由天文教學活動看分段能力指標的達成
國立新竹師範學院自然科學教育系
施惠
摘要：本教學活動設計以觀測月亮啟始，過程裡包括各種師生間的問答與互動情形。本文的目的在於說明如何藉由科學性的、以學生為主體的、實做的活動方式，自然而然就可達到提昇八項「分段能力指標」的教學目標。
說明：本單元可給個如「月亮、太陽與星星」、「星空夜語」、「天空裡傳來的訊息」等的名稱，一共包含三個活動，每個活動的師生互動模式是引致各項目標達成的主要原因，詳細的教學流程可參閱施惠著作「自然科師資培育教材教法研究－天文篇」五南書局出版（民87），或更近作品可直接向新竹師範自然科學教育系本人索取。
活動一讓我們一起來觀測月亮
(一)看一看、說一說（照片）：
1.
2.
3.
（二）思考學習環
本單元的思考學習環，仍然以科學探究的本質——大膽假設、小心求證為出發點，本單元探究了三個子題：
思考階段
探討過程
情境
中秋節，月亮又大又圓，人們最愛在這一天吃月餅、仰頭欣賞明月，心中編織美麗的幻想……
問題
月亮也像太陽一樣的升落嗎？
推論
月亮每天在天空中的方位及仰角會隨著時間不斷的改變。
設計驗證
在同一天，每隔一小時觀測、記錄月亮的方位及仰角的變化，一天中連續做三次。
解釋
1.月亮每天在天空中的方位變化是由東向西移動。
2.月亮每天在天空中的仰角變化是呈現由低到高，再由高到低的曲線。
情境
月亮的形狀，每天都像中秋節一樣又大又圓？
問題
月亮的形狀會改變嗎？是怎樣改變的？
推論
月亮的形狀時圓時缺。
設計驗證
設計驗證&每天觀察、記錄月相的變化，連續一～二個月。
解釋
1.月相的變化是有規律性的。
2.月相變化的週期大約是30天。
情境
3.月亮的表面有明暗花紋。
問題
月亮表面的明暗花紋，可以告訴我們什麼訊息？
設計驗證
1.在同一天，每隔一小時觀測、記錄月亮表面明暗花紋的變化，一天中連續做三次。
2.每天觀察、記錄月亮表面明暗花紋的變化，連續一～二個月。
解釋
1.月亮表面明暗花紋若以滿月為基準，不同天，看到的範圍多少都不同，並且有規律性的變化。
2.同一天，月亮表面明暗花紋會因月亮的傾斜角度變化，而改變方向。
推廣發展
1.探討月相盤的使用方法。
2.看月亮定方位。
3.蒐集關於讚頌月亮的詩詞和文章。
4.蒐集資料，研討古今中外對月亮的幻想及文化特色。
（三）助學教具的設計
本單元提供一立體的半球面天空模型，讓學生將自己的月亮觀測紀錄，轉錄在此一立體模型上。讓學生將它轉換成立體空間，才容易明白，並可以輕易讓學生來做思考和歸納。
（四）本單元紀錄資料歸納
從本單元觀測紀錄資料中，學生容易來做歸納思考。學生可以從長期觀測紀錄結果中歸納出：
1.月亮每天在天空中的方位變化是「由東向西移動」。
2.月亮每天在天空中的仰角變化是：「呈現由低到高，再由高到低的曲線變化」。
3.月相的變化是有規律的。
4.月相變化的週期大約是30天。
5.看上圖的月亮表面明暗花紋可歸納出：「月亮表面明暗花紋若以滿月為基準，不同天，看到的範圍多少都不同，而且有規律性的變化。」「在同一天，月亮表面明暗花紋會因月亮的傾斜角度變化，而改變方向。」
（五）評量：針對分段能力指標設計評量
1.紙筆測驗評量題
2.實作評量
3.學習態度評量
（六）教學評鑑：本活動可達成的教學目標
1.八大科學素養的觀點：
1-2-2-2能權宜的運用自訂的標準或自設的工具去度量。
1-2-5-2能傾聽別人的報告，並能清楚的表達自己的意思。
2-2-4-2觀察月亮東昇西落的情形，以及長期觀察月相，發現月相盈虧，而它的改變是週期性的。
3-2-0-1知道可用驗證或試驗的方法來查核想法。
5-2-1-1相信細心的觀察和多一層的詢問，常會有許多的新發現。
5-2-1-2能由探討活動獲得發現和新的認知，培養出信心及樂趣。
6-2-2-1能常自問「怎麼做？」，遇事先自行思考解決的辦法。
6-2-2-2養成運用相關器材、設備來完成自己構想作品的習慣。
6-2-3-1養成主動參與工作的習慣。
6-2-3-2養成遇到問題時，先試著確定問題性質，再加以實地處理的習慣。
7-2-0-2做事時，能運用科學探究的精神和方法。
2.十大基本能力的觀點：
（1）了解自我與發展潛能
學生可藉由在探究問題時，個人提出什麼的思考貢獻，來了解自我及發展潛能。
例如：
在思考特質方面：
了解在敘述觀測紀錄和結果的過程是否流暢；是否具有觸類旁通、舉一反三的能力。
在思考方式方面：
是否會積極加入學習活動，主動思索問題、提出意見，進而進行探索活動；是否能大膽的創作，產生突破性的思維……
（2）欣賞表現與創新
大家的研究和設計，是否有足夠的創意？你欣賞這些創意的研究和設計嗎？
例如：
欣賞自然之美：當學生觀測和記錄月亮時，同時也能引領他們欣賞體會大自然之美。
學生將自己的月亮觀測資料轉錄在半球面天空模型上，大家互相欣賞。並可提出各種不同觀測方法和記錄方式。
（3）生涯規畫與終身學習
本單元讓學生對月亮在天空位置的變化與月相的變化，有了更深一層的認識及了解，進而養成學生會從看月亮在天空位置的變化與月相的變化，而學習時間和日期的推算；並藉由親子一起觀測月亮，增進親子情感。
（4）表達、溝通與分享
在本單元各思考學習環的每一學習階段中，大家不斷的動腦思考，同儕互動，共同建構新知，因此充分學習到表達、溝通與分享的能力。
（5）尊重、關懷與團隊合作
本單元的分組共同合作，能表現團隊合作的重要性，而對別組的研究發表，也能尊重與關懷，養成尊重、關懷與團隊合作的能力。
（6）文化學習與國際瞭望
本單元經由中秋節賞月以及日常生活中觀察月亮的經驗切入主題，進而研討中國人過中秋節的風俗習慣，並且在彈性課程的蒐集資料，進一步探討古今中外對月亮的幻想及文化特色。這些都是引導學生了解與欣賞本國及世界各地歷史文化，並體認世界為一整體的地球村，培養互相依賴、互信互助的世界觀。
（7）規劃、組織與實踐
在本單元各學習階段中，從情境的布置，到問題的發現、推論的產生、設計實驗的驗證，以及觀測紀錄結果的解釋……，都給了學生規劃、組織與實踐的學習機會。
（8）運用科技與資訊
學生利用網路搜尋關於月亮的各項資料，，這是培養學生運用科技與資訊能力的時機。
（9）主動探索與研究
本單元中，用了觀察、傳達、推理、設計實驗、解釋資料及歸納思考等數種科學方法，活動中並用了好奇、積極、細心、耐心、信心、合作、客觀、求真務實等科學態度，完全是以學生中心來主動探索與研究的學習型態。
（10）獨立思考與解決問題
本單元在解決問題的過程中，我們的思考架構都先想再做，做了再想，或是大膽假設之後再小心求證，這都是由學習者主動思考，進而自行解決問題。
活動二 太陽與四季vs.日晷
如何利用這些工具來觀測太陽的方位及仰角？
思考學習環
情境
觀測太陽，上下午物體的影子方向會變，立竿影子隨時間有方向長短的規律變化。
問題
四季太陽在空中的位置相同嗎？
推論
由生活經驗推知會有不同。
設計
查詢得知四季觀日記錄上的太陽方位仰角均不同。
驗證
將實例（北回歸線）之四季觀日數據轉錄到天空模型之上，即可證明。
解釋
1.四季：日出、日落、日中天的位置不同。
2.氣溫：因日照常短和直斜射的影響，夏至氣溫最高，冬至氣溫最低。
3.晝夜：夏至晝長夜短，冬至晝短夜長，春秋晝夜等長。
4.四季竿影不同：冬至、春秋分竿影偏北，夏至竿影偏南。
推廣
太陽鐘的研究
一、台灣校園常見的日晷（地平型日晷）：
只要在前列活動中畫好的天空模型（有四季代表日太陽各時刻位置者）中加入竹籤做的晷針，即可藉手電筒當太陽看晷針影子的實驗，了解校園日晷的設計原理。
二、其他各種晷面變化的日晷（晷針不改）：
1.晷面為垂直於晷針之弧面。
2.晷面為垂直於晷針之圓盤。
3.晷面和地平面垂直。
4.晷面有地平面，垂直於晷針之弧面和直立牆的三合一式日晷。
三、以人為立竿的日晷，它由四季竿影組合而成。正式活動中學過四季竿影，故此活動僅需將四季竿影延長疊加即成。
（三）評量：針對分段能力指標設計評量
（四）教學評鑑：本活動可達成的教學目標
1.八大科學素養的觀點：
2-3-1-1提出問題、研商處理問題的策略、「學習」操控變因、觀察事象的變化並推測可能的因果關係。學習資料整理、設計表格、圖表來表示資料。學習由變量與應變量之間相應的情形，提出假設或做出合理的解釋。
2-3-4-1長期觀測，發現太陽升落方位(或最大高度角)在改變，夜晚同一時間四季的星象也不同，但它們有年度的變化規則。
3-3-0-3發現運用科學知識來作推論，可推測一些事並獲得證實。
3-3-0-4 察覺在「以新觀點看舊資料」或「以新資料檢視舊理論」時，常可發現出新問題。
由四季太陽觀測視運動位置的變化推出四季其他自然現象的變化（如3-2-0-3）之說明。
3-2-0-3發現運用科學知識來作推論，可推測一些事並獲得證實。
4-3-2-1 認識農業時代的科技。
認識古代之圭表及日晷。
4-3-3-4 認識各科技產業。
各地（各校）之日晷。
5-3-1-1能依據自己所理解的知識，做最佳抉擇
5-3-1-2知道細心、切實的探討，獲得的資料才可信
5-3-1-3相信現象的變化有其原因，要獲得什麼結果，需營造什麼變因
6-3-2-1 察覺不同的辦法，常也能做出相同的結果。
用天文日曆之觀測數據，也可以整理和學習四季太陽的變化。可以自己做模型來探索日晷的學問。
6-3-2-3 面對問題時，能做多方思考，提出解決方法。
用天文日曆之觀測數據，也可以整理和學習四季太陽的變化。可以自己做模型來探索日晷的學問。
6-3-3-2 體會在執行的環節中，有許多關鍵性的因素需要考量。
用天文日曆之觀測數據，也可以整理和學習四季太陽的變化。可以自己做模型來探索日晷的學問。
7-3-0-1 察覺運用實驗或科學的知識，可推測「可能發生的事」
由四季太陽觀測數據轉錄在立體模型上的軌跡，推測四季各種自然現象的不同。
7-3-0-2 把學習到的科學知識和技能應用於生活中。
學習太陽與四季，可以依需求選擇住家房間的使用功能。
7-3-0-4 察覺許多巧妙的工具常是簡單科學原理的應用。
日晷的學問正是如此。
8-3-0-2 利用多種思考的方法，思索變化事物的機能和形式。
對四季自然變化提出創造思考的解提策略，例：如何得知四季晝夜長短的變化？
對各種太陽鐘做向後思考的解題策略。
2.十大基本能力的觀點：
可運用「分段能力指標」與「十大基本能力」的關係對照得知。
活動三我們來看星星
（一）思考學習環：
1.情境：天空看起來像一個罩在我們頭上的大圓頂，星座盤畫的天空卻是一個大平頂，它上面的方位和仰角尺標都變形了，所以不容易用它去認星星。
2.問題：如何解決星座盤不是立體的問題？
3.推論：有立體的星座圖嗎？如果有，就可以由小天空（某時刻之星空）去看大天空的星座。
4.設計驗證：
老師提供立體的星座球（天球儀）
研究立體星座球上有些什麼構造，每天各時刻的星空如何找得出來。
找出某月、某日、某時刻地平圈上方的星空。
設法以此立體星空到現場去學認星。
報告實驗效果。
5.解釋：自己學習認星星，「由小天空去看大天空」比平面星座盤要容易多了，因為它每個星星的方位和仰角容易和星空核對。
6.推廣發展
我們來看四季星座。
星星的升落（看星星辨方位）
每天天空中太陽位置的變化vs.太陽與四季。
比較平面星座盤與立體星座球之優缺點。
（二）教具探索與資料歸納
1.星座球的構造
2.星座球的使用方法
3.四季星空的研究
4.看星星辨方位
5.星座球上的太陽與四季
6.平面星座盤與立體星座球優缺點之比較
（三）評量（針對分段能力指標去評量）：本活動首重實作評量。
（四）教學評鑑：本活動可達成的教學目標
八大科學素養的觀點：
1-3-1-2 察覺一個問題或事件常可由不同的角度來觀察而看出不同的特徵。
由天空看起來的樣子來觀察平面星座盤，兩者對觀測者而言，立體空間的感受不同，嚴重影響學習效果。
1-3-2-2 由改變量與本量之比例，評估變化程度。
看平面星座盤上方位與仰角的座標，南北方的座標大小差距太大。
1-3-3-1 實驗時確認相關的變因，做操控運作。
確認夜晚才能看到星星，故操作星座球上某月、某日、某時刻之星空時須操作……
1-3-3-2 由主變數與應變數，找出相關關係。
說明見1-3-3-1
1-3-3-3 .由系列的相關活動，綜合說出活動的主要特徵。
用星座球看星星，綜合說出它比較容易自學認星的理由是……
1-3-4-3 由資料顯示的相關，推測其背後可能的因果關係。
一般人不易由平面星座盤自行認星，推測其背後可能的因果關係是……
一般人容易由立體星座球自行認星，推測其背後可能的因果關係是……
1-3-5-1 將資料用合適的圖表來表達。
用星座球描出某月、某日、某時之星空中的主要恆星和星座到實際星空下去「自學
認星」……
1-3-5-2 用適當的方式表述資料(例如數線、表格、曲線圖)。
用星座球描出某月、某日、某時之星空中的主要恆星和星座到實際星空下去「自學
認星」……
1-3-5-3 清楚的傳述科學探究的過程和結果。
用星座球描出某月、某日、某時之星空中的主要恆星和星座到實際星空下去「自學認星」……
1-3-5-4 願意與同儕相互溝通，共享活動的樂趣。
用星座球描出某月、某日、某時之星空中的主要恆星和星座到實際星空下去「自學
認星」……
1-3-5-5 傾聽別人的報告，並做適當的回應。
用星座球描出某月、某日、某時之星空中的主要恆星和星座到實際星空下去「自學
認星」……
2-3-1-1提出問題、研商處理問題的策略、「學習」操控變因、觀察事象的變化並推測可能的因果關係。學習資料整理、設計表格、圖表來表示資料。學習由變量與應變量之間相應的情形，提出假設或做出合理的解釋。
2-3-4-1長期觀測，發現太陽升落方位(或最大高度角)在改變，夜晚同一時間四季的星象也不同，但它們有年度的變化規則。
3-3-0-3 發現運用科學知識來作推論，可推測一些事並獲得證實。
批判平面星座盤之後，找出立體星座球來自認星星。
3-3-0-4 察覺在「以新觀點看舊資料」或「以新資料檢視舊理論」時，常可發現出新問題。
由立體星座球（天球儀）來看太陽與四季的舊概念，可得到太陽在空中的位置變化是「每日漸進式」的新知。
由立體星座球（天球儀）來看四季星座，可察覺天體運行的視運動有一定的方向，且有規律的速率（因地球自轉產生群星的相對運動）。
由立體星座球中地球與天體的相對運動察覺恆星繞地軸運行，而非繞北極星運行。
由透明的立體星座球之操作，可以明顯地得知為何不能四季都用北斗七星來找北極星。
4-3-2-4 認識國內、外的科技發明與創新。
認識（竹師星座球）科技發明與創作。
5-3-1-1能依據自己所理解的知識，做最佳抉擇。
5-3-1-2知道細心、切實的探討，獲得的資料才可信。
5-3-1-3相信現象的變化有其原因，要獲得什麼結果，需營造什麼變因。
6-3-1-1 對他人的資訊或報告提出合理的求證和質疑。
對平面星座盤為何不易「學習認星」作質疑與求證。
6-3-2-1察覺不同的辦法，常也能做出相同的結果。
6-3-2-3面對問題時，能做多方思考，提出解決方法。
6-3-3-1 能規畫、組織探討的活動。
實際規劃觀星現場的工作。
6-3-3-2 體會在執行的環節中，有許多關鍵性的因素需要考量。
實際規劃觀星現場的工作。
7-3-0-2把學習到的科學知識和技能應用於生活中。
7-3-0-3能規劃、組織探討的活動。
7-3-0-4察覺許多巧妙的工具常是簡單科學原理的應用。