推動理科　全國拚了 — 日本篇

十月六日，瑞典皇家科學院宣布今年三位諾貝爾化學獎得主名單，其中兩位是日本北海道大學名譽教授鈴木章，和任教美國普渡大學的特別教授根岸英一。消息一傳出，科技教育再度成為日本全國上下關心的議題。
　與耀眼全球的諾貝爾化學獎相反的是，日本教育界一直在探索如何解決「疏離理科（包括物理、生物、化學）」的現象，學生討厭、逃避學習理科，老師對教理科感到吃力，教法偏重寫黑板、口頭說明。
　「科技包含科學的Science和技術的Technology，在日本學界疏離理科的趨勢中，疏離技術，比疏離科學更為顯著，」一手掀起日本各級學校動手做機器人熱潮，有「機器人大賽博士」（一般稱為Robocon 是Robot Contest之簡稱）之稱的東京工業大學名譽教授森政弘指出。
　森政弘分析，疏離理科的遠因，是到金融業上班，薪水更高，特別在泡沫經濟的時期，連東京工業大學的畢業生都到證券、銀行業就業。「近因則是科技相關的課程，乏味無趣，無法讓學生感動。」
　對抗疏離理科，主張「科學技術力乃國力之基礎」的文部科學省，大幅修改標榜「余裕教育」的現有學習指導要領，全面增加國小、國中的學習時數及內容。
　第二是「從確保適用於國際社會及內容的系統性，充實必要的指導內容」。例如，小五要學雲朵和天氣變化的關係，小六要學槓桿的利用、電力的利用等。
　第三，從培養科學的思考力、表現力的觀點，充實觀察與實驗活動。文部科學省在去年的追加預算中，編列一百四十億日圓，做為國小、國中和高中購買實驗器材的費用。
　第四是讓學生能感受到學習科學的意義、有用之處，及提高對科學的興趣，重視理科與日常生活、社會的關連。
　同時，理科的學習時數也將大幅增加（以減少「余裕教育」的招牌課──總合學習時間──來填補）。例如，從小三上到小六的理科總學習時數，從原來三五○小時，增加到四○五小時，增加一六％。國中三年的理科學習總時數從二九○小時增加到三八五小時，增加三三％。
　因應學習內容的全面增加，文部科學省增加教師名額四二○○人，其中一半是理數老師。
打造超級科學高中

　多年來，文部科學省一直基於兩大方針推動科技教育：一為擴大喜歡理科數學的學生人數，二為提高對理科數學有興趣的學生的個性與能力。
　比方說，文部科學省鼓勵各地舉辦「有趣的理科教室」，東京都大田區就與東京工業大學簽下理科教育相關的協定，由東工大派教授、研究生或大學生，到區內的小學開辦「有趣的理科教室」。
　兩年前，由區內的中堅企業接棒，例如，生產人工心臟零件的安久工機，派員工到小學，用血液循環回路講解人工心臟的重要性。
　此外，文部科學省還挑選鄉鎮市推動「熱愛理數模範地區事業」。以科學小鎮知名的愛知縣刈谷市為例，發明豐田式動力織布機的豐田佐吉，在此設立孕育豐田汽車的豐田自動織機。有「亞鐵鹽（磁性材料）之父」之稱的加藤與五郎，也是這裡的畢業生。
　在獲選之後，該市設立執行委員會，帶動市內所有國中、國小一起推動相關活動，例如舉辦科學一日遊，帶國一學生採集化石、小六學生去參觀火力發電廠。執行委員會還與相關團體，如刈谷少年少女發明俱樂部（為推動青少年喜愛科學的全國性團體）一同開辦「動手做教室」，並召開提高老師授課力的研究會，還將相關的創意編輯成教學參考用的小冊子。

　第二大方針，可說是理科的菁英教育，例如遴選全國重點高中作為「超級科學高中（Super Science Highschool 簡稱ＳＳＨ）加強科學教育，被選為ＳＳＨ之一的琦玉縣立川越女子高中、愛知縣岡崎高中都是縣內頂尖的學府。
　今年共有一百四十五所高中被選為ＳＳＨ，可運用的國家預算高達二○億日圓。
　文部科學省還仿效日本全國高中生熱愛的「棒球甲子園」，投注一億三千萬日圓，舉辦「科學甲子園」，讓全國高中生組隊，比賽理科和數學的筆試、實驗和實地動手做的能力。
　比方說，各校推派理科強手組隊，共同分析地震波的圖形，解答地震和火山的問題；或根據某種化學樣品，通過實驗來查明為何種化學品，或共同製作測量時間的器具，如沙漏、水時鐘。
先讓老師愛上理科

　企業也是日本科技教育的重要推力。索尼教育財團五十年來，以「索尼兒童科學教育計畫」為名，捐增教育資金及教育機器的方式，致力表揚在理科教育有優秀表現的國中、國小。
　《日本經濟新聞》報導指出，索尼的目標在培育出「從自然學習，開拓未來」的下一代，從二○○五年起，開辦以諾貝爾化學獎得主白川英樹為塾長的「科學之泉──兒童夢想教室」，帶小朋友走入科學的領域，還舉辦老師帶學生到野外度過五天六夜的生活，接觸大自然，從動物學習生命的可貴。三年前，定期舉辦索尼工程師與兒童交流的「動手做教室」。
　特別值得一提的是，索尼鑑於「要培育喜歡理科的學生，首先老師要先喜歡理科」，特別支援學校老師的教學活動。索尼科學教育研究會（ＳＳＴＡ），從二○○二年起，集結對理科教育熱心的教師，在全國設立四十九個支部，各地不時舉辦研修會，讓老師們鑽研切磋。
　也有許多企業提供活躍在第一線的專家，為學生打開通往科學的大門。三菱重工業從去年開始「支援小學理科教育計劃」，由員工到小學介紹該公司的產品或技術，例如飛機或風力發電機等，藉此培育下一代的技術人員。
　長崎造船所也利用公司的產品在鄰近的小學教課，例如解說用於飛機機體的碳纖維複合材料、火箭發射時所用的液體氮等。
　位於千葉縣松戶市的小型生物科技廠Precision System Science公司，專門製造ＤＮＡ自動抽出裝置、蛋白質自動精製裝置等機器和試藥。該公司基於「從小學階段開始理解生物科技的重要性」，從二○○七年起選出五名年輕的研究員，到千葉縣內的小學上課，講解什麼是基因、什麼化學和生物學的技術可運用在日常生活等。
補習班也要做實驗

　學校外的相關設施更扮演不可或缺的角色。位於岐阜縣瑞浪市的Science World(岐阜縣先端科學技術體驗中心)，在這裡學生可以實際動手做一般學校無法做的實驗。
　館內備有掃描式電子顯微鏡和液體氮製造裝置，還有淺顯易懂地介紹科學的特別實驗室，以及一次可容納四十八人個別做實驗的實驗室等。該館還配合不同學年提供各種實驗課程。容納兩百人的劇場型實驗室「演講實驗室」，學生們在這裡玩猜迷或親眼確認科學法則。
　因應家長「國語、算數在家裡可以教一教，但理科的實驗在家裡就沒辦法教」的需求，日本補習業界正快速增設「理科實驗教室」，隱然形成另一股推動理科教育的力量。
　準備考私立國中的某東京都中央區的小六男生，從小四就補考試科目的國語、算數、社會、理科四個科目，今年二月他到新的補習班「Science TOMAS」，專門學「理科的實驗」。
　因為他的母親看過去的考古題，發現不能只是死背教科書的內容，還必須理解、思考和應用。如電流的作用，會因為導線的粗細、長短或連接方法，出現不同的實驗結果。他的母認為，「有做過實驗和沒做過實驗，理解度完全不同。」
　這一類型的實驗補習班的先驅者，是二○○六年開辦的「Alfa實驗教室」，標榜為考國中的理科實驗補習班，入學條件是學生必須同時上其他的補習班，補其他學科。開辦當初只有十多名學生，不到兩年，增加到四百多名。
　「Alfa實驗教室」為不同學年提供不同內容的實驗，例如以四、五年級為對象的「水溶液的性質」，二十名左右的學生分為幾個班，蒸發石灰水和食鹽水，用石蕊試驗紙實驗。最後老師交給大家四根裝有透明水溶液的試驗管，讓大家自由地去研究是什麼溶液。
　「對於沒有礦物資源的日本來說，人才是一項資產，培養數理人才，是國家重要的任務，」文部科學省負責ＳＳＨ學校指定及數理教育的西尾佐枝子接受《天下》採訪時表示，從官方到民間，從國小到高中，日本全國總動員推動理科的努力，值得國情類似的台灣參考與學習。
歷史上的科學家
阿基米德
浮力理論揭穿金匠詭計

　阿基米德是希臘人，小時候在埃及的亞歷山大城求學，他的老師是著名的幾何學家歐幾里德，幫助阿基米德建立起基礎的科學知識。
　阿基米德回到家鄉敘拉古城後，國王給了他一個難題，要他在不弄壞皇冠的狀況下，幫他檢查皇冠的真假，尤其是黃金的含量是否真的像金匠師傅說的一樣純。
　2000多年前還沒有精密的天秤跟檢查儀器，阿基米德想了好幾天，要想辦法完成這個任務。有一天，他在洗澡的時候，發現坐進澡盆時有許多水溢出來，他想到：「溢出來的水的體積應該等於他身體的體積，所以只要拿與王冠等重的金子、放到水裡，測出它的體積，看看它的體積是否與王冠的體積相同，如果王冠體積更大，表示其中造了假，摻了銀。」
　阿基米德想到這裡，不禁高興的從浴盆跳了出來，光著身體就跑了出去，還邊跑邊喊「尤里卡！尤里卡！（希臘話：發現了）」。經過證明之後，王冠中確實含有其他雜質，阿基米德成功的揭穿了金匠的詭計。
　阿基米德將這個發現總結出浮力理論，寫在他的《浮體論》裡，也就是物體在水等流體中所受的浮力，等於物體所排開的流體的重量，為流體靜力學建立了基本的原理。
　阿基米德還發現了「槓桿原理」和「力矩」的觀念，經常使用工具製作機械的他曾說，「給我一個支點，我可以舉起整個地球。」（黃昭勇）