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從資訊教育出發,創新高中教育

活躍星系核_96
・2016/07/20 ・2631字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 489 ・五年級

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本文為作者 2016 年 7 月 7 日在逢甲大學舉辦的「高中課程創新教育論壇」擔任與談人,當場以此為題對現場的高中主管們做的 10 分鐘意見分享。

文/洪士灝|台灣大學資訊工程學系

首先我發表免責聲明:

● 大學教授未必充分理解高中教育現場,我所提出的想法或建議列入參考就好,各位需要做進一步思辨。就算是中研院院士的話,也不是聖人之言,不要緊抓著不放。

● 台大是研究型大學,而且沒有教育學院,對於高中教育的貢獻是有限的。坦白說,台大只想要最好的學生,而台灣大部分最好的學生都會到台大,所以請不要期待大多數的台大教授會致力於普及教育,他們有很多自身的教學研究工作要忙。

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那我來這裡做甚麼?(笑)

身為台大教授,我能做的是突破框架

我可能稍微另類一點……雖然另類的程度遠遠不及葉丙成教授,頭髮也沒有他長,但我們以各自的方式對國民教育提出一些建言。我個人覺得台大對國民教育不能置身事外,因為國教的品質與大學教育息息相關,有些教授抱怨大學生素質每況愈下,或許可以出來為中學教育做點事情。

其實我覺得台大教授雖然不甚瞭解高中教育現場,但應該可以在創新方面注入一些能量。不是教育科班出身的好處是,我們的著眼點和思考比較不會被現有的教育框架所限制住,對於如何翻轉和創新中學教育這件事,或許可以較為天馬行空地做腦力激盪,或許可以因此激盪出一些火花。

如我在免責聲明所說的,各位不要把我們當成教育專家,而我們談創新中學教育,真正需要的是激發在座每一位教育專家的創意和創新的企圖心,才能有自發的改革和創新,而不是一直處於保守的上行下效的框架裡。

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在這個時代,標準化教育面臨考驗

Teaching_in_Da_Ji_Junior_High_School_2006-12-13
圖/By Flickr user enixii. – flickr, CC BY-SA 2.0, wikipedia commons.

有人可能會問,保守有甚麼錯?

現在的教育體制,源於西方工業革命之後對於大量專業人力的需求,因此開辦學校,制定標準教材,舉辦學位或技能檢定考試,讓業界得以有效率的雇用人力。然而,業界已經進化到高度自動化的工業 4.0,以及所謂人工智慧的時代,而教育的形式也受到資訊網路和線上學習的影響,許多國家已經在重新檢視標準化教育的意義性。

各位為人師長的,是否知道這社會十年後職場上所需要的能力?很會背書、記公式、考高分的學生,是否能適應未來的社會?從我教大學生以及與業界合作的經驗,好學生未必懂得自學、團隊合作、求新求變,而這些能力到了大學再練習是否太晚?

很抱歉,各位先進從過去照本宣科、數十年如一日的教學生涯,轉為現在這種需要翻轉和創新的日子,罪魁禍首是我們這些搞資訊科技的,但我們自己也得在這個的潮流中日新又新,而且潮流影響所及,各行各業也都從數位化、網路化,進到自動化、智慧化,不斷有新的挑戰,也不斷有新的機會。

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所以,資訊科技教育應該做什麼改變?

因此,資訊科技和資訊教育實在太重要了,但千頭萬緒,在有限的時間內,我想摘要幾個我所認為的重點與各位分享:

● 教育如何善用資訊科技?

● 如何以資訊教育啟發學生新時代所需的能力?

● 資訊科技是提升數理人文各領域的利器!

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圖/photograph by Greg Anderson, college.library@flickr.

首先,教育如何善用資訊科技?方式很多,以下只是幾個例子:

翻轉教學、線上學習:老師不需要重複教同樣的課,學生可以按自己的進度學習,透過網路與世界接軌。

蒐集資訊、分析資料、跨領域學習:各個學門都可以結合資訊科技做資料的蒐集與分析,進行專題研究。

數位校園、個人化學習:根據每位學生的學習狀況,提供適合的課程與進度。

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其次,如何以資訊教育啟發學生新時代所需的能力?

資訊教育不是教工具的使用,不是教用電腦做簡報、也不是教用電腦畫圖……而是讓學生在資訊科技改變人類生活的時刻,理解其幕後的原理和現象,可以巨觀和微觀去看待資訊科技與人類的互動,這是所謂的計算思維。

由寫程式入門去了解計算思維,是一種方法,但不是唯一的方法。好比我們教數學,如果不會列方程式,如何學習用數學解應用問題?但光會解方程式,並不是學數學的目的,但我們因為要應付考試,往往過度強調解題技巧;同樣的道理,在中學教育中,學習寫程式只是敲門磚,如果我們過度強調程式寫作,也會迷失了焦點。

中學資訊教育絕對不是為了培養資訊專業人才,重點在於具體訓練「語言理解與表達能力」、「抽象思考」、「解決問題」等能力。我們不要重蹈覆轍,像某些科系以自我本位的想法把過多的材料塞進中學教育裡面,造成學生貪多嚼不爛、因噎廢食的結果。

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資訊科技教育不只是為了培養資訊人才

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新時代所需的能力有很多,包括:

● 自學的能力

● 跨學門解決問題的能力

● 在開放原始碼的時代同中求異的能力

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● 在人工智慧時代尋找出路的能力

最後,除了啟發上述能力之外,資訊科技是提升理工人文各領域的利器,所以現在台大許多科系都希望學生能夠寫程式、做資料分析。例如台大正在成立資料科學(Data Science)學程,而台大也逐步加強計算設備,因為計算模擬和資料分析對學術研究越來越重要。

幾年前,我到台大理學院、到教育部的課綱委員會談中學資訊教育,必須花力氣向與會人士解釋推動中學資訊教育不是資訊系的私心,還好這幾年進步了,我不用多說大家也懂了。剛才有先進提到考招聯動,我想將來不少科系可能採計資訊課程,不會只是資訊系。

舉個現成的例子,來台中的路上,我看到網路上有一則用機器學習技術分析紅樓夢八十回前後差異的文章。這個例子告訴我們,文學的研究也可以有創新的做法,而使用資訊科技做跨領域研究可以產生很多創新和突破,這也是為何我說資訊科技可以幫助老師和學生在中學階段進行跨領域的教學研究。

最後,我想再次強調,中學資訊課程不是為培養資訊人才而設,不是幫資訊科老師搶飯碗,應該是學校主管和所有科目的老師都需要關心的事。資訊課程的重要性與日俱增,我們在教學場域中,看的應該不僅是現在的需求,我們必須看遠、創新,研究如何為了學生的未來而教。

本文轉載自洪士灝老師臉書

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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人與 AI 的關係是什麼?走進「2024 未來媒體藝術節」,透過藝術創作尋找解答
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/10/24 ・3176字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文與財團法人臺灣生活美學基金會合作。 

AI 有可能造成人們失業嗎?還是 AI 會成為個人專屬的超級助理?

隨著人工智慧技術的快速發展,AI 與人類之間的關係,成為社會大眾目前最熱烈討論的話題之一,究竟,AI 會成為人類的取代者或是協作者?決定關鍵就在於人們對 AI 的了解和運用能力,唯有人們清楚了解如何使用 AI,才能化 AI 為助力,提高自身的工作效率與生活品質。

有鑑於此,目前正於臺灣當代文化實驗場 C-LAB 展出的「2024 未來媒體藝術節」,特別將展覽主題定調為奇異點(Singularity),透過多重視角探討人工智慧與人類的共生關係。

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C-LAB 策展人吳達坤進一步說明,本次展覽規劃了 4 大章節,共集結來自 9 個國家 23 組藝術家團隊的 26 件作品,帶領觀眾從了解 AI 發展歷史開始,到欣賞各種結合科技的藝術創作,再到與藝術一同探索 AI 未來發展,希望觀眾能從中感受科技如何重塑藝術的創造範式,進而更清楚未來該如何與科技共生與共創。

從歷史看未來:AI 技術發展的 3 個高峰

其中,展覽第一章「流動的錨點」邀請了自牧文化 2 名研究者李佳霖和蔡侑霖,從軟體與演算法發展、硬體發展與世界史、文化與藝術三條軸線,平行梳理 AI 技術發展過程。

圖一、1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧」一詞

藉由李佳霖和蔡侑霖長達近半年的調查研究,觀眾對 AI 發展有了清楚的輪廓。自 1956 年達特茅斯會議提出「人工智慧(Artificial Intelligence))」一詞,並明確定出 AI 的任務,例如:自然語言處理、神經網路、計算學理論、隨機性與創造性等,就開啟了全球 AI 研究浪潮,至今將近 70 年的過程間,共迎來三波發展高峰。

第一波技術爆發期確立了自然語言與機器語言的轉換機制,科學家將任務文字化、建立推理規則,再換成機器語言讓機器執行,然而受到演算法及硬體資源限制,使得 AI 只能解決小問題,也因此進入了第一次發展寒冬。

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圖二、1957-1970 年迎來 AI 第一次爆發

之後隨著專家系統的興起,讓 AI 突破技術瓶頸,進入第二次發展高峰期。專家系統是由邏輯推理系統、資料庫、操作介面三者共載而成,由於部份應用領域的邏輯推理方式是相似的,因此只要搭載不同資料庫,就能解決各種問題,克服過去規則設定無窮盡的挑戰。此外,機器學習、類神經網路等技術也在同一時期誕生,雖然是 AI 技術上的一大創新突破,但最終同樣受到硬體限制、技術成熟度等因素影響,導致 AI 再次進入發展寒冬。

走出第二次寒冬的關鍵在於,IBM 超級電腦深藍(Deep Blue)戰勝了西洋棋世界冠軍 Garry Kasparov,加上美國學者 Geoffrey Hinton 推出了新的類神經網路算法,並使用 GPU 進行模型訓練,不只奠定了 NVIDIA 在 AI 中的地位, 自此之後的 AI 研究也大多聚焦在類神經網路上,不斷的追求創新和突破。

圖三、1980 年專家系統的興起,進入第二次高峰

從現在看未來:AI 不僅是工具,也是創作者

隨著時間軸繼續向前推進,如今的 AI 技術不僅深植於類神經網路應用中,更在藝術、創意和日常生活中發揮重要作用,而「2024 未來媒體藝術節」第二章「創造力的轉變」及第三章「創作者的洞見」,便邀請各國藝術家展出運用 AI 與科技的作品。

圖四、2010 年發展至今,高性能電腦與大數據助力讓 AI 技術應用更強

例如,超現代映畫展出的作品《無限共作 3.0》,乃是由來自創意科技、建築師、動畫與互動媒體等不同領域的藝術家,運用 AI 和新科技共同創作的作品。「人們來到此展區,就像走進一間新科技的實驗室,」吳達坤形容,觀眾在此不僅是被動的觀察者,更是主動的參與者,可以親身感受創作方式的轉移,以及 AI 如何幫助藝術家創作。

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圖五、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」展出現場,圖為超現代映畫的作品《無限共作3.0》。圖/C-LAB 提供

而第四章「未完的篇章」則邀請觀眾一起思考未來與 AI 共生的方式。臺灣新媒體創作團隊貳進 2ENTER 展出的作品《虛擬尋根-臺灣》,將 AI 人物化,採用與 AI 對話記錄的方法,探討網路發展的歷史和哲學,並專注於臺灣和全球兩個場景。又如國際非營利創作組織戰略技術展出的作品《無時無刻,無所不在》,則是一套協助青少年數位排毒、數位識毒的方法論,使其更清楚在面對網路資訊時,該如何識別何者為真何者為假,更自信地穿梭在數位世界裡。

透過歷史解析引起共鳴

在「2024 未來媒體藝術節」規劃的 4 大章節裡,第一章回顧 AI 發展史的內容設計,可說是臺灣近年來科技或 AI 相關展覽的一大創舉。

過去,這些展覽多半以藝術家的創作為展出重點,很少看到結合 AI 發展歷程、大眾文明演變及流行文化三大領域的展出內容,但李佳霖和蔡侑霖從大量資料中篩選出重點內容並儘可能完整呈現,讓「2024 未來媒體藝術節」觀眾可以清楚 AI 技術於不同階段的演進變化,及各發展階段背後的全球政治經濟與文化狀態,才能在接下來欣賞展區其他藝術創作時有更多共鳴。

圖六、「2024 未來媒體藝術節——奇異點」分成四個章節探究 AI 人工智慧時代的演變與社會議題,圖為第一章「流動的錨點」由自牧文化整理 AI 發展歷程的年表。圖/C-LAB 提供

「畢竟展區空間有限,而科技發展史的資訊量又很龐大,在評估哪些事件適合放入展區時,我們常常在心中上演拉鋸戰,」李佳霖笑著分享進行史料研究時的心路歷程。除了從技術的重要性及代表性去評估應該呈現哪些事件,還要兼顧詞條不能太長、資料量不能太多、確保內容正確性及讓觀眾有感等原則,「不過,歷史事件與展覽主題的關聯性,還是最主要的決定因素,」蔡侑霖補充指出。

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舉例來說,Google 旗下人工智慧實驗室(DeepMind)開發出的 AI 軟體「AlphaFold」,可以準確預測蛋白質的 3D 立體結構,解決科學家長達 50 年都無法突破的難題,雖然是製藥或疾病學領域相當大的技術突破,但因為與本次展覽主題的關聯性較低,故最終沒有列入此次展出內容中。

除了內容篩選外,在呈現方式上,2位研究者也儘量使用淺顯易懂的方式來呈現某些較為深奧難懂的技術內容,蔡侑霖舉例說明,像某些比較艱深的 AI 概念,便改以視覺化的方式來呈現,為此上網搜尋很多與 AI 相關的影片或圖解內容,從中找尋靈感,最後製作成簡單易懂的動畫,希望幫助觀眾輕鬆快速的理解新科技。

吳達坤最後指出,「2024 未來媒體藝術節」除了展出藝術創作,也跟上國際展會發展趨勢,於展覽期間規劃共 10 幾場不同形式的活動,包括藝術家座談、講座、工作坊及專家導覽,例如:由策展人與專家進行現場導覽、邀請臺灣 AI 實驗室創辦人杜奕瑾以「人工智慧與未來藝術」為題舉辦講座,希望透過帶狀活動創造更多話題,也讓展覽效益不斷發酵,讓更多觀眾都能前來體驗由 AI 驅動的未來創新世界,展望 AI 在藝術與生活中的無限潛力。

展覽資訊:「未來媒體藝術節——奇異點」2024 Future Media FEST-Singularity 
展期 ▎2024.10.04 ( Fri. ) – 12.15 ( Sun. ) 週二至週日12:00-19:00,週一休館
地點 ▎臺灣當代文化實驗場圖書館展演空間、北草坪、聯合餐廳展演空間、通信分隊展演空間
指導單位 ▎文化部
主辦單位 ▎臺灣當代文化實驗場

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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高中入學管道越來越多元了?——數據打破理想:學科能力仍是關鍵分水嶺
研之有物│中央研究院_96
・2021/12/15 ・5994字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|周玉文
  • 美術設計|林洵安

高中升學制度的跨時、跨國比較

2000 年台灣廢除高中聯招,此後多次改革,希望破除只用考試成績決定學生的未來,也減少教育機會的階層不公平。時至今日,我們的制度足夠公平嗎?升學考試篩選了哪些家庭背景、能力的學生?「研之有物」專訪中研院歐美研究所研究員黃敏雄,他針對學校之內與學校之間在認知能力、非認知能力及家庭社經地位上的差異,比較國中與高中階段的差別,並進行跨時期和跨國比較,檢視台灣升學考試制度對教育機會均等的影響。

從戶籍轉向考試入學,產生什麼改變?

不只人人有機會上學,學校教育應該創造有利的條件,竭力減少家庭背景對學習的不利影響,讓所有學生都有機會最大限度地發揮潛力──這是教育改革多年的目標。教育制度能實現這個願景嗎?中研院研究員黃敏雄試圖透過數據尋找解答。

臺灣從小學至國中依照「戶籍入學」,到了高中則採行「考試入學」,舉辦全國性學力考試,依照個人志願、表現和測驗成績分發。理論上,前者涉及居住地區的社經水準,各校會呈現社經地位的落差。後者則僅以學習表現和測驗分數決定,理當打破「階級世襲」,廣泛被視為更公平、有利於弱勢家庭。

但現實真的如此嗎?為了驗證高中入學制度,是否有利於「不分貧富、同讀一校」的公平性,黃敏雄運用兩個資料庫數據,進行國內跨時性、跨國性的比較研究,資料橫貫聯考、基測及會考三個入學政策時期。

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就在地數據而言,他採用由中央研究院、教育部和科技部共同規劃的一項全國性「臺灣教育長期追蹤資料庫」(Taiwan Education Panel Survey, TEPS)。在 2001 年,TEPS 針對各約兩萬名隨機抽樣的臺灣國一及高二學生進行調查,並持續追蹤直到高中畢業,藉此可以評估聯考與基測入學政策下的差異。

跨國及跨年數據的比較,研究則運用每三年針對全球 15 歲學生抽樣調查的「國際學生能力評量計畫」(Programme for International Student Assessment, PISA)。臺灣在 2006 年加入,至今累積五輪調查資料,橫跨基測與會考階段。

透過 TEPS、PISA 數據,黃敏雄針對國中與高中生在「認知能力」、「非認知能力」、「家庭社經地位」三面向,分析各校之間是否有明顯差距,或者校內的異質性更大?也就是說,經過升學考試篩選後,家庭背景較好、認知能力較高、情緒管理較佳的學生,是分散到各校或集中在所謂的明星高中呢?

臺灣的高中入學前會舉辦大型學力測驗。這道篩選機制是否讓同一類型的學生集中,因而擴大各校之間的差距?篩選基礎是家庭社經地位、學科表現或者非認知能力?能否促進社會公平性?這些皆是尚待研究的議題。圖|iStock
臺灣的高中入學前會舉辦大型學力測驗。這道篩選機制是否讓同一類型的學生集中,因而擴大各校之間的差距?篩選基礎是家庭社經地位、學科表現或者非認知能力?能否促進社會公平性?這些皆是尚待研究的議題。
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不同背景、能力的學生,分散在各國中

首先,來看看依照戶籍入學的國中狀況。

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根據 TEPS 數據,2001 年國一生的家庭社經背景,各校差異占總差異的 23%,相對而言,校內差異佔總差異的 77%;升上國三後,數據沒有改變。再看看學生的認知能力,結果也很相似,2001 年的國一生,認知能力的差異校內大約占 8 成;到了國三,情況也差不多。

大體來看,國中學生的家庭社經地位、認知能力,各校之間的差距不算大,校內的差異相對較高。

國中生的家庭社經地位、認知能力,學校之間差異約占總差異的 2 成,學校內的差異則佔總差異的 8 成。 (TEPS 認知能力評量包含兩部份:第一部分是和學科相關,如數學、科學、語言能力;第二部分和課程無直接相關,如分析、生活應用、創造能力)圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)
國中生的家庭社經地位、認知能力,學校之間差異約占總差異的 2 成,學校內的差異則佔總差異的 8 成。
(TEPS 認知能力評量包含兩部份:第一部分是和學科相關,如數學、科學、語言能力;第二部分和課程無直接相關,如分析、生活應用、創造能力)圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)

進一步和其他各國地區做比較。檢視 PISA 調查(2018) ,九年級學生家庭社經地位的各校差異,臺灣為 22%,在全球 32 個國家或地區中排名倒數第 4。最高是墨西哥的 64%,明顯區隔出貴族和平民學校;最低則是南韓 16%,各校差異小。

與其他國家相比,臺灣國中階段校與校之間在家庭社經地位上的區隔,相對較不嚴重。

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考試更公平?數據打破迷思

從國中升高中,對臺灣學生是第一道門檻。大家不再如同國中小時期,多數人和鄰居共讀同一間學校,學生進入哪一所高中就讀,需要經過篩選再分發。

過往二十年,這套篩選制度歷經多次改革。大致可以分成三大階段:1958-2000 年為「高中聯考」時代,一試決勝負,各校只依照聯考成績決定錄取與否。2001 年後走向多元入學,入學測驗為「國中基測」。2014 年後實施十二年基本國民教育,朝向免試入學,統一考試也更改為以級距評分的「國中會考」。

圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)
圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)

跨過這道升學門檻後,各校高中生的認知能力、家庭社經地位,出現哪些變化?不同「年代」的入學方案,究竟是越趨公平或擴大階層差距?

就家庭社經地位而言,依據 TEPS,2001 年的臺灣國一學生,各校的家庭社經地位差異佔總差異的 23%;2005 年當他們經過基測進入高中、升上高二後,各校間的差異僅降至 22%,變化非常微小。PISA 數據(2018)也顯示,九年級生的家庭社經校際差異是 22%,經過會考的十年級生則是 25%,不降反升。

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那麼,年代更久遠的聯考是否比較公平?2001 年 TEPS 調查的高二生,屬於末代聯考生,他們的家庭背景各校差異為 21%,幾乎等同以戶籍入學的國中階段。

這一串數據顯示,研究結果恐怕將打破「考試更公平」的迷思!經過考試入學後,高中各校之間的社經階層差距,與國中階段相近,甚至些微高於國中階段。

戶籍分發的國中生,家庭背景的校際差異大約在 19%~23%,不論聯考、基測或會考時期,升高中後則在 21%~25%,顯示經過考試分發,並未縮小各校之間的社經差距。圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)
戶籍分發的國中生,家庭背景的校際差異大約在 19%~23%,不論聯考、基測或會考時期,升高中後則在 21%~25%,顯示經過考試分發,並未縮小各校之間的社經差距。
圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)

原本以為能「重新分配」的升學考試,並沒有提高不同家庭社經背景學生就讀同一學校的機會,包括被認為較有利於社經弱勢的聯考,也未縮小各校的社經階層差距。

「我們會認為按照居住戶籍分發,有可能造成貧富區隔;考試應該更公平,能讓社經弱勢學生有同等機會。但數據結果並不是如此,聯考和戶籍分發相比,並沒有更有效地促成不同背景學生共讀一校。」黃敏雄分析。

聯考、基測或會考,「學科能力」都穩居重點標準

考試制度並沒有提高不同背景的學生共讀一校,那麼,升高中後同學換成了誰?從認知能力差異度的轉變,可以給出部分答案。

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根據 TEPS 數據,2001 年的國一生經過基測後升上高二,在綜合學科表現上,各校差異從國一的 19% 大幅跳升至高二 63%,分析能力的校際差異從 16% 升至 45%。PISA (2018)也呈現同樣結果,不論數學、科學或閱讀能力,十年級和九年級生相比,各校差異幾乎都增加兩倍,研究顯示出:高中階段認知能力的各校差距,明顯拉大。

再透過 PISA 的跨國調查,便能突顯出這項另類的「臺灣特色」。

2006 年,臺灣十年級學生數學、科學、閱讀能力的校際差異,從國中時期 25%、21%、25% ,激增至 65%、63%、60%。2014 年實施十二年國教後,差異遽升的情況雖有趨緩,但 2018 年高中各校差異仍高達 43%、43%、40%。攀升的程度,在 32 個國家中排名數一數二!

換言之,臺灣的「高中升學制度」是一套鮮明的篩選機制,明顯依照學科能力分配到不同的高中,在世界各國顯得相當特殊。

黃敏雄解釋,2014 年後數據趨緩,來自於國中會考計分方式的改變。計分不再是鑑別度極高的精密分數,改用級距,各科只區分七個等級,增加了總分重疊的比例,鑑別度降低,因此縮小了校際差異。

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從跨年度的數據來看,不論是聯考、基測或會考,高中升學以「學科表現」作為篩選分類的標準,始終沒有太大改變。

「數據會說話,我們的高中升學制度,仍然是以學科表現作為最重要的分水嶺。」黃敏雄分析,儘管十二年國教實施後,政府同時推動免試入學、繁星高中等教育改革措施,希望打破明星高中的傳統迷思,也降低學科考試的重要性,但數據反映結果並非如此。

以國中會考入學制度來看,如果某一所高中的免試入學登記者多過可以錄取的額度,北北基會採用三大計分項目進行超額比序:志願序、多元學習表現與會考成績各占 36 分。志願序絕大多數人可以得滿分,就算不慎選填失手,多數只被扣 1 分,最離譜的選填失手,也僅扣 4 分;多元學習表現涉及升學前途,早有準備的多數學生可以拿到滿分。於是,最終還是考試成績決定學生的分發。

黃敏雄進一步解讀:臺灣升學考試明顯以學科能力做篩選,但沒有提高不同家庭社經背景學生同讀一校的機會,等同間接篩選了學生的家庭社經背景。

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臺灣高中升學考試對「學科能力」,會產生明顯篩選分類,且高居世界前位。2018 年,數學和科學表現的校際差異升高幅度,在 32 個國家中高居第一;閱讀能力的校際差異升高 22%,名列第二,僅次於俄羅斯的 24%。圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)
臺灣高中升學考試對「學科能力」,會產生明顯篩選分類,且高居世界前位。2018 年,數學和科學表現的校際差異升高幅度,在 32 個國家中高居第一;閱讀能力的校際差異升高 22%,名列第二,僅次於俄羅斯的 24%。
圖|研之有物(資料來源|黃敏雄)

學科強=情商高?高情緒技能沒有集中在明星高中

近年越來越多研究指出,學生的「非認知能力」(或稱社會情緒技能),對於未來成就、幸福感、健康、工作表現有顯著影響, PISA 也在 2018 年納入非認知能力的學生自評調查,例如:對失敗的負面想法、自我日常感受、努力做好工作的決心、在學校歸屬感等,總計十個面向。

幾十年來,臺灣學生日夜念書補習,為了要搶進明星高中窄門,除了必備的認知能力,也得兼顧高競爭、長時間努力、抗壓性。因此研究假設,明星學校的高中生,除了認知能力較強,也屬於社會情緒技能較佳的族群。

不過 PISA(2018)卻顯示,臺灣九年級與十年級學生自評的各項非認知能力,校際差異都低於 5%。也就是說,學校內的差異非常大,「情商」高的學生是平均分散在各學校,國中如此,高中也是如此。

黃敏雄對數據結果稍有保留,原因是,學生自評時可能拿班上、校內的同儕當作參照對象,各校標準不一,較欠缺客觀精準的依據。但 PISA 的資料仍顯示,不論是在學校或個人層次,認知能力和非認知能力的相關微弱。

未來需要的能力超出教科書之外

總的來說,這項研究反映出:臺灣的升學制度始終高度偏重認知能力,特別是學科表現;分析、解決問題等類型的認知能力,各校的差異相對較小。

原因在於,考試成績強烈左右升學結果,學校和補習班會猜題、訓練答題技巧,以及加強考題演練或背誦,因此測出的往往是學生可以專注預備考試的資源條件、意願、努力及能力,而非真實呈現出全面的認知能力。

此外,在升學主義掛帥下,教育體制對學生的期待和訓練,都集中在考試表現上,非認知能力便難以獲得重視,包括對自我的主動探索、社會價值、情緒技能。

然而黃敏雄提醒,全世界政府都積極改革學校課程,期盼培育主動學習、有創新力、具備團隊合作技能、重視內在修為,同時兼備人文關懷及環保意識的新公民,以因應全球化與科技變遷帶來的問題與挑戰。例如,OECD 的「未來教育與技能,2030」計畫(Future of Education and Skills 2030)。

「懂得溝通、相互合作,能主動尋找問題與解方,都是很重要的能力。我們也應該讓學生有機會走出學校,看見社會需要,讓學校教育跟真實世界接軌。」

OECD 網站可見到許多跨國孩子,積極表達他們對環境、社會的關切與期待。好比一名 17 歲哈薩克中學生努拉(Nurai)設定未來志向是成為「窮人的建築師」:與非營利組織仁人家園(Habitat for Humanity)合作,協助世界上人人都有房子可以住。

黃敏雄語帶關切地說:「我希望我們的學生也有這樣的機會,好奇心、充滿關懷,能和社會、國際連結,嘗試多探索自己想做的事情。教育制度應該讓學生有更多機會被啟發。」

你心中的教育應該是怎樣?17 歲的哈薩克學生 Nurai 說:「現在的學校教育偏重科學的學習,卻忘記向年輕的世代闡述社會問題,其中包括居住問題,這個問題已經擴及全世界,相當重大。」資料來源│OECD Future of Education and Skills 2030 (黃敏雄譯)
你心中的教育應該是怎樣?17 歲的哈薩克學生 Nurai 說:「現在的學校教育偏重科學的學習,卻忘記向年輕的世代闡述社會問題,其中包括居住問題,這個問題已經擴及全世界,相當重大。」
資料來源│OECD Future of Education and Skills 2030 (黃敏雄譯)
「我們不應該錯誤的貼標籤,給一些人希望,又讓一些人絕望。」黃敏雄長年研究教育社會學,核心關懷環繞著制度政策的合理性。他強調,學生未來的成就並不只是依靠學科表現,教育制度不能讓孩子因為測驗分數,便被貼上負面標籤。圖|研之有物
「我們不應該錯誤的貼標籤,給一些人希望,又讓一些人絕望。」黃敏雄長年研究教育社會學,核心關懷環繞著制度政策的合理性。他強調,學生未來的成就並不只是依靠學科表現,教育制度不能讓孩子因為測驗分數,便被貼上負面標籤。
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