南方天空下的生物手札: 國際交流科學展覽 Project Poster Exhibition 觀後感

同樣是日本高中國際交流的活動參加的國家多達20多國，橫跨各洲 (好吧~~可能沒有南極洲代表XD)

主辦單位沒有限制海報發表的件數，(口頭報告因為時間有限，並不是每個組別都可以上台)

總件數共 123件

數學 10件

物理學 25件

化學 15件

生物學 43件

地球科學 3件

環境科學 16件

機器人技術 4件

其他 7件

整個場地將共123組的海報分成八大領域放置，但全部放在同一樓層當中，學生很輕易可以從活動手冊中查到自己有興趣的海報，並且從地圖中找到。

由於全部在同一層樓當中，容易在不同領域中來回聽不同學生的報告，整個場面展現了各國科學高中學生對於自己的研究充滿熱情，對於別人的研究充滿好奇的互相對答。由於是面對面與研究者對談，可以進行更細節的討論與交流，更容易去解答每個人對於研究當中不同的疑問，同時也可以激起講者與聽者對研究討論熱烈的火花，並且這個活動中的海報完全不設限，包括題目的深度，包括總展覽件數，只要有作品，就可以呈現出，也以此為媒介與各國高中師生交流，是整個交流活動中，我認為對於科學的探究，最有活力，也最有互動的一個場景。

我的學生進行海報報告並且與各國學生交流，平均每個人大約報告海報十幾次吧 XD

上圖這位印度學生對於自己專題研究的熱情與自信讓我難忘，他以非常驕傲與開心的口氣，說明自己利用椰子殼的碎屑來吸收並且廢水中的重金屬，部分重金屬吸收效率甚至接近百分之百。另一方面，他也可以用很積極但很想求知的精神來與我討論，是否有其他更多可以思考的研究方式或表達方式。我認為他充分表現出一個科學家對於知識與研究的熱忱，投入專注於自己的研究，卻也十分努力與人互動，在與他討論的過程中，我真切的感受到一個未來科學家對於投入研究所帶來的喜悅與興奮，也被他的精神給感染與大大的鼓舞。聽完後，我不斷不斷的思考，到底怎樣的教學，怎樣的引導方式，可以使一個學生持續對科學如此的喜愛與投入，並且為他的人生注入一股新的意義。

新加坡學生針對於利用孔洞室內外孔徑改變，造成室內溫度降低，來進行數學的推論。在聽講的過程中，我告訴他我無法理解太多數學公式的來源，而是想了解哪些變因被考慮進去，而哪些變因又會在公式中被省略不去考慮。當我挑戰他原來的解釋方式時，這位學生很盡力的想表達給我聽懂，以各種生動的譬喻，簡單的說明來解釋，對於他自己的實驗，若是沒有一定程度的了解，是沒有辦法接受我這樣的挑戰的。我也很欣賞他重視聽眾的想法，而努力想要傳達自己的研究給別人了解的真誠。是一種真的感受到他對於聽者的重視與尊重，我想，未來科學界，如果也有很多像這樣願意尊重他人，並且真心想讓分享知識，為聽眾量身訂做說明的科學家，做為一個科學與社會的傳達者，將有助於科學與社會的發展，並減少兩者的分歧。

新加坡學生以3D列印的方式製作Bio-carriers，讓水中細菌或藻類等微生物有附著生長的孔洞，再使用這些微生物代謝水中物質，進而過濾水質。本實驗中她偵測亞硝酸鹽量的變化，來代表各種不同的3D列印模組中何者最終使水質淨化最多。她發現並不是孔徑越多，表面積越大淨化效果越好。比起傳統利用化工合成海綿去過濾水族箱中的水質，我認為這個3D列印的硬塑膠模型有可以超音波清洗，並且再回收不斷重複使用的好處，甚至於和海綿相比，3D列印的硬塑膠模型可以利用電腦模擬調整結構來達到更高的淨化水質效率。以往的bio-carriers 依據想達到的功能不同，有時是塑膠圓珠顆粒，有時是水泥結構，或是廢棄輪胎再利用，這是我第一次看到以3D列印的優勢，製作bio-carriers，結合易清洗、可重複使用，而且可以為不同功能量身訂做。該學生的報告完整，結構清楚，並且對於實驗原理以及應用也相當了解。在整個實驗中，其實她並不是設計3D列印的，而是做水質檢測效果的。當我看到這份報告，我也學到不是要每個學生都做很完整的內容，而是要學生在她所做的探究部分更深入了解，完全清楚自己的起點與目標，並且逐步達到。有時候當我在指導學生進行專題研究的時候，可能設定過大的目標，藉由聽這一份報告，我明白了可以學著把較難的知識背景或是較寬廣的實驗目標，明確切割成不同部分，使得學生能藉由自己的力量，完成一份自己部分的報告，而在過程中，也完整學到科學探究所需要的技能與情意。

海報專題報告最大的優點就是廣納不同程度的高中生專題，以下三者的科學內容便有非常大的差異

韓國高中生所做的報告是分子生物學的主題，說明如何利用基因改造的大腸桿菌，順利的將目標蛋白質利用該實驗室所建構的細胞膜上的分泌系統，分泌到培養液當中，並且透過純化步驟，確認目標蛋白質分泌量，以了解分泌系統的效能。這個主題在生物學領域中，需要大學三年級以上或研究所程度的知識以及實驗技能。這位韓國高中生所就讀的韓國Korea Science Academy of Kaist (韓國排名前五名的南韓科學技術院Kaist大學附中)，實施每班不超過18人，5人以上選課就成班的小班制教學，並且擁有許多博士級教師，在高中建立大學或研究機構等級科學實驗室，所有二年級學生 (大約200人) 都要進行一年為期的專題研究，每週六與寒暑假需要花好幾個月的時間完成自己的專題，甚至有部分學生在高中階段便有發表論文在期刊的能力，每個研究小組 (約2~3人) 的研究經費是一年70萬台幣。因為該校高中生80%可以申請進入Kaist就讀，不必經由大考，所以學生可以在老師的帶領中，以充足的經費，更專心在科學領域中試探自己的能力，並且真的能進入專業科學領域，真切接觸到科學研究的辛苦與回饋。這名韓國女生在得知我大學及研究所做過相關研究十分興奮，因為在場大部分比較沒有接觸到這麼深的生物學領域，當互動過程中，她也不斷與我討論，有沒有甚麼對於她的實驗設計提議，並且也坦率的說自己哪些實驗還沒完成，但是之後很想繼續做。在這麼深的主題中，她不但逐步建構了需要的知識背景，在實驗操作上，親手完成，也直接面對到了實驗的失敗，並且試著去解決。對於一個高中生來說，這需要龐大的時間與對科學的喜愛，除了學生本身的特質與老師的引導外，還有這個體系給予這樣能夠對自己喜愛的科學專心投入學生的支持，她並不用以一年後的考試為自己煩惱的主要重點，去除了大考的魔咒，她能夠在自己的領域中深入更深入。在我與各國老師交流後，我發現在場相當多國外的科學高中生有如此的免試制度，如果我們的教育政策想要培養未來20年內頂尖的科學家，為了表面的公平或是避免大眾輿論的紛爭，在中學階段若沒有去除科學專長學生升學的緊箍咒，與這名韓國具有相同科學研究力的我國學生必須將大量精力投入於升學競爭，而無法在自己喜愛的領域更早接觸。整個6年中學階段，加上大學的延續，我們國家的科學人才培育將落後許多，在這一方面確實可以思考是否要繼續現行的方式。

我也與帶領該韓國學生的老師討論，他在擔任該所科學高中的老師之前，是在研究機構擔任研究員，原本質疑是否真的能在高中建立大學實驗室，並且帶領高中生做科學研究。但是經過一段時間的發展，他的研究室不只培育出許多年經的研究人才，不少學生也在高中或是大學階段重返實驗室，完整自己實驗內容並且發表論文。我們討論後認為，高中設立大學實驗室的好處是不必透過大學教授，由高中老師指導，可以更貼近學生原有知識結構，學生更容易理解艱澀的學理背景。另一方面，實驗室就在學校當中，學生不需要額外花交通時間，可以容易到達，也不必每次配合大學端行程，學生將時間放在實驗技能的習得較長。因為同儕間都能夠在各老師之間學習，使得進實驗室不再只是單一個案，也更可以營造一個浸泡式學習的環境，當進實驗室是一種很日常的學習時，學生不再把科學研究脫離生活，而是明白科學研究就是科學家生活的一部分。

當然，這樣的研究是相對艱深而困難的，並不是真的所有進入該校的學生都想要也能夠接受的。這時候，如何判斷學生不同科學探究能力與興趣，將研究的重點由深度轉為廣度，我想是科學教師的專業。在科學探究教學中，重要的不是科學研究有多深有多進步，這只是一個為學生開闢的道路之一。重要的是，學生能實際了解科學研究的方法，經歷完整的科學研究過程，並且了解科學研究的精神，學著去學習科學研究如何進行，並且試著與人討論、表達自己的研究或對別人研究的看法。藉由這些過程，學生可以更深入探索，自己對科學的興趣，縱使未來不是名科學家，這樣的訓練，將使得他以科學的方式去思考，並且以客觀的角度去評論，將減少社會中許多謬論與不理性的紛爭。

在主辦學校高中生的發表中，我便看見了這樣的研究廣度，下圖學生都是主辦高中二年級進行專題研究的學生。中間圖的學生研究的是外來種的渦蟲與本土種渦蟲的差異，她自己從野外採集渦蟲，並且從食性、行為、生活史、棲地等各面向觀察後，將質性的觀察轉化成量化的數據，清楚的比較出兩者的不同。我欣賞她自己對於實驗動物的照顧、細心觀察，並且努力用自己想到的方式來表達數據。事實上，她的數據呈現有部份錯誤，當我們討論後，她很開心自己發現了這個問題，並且當場改掉自己的錯誤。對於自己花心血的研究，將別人提出的意見保持開放的心態，並且喜悅的了解自己對於研究更懂一點，接受改變，我認為這就是科學研究中很重要的情意。科學研究中不斷有新的發現，是因為科學家是以客觀的事實為討論重點，並且虛心接受不同的討論，這個學生令我看到了她沉浸自己的科學世界也保持開放的心態。除外，她的觀察能力與耐心，對於生物學研究而言，是重要的基礎。生物學需要人去理解自然，進而尊重自然，如果沒有良好的觀察能力，將視而不見，沒有觀察便沒有真實的理解，沒有理解就不會懂得尊重不同於人的各種生命形式。另一方面，整個實驗過程中，她對於實驗動物細心的照顧，是生物學研究中很重要的生命教育課題。生物學軸心概念之一就是人與整個生物體系的平衡，若沒有尊重生命的心態，而以單純以人的需要為思考，研究的走向便有可能帶來其他生物的浩劫，而最終使生態平衡改變。

另一位學生做的研究也是在高中實驗是可以完成的，是蛋白質被蔬果抽取酵素分解程度的分析。大約是4~6小時可以完成的簡易實驗。實驗雖然很簡單，只有定性沒有定量。但是學生海報的呈現確是個完整的科學海報，結構完整，數據呈現清楚，結論明確。這就是利用簡單的模組實驗，讓學生完整體驗科學過程的好方式，老師主要花時間讓學生理解科學歷程與格式，而不是在實驗的深度。這樣的過程，我認為也是未來高中新課綱，新型課程科學探究課程的發展方向。