圖1.2020臺灣再現日月合璧課程，科教館蘇萬生博士、天文館林琦峯講師及金華國小師生合影

國立臺灣科學教育館(以下簡稱科教館)於108年8月至109年7月進行為期1年的科技部女性科技人才培育計畫。本計畫利用學校晨光時間進行教學，透過學習科學相關的實作課程，激發國小女學生對科學研究的興趣，以提升探索科學的能力與科學素養，進而增進學生探究問題的能力。本文即係科教館藉由女性科技人才培育計畫，入校推廣科學實作的課程，透過與臺北市金華國小合作，推動高年級女學生探究與實作課程的教學實況。

 壹、臺灣十二年課綱自然學習領域中天文課程實施現況

在臺灣自然學習領域中，學習主題共有植物奧秘、奇妙的磁鐵、空氣和風、溶解、水的現象與變化、動物奧秘(含昆蟲）、天氣與生活、太陽與月亮位置與變化、生態、環境與自然資源、運輸工具與能源、電磁作用與燈泡等21個。根據調查，「太陽與月亮位置與變化」及「星空」僅有4.3%教師選擇此一主題進行跨領域教學設計(呂玉環，2021)。探究其原因，諸如:觀測一整個月的月相變化，受到時間及環境的限制、針對日食與月食的模擬又需要三球儀等相關設備、再不然就是要在天氣狀況良好的夜晚才能實際認識星座及觀測天象等。由此可知，天文教學受到時間及空間的影響甚大，讓天文教育的推動難上加難，造成老師在講臺上拼了命的描述，學生只能發揮自己的想像力去理解這些抽象的概念(吳昌任、林詩怡，2005)。

然而，十二年國民基本教育課程綱要(以下簡稱十二年課綱)自然領域基本理念即提到，科學學習的方法，應當從激發學生對科學的好奇心與主動學習的意願為起點，引導其從既有經驗出發，進行主動探索、實驗操作與多元學習，使學生能具備科學核心知識、探究實作與科學論證溝通能力(教育部，2018)。本研究即以「2020臺灣再現日月合壁」、「眼見不為憑」及「日偏食觀測活動」等三個教學活動，說明天文課程中引導學生探究與實作的教學策略，落實十二年課綱基本理念，供實務教師教學參考運用。

 貳、自然領域天文課程實施策略

本推動計畫於108學年度第一學期已經進行六次課程及一次校外教學( (黃真瑱、蘇萬生，2020)。109年3月規劃三場，皆利用晨光時間分散實施。一次一堂課，一堂課40分鐘。另外，增加一場戶外的日偏食觀測活動，時間在109年6月21日上午10點至下午5點。推動對象為金華國小高年級各班老師推薦女學生組成，約30位的高年級女學生。

一、2020臺灣再現日月合璧
本課程以古時候的觀星、近地點與遠地點、日食介紹及日環食觀察注意事項進行教學，教導國小高年級女生建立正確的日食概念及安全觀察日食的方式。以下就其教學流程做簡單說明：

（一）古時候的觀星
首先，介紹清代徐揚所畫「日月合璧五星聯珠」罕見天象圖，主要描述當時觀象臺欽天鑑所預測，清乾隆二十六年正月初一（1761年2月5日）將出現「上御極之二十六年正月初一日，午初一刻。日月同在元枵宮，躔女宿，如合璧。水星附日，躔牛宿。木火土金四星，同在娶訾宮。躔危室二宿，如聯珠。」的天象，並利用數位模擬還原259年前發生的天象，引發學生好奇與學習動機。同時了解當時所謂的日月合璧，僅止於太陽與月亮同時升起，並不像2020年6月21日臺灣會發生日環食。另外，五星聯珠的現象，並不是指水、金、火、木、土這五大行星連成一直線(其機率極低)，只要它們在天空中分布的範圍的角距離在30度以內，就算是五星聯珠了。

（二）近地(日)點與遠地(日)點
由於天體運行的軌道大都以橢圓形繞行，在太陽系中月球繞地球的公轉軌道是橢圓形的，地球繞太陽公轉軌道也是橢圓形的，所以就有所謂的近地(日)點和遠地(日)點，近地(日)點看的月亮(太陽)就比較大，遠地(日)點看的月亮(太陽)就比較小，這些相對位置正是影響日食發生的時間長短及遮蔽率大小的原因。由此推測，要發生最長時間日環食的條件，除了太陽、月球及地球成一直線外，還有月球需位於遠地點(最小新月)，及地球位於近日點(太陽看起來最大)。

（三）日食介紹
日食發生的條件則是太陽、月球和地球在同一條直線上，但是在地球上若要能觀測到日食，必須位於日食帶中，也就是月球影錐經過的範圍；竟然透過現在的衛星雲圖也可以清楚看到月球影子掃過地球表面耶！真是驚人！
全世界每年發生日食，有2-5次，平均100年共發生236.7次日食，其中偏食、環食各占三分之一，其次為全食，全環食則只有4-5次。但在固定地點平均3年可以看見一次日偏食，而平均每300-450年才能看見一次日全食。以日環食為例，上一次日環食在2012年5月21日，若2020年6月21日沒看到日環食的話，就得等195年後，2215年6月28日才能再見到日環食了(天文館，2020)。

（四）日環食觀察注意事項
可以利用針孔成像、投影法、減光法(注意：絕對不可在毫無任何保護裝置之下，用肉眼直視太陽)和攝影法進行觀測。

圖2.日月合璧教學流程圖


圖3.第一類針孔成像


圖4.第二類投影觀測法

二、眼見不為憑
本課程以光的折射、視覺不精確、視覺暫留及數學謎題等，透過科學的小遊戲，讓學生實作、觀察並思考，藉此能夠培養對科學疑問的好奇心，進而願意主動去了解原理。其教學流程如下：

（一）光的折射：「銅板不見了」、「箭頭隨身變」
利用光折射的原理讓銅板消失，當然銅板並沒有真的消失，而是銅板影像發生全反射現象，改變了成像的位置。還有，我們也讓向左邊的箭頭變成向右邊。

我們知道水和玻璃都會使光線折射，燒杯加水之後，成為一個凸透鏡，因此會使物體放大、縮小等現象。當物體放在凸透鏡的焦距內，產生的影像是「正立放大」的虛像；但如果物體放在凸透鏡的焦距外，產生的影像是「倒立縮小」的實像。因此，將箭頭放在加水的燒杯焦距外，就可以形成倒立的現象，這就是箭頭顛倒的原因。


圖5.曾曉琪老師示範「箭頭隨身變」


圖6.箭頭真的左右顛倒了

（二）實作演練（視覺不精確）：消失的「小精靈、兔子、小鳥」
首先，先觀察並數數看小精靈有幾個，共有15個小精靈，然後按照虛線，將圖形剪下，左右對調後，再數一次，咦！發現疑問，是不是少了一個，只剩14個小妖精呢？兔子和小鳥的遊戲也一樣操作。都有類似於小精靈的結果出現。


圖7.數數看小精靈的數量


圖8.視覺暫留小遊戲


圖9.學生實際操作色塊


圖10.觀察後發現實平而彎

（三）視覺暫留：
就是事物對眼睛的刺激停止後，它的影響還會留在眼睛的視網膜上有一定的滯留性。我們把同樣大小的黑色色塊，稍微錯開而已，竟然產生「實平而彎」的現象！

（四）幾何版「消失的小精靈」：
實際操作，留給孩子回家想想看！為何四小塊可以組合成二種直角三角形，二個三角形的底都是13，高都是5，但是其中一個三角形，卻多了一個空格呢？


圖11.幾何板的三角形實作


圖12.學生拼出的三角形


圖13.眼見不為憑教學流程

三、日偏食觀測活動
本課程以天文館的日食觀測扇進行實作觀察，目的在於讓學生使用正確的方法觀察日食，並加深對於天文課程的知識和興趣，教學流程摘述如下。

（一）引起動機 藉由報章媒體報導有關日環食2020年6月21日登場的消息引起學生學習動機。臺灣出現罕見天象日環食，下次還想在臺灣本島看見就要等到2215年。 臺灣本地日環食於當日14時44分4秒由金門開始「初虧」，至17時26分43秒於臺東「復圓」結束，大約歷時2小時又42分鐘，臺灣的日環食帶從本島通過金門、澎湖北側、雲林南部、嘉義縣、嘉義市、臺南市北側、高雄市北側、南投縣、花蓮縣南側及臺東縣北側，共10縣市都可見到1秒至58秒的日環食，其他地區則能看見日偏食。我們身處的臺北市可看到日偏食。

（一）教學流程

1.將2020臺灣再現日月合璧的課程加深加廣。
介紹日食分為四種，包括日全食、日環食、日偏食和全環食，其中較罕見的是全環食，只發生在地球表面與月球本影尖端非常接近的情形下，這時不同地區會出現日偏食、日全食和日環食三種不同的日食。

2.指導學生製作日食觀測箱觀察及使用觀測扇觀察。
學生利用鋁箔紙、紙箱、剪刀、白膠或雙面膠、針、白紙製作簡易的日食觀察箱。同時，複習光的直進與光的反射概念，討論還有沒有其他的觀測方式。

3.舉行日偏食觀測活動(鼓勵學生於當日到校觀測或是自行在任何地區觀測)。

圖14.日偏食觀測活動教學流程圖


圖15.使用自製觀測箱觀察日偏食


圖16.使用觀測扇觀察日偏食


圖17.學生自行在家巷口觀測


圖18.利用不同工具觀測

 參、推動成效

本研究期望透過天文課程的推動與實施，讓高年級女生瞭解天文存在於日常生活之中，並學習操作道具，透過觀察與探究，發現大自然的奧秘。在「2020臺灣再現日月合璧」課程實施後，學生表示：「我最有興趣的是如何觀測日食，以及觀測日食所使用的道具。透過老師解說，我可以簡單了解日食的種類;透過老師介紹，明白原來天文館還有這麼多有趣的活動可以參加，下次有機會也要試試到天文館參加觀星活動。」另一名學生於日偏食觀測活動後：「光是在教室聽講解不夠好玩，我最喜歡到戶外操作，謝謝學校舉辦日偏食觀測活動，事先讓我們和同學自製觀測箱，教務處曹曦主任也幫我們申請天文館的觀測扇，讓我們在觀測日偏食時，一次可以使用兩種道具。重要的是，跟同學一起學習很有趣。」為利讀者瞭解，本研究推動成效彙整如附錄一。

 肆、結論與建議

就本研究推動一年之執行情形，提出下列結論與建議：

一、「玩」科學，新體驗
為提高學生對於科學的興趣，上學期我們特別設計了一系列的課程是每堂都能動手製作，我們的確從學生的操作中，發現學生對於科學獲得更多的樂趣，也發揮了更多的創意。108年度下學期，我們加入了「玩」的元素，讓學習更活潑，玩科學，理解科學，操作的部分也占課堂的大部分，大量的讓學生邊做邊想。

二、利用晨光課餘時間學習更為寶貴
108年度下學期的課程實施時間皆為晨光，學生對於晨光時間抽離學習新的東西，很有興趣，針對這三次的入校實施，導師預告上課時間後，發現當日有降低晨光遲到的情況。另外，由於高年級學生多半晨光時間抽離出去校隊練習、擔任糾察隊巡視、合唱團練唱，原本留在教室的學生就不多，導師也多半無法進行額外課程，學生也通常是學習上較低成就的，因此當學生被抽離出來上課，又有可以玩科學，學生有大部分表示十分願意，並期待下次課程。

三、配合入校課程延伸發展假日科學活動
培養學生科學的能力除了學校教育既有課程外，若能配合入校推廣課程，發展假日科學活動，讓親師生一起來玩科學，相信會更能啟發學生的興趣，學校在辦理親子活動上也可更多樣化，讓親師生建立良好的教與學互動，家長和學生都能獲得成就感，鼓勵親子一起邁向學習成長。

四、學校行政的支持
老師有熱情，家長有意願，學生有興趣，若能加上學校行政支持，提供場地，提供資源，課程的推展也比較容易，較能支持老師的教學熱情，持續發展相關有趣的自然課程，對學生定當是佳音。