建中-挑戰營

「 科 技 夢 想 ． 由 我 發想」挑戰營 台灣大學 環境工程學系

台灣大學 土木工程學系

台灣大學 物理系 National Taiwan University

大同大學 媒體設計系

建國中學

「科技夢想．由我發想」挑戰營 前言

在 人 類 科 技 工 業 快 速 發 展 的 同 時，全 球 環 境 卻 日 漸 變 化 異 常，生 活 在 廿 一 世 紀 的 我 們，需 要 回 到 科 學 與 教 育 的 角 度 來 重 新 思 考，人 類 應該 在 地 球 中 扮演 什 麼 樣 的 角 色，才能讓生態環境永續穩定。

2 0 1 9 年 1 月 2 1 日 至 2 2 日 在 建 國 中 學 舉 辦 的「 科 技 夢 想．由 我 發 想 」挑 戰 營，由 台 灣 大 學 環 境 工 程 學 系、土 木 工 程 學 系、物 理 系、大 同 大學媒體設計系及建國中學的教師們共同規劃課程教材與教學活 動。第 一 日 上 午 首 先 安 排 建 國 中 學 的 老 師 們 介 紹 主 題 場 域 ‒ 位 於 資 源 大 樓 的 綠 屋 頂，並 以 綠 屋 頂 的 相 關 設 施 與 應 用 來 規 畫 教 學 活 動，從 資 訊、生 物、化 學 和 物 理 的 專 業 領 域 知 識 中，設 計 出 讓 學 生 可 動 手 體 驗 的 實 驗 操 作。接 下 來 的 一 天 半 為 設 計 思 考 工 作 坊，由 大 同 大 學 的 陳 彥 甫老 師 按 照 雙 鑽石 設 計 流 程 ( T h e Do u b le D iamo n d De sign Pro c e s s )，帶 領 同 學 們 歷 經 發 現 － 定 義 － 開 發 － 交 付 的 四 階 段，洞 察 與 挖 掘 出 真 正 的 問 題，並 於 最 後 提 出 實 際 解 決 方 案。課 程 中 除 培 養 學 生 動 手 實 作 和 問 題 解 決 的 能 力 外，也 希 望 學 生 們 在 團 隊 合 作 中 學 習 如 何 溝 通、協 調 與 表 達，潛 移 默 化 地 獲 得 獨 立 思 考、大 膽 創 新、協 同 合 作 和 問 題 解 決 的 能 力，在 勇 於 嘗 試、付 出 行 動、放 手 去 做 的 過 程 中，開 心 享受 學 習 樂 趣，達 到 更 全 面 的 學 習成效。

場域探索與實驗操作

建 國 中 學 的 曾 慶 玲 老 師 表 示，近 年 來 許 多 國 外 的 城 市 開 始 流 行 起 城 市 耕 種 實 踐，居 住 在 國 際 都 會 區 的 民 眾 們 紛 紛 在 摩 天 大 樓 旁 邊 的 空 地，拿 起 鋤 頭 耕 田 種 菜；鄰 近 的 首 爾 更 是 為 了 推 動 城 市 農 耕 而 修 改 都 市 建 築 法 規。在 我 國 的 首 都 台 北 市 所 推 行 的 田 園 城 市 政 策，則 包 括 了 快 樂 農 園、綠 屋 頂、市 民 農 園 的 建 立，試 圖 讓 台 北 市 更 綠 化、更 親 近 自 然。城 市 農 耕 的 發 展 對 居 民 生 活 所 帶 來 的 正 面 影 響，包 含 安 全 健 康 飲 食，提 供 城 市 居 民 更 新 鮮 與 多 樣 化 的 農 產 品 供 給；減 少 食 物 從 產 地 到 餐 桌 的 運 輸 距 離，降 低 碳 足 跡 旅 程；增 加 城 市 綠 地 面 積，降 低 城 市 溫 度，改 善 與 保護 生 態 環 境。 建 中 設 立 綠 屋 頂 的 目 的 是 希 望 能 串 起 人、食 物

與 土 地 的 連 結，並 做 為 師 生 探 究 和 實 驗 的 平 台。在 學 習 中 結 合 家 政、生 物、生 活 科 技、資 訊 等 發 展 跨 科 合 作 課 程，完 善 學生 學 習 經 驗，同 時 整 合 創 客 教 育、高瞻計畫和國際教育等，引領學生動手實做，深化農業科學的探究與實踐。 曾 老 師 也 在 帶 領 同 學 們 實 地 參 觀 綠 屋 頂 的 過 程 中 提 出 現 況 面 臨 到 的 問 題，像 是：鳥 害、風 大、夏 日 溫 度 過 高、假 日 無人 澆 灌、離 教室 太 遠 照 顧 不 便、師生使用率低和空間利用率低等狀況。

「科技夢想．由我發想」挑戰營 之後資訊、生物、化學和物理的教學活動，讓同學們親自動手進行實驗操作。資訊科的王鼎中老師以自動澆灌系統 為 例，讓 學 生 使 用 A rd u i n o 開 發 版，實 作 出 L E D、溫 度 感 測、LC D 顯 示 資 訊 及 傳 輸 感 測 資 料 的 功 能；生 物 科 的 郭 家 嘉 老 師運用組織培養的原理與應用，讓學生以無菌播種的技術，進行空心菜、青江菜和小白菜的育苗實驗；化學科的趙君傑 老師先以一段工業廠房偷排放汙水的新聞報導影片做為開場，讓大家思考每天喝的水真的乾淨嗎？之後學生利用水質 檢 驗 包 檢 測 實 驗 物 質 中 的 磷 酸 鹽、硝 酸 鹽、亞 硝 酸 鹽、酸 鹼 值、鈣 離 子 等 含 量；物 理 科 的 賴 奕 帆 老 師 提 供 了 Vpy t h o n 的 線上學習資源，並解釋運用程式的設計與模擬功能解釋物理現象，能夠做到人力所不能及的計算速度與視覺化動態呈 現，更能幫助學生學習與理解難懂的物理公式。

場域探索與實驗操作

下午的活動是同學們在過去學習經驗中從來沒有接觸過的 設 計 思 考 方 法，嶄 新 的 教 學 內 容 讓 大 家 充 滿 期 待，對 於 動 手 實 作 感到躍躍欲試。工作坊一開始利用「棉花糖挑戰」讓同學們破冰與 創 意 發 想，每 組 被 分 配 到 2 0 根 義 大 利 麵、固 定 長 度 的 線 和 紙 膠 帶、一 顆 棉 花 糖，需 於 1 5 分 鐘 的 時 間 內 建 築 一 個 可 以 自 行 站 立 的 結構，可自由裁剪義大利麵、紙膠帶與線，最後將完整的棉花糖置 於頂端，由高度最高的隊伍獲勝。由於義大利麵是種有脆度、彈性 不 甚 佳 的 材 料，在 細 長 麵 條 所 建 造 出 來 的 結 構 體 上，還 需 放 置 一 整 顆 的 棉 花 糖 更 是 增 加 挑 戰 難 度，除 了 想 辦 法 強 化 麵 條 及 基 底， 還得設計出良好結構，增加高度並且支撐棉花糖的重量。

挑 戰 成 品 中，有 些 隊 伍 只 是 一 味 增 加 高 度，但 細 瘦 的 結 構 無 法 承 接 棉 花 糖 的 重 量，導 致 整 體 被 棉 花 糖 的 重 量 壓 彎，有 的 小 組 甚 至 還 等 不 到 老 師 測 量 結 構 體 高 度 就 倒 塌 了；而 有 隊 伍 則 是 先 做 出 三 角 錐 柱 的 底 座，往 上 綑 綁 出 直 徑 漸 細 的 柱 體，並 搭 配 棉 線 的 拉 力 來 支 撐 柱 體，最 後 在 小 組 成 員 的 同 心 協 力 下 搭 建 出 最 高 最穩 的 建 築 物 結構，贏 得 挑 戰 的 勝利。 陳 彥 甫 老 師 解 釋，這 個 原 始 實 驗 有 超 過 五 百 人 參 加，測 驗 出 來 成 績 最 低 的 是 美 國 商 學 院 組，第 一 名 卻 是 幼 兒 園 的 小 孩 組。由 於 大 人 習 慣 在 行 動 前 先 開 會 討 論 如 何 搭 建，商 學 院 組 甚 至 花 費 很 多 時 間 爭 奪 領 導 權，決 定 後 已 經 浪 費 很 多 時 間，也 沒 時 間 再 做 改 良。小 朋 友 的 創 意 是 源 自 於 行 動，不 開 會，立 刻 動 手 做，做 不 好，立 刻 改，反覆 的 測 試 與 修 改 完 成最高的結構體。

老師使用了雙鑽石設計流程來說明一項產品從初始至完成 所 歷 經 的 設 計 思 考 流 程，此 方 法 是 由 英 國 設 計 協 會 在 2 0 0 5 年 提 出 一 套 設 計 流 程，主 要 由 發 現 － 定 義 － 開 發 － 交 付 四 階 段 組 成， 而 每 兩 個 階 段 就 是 一 次 的 發 散 與 收 斂，第 一 個 菱 形 在 定 義 問 題 的 階 段，主 要 是 為 了 了 解 問 題，找 出 痛 點；第 二 個 菱 形 為 問 題 解 決的 階 段，找 出正 確 的 解 答，並 製 作代表解決方案的原型。

「科技夢想．由我發想」挑戰營 對 於 工 作 坊 的 主 題 綠 屋 頂，老 師 提 出 了 三 個 關 於 使 用 者、環 境 和 物 品 的 問 題，同 學 從 實 際 參 訪 場 域 的 觀 察 中，使 用 不 同 顏 色 的 便 利 貼 寫 下 答 案，並 將 便 利 貼 分 類 黏 貼 在 四 個 象 限 裡 面，X 軸 的 兩 端 點 分 別 是 人 工 和 自 然，Y 軸 的 兩 端 點 代 表 著 人 和 空 間。每 個 小 組 的 海 報 上 佈 滿 著 為 數 眾 多 的 便 利 貼， 成 員 們 氣 氛 熱 烈 的 討 論 著 分 布 圖，並 分 別 從 四 象 限 中 選 出 一 個 特 別 的 便 利 貼 和 大 家 分 享。之 後 使 用 特 製 的 教 材「 方 大 同」 ，一 個 正 方 體 的 展 開 圖，六 個 面 分 別 代 表 目 標 對 象、時 間 點、地 點、發 生 的 問 題、為 什 麼 遭 遇 問 題 及 定 義 目 標 對 象 的 需 求，讓 各 組 全 方位 的 思 考 與 具 體 描繪出清晰的想像情境。

第 二 天 則 再 次 讓 各 組 操 作 方 大同，藉以複習前一天的設計思考模式與針對問題再次聚焦，並進一步試著用一段文 字 描 述 來 說 明 與 定 義 綠 屋 頂 的 問 題。當 各 組 都 已 經 探 索 出 場 域 中 欲 解 決 的 問 題 後，便 是 需 要 刺 激 各 位 成 員 的 腦 袋，快 速 提 出 大 量 的 解 決 方 法。六 三 五 腦 力 激 盪 法 指 的 是 一 組 中 有 六 名 成 員，每 人 在 白 紙 上 寫 下 三 個 構 想，每 一 輪 構 想 五 分 鐘 內 完 成，每 一 輪 完 成 後 便 向 左 傳 給 下 一 個 組 員。這 段 過 程 裡 只 見 投 影 幕 上 的 的 時 間 不 斷 倒 數，每 位 同 學 都 低 頭 專 心 地振 筆 疾 書，努力 燒 腦 地 產 出 各 種方案，各小組進行激烈討論後，從中挑出三個解決方案並進行排序。

最 後 各 組 利 用 紙 板、樂 高 積 木 及 A r d u i n o 開 發 版 等 材 料，依 照 討 論 結 果 製 作 出 概 念 原 型，並 進 行 成 果 發 表。六 組 聚焦 的 議 題 包 含了：水 資 源 的 回 收再利用、屋頂造型與結構承重、重新規劃空間以增加便利性與使用率、校內及社區的 使 用 推 廣 和 利 用 多 媒 體 與 A P P 增 加 與 使 用 者 的 互 動 性。各 組 分 別 以 口 頭 報 告、戲 劇 演 出、影 片 拍 攝 等 方 式 展 現 成 果 亮 點，活 潑 不 扭 捏的 表 現 逗 得 老 師 和評審們哈哈大笑，也為這兩天的活動畫下完美的句點。

結語

老 師 們 用 心 規 劃 的 教 學 內 容 讓 參 加「科 技 夢 想．由 我 發 想」挑 戰 營 的 高 中 學 生 們 大 開 眼 界，透 過 跨 科 概 念 與 社 會 科 學 議 題 的 結 合，建 立 同 學 們 自 我 期 許 與 決 策 能 力，在 實 作 中 建 構 知 識 與 自 主 學 習。同 時 藉 由 教 學 主 題 的 共 同 策 畫， 聯 合 了 高 中 與 大 學 的 教 學 者 共 授 課 程，促 進 了 跨 學 區、跨 校、跨 科 系 間 的 交 流 與 互 動，無 論 對 於 參 與 的 老 師 和 同 學 們 來 說 都 是 收 穫 滿 滿。也 期 望 這 次 活 動 中 所 埋 下 的 創 客 種 子，能 讓 學 生 日 後 面 對 真 實 問 題 時，能 進 一 步 深 入 發 掘 與 省 思，發 揮 創 意 與善 念 改 變 社 會，讓 世界變得更美好。