介紹
地球可謂是一個大的生命系統，她所展現的的生命力是由許多交互影響的子系統(岩石 圈、大氣圈、水圈、生物圈及人類活動)所賦予。這些子系統在時空上看似獨立，實際 上則交互緊密連結，牽一髮則動千軍。美國國家科學院在1990 年出了一本書：One Earth One Future，介紹了地球系統科學之理念及相關議題。地球系統科學目的在於了解我們 生存的世界，其主要的工作有: 描述地球各系統間之交互作用、了解現今地球各系統的 功能與影響、及預測未來地球各系統的功能與影響。此一發展不但是目前科學界的主流 發展走向，將地球系統科學融入中等學校課程也漸漸受到地球科學教育界之重視 (Mayer, 1997)。過去在探討科學思考時，多將重點置於簡單的邏輯推理以致於科學過程 技能的運用，但若站在地球系統科學角度，系統性思維便是重點。因此，身為地球系統 科學教育先鋒的老師們，必須開始思考如何協助學生在接觸地球系統科學的同時，也讓 學生有鍛鍊系統性思考的機會。
呈現地球系統
地球系統科學大師，Stephen H. Schneider, 在其科普著作 (1997)，地球實驗室，
(Laboratory Earth)中，闡述了科學家從不同尺度及系統所看到的地球面貌。基本上，基 於已知及積極研究未知，科學家們試著建立地球系統模式 (schematic models of the earth system) 來呈現系統中各部分(子系統)運作模式。如: 大氣與海洋循環及動力、
大氣化學、生態系統、全球水循環等等。這些子系統持續與人類活動並行。地球系統模
(圖一)
(圖取自 Johnson, Ruzek, Kalb, 2000)
上圖指出，除了基礎科學外，地球系統科學基本上整合了地質、氣象、海洋、生物領域 為其基石，進而涵蓋人類活動。美國太空總署在 1986 年亦提出地球系統科學之概念 (圖 二)。此兩觀點均點明了科學的運作不再是獨門作業，學科間的聯繫及系統思維才是解 決全球問題的途徑。目前科學界急於解決的問題或議題有：系統觀察與測知、生物圈、
臭氧層、經濟、永續經營及資源、南極圈、地球能源預算、聖嬰現象、水循環、地球系 統史、生物化學循環、人口環境互動、人類健康、氣候改變、土壤化過程、土地利用、
地表變化、系統概念及地球系統等等(Johnson, Ruzek, Kalb, 1997)。
思考地球系統科學與學校科學教育
科學學科統整的理念並非新穎，80 年代開始至今的「科學、科技、社會」(STS) 教育 運動即為此理念下的重要產物。事實上，地球系統科學與STS 有許多共通處，例如：學 科統整、強調科學與科技在社會的角色等等，可說並行不悖。最大不同的是，地球系統 科學更強調科學科技於解決全球環境問題時的真實應用、限制及未來發展。因之，地球 系統科學的學科導向會比 STS 來得強烈。所以，在將地球系統科學融入學校科學教育 時，學科內容概念的整體性、系統性了解及應用將是課程發展的主軸。
在概念學習方面，Bybee (1993)於探討整合 STS 概念時，提到系統性整合，如：系 統與子系統 (systems and subsystems)、組織與特性 (organization and identity)、結 構與多樣性 (hierarchy and diversity)、交互作用與變化 (interaction and change)、成 長與週期 (growth and change)、機率與預測 (probability and prediction)、平衡與永續
(圖二)
中 與 科 學 思 考 相 關 有 ： 提 問 與 相 關 資 料 蒐 集(questioning and searching) 、 描 述 (identifying and describing)、觀察與組織(observing and organizing)、分析與綜合 (analyzing and synthesizing)、假說與預測 (hypothesizing and predicting)、探究與衡 量 (exploring and evaluating)、決策與行動 (deciding and acting) 等。此外，若將科 學思考的廣義解釋認定為理性思考，則如心理學家Baron (1988) 所言，基於證據的思 考(thinking based on evidence) 與 考 量 問 題 解 決 的 其 他 可 能 性 (considering alternatives)是構成理性思考的關鍵。研究科學思考多年的 Deanna Kuhn 等人(1988) 則 以 為 ， 科 學 思 考 就 是 整 合 理 論 與 證 據 (coordinating theories/hypotheses and evidence)。當然在文獻上還有許多學者對「科學思考」有深入見解，不在此詳述。整合 各家的說法，我們建議至少融合以下的幾項主要的思考技能於地球系統科學課程中：假 說測試與舉證(hypothesis testing and searching for evidences)、考量其他可能性 (considering alternatives)、機率預測 (probability prediction)、邏輯解釋(making logical explanation)。這些科學思考技能加上系統科學內涵，相信能提供學生真實的科學探究 學習經驗。
課程計畫建議
將地球系統科學融於學校教育中，我們建議可利用「議題」來發揮。除了上述的地球系 統議題外，區域性的天氣或環境變化，如水患、地震，也是議題的來源之一。我們強烈 建議這樣的課程實施於國三以上地球科學課程中，因為系統性的了解某一環境問題必須 始於對地球科學有基本的常識。在設計課程時，可借用Bybee (1993) 所建構的概念架 構表來思考課程的結構，如表一所示。課程設計者在決定使用某一議題後，可先試者根 據原始想法填上此表，再根據此表深入發展教案。值得注意的是，課程發展是個動態過 程，概念架構表之內容絕非一成不變，概念架構表一開始會主導課程的發展，然而隨著 設計者資料蒐集及安排課程流程，概念架構表內容也將隨之改變。總之，設計者必須要 在原始想法與課程實踐間取得平衡。
(表一)
目標 知識獲得 技巧獲得 價值、想法
主題
學科概念 系統概念
過程技巧或 問題解決技巧 重點思考技能
全球系統觀
強調重點 及活動範圍
個人相關 社會相關 文化相關
資料搜尋、分析 問題解決 決策過程
議題
課程活動的內容除了小組討論及發表外，為了讓個別學生有「科學思考」之機會，可利 用真實相關科學問題，讓學生思考後寫作申述當作作業，或在課程活動中要求學生試者 解說給組員了解。因此，問題的設計就必須能反應重點思考技能及系統思維。在這裡必 須強調的是，地球系統課程設計看似STS 課程設計，實際上更著重於概念，尤其是系統 運作概念，的學習，及經歷科學思考歷程。
評量
地球系統科學的課程設計有別於一般學科課程，它提供了真實的科學學習經驗。因此，
評量也應採取「真實的評量」。紙筆測驗固然為簡單有效之方式，概念圖或實作評量或 更能了解學生的學習成果。概念圖的形式有：concept mapping, V-map 及 flow-map method 等這些方式 (Mintzes et al. 1999)。不論是學生自行繪製或教授者繪製，均多少 可以測出學生的概念網路狀態，便於了解學習者對系統觀念的認知程度。而實作評量方 面，可以要求學生撰寫學習誌，加上課程進行中所用的學習單或其他成品，成為學生的 學習歷程記錄。若有小組發表，則可採取小組互評的方式。總之，評量應是學習的一部 分，而非學習的目的。
3. http://eospso.gsfc.nasa.gov/
參考文獻
Baron, J. (1988). Thinking and Deciding. Cambridge: Cambridge University Press.
Bybee, R. W. (1993). Reforming Science Education. NY: Teachers College Press.
Johnson, D. R., Ruzek, M. and Kalb, M. (1997). What is Earth Science System?
http://www.usra.edu/esse/essonline/
Johnson, D. R., Ruzek, M. and Kalb, M. (2000). Earth system science and the Internet, Computers and Geosciences, Special Issue, January.
Kuhn, D., Amsel, E. and O’Loughlin, M. (1988). The Development of Scientific Thinking Skills. CA: Academic Press INC.
Mayer, Victor J. (1997). Global science literacy: an earth system view. Journal of Research in Science Teaching, 34, 2, 101-05.
Mintzes, J. J., Wandersee, J. H. and Novak, J. D. (1999). Assessing Science Understanding. NY: Academic Press.
National Academy of Sciences (1990). One Earth One Future. Washington, D. C.:
National Academy Press.
Schneider, S. H. (1997). Laboratory Earth (中譯本：地球實驗室，天下文化)
地球科學課程與十二年國教 傅學海
國立台灣師範大學地球科學系 國內現況
九年一貫義務教育 高中職地球科學課程
十二年國教並不是十二年義務教育
目前限於經費，十二年國教指限於紙上談兵階段。
十大基本能力：國民教育階段的課程設計應以學生為主體，以生活經驗為重心，培養現 代國民所需的基本能力。
天文中與生活經驗有關的項目：
地球自轉與晝夜交替 地球公轉與季節變遷 觀賞星座與星座故事 日食與月食
潮汐現象 太陽的一生 地球在太空中 衛星：月亮 行星：火星 彗星：哈雷彗星 迷思概念
一）中午沒有日影。
二）太陽是垂直落入地平面（或垂直由地平面升起）。 三）太陽由正東方升起。
四）夏天熱冬天冷，是因為地球夏天離太陽近，冬天離太陽遠。