這個問題，多數人都回答不出來，連要學習製作AR應用程式的學生也是如此。

「很多人都玩過AR，但真要他說出『AR』是什麼意思，就講不出個所以然了。」臺北商業大學數位多媒體設計系副教授歐陽芳泉觀察到這個現象，決心跳脫單純「教寫程式」的框架，設計一套能讓學生真正「搞懂」技術原理，又能動手實作的AR教材。

VR、AR是什麼？怎麼學？

歐陽芳泉說：「這幾年我出書、寫教材、經營YouTube『小歐老師』，用簡單的方式介紹各種開發工具，也協助企業導入互動式虛擬實境（Virtual reality，縮寫VR）、AR應用。在這個過程中，我越來越清楚地看到一件事：很多人對VR、AR的直觀感受是『很炫』，對技術本身其實一知半解。」

歐陽芳泉2015年就開始相關研究，也是臺灣第一位撰寫VR書籍的學者，對這些技術的濃厚興趣，讓他樂於持續投入。
攝影／陳怡瑄

這個發現，讓他有了「不如自己動手做一套」的想法：設計一套完整的學習系統，讓學生從理解核心概念開始，透過動手實驗去探索，最後能創造出自己的AR作品。

歷經兩年，歐陽芳泉完成了《一次搞懂AR是什麼》，把複雜的科技，變成一個裝滿紙板、塑膠片和圖卡的「科學遊戲盒」。學生得像組模型一樣，親手打造自己的AR觀察工具，在「動手做」的過程中，自然而然就懂了那些原理。

破解AR的「現代魔法」

歐陽芳泉研發以APP為核心體驗的數位教具，內含一本紙本教科書、3D角色繪圖紙、DIY金字塔式浮空投影盒、AR遊戲牌卡，以及教學投影片、重點觀念動畫教學等線上電子資源，並分為彩繪寶、故事寶、捕捉寶、訓練寶四個學習單元。
攝影／陳怡瑄

歐陽芳泉表示，他希望教學從「解密」的角度出發，讓學生能夠親手實作「影像式」、「定位式」、「空間式」與「投影式」這四種AR技術，看穿它們的魔術手法。

「AR技術之所以難教又難學，是因為它背後揉合了光學、幾何空間、定位運算等一堆跨領域的科學原理。對初學者來說，這些概念都太抽象了。」歐陽芳泉以「投影式」舉例，像大家總覺得AR一定要戴高科技眼鏡，很難想像單靠「反射」這種簡單的物理現象，就能讓立體影像憑空出現。

教材裡有個「金字塔式浮空投影盒」。學生要自己用塑膠片拼出一個小金字塔，放在平板螢幕上。當平板播放動畫時，影像會透過金字塔的四個面反射，在金字塔中央憑空冒出一個立體角色。

過去教師在課堂上可能會如此解釋投影式AR的定義：「透過光學元件將虛擬影像疊加到現實環境的技術，常見於頭戴式顯示器或浮空投影系統……」，不過歐陽芳泉強調，學生通常無法想像「光學元件」是什麼？也無法連結「頭戴式顯示器」跟影像之間有什麼關係？更難以具體理解「AR是把虛擬物件放進你的現實世界」這類課本常見的解釋。

「不過學生做完金字塔，透過塑膠片看到浮空的小人，同時也透過透明的塑膠片，清楚看到金字塔外的教室、同學、桌子。這時候他們會自己有所思考，虛擬是疊加在現實之中的，而非取代現實的初步概念。」歐陽芳泉微笑說，許多人以為AR、VR是Google、Apple那種大公司才做得出來的東西，跟自己無關，但當他們第一次自己做出投影影像時，大家反應都嘖嘖稱奇，印象深刻。

一個平板電腦、一片PVC透明片，就可以實作「投影式AR」並教學。歐陽芳泉拿起了金字塔式浮空投影盒，組裝好後將平板放上，現場展示了動畫人物如何透過反射「憑空冒出」。
攝影／陳怡瑄

「同樣的，很多人都玩過『寶可夢GO』，那便是定位式AR的應用化遊戲。不過，老師該如何講解『GPS全球定位系統結合電子羅盤與加速度感測器，在真實世界的經緯度座標上精確投放虛擬物件』這一套理論呢？」歐陽芳泉設計的「捕捉寶」遊戲，直接把這個抽象難題變成戶外尋寶。

學生拿著平板或手機，走在校園裡，畫面上會出現一個指南針和距離提示：「目標在你左前方20公尺」。他們跟著指示走，一步一步逼近那個看不見的座標點。走到定點時，畫面一震，一隻虛擬怪獸憑空跳出——原來它就藏在司令臺前面的這個位置。

「學生走完這一趟，就會自己發現：喔，原來『定位式AR』就是讓東西鎖定在某個真實地點，你人到了，它就出現。」歐陽芳泉解釋，過去學生坐在教室裡聽GPS、座標，那些課本上的名詞；但當他們真的為了抓一隻怪獸，在校園裡走來走去，親身感受「走到這裡才有、退後一步就沒有」的經驗，抽象的經緯度數據，瞬間就變成了腳下的水泥地、眼前的樹蔭、還有那種「抓到了」的真實雀躍。

「很多學生玩完會問：『老師，那我可以把怪獸放在我家嗎？』」歐陽芳泉指出，這個問題本身就是答案：「因為學生已經理解了定位式AR的核心，就是『把東西放在我想放的真實地點』。」至於背後GPS怎麼算、座標怎麼抓，那是下一步的事。重要的是，他們先懂了「它在做什麼」。

教材套件中有四個學習單元，將複雜技術轉為實體教具。學習流程遵循原理解說、科技展示和實體體驗的順序，把複雜的科技原理具象化。
影片來源／小歐老師

從10歲到40歲都適用的教材

「我一開始的目標很清楚，就是想做一套不同年齡層都能用的教材。但我在大學教書太久了，離中小學的教學現場已經很遠。」歐陽芳泉坦言，跟廠商合作技術轉移之後，才發現一個很關鍵的問題：「我以為自己把複雜的知識變簡單了，但廠商一看就說：『你這個內容和文字，小孩根本看不懂。』」

這句話當頭棒喝，也讓他看見了盲點。歐陽芳泉說，技術轉移最大的好處，就是讓他有機會看到真實的問題，逼著他去想辦法解決，讓教材變得更完整。於是他找來專業美編重新繪圖，又邀請國小老師合作，把那些太難的文字轉譯成孩子能懂的語言，最後才做出真正符合教學現場需求的版本。

把套件教材拿到教學現場，基礎教學約12到16小時可完成，如果加上延伸創作，則可延長到32小時。歐陽芳泉陸續辦了20多場推廣活動，來參加的人從國小生、高中生、大學生，一路到國小老師都有，年齡層分布超乎想像的廣。

他說：「教材難度是可以跟著學習目標調整的。對年紀小或剛入門的學生來說，目標是體驗原理、搞懂AR在幹嘛；但對大學生或科技領域的學生來說，操作體驗雖然簡單，可是如果要他們真的運用這四種AR技術，自己發想題目、做出一個專題，那就會碰到3D建模、AR開發工具、工程設計這些東西，挑戰性瞬間就拉高了好幾級。」

回顧研發教材從無到有的過程，歐陽芳泉說自己像是經歷了一場從「研究者」變成「教材設計者」，最後跳下來當「市場開發者」的跨界考驗。
攝影／陳怡瑄

點燃興趣與好奇心

不過歐陽芳泉後續調查研究發現，學生藉由教材上課後，學習動機與自信心雖然顯著提升，但短期內「STEAM成績」（科學Science、技術Technology、工程Engineering藝術、Arts和數學Mathematics）並沒有明顯變化。

「我們的重點不是讓學生在短時間內掌握專業技能，而是讓他們對科技產生好奇心。如果要真正提升成績與能力，需要更長期、更深入的介入，比如專題導向課程或跨學科專案，持續性的學習。」他直言：「我希望能夠點燃學生的興趣，讓學生在驚訝和探索中，發現AR原來不是遙不可及的黑科技，而是能用簡單方式理解和體驗的技術。讓學生願意去靠近、去接觸AR與STEAM的世界。而如何把這份動機轉化成專業能力，正是未來值得教育者省思與努力的方向。」

除了學生，老師們也贊同歐陽芳泉的理念，要帶孩子理解，除了文字和圖像，實際操作的體驗更可以讓學生融入。歐陽芳泉分享，「開箱即用」讓備課門檻降低，能快速嵌入既有單元；而學生在「玩中做、做中學、學中用」的流程裡，會自然出現主動提問、同儕互助與自我管理，許多原本對科技較沒興趣的學生，也因為「看得到成果」，學習動機顯著提升。

歐陽芳泉強調，工具是輔助，絕對不會取代真正教育的核心，我們要培養的，不是操作某個工具的技巧，而是判斷、整合、創造的能力。
攝影／陳怡瑄

採訪撰文／李娉婷
攝影／陳怡瑄
編輯／張傑凱

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「蚊子是一團軟軟糊糊，像衛生紙的東西。」

南臺科技大學創新產品設計系系主任程筑鈺和一位視障生有過這樣一段對話。這個孩子從小就常被蚊蟲咬傷，卻始終聽其聲、受其害，未能識其物。

這個令人驚訝的答案，也說明了在學習自然科學的路上，視障生遭遇許多一般人難以想像的挑戰。而發現問題、解決問題，正是設計思考的核心，於是程筑鈺帶領學生投入多感官教具研發，以設計力陪伴視障生走一段科學探究之路。

南臺科技大學創新產品設計系系主任程筑鈺
拍攝／馬藤萍

融合教育中，視障生如何敲開科學的大門？

自1960年代起，臺灣已逐步採用「融合教育」（inclusive education），將身心障礙學生安置於普通班級學習，讓他們盡可能參與班級活動，透過支持服務融入群體。

平時，視障生和一般生學習相同的課程內容，但使用不同的課本，例如弱視生需要字體放大的課本、全盲生使用點字課本。各縣市也設有視障兒童混合教育巡迴輔導老師，巡迴於視障生就讀學校，提供入班協同。

即便如此，面對自然科學的抽象概念，和需要公式或邏輯推理的數理科目，視障生仍處於學習弱勢。程筑鈺也觀察到，現今課綱鼓勵「探究與實作」，翻開許多課本的第一頁就是一張豐富精美的圖畫，「老師會說，大家觀察看看這張圖裡有什麼？如果大家花5分鐘觀察圖片，這5分鐘對視障生來說就是空白的，他只能靠其他人的口述」。

尤其自然課需要大量的觀察學習，有些老師會另外購買模型、輔具，讓視障生有機會觸摸，但玩具模型通常太小，難以清楚分辨細節，而輔具種類少、價格高。也有些老師認為應該盡可能觸摸真實物體，「但像蚊子這麼小，就算老師抓一隻來，學生也很難真的透過觸摸去認識，把牠打死之後，真的就是糊糊軟軟，有一點組織、有一點纖毛，像衛生紙一樣的東西！」

科學不遙遠，用放大300倍的模型認識都市昆蟲

「視觸共讀」複合型互動生物教材是程筑鈺和學生第一階段的設計成果，包含點字書、3D模件組合、互動式AR電子書、APP。針對國小自然與生活科技領域中的昆蟲認知課程，他們以「都市昆蟲」為主題，教導學生認識衣魚、衣蛾、蛾蚋、果蠅、蟑螂、米蟲等住在你我身邊的昆蟲「同居人」。

翻開全白的大課本，上下頁的內容與圖片完全相同，上半頁是視障生閱讀的點字，下半頁則是一般生閱讀的文字。「小朋友要面對面坐，一般生『看』完後要等視障生『摸』完，才能一起翻頁」。

「視觸共讀」系列教材中的點字書，提供視障與正常視力學生一起「共讀」的機會。
拍攝／馬藤萍

同時，搭配放大300倍的昆蟲模型，視障生不需要其他器具輔助，就能清楚觸摸昆蟲的頭胸腹，並將每個部位拆開、組裝，正確配對昆蟲的身體部位。透過書與模型的搭配學習，視障生對昆蟲知識的理解與表達確實都能達到教學預期的目標。

程筑鈺笑說，第一階段的嘗試很實驗性，也很貪心。白閃閃的大書採用日本特殊UV印刷搭配特殊紙張，一本書的成本不低；點讀筆、AR、APP都是為了增加一般生的學習黏著度，讓他們願意和視障生共讀教材，達到共同學習的目標。

雖然一般生也覺得這樣的教材新鮮、好玩，而且「好好摸」，但在推廣過程中，她也發現要彌補視障生的學習速度仍不容易。「一般生對前幾頁的內容會有興趣，然後就漸漸失去耐心，開始抱怨視障生讀太慢，催他們快一點」。透過推廣應用收集回饋，她與學生開始著手第二階段的研發設計。

被放大的昆蟲模型，不僅滿足視障學生的教具需求，也適用於視力正常的學生，每個人都能在生物學習中的獲得樂趣。
拍攝／馬藤萍

身體觸覺學習，「植感學」教具認識植物的身體

第一階段以都市昆蟲為主題，雖然符合自然科學領域的核心素養內涵，但因為不在正式的課程進度中，推廣時往往要請教師另外挪出其他課程的時間。因此，第二階段的多感官教具研發以國小三年級上學期自然與生活科技課綱中「植物的身體」為內容，可直接搭配現有課程，更順利融入課堂進度。

同時，結合共同主持人國立臺南大學特殊教育系曾怡惇副教授建議的「身體觸覺學習策略」（Body tactile learning strategy），融合「初觸覺」、「輔聽覺」、「後視覺」、「觸動覺」，以虛實交錯的感官體驗設計出「植感學」教具，包括點字和語音觸控播放的課本、3D植物模件組合、葉花果實材質板組。

可拆卸式的3D植物模件組合，讓視障生透過觸摸了解植物的外形和特徵，例如葉片形狀、表面紋理等，增強學習體驗。
圖片提供／程筑鈺

這一次，課本體積縮小許多，更接近一般書本尺寸。文字和點字上下並列，且逐字對齊，統一視障生與一般生的閱讀速度。「頁面設計上我們不刻意追求孩子們共讀，因為根據過去的經驗，讓20多個孩子等一個人也不是辦法，所以這次我們主要針對視障生推廣，但一般學生也可以做為輔導教材」。

觸覺是感覺系統中發展最早、分布最廣的知覺，「初觸覺」即以點字搭配課本的表面材質。使用特殊影印機印製彩色蔬果圖案，並運用不同材質和排列方式的3D列印，而不僅是單純的立體浮雕，讓視障生觸摸蔬果的特殊紋理，甚至聞一聞它們的特殊香氣，學習不同植物的葉形、葉緣、葉脈。

「植感學」教具中的點字書，同樣兼顧視障的學習認識、視力正常學生的視覺感受。除了能共用教具，也希望能藉此培養正常孩童的同理心，體驗視障同學的不便之處。
拍攝／馬藤萍

在聲光體驗的部分，「植感學」教具也做出取捨，僅保留課本語音觸控播放的導讀功能，運用「輔聽覺」，即視障生最直接的學習方式。程筑鈺提到，AR、VR雖然是潮流，也有助於將抽象的科學概念可視化，但那些聲光效果幾乎與視障生絕緣，「即使是低視力、非全盲的孩子，他們可能也有閃光、青光眼或其他眼球病變，其實不適合戴VR眼鏡」。同時，團隊也以通用設計的方式，電子書、擴增實境技術的應用程式供一般生使用，以「後視覺」滿足習慣視覺學習的學生。

「除了觸覺、聽覺、視覺，我們也融入很特別的『觸動覺』」，程筑鈺解釋，視障生是以全身的運動方式去認識並接受訊息，生理的距離感和方向性對他們非常重要，「曾老師提醒我們，視障生必須『定位』，小到桌面上的課本、橡皮擦，大到教室的座位、方位，他們的學習需要一定的空間，加上一定的運動去加強記憶。」

將「觸動覺」運用在科學學習，即強調動手觸摸、操作、拆卸、組合，協助視障生建立空間概念和邏輯推理能力。「植感學」的3D植物模件組合也將全株植物放大，讓學生自行組裝根莖葉花果，「過程中他們可以學習植物葉序的互生、對生和輪生，順便複習前面學到的知識點」。

升級變身的「植感學」教具，不僅更貼近視障生的需求，也讓一般學生接受度大增，並獲得台灣金點設計獎獎章、美國國際設計大獎IDA 金獎、德國IF Design金質獎、日本GOOD DEISGN AWARD優良設計獎等多項國際肯定。

程筑鈺笑說，在哪裡摔倒就從那些錯誤去修正，「科學教育實作學門很強調『落實』研究，希望產品做出來能真的改變生活。這個過程其實給我們很好的回饋，讓我們知道使用者的需求、使用上的問題，再進一步改善」。

好設計，從同理心與觀察力練起

從設計專業走向科學教育實作，一投入就是10多年。尤其視障教具需要特殊教育、生物學和設計等跨領域專業合作，如何讓各種專業的想法落地，也是設計的魔幻魅力。「設計師不可能單打獨鬥，所以要先認清自己的角色和能力，把自己歸零，尊重其他的專業，再透過設計思考，把這些意見轉化為可視的東西」。

她常提醒學生，不要當孤高的設計師，產品酷炫但不好用就失去意義，「做設計之前要有『同理心』和『觀察力』」。因此，在研發多感官教具的前期，她和學生都戴上眼罩體驗視障者的日常，「我請學生兩人一組，從教室去超商買一個草莓巧克力回來，一位戴眼罩，一位從旁發出指示」。

她笑說，學生從教室走到電梯就害怕了，更不用說一路上要轉彎、經過交叉路口，還要找到對的商品結帳。「把自己交給完全無知的狀態真的很可怕！所以我很佩服這些視障生，他們真的好信任大家，好信任這個環境」。

拍攝／馬藤萍

目前已完成的多感官教具皆免費出借給視障巡輔老師使用，後續其他主題的多感官教具設計也持續進行。程筑鈺分享，當初決定製作國小的自然科學教具，是希望從小埋下科學教育種子，「包括主題的選擇，都希望讓視障生感覺科學就在生活之中，不會認為科學是很遙遠、與生活無關的東西」。

她有感而發地說，在融合教育中，視障生真的很需要老師、家長的協助，「我們能做的就是讓視障生不被切割。盡可能提供時間和資源去落實這些他們『摸得懂』的教具設計，讓視障者在科學這條路上不缺席」。

採訪撰稿／黃詩茹
攝影／馬藤萍
編輯／馬藤萍

研究來源
程筑鈺（2019）。摸象計畫＿指尖認學的互動生物科教書。國科會專題研究計畫（一般研究計畫）。
程筑鈺（2021）。多感官教具研發計畫：指尖下的植物自然課。國科會專題研究計畫（一般研究計畫）。

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踏入會議室，臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系特聘教授許庭嘉面前的長桌上，不見成堆的研究文件，而是擺著琳琅滿目的桌遊卡牌、公仔、機器人。這是她帶領的「適性化數位學習實驗室」所開發的遊戲式教具，充滿變化與彈性的模組設計，從小學生到大學生都是受眾，其中一款最新的《智能車機器人蓋城市（Al 2 Robot City）》機電整合桌遊，更甫獲國科會「2020未來科技獎」殊榮，還有取得美國和臺灣專利。

從「不插電」的卡牌桌遊，到結合擴充實境，再到插電及藍牙連線同時結合人工智慧的機電整合擴充版本，許庭嘉的研究團隊推出一款又一款以「運算思維（computational thinking）」為主軸的教學桌遊，讓「科技融入教育」不再只是未來想像，而是成為現在進行式。

話說回來，什麼是「運算思維」？以及為什麼傳統程式教學模式難以普及化讓人們認識？

現代人必備的「運算思維」

資訊科技當道的今日，運算思維能幫助我們正確掌握與科技互動的邏輯。近期一系列人工智慧應用工具如雨後春筍般出現，2022年底微軟投資的OpenAI公司，發佈以深度學習技術為基礎的「自然語言處理模型（NLP，是一種機器學習技術，讓電腦能夠解譯、操縱，及理解人類語言。）」－ChatGPT，造成全球轟動。

程式碼竟然能像人類（且更快、更好）一樣處理圖像、語言，甚至ChatGPT還能寫出簡單程式。至於「電腦是怎麼做到的？」；「電腦未來可以做到什麼地步？」想知道答案，就得從基礎的「運算思維」開始。

不僅如此，將資訊科技融入平日工作，更是現代人不可或缺的技能。雖然「人人都要寫程式」的時代尚未完全到來，但是運算思維已成為年輕世代的必備基礎，只要運用得當，電腦的運算效能、自動化程序，將大幅提升工作效率、生活品質。

但「使用」是一回事，「瞭解」是另一回事，所謂運算思維，即人們能夠理解「電腦問題解決的步驟」，然後將自己腦中的想法轉換成電腦可理解、執行的程序，才能與電腦流暢協作，增加工作效率。

許庭嘉團隊嘗試推出的遊戲式教材，透過歡樂、活力與繽紛色彩，來提振學生們的學習動機。
攝影／林俊孝

做為國家科技發展的基石，運算思維在教育部108課綱被列為科技領域重要「素養」。然而，單調的黑板、教科書，以及螢幕上密密麻麻的coding介面，都不是運算思維普及化教材的理想模樣。

許庭嘉團隊推出的遊戲式教材，則為教學現場注入歡笑、活力與繽紛色彩，希望藉此提振學生的學習動機、成效。就像個新創團隊，持續測試產品以臻至成熟，如今更走出實驗室到各地校園落實「科技輔助學習」的理念，成為臺灣教育科技實務應用的成功案例。

前進、迴轉、前進：學會像機器人一樣思考

許庭嘉首先展示團隊作品一款最具代表性的「不插電」卡牌桌遊《Robot City機器人蓋城市》。這款桌遊是開頭提到獲獎作品的基本版，遊戲世界觀設定於未來世界，玩家分別扮演不同的機器人角色，要在方格地圖中運用如「前進」、「後退」、「左轉」、「右轉」、「迴轉」等有限的指令、步數移動，得避開障礙、取得資源，目標是蒐集到夠多資源才能建設一座未來城市。

舉例來說，你控制的機器人前方正好有一枚木頭資源，但資源前方全都是障礙，當你想要取得資源後馬上原地迴轉，卻發現手牌當中沒有「迴轉」指令牌，這時該怎麼辦呢？許庭嘉拿出「左轉」、「左轉」二張牌，或者「右轉」、「右轉」二張牌，笑著說：「這二張接連使用，一樣可以達到相同目的。」體現學生得找出替代邏輯來解決問題，但解法往往不是唯一。

「Robot City機器人蓋城市」為不插電桌遊，將繁瑣的工程學化作好懂的圖像、卡片，讓大人、小孩更樂於學習電腦的運算思維。
影片來源／Youtube

在「Robot City機器人蓋城市」中，玩家需要學會將移動目標的問題拆解成一個一個可依序執行的流程，這就是程式語言「循序結構（Sequence structure）」的觀念。許庭嘉指出，循序結構是最入門的運算概念，而幼稚園大班的學童便可以透過遊戲來掌握。

銜接到未來實際程式編寫，循序結構所訓練的，是將一套工具、功能的完整願景，拆解為許多程式碼，再分別撰寫完成後，讓每一區塊可以像齒輪般，嵌合彼此一步步運轉。

除此之外，玩家還能用卡牌重複執行一套移動指令，呼應「重複結構（Repetition structure）」或「迴圈（Loop）」的程式觀念。常常我們需要電腦，是因為一個工作需要重複執行，手動實在太過浪費時間也容易出錯，這時就可善用迴圈指令帶來的效率、準確性。

桌遊卡牌上的指令還涉及「條件結構（Conditional structure）」。許庭嘉舉例說「如果前方一格有障礙物，則右轉（如下圖）」，對應到程式碼是「條件判斷（例如函數“if”）」，也就是寫程式時，還要考量到所處當下各式各樣的使用情境，才能讓電腦執行不同的相應動作，而非機械式的重複動作。應用到Excel上，條件判斷則有助於資料轉換、編碼，像在成績計算時，想把大於100的數值全部改回「100」、讓小於60的數值顯示成「F」文字等等應用。

圖片來源、設計／許庭嘉、林柏希

「機器人蓋『城市』，其實就是取『程式』的諧音。」許庭嘉點出，教小學生程式概念，和教大學生如何寫程式，是天差地遠的兩回事。桌遊的遊戲化設計，目的在於讓學童可以在玩樂、實作中學到運算思維，而非傳統課堂上枯燥的單向傳播模式。

如今這款趣味橫生的桌遊，更被知名出版社納入教材出版，成為課堂的一部分，從市占率來看，國中一年級的學生中10人就有4人，能在教室裡透過這款桌遊建立程式的基本觀念，且被超過700所國中使用。

因為疫情緣故，為避免面對面互動，科技部更在2022年補助許庭嘉教授的團隊，開發線上版本《機器人蓋城市（Robot City）》運算思維遊戲（https://ct.tahrd.ntnu.edu.tw/ ），期待跳脫空間限制，透過線上多人連線，以遊戲方式來認識運算思維。
圖片來源／Google play

運算思維教學桌遊再進化

儘管《Robot City機器人蓋城市》成功推廣至校園場域，許庭嘉團隊並未止步於此。他們參考過去運用「擴增實境（augmented reality, AR）」製作課程教材的經驗，這次更結合人工智慧（artificial intelligence, AI）技術繼續擴充原版桌遊，完成一組能透過手機app操作，同時結合智能車組裝等多元實作的運算思維教案模組，即是獲得國科會「未來科技獎」的《智能車機器人蓋城市（Al 2 Robot City）》。

在這款精進版的「插電」桌遊模組中，學生能從無到有、發揮創意設計智能車的外型，打造一臺能在棋盤方格上「移動」的智能車。接著設計電路、編寫程式，裝上晶片微型控制器，連結手機app，透過影像辨識功能掃描卡牌，來操縱車輛，然後想方設法在桌遊中取得勝利。地圖以棋盤格形式，透過紅外線偵測棋盤格線，能控制一個指令移動一格或者做一個90度轉彎的設計，不只獲得中華民國專利，同時也已經獲得美國專利。

《智能車機器人蓋城市（Al 2 Robot City）》真正打造一臺「走得動」，且不會輕易翻車的智能車，再結合手機App，讓學習更添趣味性。
影片來源／Youtube

桌遊如何改變學習者？

對比傳統教學模式，教學桌遊的優勢並非表面上的遊戲式學習形式。更重要的是，學生透過親手實作，不是解開「習題」而是解決「問題」，在一次次成功解決問題下，將有助於提高學生在科技領域學習的「自我效能」，當對創意、運算思維能力感到自信的同時，將會鼓起勇氣踏上進階學習的旅程。

藉由卡牌操作，學生的思考過程從「隱形」變得「具象」，讓老師得以適時介入提問、引導，創造出即時溝通、對話教育的空間；當學生無法從有限手牌中想出移動解法，也可跟同伴一起動手進行排列組合，嘗試牌卡運用的不同可能。

以遊戲情境為例，橘色機器人下一個目標需要取得「石頭」這項資源，才能完成蓋星際飯店的任務。這時候玩家要往後挖掘石頭，或者往前面找石頭，因此，須斟酌手上有哪些卡片可以使用，然後延伸出不同解題路徑，再亮出手中的牌組，透過「看得到」的卡牌，同學、老師都可以清楚明白彼此的思路是什麼？然後怎樣一起解決眼前問題。
圖片來源、設計／許庭嘉、林柏希

許庭嘉解釋，過去在教學現場，老師只能從學生的最終外顯表現(例如：測驗)看見最終的學習成果，考題答對或答錯，一翻兩瞪眼；但是學生腦子裡的思考過程，卻彷彿「黑盒子」般無從得知，也就難以給予因材施教的引導。「數位學習最重要的價值，就是透過學習科學和學習分析有機會可以把黑盒子解開，讓思考變得可見（make thinking visible）。」

弄懂電腦，更能善用電腦

對於想就讀電資相關系所的高中生，或任何有意成為工程師的人來說，運算思維當然是必備的核心素養。但許庭嘉強調：「就算我們不是工程師，未來也不一定需要寫程式，仍應該具備基本的運算思維。」

許庭嘉指出，如果所有公司、學校都能建立基本的運算思維，在未來對人與人之間使用科技跨部門、跨領域合作，將有莫大幫助。
攝影／W. Xiang

展望未來，科技扮演的角色只會越來越重要，運算思維教育就如同識字、算術一樣基礎且必要。許庭嘉回憶自己先前在臺師大資訊中心擔任科技組長時，某次組內工程師協助其他單位開發系統，但在需求溝通上卻頻頻受挫，虛擲不少時間、人力成本，才終將問題解決。

由此可見，如果所有公司、學校的職員都能夠培養基本運算思維，不只有利於「人腦」與「電腦」之間的溝通協作，更對人與人之間使用科技跨部門、跨領域的合作有莫大幫助。

一款教學桌遊的發想、實現與推廣

基於種種現實原因，許多類似研究專案的成果常在計畫期滿後便停止推進，未曾問世。許庭嘉深知這點，所以從一開始就下定決心，要讓研究團隊開發的運算思維（以及其他主題）教材真正推出到教學現場，發揮實質影響力，她說：「我們花費那麼多心力，完成的心血結晶必須能夠『見光』，而不只是停留在實驗室裡，交出結案報告、發表完論文，實品就消失在世界上。」研究成果的產出，就像是從樣品屋走向實品屋，充滿著驚喜、感動。

許庭嘉回顧一路走來，從概念發想到付諸實現的過程，所有團隊成員都發揮了重要貢獻。舉例來說，風格一致的每張桌遊卡牌、機器人角色形象、障礙物與建築物的模樣，都是她和學生一起從零開始發想，並由兼任研究助理親手電繪而成。「有時負責繪製卡牌的同學靈感一來，我們甚至會傳訊息討論到隔天凌晨。」許庭嘉欣慰回憶道。

近期，許庭嘉團隊更嘗試改變介面，以虛擬實境中的飛行機器人取代實體的智能車。儘管虛擬3D環境的移動指令相對複雜，遊戲開發面臨種種挑戰，卻仍無法擋住研發團隊的熱情。「我們希望自己做的教材，不只是為了研究，更能發揮實際的社會貢獻。」

許庭嘉團隊所製作教材，不只是為了研究，而是期待能發揮實際的社會貢獻。
攝影／林俊孝

採訪撰稿／林義宏
編輯／林俊孝
攝影／林俊孝、W. Xiang

研究來源
許庭嘉（2019）。跨科整合運算思維及應用人工智慧之遊戲學習歷程分析。國科會專題研究計畫（吳大猷先生紀念獎計畫）。

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曾世杰說：「花東是全臺灣學力最低的地方，甚至九年級的低成就學生識字量還不及全國小學三年級學生的平均值，許多孩子國中畢業了，連最基本的讀寫能力都沒有，報紙都看不懂。」

學校各學科的學習，每一科都必須透過閱讀來學習，學生閱讀能力不佳，便會直接影響各科的學習。閱讀能力低落的問題，也不會「長大就會好」，孩子不會讀，就不想讀；不想讀，就更不會讀……如此惡性循環，閱讀能力就會出現貧者愈貧、富者愈富的馬太效應。曾世杰認為，教育的公平性有兩個必須落實的方向：第一，每一個人有公平的受教育機會；第二，保障每一個孩子的基本學力，而我們離第二點的理想還有很遠的距離。

但為什麼孩子們不擅長讀書呢？除了少數身心障礙所致的讀寫困難，在臺東，文化語言環境不利、先備知識缺乏、沒有學習動機、沒有適合教材、師資流動太快等因素，都可能是讀寫學習落後的致因。

「眼前的問題是，這些所謂的致因，卻都不是我們能介入的點。家庭社區弱勢、社經地位低落、隔代教養……沒有一項是學校或公部門可以著力的。」曾世杰說：「我身為教育研究者，最希望能發展各種高效能、低門檻、可複製性高、人人皆可用的教材教法。」故多年來，曾世杰和夥伴們曾經投入各種國語文讀寫教材的研究，研發了「漫畫語文教材」。

曾世杰：「我希望推廣高效能、低門檻、可複製性高、人人皆可用的語文教材教法。」
攝影／陳顯讓

漫畫式教材的研發

「我剛開始的研究動機，其實是看到高年級低成就學生的需求。例如，一個五年級的小朋友，只有二年級程度。為了讓他能讀，老師會拿低年級程度的材料給他。但是，他身邊的同學都在讀『手斧男孩』時，只有他在讀『鱷魚怕怕、牙醫怕怕』，這會讓他覺得丟臉自卑，便更不願意讀。」

怎麼辦呢？曾世杰把目光投向了漫畫。

根據文化部「2020年臺灣文化內容產業調查報告」指出，除了考試用書，臺灣紙本書籍出版量第二名的，就是漫畫，可見其受歡迎程度。曾世杰也觀察到，閱讀能力弱、排斥書本的兒童，看到漫畫書，大多較樂於接觸，這也促使曾世杰萌生以漫畫作為教材的想法。但漫畫真的可行嗎？

曾世杰分析過去的實證研究，發現漫畫式語文教材的立論基礎主要有三種，一是心智模型理論（mental model theory），大意是文本加上圖片，可以幫助讀者形成心智模型；第二種是反覆呈現假說，意指圖片把文本的訊息再次重覆呈現，有助於讀者在記憶中的訊息保留；最後是雙重編碼理論（dual coding theory, DCT），曾世杰舉例說道：「只有文字時，讀者就比較難建構出文本的心智模型；而如果只有影像的話，卻又會讓讀者難以透過視覺的呈現獲取重要的細節訊息。」所以雙重編碼理論整合了上面兩種理論，語言和影像系統兩者相輔相成，讓讀者能快速建構與文本對應的心智模型。

亦即，漫畫能夠增強讀者對文本的理解與記憶，透過圖像呈現細節與人事物的相對關係，使文字內容更好懂；插圖將文本中的訊息重覆呈現，同時增進了閱讀理解及記憶。

可是現有文獻中的漫畫語文教材的實證研究，都集中在成人的第二語言學習的領域，尚未有利用漫畫幫助兒童學習第一語言閱讀的研究。於是2016到2018年間，曾世杰開始開始蒐集、撰寫故事，為漫畫式語文教材的實驗做準備，並藉由計畫讓這個教材及後來在國小的實驗得以順利推行。

文獻一再指出，學習材料的趣味性，對學生的學習成果有極顯著的影響。曾世杰精選了數十則新聞、歷史事件、科技發展、多元文化的報導，再從中選擇中年級學生就能懂的材料，編寫了28則課文腳本，並邀請專業畫家胡覺隆、呂家豪將腳本分鏡，畫成漫畫。這樣的漫畫教材和一般的漫畫書有幾個主要的差異：

1. 強調讀寫學習：教材的設計，不只是讓兒童「讀起來好過癮」，也希望能有效地提升其讀寫能力。例如，生字新詞會在同一篇課文或跨篇重覆出現，好讓兒童能在足夠的練習後，精熟新學的字詞。每一課也都設計了能增進讀寫相關能力的習作，並評量其流暢性和閱讀理解。
2. 強調可讀性：設定目標讀者為國小中、低年級，以科學方法調整字詞及文章難度，並由易而難地安排課文的順序。
3. 強調真實故事：高年級的大孩子對漫畫也會感興趣，但若內容是低年級文本，大孩子一定會有「叫我讀這種幼稚的東西？」的被羞辱感，教材採用真實的故事，以預防大孩子的這種防衛。
4. 強調趣味性：腳本均改寫自各種好玩、感人、勵志甚至驚悚的真實故事，希望提高孩子們的閱讀動機，讀過後，不但想再讀下一篇，而且想要分享給同儕。

漫畫教材編製完成後，曾世杰進入國小，開始以實證方式檢驗漫畫提升閱讀理解的效果。他將一群二年級兒童隨機分成實驗組與對照組，實驗組讀的故事是「文字+漫畫」，對照組讀的故事則是「純文字」，兩組兒童讀完一則故事後，必須立刻回答幾題評量閱讀理解的選擇題。實驗研究結果非常正向。曾世杰笑說：「不出所料，所有的參與兒童，都喜歡漫畫課本；另外，語文高成就的兒童，有沒有漫畫對他們的閱讀理解影響不大。但是，對於閱讀能力尚在發展的兒童，有漫畫，他們的閱讀理解分數提升了26%！」

「漫畫教材最適合給發展中的小讀者作為語文教材，除了能提升閱讀動機外，他們也能透過循序漸進、寓教於樂的習作自我訓練，不斷得到學習成功的經驗。」曾世杰進一步指出漫畫提升閱讀理解的效果，必須視學生原有的能力而定，最弱的學生受益最多。

漫畫有趣，可以創造非正式氛圍、降低閱讀門檻，提供比文字更具體的訊息，並將關鍵訊息，轉錄為容易記憶、理解的形式，都是漫畫接受度較高、更具親和力的原因。
攝影／張傑凱

以〈為梨花撐傘〉為例，這課介紹宜蘭縣三星鄉甜美多汁的上將梨。果農最大的困難是梨花盛開的元月正逢雨季，梨花往往因雨淋而無法結果。一名果農為收成憂愁時，突然靈機一動，選了五棵樹做實驗，拿了泡麵碗替梨花遮雨。結果發現有遮雨的梨樹收成大增。其他果農知道後，也紛紛採用這個方法，甚至有人改良出有夾子的小雨傘，只要夾在樹枝上就可以遮雨。現在，春天時宜蘭的梨園，到處都是五顏六色的小傘掛滿了梨樹。

曾世杰說明道：「像〈為梨花撐傘〉這課，除了語文讀寫的目的外，也介紹了宜蘭的天候、名產等生活環境風貌，除了可以讓兒童同理果農栽種的辛苦，也闡述果農解決問題的過程。」

為了降低教學門檻，加強可複製性，教材每一課都有清楚又容易執行的說明。曾世杰希望每一個人都可以使用這份教材，包括新住民、來臺灣學習華語文的外國人。而孩童喜歡的話，可以自讀自學，家長、大學生或志工，都可以用這份教材自己教孩子，不需要經過特別的專業訓練。

閱讀理解是閱讀最後的目的，只要能夠理解，兒童就會開心、願意讀、有動機，這樣就達到了目的。
圖片來源／photo-ac

低成本的漫畫提高兒童成功閱讀的機會

曾世杰的研究指出，漫畫在「提取表面訊息」與「統整與解釋」兩個層次都提升了兒童的閱讀理解。他進一步解釋道：「不管學生原有的語文成就如何，所有兒童都可從漫畫提取表面訊息，例如我們有一課有個詞彙『涵洞』，許多兒童無法望文生義，但在漫畫的輔助下，學生可以立刻掌握『涵洞』的意義。」

但在第二個層次「統整與解釋」，需要讀者在解碼成功之後，推論出文字表面所未呈現的資訊。漫畫在這個層次也能有效幫助兒童發現各文字構念間的關係，並推論得到合理的表徵。

只不過漫畫普遍受到誤解。曾世杰笑說：「孩子在讀漫畫時，許多家長、老師會罵『你不會讀點正書嗎？』漫畫不是正書？我可不同意。」

相對於漫畫教材，國內推廣閱讀時得到更多青睞的是繪本。漫畫與繪本相較有兩個優勢，第一是成本較低：通常一本漫畫的價錢和一本繪本價格相當，但是一本繪本只說一個故事，一本漫畫可以容納 10 倍以上的故事量及文字量。

第二是漫畫故事的閱讀鷹架較佳：繪本的藝術感及視覺的吸引力是其優點，但這些優點反過來也可能變成缺點，分散了兒童的注意力，反而讓他們無法聚焦在文字閱讀的目標上。

漫畫教材的習作，有許多輔助學習的設計，能夠提升解碼、理解與表達的能力，同時為兒童累積更多先備知識，為讀寫學習打下基礎。
攝影／陳顯讓

曾世杰還有一個把研究成果複製的企圖。他說：「真希望我過去、現在、未來的研究，可以為出版商，包括教科書出版業者，發展出『國語文教材的選編原則』，在這樣的原則下發展教材，讓老師好教，學生好學，每一個孩子都有足夠的成功經驗」

採訪撰文／曾郁茹
攝影／陳顯讓
編輯／張傑凱

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為讓學生透過自身思考去學習，國立臺灣師範大學工業教育學系洪榮昭教授建立許多可以提供現場教育的數位學習新教材。
攝影／張傑凱

「傳統科學實作教學，往往是由各領域的菁英把學術的最終成果直接教給學生，讓學生背誦記憶。」洪榮昭直指傳統教學的問題，就連科學教育也不例外。

他提到今年108課綱提倡了新教法，希望透過更多的「探究式學習模式（Prediction-Observation-Explanation，簡稱POE）」，讓學生透過自身思考去學習，不只是記憶前人成果，這樣才能因應未來更多變的時代。

不過洪榮昭認為，除了需要更多的探究實作教材之外，他測驗學生的學習反應，發現在POE探究式學習的「觀察」與「解釋」之間加入了「Quiz」（小測驗），針對學習流程的內容進行小評量，在後續更能幫助學習者解決學習流程中的疑問。

洪榮昭將傳統的POE模式加上Q（小測驗）推衍成『POQE模式』。
圖表繪製／李昀

「將傳統的POE模式加上Q（小測驗）推衍成『POQE模式』，就可以建立許多可供現場教育的數位學習新教材。」洪榮昭說過去的研究發現認知負荷越重，導致學習成效降低，但他藉由POQE 探究法減少了認知負荷的影響，有效降低學習壓力，增加實質學習成果。

他說：「透過電腦和網路，用類似遊戲般的互動體驗，達到學習的效果。畢竟相較於紙書，網路與數位是現在孩子更為熟悉的介面。」

從孩子感興趣的數位遊戲出發

洪榮昭研發POQE模式教材多年，他進而介紹研究團隊已經上線蘋果和安卓系統的諸多遊戲教材，都可以直接由學生自行操作，就像益智性電玩遊戲一樣。

「我們的教材只要透過簡單的說明後，學生就可以自行點擊滑鼠操作，無論是學習的節奏和思考內容等過程，都是學生自己主控，這樣讓學習變成學生自己的事，效率會比外界強迫灌輸更有效果。」

例如提供給高中職遊玩的「綠能工程教育磨課師」，以動畫呈現不同的流體和相異管柱直徑的個別關係，說明流體的磨擦力和管柱大小與流體本身三者之間的關聯性。

益智遊戲是洪榮昭認為可以最好的輔助POQE模式教學的方式。「透過螢幕上的動畫圖示，會比靜態的文字更容易吸收理解。」洪榮昭說：「之後我們也有提供給大專技職學校做過實際應用，測驗發現對於提升教學成效確實顯著幫助。」

透過螢幕上的益智遊戲動畫圖示，有助於輔助POQE模式教學。圖為「溯因聯想App」遊戲畫面。
圖片來源／擷自遊戲畫面

再如「空間能力」遊戲，可以讓人藉由判讀兩面直角牆上的投影圖，去尋找出正確的3D物體形狀。洪榮昭笑說：「你不要看這些遊戲看起來好像很簡單，有些成年人玩起來可能也會感到吃力！」

另外諸如「時空拼圖」、「記憶大考驗」、「見微之美」等心智發展遊戲。除了可透過遊戲訓練學生記憶、空間及觀察能力之外，更可以提升學生的特徵辨識能力和細心度。此類遊戲便適合給各學齡層，甚至可讓親子共同參與，促進親子關係。

也有很療癒感的遊戲App──「昆蟲飼養日誌」和「蝴蝶館」。前者可以讓玩家藉由虛擬樹林裡養殖環境合宜的昆蟲，認識不同昆蟲的生長習性。

後者收藏了臺灣20種近年常見的蝴蝶圖鑑，透過遊戲機制，讓玩家可以飼養照顧牠們，並收集圖鑒和資料。除了心情療癒之外，也可以讓玩家了解許多生態的知識和生物學的概念。

學生藉由虛擬樹林裡養殖環境合宜的昆蟲，認識不同昆蟲的生長習性。
影片來源／教育遊戲好好玩「【VR】蝴蝶捕捉」

除了上述介紹的個別遊戲之外，洪榮昭研發數十種──有音樂教育、情緒教育、科學教育、語言學習、技能訓練、數學教育、科技教育、運算思維訓練等遊戲App，應用的學科範圍非常廣泛。

VR模擬遊戲減少現實練習的危險

「不過我最新的遊戲是虛擬（VR）程式。」洪榮昭與時俱進，發展VR遊戲程式，讓玩家戴上專屬裝置，進入到虛擬的空間裡做各種技藝練習。

如「打擊樂VR」、「廚房助手VR」、「汽車美容VR」等現實模擬的遊戲。「現實中，我們打鼓怕吵到鄰居；切菜怕切到手指，反而不太有練習的機會，而現在VR都可以協助解決那些問題。」洪榮昭說打擊樂VR讓學生扮演鼓手模擬擊打樂器，學生除了可以進行節奏練習以及節奏創作之外，更可以增強情緒商數，抒發情緒。

VR遊戲可以協助解決現實中不太有練習機會的問題。
影片來源／教育遊戲好好玩「【VR】廚房助手-蔬菜篇」

而廚房助手VR更不用說，現實中刀工的練習往往伴隨著危險，不過VR可以擺脫現實的許多限制，讓人做更多的實際訓練。「同時這也是益智活動，可以訓練操作者的手腦反應。」洪榮昭強調：「虛擬實境的應用，預計未來會有更多的潛力。」

從創意出發，衍生更多創意

當我們問及洪榮昭為何想投身這個腦力激盪的研發之路？他慎重的說：「教育無非都是為了培養學生有獨立思考、解決問題的能力，也就是創意。然而創意並非天馬行空無跡可循的，是一套需要淬練的心法。」

為此，洪榮昭提出以易經八卦為分析觀點的創造性思考方法，藉由傳統的八卦表達新的象徵意義，並從其中淬鍊出思維的模式，建構一套「八卦系統之創造性問題解決模型」的思考模型。

傳統的八卦圖據說源於中國先秦時代，藉由一橫直線（陽）和中間有斷開的直線（陰），三條直線所排列組合出的八種符號。而這八個符號組成天地萬象，成為一個八卦系統，八個符號各自名為乾、坤、坎、離、震、巽、艮、兌，代表天、地、水、火、雷、風、山、澤等象徵。古人藉由思考卦象本身的象徵意義，或探討八卦彼此之間對應的互動關係，創造出一個充滿隱喻意象的邏輯世界。

八卦圖本身就是很精彩的思考模式，洪榮昭透過這樣的思維方式，詮釋新的八卦意義，轉化成對於創意思考的圖象記憶流程。
圖為「八卦系統之創造性問題解決模型圖」，原圖來源：Hong et al., 2013。圖表美化／李昀

洪榮昭解釋道：「乾卦和坤卦代表問題的開始（發現問題）與結束（驗證對策），另外分成對立的三組直線，是面對問題時的三個不同的面相，而每個面相又有兩個對立的方向。」

例如面對問題，要全靠自己獨立思考（艮），還是要與周遭的人合作（兌）？就是兩種不同的發展方向。接著，有時需要理性的分析問題（離），但也有要感受情感（坎）的時候。再下一步，震卦是代表有了想法後的各種修正力量，就是實行之後，可能會遭遇阻力或推力；巽卦則代表支持、強化自己想法的觀點，也就是分析自己所思所行的各種正、負面條件。

「透過這樣的思考方式，可以有效提升個人及團隊的整體創造力和解決問題的能力。」

洪榮昭以他自己為例，他說生活中各種細節都是發現問題──創意的來源：「我本身就是個隨時觀察生活，並從生活提煉教學方法的人。」

他舉例之前訪視四川的都江堰，回來就一直想，從古人角度，這樣具科技的建築是如何建成的呢？如何將這份古人的智慧，設計成教材讓學生可以學到更多工程相關知識呢？這就是「乾卦」──發現問題的起始。

採訪撰文／賴修淯
編輯／張傑凱
攝影／張傑凱

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所以「米紙」又稱「蓪草紙」，使用於書信、畫作，甚至於1925年曾獲得法國巴黎國際手工業博覽會優等獎的殊榮！這個東西不是米、也不是草，到底是什麼？這種名稱上的令人猜不透，不只你會好奇，兩百年前的西方科學家也亟欲見到它的真面目，從而透過各方的採集，使蓪草成為臺灣第一個被正式命名（學名）的原生植物。

臺灣第一個被正式命名的原生植物

一般認定最早在臺灣進行植物資源調查的學者，是1854年4月登陸淡水的英國人福鈞（R. Fortune, 1812-1880）。但在那之前，英國皇家植物園（Royal Botanic Gardens, Kew又稱邱園）園長威廉‧胡克（William J. Hooker, 1785-1865），就已經透過香港和廈門等地的人脈，陸續從臺灣取得蓪草部位標本進行分析，讓蓪草在植物學家還沒有踏上臺灣土地前，率先其他原生植物，在1852年公諸於世。

19世紀中葉英國皇家植物園園長威廉‧胡克（William J. Hooker, 1785-1865）繪像。
圖片來源／Wikipedia

胡克從蓪草紙、製作紙張的刀具、繪畫及蓪草的髓心、葉子標本等物品中，尋找將植物分類的蛛絲馬跡，發現了蓪草這種特殊的植物，進而正式命名。

國立臺灣師範大學科學教育研究所教授劉湘瑤則在追蹤分析臺灣植物的採集和命名紀錄的過程中，抽絲剝繭發現了胡克長期追尋蓪草的歷史。

劉湘瑤追蹤分析臺灣植物的採集和命名記錄，抽絲剝繭發現了胡克長期追尋蓪草的歷史。
攝影／張傑凱

18世紀中葉，中國廣州一帶興起一種融合中西風格的水彩畫，被大量外銷到西方國家，繪畫用的紙張，歐洲人普遍稱其「米紙」（rice paper）。

劉湘瑤說，正是這個令人誤會的名稱，勾起了西方自然博物學家的好奇心。1830年胡克在一本由他創刊編輯的植物學叢刊中寫道：「如果把這張紙舉起透著光，眼睛可以看到精緻的、美麗的格子狀組織，那不是人工可以製造或模仿出來的。」因此胡克主張米紙並非用米製成，而是來自某種植物的髓心。

胡克所說的格子狀組織，就是蓪草髓心的薄壁細胞，姑且不論肉眼是否真的可以看到細胞，但透光查看，確實可以發現蓪草紙紋路具有規律性。輔以光學顯微鏡觀察，就可以見到六角狀細胞緊密排列，這絕非一般紙張或糯米紙擁有的特徵。

透光查看，可以發現蓪草紙紋路具有規律性。
攝影／張傑凱

劉湘瑤爬梳資料文獻，了解胡克為探討這個神秘紙張的來源，在中國還沒開放通商的年代，就已經透過廣州商館的醫官，取得了一疊米紙和一段植物的髓心。但要獲知植物如何成為紙張，並正確辨識植物、將其分類，光是這些材料還不夠。

直到1850年，中國開放通商後十年，胡克才獲得廈門領事寄來的植物髓心標本和製作米紙的刀具。他參考畫在米紙上、記錄米紙製作過程的繪畫，得知此植物生長在當時被稱為「福爾摩沙」（Formosa）的臺灣島北部的沼澤地。

在大航海時代後，有千萬種植物正待人們探索分類，胡克花費了不少心力尋找米紙的來源。他對蓪草的執著，竟願意花費二十多年的時間持續探討。在這二十多年的時間裡，胡克相繼提出許多疑問：米紙和其他紙張有何不同？製作米紙的原料和方法是什麼？這種植物是木本還是草本？是單子葉還是雙子葉？它應該屬於哪個分類群？植物實際生長的環境和繁殖的方式為何？

最後，胡克透過殘存的葉子標本和一位業餘博物學者雇人繪製的米紙植物彩圖，確定這種植物應該歸類為五加科，將其正式命名為Aralia papyriferus（現用學名經後人修訂為 Tetrapanax papyriferus (Hook.) K. Koch）。當時，胡克還沒獲得蓪草的花和果實，就能從有限的資訊中正確鑑定和歸類物種，可見他的植物分類學經驗知識相當豐富。

「根據1852年胡克發表的期刊文章，我們可以知道當時臺灣的蓪草分布，及蓪草紙是新竹地區大量生產的工藝品。」劉湘瑤表示，後來親自到臺灣進行植物資源調查的福鈞，在淡水採集時清楚寫下了由胡克命名的蓪草學名。「因此，臺灣最早的採集記錄和物種，應該要納入胡克探究蓪草的這段史實。」

命名不是胡克探索這種植物的終點，此後他持續地探討蓪草在臺灣的地理分布、繁殖方式，最後在香港總督的協助下，成功地將活體蓪草運回英國，種植在邱園中。直到1855年12月，這棵植物終於開了花，讓胡克能進一步觀察蓪草的特徵，並正確的描述和命名。

摸得到的知識，激發學生興趣

讓英國皇家植物園園長執著追尋的植物，確實不一般。蓪草除了是臺灣第一個被命名的原生植物之外，民國六十年代以前，曾經是新竹地區的重要經濟產業，相關手工藝品被大量外銷出口。

現在4、50歲的臺灣人，或許可能見過藥罐子裡防潮用的純白蓪草髓心，或在幼童時接觸過染成彩色的材料包。這種輕巧好切割的素材，是過去常見的美勞材料，在校園中被大量使用。

由蓪草樹幹髓心染色而成的「天然保麗龍」美勞材料，在臺灣曾廣泛被使用。
攝影／林俊孝

「少有植物能像蓪草一般，與臺灣這片土地密切相關，又可做為探討科學知識發展、社會文化交融的案例。」劉湘瑤強調蓪草的產品性質和探究史，其實是非常好的教育素材。

「科學教育領域中，學者長期以來提倡透過科學史教學，提升學生對科學的興趣。但遺憾的是，臺灣現行的自然科學教材相當缺乏本土題材，而蓪草的探究史，能補足這個缺口。」

因此，劉湘瑤嘗試分析蓪草發現史中包含的科學探究精神和科學本質，以此設計中小學生的學習活動，讓學生透過紙張的辨識，及科學家發現蓪草的故事，增進科學素養。

將包藥紙、吸油面紙、糯米紙和蓪草紙排列出來，四種半透明的紙張，從肉眼直觀，實在不容易馬上辨識出蓪草紙。劉湘瑤解說：「尤其蓪草紙極易和含有纖維的吸油面紙混淆，所以教師需要引導學生使用不同的設備，進一步觀察後，再從紙張的構造慢慢推論，並讓學生發表發現後的結果。」

建構這個學習過程的最深寓意，「是不是很像胡克在兩百年前第一次看見神秘的米紙後，開始探究這種植物的一個個步驟呢？」劉湘瑤笑說，她希望由此激發出學生的好奇心，讓學生積極參與，並體驗科學家發現新奇事物的驚喜感受。

學生可以透過科學遊戲，體驗科學家發現新奇事物的驚喜感受。
攝影／張傑凱

探索完紙張，教師再介紹蓪草發現命名的歷史，能讓學生將剛才的觀察經驗，融入故事當中。「這樣，學生對科學也會更有興趣！」劉湘瑤藉由這一套教案，使教學現場不但有活潑的團隊遊戲可以互動，也能夠學習到科學器材的使用、培養科學的求知和辯證精神、認識科學發展的歷史等等不同面向的科學素養。

劉湘瑤說：「科學探究最重要的精神就是好奇心和問問題。」這套以蓪草為教材的教學方法，促使學生產生疑問、收集證據以尋求答案。藉由師生彼此解釋、論證確立科學知識，再向眾人溝通及分享成果，完整經歷科學探究的歷程。

不過，臺灣曾經盛極一時的蓪草產業，已隨著石化業的興起而式微，由於沒有市場，將蓪草芯削成薄片製成紙張的技術，也幾近失傳，現代少有人見過蓪草產品了。

劉湘瑤有點無奈的提到，目前臺灣只剩下新竹地區少數耆老能製作蓪草紙，僅存的製造商也外移到中國，要得到這種紙張如今已不容易。她說：「這也是我藉由蓪草設計教材的另一原因，希望有機會能復興這個傳統手工藝產業。」

蓪草手工藝曾在臺灣極盛一時，圖為以其製作而成的紙花，栩栩如生。
攝影／張傑凱

採訪撰文／李娉婷
編輯／張傑凱
攝影／張傑凱、林俊孝

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