為了讓學員了解數位科技在氣象探究的應用，我們首先邀請中央氣象局齊祿祥技正帶來「與時俱進的氣象探測」課程，從古人對天氣的生活經驗（觀測）與預測開始，再講到傳統地面（高空）觀測至現代化氣象觀測，至新一代遙測觀測儀器的介紹。對學員來說，以往在氣象報導上面講的雷達、衛星雲圖、紅外線可見光這些生疏的名詞，在氣象專家的解說下，有了更進一步的認識，這些觀測技術也因為科技的發達，有了與時俱進改變。


圖1. 氣象衛星中心秦祿祥技正的「與時俱進的氣象探測」課程        

在對於現今氣象資訊的觀測方式與所使用的氣象儀器有一定的瞭解後，我們開始讓學員們親身體驗各式氣象因子了！新興國中的黃嘉郁老師首先介紹「數位氣象儀」這項設備後，氣象推動小組的老師帶領學員，從室內到戶外、從有樹蔭遮蔽的環境到毫無遮蔽的操場，實地進行氣象因子測量的饗宴。每到一個地點，學員們先觀察各處環境的差異，同時也試著運用身體的感官來感受一下。老師會先請學員就自身感受來預測所在位置的溫度、濕度及風速等，之後宣布數位氣象儀所測量到的答案。經過多次的體驗，學員們由原本誤差極大、一次又一次地修正數值，發現預測數值也越來越準確了！


圖2. 天氣體驗活動，氣象推動小組的老師講解環境對溫溼度與風速的影響(上)及學習使用數位氣象儀(下)        

有了實地測量各項氣象因子的經驗之後，氣象推動小組的老師指導學員如何針對日常發生的天氣現象進行探究，包含：會想要進行什麼樣的觀測與研究呢？可能影響實驗結果的因素有那些？之後從中挑選一個可能影響的因素（操縱變因）來設計實驗。雖然有了剛剛初步的天氣體驗活動，可是對學員來說，藉由自身經驗設計一個完整且縝密的實驗流程還是有點困難的。因此，在老師的引導與協助下，學員們兩兩一組地合作學習、共同探究與修正自己的實驗。活動第一天，學員們發想出來的實驗很多都是天馬行空、憑空想像，操縱變因也設計得太過複雜與多樣，這些初步構想都不太能算是很完整的實驗設計與流程，真正執行上也有許多困難。在隨後兩天的活動之中，都由老師共同協助學生來給予精緻化、完整化。


圖3. 氣象推動小組的老師引導孩子撰寫探究過程計畫        

成長－體驗數位科技的運用

緊接著就是要讓學員認識MorSensor這項神奇的資訊工具了。MorSensor又叫做「無線感測積木」；正如其名，它是使用藍芽或wifi方式與手機相連，感測外界各項環境因子，並且將之數據化，而且外表長得就跟積木一樣，所以才有這樣的中文名字。然而積木雖小、類型可多得很，不僅可以測量大氣壓力、紫外線、溫濕度、二氧化碳等，還有許多不同的元件，藉由新興國中黃嘉郁老師的介紹，學員們對於這項工具大開眼界、馬上就有人想要應用在自己所設計的氣象研究活動上面。然而為了讓學員們更加熟悉這項秘密武器，老師們設計了不同的實驗關卡，讓學員藉由轉台方式來共同體驗與操作。以下就為大家介紹一下這次活動所規劃的四個關卡。


圖4. 老師介紹Morsenor的使用方法

第一個關卡是「二氧化碳濃度的測定」。我們在密閉容器之中放入乾冰、燃燒之中的線香等，然後將二氧化碳感測器放入，結果發現二氧化碳的數值明顯比外界高出許多，且隨著操作過程，二氧化碳的濃度變化呈現規則的趨勢，整個過程讓學員們都覺得十分新奇。


圖5. 二氧化碳濃度測量關卡

第二關是「大氣壓力數值的測量」。因為實驗地點在教室之中，大氣壓力並無法有顯著地變化，因此氣象推動小組的老師運用家裡常見用來保存食物的真空罐來進行這項實驗。在真空罐中放進了密閉的針筒與密封的小氣球，然後讓學員自己進行抽氣；整個過程「抽氣」過程，學員除看到小氣球開始膨脹、針筒內的空間也出現了顯著的變化，也看到MorSensor所測得的氣壓數據也越來越低。果真透過動手操作的實驗有更深刻的了解！


圖6. 大氣壓力關卡解說與實測

第三關是「紫外線指數的測量」。氣象推動小組的老師讓學生比較不同顏色玻璃紙隔絕紫外線的效果如何，並且比較陽傘、SPF30與SPF50防曬油(SPF係數即Sun Protection Factor，是針對使肌膚曬傷/紅的紫外線UVB所制定的防護指標)等等的不同防曬用品是否真的能夠隔絕紫外線效果。玻璃紙部分，學員將紅色、黃色、藍色等玻璃紙包在MorSensor外面，記錄所測的紫外線是否存在差異；防曬油的實驗方面，學員將不同防曬係數的防曬油塗在載玻片，然後使用MorSensor進行紫外線指數測量。其實整個實驗之後，學員們驚訝地發現，防曬效果最好的居然是最不起眼的陽傘了，這真是打破了平常對於防曬概念的迷思，大家在體驗這個關卡之後都笑稱說，以後真的不用買防曬乳了，想要防曬，還是撐個陽傘比較實在啊！


圖7. 紫外線指數關卡解說與實測

第四關是「溫濕度的比較」。氣象推動小組的老師找了不同的環境，包含密不通風的教室、開放的走廊空間、開了冷氣的教室等，先帶領學員們觀察每個場域的環境，之後再用利用MorSensor進行溫濕度等數值的測量。也許是大家在前一天天氣體驗活動之後，對環境的觀察技巧也越來越進步了，測試出來的結果也發現，不同地點的溫溼度的確有著明顯的不同，相信孩子們對於自身體驗與檢測數值有更進一步的連結了！


圖8. 環境溫濕度的測量關卡

在不同關卡的體驗之下，氣象推動小組為學員們搭起了學習的鷹架，學員們對於自己的實驗計畫也激發出更多不同的火花，許多學員在闖關過程便開始討論如何運用剛剛體驗的經驗，融入MorSensor這項資訊工具來完成自己的探究實驗。闖關結束回到教室後，氣象推動小組的老師發現從前一天各組自己天馬行空的想法，學員開始逐步將研究過程思考得更為縝密，操作變因、控制變因也逐步縮小範圍，讓原本不太可能實現的實驗計畫也慢慢地具有規模與樣貌了！

綻放－運用資訊科技進行環境探究

在經過前兩天的學習後，最後一天的課程便是讓各組的探究計畫實驗付諸實現。各組運用MorSensor進行測量，所得到的數值運用PAD進行分析與圖表繪製，之後各組將成果報告與圖表投射到新興國中各個教室已完成建置的大尺寸觸控螢幕上進行報告與分享。

開始實驗的時候，看到許多組別都跑去不同的環境場域一次又一次地測量，也看到不少學員從家裡帶來各式各樣的實驗器材。大家的實驗發想都很有創意，也因為前兩天的激盪後，有了很多不同的可能，像是大氣壓力對不同飲品沸點的影響、不同樓層對氣壓的影響、餅乾在不同氣壓下何時會爆開？不同物質對紫外線指數的改變等。運用MorSensor測量所得的各項數值，未必能做出如同預測般理想，但是每次探究過程都是一種收穫與學習。


圖9. 各組完成探究實驗的過程


圖10. 大氣壓力對不同飲品的沸點影響(上)、二氧化碳對溫度的影響實驗(下)

實驗完畢後的報告與分享是這次營隊的重頭戲，藉由大尺寸觸控螢幕的使用，學員上台清楚地表達他們的實驗目的、實驗過程、實驗結果，最後氣象推動小組的老師引導台下的學員針對報告組別的實驗，反思後提出優點與建議，這樣一來一往的激盪下，學員發言十分踴躍，老師們也發現學員真的比我們想像中厲害很多，不僅懂得發現問題，而且還能尋求解決問題的方法。台下的學員提出疑問、台上的學員努力回答，在一問一答之中有了多元的激盪，邊反思邊學習，這是另一種學習的快樂。


圖11. 學員以圖表說明實驗結果(上)並上台報告毫不怯場(下)

 未來展望