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                  (2009數理教師PCK應用與實務研討會)

言:本文以養殖池打水車為例,說明如何以學習環理論作為教方針,實施海洋教育的教學活動。學生經由探索養殖中為何需要打水車開始,發現打水車的設立衍生出許多問 題,經由教師的專業引介,進而研發出高含氧微泡泡水機並克服難題的科學指導歷程。

一、研究目的:1.了解學習環理論

2.了解學習環理論在科學指導上的實施模式

3.以學習環理論融入海洋教育的PCK教學

 

 

二、流程與方法:

    傳統的教學重心,往往擺在教師的知識傳授(由上而下),但是教學的最終目標,應該落實在學生學習身上;探究式的學習(由下而上)也因為探索的時間有限,往往難能突破迷失概念並提出適當解決問題的方法。因此,在指導學生從事科學研究時,『學習環』理論於數理教學上,不失為指導學生學習良好的策略;教師除了協助學生歸納分析,也適時幫助學生演繹推理,再融合所獲得的科學知識藉以解決問題。學習環理論,最主要有三個重點流程:

1.探索:學生的創意不應該被限制,在此階段學生是活動的主體,學生可以自由研讀資料或器材使用。教師扮演觀察員的角色,只在適當時機對學生發問問題。

2.術語引介:此階段教師可透過教科書和其他相關資訊,深入介紹專門術語或相關知識。

3.概念應用:藉由先前的探索經驗和術語引介,學生可以順利地將新概念應用於新的學習情境,甚至解決其在日常生活中所面對的問題。

 

 

   魚塭養殖池常加設打水車,形成一種養殖文化,但是為何處處設立打水車,必然有其需求及效用。魚塭養殖池中以魚蝦為最主要生物,除了魚蝦本身消耗氧氣及餵食食物造成水質污濁,溶氧常影響養殖魚蝦的存活率。也就是說水質好壞將影響養殖成功的關鍵,而溶氧量更是水質好壞的一項標準。魚塭養殖場以「打水車」攪動液面,目的就是為了增加溶氧量,然而學生經由探討打水車的使用,存在著下列缺失:

    1.打水車只在液面翻動,養殖池底部無法充分得到氧氣

   2.空氣氣泡體積大,氧氣停留在水中的時間很短暫

   3.水車要不停轉動,必須消耗大量電能

 

 

    為改善以上缺失,首先教師應該介紹『溶氧量』、『生物需氧量』等科學知識,並提供『溶氧計』作為水質監測的儀器,幫助學生探討打水車裝置如何改變池水的溶氧值;同時引領學生停止裝置作用時,觀測溶氧值是否迅速下降。結果因停止打水作用後,溶氧值立即恢復原先數據,由此可知打水車產生的溶氧存留時間相當短暫,若不能繼續供電則溶氧量恢復原狀,所以打水車是一個消耗能源的裝置,此因素必須付出相當代價,提高了養殖成本與養殖風險。

    為解決上述衝突概念(想提高溶氧又不能增加太多成本),此時教師引入術語:『白努力定理』、『文氏管』,利用流速改變,產生空氣負壓的原理,請學生嘗試製造「微泡泡水機」,讓流動的水中含有大量微小空氣,不但充分供給養殖池中魚蝦賴以生存所需要的氧氣,減少產生疾病或死亡,而且微小氣泡在水中上升的時間顯著的延長,相對地又節省電能。

 

 

                

三、結果:

    當學生成功製造出高含氧微泡泡水機後,經過實驗驗證:

    1用微泡泡水機與打水車相較,讓溶氧量增加約20%

    2高含氧細緻泡泡水,可在池底多存留10min以上,增加魚蝦存活率。

    3微泡泡水機可定時開啟,減少打水車所浪費的電能與養殖成本。

    4在常溫下,微泡泡水機皆能安全、節能,發揮高溶氧效能。

    不但成功的取代打水車的溶氧效果,產生的微泡泡水溶氧量也大幅增加,更重要的是溶氧時間同時獲得改善,進而發揮節省電能的效果。日後學生對於魚蝦、九孔、蜆、文蛤、香魚等養殖,也能藉此經驗做進一步的深入探討。

 

 

四、結論:

    經過以上探索的歷程,學生了解到因為溶氧的需要,才會建立一座座的打水車,然而不論是打水或打氣裝置,因溶氧隨即消失,形成浪費電能、增加養殖成本的過程。經由變因的探討再經由老師提供的科學知識引入,讓學生可深入探討並進而解決日常生活中的問題。這就是學習環理論中歸納推理以及演繹推理的交相作用,不但讓科學教師成功引導學生解決問題,也可以是科學教師PCK教學上一個良好的實務應用引導模式

 

註:本文參加「2009 數理教師PCK 應用與實務研討會」第一類口頭報告徵稿(題目 : 以學習環理論融入海洋教育的PCK 教學)通過審查,並獲中原大學教研所邀請參加研討會分享研究成果。審委推薦作品,希望能繼續發展成完整論文,並參加第二類論文期刊發表

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