中山大學教發中心 TLDR

107年度計畫成果報告表

PM2.5氣膠

國立中山大學107年度高教深耕教學創新計畫成果報告

共學群名稱： PM2.5 氣膠、環境與生活

(一)具體措施、創新作法及自我檢討評估與改善機制

A、具體措施及創新作法

「PM2.5 氣膠、環境與生活」共學群 (以下簡稱本共學群) 於107年執行高教深耕教學創新計畫，積極致力於發展教學創新及人才培育，從教育向下扎根，透過有系統的教學課程設計及教學活動，為受教者帶來邏輯思考及行為上的改變，提升全民集體環保意識，使PM2.5氣膠不再是艱深的科學知識而是一般大眾都能夠理解並從根本行為的改變加以防治改善的生活議題，使生活品質及公眾健康得以守護。本共學群之設置改變了傳統以院、系、所為主的課程結構及授課方式，而改以議題為導向，重新規劃並設計與PM2.5議題相關所需要之各跨領域知識內容，並開設全國首創之「PM2.5 氣膠、環境與生活」整合學程。本共學群採取之具體措施及創新作法包括:

發展跨領域全方位之氣膠科學課程：
1. 開發以「氣膠科學」議題導向之跨領域整合學程，培養學生紮實理論
2. 基礎及解決問題能力。
3. 整合理學院、工學院、海洋科學院及社會科學院中與氣膠科學及環境。
4. 教育相關專業領域之專家教授，建構一全球化、跨領域之學習環境。
國際化及提升國際競爭力 (國際接軌):

開設全英語之氣膠科學相關課程、招收國際學生。
開發尖端前瞻氣膠檢測技術，提升國際競爭力。

強化推動產學連結及產學合作 (產業經濟推動):

從課程中融入與在地產業之互動連結。
與產業進行產學合作，協助產業發展，同時培養學生創業創新能力。

人才培育，從教育向下扎根提升高教公共性 (社會議題關懷):

本共學群於107年人才培育之成果可分為三大方向，包括大學端、 K-12 學習階段及社會各界以全方位推廣氣膠科學及空氣品質環境教育。

本共學群根據上述之具體規劃所執行之創新作法詳細說明如下:

大學端: 首設全國唯一之「PM2.5氣膠、環境與生活」整合學程。

本共學群致力於教學創新並積極培育人才，已於106學年度第2學期起發展新創氣膠課程及整合學程，並同時開設【PM2.5氣膠、環境與生活】整合學程（圖1）。整合學程之規劃架構。

圖1. 本中心開設「PM2.5氣膠、環境與生活」整合學程課程結構圖

本整合學程集結來自理學院、工學院、海洋科學院及社會科學院本中心成員教授群，並邀請校外與氣膠科學及環境教育相關專業領域之專家學者及業師蒞校演講，培養學生理論基礎、動手實作及解決問題能力。同時於整合學程中強化與在地產業連結

國際化及提升國際競爭力:

本共學群及氣膠科學研究中心積極致力於國際化，除了開設全新英語授課課程「氣膠科學導論」之外，亦透過邀請國際傑出知名氣膠專家學者蒞校演講及舉辦國際研討會等方式，使本共學群之學生能夠具備氣膠科學之國際視野、學術專業能力及國際競爭力。本共學群於107年之國際化推動成果包括:

(i) 於107年3月舉行NSYSU-UCSD 雙邊研討會首度針對全球關心的PM2.5氣膠及環境化學議題進行主題議程探討邀請到UCSD之「氣膠對環境化學影響研究中心」(Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment，CAICE) 之特聘教授 Prof. Robert Continetti 及傑出青年學者 Prof. Wei Xiong 與中山大學氣膠科學研究中心之成員進行學術交流。

(ii) 於107年12月5日至8日舉辦全球第一屆以氣膠化學及其相關反應動態為主題的國際研討會 “The 1st International Symposium on Aerosol Chemistry and Related Reaction Dynamics”(1st iSACRED)，邀請到來自美國、加拿大、瑞士、德國、日本及馬來西亞等7個國家十多位全球知名權威的氣膠化學及分子科學專家學者蒞校，並首度就PM2.5氣膠的生成機轉及相關化學為主題進行國際學術交流。會中除了學術演講交流更首次主辦圓桌座談，由本校氣膠中心主導針對目前氣膠研究的挑戰及未來氣膠研究重點方向與全球各國學者交換意見並鏈結全球氣膠學者共同努力。

強化推動產學連結及產學合作(圖2):

本共學群積極建立與強化與在地產業之鏈結與合作。一方面將從新創課程中融入與在地產業之互動鏈結，使學生對產業生態、現行技術有所認識，培養學生就業能力。一方面則透過產學合作發展出新的技術、知識以突破目前技術瓶頸，協助傳統產業升級為低汙染或零汙染之綠色產業。新開發的技術未來有機會新創事業，為學生建構創新創業之環境，降低對環境汙染的同時也創造就業機會及雙贏共榮之局面。

本共學群於107年設置之「PM2.5氣膠、環境與生活」整合學程中即安排多次業界參訪。例如，袁中新教授於「空氣污染工程學」帶領學生實地參訪中國鋼鐵公司。林淵淙教授則在「空氣汙染防制」課程中帶領學生參訪南部高雄產業鏈具有規模性之公司富利康科技股份有限公司及延龍再生科技股份有限公司，其場內生產之陶瓷濾管應用在許多工業高溫工藝製程中，並且最新科技可將已淨化氣體用於能源回收。其研發及實驗有良好的完整性可提供學生觀摩吸取經驗。而延龍再生科技股份有限公司之廢棄物為國內唯一廢乾電池處理機構，結合運用前瞻性和應用性技術，建立國內最先進之資源再生技術。藉產學教育課程，讓學生與工作人員互相交流分享，可輔導學生並調整教學內容，縮短學用落差。本共學群之陳威翔教授亦於「環境決策與管理」課程中帶領學生實地參訪南台灣重要工業區具規模之科技與傳統產業公司工廠:楠梓工業區日月光半導體以及李長榮化學工業環安衛管理部門，並透過課程與學生討論提出實際可應用之永續發展策略或方案。

本共學群之教授於107年已與南臺灣之重要工業，中國鋼鐵公司(以下簡稱中鋼)進行多項產學合作計畫，包括料堆水霧抑塵技術與效率之量化 (袁中新教授負責執行)、媒料料堆與燃燒煙氣PM2.5之健康影響潛勢量化比較(陳威翔教授負責執行) 以及以簽訂合約即將於108年展開的離線式燒結煙氣PM2.5粒徑與成份解析 (王家蓁教授負責執行)，可望協助中鋼發展新穎PM2.5監測技術及減低揚塵排放，計畫執行過程亦可使學生對業界實地場域及面臨之技術問題有更深入的了解。

圖2.「PM2.5氣膠、環境與生活」整合學程各課程上課、赴業界參訪及校外業師蒞校演講情形。

創新作法: K-12學習階段:
1. 培訓K-12各級學校種子教師，並與種子教師合作設計各學習階段之主題特色課程及教案。

最新國人十大死因中有高達9項重大疾病已被證實與PM2.5暴露相關!! 這其中有很大一部分原因與民眾對於PM2.5氣膠之相關知識不足，因而缺乏危機意識，未能及時防範自身受到過多PM2.5暴露有很大關係。因此強化PM2.5氣膠科學之科普教育，提升全民之環保意識以防範自身受到PM2.5暴露之侵害為本共學群之主辦單位- 氣膠科學研究中心致力執行之重要任務之一! 本共學群結合理、工、海洋、生醫及教育等跨領域的氣膠中心教授成員致力培訓K-12夥伴學校種子教師，透過PM2.5氣膠科學環境教育之新創教材教法研究，並與各校種子教師合作將學術性的PM2.5氣膠科學知識轉譯成 K-12 不同學習階段甚至社會大眾能夠了解的語言，進而從根本行為的改變來減少自身活動產生的PM2.5並防範自身受到過多PM2.5暴露以守護健康安全。

本共學群於107/4/23與高雄市政府教育局攜手於中山大學舉辦高雄市K-12各級學習階段空氣品質教育種子教師培訓研習營，將空汙知識扎根校園。此活動有近百位校長、教師、學生、志工熱烈參與，研習以空氣品質相關理論為基礎，搭配國內外空汙案例進行解析，讓種子教師瞭解空氣品質教育的重要與內涵。除了理論說明以及案例解析，也參觀觀摩中山大學策劃設計的「撥霾見日• PM 2.5視界」特展，並進行教案設計與座談討論，提供第一線的教育工作者更適切的空汙教材，進而讓更多社會大眾及各級學校學生，學習PM 2.5各面向的相關知識，共同努力提升環境品質並守護自身及家人健康。由於反應相當熱烈，本共學群於107年10/19, 11/14, 11/15, 11/28 再與高雄市教育局攜手合作接續舉辦了四場空氣品質教育種子教師進階培訓研習。目前本共學群持續與各種子學校之夥伴教師合作中，規劃於108年將設計之教案出版成冊，提供全國各級學校教師參考。

圖3. 本共學群於107年與高雄市教育局合作共舉辦5場全天、高雄市空氣品質種子教師培訓/進階培訓營。

1. 開發多項PM2.5新創教材教具，PM2.5人體歷險記

本共學群師生共同設計開發新創教具- PM2.5人體歷險記，讓學童認識人體呼吸道的主要結構、不同尺寸大小的細懸浮微粒會進入人體不同部位、對人體可能有哪些影響層面以及該如何防治，以達到氣膠科學環境教育的目的。本中心於106年8月與夥伴學校-高雄女中合作，參與由高雄女中主辦之愛河2.0 「愛上科學嘉年華」暑期科學營活動，並設置「PM2.5人體歷險記」闖關遊戲，近200名國中小學童透過DIY，了解氣膠對人體的影響，寓教於樂。此教具目前已授權高雄市教育局於高雄市空污防制資源中心自108年1月起長期展出及使用。

1. 利用體感互動科技開發全新PM2.5氣膠科學AR及VR實境教育

本共學群於107年2-10月與高雄市教育局及軟體業者闇橡科技合作結合AR（Augmented Reality ,擴增實境）及VR (Virtual Reality, 虛擬實境），全新設計開發一套體感互動教具，推行PM2.5氣膠科學實境教育，並將教材內容分為三個關卡，期待學童與民眾透過AR、VR等寓教於樂的體驗方式，深入瞭解PM2.5這個「空氣中的隱形殺手」。王家蓁解釋，第一關「PM2.5狩獵場」先以AR遊戲激發學習興趣，第二關「PM2.5實驗室」則以VR方式，將8種可能的PM2.5汙染源包括工廠製程廢氣、汽機車尾氣、船舶廢氣、廚房油煙、抽菸煙霧、地表及工地揚塵、海洋氣膠及生質燃燒等，依照其在穿透式電子顯微鏡 (Transmission Electron Microscopy, TEM)下的實際觀察到的形狀畫成Q版的怪物樣貌，向學習者介紹每一樣污染源的型態、成因及可能造成的傷害。第三關「PM2.5知識塔」則著重觀念驗收，以VR遊戲方式測驗學習者是否確實理解空汙相關知識。

1. 開發PM2.5益智桌遊「解救蓋亞•空污防衛戰」

本共學群之謝百淇教授 (本校師資培育中心副教授)於107年亦帶領學生首創PM2.5桌遊「解救蓋亞•空污防衛戰」並開發全新教案，透過不同情境角色，讓全民動腦思考如何迎戰空汙。此桌遊以希臘神話中的大地之母「蓋亞」作為「地球」的代稱。因為人類的貪婪和慾望，導致空汙大魔王的誕生，使蓋亞危在旦夕；最終蓋亞是否能被救援成功，抑或由空汙大魔王佔領地球，則由學習者來決定。本桌遊經過教案設計, 將角色分為空汙大魔王、政府和公民三種，希望透過益智桌遊，讓學習者分辨空氣汙染品質指標AQI的顏色分級、了解空氣汙染形成的外在因素、空氣汙染可能貢獻的來源、空汙事件發生後的影響、政府的空汙防制政策，以及公民在空汙嚴重時所應採取的行動，甚至公民是否也可能在生活中製造空汙助長空污大魔王的威力等。

圖4. 本中心於PM2.5新創教材教具博覽會展示PM2.5 VR/AR教具及益智桌遊

共學群內部課程、學程、師資等面向整合結果

本共學群於106年度已經新規劃一門以氣膠科學議題為導向之跨領域創新教學課程，並已於106學年度第二學期開課。本共學群於106學年度下學期~107學年度以規劃並開設7門課18學分之「PM2.5氣膠、環境與生活」跨領域整合學程」，其中含一門全英語授課之跨領域課程。於108年起本共學群擬將整合學程進階擴大為「氣膠科學全球跨領域學研中心」。本共學群之學程課程結構及師資如下表:

	開課單位	課程名稱	學分數	授課教授
必修 / 選修	化學系	氣膠科學導論	3	王家蓁
	環工所	大氣污染化學	3	林淵淙
	化學系	PM2.5 生醫科學	3	王家蓁
	環工所	空氣污染工程學	3	袁中新
	核心課程〈專業模組課程〉學分數： 12 學分 (必修 9 學分)
	海工系	海洋化學概論	1.5	李宗霖
	教育所	環境教育	2	謝百淇
	環工所	環境決策與管理	3	陳威翔
	環工所	環境科學	2	袁中新
	總學分數：至少 15 學分

以本共學群新創課程「氣膠科學導論」為例，本課程旨在介紹與氣膠科學相關之基礎理論概念及相關的實驗技術，建立起學生對氣膠科學以及其相關應用領域的基礎認識，包括氣膠的生成及演化過程、其對大氣環境的影響、對生物體的影響並進而找出解決及防治之道。本課程中也將安排參訪相關產業以及走入社區進行環境教育推廣之活動，以厚植學生環保意識及基礎和實作能力。課程大綱涵蓋了:

1. 氣膠科學基礎導論
2. 氣膠化學:生成及演化
3. 氣膠與大氣及生態環境關聯
4. 氣膠量測技術簡介
5. PM2.5導致相關疾病及健康風險評估
6. PM2.5汙染源控制及減量-固定及移動汙染源
7. PM2.5汙染源控制及減量-室內汙染源
8. 業界參訪
9. 氣膠科學全球研究現況及挑戰
10. 氣膠光譜及質譜技術及實作
11. 環境因子對生物分子之影響
12. 環境毒物之生物感測器開發
13. 綠色能源
14. PM2.5簡易檢測器動手實作
15. 走入社區環境教育推廣

本課程係本共學群新開設之跨院系所跨領域課程，參與授課之教師為本校氣膠科學研究中心之教授群，包括:

1. 化學系王家蓁副教授
2. 化學系張元賓助理教授
3. 環工所陳威翔副教授
4. 環工所袁中新教授
5. 電機系王郁仁副教授
6. 海資系翁靖如教授

透過此跨域課程學生得以對氣膠科學及相關領域有一全盤的了解，並對於整合學程之各課程間的關聯性有初步的認識。

在本共學群之「環境決策與管理」部分，由環工所之陳威翔教授授課。考量一般傳統課程講解授課方式已不敷跨領域人才的訓練需求，尤其跨領域人才在未來需擔任領袖或高階管理人才時，多需面臨嚴峻的環境管理議題與挑戰，本課程即以培育此類環境素養與專業能力之人才為目標。本課程具體措施、創新及創新特色作法如下：第一階段課程以講授為主，介紹環境規劃管理如何應用基礎知識觀念，從環境規劃與決策角度教授屬基礎領域的環境管理基礎緒論，從實務面切入討論當前環境品質管理與規劃使用之原理技術。

上課過程首先將全班學生分組，分組過程避免相同背景學生在一組，讓各組包含來自理、工、海洋、管理、或社會科學背景專長學生，並要求每組學生在每週皆依座位固定坐在一起，使小組各成員間彼此熟悉；每週課程提出以課程內容相關之問題，各組利用三到五分鐘討論後至教室前方白板寫下答案，教師再依各組提出之答案給予建議或看法。本單元學習到之知識技術將協助學生在課程最後之分組討論實務操作中扮演重要解決問題之工具。

第二單元課程仍由授課教師授課，理論部分從環境管理制度與技術角度，介紹環境規劃管理如何應用前一單元學習到之重要基礎領域知識觀念，課程主要從環境規劃與決策角度教授屬進階領域的環境管理技術，講述從實務面切入討論當前環境品質管理與規劃使用之方法技術，前兩個單元學習到之知識技術將協助學生在課程最後之分組討論實務操作中扮演重要解決問題之工具。

最後第三單元課程安排兩次實際廠區參訪，參訪對象皆為南台灣重要工業區具規模之科技與傳統產業公司工廠廠址，以其現場環境管理與污染防治現況為期中、期末報告主題對象，針對老師提出之問題，利用課程中學習之理論知識與技術，以期中、期末報告之形式（包含口頭及書面）提出實際可應用之可能永續發展策略或方案。在期中與期末分別進行各小組口頭報告，最後將過程所學匯整製成書面報告，授課指導老師藉由批改評分提出最後意見，以期訓練學生能夠實際應用課程所學，思考未來可能面對之不同環境議題的永續解決方案。

依據今年的執行成果將適當調整明年的計畫執行方式，在學生學習成效方面，有鑑於本年度上課過程小組討論效果良好，將提高每週課程各組學生討論與回答老師問題之時間與課程比重；在教師教學成效方面，有鑑於兩次參訪過程中，現場富經驗之專家提供學生許多課程中未能提供之實務經驗，明年度將視情況導入其他不同專業老師分享或授課，增加課程之豐富度與實用性。

本課程中安排兩次參訪，分別為楠梓工業區日月光半導體中水回收廠以及李長榮化學工業環安衛管理部門，參訪對象皆為南台灣重要工業區具規模之科技與傳統產業公司工廠廠址，以其現場環境管理與污染防治現況為期中、期末報告主題對象，針對老師提出之問題，利用課程中學習之理論知識與技術，以期中、期末報告之形式（包含口頭及書面）提出實際可應用之可能永續發展策略或方案。參訪前教師提出以課程內容相關之特定問題，各組須利用參訪過程收集相關資訊並小組討論，應用上課所學於具體個案，針對老師提出之問題做出完整的分析判斷，提出可能的有效環境管理策略與方法。在期中與期末分別進行各小組口頭報告，並與其他提出不同看法之同學分享討論，了解來自不同角度所提出之建議，最後將過程所學匯整製成書面報告，授課指導老師藉由批改評分提出最後意見，以期訓練學生能夠實際應用課程所學，思考未來可能面對之不同環境議題的永續解決方案。

本共學群於前兩學期由袁中新教授(環工所)開設兩門共學群課程，包括106學年度(下)的「空氣污染控制設計」及107學年度(上)的「空氣污染工程學」，其中「空氣污染工程學」為碩士生進入研究所的入門課程，課程內容包括介紹空氣污染工程之基礎理論及控制技術之基本觀念，建立學生有關空氣污染工程之基本學理知識。課程內容包括空氣污染物及污染源特性、氣象學基本觀念、空氣污染物擴散理論、粒狀與氣態污染物特性及處理方式、汽機車排氣特性及處理、臭味氣體控制等。而「空氣污染控制設計」則是進階課程，其內容包括介紹空氣污染物之控制技術及污染防治設備之設計原理，並藉由設計實習瞭解空氣污染控制設備之設計步驟與方法。課程內容包括旋風集塵器、重力沈降室、靜電集塵器、袋式集塵器、濕式洗塵器、活性碳吸附塔、廢氣吸收塔、廢氣焚化爐等空氣污染控制設備之操作技術及設計原理。此外，為針對學生的需求，在開學第一週上課時即實施教學問卷調查，瞭解學生的背景 (如：是否曾修過環境相關課程？等)，俾做為教學進度及深淺的依據，也讓學生在期末時能夠檢視學習成效。

學習前之背景知識問卷調查:

除課堂授課外，本課程亦重視空氣污染控制案例實作及戶外教學(field trip)，並安排學生至工廠(106學年度(下)為興達火力電廠；107學年度(上)為中國鋼鐵股份有限公司)，實際參觀瞭解工業界在空氣污染控制的實際作法及執行效率，期能結合學理教學及實務參觀，並撰寫工廠參觀報告，提昇學習成效。

在本共學群之「大氣污染化學」部分，則由林淵淙教授(環工所)授課。本課程旨在探討與大氣汙染相關的化學，包括大氣環境中顆粒狀物質之化學特性以及其可能對大氣結構之物理及化學性質造成的影響。本課程將深入介紹溫室效應氣體、大氣中氣膠的分類、大氣中常見的化學反應、大氣中氣膠的生成與轉化等。本課程中安排實地參訪南部高雄產業鏈具有規模性公司，透過瞭解產業界最新的產品科技，輔導學生並調整教學內容，縮短學用落差。高雄地區長期發展以重工業為主，空氣汙染最為嚴重。因此在本計畫與產業合作，實地參訪南部高雄產業鏈具有規模性廠區延龍再生科技股份有限公司及富利康科技股份有限公司，讓同學初步了解空氣汙染來源及分析其特性。透過瞭解產業界最新的產品科技，輔導學生並調整教學內容，縮短學用落差。如富利康公司最新技術陶瓷纖維管，多孔隙率允許氣體通過濾管並將所有塵埃顆粒隔離在濾管的表面。濾管具有可有效過濾PM2.5的粉塵，可達到HEPA（高效濾網）性能。透過創新的教學內容，提升學生學習動機、多元文化視野、創新實踐。學生藉由實地參訪過程，讓學生了解高雄空氣汙染的成因並使學生對於周遭環保議題有基本的認知。瞭解廠區內的工業製程及空氣污染防制設備如活性碳吸附設備、袋式集塵器、冷凝器等等，讓學生實地勘察廠區工業系統佈置，也可以與產業工作人員交流彼此意見，依據學生在自己不同領域的背景中能激盪創新構想，使空氣汙染議題藉由更多的聲音深耕到家庭甚至校園內。透過提供跨域學習及問題導向之課程模組的優點，如有興趣在環工產業發展可以持續進修，使學生具備面對未來劇烈競爭的數位世界之即就業力及應變力。

在本共學群之「環境教育」部分，由師資培育中心謝百淇教授授課。本課程根據環境教育法的精神培育環境教育專業人才，並強調如何將環境教育的理念、知識、態度及素養進行教學或融入其他教學科目之中。課程採用「教中學」的方式，讓學生透過跨學科之《K-12氣膠科學相關之環境教育課程》教案的設計、實施及現場解說演示，藉此讓修課學生強化自身溝通表達能力，並邀請本校氣膠科學研究中心之專業教授來與學生分享專業知識，使未來有志從事環境教育相關工作學生，進行教學實務或相關工作時，能有更完整的教學知識，同時建立與在地的連結，堤身民眾對環境的覺知與行動參與。

本課程特色作法如下：