在紐西蘭，沒有「一百分」的考試—《物理雙月刊》

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

本文轉載自中央研究院「研之有物」，為「中研院廣告」

• 採訪撰文｜李芊
• 責任編輯｜田偲妤
• 美術設計｜蔡宛潔

考試制度是怎麼從科舉變成今天這個樣子的？

我們從小到大經歷過無數次考試，但你是否有想過，這個影響我們求學與就業的重要制度是因何而起？究竟考試制度背後隱藏哪些驚人內幕？中央研究院「研之有物」專訪院內近代史研究所徐兆安助研究員，帶我們回到清末民初的教育現場，探索政府與教育界如何應用考試，挽救岌岌可危的新式教育制度，雙方又如何相互制衡與合作，讓考試及學校成為管控社會秩序的利器。

對於在臺灣準備升高中的九年級學生、準備升大學的高三生來說，也許一年的劃分就是以冬季與夏季的升學考試為依據。在競爭激烈的職場中，優秀學歷成為社會新鮮人的最佳利器，但想謀得好學歷就必須力拚考試高分，讓考試成為跨世代臺灣人共同的記憶。

儘管持續有教改團體針對考試的內容、形式、公平性等提出改革建議，但數十年來，眾多考生與家長依然接受了升學考試制度，投入大量時間、精力備考，更不惜砸重金搶補教名師課程。

我們的一生經歷過大大小小的考試，卻不一定清楚這些考試制度當初成立的目的。

事實上，在民國初年，新式教育剛施行的 1920、1930 年代，曾經考試除了用來測驗學生，更被用來監督學校的辦學成效。

專長明清及近代思想史、制度史的中研院近代史研究所徐兆安助研究員，深入探討 1905 年科舉廢除後的新式教育制度，訴說一段政府與學校透過考試相互制衡與合作的詭譎歷史。

要怎麼讓社會接受新式學校的文憑？來考個試吧！

在談現代考試制度之前，讓我們先回到清末科舉存廢的關鍵時刻。

1900 至 1901 年八國聯軍攻佔北京，科舉考場「貢院」遭到破壞，當時受科舉宰制的教育與選才方式已成眾矢之的，該將有限的國家資源拿來修復貢院，還是發展新式教育制度，在 1905 年成為各方人馬的爭論焦點。在這次辯論中，廢除科舉最終定案，新式教育制度成為肩負國家教育大業的主要系統。

然而，科舉與新式教育的不同目的與學習過程，卻帶來新的價值觀混亂。

首先，在科舉制度下，為了一舉成名而寒窗苦讀者，不需在私塾或書院待滿固定年限，大半時間是靠自學通過層層考試關卡。但是，接受新式教育的學生必須依序就讀小學、中學、大學等學校，一級一級往上累積學歷，且每個學歷都有固定的修業年限。

身處當代教育環境的我們已經很習慣循序漸進的學習制度，但清末民初的人們卻一時難以適應。新式學校不像傳統書院會發學習津貼給學生，還要收取相對高額的學雜費。畢業後還要面臨社會對學校文憑的不信任，一時難以成為求職的有效助力。

許多學生一開始受政府鼓吹而進入學校就讀，卻經常未完成修業年限即離開校園，「教育破產」很快成為政府與社會各界的共識，而學校便成為被究責的單位。

廢除科舉後的十多年間，各界的討論開始聚焦於該如何監督學校、管制學生。到了 1920 年代，政府與教育界推出了各種校外考試的實驗方案。這些方案大同小異，都預設考試可以成為規範學校、解決「教育破產」的重要手段。

是什麼讓考試成為評鑑辦學效率的方法？——「以簡馭繁」的法家精神

支持考試論的學者以史學家呂思勉、厚黑學作者李宗吾為首，面對民國初年的教育破產危機，他們為何都倡議由國家透過集體考試來監督學校呢？

一方面，用監察態度面對學校起因於對教育界的不信任，這可追溯至廢除科舉後的教育改革過程並不公開透明。新式教育的推行牽涉政府官員、半官方與非官方代表，包含辦學人員、民間教育會、教科書出版商等，他們彼此拉扯出錯綜複雜的利害關係、形成勢力龐大的教育界。

李、呂二人身涉教育事務，看到學校各種圖利卻未自我要求的行為，因而認為一個審核學校的機制勢在必行。

李、呂二人更主張，考試制度還能讓教育過程更有彈性，學生只要通過考試即可證明自己的實力。因此，學生可以選擇私塾或新式學校等不同的學習方式，不需受到學校修業年限的硬性規範。而且不同學習機構並存還可強化競爭力，促使學校為了招生而更積極辦學。

另一方面，對當時的國民政府來說，在國家資源有限的情況下，國家只需負擔統一大考即可由上而下監督學校，提醒學校要維持該有的教學品質。這樣秉持法家「以簡馭繁」精神的手段，使考試制度最終受到執政當局的採用。

「我不要考試啦！」學生的反彈與思想控制的開始

1932 年政府正式頒布《中小學學生畢業會考暫行規程》，卻受到各地師生的反抗。對於參加會考的學生來說，會考對取得學歷、升學和職涯發展都沒有明顯好處。

首先，單就畢業資格來說，不參加會考也能在修業期滿後獲得學歷，一旦參加會考卻成績不及格，反倒會被留級。再來，許多大學並不以通過會考作為入學資格。最後，除非想要成為公務員或任職國營機構，畢業生沒有會考成績也可直接應聘私人單位。整體看來，不參加會考才是比較聰明的選擇。

面對反抗考試的學生，一意推行會考制度的國民政府，採用相當直接的手段回應：以武力逼迫學生就範。

臺灣在 1970 年代出了一位拒絕聯考的小子，時間回到 1930 年代的中國，不願考試的可不只一、二位學生。1932 年，山東濟南高中學生因反對會考而與校方展開對峙，最終在教育廳長出動軍警武力鎮壓後落幕，卻造成大批學生受傷、被勒令退學。

隔年 1933 年，政府再根據實施情況及各方意見修改規程，最大的改變是取消小學畢業會考，轉而針對初級和高級中學制定《中學畢業會考規程》、《中學畢業會考委員會規程》。針對中學施行會考的原因之一是，當局認為小學生還年幼，不像中學生會發起學運，至此，會考除了監督學校以外，更加上了控制學生思想行為的功能。

學校各自為政，會考制度名存實亡

至於考試論支持者最重視的「以考試監督並制衡學校」卻反而沒有達成。預設的中央化考試制度、標準化知識內容，實際執行時卻面臨經費與人力嚴重不足的困境。真正負責考試業務的單位並非中央政府，而是非官方、地方仕紳聯合形成的教育會，或者資源多寡不一的各地省政府。

地方資源的多寡深刻影響考試的舉行。例如，大規模考試為了防堵作弊，通常不讓考生在原校就考，但在不可能另撥經費建造考場的情況下，仍舊得仰賴學校提供大量考場。如果一個地方沒有足夠的學校，學生往往就在原校就考，在熟悉的環境享受主場優勢，甚至發生老師協助作弊等醜聞。

此外，照理來說，各校的考生名單應該由中央政府統一管理，但無力建立管理機制的政府只好交由學校來處理報考業務。有些學校因而私下篩選成績好的學生參加考試。

不久，隨著 1937 年抗日戰爭的全面爆發，各省行政資源逐漸耗竭、多地交通中斷、學生四散，集中考試變得難以辦理，改以「抽考」部分學生作為學校整體畢業標準指標，甚至讓學校自行辦理會考，政府僅派代表監臨。

自此，會考可說名存實亡。雖曾短暫於 1957 年在臺灣復辦，將國文、史地、三民主義的會考成績與聯考合併計算，試圖鼓勵學生重視中華民族主義的相關知識。但會考與聯考的標準無法整合，在各方反對之下，僅一年時間便告終，結束近 20 年的政府與學校角力之爭。

為了什麼而考？不同治理方法中有不同目的

徐兆安出生於英國殖民時代末期的香港，身處的教育制度仍然相對寬鬆，通常上午 8 點半上課、下午 4 點即放學，在升學上並未經歷臺灣式的考試高壓。來臺求學與就業的過程中，他逐漸體會臺灣教育與升學考試之間緊密的關係，印象最深刻的是補習班門口榜單滿掛的盛況！

如今在臺灣結婚生子的徐兆安，開始想像女兒長大後必經的升學考試歷程，研究近代中國考試制度，有助了解臺灣過去 70 多年的考試發展脈絡，讓他更認識臺灣親友的生長背景。

徐兆安想深入探討的是：「廢了科舉以後，為什麼我們現在還這麼相信考試？中間發生什麼事？作為一個歷史學家，我覺得現有的解釋還不完整，跳過很多具體的事件。」

我們需要了解細節，以避免誤解的延續。今日我們在臺灣所共同面對的升學體制，並不是直接延續自科舉的產物。對歷史的誤解，會讓我們無法確切把握教育問題的病源。

事實上，在科舉與現代考試之間還有一段歷史需要填補。校外中央化考試的立意不僅是監督學校的辦學成效，更隱含執政者對學生的高度不信任。尤其在五四運動後，一連串的學運讓學生被視為動搖社會秩序者，因而以考試制衡學校、也間接淘汰反抗的學生。

國民政府遷臺後，1949 年起在臺灣實施長達 38 年又 56 天的戒嚴令，也連帶改變過去制衡學校與淘汰學生的作法，轉而讓學校成為吸納大批學生、管控社會秩序的幫手。考試的目的之一遂變成把學生依照分數高低分發至不同學校予以教導。

目前徐兆安正著手進行科舉與近代考試制度的研究出版計畫，他認為近代史的研究難題在於材料「既多又少」。所謂「多」是指，各種出版與轉引的材料往往多到難以處理。所謂「少」則是指，特定材料宛如試金石，讓研究者理解眾多一般材料背後的真正意義，但這些關鍵材料卻相當稀少，且分散在兩岸以至歐美的各個機構中。

徐兆安生動比喻自己的研究過程：「就像跳探戈一樣，周旋在多與少之間，這是近代史學者比古代史學者更困難的地方。」

即使困難重重，近代史學者仍持續蒐集並解讀每筆文獻，修正對過往事件的刻板印象，讓歷史盡可能以貼近事實的方式呈現，我們因而能更明白自己承續的故事和當下的處境。

說到世界上最悲傷的生物，實在不能不提全身粉嫩、整隻軟趴趴，表情還超喪的水滴魚（Blobfish）。

世界上最憂傷的魚

軟隱棘杜父魚（Psychrolutes marcidus），俗稱水滴魚、憂傷魚，是一種棲息在澳洲塔斯馬尼亞島和紐西蘭附近、水深 600-1200 公尺處的深海魚。1983 年，研究船在紐西蘭發現了第一隻水滴魚。但深海魚不易觀察，僅靠海底拖網中的樣本數實在很難增加生物學家對牠們的了解。

即使如此，這個粉紅色、肉嘟嘟的塌鼻子怪魚，很快就吸引了大眾目光，並因其奇特的悲傷外貌獲選為「世上最醜」生物。各種水滴魚的迷因、鑰匙圈和絨毛娃娃充斥在我們生活週遭。人們特別喜歡牠悶悶不樂的表情，覺得牠完美體現了我們的日常情緒。

然而，水滴魚並不是天生就長這樣——牠的「苦」是後天造成的。

都是急速減壓惹的禍

生長在深海中的水滴魚，必須承受比我們大 100 倍以上的水壓。為了適應環境，牠們的骨頭很軟，而且只有少量肌肉。 當水滴魚被托網捕獲並帶到水面時，快速減少的水壓會使其身體膨脹，而牠凝膠狀的組織，則會因無法保持原本的結構而塌陷，變成了我們大眾印象中扁塌的樣子。

沒錯！人類著迷的那個「悶悶不樂的水滴魚」，其實是死於內臟爆裂的腫脹魚屍。

水滴魚的深海日常

活在深水下的水滴魚，其實看起來十分普通。牠的體長通常不超過 30 公分，重量不到 2 公斤。

就像許多深海魚一樣，水滴魚沒有魚鰾這類可以控制浮力的氣囊式器官，如果牠們想要自由地在海床移動，就得仰賴密度小於水的「膠狀脂肪體」。

換句話說，水滴魚就像浮在水中的「油」，牠們並不主動捕食，而是在深海中隨波逐流，吃下漂到嘴邊的各種東西。

比悲傷更悲傷的事

迄今為止，學界對水滴魚的了解仍然不多，目前只能推測牠們和其它深海魚一樣，有較長的壽命。至於其交配行為、幼魚樣貌、天敵以及群體數量，仍屬未知。

需要注意的是，在深海捕撈盛行的現在，水滴魚可能正瀕臨滅絕危機。

尤其在動物保育的議題上，可愛上相的物種總是搶盡風頭，長得醜的就幾乎沒人討論。以無脊椎動物為例，雖然佔了所有生物的 79%，卻因外貌不討喜，而僅出現在 11% 探討動物保育的文獻中。像水滴魚這種「醜」的動物，別說是保護了，連相關研究都特別稀少。

下回在保育的議題上，除了貓熊、北極熊這些代表動物外，別忘了還有這些默默無聞、同樣掙扎著生活在這顆星球上的居民們。

參考資料：

1. The blobfish: A bloated guide to the world’s ugliest animal (and what they really look like)
2. Behold the Blobfish – How a creature from the deep taught the world a lesson about the importance of being ugly