探索內太空—山區小學海洋課程的實施與評估

                                         文、圖： 新北市三芝區橫山國小 李弘善

 

筆者任教於三芝區偏遠山區小學，近年陸續申請「滿天星閱讀行動研究計畫」、《國語日報》的「讀報實驗班」、屏東海洋生物館的「海洋學校計畫」以及台北縣環境教育中心的「海洋環境調查計畫」，將海洋元素融入到課程領域，發現學生的學習興致大為提升，弱勢學生甚至因此主動閱讀相關書籍（李弘善，2009）。不過筆者向來只能主觀認定學生的學習興致提升，無法進一步以客觀的方式量化學生的進步。有鑑於此，筆者藉著就讀臺灣師範大學科學教育研究所博士班的機緣，藉由科教領域的專業知識並搭配本身的海洋知識，設計「探索內太空」課程及一系列活動，融入類比教學法以及科學方式分析教學成效。筆者期待找出非臨海學校推動海洋教育的模式，並為國內的海洋教育盡一份心力。

壹、類比教學與海洋教育

Harrison & Coll (2008)指出，不管是自然科學、數學、社會科學甚至是文學等學科，都可利用學生熟悉的觀念來解釋抽象的概念，這就是「類比教學」（analogies）的魅力所在。由此可見，在大部分學生對海洋陌生而海洋科學又蘊藏大量抽象概念的前提下，類比教學應是不可或缺的方式。由於本校位於偏遠山區，實行海洋教育有技術上的難處，善用類比教學能夠「將大海搬進教室」，有其應用上的價值。不過Harrison也提醒教師注意以下問題：類比教學應該生動有趣、切合學習者的經驗，還要與學習者討論教學目標和類比間相似或相異的屬性，以免造成更多的迷思概念（misconceptions）。

貳、課程實施方式   

以下介紹本研究的施教對象、實施方式、課程及活動介紹、類比分析、編碼方式，並陳述預期效果。

 

一、施教對象介紹

    施教對象分別為三年級1名、四年級4名、五年級5名，以及六年級2名，原本預計12名學生。這些中高年級的學生經由個人意願加入學校的「海洋社」，學科程度不一，但六年級2名學生曾經是筆者兩年前的導生，上過類似的海洋課程。不料到了課程的最後一個單元，校方抽走5名學生進行學科檢測，因此最後可以完整分析的學生僅剩7名。

 

二、實施方式

    筆者為「海洋社」指導教師，於是利用社團活動時間進行研究。本校社團於每周五早上7點50分到9點20分，扣除中間下課10分，總共兩堂課80分。筆者利用連續三周時間施測，時間分配如下：

1.第一周第一堂課先和學生以聊天方式討論，試著觸動他們內心的感覺，然後請

 他們畫下心目中的深海，此為前測。第二堂課以投影片介紹深海的分層、各層

 光線變化，以及深海生物概述；

2.第二周第一堂課進行第一個活動「體驗深海」並欣賞深海生態的影集，第二堂

課進行第二個活動「為什麼是紅色」；

3.第三周第一堂課進行第二個活動「我們都是燈籠魚」，第二堂課請學生再畫下

心目中的深海，此為後測；

4.將上述過程和結果做成簡報，利用科教所上課時間與教授、同學討論，並且聽

取建議，最後分析結果並進行反思。

 

三、課程及活動介紹

    本研究共有三個活動，活動內容和方式如下：

（一）「體驗深海」

    根據筆者之前進行深海課程的經驗，絕大多數的學生對於海洋深度毫無概念。有的學生甚至不能徒手比出1公尺的約略長度，自然無法推想海底的深度。筆者曾以台北101大樓來比喻，例如馬里亞納海溝的深度是11000公尺，為22座101大樓的高度，但是本校有不少學生沒有機會在現場目睹大樓的高度。有鑑於此，筆者利用學校教學大樓當水層，讓學生想像自己在深海中遨遊的空間感。為了增強臨場感和趣味性，筆者挑選學生熟稔的深海動物抹香鯨，利用比例的方式想像海水的深度。抹香鯨模型長度18公分、實際長度可達18公尺（Lockyer, 1984），而操場到二樓的垂直高度為4公尺。抹香鯨模型縮小為原來的1/100，樓層則可比擬400公尺的水深。此外，筆者還讓學生以手牽手的方式，在操場連成18公尺的長度，藉此讓學生體驗抹香鯨實際體長（圖一），引導他們領略400公尺的深度感。

圖一學生體驗抹香鯨的長度

（二）為什麼是紅色

    在200-1000公尺的深海（稱為弱光層，twilight zone），不少動物都是紅色的（NOAA, 2002）。光有七種顏色，其中紅光的波長最長、頻率最低，最容易被海水吸收。因此就算在上層的海水中，也不見紅光的蹤跡。換句話說，紅色的動物在較深的水中無法反射紅光、又將其他色光吸收，因此呈現黑色。這個活動採用美國「國家海洋與大氣總署」（National Oceanic and Atmospheric Administration, 簡稱NOAA）建置的海洋科學教案「All that Glitters…」（NOAA, 2002）。筆者將藍色檔案夾切割成長方形，一層疊一層觀察各色巧克力顏色的變化（圖二）。由於紅光的穿透力最差，因此最先「隱形」，以此可以類推紅色海洋動物隱身的原理。

    需要注意的是，許多小學生誤以為顏色是物體的性質，因此進行這個活動前必須先和學生溝通，讓他們曉得物體的顏色事實上是它們反射該種色光的結果。

圖二以塑膠片觀察巧克力

（三）我們都是燈籠魚

    燈籠魚（lanternfish）是深海常見的發光魚類，牠們的族群數量龐大，具有「垂直遷徙」（vertical migration）的特性：夜間會遷移到上方水層，日間又回到較深水層。牠們的發光器位於腹側，位於下方的動物若是向上看，會看到被發光器照亮的腹部與天空混成一片，這樣能將魚體的輪廓打散（Milne, 1995）。根據筆者設計海洋課程的經驗，學生對於深海發光生物最感興趣，這個主題最能吸引學生的目光。本活動採用加州蒙特里灣水族館（Monterey Bay Aquarium, 1989）的燈籠魚紙模型，利用螢光顏料來模擬發光器。學生將燈籠魚黏在吸管上，以小號水彩筆在兩側腹部發光器的位置塗上顏料（圖三）。等到光源全關，就會看到螢光顏料在黑暗中發光。

圖三替燈籠魚漆上螢光顏料

四、類比分析

    本筆主要以類比教學法，介紹深海的各種元素，例如光線、生物發光以及深度。筆者發現，Harrison ＆ Coll(2008)提出的「FAR Guide」，不但適合整理教師的理念，還可以整合教學的概念、學生的背景知識。筆者就上述三個活動的內容稍微修改「FAR Guide」的格式，分析學生先備知識和經驗後呈現活動的內涵。受限於篇幅，僅呈現其活動二的格式內容（表一）：

表一、「為什麼是紅色」的「FAR Guide」表格

活動名稱：為什麼是紅色

教學焦點

概念      光分成七種色彩，以紅光波長最長、

穿透力最差。因為紅色的動物只能反射紅光，又深海已經沒有紅光，因此紅色的動物在深海反而是黑色。這樣看來，紅色在深海反而是一種保護色。

學生      不少學生對於顏色的成因並不清楚，甚至以為顏色

              是物體的本質。若不經解釋，許多學生無法體會為

              什麼紅色動物在深海會隱形。

類比      以塑膠片當水層，塑膠片一層一層增加，表示海水的深度越深。隨著塑膠片增加，紅色巧克力會最先消失，藉此類比紅色魚在深海中的隱形效果。

教學行動

可映射到目標的類比

類比

目標

＊紅色巧克力

＊其他顏色巧克力

＊藍色塑膠片

＊塑膠片越多層

＊塑膠片擋住紅光

＊紅色的動物

＊其他顏色的動物

＊水層

＊海水越深

＊海水吸收紅光

無法映射之處

＊塑膠片的厚度會混淆水層深度的感覺

＊塑膠片吸光的效果畢竟和海水不同

＊無法證明深海魚為什麼不是藍色（藍色魚也可以和環境混成一片）

教學資源

藍色塑膠片、M＆M巧克力

教學對象

小學高年級生

五、量化方式

    圖畫（drawing）和選擇題不同，不會限制受試者任何的想法，同時能探測其「整體的理解」（holistic understanding），讓態度、感受和認知層面顯露出來（White ＆ Gunstone, 1992）。有鑑於此，本課程的前後測都以學生的圖畫呈現。而圖畫偏向質性的表徵，為了後續能夠客觀分析起見，必須將前後測的圖畫量化，也就是編碼（coding）。編碼的準則如下：

  1. 編碼的項目：依據筆者實施深海課程的經驗，學生對於生物發光最感興趣，也最熟悉；對於深海光線的變化則較無概念。此外，課外常識豐富的學生也曉得深海大王魷魚（giant squid）、抹香鯨或鮟鱇魚（angler fish）等動物，因此編碼項目分成「生物發光」、「光線」以及「生物常識」等三項，用以探測學生在授課前對於深海的概念。

  2. 給分方式：筆者無意計算圖畫中出現多少種現象或生物，因此只要出現編碼項目的任一項描述，就給1分；屬於同一個項目的兩種現象，還是給1分。例如圖畫呈現發光的事實，就給１分；但是出現兩種不同的發光生物，還是給1分。另外，為了避免相同項目重複給分，就算出現兩種不同的發光生物，還是給1分，而不會針對「生物常識」給分，除非出現非發光的深海生物，如編號5-2-1所示（圖四），該圖出現兩條發光的魚，針對「生物發光」給1分，「生物常識」則不給分。又該圖海水顏色是白色，故「光線」項目不給分，因此得到1分。如果該名學生每個項目都得分，將會得到3分，整體的滿分為3×7＝21分。

學生的編號：三年級編號第1的學生，其前測的編號為「S3-1-1」，同一個學生後測的編號就是「S3-1-2」。若是六年級生編號第2的學生，其前測的編號為「S6-2-1」，同一個學生後測的編號就是「S6-2-2」，其他類推。

圖四S5-2-1的繪圖

参、課程實施後的發現

經過連續三周的深海課程，總計有7名學生接受完整的訓練，他們前測的表現如表二所示：

         表二、前測得分情形

  項目

編號

生物

發光

光線

生物

常識

個人

小計

S3-1-1

   0

  0

  1

1

S4-2-1

1

  0

  0

1

S4-4-1

   0

  0

  0

0

S5-1-1

1

  0

  0

1

S5-2-1

1

  0

  0

1

S5-4-1

   0

  0

  0

0

S6-2-1

1

  0

  0

1

各項小計

4

0

1

5

 由前測得分發現，7名學生對於深海光線的變化全無概念。只有1名學生（S3-1-1）畫出深海動物（抹香鯨，圖五），4名學生畫出會發光的深海動物（燈籠魚、蝦子與鮟鱇魚）。滿分為21分，前測的分數占滿分的24％。

圖五S3-1-1畫的抹香鯨

    後測的結果顯示（表三），所有的學生都能畫出發光生物與其他深海動物，例如寬咽魚（gulpers）、介形動物（ostracod）、大王魷魚或是深海水母。此外，有2名學生還是無法畫出深海漆黑的感覺。後測的總分為19分，占滿分（21分）的90％。

表三、後測得分情形

項目

編號

生物

發光

光線

 

生物

常識

個人

小計

S3-1-1

   1

  1

  1

3

S4-2-1

1

  0

  1

2

S4-4-1

   1

  0

  1

2

S5-1-1

1

  1

  1

3

S5-2-1

1

  1

  1

3

S5-4-1

   1

  1

  1

3

S6-2-1

1

  1

  1

3

各項小計

7

6

7

19

肆、討論

    以下僅就類比教學的成效、深海課程難懂的概念以及教學現場的問題及省思提出討論：

 

一、類比教學的成效

    學生從前測總分的5分進步到後測總分的19分，占總分的比率則從24％進步到90％，可見有明顯的進步。而71％學生（5名）都能掌握三項深海的要素，亦可見類比教學的效果。

圖六S4-4-2的繪圖 圖七S4-2-2的繪圖

二、光線的概念不易理解

    有29％（2名學生）於後測時依舊無法改變前測的概念，還是把深海的顏色畫成淺藍色，可見光線的概念不易掌握（圖六、圖七），其餘學生則能掌握深海水色漆黑的事實（圖八、圖九）。筆者進行「為什麼是紅色」的活動時，也花了不少時間解釋顏色的成因。雖然學生了解光線分成7種顏色，但是顏色的成因畢竟屬於抽象概念，況且他們還不懂波長和頻率的意義。此外，筆者也懷疑另外5名學生是否真的掌握紅光最先被海水吸收的特質；換句話說，他們是真的理解嗎？還是看過投影片後單純接受這個事實？筆者需要更多時間的訪談，才能釐清真正原因。

圖八S5-1-2的繪圖 圖九S5-2-2的繪圖

三、教學現場的問題

    由於本研究前後測以圖畫當成測量工具，這樣的工具屬於質性的證據，顯然需要多花時間了解學生內心的想法。例如實施後測時，編號S6-2-2的圖畫在四個角落出現藍色小區塊，而海水的顏色留白。筆者警覺到事有蹊翹，詢問下才發現該生不願整張畫紙黑漆漆的，故將四角畫成藍色聊表深海的黑色（圖十）。由此可見，筆者多花一點訪談的功夫，竟可得到截然不同的判斷。無奈社團課時間短暫、學科進度緊湊，筆者並沒有充足時間另行晤談，否則應有更豐富的分析報告。

圖十S6-2-2的繪圖需要詳細訪談才能解讀

伍、海洋教育的反思

    筆者於2009年參加國立海洋大學舉辦之「海洋教育國際研討會」，對於澳洲實施海洋教育的方式相當贊同。澳洲的海洋課程都由教師自主發展，而非教育單位主導。此外，政府每年都會舉辦「Seaweek」（海洋周），每年都有特定的主題，例如2010年的主題為「Oceans of Life; Oceans to Explore, Ours to Restore」、2009年的主題為「A climate for change-Education and Action」，並於此周推展各類活動（Laws, 2009）。這樣一來，就算教師不具備足夠的海洋素養，學生也可以在課室外認識海洋。

    雖然學者建議以「機動融入」的方式執行海洋教育，避免教師負荷太重，須知海洋科學和海洋文學有其專業抽象的層面，基層教師具備這樣專業技能者畢竟如鳳毛麟角。既然如此，何不善用社會現成的海洋專業資源呢？澳洲推行海洋教育的方式極有參考價值。若是研究單位能夠以學習者的角度來推廣海洋教育，讓專業人士和現場教師共同開發類比活動，而不是僅以學術的方式介紹「海事教育」；若是研究單位能夠研發實驗或提供場地器材，讓有心人士接觸海洋進而愛上海洋，則海洋教育當可水到渠成，婆娑之洋也不致變成基層教師的負擔，這是筆者衷心的期盼。

捌、參考文獻

1.李弘善（2009）。將大海搬進教室—一個小學老師實施海洋教育的心得與省思。載於第二屆海峽兩岸科普研討會論文集（pp.122-128）。

福州市：福建省科學技術協會。

2. Harrison, A.G. and Coll R. K.(2008). Using Analogies in Middle and Secondary Science Classrooms. Thousand Oaks, CA: Corwin Press

3. Laws, K.(2009). Education for a sustainable future: A snapshot of marine education in Australia. In The International Conference on Marine Education (Proceedings). Keelung: National Taiwan Ocean University

4. Lockyer, C.(1984). Sperm whales. In D. Macdonald(Ed.), The encyclopaedia of mammals: 1(pp.204-209). Oxford: Equinox Ltd.

5. Milne, D. H.(1995). Marine life and the sea. Belmont, CA: Wadsworth Publishing Company.

6. Monterey Bay Aquarium(1989). Schooling Fishsticks. In D. Sobel(Ed.), The Ocean Book: Aquarium and Seaside Activities and Ideas for All Ages(pp.68-69). USA: John Wiley & Sons, Inc.

7. NOAA(2002). Islands in the stream 2002: Exploring underwater oasis-All that glitters.http://oceanexplorer.noaa.gov/explorations/02sab/background/edu/media/sab_deep_sea.pdf

8. White, W. and Gunstone R.(1992). Probing Understanding. Philadelphia, PA: Falmer Press