Earth Science
前言
本文主要介紹本人在任職學校開設的「地球 科學中的X檔案」多元選修課程，簡述其設計理 念及課程步驟，希望能拋磚引玉，讓更多符合科 學探究精神抑或跨領域的多元課程開立，讓學生 能從中引發興趣，也加深加廣自己的視野。
課程簡介及理念
地球科學中的X檔案﹝以下簡稱X檔案﹞開 設在高一，每班30人，每次兩小時，是由學生自 由上網選填來安排。主要由本校兩位地球科學老 師共同開設，設計理念緊扣地球科學需要利用基 礎知識進行「推理」的特性，讓學生從圖表、影 片、引導實驗、自行設計實驗等方式，培養邏輯 思辨的能力，並試著發表與分享。其中包含的主 題有化石、人造衛星、冰芯同位素研究、氣壓計 實驗製作等。
本文將針對其中冰芯同位素的課程介紹。先 說明這個教案設計的理念，由於筆者曾走訪南極 半島旅遊，對於其中的生態與科學研究環境感到 驚嘆。地球科學在許多領域也都經常提到南極這 個地區，無論是全球暖化議題、氣候變遷研究，
廣大的冰封之地延伸出許許多多的科學議題，例 如反照率、海平面升降、同位素研究等。其中藉 由同位素含量推算過去地球氣溫或海溫的研究，
常常在教科書或相關媒體出露，在在讓南極這個 地方被視做科研者的聖地。
但由於臺灣身處亞熱帶及國際地位的種種因 素，極地的研究在一般大眾心中是非常有距離感 的，比起瘋狂推廣極地研究的日本，臺灣有關極 地研究的資訊只會出現在地科課本，而大家對於 這些地區的印象就僅剩下企鵝、很冷此類概念。
而我在南極行中遇到的各國遊客，並非科學家卻 能將南極相關的議題當作茶餘飯後侃侃而談的話 題。因此希望藉著關於冰芯的課程以及我在南極 的旅遊經驗分享，讓大家更願意關心這些地區的 科學研究。而在課程時數與屬性的考量下，較屬 於科學研究的冰芯內容便被放在X檔案課程中，
旅遊經驗以及刻板印象破除的內容則放在另一門 與其他老師跨科合作的課程中—壯遊天團之時尚 玩家。（可參考相關報導：http://udn.com/news/
story/6915/1525786）
多元選修課程分享－
冰芯大小事 課程簡介
教師 劉承珏 臺中女中
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Earth Science 科學探究 MIT - 地科
20 21
多元選修課程分享－
冰芯大小事 課程簡介
冰雪奇緣－冰芯大小事課程 簡介
本教案利用實作及科學家田野調查記錄的影 片、照片資源，讓學生理解冰雪圈在地球系統 的重要性，知道其對氣候的影響，進而了解冰雪 圈研究的一環：冰芯。科學家會利用冰芯中含有 的古老大氣來分析二氧化碳、氧同位素做為古代 氣溫代用指標。課程讓學生從生活經驗及實際操 作，親身體會極地研究的趣味並深入介紹該種研 究背後使用的科學要素。
一、配合99課程綱要主題
主題 主要內容 內容細目
一、人與 地球環境
2 探索地球 的起源
2-2 探索地球歷史的方 法與限制
五、地球 環境變遷
1 氣候變化 1-1 從地球歷史看氣候 變遷及其影響 1-2 短期氣候變化
二、教具使用
1 投影機×1 2 教師用電腦×1
3 觀測站少年第四集DVD ×1
4 學生用數位裝置：平板或筆電或電腦（6人一 組）
5 資料摺頁×學生人數
6 學習單A（6人一組）、B（3人一組）、C（6 人一組）
7 測量用具
8 咖啡豆及紅豆（見教案中描述）
9 冰芯實驗室工具（6人一組）：3雙工作棉紗 手 套 、 一 支 手 鋸 刀 、 一 塊 塑 膠 盤 、 兩 塊 抹 布、一支剪刀、計算機（也可使用網路工程 計算機或手機小程式）、教師自製冰芯
冰芯學習 單 B
組員①
組員②
組員③ 一、 請
解釋冰芯中可 以獲得古
代大氣成分的 原因： 二、 請
列出日常生活 有甚麼現
象或是事物可 以做為氣
溫的代用指標
(proxy)?說明原因。 三、 利用老
師發下的道具 進行氧同位素
的計算 請將大顆
粒放在上面框 框內
請將小顆粒放 在上面框框內 大顆粒的數量
：
小顆粒的 數量(X80)：
若大 顆粒為氧
18，小顆 粒為氧
16，請從資料 摺頁中找出氧
同位素的 計算公式，計算 出你們這一組
的δ18
O 值。 答案
(寫出算 式)
跟你鄰近 的組別比
較，對方的δ18
O 值為多少？
_____________
根據上述 結果，你的樣
本氣溫較高還 是較低?_
_____________ 四、挖取冰芯
1. 目前挖取冰 芯的位置有哪
些？
2. 請選擇 一個冰芯
鑽探點，說明 下列資料
： 鑽探經緯度：
______ 鑽探地 區：____
______
請對照冰 雪圈名詞表，
該地區屬 於哪一種
？______________
_______
冰芯學習單A
組員①
組員②
組員③
組員④
組員⑤
組員⑥
任務一：請根據老師的指示，抽籤選擇測量輔助工具，並完成下面題目。
一、你們的測量方式為何?
二、得到的結果是：__________________(請註明單位)(後稱此數據為V 值)
任務二：
一、若某水體的體積是V 值的2.5%，該水體體積為何？
二、若上述水體的 70%都會變成固體，現在想用容器裝出應該變成固體的水量，應該怎 麼裝?請附上容器圖片，並說明需要幾個該種容器。
X ______________個
三、參考發下的資料，根據其中數據，游泳池的水代表的是圖中的甚麼?_____________
裝在容器中的水代表的是圖中的甚麼?__________
四、你與你的組員認為地球上的冰雪有甚麼重要性？ 圖片請貼於此
冰芯學習單 C
組員①
組員②
組員③
組員④
組員⑤
組員⑥
一、
遵循老師提示，完成下列表格：
(一) 切割冰芯： 1. 請先剪開冰芯外殼並且拍照
2. 請決定要從哪個地方下刀，說明你判斷的依據：
_________________________________________________ 3. 分別將不同段的冰芯內含資訊紀錄於下：
年代 years before
1950(yrBP) 二氧化碳濃度
Avg CO2(ppmv) 咖啡豆個數
(氧18 個數) 紅豆
個數 紅豆個數
X80(氧16 個 數)
計算出的 δO
年輕 (上)
老(下)
4. 將資料登錄到黑板上的大表格
二、
請討論你們該組冰芯記錄下的二氧化碳濃度變化及氣溫變化：
三、寫下對這堂課的回饋：(6 人)
圖一：學習單A、B、C。
Earth Science
三、教學流程（活動1、活動2）
活動 1引起動機
1. 冰芯中的二氧化碳（三人一組）
1
展示一般冰塊及刨冰的照片，請學生觀察 差異並提出解釋。2
以投影片說明差異的原因，使學生了解冰 芯可以研究過去大氣的組成成分。2. 冰芯的代用指標功能
1
解釋何為代用指標，可以列舉樹輪、珊瑚 等。2
解釋氧同位素記錄氣溫的原理及公式。複習先備知識 1→學生操作（三人一組）
1
利用不同粒狀物代表氧18及氧16，可由教師 利用手邊簡易素材，如不同種類的穀米、豆 類或彈珠等。但因為氧18及氧16在實際情形 中，數量級相差頗大，因此可假設代表氧16 的顆粒，一顆不只代表一個氧16，本範例中 使一顆紅豆代表80個氧16粒子。★準備兩種不同比例的配方：
大顆粒 小顆粒
配方一 10 64
配方二 9 60
2
讓學生一半組別拿到配方一，另一半則為配 方二，使用學習單B完成計算，並獲得δ18O 值變化代表的意義。教學活動 1
1. 介紹冰芯鑽取過程
1
播 放 美 國 冰 芯 實 驗 室 介 紹 影 片 （ 參 考 ： http://www.icecores.org/icecores/videos.shtml），簡介冰芯開採到處理的過程。
讓學生知道一根冰芯如何鑽取挖出，並根 據研究人員需求，每一區塊進行不同測量
（例如化學、物理、氣體分析等），甚至
會有區塊留下來不做任何測定，當作未來 研 究 成 果 有 疑 義 時 可 以 進 一 步 檢 驗 的 備 品。
2
播放冰芯鑽探投影片，簡單介紹過程（這 邊 老 師 也 可 以 搭 配 南 極 料 理 人 或 是 明 天 過 後 電 影 中 冰 芯 研 究 的 片 段 ， 讓 學 生 感 興 趣 ） ， 照 片 部 分 也 可 以 不 用 投 影 片 ， 直 接 採 用 各 個 冰 芯 鑽 探 計 畫 的 照 片 資 料 庫，如：https://www.flickr.com/photos/ice_drilling/with/5664953090/
2. 下載冰芯位置KMZ檔
請學生利用數位裝置中的google earth軟體找 出目前已開挖的冰芯位置及其特性，並利用冰 雪圈名詞表找出學習單中的問題（http://gis.ncdc.
noaa.gov/kml/paleo_icecore.kmz）
概念收斂
教師歸納並預告下一堂課需知。
活動 2課前準備
教師1
印製學習單C。2
製作冰芯：A. 數據採用附件中excel檔的冰芯資料。
B. 資料採用真實數據，已轉換成本範例使用 之咖啡豆及紅豆數量。
欄位B＝距今年代 欄位C＝二氧化碳含量 欄位D＝δO數值
欄位G＝ 製作冰芯時咖啡豆及紅豆的比例，
一粒咖啡豆代表一個氧18，一粒紅 豆代表一個氧16，因此H、I欄位 可自行隨意更動，只要G欄位符合 即可
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科學探究 MIT - 地科
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圖二：資料數據。
C. 利用飲料杯製作冰芯，可使用透明薄塑膠 杯 較 好 操 作 ， 紙 杯 亦 可 但 看 不 到 裡 面 情 形。
D. 先在杯內裝1/3的水，加入該組別較古老年 代的咖啡豆及紅豆顆粒，另外將二氧化碳 濃度寫在烘焙紙上，放入水中，並放進冷 凍庫。
E. 等第一層凝固後，重複相同步驟製作第二 層。
F. 等第二層凝固後，重複相同步驟製作第三 層。
G. 將年代寫在每一層上，可根據組別、人 數、時間等決定一條冰芯要有幾層。
複習先備知識 2
觀看動畫「觀測站少年」第四集中關於冰芯 的介紹。
教學活動 2（六人一組）
每組工具：3雙工作棉紗手套、一支手鋸 刀、一塊塑膠盤、兩塊抹布、一支剪刀、計算機
（也可使用網路工程計算機或手機小程式）。
冰芯實驗室
1
各組分得其冰芯。2
用剪刀剪去塑膠膜，觀察外觀差異，回答學 習單C。3
用手鋸刀鋸開每一層，等冰溶化之後，記錄 二氧化碳濃度，計算每一層的δO數值，填入 學習單。4
將各組結果寫在同一個表格，此表格可呈現 在黑板上或打在投影布幕上。5
請同學描述氣溫的變化與二氧化碳的關係。概念收斂
利用投影片讓同學觀察科學家做出二氧化碳 濃度與δO數值變化的曲線圖，進行總結，程度 較高的學生則可引導思考何項數值為因？何者為 果？
四、實際實作過程
圖三：學生利用行動載具了解目前冰芯挖取的地理 位置，藉此了解研究概況以及哪裡有厚層的冰雪圈 存在。
Earth Science
圖四：學生正在鋸開教師自製的冰芯，不亦樂乎！
但也狀況百出！
圖五：學生學習單。
圖六：利用實地在南極拍攝的冰層構造，引導觀察 並引起動機。
課程省思及回饋
學生容易在實驗中出現的問題有：不小心把 代表氧同位素的豆子或是小石頭丟失、搞錯不同 層序冰芯的先後…等，因此也就能理解為什麼科 學家總是要為自己的實驗標本拍照，為什麼所有 的研究素材都必須在第一時間放在定位等等，是 非常有趣的過程！
本課程實施幾次，成效及回饋都非常好，學 生都在問卷中反映經過親手實驗，對於課程較有 印象，也能夠理解本來很抽象的氧同位素測定原 理，並從自己的數據與實際數據比對中，回想可 能有的實驗誤差，並進一步理解實驗過程必須具 備的素養。另外有些過程是用到高一基礎地球科 學甚至國中理化課程就會學到的概念，也因此更 有臨場感，例如越下層的冰芯年代越老、赤道也 有冰川的分布等等。
本課程由於實驗步驟已設計好，比較不是完 整的探究與實作歷程，但藉由部分符合探究素養 的課程設計，讓學生慢慢進入這樣的慣性，為後 面更開放式的實驗設計鋪路，也算是為學生的學 習搭設了鷹架！期許這樣的課程能引發大家的創 意，讓學生更能夠在實作中找到科學的生活性與 趣味！我想這正是多元選修最可貴的價值！
圖片來源：
圖一∼圖六：劉承珏老師提供
Biology
科學探究 MIT - 生物
SCIENCE
ake t rue
隨著時代的推演，教學模式越來越多元
而教育環境的成長與改變，需要各界老師傾囊相授 提升新一代的科學素養、開創新的科學教育模式 現在開始，Make It True！
投稿議題
對於科學教育教材探討、實例教案、資訊融入教學的分享
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