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掉啊，掉啊，往下掉啊，掉到什麼時候才停止呢？
我究竟往下掉了多少英里呢？ 愛麗絲不自覺叫出聲來，一定快接近地球中心了吧。 讓我想想，那是有四千英里深囉？ 接著她又說，我會不會穿過地球，摔到地球的那一面呢？ ——《愛麗絲夢遊仙境》 這是經典童話《愛麗絲夢遊仙境》開頭的場景，相信大多數的人都有聽過。但你知道愛麗絲的這段嚷嚷，其實是物理學中的「簡諧運動」嗎？而且整個故事還不只這一個科學梗！ 中央大學物理系副教授暨科學教育中心主任朱慶琪發現《愛麗絲夢遊仙境》中別有玄機，竟然藏有各種邏輯、語言、數學，甚至科學梗！於是她決定用拿手的演示實驗，籌劃展覽「在童話故事裡學科學：愛麗絲漫遊奇境」，用童話故事的情境來學習科學的奧秘。 《愛麗絲夢遊仙境》藏了哪些科學彩蛋？ 童話不就是童話，哪來的科學原理？原來《愛麗絲夢遊仙境》的作者路易斯・卡羅（Lewis Carroll），還有另一個身分：數學家。他在故事中埋藏彩蛋，僅有少數同道中人能夠意會。朱慶琪說，細讀這部童話，可以發現裡面不只有數學，還有邏輯、語言和科學原理。 身為數學家，卡羅莫名偏好數字「42」，經常在故事裡埋藏這個「密碼」。例如故事開頭，他將彈簧來回震盪，產生周期性運動的「簡諧運動」，包裝成愛麗絲跳進兔子洞的橋段。 朱慶琪說，因為那個年代真的有人提出「重力火車」（gravity train）的概念：假設在地球上鑽一個洞，穿過地心形成一個隧道，因為地球的大小、重力加速度，這班火車最快只需要42分鐘就能到達地球的另一端。 還有撲克牌園丁種玫瑰的場景，「園丁身上的數字，分別是2、5、7。而小於10的質數，有2、3、5、7，為什麼3不見了？因為他跑去旁邊偷懶。作者在這邊埋的梗就是2+5+7=14，14×3=42。」又是一個不著痕跡的彩蛋，讓朱慶琪大為折服。 朱慶琪接著提到她最喜歡的例子。故事中，愛麗絲吃下蘑菇，變身成巨人，脖子變得非常長，高過了一棵樹，樹上正好有一窩鳥蛋。 一隻鴿子朝她飛來，用翅膀瘋狂地拍打她。 「蛇！」鴿子尖叫著。 「我不是蛇！我是一個小女孩」，愛麗絲認真地說。 「你不用否認了，我猜你接下來要說，你從來沒有吃過蛋吧！」鴿子說。 「我的確吃過蛋，但小女孩吃的蛋和蛇吃的一樣多」，愛麗絲解釋。 「我不相信，小女孩也是一種蛇」，鴿子說。 朱慶琪說：「這一段的對話就是我們常說的若P則Q成立，不代表若Q則P也成立。」簡短的對白，正是邏輯學中的經典命題，也就是「前提」成立，「結論」才會成立的基本邏輯推論。就這樣，處處精彩的童話故事在朱慶琪的腦中轉呀轉，醞釀出一場科學探險。 兔子洞、毛毛蟲，還有消失的柴郡貓 在這一場充滿科學知識與童話趣味的展覽中，朱慶琪精選故事裡的逗趣情節，規劃了「愛麗絲掉進兔子洞」、「愛麗絲掉進兔子洞II」、「愛麗絲變大變小」、「愛麗絲與毛毛蟲」、「愛麗絲在瘋茶會」、「紅玫瑰與白玫瑰」、「消失的柴郡貓」與「飛出的紙牌」等八大主題，帶領大小朋友身歷其境，在愛麗絲的夢境中穿梭冒險。 「愛麗絲掉進兔子洞」的實驗是這趟科學旅程的起點。參觀民眾得鼓起勇氣爬進深不見底的洞口，一進去就無所遁逃。朱慶琪笑著說明：「其實很像我們搭電梯的經驗。電梯裡面有三面鏡子，左右兩面鏡子是平行的，所以你站在其中一邊，看向另一邊，就會看到鏡子中有無限個自己。我們就是利用這個原理，裝上一圈燈管，透過無限反射，達到無限成像的效果，就能看到無限的燈條，而且會越來越小，就能製造無底洞的感覺。」 接著，愛麗絲走進花園，遇見撲克牌園丁忙著將紅心皇后討厭的白玫瑰塗成紅玫瑰。朱慶琪便設計了一個實驗，幫助園丁不必被砍頭。「我們在一部分的白玫瑰上塗紅色的感溫變色顏料，手摸了會變白；另一部分塗感光變色顏料，紫外線一照就會變紅。」日常生活中的防偽技術、溫度警示、紫外線強度顯示，其實都應用了這個原理。 科學冒險的最後一關「飛出的紙牌」，來自童話尾聲，生氣的紅心皇后用紙牌砍頭的驚險情節。其實，朱慶琪的靈感也來自Discovery頻道的節目「流言終結者」（MythBusters），曾經做過「高速飛出的紙牌究竟能不能殺人」的實驗。 她和團隊親手打造一臺時速超過200公里的撲克牌發射機，讓五副撲克牌在幾秒內高速發射。經過現場演示證明，只要站在一定的距離以外，紙牌會因為空氣阻力而迅速降速，也就不足以造成傷害，實際探討網路流言的正確性。 家喻戶曉的童話故事，加上精心設計的科學實驗，過程中朱慶琪不斷思考，什麼樣的實驗可以達到科學學習的目標，而不只是「按按鈕」而已？她希望強調「問題」而非答案，強調「探索」而非記憶。 有位媽媽帶著四歲女兒來看展覽，離開後看到路邊的交通凸透鏡，小女孩指著鏡子說：「這就是我們剛剛看到的。」雖然她還無法說出凹面鏡會讓人像放大，凸面鏡會讓人像縮小的原理，卻已經領會愛麗絲變大變小的奧秘。朱慶琪說：「這才是我一直以來追求的學習成果，不用記住艱澀的科學名詞，有推理與探究的能力更重要。」 演示實驗為什麼重要？ 在中央大學藝文中心舉辦的展覽，不到一個月內就吸引近七千人參觀，許多外縣市的民眾專程前來，觀眾的反應超乎預期。 其中一個關鍵因素，是朱慶琪深厚的物理演示教學功力。她認為，演示實驗可以把抽象的概念具象化，讓人有想像依據；再透過比喻，捕捉科學現象的原理。最重要的是，演示實驗可以快速激起學習興趣。 朱慶琪說：「我們沒辦法把核反應爐放在教室實際操作給學生看。可是如果透過演示實驗的設計，就能讓學生理解，原來核分裂是透過指數成長的過程，把能量釋放出來。」 面對數理，我們或許都曾在心中想過，「老師，我學這個有什麼用？」朱慶琪也經常被大學生挑戰。早期她還會用力地向學生解釋微分方程、傅立葉分析未來如何派上用場，但後來她發現這樣回答是沒用的，有沒有熱情和興趣才是問題所在。 「我們不想做一件事情的時候，總能找到千百個理由和藉口。」 長期帶領科普活動，朱慶琪發現許多人在畢業後，就停止涉獵科學知識，讓科學距離生活越來越遠。她還笑說：「大部分的孩子，上了國中就會開始討厭科學。」這時候，就輪到演示實驗上場了！ 「他們可能會因為演示實驗的結果違反直覺、經驗，或是實驗效果很酷炫，而對科學重燃興趣。這時候就不是你強迫學生跟著你走，而是他自己迫不及待跟著你走。學生自己找出來的答案，才會一輩子記得。」 策劃展覽也是如此。比起現場很high、人數很多，朱慶琪更在意展覽後留下什麼？啟發了什麼？多年經驗讓她體悟，運用演示實驗作為學習工具，必須經過縝密的設計和不斷的優化，包含提問與引導的方式都要仔細考量，「一位好的科學演示者，真正展現出來的只是冰山的十分之一，深藏在下面的是深厚的理論、專業知識、信念和經驗。」 內行看門道，外行看熱鬧。朱慶琪認為演示實驗不是一場精采的秀，重點也不在於吸睛的戲劇效果，學生才是主角。「十分鐘的演示實驗，老師藏了多少的東西？『藏』是收斂起自己的鋒芒，把舞臺讓給學生發揮，這個教學工具是用來成就學生的。」 從《愛麗絲夢遊仙境》啟程的科學探險，不只有精彩的物理實驗，更在人文與科學間搭起一座橋樑，無論帶著什麼樣的背景出發，每個人都能在路途中發現追尋知識的樂趣。 原文轉載自【2021-10-30/關鍵評論】
