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。






 

107拖到108，課綱上路還要拖嗎？

 在開始談108課綱是否要上路前，我們先來看看一張圖，這張圖出自一篇觀點投書：

救救孩子，救救臺灣！停止108課綱

https://www.storm.mg/article/814024

 

圖源：https://www.storm.mg/article/814024

阿樹借用作者在文中的某段圖來回應他的論點，該老師認為這張圖能推論學生能力分布為M型，且學生能力一屆不如一屆。其實這樣的數據無法完整呈現作者論述，而是另外二件事：

1.     就算題目不難(課本習題為主)，不及格的低分群的數相對還是很多

2.     從最低分到最高分都有人，在教學上確實很麻煩。

所以實際上對於這些孩子來說，「如果教師的教學是一樣認真努力照顧到每個學生」，那造成這樣的現象就有可能學生是學習意願低下或是能力普遍低落所致。那麼，如果要改變這種情況，該怎麼做？

其實，這正是108課綱在「素養」面向所關心的事情。「學習」的目的為何？不就是要學到一些對未來的生活、事業或是人生有幫助的事嗎？那麼如果學習很偏重「任何的學科知識」，我想最大的用途，除了幫助你考上更好的學校、公職之外就沒了。以阿樹的專業地科來說，多數人在畢業後其實用不上地震的P波、S波是什麼，只需要知道地震的基本成因、和看到手機簡訊要怎麼做就好，多教到多學到的那些知識可能應該是要來自興趣、喜好或是更根本的好奇心。可現況並不是這樣，而是大家會傾向了解「怎麼樣考最高分」來面對課程內容，然後多數的人其實怎麼樣都不會考贏前面那群人，就乾脆念到一定程度就好，其它的也不想學了。這就是日本教育學者佐藤學所說「從學習逃走」的狀況，如果還是把「升學考試」作為教育的主軸與目標，我想換不換課綱其實沒什麼差，不換也好，也不要浪費大家時間金錢這樣好不好？

108課綱總綱中的「核心素養」所涉及的範圍太大，要用短文完全論述有點太冗長，在此以二個「具體內涵」項目來舉例：

B1的溝通與表達、B2的資訊與媒體素養，裡面涵蓋了我們在職場、生活上常需要用到的能力，不是單一個學科就能學全的東西，甚至即使到出了社會都還要學習，像是我在撰寫本文就得用上「收集與思辦資訊內容與來源、選用適合的圖表來表達論述」的能力。

但是，要怎麼把這些「教」給學生，在這邊也用自然科學的例子來說明，下表中以素養內涵的B1為例(每一科都可能會有其符合該學科領域的解釋方法)，其中分析、歸納、圖表應用等能力，不正就是不分文科理科的學生未來會用上的東西嗎？工作需不需要跟人溝通？不管對象是客戶、老闆、學生、業主……都是一樣需要用上這類的「素養」，事情才能更順利解決。換個素材來說，讓學生知道「為什麼生活上需要牛頓三大運動定律」、「定律的假設是什麼」，比起單純要求他們記住定律裡的公式，對未來的人生還可能有更多人被幫助到。

至此，忍不住還是要三小吐槽一下， 即使這個數據為真，它還是有很多的解釋限制。譬如這樣的「成績」是否足以對應學生真實的能力分布，我覺得還是挺保守的，即使該作者說明「題目大多以習題為主」，這樣的結論可能還是只適用在該現場，畢竟我們不明白學生組成與來源，用兩個班的學生成績推演到全國的學生能力表現、教改成功與否來說，可能還是有過度推論的疑慮。

另外再舉兩個相反例證，以107年國中教育會考來看，雖然資料有點粗略，但至少可以看出三個區間人數分布的差異，以三等級看分布大致也是鐘型單峰值的人數比例分布(基礎那段明顯很多人)。

來源：國中教育會考網站

至於學測，因為手邊的各級分資料只有圖檔，不太好繪圖，將表格的圖檔放在最後面的附錄；可以發現除了英文以外的其它科目，多半為具有不同偏態的鐘形曲線，應該是難易程度浮動所致，如果看整體的總級分的人數百分比分布，就能得到較明顯的常態分布曲線。

用excel將大考中心公布的資料重新繪製的人數百分比在各級分的分布長條圖

不過即使如此，這些資料可用於解釋教育改革是成功還失敗？其實很難，在學力上，或許像國中會考部分可以長期關心「待加強」人數是否逐年減少，但若是想知道有沒有培養出具有核心素養的人才，這種大型紙筆測驗即使融入素養導向試題，也還有一堆測不出的面向，因此看這些資料其實意義不大。

所以，擔憂108課綱上路的衝擊是「沒有道理」的嗎？不，阿樹也超級擔憂，因為長期的考試作為升學主要導向的習慣已成，大家都覺得很公平很方便。在這樣的思維下推行以素養為重點的課綱，若多數人不改變舊思維，那麼有改和沒改一樣。地科時數不少嗎？國中才1學分，高中還只有高一必修(指考也不考)，算是有考試的學科中時數最少的一科，但地科不重要嗎？能源、環保(空汙)、天然災害哪一個重大危機議題和地科無關？在這樣少的時數該傳遞給學生什麼知識、能力與態度呢？

阿樹這學年修了幾堂科教所的課程，也觀察了許多身邊老師，不論教導的學生學齡、程度，都存在一些可以改變現狀的教學方式，以自然科或地科領域來說，許多熱血老師成立了教學社群相互交流精進，探究新的教學方法與素材；同時教科書的編寫工作，也有些認識的老師早在草案正在送審時已開始著手，否則當然是來不及上路的。個人頗為敬佩這些走在前頭的老師，當然也相信部分害怕改變的老師有其為學生好的理由(譬如變動太大學生無法適從)，大家在心中的出發點多少都是好意，但能否能以多一點理解取代抵制呢？聖人無常師，互相學習本來就是基本道理的，或許，參考以下延伸閱讀、深入了解各科領綱的內涵與用意，能做出更深入的討論。

延伸閱讀：

教育大師佐藤學：真正的教育是所有人一起學習

108課綱「探究與實作」怎麼考？ 知識導向vs.素養導向命題

圖解你該知道的十二年國教(書藉，博客來連結)

從小到大，我們科學教育最缺乏的就是科學精神……

聽見教學現場的聲音(龍騰文化)

附錄：107學測各科各級分人數百分比