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專題導言

科學遊戲「大家」談

文/許良榮國立台中教育大學科學教育與應用學系教授近年來觀察到「科學遊戲」受到教師、學生以及家長的喜愛，相關的科學營或研習活動相當的活躍。如果以「科學遊戲」為關鍵字進行google，會出現四千萬多筆的資料，顯示科學遊戲是相當熱門的活動。但是如果以「臺灣期刊論文索引系統」進行搜尋，則發現只有76 篇（含學術期刊與一般期刊）。這個現象顯示「科學遊戲」受到的關注是值得肯定的，但是如何以嚴謹的方法進行論述、討論或是進行研究，仍然是我們需要投入關注的問題之一。本期專題訂為「科學遊戲大家談」，目的是邀請長期專精於科學遊戲之教學與推廣的「大家」以自身多年的豐富經驗，提供科學遊戲之設計與推廣的建言。本期共邀請了多位老師與教授撰寫六篇文章，期望能為科學遊戲的教學注入一股活血。許兆芳先生的〈再生材料融入科學創客活動之教學經驗分享〉，利用邊角廢料等等的再生材料，融入科學創客( 自造者) 教育，進行科學實作活動。文章內容透過教學實務案例，分享如何選取再生材料與活動引導歷程，讓學生從實作中累積經驗，應用科學知識來解決問題。王德麟老師的〈從童玩談自造科技〉解析了「軌道車」以及「音樂盒」二種童玩的內部結構，帶領讀者一窺自造科技的奧妙。王老師深入分析其中的科學原理與科學概念，例如軌道車的能量轉換、玩偶循環運作的機械結構；以及音樂盒中減速筏裝置牽涉的轉速與空氣阻力的問題等等。陳坤龍老師的〈靜電遊戲〉，利用生活中簡單的材料，設計了五個饒具趣味的靜電科學遊戲，包括鋁盤飛碟、蓄電瓶、旋轉黑洞、靜電跳跳球等等；可應用於中小學的科學教學，讓學生體驗靜電的現象與理解靜電的科學原理。盧俊良老師的〈在實驗小學玩科學遊戲—以岳明國小為例〉，提供了作者多年來的教學經驗，並以岳明國小為例，描述了兼顧學校課程發展以及國小科學課程目標的教學設計，將科學遊戲帶入課程中，並歸納了「觀摩」、「仿作」、「解題」、「發表」四個步驟的教學架構，能順應每個孩子學習的天性，在「玩」中成長。謝迺岳老師的〈紙愛科學DIY〉，以日常生活隨處可見的紙為主題，設計了十個簡易有趣的科學遊戲，帶領學童實驗操作，包括：紙的本質、纖維結構、化學成分檢驗、摺紙幾何、力學應用等等。內容簡易但是充滿趣味性與知識性。林志明等四位教授的〈玩碳奈米材料遊戲—以辦理國小奈米寒假營活動為例〉，發展了適用於奈米科技的科學遊戲教學模組，能使國小學童認識奈米的新興科技。四位教授設計的遊戲教學模組，包含了奈米觀念之簡介、碳六十、碳八十、奈米碳管、碳奈米探針尖錐模型等等的遊戲教學模組，帶領學童認識自然界中的碳奈米現象。感謝各篇文章作者無私的分享，但是還有其他很多投入科學遊戲相關活動的老師與教授，限於篇幅或工作忙碌，無法一一應邀撰稿，成為遺珠之憾。無論如何，科學遊戲的教學不是少數人的專利，需要更多的關注、開發與分享，以促使我們的科學教育更為豐富，學生的學習更加快樂！ 57-7 科學研習月刊目錄

溫柔的力量提升女性科學「實作」能力

文/陳鴻宜 /臺灣師大物理系副教授蘇萬生/科教館編輯女生是否能夠進入科學的領域，最強有力的影響因素之一，也許是其他人是否在她猶豫或是遲疑的時候鼓勵她。女性參與科學是一個全世界都關注的重要議題。尤其在女少男多的理工領域中，社會普遍存在「女性缺乏某種智性天賦」的刻板印象，而且也認為「學習科學需要某些智能上的天賦」(Leslie, 2015)。這兩種刻板印象所形成的氛圍，常常導致女生處於不良善的學習環境中。雖然隨著大學教育的普及、高科技產業的蓬勃發展、和傳統產業逐漸走向高科技導向，傳統上對女生的刻板印象，影響了大多數女學生在求學過程中，對於未來科系的選擇，這樣的情形造成了女生在就讀人文社會領域的人數是自然理工領域的二倍。性別左右科系選擇的現象，並沒有隨著生活的改善及科技的進步，有著太大的改變(陳婉琪，2013)。儘管，到目前為止，有不少人認知到應該讓更多的女生進入科學領域，然而，僅僅是讓更多的女生選擇進入科學界，仍舊無法解開社會普遍的迷思「更多女生進入科學又怎樣？」，這一個套在女性身上的桎梏，讓我們面對了一個更深層次的問題--如何讓女生做出不同的科學？在面對這些議題之前，我們可透過在課堂中的觀察，認識到女生們所擁有的特質，像是：女生們上課較為專注、操作較為細緻；在科學實驗中，女生較能彼此互相合作。這些特質，讓女生的理科成績其實比男生好。但是在科學界仍然以男性居多，主要原因是社會的期望與現實，使女生更加地關注家庭。同時在欠缺家庭的支援之下，例如：父母親的鼓勵，丈夫的支持等，都會使得女生難以埋首於科學研究中。提升女生科學學習興趣的方法不少，像是鼓勵她們參加科學營隊，或是帶領她們參與科展活動等等。其中老師是影響學生對科學學習興趣的重要關鍵(于曉平， 2010)，像是老師在課堂上的教學方法與言談，以及老師實際引導程度，都會影響女學生對科學學習的興趣，甚至持續維持興趣的程度。因此，為提升女學生對於科學的參與以及我們預期女生在科學實作中較能展現出她們的優點，我們設計了一系列的課程。有別於一般的科學營隊活動，為了讓同學們於課程中，有許多實際動手做的經驗，並且能夠持續受到老師的鼓勵及引導。我們採用了入校入班的方式，亦即讓相同的學生，在連續四個星期內，在相同的教室內參與科學實作的工作坊；從科學素養的討論(圖1、圖2、圖9、圖10)，到動手做器材(圖3、圖4、圖7、圖8)，最後進行科學量測及分析結果(圖5、圖6、圖11、圖12)。圖1. 陳育霖教授在中山女高的科學素養講課圖2. 陳育霖教授在中山女高的科學素養分組討論圖9. 陳育霖教授在武陵高中的科學素養講課圖10. 陳育霖教授在武陵高中的科學素養分組討論圖3. 葛士瑋博士的LED混光電路講課圖4. 葛士瑋博士的LED混光電路分組實作圖7. 賴雲立老師的光譜儀講課(一) 圖8. 賴雲立老師的光譜儀分組實作圖5. 李柏翰老師的MorSensor講課圖6. 李柏翰老師的MorSensor分組實作圖11. 謝迺岳老師的氣壓講課圖12. 謝迺岳老師的氣壓分組實作同時利用晚上舉辦一場女性科學沙龍「跟女同學談科學是什麼?」，我們邀請了兩位大學教授，在輕鬆的聊天、自在的談話方式下進行，內容藉由近代科學家的軼事與近代科學歷史來向女學生傳達科學的本質與態度。從科學家不為人知的人性面出發，以科學家身為「人」的角度，有時會犯錯、有時也會有意外，牽引出科學發展的過程。在簡短的故事分享之後，以談天的模式和參與的女同學們進行交談。透過輕鬆的談話方式，我們希望能解答她們在選擇科學這一條道路上的疑惑。最後，在科學領域中，女性的溫柔力量一直是不可或缺的。因此，提升女性學習科學所需的實作能力，將有助於提升女性對於科學的學習與理解，並且能夠保持思維靈活與客觀。遇到問題時，永遠都能站在不同的觀點，找到不同的解決方案，在山窮水盡疑無路的時候，總有柳暗花明又一村出現(圖15、圖16、圖17、圖18)。圖13. 林宣安老師的壓力講課圖14. 林宣安老師的壓力分組實作圖15. 學生心得分享(一) 圖16. 學生心得分享(二) 圖17. 學生心得分享(三) 圖18. 學生心得分享(四) 參考文獻 1. Sarah-Jane Leslie et al., (2015). “Expectations of brilliance underlie gender distributions across academic disciplines.” Science, 347, 262-265 2. 陳婉琪 (2013). “高中生選組行為的原因與結果：性別、信念、教師角色與能力發展”, 台灣社會學第25期（2013年6月）, 頁89-123。 3. 于曉平、林幸台（2010）。”角色楷模課程對高中數理資優女生性別角色、生涯自我效能與生涯發展影響之研究”。教育科學研究期刊，55(1)，27-61。

Fun科學的探究實作活動

文/ 謝甫宜高雄市陽明國中教師國際數學與科學教育成就趨勢調查(TIMSS)分析報告指出，臺灣學生在對科學的興趣、自信心、數學的實用性皆在各國排名後段。而臺灣科技部與教育部曾亦於2015年公布，我國學生在以素養導向命題的國際學生能力評量計畫(PISA)測驗的成績表現，在數學素養與科學素養皆第4名，但是，台灣成績表現最差的學生竟為前十名國家中比例最高。由此顯示，本國學生形成「高學習成就」以及「低學習動機」的嚴重雙峰傾向，這或許是「以考試領導教學」制度下所造成的現象。自然科老師不僅可以是科學概念的傳授者，也能成為創意教材教法以活化教學的創造者。筆者邀請四位致力於科普實作活動的資深教師們，依其專業領域為本期專題「Fun科學的探究實作活動」撰稿，專題聚焦兼顧寓教於樂與增進概念理解而設計的生動有趣探究實作課程單元，以提供自然領域教師在教學現場中能兼顧學習成效與學習動機、促進科學的教與學變得更生意盎然、讓學生充滿好奇心與求知慾而理解重要的核心概念。作者們寫成可供參以進行探究實作之學習情境與教學設計的五篇文章概要如下：一、指尖陀螺玩科學－從科學遊戲到探究歷程 2018年網路調查中最療癒的玩具中，名列第一即為「指尖陀螺」。作者者根據多年教材研製與實作活動的經驗發展一系列指尖陀螺科學實作活動，以提供教師運用學生所熟知的玩具進行探究實作活動教學。本文所設計探究實作活動包括指尖陀螺費納奇鏡與指尖陀螺電磁感應等兩項，其相關的核心概念分別為視覺暫留現象以及楞次定律與法拉第定律。上述兩項運用指尖陀螺的轉動所設計的探究實作活動，不僅能提升學生的科學學習動機，也有利於七年級學生觀察視覺暫留現象，以及提供九年級學生體驗電磁感應的基本原理與變因，並可從改變如轉速或磁力強弱的變因，進一步探索磁剎車與其他電磁感應的生活應用。二、橫波演示器以物理的初學者而言，教師若僅以繪圖方式或教科書中靜態的圖片來解釋與探索動態的波動現象，常造成八年級學生對於波的性質與波的運動等核心概念感到困惑而難以理解。本文別出心裁地設計與製作演示橫波之教具，不僅能增進學生對波動概念的理解，進行有效教學之外，也可促進與師生之間的互動。此外，作者所發展的「橫波演示器」具有成本低廉、易購得、介質不相連、波速較緩易觀察、輕便易操作等優點，故能活化原本枯燥、生硬的波動教學，轉換成活潑有趣、生活化、增進師生互動的學習情境。三、長壽牌衛生紙本文旨在針對衛生紙作為可燃物並延長其燃燒時間之議題，引導學生進行探究實作活動，探索不提供輔材或藥劑而調整衛生紙的形狀、點燃衛生紙的位置、衛生紙的緻密程度等變因，教學目標在於啟發學生發揮創意，以及培養其解決問題能力。其次，本文標題新穎、教學目標明確、也能增進學生運用所習得的科學概念，採用以學習者為中心探索「延長衛生紙燃燒時間」之開放性問題作為專題。此專題亦屬於生活化與具有情境脈絡的科學現象解釋以及科學舉證，也有助於學生統整和運用燃燒三要素與反應的表面積效應等核心概念。四、蛇類推廣與破解迷思教育生態保育一直是全球性的重要議題。隨著人類因經濟作物的種植與開發林地而侵害生物的棲息地、或因食衣住行的需求與人擇的結果而濫捕、甚至只是不了解生物本身的習性產生恐懼而濫殺，導致生態失衡與各類物種快速滅絕時，我們便有責任教導學生與民眾護生與生態保育的概念！本文作者不僅對於爬蟲類有深刻的認識與長期接觸，亦將生態保育的概念融入蛇類介紹、推廣和生物領域的教學。因此，作者提供學生能近距離辨識與觸摸這些無毒、無害、較為溫馴的蛇類，並進一步帶領孩子走入大自然以及接觸這些看似陌生的蛇類，以培養學生的觀察與辨識蛇類能力，也學習與蛇類互動的竅門。五、簡易觀察太陽的方法作者運用針孔成像與反射原理以簡易的素材以及操作方法，提供學生觀察太陽的位置與太陽移動的變化，對於非專業、缺乏適當設備的一般天文愛好者或學童，得以自製太陽觀察盒的方式，在不傷害眼睛的考量下，方便探索幾乎每天伴隨著我們作息的太陽。此外，本文也進一步提出，與太陽有關的金星凌日、水星凌日與日食等有趣的天文現象。藉由本文，作者對於太陽觀察盒設計的巧思，可融入地球科學領域的天文單元進行探究實作活動的課程設計，八或九年級學生亦可運用理化科光學單元所習得「光的直進」、「針孔成像」和「光的反射原理」等核心概念加以統整與活化，進一步跨領域探索和觀察太陽位置與其變化。以上五篇作者皆秉持著兼顧情意、技能與認知層面進行教學活動設計。在情意層面，以玩科學或實際體驗生態的遊戲形式，提升學生的科學學習動機與探索自然現象的好奇心；在技能層面，藉由探究實作活動或接觸動物以增進學生的操作技能與生活應用；而在認知層面，定錨於核心概念的學習，以活化學生的概念理解與分析統整。除了提供自然領域教師參考之外，也希冀獲得更多科學同好共襄盛舉，一起為臺灣科學教育的轉變來努力。

「To do, To understand」的探究與實作

文邱美虹/國立臺灣師範大學科學教育研究所教授「不聞不若聞之，聞之不若見之；見之不若知之，知之不若行之。」--荀子 12年國民基本教育自然科學領域綱要指出：此次新課程的核心價值是在學習科學核心概念、強化探究與實作的能力、認識科學本質和培養科學態度，尤其在探究能力的學習表現方面，強調學生應培養手腦並用，並能展現思考智能與問題解決的能力。換言之，此次自然領域課程綱要打破過去太過強調知識面的認知學習，改為著重於知識的運用、與生活的結合，透過實作和融入社會的科學議題學習內容來了解科學知識與技能的價值與重要性。「這樣教我就懂」的探究活動提供教師與學生體驗科學、認識科學、運用科學到挑戰科學的機會。對教師而言，從知識的傳遞到思考智能與問題解決的啟發，無一不是挑戰，唯有教師願意翻轉教學，從心動到行動，才能引發學生主動學習的興趣、與進一步探索科學、滿足求知的好奇心。對學生而言，從被動的知識接受者到主動的探索、尋找與解決問題，改變學習的方法就有可能改變學習的態度與目的。自然領域新課程綱要的目標與理念以及對探究與實作能力的重視，希望在「這樣教我就懂」的探究活動中得以彰顯，也期待教師可以在學校的課室教學中以探究與實作為常態教學，提供學生更多認識與喜愛學習科學的機會。本期月刊「這樣教我就懂」專題刊登五篇獲獎的作品，以下簡要說明其活動設計之特色。首先是林辰駿老師的生態瓶活動設計，以感官經驗出發，在實驗過程中，強調觀察、記錄、比較，以找出「生態系」中的生物三因子(生產者、消費者、分解者)與環境因子交互作用下所形成的體系之間複雜的關係，以及物質循環與能量轉換所形成的動態平衡。這活動符合新課綱所提出的核心概念(基本組成、能量、與動態平衡)的學習，同時在活動中引導學生討論環境議題，可培養學生對永續發展的認識。第二篇文章是由吳和桔老師從STEAMS的角度設計探討環境空氣品質的探究活動。臺灣這些年來有關空汙問題(PM2.5)相當嚴重，透過認識空氣污染物的種類與來源及其對健康的影響，並進一步實作簡易的空氣清淨機以檢測空氣品質，此活動設計結合STEAMS各領域的核心能力，可以拓展學生的學習經驗與視野。第三篇文章是馬瑪宣老師的〈甜祕密—糖漬中的科學〉，此活動設計簡單有趣，將探究與實作活動帶入家中，是一項深入淺出的家庭科學活動。此活動牽涉到滲透壓和糖漬抑制細菌生長的概念以及實驗酸鹼度pH等儀器的使用等等。從數據處理與分析、影片剪輯，以及形成性評量學習單的評分規準的設計，使此活動雖看似簡單，但是活動內容豐富且具深度，可供教學之參考。第四篇文章是紀則賢老師的〈燃燒你的小宇宙—真人太陽系之教案實作〉。作者透過自己身為教師的反思，改變傳統教學策略改以角色扮演出發，來引起學生的學習興趣。由於這項以學生為中心的學習活動，使學生展現出主動與積極學習的態度和發展出解決問題的熱情，除認識到公轉、自轉的快慢與方向的不同，以及衛星跟行星環的存在，且改變學生的學習方式與態度，更重要的是改變了教師的教學觀，真是教學相長。最後是吳沛穎的〈生物體內的化學反應—沈浮的葉子小艇〉，這是一個有趣的跨科活動設計，透過一連串跨科主題(化學和生物)的教學活動以及文本閱讀，讓學生從進行實驗、彙整實驗結果與分析問題中歸納出影響光合作用速率的變因，並完成撰寫科學報告。此跨科探究活動可拓展學生認識學科之間橫向的連結關係，同時科學文本的閱讀也是培養學生科學基本素養的重要一環。

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