1.5-IV | UNESCO ESD 教案

避免污染、節約資源

臭氧層、氮循環與 RRRR——從平流層 30 公里到田間 15 公分
Key ID
1.5-IV
主題
避免污染、節約資源
核心概念
臭氧層、氮循環、N₂O、RRRR
年段
國中 7–9 年級(13–15 歲)
活動數
4 個活動
授課語言
繁體中文

學習目標

認知 臭氧層、氮循環與 N₂O 機制
  • C1:描述平流層臭氧層及其吸收太陽紫外線、保護地球生命的功能。
  • C2:區辨「平流層臭氧層被 CFC 類氟化合物破壞」與「低層大氣 GHG(含臭氧、氟化合物)吸收紅外線造成暖化」之差異。
  • C3:解釋氮循環(含細菌固氮),並描述肥料流入河川的不利影響,以在地案例舉例。
  • C4:解釋細菌將硝酸鹽轉為 N₂O(溫室氣體)導致空氣顆粒物增加與臭氧層潛在破壞。
  • C5:思考減少氮相關污染的方法(例如尿素肥料深施以減少徑流)。
社會情緒 國際合作、責任感與同理心
  • S1:讚賞國際合作(蒙特婁議定書)限制破壞臭氧層氣體的價值。
  • S2:認識人類活動與環境福祉之間的相互關聯。
  • S3:培養減少污染的責任感。
  • S4:對氮污染對水生生態系的影響表示同情。
行為 倡議、評估在地影響與社區參與
  • B1:提高家人與朋友對 GHG 與臭氧層破壞化學物質的有害影響認識。
  • B2:支持學校或青年團體評估在地硝酸鹽與 N₂O 的有害影響,並採取後續行動。
  • B3:參與社區環境項目(永續農業、在地流域保護)。

教學流程

活動 1 平流層的防護罩:臭氧層與紫外線
C1 C2 S1
步驟 1
開場謎題:南極臭氧洞為何不在工廠林立的北半球?
學生先個人預測 30 秒,再舉手表決答案。引導學生思考:CFC 分子在對流層穩定不分解,慢慢飄到平流層後才被強烈紫外線打斷;南極極渦讓 CFC 濃縮,加上極地平流層雲提供反應介面,使臭氧破壞格外嚴重。「不同樓層、不同身分」是本節核心觀念。
步驟 2
臭氧層解剖:高度與 UV 吸收率
臭氧層位於平流層,距地表約 15–35 公里,與大氣其他成分一起吸收全部 UV-C 與大部分 UV-B(WHO),為地球生命的天然防護罩。若臭氧層變薄 1%,地表 UV-B 約增加 2%,皮膚癌與白內障風險隨之上升。學生於學習單 §1 標示「對流層 vs 平流層」並填寫 UV 吸收率。
UNEP/WMO 2022 年臭氧層科學評估:臭氧層位於平流層 15–35 公里,大氣(主要是臭氧層)吸收全部 UV-C 與大部分 UV-B(WHO);臭氧層減薄 1% → 地表 UV-B 增加 2%。
步驟 3
兩層樓的故事(C2 核心):同一物質、不同位置、不同危害
同樣是 CFC 分子,在對流層(一樓)吸收紅外線、造成溫室效應;飄到平流層(二樓)則被紫外線裂解出氯原子,一個氯原子可連鎖破壞約 10 萬個臭氧分子。學生於學習單 §2 連線配對:汙染物 ↔ 發生位置 ↔ 後果。
步驟 4
國際合作讚歎:蒙特婁議定書
1987 年通過的蒙特婁議定書是史上最早獲全體國家批准的條約之一,共有 198 個締約方(含歐盟)。已開發國家於 1996 年、開發中國家於 2010 年完成 CFC 全面停用。依 UNEP/WMO 2022 年評估,若各國維持議定書執行,南極臭氧層預計 2066 年前後恢復至 1980 年水準,北極 2045 年、中緯度地區 2040 年恢復。延遲效應:CFC-12 大氣壽命約 100 年,停止排放不等於立刻恢復。提問:「為什麼蒙特婁議定書比巴黎協定成功?」引出科學共識、替代品可行、責任歸屬清楚三個關鍵。
形成性評量
  • 學習單 §2 連線題(6 題,≥5/6 正確)
  • 口頭回答「臭氧洞 ≠ 全球暖化」差異,≥2 個差異點
活動 2 氮的雙面人生:從固氮到水污染
C3 S2 S4
步驟 1
氮循環圖解:固氮、硝化、同化、氨化、脫氮
大氣 N₂ 透過根瘤菌固氮(自然)或哈伯法(工業)轉為 NH₃/NH₄⁺,植物吸收後合成蛋白質,動物取食,生物死亡後氨化釋出 NH₄⁺,細菌硝化成 NO₃⁻,再由脫氮菌還原回 N₂ 返回大氣。哈伯法讓人工氮肥量產,養活全球約 50% 人口,但每年額外注入的氮量超過自然固氮量的一半,打亂了億萬年的平衡。學生於學習單 §3 用箭頭標示循環並填空。
步驟 2
在地案例:臺灣河川水質與農業廢水
根據環境部環境統計年報:114 年(2025)50 條重要河川 2,933.9 公里中,未(稍)受污染 65.7%,中度與嚴重污染合計 24.3%(環境部環境統計年報)。生活污水、事業廢水、畜牧廢水並列河川三大污染來源;全國豬隻 30.0% 在雲林縣(2025 年 11 月調查,環境部水質保護網);氨氮與生化需氧量(BOD)為關鍵指標。小組查詢自家鄉最近河段等級,於學習單 §4 記錄。把抽象數字變成具體的在地水域。
環境部環境統計年報(2026 年版):2025 年 50 條重要河川未(稍)受污染 65.7%、中度+嚴重污染合計 24.3%;生活污水、事業廢水、畜牧廢水並列三大污染來源,氨氮與 BOD 為主要指標。
步驟 3
優養化連鎖:藻華→缺氧→魚死→生態崩潰
水體氮磷過剩時,第一步藻類暴增(水變綠或紅色);第二步藻類死亡後分解菌耗光水中氧氣;第三步魚蝦缺氧大量死亡;第四步生態系崩潰、漁業受損。學生於學習單 §5 繪出四步驟因果鏈(系統思考)。播放魚類缺氧短片 30 秒,學生寫一句話情緒反應(S4)。
C3 S2 S4
形成性評量
  • 學習單 §3 氮循環箭頭圖(≥5/6 箭頭方向正確)
  • 學習單 §5 優養化因果鏈(四步驟邏輯連貫)
活動 3 一顆氮肥的旅程:N₂O、PM 與臭氧破壞
C4 C5 S3 B2
步驟 1
衝擊數字:N₂O 的三重危害
一氧化二氮(N₂O)的 100 年全球暖化潛勢(GWP-100)約為 CO₂ 的 273 倍,且目前是消耗平流層臭氧的首要人為排放物(CFC 受管制後)。人為 N₂O 排放中約四分之三(74%)來自農業施肥與糞肥(Global Carbon Project 2024),大氣濃度從工業前 270 ppb 升至 2023 年的約 336 ppb。一肥三害:水污染、暖化、臭氧破壞;此外氮肥揮發的氨(NH₃),會和汽機車、工廠排放的氮氧化物在空氣中轉化成的硝酸反應,形成硝酸銨等 PM2.5。
N₂O GWP-100 ≈ CO₂ × 273(IPCC AR6 WG1 Ch.7);人為 N₂O 排放約四分之三(74%)來自農業施肥與糞肥(Global Carbon Project 2024);大氣濃度 336 ppb(2023,美國國家海洋暨大氣總署 GML 全球監測)。
步驟 2
一肥三害:機制追蹤流程圖
施肥 → 土壤細菌(硝化、脫氮)→ N₂O 逸散 → 平流層分解破壞 O₃;施肥 → 氨揮發 → PM2.5;硝酸鹽流入河川 → 優養化。學生於學習單 §6 補完「一肥三害」流程圖,需標示三條危害路徑。臺灣 2024 年農業占總排放 1.2%(1.2% 已換算為 CO₂e;適當減少過量施氮可直接降低 N₂O 排放,並兼有改善河川氨氮、水庫優養化與空氣中氨的共伴效益)。
步驟 3
問題解決工作坊:減氮方法工具箱(C5)
分組討論「如果你是農業部顧問,推薦三項減少氮流失的措施」。提供選項卡:深施尿素(可提高部分水稻田的氮利用效率、減少氮流失;對 N₂O 的效果因田間條件而異,旱田宜搭配硝化抑制劑)、硝化抑制劑、緩釋肥料、精準施肥、覆蓋作物、有機輪作。每組選三項並說明理由,考量在地適用性。
步驟 4
臺灣比例思辨:小比例 × 大威力
農業僅佔臺灣 2024 年溫室氣體總排放約 2.73 億公噸 CO₂e 的 1.2%,能源部門占 90.5%(環境部 2026 年版清冊)。辯題:「農業占比才 1.2%,改善它划算嗎?」正反各 2 分鐘陳述。引導思考:1.2% 已換算為 CO₂e;適當減少過量施氮可直接降低 N₂O 排放,並兼有改善河川氨氮、水庫優養化與空氣中氨的共伴效益;多準則決策不能只看百分比。
形成性評量
  • 學習單 §6 一肥三害流程圖(≥3 個正確步驟)
  • 小組措施海報(引用 N₂O 或深施法數據 ≥1 次、措施可行性說明)
活動 4 RRRR、蒙特婁精神與我的承諾:WSA 整合行動
S1 S3 B1 B2 B3
全校途徑(WSA)
UNESCO Whole School Approach 四面向
治理 Governance
成立「學生永續委員會」氮污染與減塑分組;向學生議會或校務會議提案(禁用一次性塑膠、化學實驗室廢液分流)。
課程 Curriculum
跨自然(氮循環)、社會(國際治理)、綜合活動(行動提案)、健康教育(UV 防曬)整合。
校園運作 Campus
學校菜圃改用有機堆肥(減氮肥)、實驗室廢液分流;採購指南納入「避免含 CFC/HFC 製品」。
社群 Community
與在地農會、河川巡守隊、環保局合作,進行「我家鄉的河」水質採樣(BOD、氨氮)。
步驟 1
RRRR 真正的優先順序
RRRR 的正確順序:Refuse(拒絕不必要購買)> Reuse(重複使用)> Repair(修復延命)> Recycle(回收)。回收耗能且有殘餘污染,應是最後手段。學生用自己的一週垃圾盤點(前置作業)應用 RRRR 四個層次,於學習單 §7 填寫。應用到氮污染:Refuse 過量肥料(精準施肥)> Reuse 廚餘堆肥 > Repair 土壤(綠肥輪作)> Recycle 是最後手段。
步驟 2
學生治理工作坊:模擬「學生永續委員會會議」
分組角色扮演(主席、委員、家長代表、行政代表),撰寫三項提案:① 校園堆肥取代化肥;② 禁用實驗室 CFC/HFC 罐裝噴劑;③ 家長共學夜「氮肥加優養化」。每組完成提案書學習單 §8,評分標準:問題定義、資料引用(數據 ≥2)、可行性、影響範圍(各 5 分)。
步驟 3
社區行動設計(B3)
設計「社區氮污染行動」:河段採樣地圖、里民電子報(500 字科普短文)、國小宣講。小組填寫「行動卡」:目標、對象、步驟、預期成效、風險評估(學習單 §9)。
B2 B3
步驟 4
倫理兩難與個人承諾(公開宣示)
倫理兩難:「家裡菜園阿公習慣多施肥保豐收,你怎麼說服他改變?」兩分鐘自由寫,3–4 位學生口頭分享,教師提示「科學、情感、尊重」三軸。收尾:每位學生寫一張「我的 30 天承諾卡」(RRRR 各一項具體行動 + 分享對象),朗讀後貼於教室承諾牆。
總結性評量
  • 提案書(§8):問題定義、資料引用(數據 ≥2)、可行性、影響範圍(各 5 分,共 20 分)
  • 30 天承諾卡 + 第 30 天回報(行為延續性觀察)

教學資源