AI與創造它的科學家(二) 艾薩克．艾西莫夫 Isaac Asimov（1920—1992）
圖文／國立臺灣大學科學教育發展中心
本系列作品由教育部與臺大科學教育發展中心授權轉載
艾薩克．艾西莫夫Isaac Asimov（1920—1992）
著作等身的多產作家，除了如《基地》系列、《機器人》系列等深植人心的科幻作品外，同時也是一位科普作家，也曾在大學中任教。「機器人學三大定律」最初出現在Asimov1942年的短篇小說《轉圈圈》（Runaround）中，用以規範通用AI的行為，也是機器倫理的濫觴。三定律看似周全，實際上存在內在矛盾與例外，因而常見於其他科幻作品，作為故事發展的開端或主軸。然而一套倫理學竟然在被規範者出現之前就被廣泛討論，反映了大眾對於「人造智慧體」的猜忌與不安。
撰文／陳品妤｜編輯／高敬堂
審訂／葉言都（東吳大學歷史系兼任助理教授、科幻小說作家）
非凡的科學天才
Asimov是俄裔猶太人，三歲時與家人移民到美國紐約定居。小時候，他在父親糖果店的報攤上找到一本《驚奇科幻》雜誌（Astounding Science Fiction，現已改名為Analog Science Fiction and Fact），閱讀之下，科幻世界的廣袤星空立刻深深吸引了他，開啟了Asimov對科學的興趣。
Asimov成績出色，年僅十九便從哥倫比亞大學化學系畢業，而後繼續攻讀生物化學博士。沒想到不久，二次世界大戰緊接著爆發，中斷了Asimov的學業。二戰期間，Asimov發揮所長，在大氣實驗室擔任民間研究員。戰後，Asimov繼續在陸軍服滿最後的九個月役期，並在28歲那年回歸校園，取得博士學位後，在波士頓大學醫學院擔任講師。
身為舉世公認的天才，Asimov對此稱不上謙虛，卻也從不驕矜自大。一方面，他在名片上幽默地自稱是人類的「自然資源」；另一方面，他對炫耀智識的人毫不客氣。1962年，Asimov高分通過「門薩國際」（Mensa International）──一個僅接受高智商會員的國際同好會──的入會測驗。根據Asimov自述，那並不完全是個很好的經驗：有些會員過分誇耀智商、不斷與他人爭吵。正如Asimov所說：「即使科學會引起問題，但無知也不能解決問題。」比起這些自私的聰明人，他顯然更理解知識的可貴。
科普之王
Asimov平均每年出版或主編十本書。在他全職寫作的期間，甚至高達每年十三本。曾有記者問過他：「倘若醫生宣告你只剩六個月能活，你會怎麼做？」，Asimov瀟灑回應：「打字打得更快一點！」（“Type faster!”）。
如此多產的作家，作品橫跨杜威十進位圖書分類法，從自然科學到人文藝術，可謂真正的上知天文下知地理；唯獨「哲學」是Asimov唯一不曾出版的分類。但Asimov的文字條理分明，字裡行間邏輯嚴謹，若真出版哲學圖書，不過是錦上添花而已。除了學識淵博，Asimov最為人津津樂道的，還有過人的幽默感。他出版了數本打油詩及笑話集，以及趣味橫生的科普作品。
1957年，蘇聯發射世上第一枚人造衛星，其技術震驚整個世界。造成美國教育界的危機感，認為必須痛定思痛，改革科學教育，培養更多科技人才。在此之前，Asimov的創作以科幻小說為主，這時他有感於科學普及的重要，改為寫作科普專書。他的科普作品也極為成功，暢銷書《智者的科學指南》（The Intelligent Man’s Guide to Science）出版以後，Asimov決定辭去教職，全心投入科普工作。而這部作品經過多次編修，成為後來的《艾西莫夫科學新指南》（Asimov’s New Guide to Science）。
1940年代，美國科幻小說的三巨頭之一Robert Anson Heinlein曾說：「如果Isaac不知道答案，就不要查詢大英百科全書，因為它也不知道答案。」可見Asimov科普大師的名譽當之無愧。
科幻小說大師
在鑽研學術之餘，Asimov沒有停止探索世界的驚奇，盡情嘗試有趣的事物。當然，也包括科幻小說寫作。
1939年，Asimov陸續向《驚奇科幻》投稿多篇科幻小說。當時的編輯John W. Campbell Jr.成為他的伯樂，引導他在1941年寫出短篇《夜幕低垂》（Nightfall），躋身一線科幻小說家。之後，Asimov出版多部大受歡迎的短篇，以及經典的長篇系列。其中，「機器人系列」與「基地系列」堪稱Asimov科幻小說的兩大代表系列作品。
「機器人系列」的主角是人類刑警Elijah Baley與他的機器人夥伴R. Daneel Olivaw。面對看似違反「機器人學三大法則」的不可能犯罪，兩人抽絲剝繭、攜手揭開案件真相，頗有古典推理小說色彩。他們辦的案子從熟悉的地球到太空殖民地，讀者能一窺Asimov設想的未來社會，並與這對搭檔一起思考：人類的未來該何去何從？人類與機器人如何攜手共存？在系列的最後一集，Baley與Daneel之間深厚的「跨種族」情誼，或許是Asimov對這一連串難題的解答。
「基地系列」的格局更大，是科幻類型的「太空歌劇」（Space Opera）。故事敘述數學家Hari Seldon預見銀河帝國即將滅亡，為縮短帝國崩潰的動盪期，打造保存文明的基地，使人類能早日邁向和平。銀河帝國的命運取材自羅馬帝國的興衰史，也是Asimov對人類歷史的回應：無論如何，唯有以不停求變，來回應瞬息萬變的環境，才是人類的永續生存之道。
Asimov在科幻小說的成就斐然，多次獲得科幻界的最高榮譽──雨果獎（Hugo Award）。而他在小說中創造的多個字詞，如前述提及的「機器人學」（Robotics），還有「正子」（positronic）、「心理史學」（Psychohistory）等，更被《牛津英語辭典》收錄；其中，用於預測人類命運的「心理史學」，甚至成為部分社會學家的理論參照。
身為一位科幻小說家，除了作品以外，Asimov最為人津津樂道的，是與另一位科幻巨匠──同時也是位著名的科學作家（science writer）、電影《2001太空漫遊》（2001: A Space Odyssey）原著小說的作者──Arthur Charles Clarke的相處模式。
兩人雖是好友，卻多次在各種場合挖苦對方。例如Clarke偶然得知在一場不幸的航空事故中，其中一位罹難乘客正好隨身帶著一本自己的著作。他將這則新聞轉給Asimov，並補充：如果那名乘客當時帶的是Asimov的書，或許就能安詳地死去了（無聊到睡著）！Asimov也不甘示弱地回擊，告訴Clarke：這場事故對於那名乘客而言至少是種解脫（不用再看Clarke的書了）。但他們的修養，徹底打破「文人相輕」的迷思。一次偶然的機會，兩位作家共乘一輛計程車，行經紐約市公園大道時，達成了著名的《Asimov-Clarke公園大道協議》（The Asimov-Clarke Treaty of Park Avenue，或稱《Clarke-Asimov協議》）才平息了這場瑜亮之爭：往後當被問到誰才是最優秀的科幻作家時，Asimov得回答是Clarke；同樣地，Clarke也將堅持Asimov才是最優秀的科學作家。Clarke更在自己的著作《第三行星報告》（Report on Planet Three）中寫道：「根據《Clarke-Asimov協議》，第二名的科學作家將這本書獻給第二名的科幻作家」，足見兩位大師惺惺相惜。
跨世紀的機器人預言
Asimov於科幻小說中生動描繪了人類與機器人共存的未來，並首先使用「機器人學」（Robotics）這個詞彙，至今仍深刻影響著科技的發展。機器人學之父Joseph F. Engelberger就曾表示，他之所以投入機器人學，正是因為讀了學長Asimov的機器人故事。2010年3月9日，美國眾議院為了表彰Asimov的貢獻，將每年四月的第二個星期指定為「全國機器人週」。
雖然科學家自科幻小說汲取靈感早已不是新鮮事，像是IBM的第一台超級電腦，即是以Douglas Adams的小說《銀河便車指南》（The Hitchhiker’s Guide to the Galaxy）中的超級電腦「深思」（Deep Thought）命名，但是Asimov的科幻小說不僅為機器人學家提供了靈感，更塑造了AI在大眾心目中的印象。
就實用的角度來看，Asimov在小說中提出的人形機器人設計相當實際：一、家庭機器人以「女性」的形象出場，減少機器人給人類的侵略感。二、區隔人類與機器人，以免過於擬真的機器人被當作人類。三、制定機器人應當遵守的原則，防止機器人傷害人類。在現代機器人設計中，我們已經可以看見這些原則的實踐。
除此之外，Asimov在與另一位作家Robert Silverberg合著的《正子人》（The Positronic Man）中，也以擁有自我意識的機器人Andrew為主角，結合機器人學、心理學、社會科學等視角，探討人類與AI之間的互動與情感關係。這部擴寫自Asimov另一部作品《雙百人》（Bicentennial Man）的長篇小說，先後被改編為熱門的同名電影與風靡世界的Play Station 4遊戲《底特律：變人》（Detroit: Become Human）。可見Asimov的科幻小說不僅開啟了人們對機器人的想像與討論，也深深影響了通俗文化。驚人的是，這些深具啟發性的作品，竟有泰半是上個世紀40到50年代的創作。
1964年，Asimov在《紐約時報》撰文，預言2014年的世界。而今回首，其中許多想像竟都與現實不謀而合：
． 機器人既不會普及也不會發展良好，但是它們將會存在。
►正確！機器人尚未普及，依舊處於開發狀態。
． 人類將致力於設計擁有「機器人大腦」的車輛。這些車輛可以設置特定的目的地，在前進時不受駕駛緩慢的反應干擾。
►正確！自動駕駛車輛是目前正在研發中的熱門產品，前途一片光明。
． 精巧的機械裝置將把人類從瑣碎的工作中解放出來。廚房設備被設計成自動裝置：燒開水並煮成咖啡、烤麵包、煮或炒蛋、烤培根等。只要前一天晚上預訂，早餐就會在第二天的指定時間準備好。
►正確！雖非主力研究項目，但已有相似產品付諸實際運用，例如日本豪斯登堡樂園的奇妙餐廳（変なレストラン）。
． 在公元2014年的世界，幾乎沒有日常工作是機器無法做得比人纇更好的。因此，人類在工作上的角色將大幅轉變為機械運作的看管者。學校的方針因此改變。高中生將被教導電腦技術的基礎知識，熟練掌握二進制算數，並接受應用程式語言的完善訓練。
►部分正確。自動化的理念正是如此，講究智慧化與客製化服務的第四次工業革命也是正在進行式，只是速度似乎沒有Asimov設想中來得快。在基礎教育方面，雖與全面普及仍有一段距離，但將編程等電腦相關技能向下扎根，是各國政府共同努力的方向。
． 通訊技術將發展出視聽功能。你將在聽到聲音的同時看見通話對象。而螢幕不僅可以用來查看通話對象，還可以用來研讀文件、相片，跟閱讀書本的文字段落。同步衛星將在太空中徘徊，使你能打電話到地球上的任何地點，包括南極洲的氣象站。
►正確！視訊電話已實現多年，並在當下人手一支智慧型手機的社會中廣泛運用，儼然成為當代通訊不可或缺的一部分。 Asimov半世紀前的預言，竟與事實相去不遠。誰說他在科幻小說中所描繪的未來，僅只是天馬行空呢？
機器人學三大定律
1942年，Asimov在短篇小說《轉圈圈》（Runaround）裡，首次提出著名的「機器人學三大定律」：
一、機器人不得傷害人類，或因不作為而使人類受到傷害；
A robot may not injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm;
二、除非違背第一定律，機器人必須服從人類的命令；
A robot must obey the orders given it by human beings except where such orders would conflict with the First Law;
三、在不違背第一及第二定律的情況下，機器人必須保護自己。
A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Laws.
若機器人不遵守規則，就會導致不可逆的傷害，以此作為機器人失去控制時的保險機制。在其他科幻作品中，也經常援引這三條定律，作為給機器人或AI系統的限制。
科學家創造強大的AI，是為了增進社會福祉。矛盾的是，許多科學家卻警告：倘若有一天功能強大的通用人工智慧（Artificial General Intelligence，AGI）成真，它將意識到人類之於宇宙只是滄海一粟，進而消滅或者奴役人類。Tesla執行長Elon Musk曾經表示，AGI可能使人類淪為機器的寵物，而聯合DeepMind的創辦人Mustafa Suleyman及數百名專家齊聲反對「致命自主武器系統」（Lethal Autonomous Weapons，LAWS）的開發。
在這樣的背景下，機器人學三大定律也受到前所未有的重視與討論。例如2016年，微軟CEO Satya Nadella曾在《未來的夥伴關係》（The Partnership of the Future）一文中提及：雖然層層遞進的三定律深具啟發，為AI倫理學提供了很好的基礎，但仍未提供一套研發團隊在開發AI模型或機器人時應該遵守的價值觀或設計原則。實際參與AI研究的知名科學家Ben Goertzel也透露：機器人學三大定律的邏輯缺陷太多，在小說中便存在許多漏洞，即使是機器倫理學界也不認為它是一個令人滿意的基礎。話雖如此，我們依然可以從三定律的失敗中學習，體認到任何試圖以具體規則為依據的道德規範注定會失敗。
然而這些批評似乎都忽略一個事實：Aismov不是以「科學家」，而是「科幻小說家」的身分寫下三大定律。在「機器人系列」中，正是因為三定律存在漏洞，才會帶出兩位主人公後續一系列的精采冒險。另一方面，不是所有學者都認為AI真的會反噬人類。比如Facebook 創辦人Mark Zuckerberg對此便抱持著樂觀的態度，認為技術的好壞取決於使用者；只要立意良善，AI將在不久的將來持續造福人類。
科學與反智主義
Asimov終其一生透過教育和著書，將知識傳播到更遠的地方。某種程度上，可以視為對於1980年代「反智主義」（anti-intellectualism）盛行的一種反制。當時的美國政治人物為博取大眾選票無所不用其極，Asimov對此撰文感嘆：美國存在一種「名為無知的邪教」（a cult of ignorance），人們誤以為民主意味著「我的無知就跟你的知識一樣好」。在那個年代，Asimov更是少數公開支持同性戀、女性權益的公眾人物。
1992年，Asimov撒手人寰，然而當時的媒體對於他的死因卻沒有太多的著墨。直到多年後，Asimov的第二任妻子代為出版他的自傳時，才透漏：Asimov是因手術輸血而感染愛滋病毒（HIV），後續引發心腎衰竭而逝世。那是個HIV知識尚未普及，對於愛滋病仍充滿歧視的年代。即使Asimov處之泰然，並願意公諸於世，但在醫師的建議與輿論偏見可能殃及家人的考慮下作罷。這段令人五味雜陳的插曲，正突顯了Asimov生前所堅持──科學普及的重要性。
參考文獻 [1] Biography.com Editors, “Isaac Asimov Biography“, The Biography.com website, 2014.
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[8] Salge, C., “Asimov’s Laws Won’t Stop Robots from Harming Humans, So We’ve Developed a Better Solution“, Scientific American, 2020.
[9] 徐子軒（民107年12月17日）。AI武器未來戰（上）：「殺手機器人」的禁令謬誤？。
[10] 葉李華（無日期）。艾西莫夫傳奇。
國立臺灣大學科學教育發展中心
本文為教育部「人工智慧技術及應用人才培育計畫」成果
「AI與創造它的科學家」線上圖文故事展｜https://reurl.cc/WknyvD
計畫網站｜http://elitesports.tcus.edu.tw
他山之石——加拿大全國科展評審制度探討
文/陳香微
前言
人類文明的發展仰賴科技不斷的創新，而創新則仰賴對已知的啟發。科學教育除了傳遞已知的科技知識，也在啟發創新開發的流程，以專題導向為學習的科學展覽會，就在訓練尋找未知的方法流程，讓參與的教師及學生能實質經歷科學方法訓練，建立面向創新的技能（李文獻,2016）。
科學展覽會（science fair），始於美國1928年學校發起的科學專題成果競賽活動，英國則開始於1940年代（BAAS,1983）。1950 年代起國際科技展覽競賽（International Science & Engineering Fair, ISEF）成為美國科學教育推廣重要的年度盛事（Bellipanni & Lilly, 1999）。舉辦科學展覽會逐漸形成一種文化潮流，融入日常生活當中，成為學生課堂外的另一種科學學習活動，能讓學生經歷如同科學家從事科學探究的歷程，獨力完成專題的研究經驗（Grote, 1995），科學博覽會是非常重要的教育工具（Tortop, 2013）。
｢中華民國全國中小學科學展覽會（以下簡稱全國中小科展）｣創辦於1960年（民國49年），是國內最大的科學展覽活動，由教育部責成國立臺灣科學教育館辦理，歷經60餘個年頭，不但激發學生獨立的研究潛能，亦藉由舉辦大型活動，促使社會大眾重視科學研究、普及科學知識，為我國科學教育奠定良好基礎。
隨著教育制度的改革與知識的分眾化，科學展覽的型態變得更多元，競賽活動也如雨後春筍，除全國中小科展外，奧林匹亞競賽、旺宏科技展、探究實作競賽、遠哲科學競賽紛紛開辦，加以十二年國教的推動、108課綱的實施，強調學習的動力來自於適性、自主，而成果的展現可以透過多元的方式評量，因此各項科學競賽活動成了升學評量的標準之一。
科學競賽作為評量舞台，競賽成果甚至影響升學，評量基準自然受到矚目，尤其全國科學競賽的龍頭，舉辦了60餘年的｢全國中小科展｣評審過程是否公平、公正、公開屢屢成為話題。筆者有幸於2018年5月觀摩｢加拿大全國科學展覽會｣（CANADA-WIDE SCIENCE FAIR, 以下簡稱CWSF），對於這個一樣有著60年歷史的科學競賽產生好奇與興趣，陸續透過文獻及訪談深入了解其競賽規則及評審制度等，深覺值得參考及借鏡，遂著手整理並撰寫本文，期能提供我國科學競賽參考。
壹、加拿大科展組織及規模概述
加拿大科學展覽會目前由加拿大青年科學基金會（Youth Science Canada, 以下簡稱YSC）推動辦理。YSC成立於1966年，宗旨以幫助及支持青少年科學、技術和創新的發展，除了辦理CWSF、選拔出國代表、制定青年科學實驗標準、推動國家STEM博覽會、發展課程、辦理教師專業成長工作坊等，甚至獎勵研究。組織以在各省成立分會方式推動業務，執行董事為雷尼巴洛Executive Director /Reni Barlow （也是我國TISF接洽的主要窗口）。
CWSF創辦於1962年，每年五月份辦理（2020年因COVID-19停辦），舉辦目的主要是為年輕人提供科學和工程實作的機會，以促進該國國小、國中及高中學生參與科學研究，同時也是科學、技術、工程和數學 （STEM） 年度盛會。參賽者來自加拿大18個省分的103個區域選拔推薦出來7-12年級學生，分屬三個學齡層組別：Junior組（7-8年級學生）、intermediate組（9-10年級學生）和Senior組（11-12年級學生）。
YSC認為科學展覽的作品通常不會是可以發表的研究，他們認為對於七年級的參賽者來說是新的和有創意的主題，對於12年級的高中參賽者可能顯得膚淺，但只要作品符合他年齡層的學習程度都值得鼓勵，這才是辦理展覽的真正目的，因而大會依不同的能力表現及標準設置了卓越獎、挑戰獎、白金獎，此外還有企業、團體、學校贊助的特別獎，以及從中選拔出國代表。
一、卓越獎Excellence Awards
卓越獎表彰卓越的科學和技術。評審是以相對比較的方式進行，每一件參賽作品都有機會獲項。獎項根據每件作品在同一個等級類別中的共識分數排名來頒發的，主要是培育學生對科學素養的養成。每個組別共有 70 枚獎牌，分為金、銀、銅牌獎，包括10個金牌、20個銀牌、40個銅牌，三個組別共210個獎項，得獎比例約50％，所有的獎牌通常都是根據評審結果頒發的，然而，授予金牌需要達到以下最低標準：
．其分析的數據和結論皆是根據實驗數據的
．作品展示了和作品相關的背景和理論
．作品沒有明顯的錯誤
二、挑戰獎Challenge Awards 挑戰獎旨在激發青少年好奇心和創造力以解決問題，並分7個項目包括：發現、能源、環境、健康、資訊、創新和資源。參賽者在報名時就須選擇一項參加，評審委員由獲得卓越獎中的諸多作品推薦出其中的佼佼者，再由該層級的部分評審共同評選出得獎者。7大項目每一年齡層各選拔一名獲獎者（共21名）（表1）。
表1. 挑戰獎項目及內容
三、白金獎Platinum Award、青年科學獎
白金獎是各組別中的最高榮譽，由YSC組成的特別小組從各組金牌得主中各選出一件最具創新思維及開發價值的作品頒給白金獎，每人可獲1000加幣獎金及水晶獎牌一座（共三名），三位得獎者並將獲得卡爾頓大學、達爾豪西大學、UBC、曼尼托巴大學、渥太華大學、西方大學的入學獎學金，以便進入科學學院或類似計劃，使他們能夠繼續學習。
白金獎得主中又將產生一位可以獲得至高無上獎勵的青年科學獎，並可獲得2500加幣獎金及水晶獎牌一座。
四、出國代表
至於被選派出國參加競賽代表者則由具實用或開發價值的挑戰獎或白金獎作品中挑選，但不在本次大會中決議，而是事後再由大會另行指派，每年視經費多寡決定選派人數及參賽國家，其中派選參加美國國際科技展覽會（ISEF）為第一優先，其次是瑞士青年論壇，筆者拜訪Reni Barlow時，獲其首肯將把選派代表來臺參賽做為優先考量。
五、特別獎
特別獎由基金會、公司或專業協會提供，主要頒發給在科學貢獻上符合特定標準的傑出作品，所謂傑出通常反映在贊助基金會、公司和專業協會的特殊要求。
圖1. CWSF金銀銅牌獎座
貳、CWSF的評審組成及評審過程
因應每年大約400到500件作品審查，CWSF每年要招募數百位評審人員，評審組成有不同的層級及不同的分工。為了評審的公平一致性，除了每年約需招募300餘位評審，還包括由YSC組成的國家評審委員會（NJC）的一群常設委員（約五位），以落實地方及全國的評審制度。
每年招募的300餘位評審來自各個地區的分會，每個分會推派2-3位會員代表組成一個團，這些成員包括牙醫、各學科的工程師、大學和學院的教師、醫生、藥劑師、來自工業界的科學家、來自政府實驗室的科學家，其資格有博士、碩士甚至有對展覽推廣有特殊興趣和經驗的研究生等。評審須於大會辦理時提前二日到達會場參與培訓。
大會將分派3-4名評審組成一個團隊，負責評選同一年齡層中的大約七件作品。通常，四個不同的評委將分別對其負責的每件作品進行評估。過程大約如下：
首先，評審人員在抵達會場前必須先閱讀參與者的研究報告（大會會在評審到達前事先將學生作品傳送給評審），並在正式評審前一晚在參賽者不在場的情況下查看會場作品版面。
評審日當天，四位評審中的每一位都須與參賽者會談約 20 分鐘，其中10分鐘聽取有關該作品的介紹，然後10分鐘是提問時間。
參賽者當天離開展區後，各評審團隊開會討論每件作品，並根據作品組別和每件作品的相對優點分配共識分數。這些分數匯總後，每一個等級類別內的每個評審團隊的代表開始開會審查排名分數，並確定卓越獎牌和挑戰獎的獲獎者。此時可能會涉及評審人員之間的激烈討論，必要時可能需要再次查看作品。
YSC強調，評審除了擔任審查工作之外，同時也是參賽者最佳的激勵者、好榜樣、顧問，因此制定了評審守則，詳細規範評審可做為及不可做為之事項（包括同理心、 榮譽感、規避、保密條款等）做為教育訓練之用，諸如判斷一件作品的完整與不完整，並非實驗結果呼應假設就是完整；文獻蒐集、閱讀理解及完成作品所花費的時間也是評審參考的重要事項；作品是否有頂尖學者指導及是否在大學實驗室進行不該是評審的主要參考；實驗筆記的評審重點等。
參、評審標準
評審是比賽的核心，對參賽者和評審來說都是一種刺激的互動。CWSF的部分制度是參考美國國際科展（ISEF）制定的，因此作品也有個人及團體之分，人數限制也比照ISEF。
評審過程強調參賽者應該能夠清楚而簡潔地解釋他們的作品，包括他們所做的以及他們的結果和結論。而展示內容應該清楚地表明研究意圖和結果，同時要能夠回答評審提問關於他們作品的問題，作品水準應該適合他們的年齡和年級。另外，他們也應該要描述用於訂定假設、設計、結果和結論的方法和設備以及思考過程。
對於團體作品的評審更要求注意以下幾點：
1.在進行面試時，評審應該向個人提出問題，以確保每個人都有機會發言。
2.從面談中作者發表的陳述和評審提出的問題充分了解團體作品中每位作者對所負責部分的了解及重要貢獻。
3.團體作品應該比個人作品產出更高質量的成效。
4.團體作品應該顯示證據證明他們的分工具有積極的結果，也就是協同效應和加成作用。
5.團體作品至少應該在以下方面超過個人努力如：背景研究、數據收集的數量和質量、實驗重複次數等。
評審標準主要分為三個大項，各有不同的權重配分，以下分別說明，詳細的評審內容及標準表列於文末附件。
一、科學思考 50％
為判斷作品優劣的最重要標準。科學展覽的主要目的是為學生提供一個通過實驗、創新或研究參與科學發展的工具（舞台）。在一個實驗項目中，該過程包括數據收集等物理行為；在創新項目中，該過程涉及對新設備、模型、定理、物理理論、技術或技術方法的科學評估。任何一項研究可能涉及對已有數據的科學分析，如果沒有科學思維，這種物理過程就毫無意義。一旦獲得結果，設備裝置或數據分析方法對於結果的解釋更具有重要性。科學思考的評估項目包括： ．透過閱讀設計研究主題，或透過觀察提出清晰明確的假設。評估的重點包括：一個對檢驗假設有效的實驗程序，或者是對問題提出有效解決方案的創新設計，或一項旨在產生重要新見解的研究。
．結果和結論清楚，誠實地陳述，合乎邏輯並與主題相關。
．對任何實驗結果、設計或數據分析有清晰的討論。
．仔細考慮如何擴展該主題的建議。
．展現出所涉及的科學和／或工程原理的深入知識。
．從學到的知識到一般學科或相關學科的知識內容對該主題研究結果做出仔細的推斷。
二、原創性與創造性 33％
科學展覽作品通常不會是可發表的研究（儘管有些是）。然而，即使作品在科學上相對簡單或只具備了良好的基礎，原創性或創造性也是可能的。在評估時需要考慮入圍者的年級和年齡。原創性／創造性指的是：
．一個原始問題或對一個老問題的原始方法。
．實驗設計的創新或整體項目的創造性方法。
．巧妙地使用材料和設備。
．在應用程序和任何獲得的數據的解釋上的創造性或原創性想法。
．作品超越了入圍決賽階段的教科書（課程）水準。
三、溝通 17％
溝通由四個部分組成：視覺展示、口頭表達、作品的背景研究報告和日誌。
．視覺展示：良好的展示以合乎邏輯的方式講述作品的故事。並以適當的方式使用標題、符號、圖表和文本，可以讓觀眾從距離一公尺能清楚讀取。使用有吸引力的配色方案。評審會根據介紹立即評估視覺展示效果。
．口頭表達：作者充滿熱情，表達內容條理清晰。口頭述說是經過深思熟慮和演練，而不是逐字背稿。對於問題處理交代清楚，並且對研究主題和相關背景有良好的了解。
．研究報告：有特定的規則，僅給予五頁的篇幅，外加兩頁引用和參考書目。需清晰準確地描述作品的來龍去脈，通常包括：簡介、假設、實驗、數據分析、結論。語法要正確，沒有拼寫錯誤，注意國際單位的使用。研究報告在展覽會開幕前幾天提供給評審委員下載。
．研究日誌：研究日誌可能包含幾頁或超過100頁的活頁夾。評審會在看完研究報告之後立即評估研究日誌。
肆、與我國中小科展評審標準的比較
訂定競賽規則的原則不外乎公平、適用、透明、一致性等，CWSF的舉辦雖跟升學沒有關聯，但在評審上卻制定了明確、嚴謹的標準，例如在評分標準上訂定了幾個明確指標項目及比重標準，包括｢科學思考50﹪｣、｢原創性及創造性33﹪｣、｢溝通17﹪｣，對照我國全國中小科展評審項目標準（如表二），｢原創性與創造性｣大致可對應到我國的｢創意、學術或實用價值25％｣一項，｢溝通｣項目與我國的｢展示及表達能力25％｣應該可以契合，但就比重上來看我國較加拿大重視表達能力的表現，而就｢科學思考｣一項內容差異較大，但大致可以對應到我國的｢研究主題25％｣及｢科學方法之適切性25％｣兩項。
然再詳細比較每個項目的內容及標準可以看出，在｢科學思考｣項目上CWSF從｢實驗｣手法操作變因的設計；發展過程中裝置、模型、理論、技術或科學方法的｢創意｣及｢研究｣過程資料蒐集與分析等細節評審作者的科學思考，並明訂每一項內容的效標準則，例如就實驗操作上只要能｢復刻一個過去的實驗以證實已存在的理論｣，就能獲得第一階段的成績，如果要能達到第二階水準，則須能達到｢對現有的某個實驗進行改良，改進其實驗流程、資料搜集與未來應用｣，第三階則要能｢實現一個原創的實驗且試著去分辨、控制其重要變數，並利用算數、圖形或其他分析方法進行實驗分析｣，第四階則須｢實現一個原創的研究且能清楚分辨、控制其重要變數，並完整細微地完成數據分析｣，不同項目、內容都有其詳細的標準。
反觀我國的評審標準，以較為接近｢科學思考｣項目的｢科學方法之適切性｣一項而言，楬櫫其評審的標準係依據
1.設計周全之研究計畫。
2.控因及變因清楚、適當及完整。
3.有系統地收集數據及分析。
4.結果具有再現性。
5.適當地應用數學及統計方法。
6.數據足以證實結論及釋義。
如果以上六項內容作為評審指標，則詳細效標卻未有規範。
伍、省思
全國中小科展辦理60餘年來為臺灣科學教育奠定良好基礎，近年來隨著教育的翻轉、自主多元的學習影響，也成了學生學習歷程的最佳紀錄，評審的標準、過程就更引發大家的關注。
加拿大全國科展的評審標準如上所了解，但國情不同、文化不同、教育制度也不同，雖然一樣是中小學生的科學競賽，評審制度、標準也很難直接引用，例如加拿大全國科展由民間推動，從事科展活動，指導教師可以是任何一個成人，運用他們的科學背景及經驗，支持、協助青少年發展他們研究專題的科學知識及專業技能，甚至提供他們可以成長及學習的環境，而學生有責任揭露他的指導教師是誰。評審人員則由YSC組織中推薦而來，透過密集的溝通及訓練完成任務。
而我國全國中小科展由教育部責成國立臺灣科學教育館負責推動辦理，評審都是具相當學術地位的各級學校教師、教授組成，長年以來的習慣，如果評審加入民間推薦人士，指導教師可以是任何一個人，那恐怕其專業及公平性更易引起質疑。但知己知彼百戰百勝，CWSF的評審制度及標準或有可提供參考的地方（兩國科展制度比較詳如表二）。
儘管有人認為科展競賽不應與升學掛勾，但科展表現列入升學計分辦法由來已久，12年國教免試入學架構下，科展更是超額比序中全國性競賽參考項目的第一順位，也就是說，學生如果在科展上獲獎，就有機會加分或保送進入心目中理想的學校，這是不爭的事實，因此科展的評審標準訂定應該更加完整、嚴謹。
表2. CWSF與我國中小科展制度差異比較
本文感謝國立臺灣師範大學科教所劉湘瑤教授指導、國立臺灣大學電機系葉彥辰、陳韋晴、吳東昱同學協助整理資料
參考文獻 [1] 李文獻（2016）.科展競賽在我國科學教育所扮演的角色. 科學研習月刊,No.55-11,P64.
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[5] YSC相關網站
https://projectboard.world/ysc/home?r=ckac2
https://youthscience.ca/safety-science-fair-projects
https://youthscience.ca/science-fairs/cwsf/ottawa-2021/
https://youthscience.ca/about-ysc/ethical-behaviour-complaints/
附件 [1] 加拿大全國科展與我國全國中小科展評審項目及權重比較表 https://www.ntsec.gov.tw/FileAtt.ashx?id=4513
陳香微
國立臺灣科學教育館研究助理
導入STEAM於高中微課程之設計與實踐（上）： 以基礎醫學課程為例
文∕王瑜琦、鄭瑋宜、柯翠玲、王淑綺
前言
STEAM教育的概念
STEAM為科學（Science）、科技（Technology）、工程（Engineering）、藝術（Art）及數學（Mathematics）五大領域跨學科結合的教育法，起源於2007年美國藝術-國家政策圓桌討論會，是因應要增進學生對科學、技術、工程及數學四種學科（STEM）的學習興趣而產生的學習法（Allina, 2013; Daugherty, 2013; Perignat & Katz-Buonincontro, 2019; Quigley, et al., 2017）。STEAM教育將藝術結合入原本的STEM領域中，以增進學生對課程的參與度、創造力、創新力、批判性思維、協作及問題解決技巧，並增進學生的學習認知、團隊合作、人際溝通技巧及適應力等技能（Burton, et al., 2000; Colucci-Gray, et al., 2017; Hetland & Winner, 2004; Liao, 2016; NAEA, 2016; Root-Bernstein, 2015）。研究也顯示，加入藝術教育可以提升學生對空間推理、抽象思考、發散思維與創造性的自我效能感，及增加對經驗的接受度與好奇心（Swaminathan & Schellenberg, 2015; Torrance, 1972; Winner, et al., 2013）。在美洲原住民的研究中亦顯示，將藝術加入原本生硬的STEM學科中，能使原住民學生對該學科產生更多興趣 （Kant, et al., 2018）。由於在STEAM中對藝術A的定義歷年來多有分歧，Perignat 於2019年則在STEAM的文獻回顧中將「A」綜整定義為三種主要類別：（1）藝術教育（Arts education）；（2）任何非STEM以外的學科（Arts as any non-STEM discipline）；及（3）任何計畫導向學習（project-based learning）、問題導向學習（problem-based learning）及技術導向的學習或製作等項目（Perignat & Katz-Buonincontro, 2019）。而整體STEAM的概念則是在一個共同的主題下，以STEAM的框架將多個學科結合在一起，兩學科或多學科可以共同合作，以不同視角去了解該主題的概念，但每個學科仍然是獨立的，也就是說，並不會將各學科進行合併（Gershon & Ben-Horin, 2014; Payton, et al., 2017）。
高中微課程的實施理念
微課程（Microcourse）最早由美國教學設計師和線上學習顧問David M. Penrose於2008年首創，意指於1分鐘內簡短講述一個特別的主題，以影音錄製線上教材進行教學，並設計課後作業或活動以引導學生閱讀與自主學習。其目的就是要將複雜的訊息簡短呈現，而可讓學生在短時間內集中注意力獲取資訊整體概要（Shieh, 2009）。這一分鐘對主題的烙印雖然有用，但仍有許多限制，只能概括描述而無法提供較正式的學術指導，因此後來的微課程多定義為不論使用何種上課方式，只要教學時間相對較短，非整學期的課程均可稱為微課程（Educause, 2012; Sweet, 2014）。在高中108課綱中，推行微課程除了可讓高中生提早接觸並選修多元豐富的課程，以引起學生學習興趣與熱忱，亦可讓高中生提早與大學連結，並能藉修課機會與各校學生交流，而能讓高中生對有興趣的領域能有更深入的初步探索與了解，有利於對未來大學之路做定向。
依據教育部「高級中等學校課程規劃及實施要點」第四條規範，學校應依照學生興趣、性向、能力及需求開設多元選修課程，而其開課可與大學院校協調合作，於每週的彈性學習時段，以下述任一種方式開課：
一、 邀請大學教師到高中端開設預修或選修課程
二、 學生赴其他高中跨校共同修課
三、 學生赴開課之大學院校修讀課程 （教育部，2018）。目前高中端的微課程是在每週特定一天的「彈性學習」時段開課，4-6週為一期，每次上課2-3小時，一學期學生總共可選3-4門課程，其開課類型可以為培訓選手、銜接課程、多元試探與先備基礎四種型態。
在本文中，我們以大學教師於高中端所開設之三門基礎醫學選修微課程：微生物、營養及解剖為例，探討基礎醫學課程導入STEAM於高中生微課程之課程設計與學習成效。
課程一、疫情下之「微」課程～讓高中生認識微生物好友及敵人
一、 開課對象：109學年度新化高中與新莊高中多元選修微課程學生
二、 開課週數：4週 （8小時）
三、 授課方式：知識解說（物理、化學、生物學、食品科學、科技生活）、影片欣賞、探究實作（動手、實作、分組討論、跨領域統整思考、口語表達）
四、 運用STEAM的比例：S： 40%、T： 20%、E： 10%、A： 15%、M： 15%
疫情之下，大家聞「病菌」色變，微生物似乎成為眾矢之的，各式各樣的消毒殺菌方式紛紛出籠，然而近年來的研究顯示人體身上共存的微生物對於人體的各項生理作用扮演重要的角色，許多不該被殺死的微生物正被人類過度清潔消毒下逐漸失去平衡。本文作者於109學年度，有機會參與新化高中、新莊高中多元選修微課程，故以STEAM教育模式設計規劃課程讓高中生認識微生物。本微課程以「專題導向學習」、「解決真實世界問題」、「動手實作」、「團隊協作」的課程情境，除了教導正確的認知，也訓練學生養成批判性思考、創意、科技設計、構思概念等的知能。課程首先基本認識微生物，並由學生自主設計方式，進行環境及人體微生物採集及培養的實作課程。之後融入生活中常見的微生物控制法，讓學生以團隊合作方式設計實作條件，來試驗物理及化學性控制因子對微生物生長之影響。另一方面，藉由實作教案設計，讓學生了解微生物在食品醫學及藝術相關方面的應用情形，同時也激發學生的創新創意。最後以分組主題探討方式，引導學生在各情境及場域觀察並了解到這些亦敵亦友且無所不在的微生物。在課程實施過程中，學生的提問、討論及最後一週的分組討論和分享，可以感受出學生對於微生物觀念的改變，課後回饋表單也顯示學生增加對於微生物的認識。期望未來能修正並優化課程，且能讓更多高中生參與，培育更多有正確微生物觀念的防疫及應用達人。
表1. 「亦敵亦友的微生物」主題式STEAM課程發展理念表
圖1. 學員們聆聽教師解說人體微生物相
圖2. 各組環境微生物採樣培養五天後的成果
圖3. 學員們觀看分組進行之控制微生物方法實作結果
圖4. 分組上臺分享各篇章內的微生物好友及敵人的種類與特性
課程二、「STEAM」與營養之火花～從我的餐盤談起
一、 開課對象：109學年度新化高中與新莊高中多元選修微課程學生
二、 開課週數：5週 （10小時）
三、 授課方式：知識解說（營養科學、食物學、歷史）、探究實作（動手實作、跨領域統整思考、生活應用、口語表達）
四、 運用STEAM的比例：S： 40%、T： 20%、E： 10%、A： 10%、M： 20%
十二年國民基本教育新課綱鼓勵高中發展跨領域專題實作活動，開啟了大學與高中的跨域合作，利用彈性課程的時間，融入不同領域專業知識，期望提升學生的學習動機與視野。本文作者於109學年度，參與新化高中、新莊高中多元選修微課程，將STEAM的「跨領域」、「動手做」、「生活應用」、「解決問題」、「五感學習」等五大精神融入營養專業課程中，以均衡飲食為主軸，導入「我的餐盤」觀念，課程設計由繪本開始並讓學生用蠟筆進行創意發想，也運用桌遊來提升學習興趣與強化記憶，最後與生活經驗連結。在課程實施後，參與課程的高中生明顯瞭解我的餐盤各區塊所對應的食物類別，並且正確的將食物歸類，也能熟記餐盤的六大口訣；此外，在課程執行中可以覺察學生逐步思考如何將理論的知識活用在生活中，在小組討論及上臺分享，可以訓練學生溝通與表達能力，掌握如何在有限的時間內聚焦自己的想法，顯示運用STEAM精神結合理論專業知識，能提升學生學習動機及強化知識與生活的結合。期望未來能導入更多的營養專業知識，內化學生的知識，從而在生活中落實，徹底實現均衡飲食、健康生活的目標。
表2. 「我的餐盤」主題式STEAM課程發展理念表
圖5. 學員們上臺跟同學分享營養繪本
圖6. 學員們發揮創意，繪製心中的理想餐盤，並且上臺分享。
課程三、以生活中的「黑白切」引導高中生認知人體構造中之STEAM
一、 開課對象：109學年度暑期高中營隊學生
二、 授課天數：2天 （14小時）
三、 授課方式：知識解說（解剖學、組織學、生理學）、探究實作（實際操作、跨領域思考、口語表達）
四、 運用STEAM的比例：S： 45%、T： 15%、E： 15%、A： 20%、M： 5%
108課綱中的「核心素養」為培養學子解決生活中遭遇困難與面對不可預測的未來挑戰時所需具備的知識、能力、與態度。強調與生活的關聯性，不侷限於學科科目冷僻學識之專研。本高中營隊校園活動即以普羅大眾平民小吃黑白切作為媒介，進行人體結構之推廣介紹，符合108課綱之基本精神。同時營隊活動也嘗試導入STEAM教育模式設計活動，並以實作及遊戲為學習活動主軸，期望高中生能運用生活中的素材與資訊，在愉快的氛圍中學習一般人較少觸及的人體解剖學。
本營隊為期二天、分三階段、共計十四小時活動。單次活動人數約40人，可由高中生物老師帶領或網路自由報名參與。多數學生歷經此校園營隊活動後對解剖學不再感到陌生與距離感，多具備對解剖學的基本認知，因此對解剖學產生更多的學習動機與興趣。而教師不僅從中獲得學生正面的評價鼓舞，因此也激盪更多的教學創新思維，整體教學策略更具應變與創新之能量，進而優化常態課堂之教學。
表3. 活動表
圖7. 學員們正運用相關圖卡進行辨識與小組合作學習
圖8. 運用「黑白切」食材豬內臟模擬大體解剖實驗之步驟與手法，並觀察學習與人體結構相似之構造。
圖9. 結合電子切片網站資源與實體顯微鏡及組織切片進行人體微觀構造之觀察學習
結論
本文中我們使用 STEAM 教育為理念，應用於高中微課程上，期望能成為一種有效的教學法，能有效提升高中學生的創造力、批判性思維和其他技能。
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[20] 教育部，（2018），高級中等學校課程規劃及實施要點。主管法規查詢系統。
王瑜琦
義守大學生物科技學系
鄭瑋宜
義守大學營養學系
柯翠玲
中山大學學士後醫學系
王淑綺
義守大學學士後中醫學系、義守大學學士後醫學系