地球科學教育

本章節首先就地球科學學習與教學意義進行探討，了解地球科學教育之必要 性與重要性，再進一步探討地球科學的教學困境。

壹、地球科學學習與教學意義

地球科學(Earth Sciences)指的是有關於地球及其周圍環境的科學。傳統上，

地球科學包含地球內部、地表陸地與海洋、大氣及太空等的組成、結構、分佈規 律、相互關係及其發展變化。因此，學習地球科學便是去學習了解我們生活周遭 的環境。近年來，由於全球氣候及環境的變遷，地球上許多發生的重大主題之名 詞，透過媒體頻繁地出現並影響我們的生活，因此對於這些重大事件發生的原因、

過程及其所造成的影響，有深入了解及討論的必要性(林美馨、張俊彥、林佳旻，

2012；Occhipinti, 2013)。

根據教育部(2003)國民中小學九年一貫課程綱要—自然與生活科技學習領域 中，已包含許多地球科學領域之相關教材要點，如：生物的多樣性、地球和太空、

岩石、水和大氣、地表與地殼的變動、天氣變化、晝夜與四季…等，由此可知對

於中、小學學習者而言，地球科學相當重要。

貳、地球科學的教學困境

目前地球科學教育課堂上主要採老師講述、學習者聽講的方式進行，然而此 方法主要以教師為中心，陳述相關知識理論，學習者處於被動接收聽講內容、被 動學習狀態，這樣的學習方式，學習者對課堂參與往往有限。另外，在學習科學 概念時，學習者可能產生學習困難，據研究學習困難可能來自於(邱美紅，2000)：

1. 個人經驗影響：因個人學習風格不一，以講述為主的教學方式並非對所有學 習者皆能達到相同效果。

2. 概念過於抽象：在學習的概念中，有許多屬於表徵性、概念性的符號，讓學 習者無法理解。

3. 概念本身較複雜：大部分科學概念皆為一連串複雜的關係，學習者對於這些 關係的交互作用、影響等難以理解。

4. 屬於較微觀之概念：概念本身或反應較微小以至不易觀察之概念，如：地質 學、光學、粒子學等。

而地球科學是一門整合及應用性的課程，結合許多物理、化學及生物的概念，

雖然圍繞在我們身活週遭，但許多地質作用不易觀察、反應時間也長，因此，傳 統教學的講述方式，往往使學習者在學習時感到困惑。

據研究，國內學習者在「天氣變化」、「組成地球的物質」、「地球運動」、

「地球與太空」、「晝夜與四季」、「地表與地殼的變動」、「氣團、氣象」等 單元主題中存在迷思概念(陳淑筠，2002)。特別是板塊運動單元，因其位於地球 內部相當遙遠，學習者就會對其產生許多想法卻又看不到現象，據研究指出學習 者在學習板塊運動時容易遭遇到以下困難(Ault, 1984；Gobert & Clement, 1999；

Gobert, 2000；張宏嘉，2006；賴韻如，2008)：

1. 學習者無法看到地球內部層狀結構，如：地核、地函、岩石圈、軟流圈等，

因此需透過想像來理解，故學習者對此空間上的結構概念，像大小尺度等較

缺乏。

2. 學習者難以理解熱與對流間之交互作用和對流與板塊運動間交互作用之影響，

如：熱對流上升處板塊張裂、熱對流下沉處板塊聚合等。

3. 學習者對於地質作用時間尺度較長，如：板塊構造運動、造山運動等概念感 到困難。

另外，亦有研究指出，許多學習者對地球內部構造亦有迷思概念，如認為「地 球內部是均勻的」、「地球內部充滿了岩漿」及「地表的岩漿是由地球中心噴出 的」等，而據研究，學習者對於板塊構造與運動存亦有迷思概念，包括(Marques &

Thompson, 1997；Sibley, 2005；Ford & Taylor, 2006)：

1. 對板塊範圍界定錯誤及構成板塊的成分認知錯誤，如：認為板塊邊界範圍就 是海岸線、所有板塊皆是由岩漿冷卻組成的等。

2. 認為板塊的運動受到地球外部力量的影響及對大陸地殼與海洋地殼的產生與 消失觀念認知錯誤。

3. 對中洋脊的成因不能清楚了解，將之用陸地上可以見到的地質現象，如：造 山運動做解釋。

綜合上述地球科學之學習困難及迷思概念，學習者在學習地球科學上常因無 法實際看到地球內部構造、地球內部地質作用及作用時間較長無法立即感覺到差 異等而感到學習困難，甚至對板塊構造與運動的一些相關名詞，因為無法觀察到 而產生迷思概念。因此在課程的規劃與安排上，必須著重於如何讓學習者能更容 易了解板塊運動課程內容，並協助學習者在學習時能夠想像、甚至可看到實際的 過程，因此若使用擴增實境技術輔助教學，藉由擴增實境在真實環境中將虛擬物 件或資訊(如：板塊、地球結構…等)融入並呈現及透過即時的互動(如：學習者自 行操作虛擬之板塊模型，使板塊碰撞，同時並觀察板塊碰撞時所出現的反應)，讓 學習者透過教材的輔助，能更加清楚了解，可能有助於地球科學板塊運動單元之 學習。然而，研究指出地球科學專科教室設備和多媒體教學器材方面普遍不足(李 文旗，2010)，所以發展編輯出板塊運動教材輔助學習有其必要性。

因此，本研究欲採用擴增實境遊戲式學習教材，在真實環境中結合虛擬資訊，

讓學習者透過模擬，能更清楚瞭解板塊運動相關知識，並透過不同提示策略(系統 控制、學習者控制)，期能給予不同學習風格(感覺型、直覺型)之學習者在學習上 的輔助，最終達到有效提升學習者學習地球科學板塊運動單元概念之學習成效和 學習滿意度。