地科課程總覽
地科課程總覽
CH2固體地球的結構與組成
震波陰影帶
國中已學過地球內部構造，高中課綱以「如何由地震波了解地球內部構造」為條例，在這樣的學習主題下，希望把「如何了解」盡可能用科學角度來呈現。從探究的觀點，將震波陰影帶放入才能將這個概念傳遞清楚，讓同學了解內部構造分層圖，不直接獲得，而是間接透過地表地震波的測量方式，而地表地震波的測量方式最關鍵的概念就是震波陰影帶，所以震波陰影帶才能完整說明科學家是如何劃分未看過也未去過的地球內部分層圖。
CH3大氣
科氏力
科氏力確實是不容易交代清楚的部分 ，而我們保留下來主要原因是因為不管是液體或氣體地球都會受到科氏力的影響，例如大氣環流、海洋海流等，因此我們還是希望交代清楚。課本給了南北向的示意圖，利用地球轉速差距來說明。
CH4海洋
不一樣的「聖嬰現象」
課本一開始先從故事引導，透過鯷魚的改變、鳥類的改變，讓人們驚覺這個現象，再慢慢帶入科學敘述，如海水湧升流、海溫變化、斜溫層的改變等等，最後以故事做結尾，希望讓學生有新的體驗，認知這些內容真的可以和我們的生活作結合，也訓練學生閱讀理解的能力。
地科課程總覽
CH2固體地球的結構與組成
震波陰影帶
國中已學過地球內部構造，高中課綱以「如何由地震波了解地球內部構造」為條例，在這樣的學習主題下，希望把「如何了解」盡可能用科學角度來呈現。從探究的觀點，將震波陰影帶放入才能將這個概念傳遞清楚，讓同學了解內部構造分層圖，不直接獲得，而是間接透過地表地震波的測量方式，而地表地震波的測量方式最關鍵的概念就是震波陰影帶，所以震波陰影帶才能完整說明科學家是如何劃分未看過也未去過的地球內部分層圖。
CH3大氣
科氏力
科氏力確實是不容易交代清楚的部分 ，而我們保留下來主要原因是因為不管是液體或氣體地球都會受到科氏力的影響，例如大氣環流、海洋海流等，因此我們還是希望交代清楚。課本給了南北向的示意圖，利用地球轉速差距來說明。
CH4海洋
不一樣的「聖嬰現象」
課本一開始先從故事引導，透過鯷魚的改變、鳥類的改變，讓人們驚覺這個現象，再慢慢帶入科學敘述，如海水湧升流、海溫變化、斜溫層的改變等等，最後以故事做結尾，希望讓學生有新的體驗，認知這些內容真的可以和我們的生活作結合，也訓練學生閱讀理解的能力。
CH5地球與太空
天文教學中會用到的數學與物理概念
天文中較進階的問題對學生來說比較複雜，我們可以先讓同學熟悉一些會使用到的數學定義及物理概念，來降低教學的難度與複雜度。比對一下各科教學進度，數學的對數在高一上第一次段考前會教學，物理的相關性質會在第二次段考介紹(例如都普勒效應)，所以將天文放在第三次段考會比放在前段來得順利一點。
課程板塊 CH01
地球的歷史
課程板塊CH01 地球的歷史
國中先備知識摘要
➤ Ed-Ⅳ-1星系是組成宇宙的基本單位。
➤ Ed-Ⅳ-2我們所在的星系，稱為銀河系，主要是由恆星所組成；太陽是銀河系的成員之一。
➤ Fa-Ⅳ-3大氣的主要成分為氮氣和氧氣，並含有水氣、二氧化碳等變動氣體。
➤ Hb-Ⅳ-1研究岩層岩性與化石可幫助了解地球的歷史。
➤ Hb-Ⅳ-2解讀地層、地質事件，可幫助了解當地的地層發展先後順序。
學生素養實習手冊
地球時間線
- 使學生能認識太陽系及地球的起源及演化。
- 使學生能知道地球的歷史。
- 使學生能知道大氣及海洋的可能起源及演變。
- 使學生能知道研究地球歷史的方法及限制。
- 使學生的熟悉透過線索及邏輯推測事件發生的先後順序。
土衛二可以孕育生命嗎？
冰層下的祕密世界
過去我們對土衛二（Enceladus）的認識只知道它是一顆被冰覆蓋的星球，但自從卡西尼號（Cassini）太空船在2004年進入土星軌道觀測後，一連串的新發現讓科學家相信，若要尋找外星生命可能存在的地方，土衛二將是首要選擇之一。
故事開始於太空船首次拍攝到土衛二南極附近有像美國 黃石公園的老忠實泉一樣的水蒸氣噴發事件，這是表面現象還是來自內部活動？
為了徹底了解噴射物的成分與形成機制，NASA 除了拍照監測，還調整卡西尼太空船軌道直接穿越水噴射物抽樣，甚至開啟下一次土星探測的計畫。綜觀卡西尼號太空船十多年來的觀測結果，得知土衛二冰層下有遍及整顆星球的海洋，噴射物的成分98 % 是水外，1% 是氫，其餘的是包括二氧化碳、甲烷和氨在內的其他分子的混合物。最後確認的氫含量被視為關鍵性的發現，科學家藉此推斷：土衛二由岩石構成的核心和冰層下的海洋，彼此間有熱液作用。在地球上，這種海底熱液作用可以讓微生物在海底熱泉區孳生，牠們不需要陽光、也不需要氧氣，會把氫分子和二氧化碳轉換成甲烷，並從中獲得能量維生。不過卡西尼號並沒有找到生命的跡象，只是找到了食物來源。
地球的起源
美麗的藍色星球
從太空中觀察，地球是一顆美麗的藍色星球。在整個太陽系裡，地球是唯一在地表擁有大量液態水並且孕育萬千生命的星球。這星球是如何形成的呢？
教學建議：
教師可以利用沒有說明的太陽系形成示意圖，進行看圖說故事。
Q：科學家推敲出太陽系形成的過程，主要有以下幾個關鍵場景，請排序並說出一個你看到的太陽形成史。
大氣與海洋的演變
地球的水從哪裡來？
近年歐洲太空總署的羅賽塔（Rosetta）計畫登陸並分析彗星的組成物質，發現彗星上也有水冰，但組成元素的同位素比例與地球的水略有不同。那麼地球上這些對生命演化極其重要的水是否來自地球自身？又是如何累積而成的呢？
教學建議：
教師可在進入此議題前，先播放歐洲太空總署的羅賽塔計畫宣傳影片：「野心：ESA羅賽塔計畫」，並提示學生可進一步探究或思考的問題，如：
- 為什麼取名羅賽塔？與羅賽塔石碑有何關聯？
- 羅賽塔計畫的目的為何？
- 羅賽塔經歷10年飛行抵達67P彗星，過程可能遭遇哪些困難？
探索地球的歷史
人類如何建立地球歷史？
人類登上地球舞台的時間大約在距今260萬年前，乍看頗為久遠，但若從地球誕生迄今的歲月來看，其實相當短暫。如果地球的46億年歷史濃縮為1天，人類其實在將近午夜的23時59分才粉墨登場（圖1-9）。即然如此，未曾親眼證實地球的起源與演化的人們，又是如何建立地球的歷史呢？
教學建議：
教師可在正式介紹地質年代之前，先說明濃縮的地球歷史，讓學生體認人類時代的須臾。再導入電影的海報或剪輯片段，如侏羅紀世界、冰原歷險記及史前一萬年等，由學生提出劇情中的生物或人物主角；教師可另外補充具代表性的古生物、地球誕生時間、最古老的礦物、岩石、化石證據及其時間等資訊，讓學生在黑板上排序。
過程中教師可說明，地質學家在不同地點發現的各種地層及化石證據，要如何互相比對才能統整為完整的時間脈絡，而不是如同穿越劇般的時空錯置。
最後學生可將黑板上粗略的排序與本節主題地質年代表對照，觀察並探討各個地質年代的順序、界線時刻是如何得知的。
課程板塊CH02
固體地球的結構與組成
課程板塊 固體地球的結構與組成
國中先備知識摘要
➤ Fa-IV-1地球具有大氣圈、水圈和岩石圈。
➤ Fa-IV-2三大類岩石有不同的特徵和成因。
➤ Ia-IV-1外營力及內營力的作用會改變地貌。
➤ Ia-IV-2岩石圈可分為數個板塊。
➤ Ia-IV-3板塊之間會相互分離或聚合，產生地震、火山和造山運動。
➤ Ia-IV-4全球地震、火山分布在特定的地帶，且兩者相當吻合。
➤ Md-IV-4臺灣位處於板塊交界，因此地震頻仍，常造成災害。
➤ Md-IV-5大雨過後和順向坡會加重山崩的威脅。
學生素養實習手冊
看得到的地牛翻身
- 學生能說出 P 波與 S 波在傳播特性上的差異。
- 學生能透過 P 波和 S 波的傳播時間繪出走時曲線。
- 學生能透過走時曲線找到地震的震央位置。
- 學生能了解地震帶來的衍生災害。
認識生活中常見的岩石：
延續國中階段所學有關礦物及岩石的概念，實際觀 察與辨認三大岩類的特徵，並藉由觀察校園或生活環境周遭岩石的特徵，以培養 辨認岩石的基本能力。
居安思危－如何了解居家環境的災害潛勢：
透過此活動，學生可統整已經學過的各類型天 然災害知識，並將地震或颱風的親身經歷進一步結合研究資料。了解如何由資料庫查詢相關訊息，也能將防災的概念內化為日常生活的應變能力。
人類活動可能觸發地震嗎？
人類活動有可能改變地震嗎？這要從最近兩個熱門的異常地震事件談起。
案例1（2011～2016） 業者長期注入廢水，引發多起災害地震
為了採集頁岩裡的油氣，美國 奧克拉荷馬州的業者以高壓注入大量的水到地底下撐開岩層縫隙，水裡混雜沙粒，將水抽回之後沙粒便撐住裂隙成為油氣通道，但是抽回的水已經遭到汙染並造成嚴重的環境問題，於是有業者再將這些工業廢水注入封閉的地層以降低對環境的破壞，殊不知長期注入的廢水增加孔隙壓，逐漸降低附近斷層的有效正向應力，使得原本沒有什麼地震活動的地區開始活躍，甚至在2011～2016年之間出現好幾起規模超過5.0的災害地震，迫使州政府必須強制關閉好幾口注水井以降低地震風險。
案例2（2017） 地熱電廠的注水誘發了災害地震
類似的情況也發生在韓國浦頂地區的地熱發電廠開發案，為了取得地熱資源，開發團隊分別鑽了注水井和生產（取水）井，以高壓的方式撐開岩層的裂隙，並企圖將加熱後的熱水取回地面，但是不幸地在2017年11月15日誘發了一個規模5.4的地震，是該國有儀器記錄以來最大的災害地震，造成約520萬美元的損失。根據最新的觀測研究顯示，這起地震和餘震序列的位置緊靠著地熱電廠的兩口井底部，同時也觀察到注水時誘發的小地震數量明顯增加。
近來為了減緩全球暖化的趨勢，將工業排放的二氧化碳注入地下封閉岩層的碳封存技術成了減少空氣裡二氧化碳濃度的手段之一，但是同樣必須面對降低斷層強度而誘發地震的風險。過去的研究發現注水量的多寡與誘發地震的規模相關，不過人算終究不如天算，在應力居於臨界狀態的地區而言，可能只要稍許的應力擾動，便足以誘發顯著地震，因此在進行類似的作業之前，詳細且全面的評估絕對不能省略。
其他諸如興建大型水庫、大規模採礦或生產油氣等人類的活動，多少都會改變近地表的質量分布，進而對周遭的應力環境造成影響。根據研究報告，雖然這些活動多數僅誘發中小規模的地震，但是仍有不少致災的地震被懷疑與這些人為活動有直接關聯。
節前探究
買西瓜與測地層
想挑選成熟的西瓜，除了觀察紋路及瓜蒂等外表特徵，也常會輕輕地拍打，聆聽並感覺振動穿透的情形，瞭解內部是否飽滿。科學家對於地球內部結構的描繪與瞭解，也是分析地震波穿透的特性而得，與拍打測試西瓜有著異遭同工之妙。
教學建議：
隨著科技進步，智慧型手機幾乎都可安裝程式變成測量振動的儀器，建議教師可在課堂上引導學生參考下列步驟進行實作。
1.先在手機中安裝適合的軟體，如Phyphox、Seismometer或Vibrometer等程式都具有振動偵測功能。
2.引導學生思考如何才能發出穩定的振動源，避免發震差異造成的結果誤差。
3.選擇不同物體（或材質）施加振動，並以手機測量、記錄振動波形。
4.觀察波形特徵，探究其中差異，提出可能解釋。
節前探究
過港貝會爬山？
位在苗栗縣後龍鎮的過港貝化石層，可以在地表岩層中找到大量且密集的貝類化石。研究指出距今600萬～100萬年前，大量淺海沉積物應在水下數十公尺處沉積，之後此地層抬升成為苗栗丘陵的一部分。如此驚人的運動是如何發生的呢？我們又是如何推知臺灣地表下的構造形貌呢？
教學建議：
臺灣位於聚合型板塊交界帶，隨著板塊擠壓而隆起，陸地的岩層中也常能見到海洋生物的化石埋藏，如苗栗的過港貝化石層。教師可以利用這個例子，讓學生們推算該處的抬升或海退速率。建議進行方式如下：
1.利用內政部地政司衛星測量中心或Google Earth查詢過港貝化石層位置的海拔高度（約45公尺）。
2.根據本節課前探究資料，該化石層的貝類約為600～100萬前在水下數十公尺處沉積，再經埋藏而形成，引導學生估算此處的抬升速率。
3.由於地層年代與水下深度皆為一範圍數值，學生們估算的結果也應該是一範圍數值，教師可引導學生探究怎麼樣的抬升速率較為合理？如何找到證據支持此一結果？
節前探究
「地震速報」減災
臺灣位在板塊交界帶上，每年有感地震接近700次，有時更會帶來嚴重的災情。自2016年起，我們在感受到地震波之前會收到「國家級警報」，提醒距離震央較遠的民眾能有較多時間應變而達到地震減災，這是如何達到的呢？
教學建議：
臺灣的災防告警系統於2016年5月起正式啟用，當天災發生時，民眾的手機可以即刻收到各主管機關發出的告警簡訊。以目前仍無法有效預測的地震而言，發生時若能越快速的掌握地震資訊，對於減災將有莫大幫助。教師可於課前引導學生思考如何從地震波的特性推估地震的相關資訊？建議如下：
1.回憶地震時的親身感受，地震的搖晃是先上下或是先左右？與地震波的關係為何？
2.若上下搖晃和左右搖晃之間有些時間差，則差距的長短會與什麼因素有關？
3.用什麼方法可以快速掌握地震的震央位置呢？
課程板塊CH03
大氣
課程板塊 大氣
國中先備知識摘要
➤ Ec-IV-1 大氣壓力是因為大氣層中空氣的重量所造成。
➤ Fa-IV-1 地球具有大氣圈、水圈和岩石圈。
➤ Fa-IV-4 大氣可由溫度變化分層。
➤ Me-IV-3 空氣品質與空氣汙染的種類、來源及一般防治方法。
➤ Me-IV-4 溫室氣體與全球暖化。
➤ INg-IV-1 地球上各系統的能量主要來源是太陽，且彼此之間有流動轉換。
➤ INg-IV-2 大氣組成中的變動氣體有些是溫室氣體。
➤ Fa-IV-3 大氣的主要成分為氮氣和氧氣，並含有水氣、二氧化碳等變動氣體。
➤ Ib-IV-1 氣團是性質均勻的大型空氣團塊，性質各有 不同。
➤ Ib-IV-2 氣壓差會造成空氣的流動而產生風。
➤ Ib-IV-3 由於地球自轉的關係會造成高、低氣壓空氣的旋轉。
➤ Ib-IV-4 鋒面是性質不同的氣團之交界面，會產生各種天氣變化。
➤ Ib-IV-5 臺灣的災變天氣包括颱風、梅雨、寒潮、乾旱等現象。
➤ Ib-IV-6 臺灣秋冬季受東北季風影響，夏季受西南季 風影響，造成各地氣溫、風向和降水的季節性差異。
➤ Md-IV-2 颱風主要發生在七至九月，並容易造成生命 財產的損失。
➤ Md-IV-3 颱風會帶來狂風、豪雨及暴潮等災害。
學生素養實習手冊
一日天氣預報員
1. 使學生能透過題目情境描述了解問題。
2. 使學生能利用圖片對現狀進行分析。
3. 使學生能通盤討論情境內狀況並加以預測未來。
4. 使學生能透過分析及討論得出一個適當的結論。
如何測量相對溼度
我們從何得知大氣中水氣的存在與多寡呢？在本活動中，我們將利用簡單的氣象儀器 來量測溼度，並探討溫度與溼度、露點的關係。
科學不設限
全球暖化會加劇颱風狀態嗎？
若想探討「颱風在不同狀況下是否會造成同樣的災害？」，我們是否可以在實驗室重製各類狀況呢？就像是2009年8月的莫拉克（Morakot）颱風，對臺灣帶來接近世界紀錄的降雨，造成數十年來最嚴重的災情，許多地方2日的降雨量，相當於一整年份的量，就像屏東三地門鄉兩天的累積雨量高達2500多毫米。許多人歸因於這就是近年來「全球暖化」的影響，要是在以前的氣候，莫拉克的災害就不會這麼嚴重了。然而真是如此嗎？
雖然我們無法回到過去並重建莫拉克，但拜科技發達所賜，我們可以使用超級電腦與數值模擬大氣的狀態、運動及演變，進行不同尺度的氣候與天氣現象研究、或探討某個特定條件因子的作用，就像做實驗時的操縱變因，藉由探討各種結果的差異，就可知道它的角色或重要性。氣象學家針對莫拉克颱風進行了一些模擬，發現模擬的颱風路徑、結構、及隨時間的演變⋯等，都與實際觀測相當接近，代表這個數值模擬可以用來解釋颱風的狀態。模擬結果發現現代暖化後的莫拉克颱風，路徑上的海水與大氣溫度平均約升高了0.5∼0.7℃，水氣含量也增加了約0.2∼0.4公克/公斤，而其整體降水，相較於去除了暖化作用的莫拉克颱風，則額外增加了4∼8%。
換言之，全球暖化的確會影響現代颱風，使其降雨量增加，但這只造成一部分貢獻。而像莫拉克颱風的這種極端降水，較其他也有全球暖化的現代颱風高出許多，主要還是由於其他因素，例如降雨時間因颱風移動速度緩慢而增加、大環境的暖溼西南氣流帶來的水氣輸送等影響所導致。
節前探究
極限運動與大氣
菲利克斯‧保加拿在2012年10月14日從平流層一躍而下，其墜落速度不僅超越了音速，也打破了1960年來的31公里高空跳傘世界紀錄。看看當時他身上類似太空人的衣著與裝備，這是為了因應大氣環境的哪些性質變化呢？
教學建議：
曾征服臺北101大樓的奧地利極限運動家菲利克斯‧保加拿（Felix Baumgartner），在2012年10月從平流層39公里處進行太空跳傘的案例，讓學生探討Felix身上的裝備需要考慮什麼條件，才能讓他安全且成功地完成任務？教學過程中我們可以先跟學生介紹一下他創下的紀錄，接下來，我們可以引導學生從客觀的環境條件與其創造的紀錄中，討論保加拿身上的衣服需要有什麼特殊的設計來保護他，例如：溫度、壓力變化、紫外線等，進而推導出大氣各個分層的特性，然後再加入其他滿足此任務的要求，例如：過程錄影、救援人員如何在其落地後尋找到他…等。還可以加入進階版的討論問題：為何選擇在緯度20至25度的沙漠地區跳傘？
換言之，教師可以用下面敘述幫助學生進行探究：保加拿從平流層39公里處往下跳時，他所處環境條件的溫度約－2°C，氧含量是地面的1/10（2.1%），氣壓值是0.008大氣壓力。當他降到13.6公里高時，溫度是－62°C，氣壓則是0.19大氣壓力。
Red Bull Stratos 紀錄（官方確定版本）
最高速度 1342.8 km/h / 833.9 mph 確定突破音速突破超音速的秒數 34 秒
自由落體落下時高度 39045 公尺 / 128100 英呎
自由落體的垂直高度 36529 公尺 / 119846 英呎
自由落體時間 4 分 22 秒
自由落體至著陸時間 9 分 9 秒
◎此太空跳傘過程的影片
節前探究
水氣凝結如何發生呢？
戴眼鏡的人常會有水氣凝結在鏡片上的困擾，如圖3-5為何情況不同卻都會發生水氣凝結的現象呢？
教學建議：
戴眼鏡的人常會有水氣凝結在鏡片上的困擾，也就是俗稱的「眼鏡起霧」。
如果要幫助學生探索這個問題，就先得幫助他們釐清「水氣」與「水」兩者的區別，這可用一個簡單的例子進行說明，就是找一張水壺燒開水冒煙的照片，接近壺嘴的地方看不到東西，白霧是在一段距離以外。也就是說，水氣是看不到的，看得到的都是已經冷卻凝結形成的小水滴。同樣的，夏天大氣中的水氣會凝結在剛離開冷氣房的眼鏡鏡面，是因為鏡面較外界大氣溫度來得低，一陣子之後，鏡面就會回復清澈。熱的泡麵會有水氣上升，水氣一樣會凝結在較低溫的眼鏡或者是周遭的大氣中。
節前探究
從放風箏看風如何產生
還記得小時候放風箏的經驗嗎？找個晴朗、有風的日子，在空曠的地方，拉著繫風箏的線，逆風快跑來增加上升速度。沒有風或風很小的時候，風箏就飛不起來了。那麼，你可曾想過風是怎麼產生的呢？
教學建議：
風箏為何能在空中飛翔？室內可以放風箏嗎？相信這兩個問題都可以引發學生熱烈的討論。然而，我們是希望藉由風箏飛翔的原理帶入「風為何會產生」的課程內容，所以請務必要引導學生思考「氣壓差異產生空氣流動」的概念。
回頭檢視空中飛翔的風箏，最主要受到：重力，拉力和風力這三種力的作用，且其飛翔的條件要有下列三項：
1. 風箏的上升力大於重力。2. 拉力的牽引作用。
3. 迎風的傾斜度，讓風箏的迎風面與提線的線腳構成一個攻角，才能上升。
關於第3點詳細解釋如下：風箏面與迎風氣流方向間存在一個夾角，稱為攻角或迎角。氣流流通過風箏時，可分為上和下兩部分，下面的那部分稱為下洗氣流。若攻角大小和氣流速度合適，下洗氣流垂直向上的分量大於上面豎直向下的分量，就能抵消重力，風箏就飛起來了。
室內風箏使用更輕盈的材質、更完美的結構，可在室內接近無風的狀態下，在操作者簡單的拉動操作下，藉由拉動間產生很微小的氣壓差產生漂浮的能力。但放室內風箏時，若風箏就在你身邊時，千萬不要走動得太快，否則風箏會像跟屁蟲一樣緊貼到你身邊。
節前探究
為何臺灣秋天適合放風箏？
還記得小時候放風箏的經驗嗎？找個晴朗、有風的日子，在空曠的地方，拉著繫風箏的線，逆風快跑來增加上升速度。沒有風或風很小的時候，風箏就飛不起來了。那麼，你可曾想過風是怎麼產生的呢？
教學建議：
臺語俗諺「九月九，重陽風吹滿天哮」，形容農曆9月9日重陽節風箏滿天飛的盛況。新北市政府也從2000年開始於9月與10月間，在北海岸石門地區舉辦國際風箏節。為何秋季適合放風箏呢？我們可以從地面天氣圖來一窺究竟。
在資源許可的情況下，教師可至中央氣象局網站蒐集各類氣象資訊，讓學生仿效新聞氣象主播做模擬預報或氣象分析，這樣亦可刺激學生學習。近幾年的大學學測自然科地科氣象試題也可發現有分析日常氣象資訊的趨勢，所以教師可能要多花時間準備各類氣象的資訊，如：地面天氣分析圖、衛星雲圖、雷達回波圖與雨量統計圖是比較基本的氣象資訊，尤其是有颱風、冷鋒、豪雨…等特殊天氣現象出現時，均可下載上述資訊作為課程補充資料。
節前探究
雲與天氣系統
臺灣夏科的白天，有時天氣晴朗且能見度非常地好，僅高空偶有卷雲出現，但到了黃昏可見滿天豔麗的晚霞的景象，俗稱「火燒雲」。這是代表著哪一種天氣系統即將到來呢？
教學建議：
根據氣象局網站資料，在颱風將到的前2、3天，可以由底下的現象來研判颱風正逐漸接近中，包含：
1. 長浪：臺灣近海，因夏季風力溫和，海浪亦較平穩，但遠處有颱風時，海面波浪將趨波長較長的長浪，漸次傳至臺灣沿海。
2. 能見度良好：颱風來臨前2、3天，能見度轉好，遠處山樹皆能清晰可見，高空出現白色羽毛狀或馬尾狀卷雲。
3. 高雲出現：在颱風最外緣是卷雲，漸漸增厚而成為較密之卷層雲，此時即顯示可能有一颱風正漸漸接近。
4. 風向轉變：臺灣夏季常吹西南風，也較和緩，但如轉變為東北風時，即表示颱風已漸接近，並已開始受到颱風邊緣的影響，此後風速並將逐漸增強。
5. 特殊晚霞：颱風來襲前1、2日，當日落時，常在西方地平線下發出數條放射狀紅藍相間的美麗光芒，發射至天頂再收歛於東方與太陽對稱之處，此種現象稱為反暮光。
教師可以藉由相關圖片，讓學生探討相關現象背後的可能原因，並與颱風做連結。
課程板塊CH04
海洋
課程板塊 海洋
國中先備知識摘要
➤ Fa-Ⅳ-5 海水具有不同的成分及特性。
➤ Ic-Ⅳ-1 海水運動包含波浪、海流和潮汐，各有不同的運動方式。
➤ Ic-Ⅳ-2 海流對陸地的氣候會產生影響。
➤ Ic-Ⅳ-3 臺灣附近的海流隨季節有所不同。
➤ Ic-Ⅳ-4 潮汐變化具有規律性。
學生素養實習手冊
不只老人與海
1. 學生能說出臺灣附近的洋流隨季節之變化。
2. 學生能說出沿岸流的成因。
3. 學生能整理臺灣有何海洋資源。
4. 學生能運用觀察力與行動力，探討海洋之美。
全球暖化與海平面上升
近年來，由於人類燃燒化石燃料等行為，導致大氣中二氧化碳濃度逐年攀升，溫室效應增強，全球暖化的趨勢顯著，各項研究指出全球暖化會對各種層面造成衝擊，其中一項就是海平面上升，將會淹沒海岸線附近低平地區，進一步造成水患的風險加劇。利用線上地理資訊系統（GIS），可以模擬全球暖化與海平面上升的情形，了解環境變遷下我們的家園將會面對怎樣的衝擊，並設想減災、調適的應對措施。
科學不設限
鰻魚飯的秘密
海洋與大氣如何影響鰻苗捕撈量
風味獨特、肉質細嫩的鰻魚，是許多老饕的最愛，近年來日式料理深受民眾歡迎，蒲燒鰻魚飯變成滋補養身的特色餐點。不過由於還無法大規模完全養殖（從卵到成魚），就算是人工養殖的鰻魚，主要也是漁民到河口去捕撈溯溪而上的鰻苗，再賣給養殖戶飼養到成魚上市。而鰻苗的捕撈量不太穩定，在1980年到2008年中，1983、1992和1998這3年東亞各國的總捕撈量銳減，也都引發鰻苗的零售價大漲，連帶也影響鰻魚飯的價格。
‧過往科學家提出：在聖嬰年的時候，由於西北太平洋的洋流系統出現異常，使得鰻苗無法順利洄游到東亞各國，但仍無法解釋只有上述3個年份鰻苗捕撈量出現異常，其他聖嬰年則沒有明顯變化的現象。
‧臺灣的海洋科學家提出有說服力的說法：海表面的鹽度會受到降水和蒸發的影響，而（間）熱帶輻合區*（簡稱ITCZ）的移動會使降水區改變。由於成熟鰻魚會將卵產在鹽度鋒面的南側，當ITCZ相較往年大幅向南移動，連帶使鰻魚產卵位置移到更南方，偏離北赤道流（北緯10度到20度之間的海流，由東向西流動）的位置，就無法順著北赤道流和接續的黑潮往東亞各國的海岸移動，會造成東亞的鰻苗捕撈量大減。進一步更發現，由於海表面溫度變化、降雨量變化、海水鹽度鋒面位移和鰻苗捕撈量有連帶關係：溫度變化會比降雨量變化早0∼4個月，降雨量變化會比海水鹽度鋒面位移提早6個月出現，所以可用海表面溫度變化來預測將近半年後的鰻苗捕撈量。
餐桌上的佳餚隱藏著海洋與大氣交互變化的奧秘，當我們品嘗鰻魚美味的同時，也可體會地球系統運作的神奇。
節前探究
潛水與海洋環境
近年來水上活動逐漸成為熱門的休閒活動，想要一探海底瑰麗神秘的景色，水肺潛水是大眾化的選擇。圖中的潛水客頭戴面罩，身穿防寒衣，背上還裝備著氣瓶，將高壓空氣供應給嘴中的調節器，究竟海洋環境和陸地環境有什麼不同，需要如此大費周章的準備呢？
教學建議：
利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如： Q：為什麼要全副武裝才能盡情悠游水中世界呢？ 因為人無法在水中呼吸，所以必須使用氣瓶供氧；水面下的水溫比體溫低，容易失溫，因此需要穿上防寒衣。另外因為人在吸飽空氣的情況下，人體密度比海水小，要適當搭配鉛塊，維持中性浮力，才能保持在水中的位置。 關於潛水的物理環境和潛水裝備的說明，可以參考youtube影片
1.初級潛水學科 第一單元-潛水物理學
2.初級潛水學科 第四單元-潛水裝備
節前探究
舢舨的奇幻漂流
臺東的海岸在2014年3月發現了一艘特別的舢舨，經調查這艘舢舨是日本東北地區漁民所有，在2011年3月11日被大地震引發的海嘯捲入大洋中，歷經三年的漂流才被沖上岸。這個失去動力的小船究竟經歷了怎樣的旅程呢？為何會漂流到數千公里外的臺灣呢？
教學建議：
利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如：
Q：日本東北的舢舨，究竟經歷了怎樣的奇幻漂流才在臺灣的臺東上岸？
參考答案可看教科書104頁和105頁的說明，海流雖然有一定的模式，卻也有變動的可能，除了引導學生討論和思考外，也必須有專業的分析，例如利用船殼上附生的生物（管蟲、二枚貝、藤壺）殼體，嘗試找出真正的漂流過程。
節前探究
怪颱納莉
納莉颱風於琉球附近海域形成後，路徑捉摸不定，從東北角登陸後，由東北而西南貫穿了臺灣島，前後歷經了49小時，終於由臺南附近出海。此一路徑獨特的納莉颱風生成地區緯度較偏北，且不是在常見的熱帶海域，那它的成長能量究竟從何而來呢？
教學建議：
利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如：
Q：海洋供給颱風生成的能量，當颱風形成後又如何再影響熱帶海洋呢？換言之，颱風從海洋吸收熱量，那颱風形成後，熱帶海洋的海表溫度會有何變化？（學生應先了解颱風的熱量來自於海洋）
直覺地思考，就是海洋的熱量被颱風吸收走了當然就降溫啦！但降溫的機制真是如此嗎？事實上，颱風會透過艾克曼抽升機制（Ekman pumping）將深層的冷海水帶至海洋表面，導致海水表面溫度降低。從衛星觀測資料發現，降溫可達攝氏6度（°C），而颱風離開後此冷卻現象繼續留在海面上，慢慢消失，整個過程可達兩週。然而，這種颱風引起的海洋冷卻現象，可能再度影響大氣，導致近地面的大氣邊界層風速明顯減弱，讓颱風的形成機率降低。
課程板塊CH05
地球與太空
課程板塊 地球與太空
國中先備知識摘要
➤ Fb-Ⅳ-1 太陽系由太陽和行星組成，行星均繞太陽公轉。
➤ Fb-Ⅳ-2 類地行星的環境差異極大。
➤ Fb-Ⅳ-3 月球繞地球公轉；日、月、地在同一直線上會發生日月食。
➤ Fb-Ⅳ-4 月相變化具有規律性。
➤ Id-Ⅳ-1 夏季白天較長，冬季黑夜較長。
➤ Id-Ⅳ-2 陽光照射角度之變化，會造成地表單位面積土地吸收太陽能量的不同。
➤ Id-Ⅳ-3 地球的四季主要是因為地球自轉軸傾斜於地球公轉軌道面而造成。
➤ Ed-Ⅳ-1 星系是組成宇宙的基本單位。
➤ Ed-Ⅳ-2 我們所在的星系，稱為銀河系，主要是由恆星所組成；太陽是銀河系的成員之一。
學生素養實習手冊
繞著木星轉
1. 使學生能知道天體運行的原理。
2. 使學生能知道天文觀察的歷史與方法。
3. 使學生能利用觀察結果應證所學的公式。
4. 使學生能知道克卜勒行星三大運動定律的意涵。
虛擬星空
過去要進行天體位置的運算非專家不可，然而隨著科技日新月異，現在的 虛擬星空軟體功能越來越強大，可以展現任何地點、任何時刻的星空，只要動 動滑鼠（或滑動手機），就能享受探索星空的樂趣。Stellarium 絕對是箇中翹 楚，除了包含 60 多萬顆恆星、太陽系的主要天體和超過八萬個深空天體資料 外，還能模擬各種天象，如日食、月食、天體運動等，還有隨機的流星與其他 星球上所見的星空，擬真程度十分強大。
科學不設限
重力波的預言成真！
1916
愛因斯坦推測若大質量的星體快速加速運動（例如星球爆炸、雙星合併），重力能量的漣漪會像波一樣往外傳播，以光速穿過宇宙並擠壓、扭曲它所經過的空間。不過宇宙星體非常遙遠，即使這股往外傳遞的「重力波」抵達地球，也會變得非常微弱，不可能偵測得到。
2015
2015年9月14日美國雷射干涉儀重力波天文台（LIGO）位於路易斯安那州與華盛頓州的兩座巨型干涉儀，以間隔0.007秒的時差，先後接收到波形幾乎一樣的訊號，那0.007秒剛好就是以光速前進的重力波由一座干涉儀到另一座所需的時間。並經歷4個月嚴謹的數據審查後才宣告觀測到的訊號是兩個黑洞碰撞合併時所產生的重力波。
隨後，LIGO於2015年12月和2017年1月又再次偵測到重力波訊號，第一次或許是偶然、第二次是巧合，但累計三次檢測到重力波的訊號顯然值得重視。接連三次成功的捕獲重力波訊號，除了直接證實重力波的存在、直擊雙黑洞合併的運動，更開啟科學家使用重力波觀測這個全新的方法來認識宇宙。
LIGO 技術革新才能測得訊號微弱的重力波
當中一個黑洞質量足足有太陽的36倍，另一個是29倍，合併後產生一個高達62倍太陽質量的黑洞，以質能互換E=mc2來計算，等同是用了5.97×1030公斤的質量一起換成能量。縱使如此大的能量所引發的重力波，在歷經13億光年的距離傳到地球後訊號還是很微弱，只能讓相距數公里的兩點，其距離出現相當於萬分之一質子大小的變化，為了偵測這微小的變化，LIGO歷經25年的技術革新，將距離變化的靈敏度達到細微的等級（10－22到10－23公尺），並於2015年9月重新運作，臺灣趙煦教授所領導的清華團隊也參與降低反射鏡熱雜訊的技術開發。
圖解快知識
重力與重力波愛因斯坦說重力其實不是力，而是時空結構和質能互動的結果。當時空結構的彎曲程度越大，重力越強，反之亦然。我們可以把時空結構想成是一張彈簧床的表面，上面放一個保齡球和一個壘球。較重的保齡球會把彈簧床面壓得比較深，若將壘球滾向保齡球附近，壘球就會沿著保齡球附近被扭曲的彈簧床面公轉，看起來壘球被保齡球的一道無形的「力」給拉了過去，這就是重力的表現。
若是兩個極高質量的天體（通常是中子星或黑洞）在彈簧床上呢？它們會互相圍繞著其重心公轉，彈簧床面就會因為兩個天體互繞施壓而形成向外擴散的彈床波浪，這個重力的波浪，就叫做重力波。
探測器運作原理
兩個重力波探測器都是利用光的干涉原理，一道雷射光束分割後導進互相垂直的隧道，各自沿著4公里長的隧道前進，盡頭用反射鏡反回起點重新結合，形成干涉。倘若有一道夠大的重力波經過，將會來回拉扯兩臂，因而改變它們之間的相對長度，使兩束雷射光所走的距離就會有所不同，干涉圖像就會改變。
節前探究
人類探索太空最遠處
自1957年蘇聯發射第一枚進入地球軌道的人造衛星以來，人類為了探索太空，一路由火箭發展到太空船，探訪的疆土也由太陽系行星擴展到冥王星外。目前航行最遠的一架是1977年發射的航海家1號，當它從60億公里遠處回望時，看到的地球會是什麼模樣呢（圖5-1）？
教學建議：
教師可以選擇關於八大行星有趣的Q版圖來做高、國中課程銜接（如下），一方面增加課程內容的趣味性，一方面可以確認學生的先備知識。
利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如：
Q：圖中各是太陽系哪一顆行星？是根據該星哪一特徵判斷？
參考答案：（由左至右）
水星：貼布多，表示沒大氣保護，隕石撞擊多，坑洞多。
金星：大氣二氧化碳濃厚，溫室效應強造成過熱或者昏頭感覺。
地球：環境宜人、笑咪咪。
火星：多個人造探測器，是目前登入的熱門地點。
木星：大紅斑。
土星：行星環最多圈。
天王星：歪頭是因為其自轉軸傾斜的角度高達97.77275°，幾乎躺在黃道面上自轉。
海王星：離太陽遠，表面溫度只有－214℃。
其他探究性的提問：
Q：1.金星離地球最近，為何不登入金星，而選比較遠的火星？（參考答案：太空船的隔熱裝置無法負荷濃密大氣）
Q：2.類地行星與類木行星的差異？
節前探究
天體運行規律
無論中外，天文學可以說是人類最早開始發展的一門科學，透過簡單的觀察與系統化的紀錄來了解並預測天象。例如觀察太陽升沒的周年變化來定出春耕、夏耘、秋收與冬藏的時序；古埃及人更利用天狼星偕同太陽東升的景象來預知每年尼羅河氾濫季節的起始，你了解這些規律嗎？
教學建議：
日運動照片，進行「找北極星與判斷星星的運動方向」的活動。（參考答案：北極星如右圖圈選處，星星的運動方向為逆鐘向運轉。 ）
在進行此活動時，教師可以鼓勵學生表達其判斷依據，並提醒學生北極星是選定「當時」「 最接近北天極」又「較為明亮」的星。北天極是地球自轉軸的方向，北極星只是「非常接近」北天極（50角分），但實際上還是「繞著」北天極旋轉。前我們的北極星是小熊座的α星（勾陳一）。
建議教師可以加上澳洲的星跡照片，利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如：
（圖源：https://www.deviantart.com/cainpascoe/art/Uluru-Star-Trails-172893741?q=favby:prayash/7167308&qo=95）
Q1：此星跡照片朝向哪一方向方位進行攝影？並說明理由。
Q2：星跡運轉的方向？
節前探究
To boldly go where no man has gone before.
「勇敢地航向前人未至之境」。宇宙一直是人類好奇、想探索的目標，但礙於科技限制，無法實踐以星鑑航行或者扭曲時空進行太空探險的想法，然而在電影中早已天馬行空的擬真呈現了。究竟浩瀚宇宙有多大？多老呢？
教學建議：
消防員在火場中利用熱成像紅外線儀進行偵測的生活實例，讓學生感受以不同波長觀測相同物體的差別與原理。
Q：消防員常需要面對厚厚的煙霧，在濃霧中甚至無法看見生還者（如左下圖）。消防員可以使用便攜式的熱成像紅外線儀在濃煙中進行導航，找到人和動物，並查明火源。為什麼在熱成像紅外線儀下可以看到受害者，卻看不到煙霧？
（圖源： http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/page/firefighting）
進行此活動後，教師可以幫學生連結到天文學家利用紅外線「長波長」的特質可以觀測深埋在塵雲中的新生，其道理就如火場中的紅外線攝影機一樣，可以看到煙霧中的發熱體。除此之外，宇宙膨脹造成紅移現象，在宇宙邊緣的大紅移值天體，包括恆星、星系或類星體，它們發出的可見光和紫外線光波都變成了紅外線。因此，透過紅外線望遠鏡，它們是清楚可見的。
課程板塊CH06
氣候變遷之影響與調適
課程板塊 氣候變遷之影響與調適
國中先備知識摘要
➤ Nb-Ⅳ-2 氣候變遷產生的衝擊有海平面上升、全球暖化、異常降水等現象。
➤ Nb-Ⅳ-3 因應氣候變遷的方法有減緩與調適。
學生素養實習手冊
環境變遷的公民運動
1. 學生能了解臺灣的環境問題。
2. 學生能說出問題的來源與發展。
3. 學生能提出可能的解決方案。
4. 學生能具體實踐，解決方案，付諸行動。
科學不設限
冰與火之歌
大陸冰層退卻影響板塊張裂位置
地球內部強烈的熱對流，促成火山活動，也帶動 巨大板塊的運動。但同學們可曾想過，冰冷的大陸冰 層也很可能影響大陸地殼張裂的位置嗎？國內的學者遠赴印 度和喀什米爾採集古生代二疊紀※的玄武岩樣本，從岩 石的主要元素推算其岩漿來自於較低溫的環境，而不 是從地函深處藉由地函熱柱湧升上來的。進一步利用 電腦模擬二疊紀早期的板塊架構，發現大陸冰層的融 解與退卻也能決定大陸地殼張裂的地理位置。
兩億八千萬年前的二疊紀時期，幾乎地球所有的大陸都聚合成一塊超級大陸，也就是在第二章提過的盤古大陸，位於南極區的盤古大陸有厚重的大陸冰層壓在大陸地殼上，使大陸地殼下沉。當冰層消融後，大陸地殼就會像卸貨之後的船隻般上浮。在冰層融解的過程中，大陸地殼在有冰層覆蓋及沒有冰層覆蓋的邊界，之間出現應力差異，導致地殼的變形與斷層發育。由於該地區地殼處於張力的狀態，使得在冰層邊界的地殼弱化減薄，淺層岩漿因此上湧，一系列的火山便會沿著冰河的邊緣處噴發，在經過了數百萬年的火山噴發之後，大陸地殼分裂，海洋地殼形成，新的海洋就此誕生。這些因冰層融解而將大陸地殼分開的區域，包含現今的土耳其、伊朗、阿富汗、西藏、中南半島、馬來西亞等陸塊，邊界綿延1 萬3 千多公里。
兩億八千萬年前大陸冰層的退卻，影響了火山作 用以及新海洋地殼形成的地理位置。如今人類活動大量排放溫室氣體，造成全球暖化，各個大陸冰層的融解，會不會也讓世界地圖重新繪製呢？這也是值得關注的課題。
節前探究
霸王寒流襲捲臺灣
2016年1月底，從極區南下的寒流影響臺灣，被新聞媒體冠上「霸王寒流」，位處副熱帶的臺灣，難得有了北國般的風情。儘管如此，2016年1月份的臺灣平均氣溫還是比氣候平均值來得高；2015年及2016年的世界平均氣溫更接連打破歷史紀錄，成為氣象觀測史上最熱的兩年。究竟天氣和氣候有何不同？又有哪些因素會影響氣候呢
教學建議：
氣候變遷是近幾年的熱門話題，一開始可以舉近年來的劇烈天氣或氣候異常的新聞當作開場，提高學生的興趣，接著可利用探究性的提問—兩個看似矛盾的紀錄來討論「天氣」和「氣候」的差異，幫助學生深入思考。例如：
Q：為什麼明明2016年1月有近年來罕見的霸王寒流，但2016年卻是史上最熱的一年（截至2018年）？
這是因為寒流影響的時間短，比較偏向「天氣」，但全年的平均氣溫屬於「氣候」，短時間的天氣異常會被長時間的氣候趨勢給掩蓋。2016年上半年有強烈的聖嬰現象發生，再加上極區暖化明顯，使得臺灣和全世界都創下觀測史上年均溫最高的紀錄。
另外，隨著全球暖化，特別是極區的增溫情形比中低緯度更顯著，導致極區和中緯度之間冬季的溫差變小、氣壓差異也縮小，出現所謂「負北極震盪」的狀態，原先強勁筆直的環極區氣流變得微弱且彎曲，也將原先侷限在極區的強冷空氣往中低緯度移動，帶來極為冷冽的天氣。
1.2016年史上最熱的報導可以參考影片
2.2016年霸王寒流事件可以參考影片
3.北極震盪可以參考影片
節前探究
汪洋中的陸生動物化石
臺中國立自然科學博物館入口處展示的大型象骨骼模型令人印象深刻，這是依據從臺灣海峽中的澎湖水道打撈上來的古象化石重建而成，另外澎湖水道也曾撈起劍齒虎、水牛、四不像等動物化石，化石年代距今約4萬～1萬年前。為什麼汪洋中會出現陸生生物的化石呢？
教學建議：
位在亞熱帶的臺灣，冬天平地罕見降雪，要學生想像冰期臺灣的環境需要多一點的引導，可利用探究性的提問，聊聊「冰原歷險記」和科博館（北部可以舉臺博館土銀展示館）的冰河動物化石，喚起學生對此議題的興趣。
Q：澎湖水道為什麼會有陸地的大型哺乳動物化石？而且還是「冰原歷險記」當中有出現的動物？
這是因為冰河時期，大量的水被冰凍在大陸冰原中，使全球海平面下降120公尺，原先淺海地區變成陸地，陸生生物就可以在此棲息。幾乎臺灣每個中小學生都曾經參觀過臺中科博館，應該都會對巨大的猛獁象骨骼化石模型留下深刻印象，在這個課程一開始就喚起學生的記憶，同時間也提到動畫電影「冰原歷險記」中活靈活現的冰期動物，更能讓他們產生親切感。
1.關於科博館的猛獁象化石展示
2.也可以搭配影片，如「熱帶冰河-臺灣」，先讓學生有基本概念後，再進行此一單元。
節前探究
極端天氣現象出現
美國加州自2012年起遭逢乾旱，到了2014年夏季，全加州超過6成地區達到罕見乾旱等級。而長達5年的乾旱終於在2016年底獲得紓解，但接踵而來的卻是連月暴雪及暴雨帶來的洪水災害。近年來世界各地出現了不少極端天氣現象的案例，這樣的變化是否與人類活動有關呢？
教學建議：
人類活動是否真的造成了近期的氣候變遷？建議教師可運用聯合國政府間氣候變遷專門委員會（IPCC）的第五次氣候評估報告（AR5）相關內容，也可參考我國科技部提供的資訊平台及導讀資源https://tccip.ncdr.nat.gov.tw/AR5/，引導學生思考科學家是如何了解近年的氣溫變化與人為活動有關？而不只是因為現今地球正處於間冰期的回暖階段所致。建議利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如：
Q：
1.近年來的地球氣溫具有什麼樣的變化趨勢？
2.使用電腦進行氣候模擬時，造成氣溫變化的自然因素有哪些？模擬結果與近年來的氣溫變化是否吻合？
3.若否？還可以加入哪些影響因素？例如：人為排放溫室氣體等。
4.將人為因素加入模擬後，模擬結果的變化趨勢是否與近年來的氣溫變化吻合？
可視課堂時間延伸探討未來的變化趨勢。
此部分的模擬結果摘錄及說明可參考P.174「20世紀以來地表溫度距平的成因模擬」、「21世紀末前地表溫度及海平面高度變化的模擬」。
節前探究
兼顧「發展」與「減緩暖化」
根據科學家評估，暖化加劇可能造成海平面升高，極端氣候的強度與頻率增加，全球農產品及原物料在氣候變遷下可能導致供需失衡，而臺灣的經濟結構與國際貿易緊密相關，勢必也會受到衝擊。如何兼顧發展又能減緩暖化？面臨已發生的氣候變遷又該如何調適呢？
教學建議：
氣候變遷對於臺灣的衝擊影響，以及極端天氣現象的發生次數變化，可由中央氣象局「全球與臺灣溫度趨勢分析」或極端高溫的特徵相關研究取得資料加以探究。可進行的探究主題如下：
1. 介紹氣候監測的資料，以及圖表傳達資訊的意義。
2. 讓學生分組針對臺北、臺中、臺南、恆春、花蓮及臺東等六個測站的資料，分別進行近100年、近50年及近30年的統計迴歸。
3. 讓學生發表關於3個不同時間區間的線性趨勢比較結果。
4. 可再進一步延伸本小節內容，讓學生們思考臺灣面臨的氣候變遷及因應、調適的可行方法。
課程板塊CH07
永續發展與資源的利用 課程板塊
課程板塊 永續發展與資源的利用
國中先備知識摘要
➤ Lb-Ⅳ-2 人類活動會改變環境，也可能影響其他生物的生存。
➤ Lb-Ⅳ-3 人類可採取行動來維持生物的生存環境，使生物能在自然環境中生長、繁殖、交互作用，以維持生態平衡。
➤ Na-Ⅳ-6 人類社會的發展必須建立在保護地球自然環境的基礎上。
➤ Na-Ⅳ-3 環境品質繫於資源的永續利用與維持生態平衡。
➤ Na-Ⅳ-2 生活中節約能源的方法。
➤ Na-Ⅳ-4 資源使用的5R：減量、拒絕、重複使用、回收及再生。
➤ Na-Ⅳ-5 各種廢棄物對環境的影響，環境的承載能力與處理方法。
➤ Na-Ⅳ-7 為使地球永續發展，可以從減量、回收、再利用、綠能等做起。
學生素養實習手冊
用愛發電
1. 使學生能透過題目情境描述了解問題。
2. 使學生能利用圖表對現狀進行分析。
3. 使學生能通盤討論情境內狀況的解決方案。
4. 使學生能透過分析及討論得出一個適當的結論。
科學不設限
太空「礦」、新希望
地球資源有限，加上開採時可能造成的環境傷害，一直是人類取用地球資源的困境；然而在日新月異的太空科技發展下，似乎看見了曙光。當可重複使用的SpaceX 火箭技術逐漸成熟，載運成本大幅降低時，除了登月觀光計畫和建造太空旅館不再是遙不可及的科幻夢外，甚至連礦業開發的目光也開始關注起地球外的天體。
太空採礦的熱門之選如下：
月球 月球表面存在多種稀有貴金屬和物質，尤其以氦的同位素「氦-3」最為珍貴，可作為核融合發電原料，不會產生輻射和廢料問題。初步估計月球的氦-3 蘊藏量高達100 萬噸，若有朝一日成功運用於核融合發電技術上，將可滿足地球將近1 萬年的用電需求。此外，月球表面也有稀土元素的分布，是目前多種電子產品、太陽能板、汽車動力系統及導彈導航系統等設備製作時的重要材料。小行星 據科學家依據光譜特徵推測，地球附近小行星可能含有大量鉑族金屬資源，直徑達500 公尺左右的小行星蘊藏量幾乎等同過去地球上開採的總量，若同時開採小行星的揮發氣體和一般金屬，也可用於太空燃料製作或太空站的建構材料。
類木行星
天王星和海王星約有15％的甲烷氣體組成，可以藉由內部的高溫及高壓作用，將甲烷轉變為碳粒、石墨，甚至鑽石累積下來。而土星和木星大氣中的甲烷含量雖然不到1％，但也有機會在強烈的雷電及高壓作用下形成鑽石，如同下雨一般沉入內部，估計經由這種方式形成的鑽石約有1000萬噸；只是當鑽石沉入中心時，內部的高溫會將其融化，而不會像天王星和海王星一般穩定蘊藏。Google 公司舉辦的「月球X 大獎」（Google Lunar XPrize）比賽曾懸賞數千萬美元的獎金，鼓勵開發低成本的太空探索技術；美國（2015 年）及盧森堡（2017 年）也都已通過太空採礦相關法案；更有業者計畫2020 年將成為運送月球物質回到地球的第一間公司。太空產業已悄悄的興起，假以時日，當衛星技術更加成熟、運輸成本更低時，太空礦產也可能成為挹注地球資源的新希望！
節前探究
全民共同參與
臺灣地狹人稠、自然資源有限，對於永續發展的需求和落實較其他國家更加迫切。而要達成永續發展的目的，需要全民共同參與，從生活中的節水、節電、資源回收，擴展到健康居家、環境對待、生物多樣性等，都是永續發展的範疇，也都是我們應該共同努力的方向。
教學建議：
有關聯合國永續發展目標的具體作為和探究課程，可參考「World’s Largest Lesson」http://worldslargestlesson.globalgoals.org/zh/ ，教師可於網站取得與17項目標有關的議題和教材，延伸成為探究活動。
節前探究
環境開發與生態保護
梨山當地居民多年期待中橫公路復通而能隨時安全回家，也盼望再開蔬果農產的生路。然而從生態角度觀察，野生動植物如長鬃山羊等，都在封山期間重新復育生長。人們的資源需求和環境開發是否會再次衝擊生態系統？有什麼方法可以達成地球與人類社會的永續發展呢？
教學建議：
1950年代，為了中部橫貫公路的興建工人所需糧食物資，政府號召榮民進入山區開墾，並陸續成立了福壽山、西寶、見晴（後改名清境）以及武陵等四大高山農場，除了提供榮民安身立命，也期盼隨著經濟能力改善而可以回到平地生活，然而高山水果、高冷蔬菜及茶葉的高利潤卻吸引了更多人上山。另外原本為了造林而租地的林農也開始擴墾及超限利用土地，改作高獲利的溫帶水果，雖然政府推動了退耕還林的政策，也展開清理計畫，但違法濫墾仍然層出不窮。
水土保持的問題以及化學資材的生態破壞問題，開始造成無法迴避的環境壓力，經歷1999年集集地震的地表破壞，加上每年的颱風災害，道路坍方、居民的生命財產也都受到了威脅。關於中橫的開發歷史以及環境保育的議題，建議教師參考「從臺灣奇蹟到山林公敵 ──高山農業不歸路？」（李珊，光華雜誌2004年11月），利用探究性的提問，幫助學生深入思考。例如：
Q1：中橫公路沿線的崩塌地面積有何變化？
可參考http://lovegeo.blogspot.com/2016/07/blog-post_70.html
Q2：中橫修復（或放棄修復）應考慮哪些面向的問題？
參考問題包括：大甲溪流域的應移除砂石量、每日車行流量、遇災搶通時間及成本、道路週邊產值及稅收貢獻、超限利用對於水土保持及生態環境的威脅、梨山地滑及相關地質條件的穩定性評估等
國文
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生物
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地理
地球科學
公民與社會