臺灣居然有鱷魚化石，想都想不到！還好現在本土鱷魚已經絕種，大家不用害怕

 前言

「臺灣有化石嗎？」「除了地球，其他星球有化石嗎？」「沒有骨頭的章魚、蛞蝓，可不可以形成化石？」「人類的化石，為什麼很貴重？」

學生們還沒看到化石，腦袋已經裝滿許多問號了（圖1）！在小學教科書中，與化石最有關聯的科目就是自然與生活科技了；但是從小三到小六的自然課本，也只有一個提到「岩石與礦物」的單元，稍微提到化石。除此之外，制式課程內幾乎沒有化石的蹤影。臺灣位於兩個板塊交界，因為板塊間的推擠作用，將歐亞板塊沉積於海床的地層抬升，島上有豐富的海相化石，不靠海的南投山區，甚至可以找到巨齒鯊、鸚鵡螺、翁戎螺化石；又因為冰河活動、海平面變化的關係，澎湖海溝裡有象、水牛以及鹿等陸地動物的化石（圖2）。除此之外，臺灣陸地上更有現今已滅絕的犀牛、老虎甚至鱷魚等生物的化石。這樣看來，臺灣的化石種類可說多變而豐富，是教學的好教材。以下僅就筆者在新北市山區教育現場的實務經驗，分享化石教學的點點滴滴。


圖1. 小朋友面對化石，總是有各種想法


圖2. 澎湖海溝撈起的水牛骨骼化石

 教學理念

人類可以變成化石嗎？
根據「十二年國民基本教育課程綱要自然科學領域」，教師應當激發學生的好奇心，並且引導主動探索與實驗操作，最後讓學生具備探索實作與科學論證溝通能力。古生物變成化石的過程，歷經的地質、氣候與化學變化，有許多想像與解釋的空間，相當適合當作科學論證的教材。此外，「明星化石」物種，例如暴龍、長毛象、三葉蟲等等，因為動畫以及科普書籍、繪本的關係，讓許多學生深深著迷，很容易激發好奇心與主動探究的熱情。這樣看來，冰冷的化石若透過良好的課程設計，可以達到上述課綱的目標。

有鑑於此，筆者以化石當教材，透過實際觀察、觸摸、實驗等實作，引導學生完成簡單的科學論證並記錄論證內容。筆者在教學過程，也在教室角落布置「化石學習角」（圖3），除了化石標本外，也提供放大鏡、顯微鏡讓學生動手操作。為了補充制式教材的不足，學習角也擺放大量圖書讓學生查閱（圖4）。筆者先讓學生有了先備知識，再請他們到展館參觀大型化石並當場素描記錄。應屆畢業生則利用畢旅的機會，到台中大甲溪採集化石，為整個教學過程畫下美好的句點。


圖3. 班級化石學習角落


圖4. 化石角落還提供放大鏡與書籍讓學生運用

 教學設計

原來矽化木和現生木頭的成分是不一樣的
參與化石課程的學生，從二年級到六年級都有，教學者則包括筆者與一位化石專家。因為低年級學生學習特質的關係，以五官感覺為主要探索方式，只要求簡單描述即可；六年級學生則要繳交作文。教學過程包括以下形式：

 觀察與探究

二年級與三年級的學生，以社團課方式接觸化石課程。筆者擺出化石，先讓學生觀察，然後挑選喜歡的化石帶回座位。筆者要學生先想想：如何從古生物變成手邊的化石？這中間歷經怎樣的變化？然後請學生以四格漫畫方式，合理推測。結果發掘出許多「素樸」的觀點，有位三年級的女生，發揮想像力解釋昆蟲化石的成因（圖5）：

天氣太冷沒有溫暖的地方，但它（昆蟲）找到一個山洞，它覺得山洞很溫暖
可是它不會起火，所以一直躲在裡面，地板很起伏（起伏很大），很難走路
但它一直往前走，但它還是很冷，它受不了躲在泥土裡，最後泥土慢慢變成土石，那隻小蟲就被埋在土裡面

女生合理推測場景，雖然與真實狀況吻合的機率很低，卻也展現推理的能力。

有善心人士捐贈大量的珊瑚化石首飾（俗稱珊瑚玉），筆者讓低年級學生以放大鏡觀察表面的珊瑚蟲隔板，並且讓他們從教室後面的諸多化石或標本挑出首飾的原料（圖6），結果只有一位學生指出現生珊瑚的隔板，正確比對出來（圖7）。中高年級的學生是否能以化石的特徵，反推來源是什麼？可惜疫情停課的關係，本學期無法施測了。


圖5. 三年級學生畫出的化石成因四格漫畫


圖6. 學生以珊瑚玉的顏色而非構造來推測來源(這名學生推測首飾是貝殼製成的)


圖7. 只有一位學生正確推測出珊瑚玉的原料

澎湖水道的化石，起源於最近一次冰河時期。當時海平面下降，目前台灣到澎湖的水域原本大多是陸地；又因為氣溫降低，台灣北方的動物得以南遷，廣布於目前澎湖水道附近。冰河時期結束後，海平面上升，當時陸棲動物的化石就在海面以下了。筆者曾經讓三年級的學生以高倍放大鏡觀察化石上頭的藤壺、珊瑚等附著物（圖8），學生才曉得這批化石來自海底，但是問到化石的來龍去脈，答案就有趣了（圖9）：

漲潮的時候，潮水把骨頭沖進海裡
下雨的時候，雨水沖刷進入海裡
被人踢下去的
動物原本就住在靠海的地方，後來被河水沖到大海
會飛的動物，把骨頭叼起來，然後扔進海裡

這些推理雖然沒有考慮到氣候變遷，卻也都「言之成理」；其中「動物原本就住在靠海的地方，後來被河水沖到大海」，其實與目前博物館的看版解釋有異曲同工之妙！


圖8. 以放大鏡觀察澎湖海溝化石上頭的海洋生物


圖9. 這位學生認為，漲潮的時候，海水把骨頭沖進海裡

化石除了讓學生進行初步的推理，更能訓練觀察與紀錄能力。學生最後查閱資料而得到答案，等於是來一趟科學探究的歷程。筆者準備現生的珊瑚與樹幹，以及珊瑚化石與矽化木，讓五年級學生自行感受生物經過礦化作用的差異。五年級學生看到滄龍的牙齒，直覺推測是鱷魚的牙齒。筆者當下不置可否，只提供鱷魚的頭顱標本、放大鏡與參考書籍，要學生先仔細觀察兩者牙齒並速描下來（圖10）。幾位學生翻閱書籍比對（圖11），最後終於確定是滄龍的牙齒。


圖10. 畫出滄龍與鱷魚的牙齒並比對差異


圖11. 學生最後翻閱書籍，確定是滄龍牙齒化石

 動手操作

古生物死後，因為長時間掩埋而沒被破壞，就變成化石。化石會慢慢向上移動，有些還會露出地面
筆者回想教學的經驗，若問學生：「臺灣的山上為什麼有貝殼化石？」不少學生都會回答「板塊擠上來的」。其實「為什麼板塊會互相擠壓？」或是「板塊運動還可以解釋什麼？」更是耐人尋味的問題。板塊運動不管在空間或時間上，都屬於大尺度的自然現象，光靠平面的文字敘述，難以讓學習者窺得全貌，若輔以動手操作，當可獲得更大的學習成效。

筆者就讀博班期間研究海洋教育，不管是現場研究或文獻探討，都發現科學性的動手操作屬於有效的教學策略，可以提升學生的學習動機。而以科學教育理念設計的課程搭配動手操作，更能激發主動求知。有鑑於此，筆者參考文獻與動畫，設計出板塊運動拼圖套件。學生完成拼圖的過程，必須參考套件提供的動植物化石分布以及各大陸塊目前的相對位置以及形狀，還原成兩億年前的盤古大陸（圖12）。學生完成拼圖後，發現原來南極、澳洲與印度次大陸，兩億年前都是連在一起的，如此可以解釋為什麼南極可以發現樹木與恐龍化石（以前位置不在高緯度，因此氣溫較高），或是喜馬拉雅山如何造成的（印度次大陸撞上亞洲大陸）。若是時間許可，還可以介紹德國氣象學家韋格納（Alfred Lothar Wegener）如何發想出大陸漂移學說，以及1960年代海洋探勘技術進展而確定板塊運動的過程。

除了板塊拼圖，筆者也設計盒裝的化石硬度比較教具，讓學生比較現生珊瑚與化石珊瑚的硬度：現生珊瑚採自北海岸海灘，珊瑚化石則購自台北市建國花市（珊瑚玉加工後的邊料），盒內還裝有磁磚一片，讓學生以摩擦的方式比較硬度，惜因疫情停課的緣故，無法讓學生操作。


圖12. 六年級學生拼出的盤古大陸

 戶外教學

化石是一本厚重的書，詳細記載地球的故事
學生在教室可以看到貝殼、珊瑚或海膽化石，但是大型完整的菊石或三葉蟲化石，甚至是恐龍化石，就只能走進展館方能一探究竟了。為此，筆者安排五、六年級學生到國立臺灣博物館古生物館參觀，並且請學生以素描方式畫下恐龍化石，領略完整、巨型化石的震撼。

筆者為了讓六年級學生能夠在小學最後階段實際在野外觀察化石，特地利用畢旅機會規劃到台中石角國小附設天德大願化石館（圖13），並且到大甲溪挖掘化石（圖14）。行前的準備工作包括：工具準備、採集注意事項、認識板塊運動等等。此行多虧中部化石專家李天德先生（圈內人暱稱化石老爹）導覽，不但領著學生參觀化石博物館，更是全程指導學生尋找化石。學生在化石館目睹大甲溪河岸出土的海龜化石（圖15），無不發出驚嘆，原來拜板塊運動之賜，陸地的河床也可以找到大型海洋動物的化石。石角國小的博物館，雖然只有一間專科教室的大小，卻容納了臺灣各地的化石，海龜化石更是鎮館之寶，可惜因為上午行程耽擱的關係，學生只能蜻蜓點水式觀看。學生在大甲溪畔，從原本抱怨氣溫太高、步行太久，到後來驚呼連連，甚至導遊要強制大家離開現場，以免太陽下山要摸黑回到車上。此行採集到的化石多是海扇之類的雙殼貝（圖16），僅有少數的腹足綱海螺（陽傘螺、玉螺），以及為數不少的生痕化石（沙棒）（圖17）。這次的大甲溪化石採集，讓學生親眼目睹板塊運動的威力。


圖13. 六年級學生參觀台中石角國小的化石博物館


圖14. 化石老爹指導六年級學生採集化石


圖15. 海龜化石是石角博物館的鎮館之寶


圖16. 大甲溪畔的海扇化石


圖17. 海洋生物生痕化石

 學生回饋

骨頭變成化石後，會產生許多改變
六年級的學生尚未接觸化石課程之前，筆者請他們說明化石的用處，17位同學當中有8位認為化石可以賺錢、12位則認為可以收藏、展覽或欣賞（圖18）。等到上完系列課程，同學的回應更為多元了：

可以推測古代的海流
下一次看到同樣的化石，就知道是什麼動物的化石
可以知道以前生物的生存遺跡
可以了解以前的生物與當時的地質
可以知道以前的生物有哪些、牠們的長相，也可以猜想當時發生了什麼事和當時的環境


圖18. 上課前，大部分的學生認為化石只有參觀、典藏的功能

由此可見，六年級學生透過觀察、探索與動手操作等過程，自然而然體會出化石的重要性，從單純且直觀的認定化石只有賣錢或收藏的價值，演變成可以藉由化石認識古環境以及古生物。

五年級的學生，去年曾經上過筆者的骨頭課程，也接觸過大量的科普資訊，還沒上化石課的時候，已經提出林林總總的好問題：

化石骨頭為什麼會生鏽？化石為什麼可以放很久？
恐龍化石可以抽出DNA嗎？從化石怎麼決定年代？其他星球有化石嗎？
臺灣有化石吧？生物都會變成化石嗎？
化石怎麼形成的；紋路怎麼產生的；沒骨頭的動物會有化石嗎？
長毛象被冰凍保存到現在，骨頭發生什麼變化？
水晶是不是化石？植物也可以成為化石嗎？為什麼以前就有溫室效應？
化石原來的顏色是什麼？

這些問題，牽涉到化石的礦化過程、定年以及古氣候；而恐龍皮膚的顏色研究，目前也有突破性的發展。由此可見，學習者在進入課室之前，已經各有各的認知。化石具備的不確定性、趣味性，讓不同認知程度的學生，都能享受探究與實作的樂趣。

由於疫情嚴峻，許多後續課程無法實施，殊為可惜。有位六年級學生，在線上課程提到「老師你為什麼喜歡化石？」筆者現在的答覆是「可以和你們一起探索大自然，一步一步接近真相」。

 謝辭

化石標本與模型，往往所費不貲，感謝以下善心朋友贊助橫山國小——
台北市立建國中學第39屆校友會（狂社）彭嘉陵、林子健兩位先生贊助化石與模型的經費，詹兆源先生贊助儀器與參考書籍；海洋發展教育基金會贊助骨骼課外書；橫山國小王蘭芝主任以及張溫瑜組長協助申請經費，校友簡月美女士贊助經費；謝荿葳先生與周依儂小姐贊助珊瑚玉首飾；吳俊儀先生捐贈澎湖海溝化石、林宏吉先生捐贈海膽化石；李天德老師捐贈礦物、化石並義務擔任導覽。還有澎湖海溝化石同樂會以及旅居美國加州的化石專家高健為先生長期提供專業諮詢，以及婉謝列名的其他善心人士，在此一併致謝。