高中全球变迁与环境发展教学模组设计-圣婴现象

1、高中全球變遷與環境發展教學模組設計聖嬰現象周家祥 台北市立第一女子高級中學, Taipei Municipal First Girls Senior High School、萬義昞 台北市立麗山高級中學, Taipei Municipal Li Shan Senior High SchoolChia-Hsiang Chou1, Yi-Bing Wan2摘要本研究的目的是發展高中聖嬰現象的教學模組。屬於全球變遷議題之一的聖嬰現象，因具備新聞性與豐富的觀測數據，使其成為良好的全球變遷教學提材。本教學模組的設計，考量了全球變遷及聖嬰現象的環境議題特性，期望在基本概念、科學過程技能、科學與技術及社會連

2、結 (S-T-S)、以及環境素養等多重面向中，學生都能對此議題有所體會與成長，並進而對其它全球變遷議題也能具備適當的態度與關注。本教學模組可融入高中地球科學課程中實施，教學時數為四小時。教學設計可粗分為二大部分：一、 利用大量彩色圖表的呈現，將聖嬰現象予以具像化，引導學生認識其各面向的特性；搭配分析資料的分組討論活動，使學生建構並深化認知，以達到概念的建立與科學過程技能的培養。二、 進行具備S-T-S特色、生動有趣的聖嬰地球高峰會活動。透過不同角色的扮演，學生有機會深入探究此議題與環境及社會的關係，從而激發對議題的關切，並產生自己的觀點與行動意願。配合教學設計，本模組同時開發了學生讀本、三段附

3、詳細使用說明的教學簡報檔、二份分組活動學習單，以及一份學生個人學習歷程記錄單，並配合設置學習網頁，提供師生完整的教學支援。本研究係由教育部專案補助，屬於國立台灣大學地質科學系羅清華與王執明教授主持之高中環境教育研究計畫的一部分，模組開發期間已歷經指導教授與多位高中教師多次之討論與審查。為了實證本模組的效果，本研究已於九十一學年度第一學期於高二的兩個班級中實施實驗教學，由研究者親任授課，並配合實施概念前後測及活動學習單回收分析。初步的分析顯示本模組的教學普受學生肯定，學生科學概念方面也有顯著的成長；由教學過程與學生反應亦得知，為了達到更好的效果，未來本模組應酌量延長教學時數，俾利學生的概念學習與

4、環境素養的啟發。The Teaching Module Design of Global Transformation and Environmental Development for Senior High School StudentsENSOABSTRACTThe purpose of this study is to develop a teaching module, based on the subject of ENSO for senior high school students. By making use of the instruction, we expect th

5、e students also make progress in essential concept、scientific processing skills, Science-Technology-Society (S-T-S) and environmental literacy, and more consideration for environmental issues.The design of the module is suitable for four hours. In the instruction process, we utilized lots of colorfu

6、l pictures and statistical graphs to assist the explanation and make the teaching more concretized. The interaction between the students makes the learning more effective. In the last period of the module, a simulative global summit of ENSO is held for all students. Its a S-T-S activity. Students ca

7、n play different roles for the purpose of deeply thinking over the various environmental and societal issues caused by ENSO.The Education Administration subsidizes the development of this teaching module, which is part of the senior high school Environment Education Research conducted by Prof. Lo an

8、d Wang. To prove the effect of the module, the designer conducted the experimental instruction in Jan, 2003. The teaching objects were two classes of senior high students. At the same time, the tests for pre-teaching and post-teaching had been taken and activities sheets had been analyzed. The resul

9、t exhibits：(1) the module was confirmed by the students；(2) students scientific concepts had remarkable progressed after the instruction. But in the process of the instruction, the students response indicated that the teaching time should be appropriately extended in order to reach a better impressi

10、on for concept learning and environmental literacy inspired.緒論本研究係由教育部專案補助，屬於國立台灣大學地質科學系羅清華與王執明教授主持之高中環境教育研究計畫的一部分。全球變遷在當今諸多的環境議題中，可說是最複雜、牽涉最多，也最不易解清的議題，卻也是地球村現代公民所必須具備的基本概念，而在即將實施的高中地球與環境課程中無疑也將會是重要內容。如何在教學活動中融入此議題，使學生不僅認識全球變遷的特性，還能關切全球變遷與人類未來的密切關係，進而在面對相關議題時能有自己的觀點與行動？實在是一項很大的挑戰！近來熱帶太平洋地區的聖嬰現象，在全球

11、媒體持續報導下廣受世人矚目，雖然它只是全球變遷諸多議題中的一項，但由於具有高度的新聞性，造成的現象較為明顯可觀察，現有的觀測數據亦相當豐富，因而無論是在引起學習動機與概念理解上都較易付諸實際的教學活動；而在解釋聖嬰現象時必然會使用的大量數據與圖表，更是培養學生科學方法與科學過程技能的絕佳材料。本研究的目的就是發展高中階段聖嬰現象的教學模組。本教學模組的設計，考量了全球變遷及聖嬰現象的環境議題特性，期望在基本概念、科學過程技能、科學與技術及社會連結 (S-T-S)、以及環境素養等多重面向中，學生都能對聖嬰現象有所體會與成長，並進而發揮見微知著、舉一反三的功效，對其它全球變遷議題也能具備適當的基本

12、態度與關注。本教學模組的開發，除了教材統整、概念發展等先期工作，以及正式的教案編製之外，並同時製作配合教學活動的圖表、簡報檔、學生讀本、活動學習單、單學習網頁等等，提供師生完整的教學支援，使教師能夠立即上手運用，這是本模組的一大特色。本模組開發期間歷經指導教授與多位高中教師多次之討論與審查，俾集思廣益，使模組設計更臻可行。為了實證本模組的效果，尚於實際高中班級中實施實驗教學，並配合實施概念前後測及活動學習單回收分析，以作為進一步改進與修訂的參考。教材統整與概念發展聖嬰現象此一主題與高中地球科學課程內容的關聯性最高。在現行高一基礎地球科學課程大綱中即明列有海氣間的水文循環主題，有關的海洋及大氣主

13、題散見高一至高三課程中，故此一主題可順利融入高中地球科學課程中實施。此外，高中物理及生物課程亦有一些相關內容。衡諸聖嬰現象此一主題的內容，在概念方面可分為以下數個概念群：一、 歷史由來：名詞的緣由及最初的觀察經驗。二、 基本現象：各時期的海氣狀況。三、 建立理論模型：以基本現象為依據建立的海氣結構與環流模型。四、 對環境及社會的衝擊：包括直接與間接的影響。五、 研究、監測、預報與對策：人類面對此議題時不同面向的回應。上述不同層面的概念將透過教學設計，使學生能有效建構概念，並進而產生環境意識與行動意願。設計理念、教學目標與教學流程由於聖嬰現象牽涉到的現象是大區域長期的變化，需要藉各種統計圖表予以

14、呈現並具像化，才不致於淪為描述性的簡介而失去科學課程的特色，因此在概念學習方面，本模組將傳統課堂的講授方式加以改良，將大量彩色圖表以電腦簡報檔的方式呈現，俾利教學時可以深入解讀圖表。由於不少圖表需要相互對比，甚至是以距平圖的形式出現，學生需解讀並綜合分析圖表中的諸多資訊，為了深化概念學習，乃輔以學生讀本與學習網頁作為學生課後準備的材料，並透過分析資料的分組討論活動，讓學生有機會運用所學實地解讀複雜資訊。在概念建構的同時，科學方法與科學過程技能的訓練亦一併達成。在概念學習之後，本模組還期望能進一步激發學生對此一主題及其它環境議題的關注，並進而產生個人的觀點與行動意願，故勢必要有進一步的教學設計。

15、本模組引用科學與技術及社會連結 (S-T-S)理念設計角色扮演活動，學生在活動中有機會深入探究此議題與環境及社會的關係，並關切到環境及社會中不同族群的需求，設身處地的體會將較容易產生意識與意願。由以上設計理念，本模組設定教學目標如下：一、主要概念部分：1-1、認識聖嬰與反聖嬰現象的原理。1-2、瞭解聖嬰與反聖嬰現象出現時的海氣變化概況。1-3、從聖嬰現象認識海洋與大氣之間的循環與交互作用。1-4、瞭解聖嬰現象對社會及人類生活可能造成的影響。二、科學過程技能部分：2-1、學習讀取較複雜的科學圖表如距平值圖等。2-2、學習從科學數據與圖表中擷取有用的資訊。2-3、學習運用圖表呈現並解釋科學現象。三

16、、科學技術社會連結部分：3-1、認識監測海洋與大氣變化的相關技術。3-2、瞭解人類對於自然現象的探究有助於趨吉避凶。3-3、學習運用科學研究的成果在各層面作適當的決策。四、環境素養方面：4-1、覺察聖嬰現象是全球變遷中的一個重要課題。4-2、覺察聖嬰現象影響世界上許多地方的環境與人們的生活。4-3、覺察自然環境變遷的規模之大，遠非人類能力所能完全掌控。4-4、覺察人類面對環境變化所帶來的衝擊，可以採取適當的因應對策。遵循上述教學理念與教學目標，教學流程設計如下：一、 聖嬰的由來與性質：以圖表教學為主軸。二、 反聖嬰的性質：運用前一主題所學，以分組討論的方式分析反聖嬰圖表。三、 聖嬰與反聖嬰時期

17、的海氣循環：延續前一主題的方式嘗試建立理論模型。四、 聖嬰對環境的影響：以圖表及資料呈現出聖嬰對環境及社會經濟的影響。五、 聖嬰事件的回溯與預測：介紹對聖嬰現象的科學研究成果與未來展望。六、 面對聖嬰的決策：以S-T-S活動引發學生的對議題的深入關注與意識。全部教學預設於200分鐘（四節課）內完成。詳細教案及各項相關教學資源請參閱附錄。實驗教學為了實證本模組的效果，本研究已於九十一學年度第一學期期末，於高二的兩個班級中實施實驗教學，由研究者親任授課，並配合實施概念前後測及活動學習單回收分析。實施實驗教學的班級是選修地球科學課的社會組班，共計68人，全部均為女生，數學與地球科學課是學生僅有的科學

18、課程，研究者本來就擔任該兩班的地球科學教師。實驗教學並未設立對照組。教學成效的評估方面，本研究初期僅分析學生的基本概念學習與學習成效自評。針對基本概念設計的前後測試題共計各17題，均以雙向細目分析表針對教學目標製作，難易程度設定以偏簡易為主。兩份試題題目完全一樣，僅在題號與選項順序上加以調動，以避免受試學生記誦答案。前測是在教學開始前一小時實施，後測是在教學結束一週後實施，測驗時間均以學生能答完全部試題為原則。前後測均係以每題一分計分。以學生該學期之地球科學學期成績作為外部效標，求得後測資料的相關係數達於0.56，為中度正相關，表示試題的效標效度屬尚可。比較概念前後測資料，學生的平均成績由9.

19、7分進步為14.0分，並經過t檢定認定此進步確為顯著（*P.05）。逐題選項分析，17題中有12題的答對人數增加超過10人，有8題超過20人。顯示學生在基本概念的學習上有一定的成效。學生學習成效自評的分析方面，本研究採用個人學習歷程檔案的面貌呈現自評表，共計15項評量項目，以完全不符合、符合少部分、 符合一半、符合大部分、完全符合五程度供學生勾選，內容涵蓋概念學習、科學過程技能及學習經驗三方面，其後並要求學生寫下學習心得或建議。施測時間在教學結束後隨即實施。15項評量項目採等距五等第計分，從完全不符合至完全符合五程度分別給予1至5分。以平均數分析，學生對學習成效的自我評量均偏向於正向，其中有1

20、0項介於4至5分之間，5項介於3至4分之間。逐項分析顯示學生對深入概念的學習成效較沒有把握，但對學習經驗的評價普遍很高。各項分析資料詳如下表。表一學生自評逐項分析項目自 評 內 容平均標準差概念學習1我能說出什麼是聖嬰與反聖嬰現象3.970.702我能說出聖嬰主要發生區域在平常時的海氣狀況3.890.613我能說出聖嬰與反聖嬰時期在主要發生區域的海氣狀況3.830.704由聖嬰的學習，我能理解海洋與大氣之間有複雜的交互作用，往往很難分割4.460.655我能由聖嬰時期海氣狀況的變化，簡單推論出主要發生區域海陸環境與生態受到的衝擊4.110.576我能理解全球各地氣候變異有許多影響因素，聖嬰未必

21、是其中最重要的一個4.310.857我能解釋以SOI對聖嬰預警的原理3.180.768我能理解人們面對環境變化，可以採取一些措施因應，甚至還能趨吉避凶4.490.65科學過程技能9我知道如何讀出距平值圖中的資訊4.030.9710我知道如何上網取得聖嬰的相關資訊4.460.6511我能評析相關資料的正確性與可信度3.460.73學習經驗12我積極參與小組的報告製作與發表4.140.6413我喜歡和小組合作完成學習活動4.310.6714我能扮演好在小組中的分工職務4.170.6115我喜歡這整個學習活動4.350.72對學生學習心得或建議的初步分析亦顯示，學生大多相當喜歡此模組的教學；但有不少

22、學生表示教學進度太趕，不易完全消化所學。研究者本身在教學過程中也同樣感受到進度的壓力，此可能即為上述學生對深入概念學習成效較沒有把握的主要原因。本模組尚有進一步修訂之必要，此次實驗教學結果的分析即提供修訂方向的重要指示。詳細分析結果請參閱附錄。結論與建議本教學模組在教學設計中融入S-T-S及環境教育的先進理念，將講授教學、資料分析討論與角色扮演活動靈活配置，而在教學媒體上則結合傳統書面讀本與現代資訊科技，原本即期望能更有效達到預設的各向度教學目標。歷經初次實驗教學，初步證實本模組確可使學生在聖嬰現象的基本概念學習上獲致顯著的進步；而由學生學習經驗的自評亦顯示教學設計普受學生喜愛，此實為對本教學

23、模組研發的肯定。然而本教學模組仍有未臻理想之處。由實驗教學結果分析可知，本模組預設的200分鐘教學時數並不足夠，未來應酌量延長教學時數，俾利學生的概念學習與環境素養的啟發。初步建議應延長為300分鐘，增加的100分鐘用分別用於加強探討聖嬰對全球環境與社會經濟的衝擊，以及倍增S-T-S活動的時間，使學生有足夠的概念與機會更深入議題核心。此外，本模組未來還應進一步開發科學過程技能與環境素養的評量工具，並對概念前後測試題予以修訂，以期增加教學評鑑的向度與效度。參考資料吳明進 (民75)：聖嬰/南方振盪現象. 科學月刊, 第17卷第2期, p.107.吳明進 (民86)：聖嬰/南方振盪現象. 地球科學

24、園地, 第4期. 地科文教基金會.林玉郎譯 (民89)：千變萬化海氣流聖嬰對氣候與社會之影響. 徐氏文教基金會.林沐恩等譯 (民88)：聖嬰現象. 台北市高中科學教育通訊, 第19期.林獻瑞 (民87/8)：聖嬰鬧地球. 經典雜誌, 第1期, p.111.柳中明、林李耀、彭立新譯 (民90)：地球發燒. 新新聞文化.柳中明、劉彥蘭 (民89)：尼諾與妮娜. 新新聞文化.唐存勇、吳明進 (民81)：什麼是ENSO事件? 科學月刊, 第23卷第1期.許晃雄 (民87)：聖嬰與反聖嬰現象. 行政院環保署.魏國彥、許晃雄 (民86)：全球環境變遷導論. 教育部環保小組.Michael H. Glantz (2001): Currents of Chan