Grace*純純

本構想啟源自執行國科會科教處86年度之“科學實驗活動設計”專題研究計畫“超導磁浮磁懸浮的原理及應用”。 88年1月成果驗收時，由科教處主導，在高雄科工館展出本研究群所製作之“超導磁浮車模型”與“超導懸浮地球儀”教具，讓社會大眾了解高溫超導體特性，並現場提供超導樣品供觀眾自行操作(動手作)，體會超導磁浮與磁懸浮之奇特性質。現場觀眾(特別是高中學生)反應良好。展出結束後，科工館配合其館內之公共推廣活動繼續此一科學實驗展出，並在科學演示「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。解說人員在展示廳導覽或是科學演示時，皆有許多學生或成人觀眾詢問有關高溫超導的知識或應用，材料是否容易獲得，相關淺顯平民化科技資訊之來源等問題。

我們因而有此構想，藉由舉辦「高中生高溫超導磁浮創意競賽」，鼓勵高中生學生自行組隊參加，並主動提供市場不易取得之強磁浮力單晶粒超導塊材(由本研究室自製)，經由簡易通俗之多媒體與網際網路，及科工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生深入了解探討高溫超導體特性，並邀請國內創造力專家教授於教育訓練時講授激勵創造力思考方法，以發揮團隊研究精神，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。並鼓勵得獎團隊以此成果參加國際性之科技發明競賽，擴大本競賽之成效。

本研究團隊於90年度開始，由國科會與教育部支助舉辦”高中生超導磁浮創意競賽計畫”，活動對象為高中生，活動內容新穎充實，成果相當顯著，每年均吸引上千位高中生參與此種活動。不但可傳授超導新科技之基本知識、訓練多元化新學習管道與創新之能力、培養高中教師與學生課堂外之學習方法與終生學習之態度，與利用網路求得新知之觀念與能力。本活動大致規劃如下:


事項 時間
內容 成效
公告 四月起 海報與網路

網路報名 六月中截止
網路學習與測試
 學員具基本超導常識
 學員完成競賽之意願較高
 學員熟習網路學習
教育訓練學習評量 七月中  課程資料與光碟
 高溫超導課程
 超導磁浮科學演示
 分發每隊單晶粒超導塊材與強力磁鐵各一枚
 創意思考課程
 學習評量  學員具基本超導磁浮知識
 實習超導磁浮
 創意思考基本訓練
 競賽方法與過程
繳交創意說明書 九月中  創造過程紀錄：
 學習過程、新奇、獨特創意、精進、適切性、應用潛能等  演練觀察超導磁浮現象
 創意思考過程紀錄
 課堂外之學習訓練
 網路學習與網路討論
初賽評審 十一月 書面評審創造過程紀錄
公佈決賽團隊 十一月 頒發創意獎與佳作證書、參賽證明
決賽團隊說明會 十一月底  前期得獎作品展示
 分發每隊超導體四枚與強力磁鐵各二十枚
 決賽競賽方法與過程
 前期得獎者經驗交流  實作過程學習訓練
 同年齡學員學習經驗分享
決賽評審
隔年三月 實際繳交磁浮創意模型為評審依據：新奇、獨特、精進、適切性、應用潛能等  實作過程與創意思考紀錄
 課堂外之實作學習訓練
 網路學習與網路討論
公開展示優勝作品 隔年四-九月 邀請競賽得獎者以工讀的方式進行專題研究，改進其作品公開展示 以達到陳列在高雄科工館公開展示的水準為目標


本團隊結合成功大學、中央大學、高雄師範大學多位分屬不同學院之教授與高雄科學工藝博物館，涵括不同系所專長與功能之專家，結合不同資源，以非傳統之方法，向學習能力最強之高中生，共同推動教育一項被認為是21世紀極有潛力之新穎科技，並藉由獨特之超導磁浮現象激發他們之創新與想像能力。如果此計畫執行成效良好，本計畫之合作模式可以推廣擴大到不同之科學工程技術之創意競賽，將可逐步扭轉聯考教育體系下缺乏創新能力之缺失，與目前學校正規教育發揮互補性及加權之功效。本競賽活動並將繼續爭取工商業與學界之贊助，協調聯繫跨國或兩岸之國際化競賽之可行性。
「高中生高溫超導磁浮創意競賽」之主要內容如下:
(一) 利用本計畫自行開發的演示教具，邀請通過網路測試並具有學習意願之高中生與教師參加北中南各區之「高溫超導(上午)與創意思考(下午)教育研習活動」。教育研習活動包括：了解探討高溫超導體特性與介紹本競賽之方法與內容，進行學習評量，鼓勵積極參與網站之討論與創意筆記之過程紀錄，現場實作高溫超導演示教具包括：風力推動之超導磁浮車(如圖三)、莫比烏斯帶（Mobius Stripe）超導磁浮模型(如圖四) 、超導幽浮、磁浮鳥、磁懸浮地球儀、超導馬達等。未來三年並將繼續改進與製作其他超導演示教具如:超導線性馬達、遙控超導磁浮車、立體側向超導磁浮車等。



圖三、高溫超導磁浮車以小型風扇推動，並改進冷卻容器設計延長液態氮溫度至約20分鐘之展示時間。軌道具有拆卸與組裝之功能，得以運送至國內外展示。例如： 2004年七月在上海舉辦的OCPA及2004八月北京舉辦APEC-3rd YSF國際會議中展示，總是人數最多也是場面氣氛最熱烈的攤位，與參觀民眾互動良好，使民眾們留下深刻的印象。



圖四、莫比烏斯帶（Mobius Strip）是只有一面的連續曲面，它可用一條矩形紙帶扭轉180度然後將端點連接起來構成。沿莫比烏斯帶的最短閉合路徑長度是2k，這裡k是紙帶未連接前的長度，若將曲面著色，從任意點開始可連續進行到返回開始點，此紙帶若被沿紙帶割開，則可發現割線形成一個位於原紙帶兩面的圍道（閉合曲線）。在數學上，Mobius Strip表現將三維空間扭轉為二為平面之型態變化。若將維度進一步提高至四維以上，形態將可形成十字帽（Cross-Cap），或克萊因壺（Klein Bottle），均為數學界中著名的特殊形。



(二) 建立本競賽專屬網際網站www.HiTcworld.org，製作淺顯易懂的視聽多媒體，提供平民化科技資訊之來源，與交流之管道。內容包括：競賽之宗旨、規則、獎勵辦法等，「超導體」演進與理論、「超導體」之製作過程、「超導體」應用實例、「超導體」未來展望等數項主題，並透過「互動式網路多媒體教學」或影片以生動活潑之方式介紹給學生及參賽者，提供有關超導體的最新資訊，鼓勵同學上網互相討論研究心得，延續與推廣高溫超導科技的新知識，不僅達到教學與推廣之目的，且透過網路討論區與留言板增加參賽學生與學生間、學生與教授間之互動，讓學生可即時發問並快速獲得解決。目前討論區內四年來，共計有942個討論主題，3668篇討論文章，充分發揮網際網路無遠弗屆之傳播能力與多媒體動態展示方式，將複雜深奧之理論以寓教於樂之方式教導高中學生，讓學生能快速獲取「超導體」相關知識，並產生研究興趣，成果相當豐碩。未來將增強英文/中文雙語內容之比重。並根據參賽學員反應繼續補充內容，並將初賽評審作業網路化。同時將進行網路使用者之分析，以改進網站結構與使用者便利性，提高本網站之效率與功能。

(三) 由本計畫於7月高溫超導與創意思考教育研習時提供每組磁浮性能優異之單晶粒高溫超導塊材與強力磁鐵各一枚。作為8-9月之各團隊創意設計時後續實驗之基本材料，深入了解探討高溫超導體磁浮特性，進行創意筆記之紀錄與分析，提出可以展現實際應用的設計圖，以此參加初賽。經評審成績優良之20-25組將邀請繼續參與複賽。於11月之說明會中邀請前幾屆之得獎者分享經驗，並根據設計提供至多4枚之單晶粒高溫超導塊材與20枚強力磁鐵，並與多所大學研究室合作，提供必要之儀器或設備協助參賽學員創造出自己所設計之創意模型，於次年3月之決賽中安排公開展示介紹與操作完成之創意模型。

(四) 利用舉辦「高中生高溫超導磁浮創意競賽」的機會，以「問題解決過程」架構所發展出的評量工具來對參賽的高中學生隊伍進行創造力的評量。對於進入複賽的隊伍進行深度訪談（半結構性），深入探討學員創意的來源以及如何將創意付諸於行動。來了解參賽者之認知結構，以獲取創造力與認知結構之關係。並將追蹤參賽者後續求學狀況，觀察參加本競賽對其求學或學習態度上之影響或助益。

(五) 研究參與競賽學生創作模式，以創造力激發為本，建構創作歷程鷹架，希望引導學生依照創意解題與團隊合作模式，將創意點子落實為一設計與成品。建構創作歷程鷹架採V-dot圖形式，兩側分別代表知識(knowledge)與方法(methodology)，V形由開口到谷底則代表創意點子由形成到實現為成品的妥協（更加收斂）過程，其間知識與方法不斷彼此激盪，運用知識實踐創意，也從實踐創意中產生知識。這個工具圖同時提醒並記錄了參與成員所應運用的知識、過程中所生產的知識、所使用的方法、與所產生的成品等二十餘個重要項目，因此除了是團隊成員有效協調溝通的工具外，也同時成為團隊創造力開發的實踐歷程檔案(portfolio)。而這個模式在網路環境中進行，更能發揮其非同時同地性有效合作的功效，對於團隊運作品質有極大的提升。

(六) 針對建置中的教學網站進行使用性、相容性、總結性、效益等一系列的評估，以瞭解本教學網站之建置對活動推展與總計畫、各子計畫任務達成之輔助成效。所收集到的不同資料，不僅可提供網站建置者明確的修改與建議，並可對此類教學資源於未來相關學科、相關活動推展之不同運用模式與潛能有一套客觀的評鑑指標與依據。
全國高中生高溫超導磁浮創意競賽歷屆學生參加情形
Yr. Team No. Reg. St. No. Workshop % Finish % Finalist Teams Finals
St. No.
2001 660 3023 84% 30% 23 102
2002 141 620 82% 52% 24 106
2003 176 765 90% 53% 26 114
2004 192 815 83% 45%
33
151


附註: 第二屆(2002)之後採用網路學習與測試，通過測試者才可獲得報名資格，藉以遴選完成競賽意願較高之學員，因此參賽人數降低。