根據Orion & Ault（ 2007）所提出學習地球科學的獨特性包括：歷史學方法、複雜系統對地球的作用、大尺度時間與空間的概念化、對視覺呈現與空間推理的需求、整合跨尺度解決問題的方法、及獨特的反推式科學思考等特性進行討論。

2019.05.03 清水高中地球科學教室 莊福泰校長、吳育雅老師、游大立老師、周漢強老師

本次繼續探討地球科學的特性，由吳育雅老師提供一篇King（2008）回顧地質科學教育的論文中，引用Orion & Ault（ 2007）所提出學習地球科學的獨特性，敘述如下：

● the historical approach;（歷史學方法）
● the concern for complex systems acting over the Earth;（複雜系統對地球的作用）
● the conceptualisation of very large-scale phenomena through time and across space;（大尺度時間與空間的概念化）
● the need for visual representation as well as high demand upon spatial reasoning;（對視覺呈現與空間推理的需求）
● the integration across scales of solutions to problems; and（整合跨尺度解決問題的方法）
● the uniqueness of retrospective scientific thinking.（獨特的反推式科學思考）

關於「歷史學的方法」和「獨特的反推式科學思考」
部編本基礎地球科學課本中所整理的地球科學特性中，同樣有出現類似的概念。如果把這個概念和第6點「反推式的科學思考」合在一起看，就會更有意思。地球科學的研究確實有很多是先有自然現象的觀察，再反推其形成過程或原因的特性，其中又以生物化石和相關地質記錄來反推地球環境演變的歷史最具代表性。然而不只是地球的歷史會用這樣的科學思考方式，即使是颱風、洋流、或是南方震盪這些現象，都會運用到先收集觀測數據再反推成因的科學思考方式。這與其他自然科學領域學科常是先有理論，然後再進行實驗或驗證的思考方式不同。

關於「複雜系統對地球的作用」
所謂「複雜的」系統，根據吳育雅老師的解釋，是指一個系統中，除了同類型的元素彼此之間會有相互影響之外，不同類型的元素之間也會彼此相互影響的系統，就可以稱之為複雜系統。例如我們把地球的水圈和大氣圈各自視為一個簡單系統，水圈中的各個元素或大氣圈中的各個元素之間都會在各自的層圈中互相影響。可是水圈中的元素和大氣圈中的元素卻同樣存在交互影響，並影響到整個地球環境，這就可以稱之為複雜系統。而地球科學所探討的內容中，存在許多複雜系統的議題。

關於「大尺度時間與空間的概念化」和「整合跨尺度解決問題的方法」
上次我們雖然也有討論到「不同時間尺度」的特性，但我覺得這篇文章對於地球科學中關於不同時空尺度的特性描述又更深刻一點。在地球科學當中，超越我們經驗範圍的時空尺度，確實是需要透過概念的描述來加以傳遞，否則相當難以理解（所以「超小」時空尺度好像也需要概念化）。至於整合跨越尺度的解決問題方法更是我原本沒有想到的，像是全球尺度的二氧化碳大幅增加，要如何以區域性的工具或方法來應對，或是發展不同尺度的方法來解決問題，就會是地球科學的探討目標。

關於「對視覺呈現與空間推理的需求」
這也是地球科學與其他自然科學領域科目相當不同的一個特點，其中視覺呈現並不是單指星系的照片或行星的照片，而是像海面水流的流動（洋流）這種現象，或是天氣系統的分布，都需要以視覺化的圖像來呈現（不曉得這和地球科學探討的現象比較複雜是否有關係），這是地球科學的一個特性。
空間推理的需求則和視覺化的圖像呈現似乎彼此相關，例如星體的運行、海水或大氣三度空間流動等等，都同時需要空間推理和視覺化圖像的呈現。而且就空間推理的這項特性來說，似乎是其他自然科學領域科目少有的面向，相當獨特。

關於「關心人類的生活環境」
這個原本出現在部編版基礎地球科學中的特性，並不是沒有出現在Orion & Ault（ 2007）的論述之中，而是被放在接續下來的一個段落中討論。其討論的內容就是，最近這一、二十年以來，地球科學漸漸與環境科學的內容彼此融合，增加許多環境議題在探討人與環境之間的交互作用。例如山崩與土石流的議題就會連結到人為的開發，氣候變遷則會連結到人為溫室氣體的排放等等。也就是說，地球科學的學習漸漸跨越到一位未來公民所必須具備的選擇能力，兼具自然與社會的跨領域概念，實為地球科學正在演變的方向。

以上就是我們這一次關於地球科學特性的討論，以下是我們針對現行高中地球科學課程的一些討論。

現行高中地球科學課程的內容主題繁多，但每個主題受限於篇幅和時間有限，反而沒辦法讓學生深刻體現地球科學的特性，相當可惜。

所謂的課程「地圖」，我們應該怎樣透過學習表現、學習內容當作不同的道路，透過我們對地球科學這個學科的理解，還排合適的順序與路徑，引導學生走向目標地點，還需要很多討論。

究竟有哪些地球科學的內容是「必備」的呢？以地震為例，孩子一定要知道的，是震度和規模？還是地震發生的再現性，以及地震發生位置與斷層帶的關連性，還有地震發生前的準備與發生後的應變？值得思考。

以下是Orion & Ault（ 2007）論文中描述地球科學6項特性的內容。

1.The historical approach, pioneered by Charles Lyell and Charles Darwin, to scientific inquiry (e.g., Darwin’s account of the reefs around coral atolls of the Pacific: the islands as a sampling distribution across space and through time of what happens to a volcanic island as it rises and subsides over immense, unwitnessed durations).
2.The concern for complex systems acting over the Earth as whole (e.g., the several ”spheres”: hydro, geo, atmo, and their interaction with the biosphere) as well as analysis of their subsystems on more regional and local scales.
3.The conceptualization of very large-scale phenomena through time and across space (e.g., “deep time” and the construction of the geologic time scale).
4.The need for visual representation as well as high demand upon spatial reasoning (e.g., the role of geologic maps, contour maps, and the modeling of structures and dynamic processes, such as ocean currents and storms, in three dimensions).
5.The integration across scales of solutions to problems (e.g., the validation of me¬teor impact hypotheses with evidence gathered across scales from mineral crys¬tal to regional topography).
6.The uniqueness of retrospective scientific thinking. To unravel processes that took place millions of years ago, geologists have developed a distinctive way of thinking that involves retrospection. Geological inquiry applies knowledge of present-day processes in order to draw conclusions about the conditions of materials, processes, and environments of the past.

參考資料：
King, C., (2008) Geoscience education: an overview, Studies in Science
Education, 44:2, 187-222, DOI: 10.1080/03057260802264289

Orion, N., & Ault, C. (2007). Learning Earth sciences. In S. Abell, & N. Lederman (Eds.),
Handbook of research on science teaching and learning. New Jersey: Lawrence Erlbaum.