一年前，我們《大眾科學》 /InnoCentive 挑戰賽在《大眾科學》雜誌上徵集適用於中學階段的科學課程計劃，涵蓋未來至關重要的五個科學領域。材料成本不得超過 50 美元，課程長度不得超過三堂 50 分鐘的課程。在此，我們榮幸地宣布獲獎者和入圍者名單。
仿生學
首位
姓名：麗莎·施密特，澳大利亞
課程：研究動物骨骼模型，了解如何設計更堅固的建築材料
點擊[這裡](https://www.popsci.com/files/SchmidtLessonPlanBM/ (1).pdf)查看課程計畫。
麗莎·施密特最初的職業生涯是從事癌症研究。但後來她發現，教大學生生物學更有意義，於是她離開了實驗室研究，轉而到澳洲弗林德斯大學高等教育部門擔任教師培訓師。 “我把我的科學分析原則運用到了教學中，”施密特說，“我想檢驗我的方法是否有效，所以我去閱讀文獻，看看其他人都在做什麼。”
仿生學對施密特來說是個全新的領域，她甚至需要查閱相關名詞。為了讓課程簡單易懂又引人入勝，施密特選擇了一個自然界中所有學生都熟悉的結構——骨骼。課程一開始，學生們討論了骨骼的定義、功能以及如何折斷骨骼，最後，他們分組搭建自己的骨骼模型，以此來了解骨骼的結構是如何支撐我們身體重量的。
亞軍
姓名：瑞安福克斯、凱倫福克斯、丹蓋內特、芭芭拉安海森、加拿大
課程內容：將翅膀等生物結構與其對應的機器結構進行比較，然後設計一個可以幫助拯救瀕危物種免於滅絕的裝置。
瑞恩·福克斯放棄了工程師的職業生涯，轉行成為一名教師。他意識到，在社區裡當志工輔導員比他的日常工作更能讓他感到滿足。 「教科學是兩全其美，」福克斯說——既能帶來樂趣，又能維持生計。福克斯組成了我們獲獎者中規模最大的團隊，成員包括他的妻子凱倫，以及他在加拿大阿爾伯塔省聖母學院預科學校的同事：戲劇老師丹·格內特和科學老師芭芭拉·安·赫西恩。四人共同製定了一個分為三個部分的課程計劃，旨在透過生物學、進化論和工程學的概念吸引學生，同時向他們傳授關鍵的仿生學概念。
第三名
姓名：克里斯多福高和阿努帕瑪約瑟夫，美國
課程：用紙製作蜂巢，了解六角形結構元素的強度
俄亥俄州立大學的生物化學系學生剋里斯托弗·高和阿納普瑪·約瑟夫合作設計了一堂仿生學課程，課程以不起眼的蜜蜂的巢穴為切入點。 「孩子們都知道蜂巢的形狀，但他們不明白為什麼這很重要，」高說。透過用紙製作蜂巢的六角形結構，這些結構可以承受數倍於人體重量的重量，學生就能清楚了解這些形狀為何如此堅固。約瑟夫表示，這種動手做的方法非常重要，因為它能激發那些可能對單純的理論講解不感興趣的低齡兒童的興趣。 “我喜歡在學習時親手觸摸實物，”約瑟夫說，“我堅信，如果你引導學生接觸這類事物，就能激發他們的興趣。”
燃料電池
首位
姓名：艾倫·查克和馬特·查克，美國
課程：用便士、鎳幣和鹽水製作燃料電池
點擊[這裡](https://www.popsci.com/files/Popsci/ Lesson Plan – Fuel Cells.pdf)查看課程計畫。
艾倫和馬特·查克兄弟倆在接受我們的挑戰之前，已經為高中科學奧林匹克競賽設計課程方案多年。難怪他們在燃料電池和大數據兩個類別中榮獲第一名，並在聚合物類別中獲得第三名。馬特學習材料科學與工程，目前在芝加哥科學與工業博物館設計教育資源。艾倫是俄亥俄州超級電腦中心的專案主管。鑑於大多數學區的預算都很緊張，我們挑戰的預算限制吸引了他們的注意。 「低成本的課程對更多的人更有用，」馬特說。
但激勵他們制定其他課程計劃的不僅僅是挑戰。培養新一代的科學家和工程師才是他們最關心的事。 “我們都對科學和教育充滿熱情，”艾倫說，“我們現在所做的一切都深受我們科學背景的影響。我認為我們都在努力回饋社會。”
亞軍
姓名：坦納·博巴克，美國
課程：用鋁箔紙製作燃料電池
坦納·博巴克（Tanner Bobak）的視角與「無畏挑戰賽」（Innocentive Challenge）的大多數參賽者截然不同。年僅14歲的博巴克對傳統的課程計畫所知甚少，但他知道哪些教學方法能幫助他學習，並能吸引他在課堂上的注意力。在諮詢了一位科學老師後，博巴克制定了一份課程計劃，向學生們展示瞭如何利用氧氣和鋁箔之間的電能反應，以低成本的方式製作自己的燃料電池。 “它產生的電量不多，”博巴克說，“但這確實是一種非常經濟的演示方法。”
第三名
姓名： Ruby Grewal，美國
課程：研究污垢和細菌如何導電。
魯比·格雷瓦爾在攻讀研究生學位期間的教學實踐中發現了自己對教育的熱情。 「我非常享受探索的過程，這吸引我投身科學，」魯比·格雷瓦爾說。在擔任過一段時間的教科書編輯後，格雷瓦爾回到了她的母校——阿爾伯塔大學任教。她從近期一項關於土壤中某些細菌導電性的研究中獲得啟發，設計了一堂課，向學生們展示了多種物質可以轉化為燃料電池，甚至包括常見的操場泥土。這堂課也提醒學生們，生命無所不在──即使在泥土中也蘊藏著生命。
聚合物
首位
姓名： Nigel Jalsa，特立尼達和多巴哥
課程：比較一下紙質1美元鈔票和由堅固的聚丙烯製成的澳洲5美元鈔票。
點擊[這裡](https://www.popsci.com/files/Jalsa/ Lesson Plan P.pdf)查看課程計畫。
化學講師奈傑爾·賈爾薩12歲時收到父母贈送的第一套化學實驗套裝。他希望鼓勵學生思考日常生活中的塑膠問題，並意識到塑膠無所不在，甚至連貨幣也含有塑膠。賈爾薩表示，他想展示聚合物如何賦予我們熟悉的物品不同尋常的物理特性。
儘管賈爾薩預料到教比他以往教過的大學生年輕得多的學生會是一個挑戰，但他發現自己能夠輕鬆地將課程內容轉化到這些學生身上。而且，賈爾薩說，如果說有什麼區別的話，那就是接觸到這些低齡學生更為重要。 「要培養出優秀的大學生和科學家，就必須擁有優秀的中學生和高中生，」賈爾薩說。
亞軍
姓名： Kemal Ugur Tufekci，土耳其
課程：用常見的家用材料製作膠水
截至發稿時，尚無法直接聯繫到 Tufekci，但他是 Dokuz Eylul 大學神經科學專業的研究生。
第三名
姓名：艾倫·查克和馬特·查克，美國
課程：用木棍和文件夾夾子製作聚合物模型
氣候變遷
首位
姓名：克勞德·哈特曼，美國
課程：探索溫室效應等主題，以了解氣候變遷的機制
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克勞德·哈特曼曾在加州各地的高中和社區學院教授物理科學數十年。如今退休後，哈特曼在加州格羅弗海灘的探索站設計展覽和互動課程。探索站是一家小型互動式科學博物館，他最近為該館建造了一個用於無線電遙控飛機的風洞和一個伯努利鼓風機，該鼓風機可以將物體懸浮在氣墊上。
哈特曼是一位畢生從事木工的工匠，他說他一直強調教學中的演示；如果找不到現成的演示，他就會自己動手製作。 「凡是能親身實踐、親眼所見的，而不是光靠講解，我都盡量這麼做，」哈特曼說。
亞軍
姓名：諾拉‧鄧克利-理查茲，美國
實驗內容：在冰箱裡製作一個人造冰川，然後提取冰芯樣本。
諾拉·鄧克利-理查茲（Norah Dunkerly-Richards）大學主修生物化學，原本打算成為一名兒科醫生，但讀到一半時，她發現自己更喜歡在課後輔導班教孩子們科學，而不是上課。於是，她轉行從事教育工作。學生們用最簡單的材料——碎冰和少許食用色素——製作自己的微型冰川。冰川在冰箱裡冷凍一夜後，學生會像研究人員採集真正的冰川樣本一樣，從中提取冰芯。這堂課向學生們展示了科學家如何獲得用於研究地球過去氣候的數據。
第三名
姓名： Ulyana Nadia Horodyskyj，美國
課程：利用歷史照片追蹤冰川隨時間的變化
作為科羅拉多大學的博士生，烏利亞娜·霍羅迪斯基（Ulyana Horodyskyj）對氣候變遷影響的研究將她帶到了喜馬拉雅山脈。在那裡，她重點研究了該地區最大的冰川——諾尊巴冰川。霍羅迪斯基利用歷史照片和近期拍攝的縮時攝影，追蹤了這座冰川數十年來的變化。
數千張圖片構成了她課程計畫的核心，學生們透過分析這些圖片，測量冰川隨時間推移所發生的變化。霍羅迪斯基表示，專注於單一冰川的長期變化，比圖表和講座更能讓這個主題顯得真實可信。她認為，動手實作和即時研究是激發孩子對科學興趣並理解科學如何影響他們生活的關鍵。 “我們正處於一個科學時代，”她說，“所以我們有機會讓科學變得有趣。”
大數據
首位
姓名：艾倫和馬特·查克爾，美國
課程：使用 Google Correlate 分析資料集，追蹤全國各地網路搜尋歷史與新聞事件的關聯。
點擊[這裡](https://www.popsci.com/files/Alan/ Chalker Lesson Plan BD.pdf)查看課程計畫。
查克夫婦的課程計畫重點在於利用Google強大的數據處理工具「Correlate」向學生展示如何分析數據，例如分析一組特定關鍵字（如「黑闇騎士崛起」或「巴爾的摩金鶯隊參加世界大賽」）的搜尋量。由於學生可以搜尋他們最感興趣的主題（例如體育、愛好或電視節目）的數據，他們能夠以傳統課堂上可能無法實現的方式參與數據互動。此外，由於Google的地理標記查詢資料集不斷更新，學生可以了解其隨時間和地理的變化。然後，他們可以解析第二層數據，根據搜索歷史得出關於影響搜索的事件的結論，或者建立不同地理區域之間的聯繫（例如，佛羅裡達州有很多洋基隊球迷，因為該州有大量紐約移民）。
亞軍
姓名： Aaron Leanhardt，美國
課程：拋硬幣來理解統計學
密西根大學的物理學家亞倫·萊恩哈特（Aaron Leanhardt）主要研究一種名為玻色-愛因斯坦凝聚態的奇異物質狀態，他致力於幫助學生更好地理解科學和公民知識。透過重複一個簡單的實驗——拋硬幣——萊恩哈特讓學生更深入地理解隨機性，以及可靠實驗所需的樣本量。
萊恩哈特表示，孩子們可以從中汲取的經驗教訓可以應用於無數隨機事件，從民調數據到批判性思考調查結果，再到理解氣體擴散。 「我認為，讓孩子們從初中開始就明白這一點非常重要：對於像民意調查這樣的隨機事件，即使你某次得到 57 分（滿分 100 分），也不意味著你每次都能得到 57 分。」萊恩哈特說。
第三名
姓名：吉爾伯特·扎爾切爾，法國
課程：利用彈珠和硬幣探索統計學和大數據集
和大多數父親一樣，吉爾伯特·扎爾切爾（Gilbert Zalczer）總是盡可能地幫助兒子做作業。札爾切爾最初的教學計畫是為了幫助兒子學習統計學，但大眾對這個主題的普遍誤解讓他感到沮喪，於是他決定將這個計畫發展成一個面向「無辜者挑戰賽」（Innocentive Challenge）的教學計畫。扎爾切爾是一位物理學家，自1974年以來一直在法國原子能和替代能源委員會工作。他表示，讓實驗變得具體可感有助於吸引年輕學生的注意。 “當實驗在他們眼前發生時，他們比在電腦上更容易理解不確定性和隨機性。”
