海洋观测仪器的原理与操作

【基礎地球科學科數位教材發展教材單元內容暨教學活動設計教案(含詳細旁白稿)】
單元編號 對應課綱 教學模式 7-2-1-1 7-2-1海洋觀測 單元名稱 預計教學時間 海洋觀測儀器的原理與操作 40分鐘（實體教學時間）
1.引起動機 => 2.觀察與反思 => 3. 應用與驗證=> 4. 評量 1. 學生將能了解海洋探測儀器的原理。 2. 學生將能知道海洋探測儀器的操作流程。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 從「海研七號的航海日誌：認識篇」互動遊戲，引導學生探索海洋研究船上各個實驗室的重要儀器，引起學習動機。 從「溫鹽深儀(CTD)」的互動多媒體，讓學生設定想要探測的水深，模擬CTD的施放過程與測量紀錄(溫鹽圖)。 從「海流儀(ADCP)」的互動多媒體，讓學生模擬ADCP的操作與測量結果(流矢圖)。 從「浮標」的互動多媒體，讓學生模擬浮標的施放過程與測量紀錄(海上氣象、海流、波浪)。 從「聲納測深儀+GPS」的互動多媒體，讓學生模擬聲納和GPS的操作與測量結果(水深圖)。 從「衛星資料」的互動多媒體，讓學生知道現在的衛星遙測對海洋探測的重要性。 從「海研七號的航海日誌：任務篇」，讓學生結合上述的資料，探索台灣海峽的各項海洋特性。
學習目標
單元內容簡 介
課程內容
學習評量
評量：以選擇題的方式，讓同學選擇出適當的說明，了解學生是否了解本單元的內容。 時間 編 號 教學元件 7-2-1-1-a《海研七號的航海日 誌：認識篇》互動遊戲 1. 以目前台灣現有的海洋探測 船「海研一號」為藍本，虛 擬設計一個出海航次。 2. 本 部 分 以 角 色 扮 演 遊 戲 (RPG)的方式呈現，學生操縱 人物在場景當中自由行走， 碰到人物或物品就觸發解說 (進入以下互動多媒體)。 3. 設 計 一 個 海 洋 探 測 船 的 場 景，包括「艦橋」、「電儀 旁白稿 參考資料 （場景預設：海研七號停靠在高雄港，準備在今日早上九 腳本(海洋 點出發，前往台灣海峽進行勘查任務，必須隨同出海實習 觀測).ppt 的海洋研究所學生「海峰」早上八點就到船上進行準備， 他在船上到處行走，希望能趕快熟悉船上的各個地方和設 7-2-1-1-a.doc 備。） 艦橋 ： 船長和副船長們在艦橋討論船的行進 ， 台詞── 「我 們正在檢查避撞雷達以決定進出港口的路線。你先到其他 地方看看。」 甲板：操作人員在甲板檢察A架、吊車、絞機，以利施放 儀器。安置在甲板上的儀器包含溫鹽深儀 (CTD)、海流儀 (ADCP)、浮標(Buoy)、聲納儀和其他儀器。台詞──「這 次出海會用到的探測儀器一定要事先檢查，做好準備。溫
教學流程、教學內容 【引起動機】 《海研七號的航海日誌：認識篇》 互動遊戲，引導學生探索海洋研究 船上各個實驗室的重要儀器，引起 學習動機。 教學活動設 計
實體 教學 5分
設 計 理 念

元件 設計 2分
室」、「甲板」、「乾lab」、 「濕lab」 、 「會議室兼餐廳」 ， 要有相關的儀器圖片、解說。 4. 設計相關的人物(NPC)，碰到 之後開始解說相關的部分， 例如溫鹽深儀的負責人要說 明「溫鹽深儀的結構」 、 「溫 鹽深儀的觀測原理」、「溫 鹽圖」。 5. 每 個 互 動 多 媒 體 都 看 過 之 後，就進入7-2-1-1-g《海研七 號的航海日誌：任務篇》互 動多媒體
鹽深儀、輪盤式採水器、浮標和聲納儀器已經檢查完，等 一下我再去確認裝在船底的海流儀。1985年發現鐵達尼號 沈船就是利用聲納儀器的重大收獲，現代可以配合全球衛 星定位系統（GPS），讓我們的海底測深位置資料更加精 確。你想要了解什麼？(A)CTD (B)ADCP (C)Buoy (D)發現 鐵達尼號沈船的經過 (E)聲納儀 (F)GPS (G)不，謝謝，我 必須到其他地方看看。」 電儀室：操作人員在電儀室查看並處理儀器訊號。台詞─ ─「我正在檢查各種探測儀器的訊號是否正常。在這裡可 以查看海底地形聲納資料、溫鹽圖、流矢圖、衛星遙測資 料、海象和氣象以及其他探測資料。你想要了解什麼？(A) 溫鹽圖 (B)流矢圖 (C)衛星遙測資料 (D)不，謝謝，我必 須到其他地方看看。」 乾式實驗室：剛好沒人在，有暫放在船上的震測系統。
設 計 要 求
濕式實驗室：操作人員正在檢查，台詞──「我們採集海 水標本後，可以在這裡作第一時間的處理，純水製造機、 簡易海洋營養鹽分析儀是最常用到的，另外還有備用的採 水瓶。你先到其他地方看看吧！」 會議室兼餐廳：調整桌椅的工作人員台詞──「這裡是我 們進行討論、飲食和休憩的場所，有螢幕、放映機、電腦、 影印機、傳真機和衛星通訊系統。你先到其他地方看看。」 甲板(A)：溫鹽深儀解說：溫鹽深儀最主要的結構包含三 腳本(海洋 支探針，可同地同時測量溫度、導電度和壓力，以獲得不 觀測).ppt 同深度海水的溫鹽資料。 施放溫鹽深儀到海面下測量溫度、鹽度和深度的方法 和原理：第一，測量海下特定位置的壓力來換算深度。因 為在誤差可容許的範圍內，海面下增加的壓力和增加的深 度成正比，海面約為一大氣壓，海面下大約每增加十公尺 水深，壓力增加一大氣壓。第二，以白金探針與海水達熱 平衡時的電阻來換算溫度，因為白金電阻可隨溫度變化的
【觀察與反思】 《溫鹽深儀(CTD)》的互動多媒 體，讓學生設定想要探測的水深， 模擬CTD的施放過程與測量紀錄 (溫鹽圖)。
實體 教學 5分 元件 設計 2分
編 號 設 計 理 念
7-2-1-1-b《溫鹽深儀(CTD)》互 動多媒體 1. 從7-2-1-1-a《海研七號的航海 日誌：認識篇》互動遊戲中 的NPC說明 ， 了解溫鹽深儀的 結構、觀測原理和溫鹽圖。 2. 解說結束之後，用動畫模擬 溫鹽深儀下沉，出現相關的 資料。

設 計 要 求
1. 文字量以在約 3~4 分鐘內可 用語音唸完。 2. 文 字 說 明 可 選 擇 是 否 有 語 音。 3. 圖 片 都 要 有 動 作 特 效 ( 淡 出、淡入、拉近、拉遠等)
物理特性具有穩定和高精確度的優點。第三，測量海水導 電度，經過溫度和壓力的修正，可獲得海水的鹽度（溶解 鹽類在海水中所占比例），因為在相同溫度和壓力的條件 下，海水導電度和鹽度成正比。 電儀室(A)：溫鹽圖解說：同一地點，施放一次溫鹽深儀 就可以獲得多個不同深度的溫鹽資料，將不同深度的溫鹽 測量值以橫軸為鹽度，縱軸為溫度的座標圖來呈現，稱為 溫鹽圖，可做為了解海水來源、海水混合和海水成層穩定 度的重要工具。 甲板(B)：海流儀解說：音響式海流儀，又稱為音響式都 卜勒流剖儀（ Acoustic Doppler Current Profiler ），簡稱 ADCP，最重要的結構就是可以發出超音波的音鼓和接收 超音波的裝置，可測量海流的速率和方向，並且因為具有 同時測量不同深度海流的功能，所以被廣泛使用。依據置 放儀器的差異，可分為在船底朝下發音的船碇式和放在海 底朝上發音的錨碇式。測量的原理簡介如下：安裝在船底 或海底的音鼓朝海水發出特定頻率的超音波，當遇到隨海 水運動的反射體，通常是微小懸浮顆粒，會產生反射和改 變頻率，這就是都卜勒效應。測量發射的超音波和接收到 返回的超音波之間有時間差和頻率差，時間差可推算儀器 和反射體之間的距離，頻率差可推算反射體運動速度，因 此，就可以獲得海水中不同深度的微小懸浮顆粒隨海流水 平運動的速率和方向。
【觀察與反思】 《海流儀(ADCP)》的互動多媒體， 讓學生模擬ADCP的操作與測量結 果(流矢圖)。
編 號 實體 教學 5分 設 計 理 念
7-2-1-1-c《海流儀(ADCP)》互動 多媒體 1. 從7-2-1-1-a《海研七號的航海 日誌：認識篇》互動遊戲中 的NPC說明， 了解海流儀的結 構、觀測原理和流矢圖。 2. 解說結束之後，用動畫模擬 海流儀的測量，出現相關的 資料。 1. 文字量 以在 約 3~4 分 鐘內 可 用語音唸完。 2. 文 字 說 明 可 選 擇 是 否 有 語 音。 3. 圖片都要有動作特效(淡出、 淡入、拉近、拉遠等)。
腳本(海洋 觀測).ppt
元件 設計 2分
設 計 要 求
【觀察與反思】 《浮標》的互動多媒體，讓學生模 擬浮標的施放過程與測量紀錄(海 上氣象、海流、波浪)。
編 號 實體 教學 5分 設 計 理 念
7-2-1-1-d《浮標》互動多媒體 1. 從7-2-1-1-a《海研七號的航海 日誌：認識篇》互動遊戲中 的 NPC 說明，了解浮標的結 構、觀測原理。 2. 解說結束之後，用動畫模擬 浮標的施放，出現相關的資 料。
電儀室(B)：流矢圖解說：海流觀測結果可以用流速和方 向隨時間變化的向量圖，也就是流矢圖來表示，從圖上向 量箭頭的長短和方向就可了解每個時間的流速和流向。 甲板(C)：浮標的結構包含波浪感測器和氣壓、氣溫、風 腳本(海洋 向風力、...等各項氣象測量工具，搭配全球定位系統 （GPS） 觀測).ppt 和資料傳輸用的無線電，可施放在外海測量波浪、海流和 氣象，並且具備太陽能供電系統，所以可在海上長時間進 行測量工作。測量波浪的原理是利用感測器隨波起伏的波 高變化和週期，並推算波浪的波長和頻率。