科技教育新範疇　

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科技教育新範疇--高中生高溫超導磁浮創意競賽

詹麗珊

國立科學工藝博物館科技教育組研究助理

壹、前言

什麼是高溫超導（High Temperature Superconductor，HTS）？這個名詞對於許多高中學生甚至老師而言應該是陌生的，可能只在科學類的期刊或科普書籍上看到，材料在接近於絕對零度的低溫下所表現出零電阻的超導現象，1911 年由荷蘭科學家歐尼斯(Kammerlingh-Onnes)發現，經由科學家多年的努力，在 1987 年由朱經武及吳茂昆博士所領導的研究群發現後，因為其具有高於液態氮沸點（77 K）的超導臨界溫度（Tc），可以節省巨大的超導體冷卻費用。對於工業應用，例如：電力傳輸、高效率馬達、發電機、醫療診斷設備、微波通訊、高速電腦、磁浮列車、能量儲蓄轉換….等等產業之可行性，具有革命性的影響。這項被認為是 21 世紀極具潛力之新穎科學技術，透過「高中生高溫超導磁浮創意競賽」的辦理，已提供高中學生進行實驗與創作！為了鼓勵高中學生深入瞭解高溫超導體的特性，並激發學生的創意，由行政院國家科學委員會補助，成功大學、中央大學、高雄師範大學、台南大學與國立科學工藝博物館共同主辦的「全國高中生高溫超導磁浮創意競賽」，自 89 年開始辦理，第一屆報名情況非常熱烈，參加隊伍高達 660 多隊，人數超過 3000 人；自第二屆開始加設網路測驗，有 141 隊參加，人數為 620；第三屆有 178 隊報名，770 人參加；第四屆有 185 隊報名，800 多人參加；第五屆有 196 隊報名，870 人參加。今年已邁入第六屆競賽。科技教育在國內歷經多次教育改革的洗禮，課程取向包括生活中科技的演進、科技的應用，到未來科技構想的藍圖，均是科技教育所關注的議題。行政院國家科學委員會一向對科技活動的推廣不遺餘力，以科技應用為主題的創意競賽更成為近年來科技教育矚目的焦點。在眾多不同類型的競賽活動裡，由國立科學工藝博物館所舉辦的超導競賽，結合了創意應用與科技新知的體驗活動，參賽學生在創作歷程中透過親身操作的體驗，培養解決問題的能力。曾擔任超導競賽第五屆評審，香港科技大學校長朱經武表示，藉高溫超導體實現便利生活的創意，

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是人性思維與科技發展整體提升的結果。朱校長更在專題演講中，與學生分享他如何在屢次失敗的實驗中，堅定志向的心路歷程，最終得以成就不可能的夢想，把握住不可期的機遇。貳、創意競賽的緣起行政院國家科學委員會科教處 86 年度之「科學實驗活動設計」專題研究計畫中，由成功大學材料工程學系陳引幹教授主持的專案計畫：「超導磁浮磁懸浮的原理及應用」應邀於 88 年 1 月在高雄國立科學工藝博物館(工博館)展出。陳教授與其研究群所製作之「超導磁浮車模型」與「超導懸浮地球儀」教具，深獲現場觀眾(特別是高中學生)的喜愛。展出結束後，工博館獲陳教授指導，將超導的演示加入科學演示「零下 196 的世界」中，演出強力磁鐵穩定懸浮於浸泡在液氮中的高溫超導塊上（圖一、圖二）。圖一、磁浮現象圖二、磁懸掛現象這項科學演示，持續收到許多學生與觀眾的詢問，均表達其對高溫超導相關知識的好奇與關心。因而構想，舉辦「高中生高溫超導磁浮創意競賽」，並主動提供市場不易取得之強磁浮力單晶粒超導塊材，經由簡易通俗之多媒體與網際網路，及工博館專業的大眾推廣教育與科學演示，讓參賽學生與指導老師有機會深入了解探討高溫超導體特性，並激勵發揮他們的創造力與團隊研究精神，創作出可以展現實際應用的設計或模型，達到科學往下紮根、激發創意的目的。本案於 90 年獲得國科會科教處之補助開始舉辦「高中生高溫超導磁浮創意競賽」，目前已舉辦至第六屆，廣受高中生與相關教師與家長之肯定，每年主動報名之人數均接近一千人，為國內少數針對啟發高中生創意與實作能力之活動。參、競賽活動的介紹為使教師及學生們對於高溫超導有初步的認識，研究團隊的教授們特別設計

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了生動活潑、內容豐富的「互動式網路多媒體教學」課程（網站 http://www.HiTcWorld.org）。想要報名參加的隊伍必須上網進行測驗，通過測試後取得通過證號才可報名。網站上也提供有關超導體的最新資訊，鼓勵同學上網互相討論研究的心得，以延續並推廣高溫超導科技的新知識！競賽活動內容包括了四個階段： 1. 報名參賽同學們必須自行上網閱讀超導基本知識，並通過網路測試後才能取得報名資料，參加後續比較。這樣的門檻設計主要為了確認學生的學習意願，並同時可達人數及控管的目的。 2. 推廣研習教育訓練報名完成的參賽學生可免費參加教育訓練課程。由研究團隊共同策劃，分別於北中南各區辦理高溫超導與創意思考的教育研習活動。除了超導磁浮科學演示外，並提供實際的超導體供學生進行實驗。 3. 初賽各團隊經過教育訓練後，著手進行創意設計與創意筆記之紀錄。於指定日期內繳交創意筆記進行初賽評審。評審團隊包含超導、物理、創意思考與教育專長之教授。決選出約前 30%的團隊，進入決賽。 4. 決賽進入決賽的團隊必須完成實際的模型，於工博館參加決賽。決賽時分為初評與複評，均須由學生主動說明其設計構想與模型的運作方式，由專家學者進行評審。經過層層關卡的挑戰後，將選出金牌、銀牌、銅牌奬與佳作若干隊。為了鼓勵學生的創作，第五屆更增加了最佳學習歷程獎、最佳磁浮獎。其中更有由朱經武院士與吳茂昆院士親選的朱院士獎與吳院士獎。肆、活動成效執行五年以來，活動的成果超過規劃的預期目標，活動獲得高中學生和老師熱烈的迴響，除了參賽學生逐年增加外，在示範演示的教材與教具上更逐年改進，增強其教育效果。一、參賽學員來自各公私立高中、高工、與高職，本競賽學員均屬自願參加性

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質。甚至從訪談中得知部分著名高中與家長認為本競賽無益於大學入學之機會，而持不鼓勵甚至反對之態度。但從學生參賽人數與隊數逐年增加的情況來看，更加清楚年輕學子渴望新知的態度以及國內多元化科技教育的嚴重缺乏。二、積極鼓勵參賽高中生團隊參與各項國際性活動。參賽學生們在吳茂昆院士以及陳引幹教授的協助下有機會參與國際學術活動，包括：2002 年在新竹舉辦的 MOS ( 2002 International Conference on Physics and Chemistry of Molecular and Oxide Superconductors，國際分子和氧化物超導體物理與化學會議 2002 年 8 月 13~18 日，新竹，清華大學)、2004 年舉辦的 TICS (Taiwan International Conference on Superconductivity，台灣超導體與低溫物理國際研討會，2004 年 7 月 5~9 日，澎湖)、2006 年第九屆亞太資優教育會議(9th Asia-Pacific Conference on Giftedness)的現場展示。會場中得獎學生們以英文展示其得獎作品，且不時有與會學者前來參觀，學員在展示之餘亦要將作品以英文簡單的介紹給參觀人員，並回答相關的問題。期間訓練學員的及時反應和應對能力，並贏得不少學者的好評。三、本活動五年來在教材教具研發上有許多成果，除了高溫超導的強磁軌道與超導懸浮地球儀外，另有側向軌道、手晃車以及麥比烏士帶軌道等。四、透過競賽的辦理，蒐集數百本創意筆記與數十個參與複賽各團隊之深度訪談紀錄，進行參賽者之認知結構與創造力之質性關係分析研究。伍、願景此項競賽於今年邁入第六屆，活動辦理除了達到超導新科技基本知識之傳授之外，如總計畫的成果中所報告的，這項計畫的更深層的成果是：一、在多元化新學習管道與創新能力之培養與訓練；二、培養高中教師與學生課堂外之學習方法與主動學習之態度，達到寓教於樂之理想，與利用網路求得新知之觀念與能力；三、經由此競賽歸納出本地學生的創造力開發技術及發展出新科學或技術創造力之評量模式或工具。

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競賽活動的辦理是推行科技教育非正式學習的另一種管道，期望這種學習新科技之管道，可以破除學生們學習新知之心理障礙，讓學生們可以培養主動求知與創新能力。『高溫超導材料科技』是吸引學生們學習的一個引子，讓學生們對新科技的發展能主動認識，期盼學生們在學校學習的歷程中，能潛移默化的以這類具啟發性的活動提升其創造能力，未來也期望能擴展到及其他科技應用領域。致謝：本競賽活動為國科會補助專案計畫編號：NSC 94-2515-S-359-004