宜蘭地區節能減碳—地熱與生物燃料電池及各項能源
特色教育研究與發展計畫
壹、 動機
隨著全球暖化的問題日益嚴重，二氧化碳的過度排放與能源使用的嚴重浪費已成為世界各國急欲解決的議題。目前在規劃減碳與節能科技發展時多以技術為主要考量，鮮少運用以人為中心進而創造社會價值的思考方式進行。但能源問題的發生，多源自於人類自工業革命後，能源被運用於維持社會活動與社會基礎結構之運轉，最終以滿足人類生理與心理的需求為依歸。面對減碳與節能此一全球性重大議題，傳統的思維方式都是從提高能源轉換效率、開發再生能源、發展碳捕捉與封存技術等供應面著手。本計畫則是從國中小學、高中到大學一系列課程教育切入問題，嘗試運用認知與行為科學知識，輔以創新科技，培養節能減碳的知識，進而養成減碳與節能的好習慣。長遠看，認知與行為的改變才是最省成本，而且最具社會效益的方法。而目前台灣中等教育對綠色能源的論述偏少，甚至完全沒有提及，成為綠色能源普及的知識障壁。多年來，台灣也不見綠色能源在教育推廣上的相關研究。然而，綠色能源並不是近年來才有的議題，所需的相關背景知識，也並非全超過目前國中自然、高中化學及生活科技課程的範圍。所欠缺的，是課程的整合與相關的配套措施。如果能在中等教育著手，提早讓學生接觸新興的綠色能源科技，對於綠色能源的推廣，落實相關延續性計畫，必然有正面的助益，因此建構具相關課程作為向下紮根亦不可或缺的一環。
貳、 目的
一、 培養學生對｢新興綠色能源科技｣與｢節能減碳｣的認知
目前國小、國中、高中課程對新興綠色能源科技與節能減碳的論述，僅止於解釋名詞，因此希望藉由本計劃的教學教材製作，透過融入國小、國中、高中的自然科與生活科技教學中，讓綠色能源科技「燃料電池」與｢節能減碳｣相關知識能普及於一般的國小、國中、高中學生，最後以宜蘭地區的｢地熱與生物燃料電池｣，為實作觀摩教材落實與深耕在地能源的教育推廣與應用。
二、 綠能源教育｢融入｣現有課程
填補目前國小、國中、高中課程對綠色能源的空缺，在不增加節數及授課科目的情況下，整合綠色能源與節能減碳相關知識於原有教材中。
三、 發展新興綠色能源科技的教材教法
本計劃除發展將綠色能源「燃料電池」科技併入原有國小、國中、高中課程的教材外，也發展新的實驗-｢生物燃料電池與地熱｣，提供教師在課程標準以外的教學內容及教材教法。
四、 提升現職教師的專業與跨領域的合作
本計劃將整合國小、國中、高中的自然科學與生活科技，將「燃料電池科技」與「節能減碳」所需要的相關知識及體驗與試作所需的實驗，分別安排在科目中，透過課程的交錯和教師的合作，讓不同領域的教師也能了解新興科技中與自己相關領域較陌生的部份。
參、 過程或方法
一、 研究方法
本計畫主要是透過以宜蘭在地特有能源概念下，依圖B-1之課程研究架構設計「生物燃料電池」電池系統模組與「地熱系統」，發展綠色能源教學及實驗模組，讓現階段國小、國中、高中學生能有機會提早對綠色能源的了解。在考量各子計畫間的銜接性，本研究計畫依圖B-2培育計畫架構，擬採用融入式與行動研究法，執行三年的試驗計畫，透過課堂教學與現場實體觀摩，針對學生的科學素養的提昇進行評鑑。透過前測與後測，進行成效分析，未來將繼續提出第二期與第三期之延續性計畫。第一年主要目的在建立綠色能源學及實驗模組，第二年除發展進階的教學與實驗模組以外，並進行自然科學及生活科技基礎模組教學與成果分析，第三年將由種子學校(圖B-3)當作示範學校與推廣執行綠色能源教學的成果。
二、 計畫架構:
圖5 蘭陽地區學生之｢節能減碳｣科技素養研究架構
圖6 蘭陽地區各級學校學生及教師｢節能減碳｣培育計畫架構
圖7 種子示範學校
三、 進行步驟
(一). 各年執行的步驟如下表11：
表11 計畫期間各年執行步驟
目的
實施步驟
方式
第
一
年
1. 建構燃料電池綠色能源基礎教學模組。
1. 發展教學與實驗模組。
2. 整合自然科學與生活科技課程，試行研發模組。
3. 蒐集試行模組相關資料。
4. 藉由試行模組所蒐集資料進行模組改良。
1. 了解學生的起點行為及基本能力，進行綠色能源相關知識前測。
2. 藉由教學視導、課程錄影、攝影、問卷、座談、晤談、教學檔案、學習檔案、參訪活動等蒐集試行模組相關資料。
3. 於學期及學年結束時對學生進行後測，分析執行綠色能源教學模組的成效。
第二年
1. 建構燃料電池綠色能源進階教學模組。
2. 全面推行綠色能源基礎教學模組。
1. 發展進階教學與實驗模組。
2. 全面推行綠色能源基礎教學與實驗模組。
3. 試行研發的進階模組。
4. 藉由全面推行基礎模組及試行進階模組蒐集資料進行模組持續改良。
1. 藉由新生全體前測，了解一般國小、國中、高中生的起點行為與基本能力。
2. 藉由教學視導、課程錄影、攝影、問卷、座談、晤談、教學檔案、學習檔案、參訪活動等蒐集試行模組相關資料。
3. 於學期及學年結束時對學生進行後測，分析執行綠色能源教學模組的成效。
第三年
1. 持續改善原有燃料電池綠色能源教學模組。
2. 對有興趣的同學進行燃料電池綠色能源進階教學模組教學。
1. 持續改良綠色能源教學模組。
2. 對新生全面推行綠色能源基礎教學模組。
3. 針對對綠色能源有興趣的同學進行近接模組教學。
4. 蒐集教學模組實際推行的相關資料。
5. 藉由實際推行模組教學所蒐集的資料改良原有教學模組。
6. 推行發展綠色能源教學模組至其他學校。
1. 對新生進行綠色能源相關知識前測，藉以了解國小、國中、高中生對綠色能源了解的程度，並與前年度未授課學生比較是否有顯著差異。
2. 藉由教學視導、課程錄影、攝影、問卷、座談、晤談、教學檔案、學習檔案、參訪活動等蒐集試行模組相關資料。
3. 於學期及學年結束時對學生進行後測，分析執行綠色能源教學模組的成效。
4. 比較前後年度的後測資料，探討不同教師執行綠色能源教學模組成效是否有顯著差異，藉以分析推廣綠色能源教學模組的可行性。
5. 辦理國小、國中、高中綠色模組教學執行相關研習，將模組推行至其他學校。
四、 逐年進度與課程安排
課程的編撰與實驗的設計，是第一年的主要工作項目。本計劃擬透過宜蘭縣內國小、國中、高中校長(共同主持人)的幫助，選定各級一所學校為試驗學校，前半年先以建構教學模組及課程融入為主，透過邊發展邊投入方式試行，後半段透過自然科學與生活科技的教學現場，進行實際試驗。未來第二年以後，會將教學與實驗模組投入自然科學與生活科技的教學現場，並將以專題研究、社團活動等方式進行。
關於基礎課程和進階課程的課程計劃草案如下表。因為考率教學模組內含在一般學科課程中，在考慮原有課程安排及假日、段考、各式校園綜合活動(如校慶、校外參關活動…)會對實際授課時間可能的影響，綠色能源教學與實驗模組的安排，擬以每三週進行一小時課程來設計。至於在三週中的哪一次上課實施，則由授課教師視班級狀況、實驗室借用時段等自行安排。這樣的彈性設計，除了有利於教師因時制宜以外，也有利於推廣到各國小、國中、高中實施。另外，課程僅設計十八週，除了避免某些學期上課週數不足二十週之外(例如九十五學年度第二學期僅十八週)，若有多餘時間，也可供學校配合段考的相關活動調整課程進行。
關於實驗部份，在考量未來推廣至各校時，避免經費造成推廣阻力的條件下，綠色能源新興科技的相關實驗，以｢生物燃料電池｣及｢地熱｣為兩大主軸，結合學校原有實驗課程整合運用為考量。
肆、 預期完成之工作項目及成果
一、 預期完成之工作項目
1. 編寫綠色能源基礎教學課程與實驗模組，含前測、後測試題。
2. 編寫綠色能源進階教學課程與實驗模組。
3. 編寫模組與各版本基礎化學、生活科技整合使用之說明書及教師手冊。
4. 對實際執行教學成果進行評估及報告。
二、 對參與之師生預期可獲之訓練:
1. 培養具備綠色能源新興科技的學生，及推廣的種子教師與示範學校。
2. 提升各級學生、教師對綠色能源的了解，實現綠能與節能減碳普及化教育。
3. 經由大學協助，拓展各級教師的視野，增加跨領域能源專業智能。
4. 提供研究數據及報告供其他學校推廣及未來教育改革參考。
5. 增加對新興綠色能源科技與節能減碳的了解。
6. 發展跨領域合作教學的模式，提供協同教學的契機。
伍、 目前結果
一、 溫泉的特性與分類
(一). 溫泉的定義:天然的泉水，溫度超過當地年平均溫5℃或10℉者。
(二). 溫泉的種類
1. 物理分類:普通溫泉. 沸泉. 噴氣孔. 噴泉。
2. 化學分類:氯化物泉. 碳酸氫鈉泉. 碳酸泉. 硫酸鹽泉。
(三). 溫泉的成因: 地熱是溫泉形成的必備條件一種是地殼內部的岩漿作用(火山岩區) :龜山島海底噴泉地處大屯山火山系,餘熱依然存在,當噴發出火山氣體,多半含有硫 化物,經高熱而大量溶於水中,形成硫酸鹽泉。另一種是地表水滲透循環作用所形成(變質岩.沉積岩區):地底下的泉水,在循環上升的過程中,水溫已經下降些,且溶解的碳酸鹽使得泉值形成弱鹼性的碳酸氫鹽泉。
二、 蘭陽溫泉特性分析
溫泉名稱
地質分類
化學分類
物理分類
(一)礁溪湯圍溝溫泉
變質岩區
碳酸氫鈉泉
普通溫泉
(二)礁溪川之湯溫泉
變質岩區
碳酸氫鈉泉
普通溫泉
(三)礁溪公園溫泉
變質岩區
碳酸氫鈉泉
普通溫泉
(四)員山溫泉
沉積岩區
碳酸氫鈉氯化物
普通溫泉
(五)清水地熱
變質岩區
碳酸氫鈉泉
沸泉
(六)仁澤溫泉
變質岩區
碳酸氫鈉泉
沸泉
(七)龜山島海底溫泉
火成岩區
酸性硫酸鹽泉
噴泉
三、 田園調查
(一). 【明泉浴池】
蘭陽溫泉採樣及田園調查紀錄表(1)
一.採樣地點
礁溪鄉德陽路101號【明泉浴池】
二.環境描述
老舊的一個大澡堂,座落在湯圍溝路徑上
三.相關資料
直徑約80cm的湧出泉,四周環境雖髒亂,水質清澈無味
四.實驗資料
湧泉溫度57°C pH值=7.24
五.調查資料
【明泉浴池】為礁溪鄉第一家溫泉業者，民國 42年間就有溫泉湧出，47年6月18日由吳阿銀女士建立，現由其子吳厚德先生經營。
【明泉浴池】經營初期曾幾度繁榮，但因競爭者眾，又因設施老舊，目前皆為老顧客泡澡使用，一次只收30元，溫泉設施再造勢必需要。目前宜蘭縣政府已完成【湯圍溝】都市計劃,預計明年完成公共設施,屆時將賦於湯圍地區新生命。
圖片及說明
位於湯圍溝溫泉旅遊計劃區的明泉浴池，自民國42年湧泉自今，泉水未曾
間斷過。水質清澈，水溫保持60℃上下，深受當地居民喜愛。惜設施老舊，
水池兩旁環境髒亂，若能適當開發維護，【湯圍溝】都市計劃確實實施，
當可再創新氣象。圖右為湯圍溝現況。
(二). 【仁澤溫泉】
蘭陽溫泉採樣及田園調查紀錄表(4)
一.採樣地點
大同鄉【仁澤溫泉】
二.環境描述
太平山森林遊樂區的第一站,位處青翠山谷之中,環境優美,彷彿人間仙境,有渡假山莊的設立及天然溫泉浴池可供親子住宿及玩樂。
三.相關資料
水質:弱鹼性的碳酸鹽泉,噴氣時溫度高達140℃,因此,仁澤舊稱〝燒水〞,煮蛋區煮出的蛋特別滑嫩爽口。
四.實驗資料
溫泉溫度87.2℃ pH值=7.50
五.調查資料
【仁澤溫泉】在沁涼的空氣中, 與優美的景色下,宛如人間仙境。園區海拔500m,山巒青翠,多望溪曲流穿越,是享受森林浴及知性之旅的好去處。
圖片及說明
像火山地形的煮蛋區
仁澤溫泉泡澡區
(三). 【清水地熱及發電廠】
蘭陽溫泉採樣及田園調查紀錄表(5)
一.採樣地點
三星鄉【清水溫泉—煮蛋區】pm01:20
二.環境描述
因象神颱風過境,路基沖毀,目前為單行道,但因路況險象環生,宜注意安全。抵煮蛋區遊客很多,環境髒亂,滿地垃圾,令人傷心難過。
三.相關資料
噴氣孔多處,水質清澈,水溫高達99℃
四.實驗資料
溫泉溫度87.2℃ pH值=7.50
五.調查資料
【清水地熱發電廠】民國64年礦業研究所,實施電力探測,獲得清水一號井,在地下450m處得到146度的高溫。65年中油公司鑽探四號井,在深度1500m處獲得184度的高溫。以後中油公司,陸續完成5.9.12.13.14.16.18.19號地熱井,並獲得每小時之熱水汽總產量達600噸。
民國66年國科會於清水建造:1500kw地熱發電試驗廠,發電成功後,又於民國68年,再建造3000KW之
先導型地熱發電廠,於70年7月發電迄今。
民國89年象神颱風來襲,廠外設施遭受破壞,將由宜蘭縣政府接手,作整體規劃及開發,兼顧環境保護及永續經營,預期將能有一番榮景。
圖為蒸氣場設施
台電公司清水發電廠