莫不戰兢以對，相關試場經驗也為後續第二屆及第三屆競賽奠下基礎。


圖13.2018年第一屆複賽於國立高雄大學


圖14.2018年第一屆複賽，國立高雄大學王學亮校長親自頒授初賽金獎

之後第二屆初賽參賽人數擴增至2,544名，共設置72間試場；2020年第三屆雖遇上新冠肺炎疫情但參與初賽人數仍高達2,432名，共設置84間試場；複賽則因應疫情改由原高中學校承辦為原則，並以國立高雄大學、輔仁大學、淡江大學等做為區域性複賽賽場。筆者撰稿時2020年第三屆決賽業已辦理完畢，計40隊分別來自全國16所高中學校，學生透過上述初賽、複賽最後進入決賽已然是高中學生中的佼佼者。

相較國內其他科學賽事，「物理教育推動聯盟」主導的「全國高中物理探究實作競賽」，參賽選手歷經素養命題、科學實作及報告撰寫、物理辯論等三部曲歷程，不論獲勝與否，參賽過程中學生能充分體驗新式素養題型、科學實驗與物理建模過程、口說表達及臨場反應等，這是一個新穎且具備完整科學歷程的賽事，相當值得國內高中學子參與，並從中獲得科學訓練與榮譽。