關於科博館特展「早期的地球」教案延伸

阿樹說在前面：
由於我沒有受過教程訓練，可能會有老師覺得這套內容很難真正套用在課堂上。所以，或許本文也可以當作是我對科博館「早期的地球」特展的心得來看看。而我真心覺得用這樣的題材傳達一些關於地球科學研究的本質，是很有意思的事！(只是這些文字原本就是報告，當科普文來看，似乎有點無趣了，還請見諒)

另外本文有三堂課程，每堂其實都占了兩小時(所以如果是一次只有一堂，就變六堂課了)，而評量時間也要另計(其實這也說明要理想化的教到想教的，真的很花時間)

對了，「早期的地球」特展只到今年(2019)的5/26，要去要快哦！

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課程主題：早期的地球(前寒武時期)


課程對象：至少高一以上(因為高一會有部分的基礎地科學習內容涉及此主題)，但因本教案部分會運用國立自然科學博物館「早期的地球」特展內容。難度涵蓋由淺至深，部分較深的內容，適合的對像為大學生(通識課或開放外系之基礎課程)。

國立自然科學博物館，「早期的地球」特展，可供參考之素材：http://pscloud.nmns.edu.tw/Uploads/content/knowledge/news08/index8.html

特展介紹：
http://web2.nmns.edu.tw/Exhibits/107/TheEarlyEarth/index.html

課程目標：

1. 藉由課本(高一基礎地科的首章節)講述或是科博館特展(有線上資源可參考)，讓學生了解地質學家所認為的地球早期樣貌，以及地質家是如何利用科學工具提出各種地球早期環境的理論，並進一步針對研究方法、地質學的理論與定律的介紹。在說明各種方法定出地質年代的分界時，可能會衍生的爭議等等。
2. 在上述的課程實驗中，融入「科學研究方法的多元性」、「理論與定律的差異」、「某些科學結果可能是來自科學研究或科學家的高度共識」、「教科書上的科學也是可能隨新的證據有改變的」四項科學本質。

課程花費時間與流程： 
共六個小時，分成三堂課實施，每堂約二小時
(或是考量中途的下課，調整為100分鐘*3)




詳細流程如下
 第一堂課，預計講述地球與環境演化的過程，從46億年前地球初形成到寒武紀大爆發，其內容(依序)包括：

1. 簡述各種地球的歷史，地質年代表的訂定原則(指準化石的發現、關鍵證據會影響年代的位置)(約花10分鐘時間講述) 
2. 融入科學本質的活動：動物拼圖(見最後的附錄)。實施過程簡述：先將班上同學分組，接著將附錄中三種動物的拼圖都混入一個黑箱中，規定同學每次只能拿出3片，請同學記錄每次取出拼圖片後，可辨認出的動物種類，若要增加難度老師可預先取出「關鍵拼圖片」(就是只靠一片即可辨認出動物的拼圖片。可比賽誰先找齊三種動物，而最後需請同學回憶為何可以辨認出動物。藉由此帶到「地層、化石可能有缺失或是不易蒐集證據」而影響我們的觀察和推論。(此部分約占50分鐘)
3. 地球科學的限制(從上述的地層層序與化石的缺失、證據的難蒐集，帶到時間不確定性、內外營力的複雜影響，可以中生代-新生代間大滅絕的幾項爭議作為例子)
4. 地質證據的運用與科學方法特性(可以年輪、牡蠣殼的紋路推斷氣候的方式，說明如何得知古氣候資料)
5. 定年法(包括放射性定年、疊置定律、截切定律)，說明地球科學為何還是能算得上科學(後三項，即3.4.5.約占1小時)

第二堂課，預計移地教學(國立自然科學博物館「早期的地球」特展)或於課堂上講述相關內容，並附上學習單如附件所示，講述內容應包括以下(實際可依時間講更多)：

1. 地球的年齡與岩石年齡的訂定方式，並說明太古宙最早年代從38億年前修正到40億年的結果。最好包括隕石年齡、不同隕石分類與月球的成因推論等。
2. 地球的最早礦物是44億年前形成、但最早岩石是40億年前的部分。這邊可以強調那個礦物已經是從母岩二次沉積的產物，因而無法知道以前的岩石組成。
3. 說明為什麼發現疊層石和鐵礦為何可以說明氧氣出現了。
4. 請學生回憶上一堂課的科學本質活動，接著以此說明各種地球歷史的推知是由哪些證據綜合得知的，並且說明無法以科學直接求證法得到過去真正的科學事實，只能仰賴大量間接證據是地球科學研究的特色之一。
5. 其它的部分由於難度甚高，和科學本，建議依受眾程度(高中生、非本科系大學生、本科系大學生)調整上課的時間與內容的量。

第三堂課，預計進行講述與課堂內討論，共分五階段：

1. 1. 先請同學在紙上畫出「想像中的前寒武紀海洋」，並嘗試說明當時若有生命的生命型式是如何(10分鐘)。
2. 接著分組討論出自己認為最合理的圖像，並畫在老師提供該組的白板或海報上，並想一套解釋。(20分鐘)上台講述該組成果，說明為什麼會這樣想(共20分鐘)
3. 老師以「寒武紀大暴發」、「埃迪卡拉生物群」的化石發現，引發學生思考「為什麼以前沒有化石」、「沒有化石會不會等於沒有生物」(20分鐘)
4. 修改海報圖(10分鐘)
5. 報告海報圖的修改原因(20分鐘)，發下第三份學習單

針對科學本質的評量與學習單

說明：本評量與學習單設計僅限於「科學本質」的評量目標

第一堂課後的評量：
1. 地質學中的兩個定律「疊置定律」、「截切關係定律」，為什麼是定律，而不是「學說(理論)」呢？(單一選擇題，2分)
(A)定律的重要性比較高，學說常被改變而不重要
(B)定律可以透過實驗得到，學說則無法以實驗說明
(C)定律主要描述自然規律，學說常被用來說明原因*(正答)
(D)定律無法利用科學驗證，學說則可以用科學驗證
評量目標：理論與定律的差異

2. (開放式問答)課堂中老師說明了要用很多證據才能探究恐龍滅絕的原因。同樣的方式，板塊構造學說(包括從大陸漂移、海底擴張的相關論述)中，有哪些關鍵的證據幫助了科學家描述現象，並且說明為什麼這個證據有解釋的能力？請至少舉出二項。
參考答案：舉出合理的例證即可，譬如「化石紀錄說明大陸曾連一起」、「班尼奧夫帶的證據可以用來說明板塊有隱沒的現象」、「海洋鑽探說明海底有擴張」…即可

評分規準：
3分：正確舉出兩個以上現象並完全合理說明他們為證據的原因。
2分：有一項是正確且合理為證據的原因，其它項的說明不完整。
1分：不管幾項，僅說明證據並沒有說明為什麼為證據，或者說錯它們為何為證據。
0分：無作答、連證據本身的描述都錯誤。
評量目標：科學研究方法的多元性

搭配第二堂課的學習單(上課前或看特展前發給同學)：
1. 根據特展所述，地球年齡是46億年左右的說法，是以什麼方式訂定出來的？你覺得這樣的說法為什麼可以說服多數科學家？(2分)
(這題似乎沒有標準答案，主要也是在用來觀察學生的形成解釋的方式是否合理)
評量目標：教科書上的科學也是可能隨新的證據有改變的、某些科學結果可能是來自科學研究或科學家的高度共識

2. 為什麼發現最早的礦物於44億年形成，不能說那時即有地殼或陸地？只能以40億年前形成的石頭作為證據？(2分)
(A)由於44億年和40億年間的結果具有誤差
(B)礦物的定年結果較岩石的定年結果不可信任
(C)鈾鉛定年並沒有辦法得到絕對年代，只知相對年代
(D)由於礦物已有被風化痕跡，無法得知原始岩石組成與成因*(正答)
評量目標：教科書上的科學也是可能隨新的證據有改變的

3. 舉出某個古地質事件的證據來由，如：用現生疊層石和化石比對與定年推測38億年的特色。(因為展場的資訊量較為豐富，可在學習單上增加舉例的數量)
評量目標：科學研究方法的多元性

第三堂課後評量(另規畫時間評量)：

1. 說明「定律」和「學說(理論)」的差異。(2分)
評分規準：只有能否正確描述(有or沒有)
評量目標：理論與定律的差異(經過後兩堂課授課結果，可以第一堂評量比較)

2. 說明地球科學研究的特色與限制，可以上課提及的研究方法、定律來說明。(4分)
評分規準：合理敘述特色或限制才得4分，只敘述一項僅2分。
評量目標：科學研究方法的多元性

3. (1)藉由本系列課程內容思考一下，「全球暖化」會容易被質疑，可能會是什麼原因？(2分)
(2)那他們的質疑比較有道理，還是暖化的論述比較有道理呢？而又是為什麼呢？(2分)
關於評分部分，這兩小題目前想法應該是著重於論述是否合理、能否思考科學家回應論述質疑時的方式是否科學，規準只有0分或2分，是否有嘗試作出合理論述，目前未想出1分的狀況。
評量目標：某些科學結果可能是來自科學研究或科學家的高度共識

附錄：動物拼圖(第一堂課的活動用)
將下圖的三張動物剪下後，全部混在同一個黑箱中供抽取，故學生可能會被混淆、難以辨認動物，也可將關鍵圖板抽出增加難度，以類比地層缺失的狀況讓學生理解。