规划「中学教师永续发展环境教育国外研习」考察报告

1、環境教育季刊 (42)：1-7 2000年6月規劃中學教師永續發展環境教育國外研習考察報告 王鑫、呂光洋、汪靜明規劃中學教師永續發展環境教育國外研習考察報告王 鑫1. 呂光洋2. 汪靜明3.1、國立臺灣大學地理學系教授、中華民國環境教育學會理事長2、臺灣師範大學生物學系教授3、臺灣師範大學環境教育研究所教授、環境教育中心主任通訊處：1、台北市文山區羅斯福路四段1號 (02)2362-76522、台北市文山區汀州路四段88號 (02)2935-6662轉3123、台北市文山區汀州路四段88號 (02)2931-3574e -mail：1、.tw2、biofv02

2、5.tw 3、.tw7一、前言美國生態學會（american ecological society）在1992年責成一智囊研商未來生態學家應該加強研究的課題。其中地球環境的變遷及未來人類及生物如何來調整及適應變遷的環境是二個主要的主題。有關生物圈號在科學及非科學性的媒體上的報導已相當多。哥倫比亞大學在接收生物圈號之後，就積極規劃利用此實驗場所來進行有關環境變遷對生態系影響之研究以及推動維護生物多樣性、自然保育、環境教育及科學研究等相關之教育訓練。國科會科教處及永續會為提升中學教師有關全球環境變遷對人類可能影響等方面的知識及科學研究，以及

3、未來在學校廣泛推廣此方面的知識，乃責成筆者等赴美國生物圈號現場實地考察並與哥大研商中學教師日後進行國外研習之可行性。二、考察行程1999.8.15 臺北tucson, arizona1999.8.16 biosphere / 簡報及參觀1999.8.17 討論研習計畫，課程安排，參觀野外研習的環境，考查荒漠博物館與大仙人掌國家公園1999.8.18 考查mt. lemon研習環境：包括生物多樣性、植被變化、生物適應、地質變化及解說教育設施1999.8.19 考查矽化木國家公園，殞石坑等研習環境：包括地質變化、生態系類別、氣候變遷與人的關係、隕石衝擊、人類活動遺跡1999.8.20 考查日落火山

4、渣錐自然紀念物及考古遺址3處：包括地質變遷、生態系類別、氣候變遷對人類影響解說設備1999.8.21 進一步討論研習相關問題，包括課程安排食宿及學分認證問題，考查地質採礦、放牧對草原生態系影響研習地點1999.8.22 離tucson會見人物dr. william c. harris 主任ws. marjorie j. macfarlane 副主任dr. robert v. steiner 教育推廣副主任dr. richard c. brusca 生物學家、課程安排、野外調查、生物多樣性課程dr. kendra r. crook 學生入學許可dr. john adams 生物學家、課程規劃dr

5、. guang-hui lin 林光輝、植物生理生態學家、中文翻譯三、地理位置生物圈2號研究中心（biosphere 2 center）現屬美國哥倫比亞大學地球研究所（earth institute），該區今後將擴展為該校的西校區。研究中心位居亞利桑納州土桑市（另譯為圖克遜）北方約30英哩。校園坐落在荒漠（desert）地帶，地面僅見灌叢散佈，坡地有巨型仙人掌散生，氣候一般呈乾燥，降雨多時，地表可見綠意。本校園位於聖卡他利納山脈（st. catalina mts.）的麓山地帶，地形起伏不大，主要為丘陵地帶。從餐廳附近向南瞭望，可見淺溪蜿蜒，流向遠方低地，視野內出現5種生物群系（biomes）。

6、本校園海拔高度在4000英呎以上，面積約250公頃，為一獨立校園地區，周圍空曠，近距離內不見聚落，一般人為活動之干擾較少。最近購物中心約需車行半小時。生物圈2號建築用地約為3.15公頃，最高建築物高度達91英呎，底部舖設不銹鋼板（重約500噸）與地球隔離，頂部及周圍則以玻璃為主要建材，遠望如玻璃屋（花房）蹲踞。建築物外型有三角形、菱形及弧形，內部主要特徵及表格，表列如下：面積：3.15英畝。體積：720萬立方英呎。高度：最高約91英呎。玻璃：約含6600塊玻璃板，黏結長度可達50英哩。空間框架：約20英哩。物種：約2000種動植物(不計算microbes)生物群系（biomes）：雨林(rai

7、nforest)、稀樹草原(savanna)、海岸荒漠(thor- nscrub)、沼澤（marsh）、海洋、農作區(agro-forest)及人類棲息地（human habitat）。海洋：最深約25英呎，容納1百萬加侖人造海水。主要建築物包含遊客中心及禮堂、研究實驗室、先期試驗屋（test module）、生物群系展示試驗室（biomes demonstration laboratories）、生物圈2號多媒體劇場（bio- sphere 2 multimedia theater）；生物圈2號主建築（biosphere 2 main building）；能源中心（energy center

8、）、兩座肺（lungs）；行政大廈；旅館部；餐廳；會議中心等。此外，另有學員宿舍區，可供約百人使用。後者附設廚房，可自由烹飪。四、生物圈2號計畫簡介生物圈2號具體來說一座大型封閉的溫室，其內包括個仿製的生態系，包括熱帶雨林(rainforest)、亞熱帶稀樹草原(sa- vanna)、亞熱帶海岸荒漠(coastal thorn- scrub)、河口沼澤(marsh)、農作區(agro- forest)及人類居住區(human habitat)。熱帶雨林是一個複合的熱帶林，主要模仿南美熱帶雨林，原來共種植300種熱帶植物，近年來經過自然消長目前僅約100種存活下來。至於動物的組合及一些分解者的選

9、植並沒有很仔細考慮彼此間的interaction。稀樹草原面積並不大，主要是做為熱帶雨林與海岸荒漠等的氣候及其他生態因子轉接的緩衝區，樹種為合歡屬植物。海岸荒漠是生物圈2號的旱地生態系，地區降雨發生在冬季，植物是以c4植物為主，這個生態系在冬季其他生態系生產力降低時，可以用來吸收過多的co2及釋放o2出來。而海洋生態系是一潮水升絳，但無潮汐循環變化的珊瑚礁生態系，海水溫度控制在25-27間，鹽度維持在35。農作區原分為18個大小不一的耕作區，種植水稻、玉米、小麥、地瓜、馬鈴薯.等食用植物。畜養動物包括豬、羊、雞、鴨等。人類居住區則由10套現代化公寓組合成。居住在這裡的人可以說是享受現代化的生活

10、，只是食物須自給自足(1991- 1993年間)。生物圈2號自1991年9月正式運作，一直到1993年9月，兩年間共有8位志願者居住在其中。兩年間的科學觀察首重各種生態系如何演化及研究人類在有限空間內如何和其間的生態系彼此協調作用。在兩年觀察期間，研究人員發現到許多原先規劃者沒有想到的問題和意外的結果，簡單敘述如下：1、生物圈2號的氧氣由21降至14，相當於自然群系中5000公尺的高原大氣組成。再者co2含量有時高達4500ppm。經檢討分析，其主要來源是土壤微生物的貢獻。此氣體組成的變化不僅影響人的活動，也影響到植被生長。這項意外的發現正可提供目前大氣co2含量增加更深一層的思考2、在生物圈

11、2號中的植物，因缺少自然風的歷練，使之無法承受大的樹冠層，枝幹很容易斷裂。3、由於玻璃隔離紫外線，使大部分原先引進的昆蟲無法正常生活，兩年後大部分都死亡，僅剩螞蟻和蟑螂。因為植物缺少授粉動物，大部分開花植物都無法正常結果。4、生物圈2號內引進的動物，其滅絕的速度比預期的還要快。5、因為玻璃的阻隔光線，影響到水域浮游植物的生長，故水域有明顯的優養化的情形。6、因光線不足，影響到維他命d的攝取。7、生物圈2號內的水泥建物會影響到正常的碳循環。上述問題是生物圈2號規劃者沒想到也沒預期到的問題，而其中co2及溫度的提高正目前科學家關切全球環境變遷的主題。出資人mr. ed bass在1996年正式將b

12、iosphere 2交給哥倫比亞大學來管理及籌劃未來的走向，做為生態學、環境變遷研究及教學的基地。生物圈2號的原先規劃及執行，並沒達到預期的目標，其原因除了自然環境的複雜組合超乎人類的想像之外，最主要還是缺少科學家的參與。而它的失敗經驗及一些意外的發現是有關生態學及環境科學教學及研究的絕佳案例，對教師們應會很深的啟發。五、本項計畫經雙方討論初步共識內容經過三次深入討論，獲致如下的共識（一）biosphere 2 center 可提供1、訓諫場所及學員住宿服務設施。2、哥倫比亞大學方面可出具受訓證明並申辦承認45學分。3、可提供師資及訓練課程。4、可安排野外考察及實習場所。5、可提供部份中文教材

13、及翻譯人才。（二）希望哥倫比亞大學biosphere 2 center能夠提供的課程內容1、全球環境變遷及生物多樣性議題：包括地球系統，全球變遷，全球性環境議題，永續發展及科學研究的角色。2、生物圈號（自然地球）：地球的定位，地球上的各種自然生態系，生物與地球無機環境之關係，生物與生物彼此之間如何相互作用，生物多樣性的形成。3、生物圈號：介紹生物圈號規劃及建立的過程、目的及哲學背景，生物圈各組成部份介紹及科學研究的情形，生物圈號第一階段失敗之原因及意外的發現等，生物圈號第二階段研究工作如何進行及其目的。如何利用生物圈號進行研究等。4、如何經營管理未來地球系統，及環境教學活動設計：希望以科技整合

14、的方式，介紹未來如何經營管理地球，以達到資源的永續利用。從認知、情意及技能三方面來探討如何利用bio- sphere 1 及biosphere 2 進行環境教育，以推廣合理經營地球的概念。學員根據所學進行活動設計及成果發表。此項課程尤重科際整合之地球系統、全球變遷及生物多樣性內容，並將充分利用生物圈2號之設施、設備、現行研究計畫等，配合課程教學。生物圈2號之歷史、基本理念轉移、研究成果等，皆為最佳實例。生物圈2號模擬之雨林、稀樹草原（savanna）、沼澤、海洋、荒漠、農業及人類棲息地等生態系，以及各項現行實驗，皆屬mesocosm型之科學實驗。可藉由這些實驗與構想、設計、操作等說明科學方法，

15、並給予學員適宜的參與實作機會。為了連結室內實驗所認識的生物圈，該中心擬利用該校園周遭之自然環境、增列環境、生態系觀察研究項目，領導學員見習地形、地質、生物、天文（星象）、考古遺址、人類活動等現象及其間的相互影響。（三）考慮納入戶外教學的場地1、荒漠博物館與大仙人掌國家公園（desert museum and saguaro national park）：研究沙漠生態系之生物多樣性及生態系。包含人類如何妥善經營此類生態系。2、李蒙山（mt. lemon）植物帶研究及地景實習：觀察記錄、繪製本山區的垂直植物帶分佈圖、研究環境因子的影響。另外觀察岩石風化成土的過程及地景特徵。3、tucson大草原：

16、此大草原目前可分兩部份，一為以往過度放牧區，一為放牧不積極地區。兩區目前之植被有極大不同，可以看出人為及動物之干擾對植被的影響。4、矽化木國家公園（petrified wood na- tional park）：樹木被沈澱物掩埋後矽化的過程中記載了環境的變遷。驚奇可以帶來良好的學習效果。5、殞石坑自然地標記載了殞石撞擊地球的現象，可以引導學生認識地球的生成。本項活動也可配合夜間觀星。arizona是觀星的絕佳場地。6、日落火山渣錐（sunset crater national monument）：觀察900年前噴出的火山渣錐，可見鮮明的露頭，各種噴發地形表現良好。可見到植物的消長。7、wupa

17、tki national monument考古遺址：鄰近日落火山渣錐，當地自導式步道說明火山活動與古人類間的互動，有助於整合自然知識與人類活動。8、flagstaff and sedona是兩處著名旅遊勝地。本地發展成渡假區的區位在地形、地質、植被、氣候各方面都有合理的解釋。可從上述方面討論人類棲息地遺址的考慮因素。六、心得與建議1、生物圈2號甚具盛名。雖然當初研擬的試驗屬於失敗，但所獲經驗仍足以警告世人宜提高因應全球變遷所帶來的挑戰。更換研究方向之後的生物圈2號，以人與生物圈為研究的領域，積極開展人類如何善待大自然的各項研究，期能提供經營管理地球系統的導航角色。在研究的過程中，強調各學科的整合以及科學家的人文關懷。因此該中心的研究精神與基本態度，正是新一代科學家的基本態度。生物圈2號是學習科學態度、科學方法、以及科學知識的良好環境。配合該學區周圍自然環境提供的豐富教學資源，本區實具有發展成良好環境教育園地的深厚潛力。對學員而言，本區各種生態系的強烈特色，可引導出有效的學習。2、高中教師前往第二生物圈中心研習，以具備良好英文能力為條件。雖然該中心可以也願意提供翻譯人才，但若英文未達到一定水準，則必然喪失許多潛在學習機會。3、行前講習，認識生態環境及第二生物圈中心概況等，應屬必需。可協助學員達成最有效的