推行科学普及教育之行动研究——以“成大论箭”为例

.基隆高中专任教师；.台南大学材料所科学教育组；.成功大学航天系教授 何崇德 彭上吉 景鸿鑫



推行科学普及教育之行动研究——以“成大论箭”为例

1.基隆高中专任教师；2.台南大学材料所科学教育组；3.成功大学航天系教授 何崇德1彭上吉2景鸿鑫3

本研究对推行科学普及教育提出运作方法，以科普活动——“成大论箭”为例，藉“行动研究”来探讨推行科普教育所面临的问题，以做通盘的研究与讨论。初步研究结果：可将现今科普教育的质量作提升，并真正达到科学教育普及化的目标。

实验火箭、成大论箭、行动研究

1 科技发展的重要性

科学是人类运用高度智慧，来处理生命和生活之各种问题所须的思考方法、过程与表达方式[1]。如果以学科来分类，科学的范畴应该包括了数学、物理、化学、生物及地球科学。然而，在科学知识与社会需求之间，却有一个很重要的桥梁——技术应用。

回顾一下人类的历史，人类的活动能力，主宰了历史发展的轨迹。在人类的活动能力仅限于陆地时，一个民族或国家的兴盛与否，取决于这个民族或国家是否“兵强马壮”。然而，陆地的面积，也只占地表面积的30%，在无法满足人类对未来的无限想象与渴望的时候，人类的活动能力也慢慢地从陆地转向了大海。此时“兵强马壮”已经比不上“船坚炮利”，陆权时代的霸主也得向海权时代的霸主低头了。随着人类可以驾驶着飞机飞上青天，毫无限制的悠游遨翔于整个地球表面之上，而航天科技正是所有现今高科技的结合体。

中华民族常引以自豪的四大发明——“指南针、造纸术、印刷术及火药”中，其中结合造纸术与印刷术所出来的“书”，就让所有的科学知识与技术应用有了可供经验传递的工具。火药的发明让人类能拥有自然界里强大的力量，而能把这个力量掌握到极限，就可以横行无阻。

除了上述科技之外，其它如信息科技与生物科技也正在快速的发展中，这些科技的发展，正在无声无息地改变人类的社会发展，甚至已经开始领导人类社会的走向，因为：“科技的发展到哪里，人类的未来就在哪里”。

2 科技教育的角色

“教育”就是为了传递经验与延续文化，任何一项科技，缺乏有系统的传承与普及，就无法累积而继续提升。

中国人发明的火药，透过阿拉伯人在14世纪初传入了欧洲，受到极欲发展海权的欧洲王室的重视与支持，不停地透过研发与改进，做品质上的提升，这让欧洲王室成为军事强权，进而用这股力量强行敲开了中国封建社会的大门。

中国人的医学发展自成一格，历朝历代都有名医与名著，东汉的华陀就能以“麻沸散”实行全身麻醉而进行腹腔手术，西方医学整整晚了1600年才有此医疗技术。西方医学的发展，并没有受到中医的影响，虽然起步较晚，但其现况却大幅领先中医，而成为世界医疗主流[2]。

由火药和中医的例子，就可以看出科技教育的重要，中华民族的社会对于科技教育的漫不经心与毫不在意，让中国人在世界科技史上有机会上台表演开场白，却不能成为主角。只着重发展科技，而无发展科技教育，则所有的成果都只会是昙花一现，徒留后代子孙作为“引以自豪的发明纪录”罢了。

3 台湾地区中等学校的科学教育

台湾地区中等学校的教师，在面对学生与教材之间，常常要去思考，我们该教会学生什么样的教学内容；尤其是遇到科学类科的课程时，一定会遇到学生的质疑：“为什么要学这些？除了为了要参加升学考试之外，我们找不到其它需要学习这些内容的地方”。

考试真的是教学的最终目标吗？为了考试争取高分，学生被训练能够迅速又正确地写出标准答案，但是他们了解题目的意义吗？学生往往只在乎“解题步骤”的多寡和“答案”是否正确。

“黑板教学”与“纸笔测验”是目前校内科学教育的主流，这让许多理化实验课及生物实验课被忽略，甚至根本没有进行。其实，经由实验过程的操作，学生原本可以培养其观察能力，进而学习到归纳与整理的科学精神；但缺乏实验过程的操作，却因此扼杀了科学教育中最重要的“创作性”训练。中学理化教育僵化、教条化，“可以使我们一般劳动力提高，虽然它损及最高百分之十顶尖人物”[3]。

依Maslow的分类，学习可分为两类，一是“无意义的学习”，此种学习通常指一些枯燥、易遗忘、与自身无关的教材的学习。另一种是“有意义的学习”，或称为“经验的学习”，此种学习包含了思考与情感，个人能深刻体会学习内容的意义，且不易遗忘[4]。科学类科的主题，既然都是与生活相关，且频繁出现的现象，科学类科的学习就应该是有意义的、愉悦的学习，而不是为了考试的无意义学习。

为了让中等学校学生重拾对科学学科的兴趣，部分中学教师只能在学校内积极鼓励学生去参与校外的科学活动。请参考以下实际案例:

3.1 科普教育推广实例——“成大论箭”

1988年，成功大学航天系景鸿鑫教授在该系大一的“航天工程概论”的课程中，将“固态药柱火箭”的设计与制作规定为期末成绩的评比项目。在仅提供固态火药药柱前提下，学生需自行分析、设计与制作一枚火箭，最后将火箭发射升空，依结果来评分。此一题目既可以练习火箭的空气动力学、动态稳定，又可以了解什么叫设计，也可以避开较危险的部分——火药。同时，在此过程中，一些分析与计算势必要用到计算机来辅助，又可以初步掌握计算机这个利器的运用，可谓是相当适合作为教育训练的一个课题，于是在航天系内一连做了好几年，反应都很不错。

1990年，台湾地区第一次举办资优国中生航天科学研习营，景教授为此重新规划整套适合中学生的课程，在只提供固态药柱的前提下，让中学生能初步了解一些基本的原理，利用计算机来辅助设计，并实际动手制作，最后再亲自将火箭发射升空。刚开始仅只是抱着尝试的态度，后来证明连中学生反应也普遍都很好，于是将此课程在台湾各地区进行推广，都十分顺利。

1995年,此一活动改为全省性的高中实验火箭设计大赛，期望以增加竞争性、荣誉感的方式，来推展航天科技。目前已举办过十三届了，首两届仍然是以研习营的方式进行，透过学校推荐学生，集中到成功大学来。先进行课程教学，再进行比赛。

第三届(1997)开始更改比赛方式，采取完全开放的作法，自由报名，只要想参加的都能来，台湾地区的每一位高中、高职在学学生，只要报名，即可参加比赛。报名之后，随即邮寄设计手册与设计软件给报名者，由报名参赛者根据设计手册自行设计自己的火箭，自行购买相关材料制作。到比赛当日，直接携带火箭到台南成功大学现场来比赛。到了现场，统一由主办单位发给火药药柱，装填上火箭后即依序发射比赛。由于在设计与制作的过程中，必然会遭遇到困难，主办单位就在各地分别举办“赛前说明会”，解答一切疑难杂症，并进行升空示范，以协助参赛学生，让他们做出更好的火箭，得到更好的成绩。

3.2 竞赛为主轴的成大论箭

要主办一个科学竞赛的基本要素有三个：①设定比赛规则；②提供竞赛所需的场地与设备；③公正的裁判。但要如何让参赛者对这个竞赛有强烈的参赛意愿，所牵涉的层面就非常广泛了。

首先，主办单位一定要有足够的经费来举办，但有了足够的经费，并不代表这个竞赛能举办的有预期的规模。最重要的是如何让比赛的信息，正确且迅速的传送到有“潜在参赛意愿”的参赛者的生活中。

在计算机和网络并不普及的时代，印制活动海报寄送到学校张贴，或是寻求报刊杂志赞助刊登，都是可行的方法。以“成大论箭”为例，从第三届开始，透过上述的方法做宣传，报名人数就逐年增加，第三届(1997)大约100位，第四届(1998)大约200位，第五届(1999)大约300位。如果以这样的趋势，第六届(2001)应该很明显的会有大约400位参赛者才对。

其实，第六届实际的参赛人数只有97位。是什么原因让报名人数有如此大的落差?最有可能的原因，应该是2000年停办了一次，让这个科学竞赛在高中生的世界中消失了。再重新检视第三届到第五届的报名资料，才发现报名参赛的学校的重复性很高。在当时访谈一些参赛者后，才知道参赛“成大论箭”已经是一些高中科学性社团的固定模式了，每一次比赛后，学长姐们的参赛经验透过社团活动的传承，让学弟妹们在参加下一届比赛时，会有更高的参赛意愿。

在第六届报名人数大幅滑落的警讯下，第七届(2002)的举办就投入更多的经费与筹备人力，甚至把比赛场地移到交通更便利的台北市政府广场。然而，报名人数却只有162位，这样的结果当然很让主办单位觉得很挫败。

一样的比赛内容，一样的宣传模式，却是不一样的报名结果，而可能的原因竟然是计算机和网络的普及。

自从Windows 95及Internet Explorer 在1995年开始窜红后，学生的学习模式有很大的转变。用双腿到图书馆翻查资料，比不上用双手在网络上使用搜寻引擎；在真实世界中的课外活动，比不上在虚拟世界里面的连线游戏。

另一个可能的原因是2001年台湾地区开始举办的“国民中学学生基本学力测验”(以下简称基测)。因为基测的考题全部都是四选一的选择题，所以1986年以后出生的台湾地区学生，在中学六年中，其数理科的学习，只着重于追求答案正确与否，并不在乎演算过程中所需要的步骤与程序。然而数理科的学习中，观察、归纳、分析、推理、组织与表达等能力的建立其实才是重点。基测创造出来的“选择题世代”的学生，缺乏挫折容忍的学习过程，将不敢面对无法预测过程的任何挑战。要期待他们主动来挑战科学竞赛，是有困难的。

3.3 教学为主轴的成大论箭

面对学习特质不一样的中学生，第八届(2004)起，此一活动有了重大的变革，除了原有的“火箭大赛”外，再加上“高中实验火箭设计与制作研讨会”(以下简称研讨会)。自此，“成大论箭”跳脱单纯提供比赛设备、场地与裁判的角色，正式将实验火箭朝“科学普及教育”的目标前进。

透过与各地区高中职学校及县市政府教育局合作，这8年内在台湾地区各地举办过的研讨会共计58场，参于研习的学生超过4500人次。

研讨会的运作模式跟“成大论箭”第一届和第二届的模式类似，但其中最大的差异，是教学现场主动往学习者的生活圈中移动。

2012年4月份台湾地区《亲子天下》杂志第33期的内容: “近七成的中学学生表示，鲜少有机会在课堂上表达自己的看法；近七成的中学学生几乎没有小组讨论的机会；四成五的学生，遇到功课上的问题，鲜少找同学帮忙。每个学生在课堂学习时，就像个独立无援、沉默的孤岛。而学生对学习是有想象和渴望的。超过八成的国中生回应，和同学一起分组学习，会很有帮助。而最能帮助学生学习的老师，前三大类型是：提供鼓励、让学生动手做、很会说故事的老师”。

根据上述的内容，再回头检视“成大论箭”研讨会的模式，就是以教学为主，竞赛为辅的方向，让更多的学生能够“就近学习”且“直接动手做”。这正好弥补目前台湾地区中等学校教育不足的部分。

然而，只是在各地区举办一天的研讨会，对学生的影响力毕竟有限，在初次课程后，少部分仍有意愿继续投入时间及精神的学习者，也会因为固态药柱火药与火箭发射设备不易取得，而被迫放弃。于是，建立学习者的回流学习管道，是必要的。

3.4 基础科普工作人才培训

而要如何才能让教学者与学习者有最好的互动？这应该是每一个科普活动推广单位最头疼的问题。本单位最后也是透过“摸石头过河”的方式，才慢慢找到可行的方法——“提高学习者参与本活动后，能创造其更高的附加价值”。

首先，在研讨会举办的同时，就释放出研讨会的教学人员需要扩充，希望有兴趣的学习者，能够愿意不辞辛劳的回流接受训练，进而成为本研讨会的基础教学人员。参加过第一次活动且有意愿回流训练的学生，称为“培训生”。培训生达要培训要求且能够协助教学任务时，晋升为“培训助教”。

目前培训生大部分都是高一的学生，培训助教大部分是高二的学生，“见习助教”平均分布在高三和大一，“助教”则以大二为主，“讲师”为大三以上的大学生、研究生或在校老师。为了让所有工作人员有很高的参与感，都以发放正式聘书的方式聘请为工作人员。

高中生对于“聘书”的喜好，更甚于所给付的工作薪资。曾经有学生表述他有了“聘书”之后，回到学校走路都感觉到有风，工作薪资不拿都无所谓。

这种以“教、考、训、用”合一的模式，除了可以加速学习者本身的学习速度外，也可以让科普活动的主办单位有更充足的人才。然而，金字塔的人力编制的最大困境是人员的中途流失，而越低底层的人员流失率越高，这会造成主办单位的人事训练成本飙升，大约会占到整体预算的45%。

参加研习活动的学生们，因为考上大学而分配到全台湾各地区后，是推广科普活动的无形资产，其中有部分是考进师范院校的学生，在其成为合格教师之前，就是科普活动重要的传承者，在成为合格教师后，专业度与使命感会驱使其继续对科普活动的热衷奉献。

3.5 成大论箭与两岸科普交流展望

成大论箭在第八届(2004)就有北京市的高中师生来观摩研讨会及比赛的运作情形。为了让整个活动的运作能顺利复制到北京市举办，于是第九届(2005)及第十届(2006)由台湾移师到北京市比赛，为“京台交流周”的一个活动项目。第十一届(2007)就由北京市正式选派中学生到台湾参赛。

两岸要共同举办中学生的科学竞赛，基层工作人员的质与量是足够的，中学生的参赛意愿也是高昂的。然而，最大的障碍点却是经费的筹措，如果没有上级单位足够的补助，参赛学生将会负担非常庞大的交通及住宿费用。这需要两岸科普教育界中有识之士共同发挥影响力，藉由两岸合作举办科学竞赛，来强化两岸科普界的互动。

4 结语

科普活动的成功与否，首要要务应该着眼于如何增加教学人员的素质与数量，而非着眼于参加活动学生的多寡。只要教学人员的素质与数量持续增长，参加学生的数量呈倍数成长，是可以预期的。可行的方法如下:①对师范大学的学生进行培训，成为种子师资。②鼓励目前在校任教的老师回流受训成为种子师资。

对于科普活动的定位，应视活动为学习者的“学习起点”，而非学习者的“学习终点”。除了活动当天的教学内容外，要另外提供有兴趣的学习者，有更深一层学习的机会。可行的方法如下:①建立活动官方网站，作为互动的平台。②收集活动当天的照片或影片放置于官方网站上。③另外举行小规模的竞赛或教学活动。④协助重点学校成立社团。并挹注教学资源。期望透过这些方法，让科普活动真正做到普及以及达到教育意涵的目的。

[1] 欧阳锺仁. 科学教育概论[M]. 五南出版社, 1988.

[2] 刘里远. 从古文明到工业革命[M]. 广达文化出版社, 2004.

[3] 魏明通. 科学教育[M]. 五南出版社, 1997.

[4] 百年树人三环节──考试 升学 教学[J]. 科学月刊, 1984(174):452.

[5] 叶玉珠. 教育心理学[M]. 心理出版社, 2003.