交通工具大冒險：讓世界前進的科學實驗

第三堂課(節錄)
飛行世紀～動力飛行

吳老師問同學：「人類為什麼不能用雙手拍翅飛行？」

夢翔說：「人體最強壯的肌肉，不是手臂而是在大腿部位。但人的體重過重，加上手臂肌肉力量不足，所以雙手拍翅飛行僅存在神話之中，實際嘗試會因力量不足而失敗。」

小慧說：「信天翁等大型鳥類，起飛時站在懸崖旁，伸展雙翼接受海風吹拂起飛，並不是費勁力氣拍翅起飛！所以人類飛行不應該模仿小型鳥類拍翅飛行，而是要模仿大型鳥類展翅翱翔。」

小瑜說：「鳥的雙翼同時具備拍翅作為推進的動力，伸展雙翼提供飛行所需的升力。人類擁有製造發明的能力，不需要完全模仿鳥兒的飛行方式！」

老師說：「我們在這一章〈飛行世紀∼動力飛行〉要探討人類學習飛行過程經歷的故事。」

輕於空氣的飛行器
夢翔提問說：「十八至十九世紀人們，是如何利用當時的科技開發出飛行器？」

吳老師說：「當時是蒸汽機時代。在1763∼1775年間，瓦特（James Watt）受波爾頓支持下，改良蒸汽機（Boulton and Watt steam engine），讓蒸汽機有效率節省燃料。但蒸汽機要添加笨重的水與煤炭，經過長時間燃燒才能產生蒸氣。蒸汽機可裝在輪船、火車，但不適合裝在輕巧的飛機作為動力來源。」

夢翔說：「那就不要裝在飛機上，改為裝在巨大的氣球上不就好了！」

吳老師說：「1852年法國亨利‧吉法爾（Henri Giffard）在充滿氫氣的飛船上，裝設蒸汽動力發動機推動螺旋槳旋轉，讓飛船緩慢前進。」

夢翔說：「氣球應該是球體？為什麼會變成橄欖球外型？」

小慧說：「橄欖球的外型，是為了減空氣阻力，老師在前面的課程有講過！」

小瑜說：「氫氣是世界上最輕氣體，而且與氧氣混合後極易燃燒？與蒸汽機在一起，會不會有燃燒爆炸的危險？」

吳老師解釋說：「氣球與飛船（airship）擁有巨大氣囊。裝有比空氣輕的氣體，例如：熱空氣或是氫氣、氦氣，依靠著浮力升空。原理就像浮力能使木頭浮在水面。而鳥及飛機需要不斷地前進，利用氣流通過翅膀或機翼產生的升力來飛行。」

吳老師說：「同學準備一下，報告氣球或飛船歷史故事。」

小慧說：「我要先報告，在法國誕生的熱氣球故事。」

「拿破崙稱帝前，最後一個法國皇帝路易十六還在位的1783年，法國造紙商孟格菲兄弟（Montgolfier Brothers），以棉布與紙製作熱氣球。接著當著國王、王后及巴黎市民面前，從凡爾賽宮升空表演。這巨大熱氣球飛行時，還乘載著鴨子、羊及象徵法國的公雞飛行。」

小瑜說：「孟格菲兄弟的熱氣球，是依靠地面爐火產生熱空氣上升，等到氣球上升之後就很難受到爐火加熱，所以肯定無法飛得高又遠。」

夢翔說：「孟格菲兄弟是第一家利用空中廣告的廠商，讓每個法國人都知道他們家賣的紙張！」

小瑜說：「孟格菲兄弟進行熱氣球載人飛行。但這對於法國的科學界，可說是相當難堪，升空飛行壯舉居然被賣紙的商人給搶先奪走了。化學課本裡給呂薩克‧查理定律的查理（Chavles），在同年的年底，用鐵屑與硫酸所產生氫氣，灌注在不透氣的橡膠綢布內，製作出巨大的氫氣球。」

小瑜補充說：「我們知道同體積氫氣遠比熱空氣的密度更小，這代表氫氣的浮力更大。這氫氣球還升空到達3000公尺高空，並載著科學家測量氣壓、溫度與溼度等科學數據。」

夢翔說：「我知道熱氣球加熱會上升，不加熱逐漸冷卻後就會下降，那氫氣球要如何控制上升與下降？」

小瑜說：「投下沙包減輕重量氣球就會上升，放出氫氣損失浮力，氣球就會下降高度。」

小慧說：「我看過Netflix電影《熱氣球飛行家》(The Aeronauts)，由女飛行員艾蜜莉‧芮恩，科學家詹姆士‧葛萊舍真實故事改編的氫氣球飛行冒險故事。」

吳老師說：「小瑜、小慧的氣球故事很精彩，那夢翔，你想要講什麼故事？」

夢翔說：「氣球沒有動力隨著風飄動，僅能控制升降。但是飛船擁有動力能夠控制航向。」

「飛船還擁有飛機沒有的優點，就算引擎故障，飛船也不會像飛機一樣墜落，因為飛船擁有巨大浮力，能夠載送沉重貨物長時間飛行，甚至可以垂直起降到達沒有機場的偏遠地方，例如北極浮冰或赤道雨林的樹梢上。」

第三堂課(節錄)
飛行世紀～動力飛行

吳老師問同學：「人類為什麼不能用雙手拍翅飛行？」

夢翔說：「人體最強壯的肌肉，不是手臂而是在大腿部位。但人的體重過重，加上手臂肌肉力量不足，所以雙手拍翅飛行僅存在神話之中，實際嘗試會因力量不足而失敗。」

小慧說：「信天翁等大型鳥類，起飛時站在懸崖旁，伸展雙翼接受海風吹拂起飛，並不是費勁力氣拍翅起飛！所以人類飛行不應該模仿小型鳥類拍翅飛行，而是要模仿大型鳥類展翅翱翔。」

小瑜說：「鳥的雙翼同時具備拍翅作為推進的動力，伸展雙翼提供飛行所需的升力。人類擁有製造發明的能...

在「學習伊甸園」裡思辨世界的運作
不知道從幾歲起，小孩子開始逐漸失去好奇心，不再詢問「為什麼？」也沒有心思閱讀課外書籍。我擔心這與必須花大量時間精熟的分科課程是否有關？表面上教材分門別類並歸納整理，經過課綱審定，專家名師編寫。但是學生卻不曉得，為什麼需要知道這些無聊的教材內容？

我認為知識不該畫上不同科目邊界，僅僅為方便劃定授課時間與考試範圍。相反地基本知識是不分科目，能在不同領域皆用得到，才能稱得上重要基本概念。教育宗旨應該是讓學生學會，能夠在不同場域將「基本知識」靈活運用，並分析解決問題！ 我發現雖然受過教育，部分同學不習慣理性的思考，仍用感性來面對這個世界的運作，所以想要撰寫這本書。

電視上記者訪問民眾香雞排漲10元的感受，卻不從雞隻玉米飼料價、航運油價、房價租金分析漲價。面對行動運算、人工智慧等新興科技，僅報導大量科技術語，卻不探究過去科技是如何被發明的？2025年諾貝爾經濟學獎，就從歷史視角，揭示經濟成長不能僅有科學發展，技術基礎與創新開放環境，三者是同樣重要。

所以本書不從自然、社會作分類，不談枯燥理論。而從輪軸、飛行以及航海議題，討論創新發明科學史、車、船、飛機等主題講故事，與主題相關的議題如：利益與法令衝突、公關媒體與行銷、地理大發現、植物與材料，都是課堂中可以與同學們盡情討論的話題。當遇到問題需要知識解決時，才會適時提及原理。當然動手實作專題更是本書重點。有限的篇幅內，如何饒富趣味地陳述這些跨領域，又彼此相互關聯的知識呢？

本書運用許多名著採用的敘事技巧，就是「對話與講故事」。在文字創造前的人類，就是透過講故事紀錄文明。藉由師生「提出有意義的問題」、「同學彼此討論」與「上台報告」，是想改變目前教育現況，老師單向授課的窘境。

部分讀者習慣的媒介，已經不是閱讀冗長文字，而是看到圖片後才能想像，筆者自己就是視覺導向思考者。許多圖片是師生間對話框，是模仿漫畫或社群軟體風格，目的是能幫助快速瀏覽文本。利用圖文書的形式來拓展讀者，希望能從小學、中學、大學生，到繁忙的成年人或家長，都是本書的讀者群。

最後，在所有故事設定裡，都需要不同人物角色與場景出現。設定場景發生在「明白實驗中學」裡，筆者化身為吳老師講授「科學與工程」，而夢翔、小慧、小瑜幾位學生，則是歷年所教授優秀學生或實習老師的化身。期望本書描繪的理想「學習伊甸園」，有一天能夠成為真實的授課環境。

在「學習伊甸園」裡思辨世界的運作
不知道從幾歲起，小孩子開始逐漸失去好奇心，不再詢問「為什麼？」也沒有心思閱讀課外書籍。我擔心這與必須花大量時間精熟的分科課程是否有關？表面上教材分門別類並歸納整理，經過課綱審定，專家名師編寫。但是學生卻不曉得，為什麼需要知道這些無聊的教材內容？

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推薦序一
推薦序二
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跨越崎嶇的路面
車輪與地面摩擦力
煞車回收能源
妨礙科技進步的法規
線控電動車製作

第二堂課 沒有動力為何能飛？
蘋果為何掉下來？
機翼升力與阻力
滑翔的基本原理
飛機的安定與操控
手擲滑翔機的製作與試飛

第三堂課 飛行世紀～動力飛行
輕於空氣的飛行器
竹蜻蜓的前世今生
動力飛行的夢想
萊特與蘭利飛行競爭
製作橡筋動力直升機

第四堂課 征服海洋的船舶
帆船的小故事
大航海時代∼地理大發現！
測量地球的尺寸

第五堂課 成果發表
從明輪到螺旋槳
噗噗蒸汽船
探測海洋的船

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