後真相時代：當真相被操弄、利用，我們該如何看？如何聽？如何思考？
文
白榮銓 /臺中市居仁國中退休教師
2016年，《牛津英語詞典》選定「後真相」（post-truth）為年度詞彙，並將其定義為是這樣的形容詞--「連結或指陳情況時，訴諸情感及個人信念，比陳述客觀事實更能形塑輿論（public opinion）」。可透過各種形式呈現的「真相」稱為矛盾真相（competing truths），老練的溝通者（communicator）知道如何利用真相的繁複面貌，操弄真相以塑造對自己最有利的面貌。我們應如何排除那些誤導的陳述，選擇最值得相信的真相？
本書作者麥當納（Hector Macdonald, 1973-）擁有牛津大學生物學學士學位及歐洲工商管理學院（INSEAD）的MBA碩士學位。曾在金融服務、電信、製藥、農業化學、飯店、科技和健康等多個領域，擔任策略和傳播顧問，為世界頂尖企業領導者提供諮詢服務。本書探討的不只是事實真相（factual truth），凡是人們視為事實並願意照辦的信念、主張、判斷和預期，因為難以確定是否為真，所以作者皆稱之為真相。全書分為四大部：部分真相（partial truth）、主觀真相（subjective truth）、人為真相（artificial truth）和未知真相（unknown truth）。
真相只有一個？
很多人常以為自己知道的真相，就是唯一的真相。但是，即使最平淡無奇的人事物，也有其複雜性（complexity），源於這種複雜特性，儘管我們真實的陳述（true statement），仍無法傳達完整的真相（whole truth），具備這種特性的真相，稱為「部分真相」，日常生活中有那些經過簡化與選擇的部分真相例子？對人們造成的影響為何？
1986年，英國《衛報》（The Guardian）推出廣告片〈觀點〉（points of view）（影片網址）。影片一開始，以正面角度拍攝一名光頭青年，快步跑離一輛駛向他的汽車，影片旁白說：「從一個觀點看一件事，就會產生一種印象」（An event seeing from one point of view gives one impression）；然後，改以背面角度拍攝光頭青年的背影，只見他衝向走在前面的一名商人，似乎要攻擊他，或者要搶走他的公事包（圖1），這時旁白說：「從另一個觀點看，又會產生另一種截然不同的印象」（Seen from another point of view, it gives quite a different impression）；最後，影片改從上方角度，往下拍攝這個場景，只見一大堆建築材料高懸在半空中，在商人頭頂上方劇烈搖晃，失去了控制，這名青年及時把商人拉到一旁，救了他一命，此時旁白說：「唯有綜觀全域，才能完全明白這是怎麼一回事」（But it's only when you get the whole picture, you can fully understand what's going on）。
圖1. 青年作勢要攻擊或搶劫商人（圖片來源）
這支廣告很有說服力，給許多英國觀眾留下強烈印象，認為唯有《衛報》能如實呈現世界的全貌，不會受政治動機左右，導致新聞報導流於片面。但是大部分新聞的真相，虛虛實實，真真假假，難以確定與核實，新聞媒體是否能全部迴避假新聞？是否能避免瞎子摸象，以偏蓋全，進而綜觀全局？
以藜麥（quinoa）為例，它是南美洲安第斯（Andes）山脈高地特有的穀類植物（圖2）種子，含有鎂、鐵等少量元素的無麩質（gluten free）種子，蛋白質含量比任何穀類都要多。美國國家航空暨太空總署（NASA）的科學家宣稱：藜麥是完美的地球營養物質，非常適合當作太空人的食物。2011年，聯合國大會通過決議，將2013年訂為「國際藜麥年」，旨在讓世界關注藜麥的生物多樣性、營養價值，以及消除饑餓和貧困等方面所發揮的作用。
圖2. 安第斯山脈的藜麥（圖片來源）
2006至2013年間，來自玻利維亞（Bolivia）與秘魯（Peru）的藜麥價格漲了兩倍，一開始，人們認為漲價能幫助當地的貧困農民，提升生活水準。但是新聞媒體接著報導：由於北美洲與歐洲的大量需求，害得當地居民買不起藜麥，吃不起自己的傳統主食。例如2011年3月，美國《紐約時報》（The New York Times）有一篇報導，標題是〈藜麥的全球熱賣，在國內創造了窘境〉（Quinoa's Global Success Creates Quandary at Home），內容提到：過去五年來，玻利維亞的藜麥消費量暴跌34%，兒童的慢性營養不良情況，已在藜麥種植區惡化，原因是藜麥價格上漲以及藜麥大量外銷出口。同月，英國《獨立報》（The Independent）有一篇報導，標題是〈時尚的食物，造就了營養不良的玻利維亞〉（The food fad that's starving Bolivia），內容提到：藜麥被譽為西方的「超級食品」（superfood），但是那些種植它的人再也買不起了。2013年1月，英國《衛報》（The Guardian）有一篇報導，標題是〈素食主義者能忍受關於藜麥的惱人真相？〉（Can vegans stomach the unpalatable truth about quinoa?），內容提到：有一種可怕的諷刺，就是安第斯農民的主食--藜麥，在國內變得過於昂貴，是因為富裕的外國人，專注於個人健康、動物福利和減少他們的碳足跡。同月，加拿大《環球郵報》（The Globe and Mail）有一篇報導，標題是〈你越愛吃藜麥，你就越傷害秘魯與玻利維亞人〉（The more you love quinoa, the more you hurt Peruvians and Bolivians），內容則引述了紐約時報和衛報的相關報導內容。
全球對於藜麥的大量需求，雖然拉升了藜麥價格，卻導致玻利維亞與秘魯當地居民處境艱難，這些陳述聽起來似乎頗有根據，再加上社群媒體、素食部落格以及健康飲食論壇等網友，大量引用這些新聞，推波助瀾，在世界各地引起更多的回響，導致崇尚健康飲食的人陷入良心危機，開始思考：是否應該停止食用來自安第斯山脈的藜麥。
這個新聞議題引起一些經濟學家的關注，並展開研究，他們實際調查秘魯家庭開支的資料，發現：藜麥在秘魯一般家庭的預算，所占比例不高；在海拔4,200公尺的高山上，其實很難栽種其他農作物，藜麥的貿易還是有助於當地居民的收入；藜麥消費量下跌34%，與價格上漲並無關聯，純粹是當地居民吃膩藜麥，想嘗試其他食物。2014年，就此議題拍攝的紀錄片《穀類之母》（The Mother Grain, 圖3）上映，該片導演韋考克斯（Michael Wilcox）說：「我曾在某些反對藜麥的討論文章中，看到『食用藜麥，會傷害玻利維亞農民』的留言，可是不吃藜麥，才真的會傷害這些農民」。
圖3. 《穀類之母》紀錄片海報（圖片來源）
像這樣，一些偏頗的事實與遭到誤解的數據，在缺乏正確脈絡的情形下，被串連成一套故事情節，這些說法塑造了人們對於食用藜麥的想法、心態和信念，影響他們未來對於「買什麼、說什麼、吃什麼」的行動。另外，當人們一旦確立藜麥的某種觀點，例如藜麥農業會影響安地斯山脈的環境，即使後來得知藜麥的營養非常豐富，人們很可能仍會忽略、懷疑此資訊，這就是一種「確認偏誤」（confirmation bias），亦即當真相彼此牴觸時，尤其新的真相，挑戰人們原有根深柢固的觀點時，就很容易被排斥。
真相可以號召他人，也可以誤導他人，而大部分議題都能推論出不只一個真相，這給了溝通者機會，溝通者可以選擇傳達的現實印象，使其符合客觀現實，也可以故意扭曲客觀現實，所以矛盾真相所造成的影響與後果，取決於人們的使用方式。
報紙常採用掩飾部分真相的新聞標題，藉以吸引讀者好奇的眼光，然後在較少人閱讀的正文內容，才還原完整真相；政治人物會使用化妝修飾的真相（spin truth），社運人士（activist）會採用最有利的真相，儘管有時候，那些真相並不足以代表全部。本書作者麥當納將溝通者分為三類：
（1）倡議者（advocate）：為了實現某個有益目標，選用矛盾真相來營造某種還算正確的現實印象；
（2）誤傳者（misinformer）：出於無知，散佈矛盾真相，卻在無意間扭曲了現實；
（3）誤導者（misleader）：故意利用矛盾真相，來製造某種自己明知不對的現實印象。
因為大多數的人都無法提供全方位的見解，才不得不用部分真相來溝通。倡議者與誤導者都會選擇特定真相來形塑現實，以達到自己的目的，不過我們可以肯定那絕對不是全部，一定還有許多他們沒說出來的真相。
學校的歷史教科書所傳遞的內容，是否可能屬於部分真相？美國早年的奴隸制度，以及後來黑人在南方所受到的不平等待遇，應是美國極其重要的一段歷史。美國歷史學家麥佛森（James McPherson, 1936-）表示「當時美國某些領地尚未正式成立州政府，導致自由州和蓄奴州互不相讓，都想奪得中央政府對這些地區的奴隸廢除權，雙方始終無法獲得共識，最後才會爆發南北戰爭」。奴隸制度廢除之後，南方各州頒布了惡名昭彰的「吉姆克勞法」（Jim Crow laws），在所有公共場所（包含學校、公車等）實施種族隔離制度，以區隔黑人與白人，直到1965年才正式廢止。那一段期間，白人至上主義團體「三K黨」（Ku Klux Klan, KKK）橫行美國，不斷恐嚇非裔美國人、猶太人、亞裔和民權運動人士。
2010年5月，美國德州教育委員會（Texas State Board of Education）開會決議：採取較保守觀點的課綱，編撰高中歷史課本，蓄奴制度在南北戰爭所扮演的角色被淡化（圖4），教科書業者也無須將種族隔離法案與三K黨的行徑列入，引起很大的爭議。2014年，依據此新課綱編撰的歷史教科書出爐，將美國內戰的爆發，歸因為爭取州權（state rights）與蓄奴制度，並刻意將蓄奴制度放到最後一個原因，將其視為次要議題而非主要爭議。至於吉姆克勞法及三K黨在新版教科書，則隻字未提，導致學生無從得知該法及種族隔離制度，對於非裔美國人，曾造成極大的教育壁壘及不平等，更無法了解當時反種族隔離的激烈抗爭，對美國社會造成的深遠影響。
圖4. 引起爭議的2015年德州教科書，將奴隸稱為工人（圖片來源）
由上述可知，面對任何議題（例如食用藜麥），要多方考慮不同面向，並廣泛尋求各種平衡觀點，即使揀選部分真相來支持自己的主張，也不能歪曲你所傳達的現實印象。選擇性報導某些事件（例如歷史課本內容），塑造特定的印象，就是在運用省略真相的手段，隱藏某些重要的真相，雖然能將議題描述得更清楚，但有意無意間，可能是在誤導他人對於真相的理解。
數字不會騙人？
許多人相信數字（number）會說話，看到數字才肯相信，但很多人看不懂數字背後的意義，沒辦法像平常一樣進行批判思考。如果溝通者提出一套數字做證據，人們要如何看懂並能提出質疑？如果矛盾真相的雙方，各提出一套矛盾的數字，我們又要如何去判斷那一組數字，比較接近真相？
1991年，美國加州州立大學聖博納迪諾分校（California State University, San Bernardino）的賀戴安（Diane Halpern）教授，以及加拿大英屬哥倫比亞大學（University of British Columbia）的科倫（Stanley Coren, 1942-）教授，他們從一千多名已故加州居民的資料，調查發現：右撇子的平均死亡年齡是75歲，左撇子是66歲。他們共同在《心理學公報》（Psychological Bulletin）發表一篇論文，標題是〈慣用左手：適合生存度下降的標誌〉（Left-handedness: A marker for decreased survival fitness），摘要提到：「壽命研究顯示，左撇子的人口百分比穩定下降，所以在年齡最大的年齡組中，他們的人口比例嚴重不足。審查過去的數據，意味著這種人口趨勢是由於左撇子的壽命縮短；死亡風險之所以會升高，顯然是環境因素導致左撇子更容易出意外」，依照他們的邏輯，這是因為許多設施都是以右撇子為對象而設計（圖5），不但會造成左撇子的生活不便，甚至有可能讓他們出意外。
圖5. 對左撇子不公平的課桌椅（圖片來源）
同年4月，《紐約時報》報導了這篇研究論文，新聞標題是〈研究表明：左撇子可能危及生命〉（Being Left-Handed May Be Dangerous To Life, Study Says），於是報導「左撇子會英年早逝」的文章，迅速擴大蔓延開來，讓不少左撇子和其親人憂心忡忡，到底真相為何？2013年9月，英國廣播公司（British Broadcasting Corporation, BBC）有一篇報導，標題為〈左撇子真的會英年早逝？〉（Do left-handed people really die young?），內容提到：倫敦大學學院（University College London, UCL）心理學和醫學教育系教授麥克馬納斯（Chris McManus），同時是〈右手、左手：探索不對稱的起源〉（Right hand, left hand. The origins of asymmetry in brains, bodies, atoms and cultures）一書的作者，認為：部分在加州死亡名單上的人，很可能出生時是左撇子，但他們大部分時間都在扮演並被認定為右撇子，這會扭曲賀戴安與科倫的研究結果。
即兩位學者誤解了他們在數字中發現的真相，成為真相的誤導者。在十九至二十世紀初期，左撇子總是受到人們異樣的眼光，父母親和學校往往用盡辦法，要把孩子教育成右撇子，所以相對來說，只有極少數人認為自己是左撇子。直到近代，在開明的社會風氣之下，天生慣用左手的人，比較有機會順其自然地成為左撇子，所以平均而言，在1991年時的左撇子肯定比右撇子還要年輕，死亡年齡當然小於右撇子。相似的類比例子，現在的數位原民（digital native）的平均死亡年齡，一定比非數位原民來得小，這是因為從小接觸網路世界及數位產品的人，目前年齡都低於25歲，但這不表示：做為數位原民，就有害健康。
在1991年的加州，左撇子的死亡年齡，明顯低於右撇子，這個數字是真的，然而真相卻遭人誤解；擔心自己可能活不長的左撇子，知道另一個矛盾真相，應該會比較放心，那就是相同年齡的左撇子與右撇子，享有幾乎一樣長的平均壽命。
政治人物、行銷人員和新聞記者對於數字的運用，早已熟能生巧，視情況和需要，就會讓數字看起來比實際大一點或小一點。2014年6月，對英國皇室忠心耿耿的《每日快報》（Daily Express）有一篇報導，標題是〈真划算！皇室一年只花了你56便士〉（What a bargain! How the Royal Family costs you just 56p a year），比起全年總支出3,570萬英鎊（1英鎊等於100便士），這個數字是不是微不足道？如果想讓數字大一點，只要把時間尺度（timescale）拉長一點就行了，例如「英國政府重申承諾，將在本屆國會議員的任期內，挹注至少三億英鎊資金，來改善行人與自行車騎士的用路環境」，這個數字聽起來，是不是比每年六千萬英鎊，更讓用路人感受到政府重視用路人的權益？
2000至2012年間，修正通貨膨脹的影響後，美國的每週薪資中位數（median weekly wage）上升了0.9%；然而在同一時期，高中輟學者薪資中位數下降了7.9%，高中畢業者薪資中位數下降了4.7%；受過部分大學教育者薪資中位數下降了7.6%，擁有一個或一個以上大學學位者的薪資中位數則下降了1.2%。簡單的說，雖然美國整體薪資中位數上升了，但是個別群體卻仍然面臨薪資下降的問題，這就是統計學上，有名的「辛普森詭論」（Simpson's paradox）例子之一。因為全體與個別群體是不同的層次，可以產生不同的結論，所以美國政治人物就能利用這種詭論，信誓旦旦地宣稱薪資上升或薪資下降。
解開「辛普森詭論」之謎的關鍵，就在於辨認「全體」與「個別群體」可能出現的差異，美國每週薪資中位數下降的情況，關鍵在於個別群體的數量會隨著時間變化。在這13年間（2000-2012年），具備大學學位的工作者增多了，高中輟學和高中畢業的工作者減少了，而擁有大學學位的薪資，通常比高中輟學和高中畢業者的薪資較高。換句話說，薪資最好的群體（大學畢業者）比薪資最差的群體（高中輟學和畢業者）多了更多人，因此，即使大學畢業者的薪資中位數下降，但是他們大幅增加的人數，還是能把整體的薪資中位數往上拉升。
醫學研究上，也出現過「辛普森詭論」的情況。1986年，為了評估治療腎結石（kidney stone）兩種方法的成功率，表1統計了腎的小結石（small stones）和腎的大結石（large stones），在兩種治療法的治療成功率和人數，括號中的分數表示「成功案例數/治療案例數」。腎結石患者中，有350例（分為group 1和group 3）接受了A治療（treatment A），採用傳統開腹外科手術；另外350例（分為group 2和group 4）接受了B治療（treatment B），採用皮腎鏡取石手術（percutaneous nephrolithotomy, PCNL），這種手術以微創方式進行，利用醫療儀器穿過皮膚進入腎臟並取出結石（圖6）。
圖6. 皮腎鏡取石手術示意（圖片來源）
這項研究顯示：整體而言，對於腎結石的患者，採取B治療（皮腎鏡取石手術）比A治療（傳統開腹外科手術）的成功率高（83％＞78％）；可是仔細檢查小結石和大結石的個別治療成功率，卻發現：皮腎鏡取石手術在小結石（group 2）和大結石（group 4）的成功率，都低於傳統開腹外科手術（87%＜93%、69%＜73%），由整體與個別數字所得到的結論竟然不同，這是很弔詭的事情，為什麼會這樣呢？
再次仔細檢視表1，就能發現A、B治療方法，使用在大、小結石的案例數不同，大部分的A治療法，都是被用在不易清除的大結石，而大部分的B治療法，都是被用於比較容易清除的小結石；因為小結石不管使用那套方法，治療成功人數都很高，再加上較高的案例數（270＞87），所以當我們忽略結石大小時，B治療法的整體治療成功率被拉高了。
由上述可知，誤導者操作數字的戰術，常精心挑選對自己有利的數據，讓數字大一點或小一點，以及選擇有利的數字，甚至將兩組數據的相關性（correlation），誤導為因果關係（causation），以影響人們對事情的理解。為了挖掘真相，人們在爭論過程中，為瞭解被提出來的數字及其真正意義，可以將這些數字與其他數字作對照，並且將數字納入事情的脈絡（context）中，以呈現出它實際的數值大小和意義。
綜合上述，人們渴望真相，常採用個人經驗來分析及選擇真相，但是真相並不像人們以為的那樣一清二楚，大部分的議題都具有多重真相；數字不會騙人，但是騙人常常用數字，誤導者有時大玩數字遊戲，以有效證明自己的論點。我們應揭穿誤導者以謊言讓人誤入歧途的論述，鼓勵人們選用適當的真相，發揮影響力，團結群眾，激勵他人，以塑造良善的社會風氣。至於什麼是主觀真相、人為真相和未知真相？那些因素會影響這些類型的真相？這些都有待您進一步的閱讀與思考！
生物體內的化學反應－沉浮的葉子小艇
文
吳沛穎 /桃園市私立新興國際中小學教師
以往學生面對光合與呼吸作用時僅以片段的方式記憶，忽略了這些化學反應在細胞中扮演的角色與關係，因此在具體操作中引導學生整合科學概念，將零散的陳述記憶轉化成知識架構，從寫作中洞見學生看待世界的視野，從回饋中發掘教學的價值。
學生生活經驗與知識結構的阻礙
光合作用與呼吸作用為國中生物重要之概念，卻是生物科學中常造成學習困難的主題之一，主要原因在於學生對於「植物行光合作用的原料」、「消耗及產生的氣體」和「植物與能量之間的關係」等概念不清楚。以兩概念為例，依國中生物課文文本第二章說明動植物細胞胞器的功能，學生得知葉綠體可行光合作用，而粒線體可利用呼吸作用將養分轉換成能量，並了解細胞是生物體構造和功能的基本單位，不過到了第三章的養分獲取時卻缺乏將概念整合成知識系統的能力，學生須由文本隱含的邏輯關係推演出概念之間的關聯，對部分學生會造成理解上的困擾。再加上學生可能從日常經驗、錯誤的類比或與生俱來的理解方式學習，這些經驗建構出的概念若與學校正式課程知識發生衝突時，將會影響學生學習新知，造成學習困難。
圖1.學生概念衝突成因示意圖。(以邱美虹教授文字修改製作，2000。)
筆者發現國中階段的學生常見的光合、呼吸作用另有概念有：
(1)綠色植物的光合作用只發生在白天；
(2)呼吸作用不會發生在有光照射的時候；
(3)當綠色植物沒有光能，停止進行光合作用時，它們還是持續呼吸和散發氧氣。
這部分的結論與Treagust在1995年發表的結論部分雷同，因此可知，學生要改變自己原有的科學概念，其過程中是相當困難的，因為科學概念常是抽象、複雜，且與生活經驗不同。
十二年國民基本教育自然科學領域課程綱要中提到國中階段課程需由具體操作切入後，引進抽象思考連結具體操作。筆者以呼吸作用作為起始進行跨概念整合，引導學生了解生物呼吸作用產生的氣體可作為光合作用原料，初步建構碳循環概念。藉由科學文本提供學生對於光合作用的初步概念，從中歸納出影響光合作用速率的變因並著手進行實驗，最後根據實驗結果與問題討論反思整個實驗流程，撰寫成科學報告。期盼透過此課程促進國中學生學習興趣，以提升科學素養與學習成效。
教學目標與流程
為求切合學生學習需求，教案設計必須針對學生先備知識著手規劃。在國中七年級的課程中，教學目標著重於使學生了解光合作用及呼吸作用進行時所需的反應物與產物。實驗的安排企圖讓學生從觀察中初步形成科學概念，並能利用產物推測反應是否進行。藉由實作的活動，培養學生科學探究與問題解決的方法與能力。最後引導學生認識科學寫作方式，並嘗試撰寫實驗報告。
筆者針對國中生物概念進行整合，設計出光合作用與呼吸作用之探究型課程模組實驗，搭配分組合作之教學策略，並以各組任務提供學習情境，茲將模組設計步驟進一步說明如下：
一、 呼吸作用-使用石灰水證明人吐出之氣體具有二氧化碳
以七年級生物第六章章節實驗活動觀察人體呼出之氣體是否內含二氧化碳，教師先行說明石灰水混濁之化學反應，接著請學生操作實驗並點明實驗觀察要領。
二、 光合作用科學閱讀-討論影響光合作用之因素並設計實驗組/對照組
課程設計之初期望培養學生科學閱讀能力，故分組策略上採 JigsawⅡ拼圖法二代合作學習模式分派學習任務，分成合作小組及專家小組。拼圖法二代是由原始拼圖法結合其他小組學習方法所發展出來的（黃政傑、林佩璇，1996），其主要差別在於拼圖法中每位專家部分都是一個獨立而完整的單元，而拼圖法二代則整合這些獨立單元，並增加在合作小組與專家小組中的閱讀時間。詳細實施步驟如下：
（一）、 合作小組：
小組人數建議4~6員，依序分配組員職務，如組長、紀錄員、資料員、風紀員等，並請資料員上台拿取任務袋。任務袋中有4~6項子任務（依小組人數而定），待組員分配完子任務後，先留在合作小組閱讀教材，教師需提醒學生留意關於自己子任務的資訊。
（二）、 專家小組：
閱讀完資料後，將相同子任務之組員分派至專家小組中，各專家任務即為深入探究自己負責的主題，此時教師巡視各組並適時介入，筆者建議教師可入坐於學生組內聆聽。本次課程使用之閱讀文本（子任務） 包含：葉片結構基本介紹、水生及陸生植物、英吉曼水綿實驗、不同生長環境 C3 植物、不同生長環境 C4 植物、不同生長環境 CAM 植物。每一子任務皆有學習單須完成。
（三）、 原合作小組分享：
教師給予學習單，學生將於專家小組中討論出的內容與原小組分享，使原合作組別內夥伴都能獲得討論重點，並回答學習單問題。在此學習單的問題設計需呼應下一教學流程，以便學生能夠整合出影響光合作用的變因。
（四）、 發表光合實驗影響變因：
教師引導學生根據討論內容羅列影響光合作用實驗之變因，並上台發表。在此課程中學生討論出的變因如下：二氧化碳對光合作用的影響（加入二氧化碳與否、吐氣之量）、不同物種葉片（植物種類、厚薄、重量）。
三、 沉浮小艇-根據實驗設計進行操作，分析實驗數據撰寫實驗報告
（一）、 全班授課提問：
以「如何證明植物曾發生光合作用」問句，引導學生歸納出驗證方法可視產物是否產生作為依據。在課文中已使學生得知植物產生之養分除直接供給植物使用之外，亦會經由酵素轉化為澱粉形式儲存，並可利用碘液測試。
（二）、 操作實驗：
實驗器材如圖2，包含：燈源、葉片、培養皿、50ml針筒、打洞器及吸管，可根據學生選擇之變因調整實驗材料，此實驗操作步驟引用自阿簡生物筆記之實驗流程，如圖三所示。
圖2.沉浮小艇實驗器材
圖3-1沉浮小艇實驗步驟1：使用打孔器打出葉錠，投入20ml 水中。拿著吸管對水裡吹氣，將含二氧化碳的水倒入針筒內。
圖3-2沉浮小艇實驗步驟2：把葉錠裝在針筒裡抽真空。
圖3-3沉浮小艇實驗步驟3：用手指頭壓住針筒出口，活塞往後拉數秒，重複數次，直到葉錠都沉入水底。
圖3-4沉浮小艇實驗步驟4：把兩組裝置都放在光源下照光，計算半數葉錠浮起時間。
（三）、 分析實驗數據並討論：
教師提供兩份實驗報告作為對比，請學生找出相異處，如圖4，從差異處帶領全班整理實驗報告架構，並將此架構作為評分依據。
圖4.分析實驗報告示意圖
（四）、 各組發表：
教師根據各組實驗討論進行評析。
四、 科學寫作
學生實驗報告課程結束後，學生根據實驗撰寫架構整理出組別報告，並各自回答問題討論，方式不拘，如圖5所示。
圖5.學生科學報告寫作範例
求新求變－活動過程中遇到的問題
本課程經筆者實際於校內生物實施探究課程，利用4堂課約180分鐘的時間，初步引導學生建構碳循環概念，並藉由科學文本歸納出影響光合作用速率的變因並著手進行實驗，反思流程後撰寫科學報告。在授課過程中發現學生提出之議題與課程遭遇之困難，以下提供筆者的觀察：
1. 即使呼吸作用產物檢測較偏向食譜式實驗，學生仍會糾結於石灰水量、導管方向或呼氣次數，建議以反問方式讓學生思考實驗的可能性，並比較不同的變因下與他組的應變變因是否不同。
2. 在進行合作教學分組時，筆者建議實施分組必須加強任務連結，以學習任務為導向設計合作學習單，避免學生未能確實針對主題討論，或討論內容脫離學習概念。
3. 學生進行討論時為避免偏離主題，或無法及時切入核心概念，教師可入桌觀察與討論，適時調整討論節奏與方向。
4. 操作沈浮小艇實驗時僅少數小組的葉錠成功浮起，建議即使實驗失敗，亦可引導學生在實驗結束後討論出幾個可能因子，例如：葉片種類、打洞時間與面積大小、溶液比例、光源種類（本實驗使用鹵素燈，亮度高且光源集中，唯易發熱）、自身操作手法不熟練等，可進一步根據因子設計實驗，增加學生與學習概念的互動，延伸實驗廣度及深度。
5. 雖然學生在傳統講述及紙筆測驗中能正確回答科學概念，但從實驗報告的論述裡仍會發現迷思。例如在科學方法單元學生曾學到設計實驗時需將組別分為實驗組與對照組，兩組之間只能存在一操作變因，但從實驗報告中依舊能發現，若請學生針對一假設設計實驗時會出現一個以上的操作變因；抑或是針對問題提出之討論未全盤設想，如圖6所示。筆者以實驗結果進行反問，企圖使學生產生認知衝突，引發內在動力思索並解決問題。
圖6.科學論述迷思概念範例
結語
進行完探究教學後，筆者嘗試探討課程實施前後的學習成效，以不同班級之段考成績作為指標發現班級間無明顯差異，但若將其科學寫作的敘述進行比較可發現不但內容豐富多元，且能以科學性的字眼描述。這也更加證實實行探究教學必須搭配適宜的評量工具，藉由多元、實作評量來檢視學習成效。寫作內容不僅可用以檢視學生科學概念的準確度，也可以分析其論證推理的品質（Champagne & Kuoba, 2005）。因此本課程以科學寫作進行概念統合，梳理探究實驗中的脈絡，並從學生文章中修正教學，體現「從寫作中洞見學生看待世界的視野，從回饋中發掘教學的價值」之真正意涵。
參考文獻
1. Champagne, A. B., & Kouba, V. L. (2005). Writing to inquire: Written products as performance measures. In J. J. Mintzes, J. H. Wandersee, & J. D. Novak (Eds.), Assessing science understanding: A human constructivist view. Burlington, MA: Elsevier Academic Press.
2. Tregust, D. F. (1995). Diagnostic Assessment of Students’ Science Knowledge. Mahwah: New Jersey.
3. 邱美虹(2000)。概念改變研究的省思與啟示。科學教育學刊，8(1)，1-34。
4. 黃政傑、林佩璇(1996)。合作學習。台北：五南。
5. 簡志祥(2011)。用浮沈葉錠測量光合作用和呼吸作用。阿簡的生物筆記。2018 年 4 月 7 日，取自 http://a-chien.blogspot.tw/2011/10/blog-post_6314.html。
6. 國家教育研究院(2014)。十二年國民基本教育課程綱要。取自 http://www.fssh.khc.edu.tw/UpLoadFiles/E2AEA34.pdf。
泡麵為什麼總是彎的－136個廚房裡的科學謎題
文
白榮銓 /臺中市居仁國中退休教師
現代人不只喜愛享用美食，更想了解鍋具及食物的「物理性質與化學性質」，例如如何挑選鍋具、食品營養標示上脂肪（fat）含量的疑義、脂肪的性質以及對人體健康的影響。另外，人們還想進一步了解與烹飪相關的「物理變化與化學變化」，例如：加入「生馬鈴薯」（raw potato）是否能拯救一鍋較鹹的湯？梅納反應（Maillard reaction）與焦糖化（caramelization）對食物色澤及風味有何影響？
本書作者沃克（Robert Wolke, 1928-）是美國匹茲堡大學（University of Pittsburgh）榮譽化學教授，曾為《華盛頓郵報》（The Washington Post）撰寫「美食101」專欄（Food 101），長達10年，而且是多本暢銷科普書籍的作者。沃克曾獲得詹姆斯比爾德基金會（James Beard Foundation）最佳報紙專欄獎，以及國際烹飪專業人員協會博特葛林獎（International Association of Culinary Professionals ' Bert Greene Award）的最佳報紙飲食寫作獎。本書彙整了沃克回答餐廳大廚和《華盛頓郵報》專欄裡讀者詢問的一百多個問題，每一個問答單元都是獨立的，不需具備深奧的科學概念就能閱讀，有些主題是相互關連，有助於增進讀者的理解。
為什麼吃剩的義大利麵，不要用鋁箔覆蓋？
《華盛頓郵報》「美食101」專欄的讀者提問：家中吃剩的義大利麵用鋁箔覆蓋，放入冰箱裡，當拿出來加熱時，發現鋁箔紙與義大利麵醬料接觸的地方，竟然出現小洞，為什麼？難道這是因為鋁箔，被番茄醬裡的檸檬酸與其他有機酸侵襲，還是另有其他原因？
只有裝剩菜的容器是金屬製（例如不鏽鋼鍋或不鏽鋼碗）的時候，番茄醬才會腐蝕蓋在上面的鋁箔，如果容器是玻璃或者塑膠製的，就不會發生這種情況。當鋁接觸到另一種金屬，以及番茄醬那樣會導電的物質，這三種物質的組合就構成了電池。腐蝕鋁箔不是單純的金屬與酸作用，而是電的作用，更精確地說，這是電解反應。
1780年，義大利的科學家賈法尼（Luigi Galvani, 1737-1798）在偶然的情況下，以銅製的解剖刀，碰到置於鐵盤內的青蛙，青蛙立刻發生抽搐現象，激發青蛙肌肉產生運動的力量，賈法尼稱之為「動物電」（animal electricity）。1791年，義大利的科學家伏打（Alessandro Volta, 1745-1827）認為這只是青蛙在兩種金屬之間傳導電流，他稱之為「金屬電」（metallic electricity）。1800年，伏打將含有濃食鹽水的濕布，夾在銀板與鋅板的中間，然後依照「銀→布→鋅→銀→布→鋅……」的順序，堆疊成一堆圓柱，最後以導線連接最上層的銀板，與最下層的鋅板，成功地製造出最早的化學電池，稱為「伏打堆」（voltaic pile，圖1）。
圖1. 伏打堆(圖片來源)
這可以解釋「為什麼鋁箔與番茄醬接觸的地方會出現小洞」，這是因為不鏽鋼碗的材質大部分是鐵，鐵和鋁具有不同的氧化活性，鋁的氧化活性大於鐵，所以有機會時，不鏽鋼碗的鐵原子，會從鋁箔搶走電子，而番茄醬正好提供路徑，使得電子從上方的鋁箔，轉移至下方的鐵碗。失去電子的鋁不再是金屬的鋁原子，它成為溶解在番茄醬裡的化合物，所以只有在番茄醬造成電子轉移可能發生的地方，才能看到鋁箔溶解。若將不鏽鋼碗，改為塑膠碗或玻璃碗，則覆蓋的鋁箔就不會因電解作用而產生小洞。
厚重的煎鍋品質比較好？
《華盛頓郵報》「美食101」專欄的讀者提問：我想買高品質的多用途煎鍋（general purpose frying pan），但是市面上的產品種類繁多，我應該如何挑選？
理想的煎鍋應該具備底下的條件：
（1）爐火的熱可以均勻分布煎鍋表面，
（2）迅速傳熱到食物，
（3）對爐火的調整做出迅速反應。
這可以歸結到兩個性質--厚度與導熱性，亦即應該找尋較厚的、能夠高效率導熱的金屬鍋。如果把室溫下的食材，放進高溫的單薄煎鍋時，食材會從金屬吸收足夠的熱，使鍋子低於最佳烹飪溫度。除此之外，爐火的熱會在還沒擴散之前，就透過單薄煎鍋的底部抵達食物，造成食物的特定區域燒焦，但是厚重的煎鍋，卻能在這些變化的情況下，保持較穩定的烹飪溫度。
最關鍵的還是鍋子的導熱性，為什麼好的煎鍋必須具備高導熱率（thermal conductivity）？有三個原因，如下：
（1）煎鍋必須迅速有效地傳熱到食物，在傳熱很慢的玻璃或陶瓷鍋具，幾乎不適合煎炒食物；
（2）煎鍋的表面要處於相同溫度，即使爐火不均勻，高導熱的鍋底會迅速扯平這些不均勻性，讓食物受熱均勻；
（3）煎和爆炒需要不斷地保持食物處於特定溫度而不燒焦，所以必須時常調整爐火，而高導熱率金屬製造的煎鍋，幾乎能對爐火調整，很快地做出反應
煎鍋有不同的材質，例如銅，鋁和不鏽鋼，各自有其優點，可以透過層疊金屬（layering the metals）的技術加以組合，例如使用銅底（copper bottom）、鋁芯（aluminum core）以及不鏽鋼內部等三層，組合的煎鍋（圖2）。層疊金屬的鍋子，依不同的功能，有不同材質層的組合，例如底部是讓鍋子能用於電磁爐的磁性不鏽鋼（magnetic stainless steel exterior，圖3），中間是讓鍋子能迅速改變溫度的鋁和銅，最上面是能幫助鍋子具有抗腐蝕與抗氧化的「18/10不鏽鋼」（18/10指的是18%鉻，10%鎳）。
圖2. 三層組合的煎鍋(圖片來源)
圖3. 五層組合的湯鍋(圖片來源)
焦糖化與梅納反應有何異同？
《華盛頓郵報》「美食101」專欄的讀者提問：食譜要我把洋蔥焦糖化，焦糖化就是將食物加熱至呈現焦褐狀態嗎？
食品因加熱或氧化等化學作用，所引起之褐色，稱為「褐變反應」（browning reaction），例如焦糖化與梅納反應。醣類在無胺基化合物（amino compound）的情況下，被加熱到攝氏約一百多度，就會融成液體，若繼續加熱，顏色就會由黃色，變成淺褐色及深褐色，這就是焦糖化。焦糖化是只含有糖，不含蛋白質的食物，被加熱至焦褐狀態，它包括了化學家尚未完全瞭解的一連串複雜的化學反應。
食譜裡的焦糖洋蔥（caramelized onions，圖4），可以不用加糖下去炒，但是洋蔥經久炒之後，水分蒸發，洋蔥會由透明轉變為褐色，嘗起來味道非常甜美。雖然洋蔥確實含有醣類，烹煮時有助於產生金黃色澤與甜味，故存在焦糖化反應。但是焦糖洋蔥發生的褐變反應，主要還是來自加熱蛋白質與還原糖（reducing sugar，例葡萄糖、果糖）所致，嚴格的說，焦糖洋蔥並不是「焦糖化」。
圖4. 焦糖洋蔥(圖片來源)
梅納反應是指食物中的碳水化合物與蛋白質，受熱至攝氏120度以上的高溫時，所發生的一系列複雜反應。反應過程中，會產生許多風味十足但無法辨識的化合物，這些物質為食品提供了可口的風味和誘人的色澤（圖5）。1912年，法國化學家梅納（Louis Camille Maillard, 1878-1936）曾定性描述它的初步反應，故後來的科學家，將這個反應命名為梅納反應。梅納反應將美好的風味賦予微焦的、含有碳水化合物與蛋白質的食物，例如呈現焦褐色燒烤過的肉（牛肉、豬肉、鮭魚與雞肉）與焦糖洋蔥等。
圖5. 焦褐色的牛排(圖片來源)
馬鈴薯拯救了一鍋湯？
《華盛頓郵報》「美食101」專欄的讀者提問：煮湯時，我不小心放了太多的鹽，有沒有補救辦法？聽說生馬鈴薯可以吸收過多的鹽分？
幾乎每個人都聽過這種說法：「煮湯時，不小心加了太多食鹽，可以放幾塊生馬鈴薯進去煮，它們會吸收一部分的鹽，這樣就可以挽救一鍋美味的湯」（圖6），和許多時常聽到的偏方一樣，大多沒有經過科學測試。本書作者準備了兩鍋（實驗組和對照組）添加食鹽的水，做為「模擬湯樣本」（mock soup sample）。由於很多的食譜都是從4夸脫（quart）的湯，加1茶匙（teaspoonful）的鹽開始，一邊品嚐，一邊加鹽，直到味道剛剛好為止，所以作者的一號樣本是每夸脫的水，溶解1茶匙的鹽；二號樣本是每夸脫的水，溶解1大匙（tablespoon，約等於3茶匙）的鹽。
圖6. 煮雞湯加入馬鈴薯測試(圖片來源)
這兩份「模擬湯樣本」的鹹度，分別是食譜一開始調理湯鹹度的4倍和12倍，然後將相同體積的湯樣本，分別裝在相同大小和材質的鍋子，同時置於相同的爐子上加熱，直到沸騰，最後分別加入6片1/4英寸厚（總表面積各為300平方公分）的生馬鈴薯，在蓋得很緊的鍋裡，繼續用小火煮20鐘，取出馬鈴薯，靜候兩鍋湯樣本冷卻。測試時使用馬鈴薯切片，而不是馬鈴薯塊，目的是使馬鈴薯與鹽水充份接觸，讓接觸面積達到最大。
本書作者和身為美食評論家的妻子馬琳（Marlene Parrish）品嚐馬鈴薯切片的鹹度，馬琳根本不知道馬鈴薯切片來自那一個樣本，品嚐結果：加一茶匙鹽，煮過的馬鈴薯味道是鹹的；加一大茶匙鹽，煮過的馬鈴薯味道更鹹，但這只是意味著煮過的馬鈴薯吸收了鹽水，但是馬鈴薯不見得會吸走水裡的鹽。「模擬湯樣本」的導電度測試結果：加入馬鈴薯燉煮之前，與之後的導電度，沒有檢測到差異（no detectable difference），即無論是每夸脫水溶解一茶匙鹽，或是每夸脫水加一大匙鹽，加馬鈴薯的處理方式應是無效的。
有意思的是，本書作者實驗發現：加入馬鈴薯燉煮之後的鹽水導電度，反而稍微高於沒有加馬鈴薯燉煮之後的鹽水導電度，這應是馬鈴薯的含鉀量較高所致。鉀的化合物與鈉的化合物一樣會導電，為了修正這個影響，本書作者將馬鈴薯燉煮的鹽水導電度，減掉馬鈴薯提供的導電度；並盡量將鍋蓋緊密蓋住，使用小火燉煮，雖然水分仍有可能從鍋裡蒸發，使得鹽水的導電度增加，但是在修正馬鈴薯提供的導電度之後，沒有發現水分蒸發帶來的影響，故本書作者的論證應是嚴密可信。
為什麼食品標籤上的脂肪含量數值有誤差？
《華盛頓郵報》「美食101」專欄的讀者提問：為什麼食品營養標示的飽和脂肪（saturated fat）、單不飽和脂肪（monounsaturated fat）和多不飽和脂肪（polyunsaturated fat）的公克數，全部加總的含量，低於總脂肪（total fat）的公克數？是否有其他種類的脂肪沒有列出來？
不只美國食品的營養標示，有這樣讓消費者不解的現象，國內食品的營養標示也有類似的情況，以國產某廠牌的高纖蘇打餅乾為例，包裝盒上的營養標示（圖7）「脂肪4.1公克---飽和脂肪（酸）1.9公克、反式脂肪（酸）0公克」，為什麼兩者相加之後，小於脂肪4.1公克？飽和脂肪、單不飽和脂肪與多不飽和脂肪的含量總和，不是應該等於總脂肪含量？其實，脂肪分子包含兩大部份：甘油與脂肪酸（fatty acid），標示上的「總脂肪」公克數，是所有的「脂肪」分子，包括甘油的重量總和。但是標示上的「飽和脂肪」、「單不飽和脂肪」與「多不飽和脂肪」，只是「脂肪酸」的重量，甘油分子的重量並沒有列入，故加總之後，小於「總脂肪」的公克數。
圖7. 高纖蘇打餅乾的營養標示（圖片來源：白榮銓老師）
2018年4月，我國衛生福利部公告修正「包裝食品營養標示應遵行事項」，提到：飽和脂肪得以標示為「飽和脂肪」或「飽和脂肪酸」（saturated fatty acid），反式脂肪得以標示「反式脂肪」或是「反式脂肪酸」（trans fatty acid）。為什麼美國食品的營養標示是「脂肪」，而不標示「脂肪酸」？依據美國食品與藥物管理局（U.S. Food and Drug Administration, FDA）網頁的說法，有兩個可能原因：
（1）大眾只想知道脂肪裡面含有飽和與不飽和的相對分量，
（2）標籤上的空間極為有限，「脂肪酸」一詞占的空間比「脂肪」多。當時（2001年）的FDA網頁承認：因為沒有包括反式脂肪酸在內，營養標示還有更多含混之處。
常溫下液態植物油中的不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acid）容易氧化、不耐長時間的高溫烹調，為了提高油的穩定度、延長保存期限、降低成本、以及改善食品口感，工業上將植物油以氫化（hydrogenated）加工處理，使其轉為半固態的形式，成為氫化油（hydrogenated oil）。如果氫化反應能夠完全進行，則會得到「完全氫化油」（fully hydrogenated oil，FHOs），但完全氫化的脂肪往往非常堅硬，應用價值低；因此市售的氫化油大多是「不完全氫化油」（partially hydrogenated oil, PHOs），不完全氫化油往往被用於食品加工過程，例如烘焙或油炸食物。
但是不完全氫化油，在加工過程會改變脂肪的分子結構，產生的反式脂肪，可能增加人體的發炎反應，而發炎反應正是動脈硬化、糖尿病及多種癌症的起因之一，不但會提高人體內的「壞膽固醇」（LDL）和三酸甘油脂，還會減少「好膽固醇」（HDL），被認為對心臟血管疾病的危害最大。
近年來，世界各國的健康意識抬頭，各國政府開始重視不完全氫化油，對人體健康產生的負面影響。2015年6月，美國FDA正式發布通知：未來除非經美國FDA許可之食品外，皆不允許使用不完全氫化油，以避免加工食品中含有人工反式脂肪，並給予食品業者三年時間調整因應此規定。2016年4月，我國衛生福利部發布訂定「食用氫化油之使用限制」，規定：「自2018年7月1日起（以標示之製造日期為準），食品中不得使用不完全氫化油」
脂肪與脂肪酸相同嗎？
《華盛頓郵報》「美食101」專欄的讀者提問：當我閱讀有關「飽和脂肪」和「不飽和脂肪」的文章時，很多文章常常無預警地，從「脂肪」切換到「脂肪酸」，幾乎是在兩個「術語」（term）之間隨機來回，好像它們（脂肪、脂肪酸）是同一東西，它們是嗎？如果不是，它們有什麼不同？
在中文的一般用語，人們往往將常溫下，呈現液狀的食用「油脂」（oil and fat），稱作「油」（oil）；而將常溫下，呈現固狀的食用油脂，稱作「脂肪」（fat）。大多數的油脂分子含有三個脂肪酸分子，三個脂肪酸與甘油會形成三酸甘油酯（triacylglycerol），油脂的主要成分是三酸甘油酯。脂肪酸是羧酸（carboxylic acid）家族的成員之一，就酸性而言，它們是很弱的酸。脂肪酸依含碳的數量，可分為短鏈（碳數4-6個）、中鏈（碳數8-12個）與長鏈（碳數大於或等於14個），脂肪酸有可能是飽和或不飽和，到底飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的結構，有何不同？
若脂肪酸分子的碳鏈所能結合的氫原子數，達到最大值，則這種脂肪酸被稱為「飽和脂肪酸」（圖8），例如硬脂酸（stearic acid）；若脂肪酸分子的碳鏈某處，缺了一對氫原子，即分子中有一對雙鍵（double bond）存在，則這種脂肪酸稱為「單不飽和脂肪酸」（monounsaturated fatty acid），例如油酸（oleic acid）；若脂肪酸分子的碳鏈，缺了兩對或更多對的氫原子，即分子中有兩對或更多對雙鍵存在，則這種脂肪酸稱為「多不飽和脂肪酸」（polyunsaturated fatty acid），例如亞麻油酸（linoleic acid）。
圖8. 飽和、單不飽和與多不飽和脂肪酸(圖片來源)
同一脂肪所含的脂肪酸分子，有可能全都屬於同一種類，也有可能是不同種類的組合。「飽和脂肪」是指飽和脂肪酸和甘油形成的脂肪，含有的脂肪酸分子中，沒有不飽和鍵（雙鍵）；「單不飽和脂肪」是指含有的脂肪酸分子中，只有一個雙鍵；至於含有兩個雙鍵以上的，則稱為「多不飽和脂肪」。一般而言，比較短的分子鏈與比較少的飽和脂肪酸，形成比較軟的脂肪；比較長的分子鏈與較多的飽和脂肪酸，形成比較硬的脂肪。這是因為在不飽和的脂肪酸裡面，只要缺了一對氫原子（即有一對雙鍵存在），脂肪酸分子就有一個扭結（kink），於是脂肪分子不能緊密靠攏，以形成密實的結構，故這種脂肪就更像是液體而非固體。
因此，飽和脂肪酸成分比較低的植物脂肪，傾向於呈現液狀；飽和脂肪酸成分比較高的動物脂肪，傾向於呈現固狀。飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸，各有優缺點，目前市售的食用油中，都含有不同比例的飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、以及多不飽和脂肪酸等。攝食不飽和脂肪酸有助於降低血液中膽固醇的含量，減少心血管疾病的風險，但是多不飽和脂肪酸的化學性質不穩定，受到光線的照射或高溫影響時，容易加速氧化速率，故不飽和脂肪酸含量高的油，最好在室溫下保存，並避免陽光直接照射（圖9）；高飽和脂肪酸的油脂較耐高溫，適合用於高溫油炸等烹調，但是攝取量多，容易使血液中的膽固醇值升高，造成血管硬化。
圖9. 橄欖油瓶上的脂肪含量標示（圖片來源：白榮銓老師）
綜合上述，吃剩的義大利麵，用鋁箔覆蓋，鋁箔上產生小洞，主要原因是發生電解作用；利用鋁、銅導熱快的特性，做為不同金屬夾層的材料，然後以不鏽鋼包覆外表，就能製成美觀實用、加熱效率佳的多層複合金鍋具；焦糖化與梅納反應，都是給食物添增美味的科學訣竅；馬鈴薯拯救了一鍋湯，看似可行，卻是錯誤的迷思；食品營養標示上的脂肪含量包含甘油，而脂肪項目下的只是飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸，難怪加總後的數值，不等於脂肪總含量；不精準使用「油、油脂、脂肪和脂肪酸」等術語的文章與標示，常造成一般民眾混淆不清。至於書中還有那些廚房裡的科學謎題？背後的科學原理又是什麼？這些都有待您進一步的閱讀與思考！
綠能數位與實作教材之發展與運用
文/盧玉玲
「綠色能源」是未來國家可持續發展的關鍵板塊，國民對此科技議題的了解與態度將影響國家競爭力和社會的發展，故應將此素養的培育扎根於國民教育的階段，同時強化一般大眾對此綠色能源的基本認知。
國際能源總署（International Energy Agency, IEA）每年發布的世界能源展望報告（World Energy Outlook, WEO），在2010年開始將議題重點置於再生能源的發展應用。近年來更是將能源相關的經濟和環境等面向進行整合，期望各國政府制訂有效之節能減碳政策，並引領經濟與產業結構朝向低碳、低能源密集方向發展（經濟部能源局，2014；IEA, 2018）。英國石油公司（British Petroleum, BP）於2018年發布之2040能源供需展望報告，其提出再生能源的比重將以五倍速度成長（張素美，2018）。由此可知低碳或是再生能源產業為未來能源科技發展的重點，而這些能源包括水力發電、風力發電、生質能、太陽能和地熱等。其中，風力發電與太陽能發電的能源供給將占再生能源總發電量的64％（科技部科技發展觀測平台，2018；IEA, 2018）。國內為了搭上世界綠能科技產業發展潮流與因應發展的需要，也於2016年提出新能源政策，提出「積極開發綠色新能源，2025再生能源發電量占總發電量的比例達20％」，並將推動如太陽光電、離岸風電產業等綠能科技（行政院，2018；經濟部能源局，2018）。
因應這個需求，如何在這個全球性「綠色能源」發展潮流中，加強教師與學生的「綠色能源」素養應有高度之必要。數位時代來臨，人們的學習型態產生了改變。現有之相關研究指出數位教材可以是一種有效的學習媒介。在此背景下，本研究室研發「綠色能源」數位教材，除可用於培養學生相關素養外，亦有助培育學生之高階思考能力。教材係整合情境式數位學習與實作探究而成，以風力發電為主題，包括：
(1)情境式數位學習電子書；
(2)風力發電機虛擬模擬器App；
(3)風力發電機實作探究教材包；
(4)融入混合實境（mixed reality, MR）體驗之風力發電機組裝系統。
可用於引起學生或是大眾探索科學科技的興趣，使其了解綠色能源知識，落實學生及國民的生活知識與價值觀。相關教材內容說明如下：
1.情境式數位學習電子書
本研究室將「離岸風力及海洋能源」之新興科技發展成適用學生及大眾使用之情境式數位學習電子書，主要學習內容包括：
(1)「風力發電」：瞭解臺灣的發電狀況、風力發電的原理、構造、優缺點、應用；
(2)「離岸風力發電」：比較陸域風力與離岸風力，以及離岸風力的優缺點，藉此讓使用者瞭解風力發電及離岸風力發電的差異；
(3)「海洋替代能源」：介紹海洋能源相關的技術與知識，包括：「波浪發電」、「海流發電」、「潮汐發電」和「溫差發電」等不同發電原理及能量轉換概念。
透過情境式數位故事的學習除可增加學習的趣味性，書中具備即時回饋的選擇題互動功能更加深學生的認知學習。相關電子書資源皆放置在本研究室建置之「豆豆趣--數位教學資源」網站，互動式電子書相關內容畫面，如圖1所示：
圖1. 開發之情境式數位學習電子書教材畫面
2.風力發電模擬器App：
本研究室發展一套風力發電模擬器App（如圖2所示），內容包括：風車大組裝、模擬器操作書、小工程師能力檢核三個關卡。首先進行發電機組的組裝，讓使用者瞭解風力發電的運作原理；再透過不同變因的風力發電探究模擬實驗，讓學生瞭解不同風力發電機組的發電差異，最後進行學習評估，透過比較不同的發電方式，讓學生瞭解綠能對環境的影響。
圖2. 風力發電模擬器App實際操作畫面
3.風力發電機實作探究教材包：
本研究室設計一款可供進行探究之風力發電實作教材包（如圖3所示），主要實作材料包括：立架、軸架、底座、線圈、LED燈、鐵軸、齒輪、葉片等（詳細說明請見圖3）。此教材包之組件經過研究室多次改良，主要組裝結構最後改由3D列表機印製，將風車主要的機座拆分成三個元件，再透過簡易卡榫設計進行組裝，節省鎖螺絲的時間。此外，本款教材包亦搭配學習單，提供線圈（500圈、1000圈和1500圈的線圈）和葉片（風車葉片數、風車葉片形狀、葉片角度）等器材，讓學生進行科學探究。讓學生經由實驗所得數據，設計自己的最佳風力發電機，並提升學生探究與實作能力。
圖3. 風力發電機實作探究教材包
4.融入混合實境（MR）體驗之風力發電機組裝系統：
本研究室透過混合實境（MR）技術，開發可供學生體驗3D風力發電機元件組裝的數位教材。由於現實風力發電機的設計涉及許多艱深的知識，而本系統的標的對象為國中小學生，教學目標在於讓學生瞭解風力發電機的基本運作原理，因此本系統將風力發電機元件進行簡化，主要分為：風車葉片、齒輪、轉軸和發電機（相關模型畫面如圖4）。而學生在戴上MR頭盔眼鏡後，會看到一個3D的風力發電機座如魔術般真實地呈現在教室的空間中，學生運用手掌抓取空間中的風車元件，裝入風車箱中，組裝成功後，風車葉片將會順利轉動。本研究發現透過雙手與虛擬元件的互動，可以讓學生更清楚瞭解到風力發電機的結構，系統操作過程如圖5。
圖4. 風力發電機元件模型
圖5. 戴上MR頭盔進行風力發電機組裝畫面
呼應全球環保的思潮與行動，透過各種教學活動引發學生對環境覺知與敏感度，培養學生對環境有正確的價值觀以及具備解決環境議題時的認知與技能，使之成為一個有環境素養的公民，為科學教育重要一環。學生能了解各類能源的相關知識，並能感受和體認全球環保思潮為能源教育不可忽視之教學重點。希望以上本研究所發展的「綠色能源」教材能為教學者提供多元教材選擇，更企盼對能源教育的落實有所助益。
參考文獻
行政院（218）。能源政策專案報告。
科技部「科技發展觀測平台」（2018）。美國2018年到2050年的能源展望與預測。
張素美（2018）。BP能源展望（2017~2040）。經濟部能源局。
經濟部（2014）。2014年能源產業技術白皮書。經濟部能源局。
經濟部能源局「能源報導」（2017）。前瞻引領綠能，建構產業競爭力。
EIA (2018). Renewable & Alternative Fuels
盧玉玲
國立臺北教育大學自然科學教育學系教授