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2025第五屆【未來教育 臺灣100】
成果展現

資料科學:臺灣是否缺電?

臺北市建國高級中學資料科學社群
專案簡介

資料(Data)、演算法(Algorithm)、算力(Computing Power)是驅動當今最熱門的AI人工智慧前進的三股重要力量,而資料科學這門課,正是從「資料」出發,帶學生了解如何從真實世界中找出問題、搜集資料並運用程式有效率的分析資料與視覺化,最後做出有所本的判斷與論述。

課程分為三個階段:第一階段先學習Python基本程式語法,第二階段以「SDGs 永續發展目標」項目7-可負擔的潔淨能源為主題,帶領學生動手分析實際資料,了解臺灣在此議題面對的挑戰,並比較他國的狀況,第三階段則由學生挑選SDGs永續發展相關議題,完成資料分析、報告撰寫並錄製簡短影片進行發表。

這門課不只教寫程式,更重要的是培養學生資料素養(Data literacy)、生成式人工智慧應用能力、跨域思考與自主學習精神,在現在與未來資料科學都會是非常關鍵的基礎能力。

專案具體內容

透過臺灣社會高度關注「臺灣是否缺電?」的議題,激發學生運用各領域學科知識和技能,從龐大資料中提取有意義的訊息,進而培養「大數據處理、運算思維、問題解決」等核心能力。本課程讓學生從實際問題出發,學得資料分析的流程與技巧,並學會批判性思考與溝通表達,最終以資料為基礎提出自己的觀點。

課程後半階段,學生依據前述「臺灣是否缺電?」課程架構進行仿作,以小組方式自主選擇一項 SDGs相關議題,從生活經驗或時事議題中發掘研究問題,進行資料搜尋、清理與分析,並嘗試用資料回應問題,展現資料素養、合作能力與探究精神。

1. 輸入與輸出、選擇結構

2. 重複結構

3. 字串

4. 串列與字典

<微專題1:臺灣是否缺電?>

1. 問題定義與資料需求

引導學生思考何謂「缺電」以及提出代表缺電的具體指標,需要哪些資料佐證。

2. 資料取得與清理

學生學習如何從網路獲取能源資料,例如 OWID(Our World in Data)能源資料、台電公開電力資料,並對資料進行清理,例如缺失值與重複值的處理。

3. 資料分析與視覺化

學生運用 Python 的 Pandas 與 Plotly Express套件,對資料進行篩選、統計與視覺化呈現,繪製折線圖與長條圖等視覺化圖形,以呈現趨勢與特徵。

4. 資料解讀與論證

學生需從視覺化結果中歸納觀察,解釋資料背後的意義,並學習運用「備轉容量率」等專業指標來評估電力供需狀況。

5.生成式 AI 輔助學習與批判性思考

學生可運用生成式 AI (Gemini) 協助程式碼的撰寫,教師引導如何正確提問、驗證 AI 生成結果,淬鍊自主學習與創造思考能力。

<微專題2:臺灣未來能否不缺電?>

1.問題定義與背景理解

引導學生思考:電力結構對於一個國家的能源安全與永續發展有何重要性?臺灣目前的發電來源組成(燃氣、燃煤、核能、再生能源等)如何?未來可能面臨的挑戰又是什麼?

2.國際比較與資料取得

學生學習如何取得與整理各國能源結構的公開資料(例如 IEA 國際能源署、OWID、各國能源部官方資料),並與臺灣的發電結構進行比較,觀察不同國家在能源選擇上的異同。

3.資料分析與視覺化

運用 Python(Pandas 與 Plotly Express),將臺灣與其他國家的能源結構以堆疊長條圖、面積圖等方式視覺化,觀察其發展趨勢(如再生能源佔比逐年上升、核能逐漸退場等),並嘗試解讀各種能源比例對供電穩定性的意涵。

4.跨國案例探討

引導學生閱讀與討論不同國家的能源政策挑戰,例如:德國的「能源轉型」與再生能源波動問題、法國核能高佔比帶來的優勢與風險、近期伊比利半島停電問題、臺灣在地理條件與能源依賴進口上的限制,讓學生理解不同能源選擇都伴隨獨特的困難與成本。

5.觀點形成與論證

學生根據數據觀察與國際比較,討論並發表自己對「臺灣未來能否不缺電」的看法。學會避免簡化的二元論述(如「核能要不要」或「綠能好不好」)。強調能源多元化與政策取捨的重要性。練習提出有數據資料支持的論點,並能聆聽與反思不同觀點。

6.生成式 AI 的應用

學生可運用生成式 AI(Gemini)協助資料摘要、視覺化解讀或比較國際案例,並在教師引導下學習檢視 AI 輸出是否合理,培養對複雜能源議題的批判性思考。

<小組期末專題>

在完成「臺灣是否缺電?」與「臺灣未來能否不缺電?」的導入課程後,學生依據已習得的資料處理與分析流程,分組選擇一項與 SDGs 相關的議題(如潔淨能源、氣候行動、城市發展等),仿作進行資料分析專題。各組需定義問題、取得資料、進行清理與視覺化分析,最後發表簡報與影片,完整呈現以資料為基礎的問題解決歷程與跨域合作成果。

成果與效益

課程以真實議題為核心,透過跨領域合作設計,學生在學習過程中:

1. 跨領域學習整合

學生需要結合專題寫作與表達、資訊科學、地球科學與物理等知識,培養跨學科統整與應用的能力。

2. 提升學習動機與價值感

課程主題貼近生活、直面「缺電」等真實問題,使學生感受到過往所學能與現實連結,此外,課程深度整合 Google Colab,學生在教師提供的提示引導下,搭配 Gemini(或其他生成式 AI)的輔助,循序漸進地撰寫程式碼。Colab 的即時執行特性,讓學生能立即觀察程式結果與電力、能源相關的視覺化成果,增強學習的真實感與回饋性,進而強化學習動機。

3. 培養理性討論與論證能力

學生能運用資料分析、國際比較與批判性思考,針對能源爭議提出有數據支持的見解,避免僅以政治立場或單一口號回應。

4. 資料素養與媒體識讀能力

學生學會如何取得公開資料、驗證數據來源與辨識偏誤,培養以數據看待公共議題的能力。

5. 生成式 AI 的素養養成

在使用 AI 工具輔助程式撰寫與資料整理時,學生學習正確提問、驗證與批判,逐步建立符合 AI 時代的核心素養。

透過這些學習歷程,學生不僅能掌握資料科學工具,更能培養以數據為基礎的思維模式,進而以理性、批判與建設性的態度參與公共議題討論。

影響力及擴散性

除了學生的直接學習成效,課程也在校內外逐步擴散與發揮影響力:

1. 教師跨領域合作

校內涵蓋資訊、國文、物理、地球科學等科目的教師共同授課,並有超過 7 個科目、17 位以上教師參與社群共備,展現教師協同設計課程的能量。

2. 校內教師能量擴散

已有超過 13 個科目、30 位以上教師參與相關研習活動,對資料科學與能源議題建立初步認識,能在學生有進一步研究興趣時提供資源與支持。

3. 對外交流與推廣

本課程已接受《中學生日報》專訪,並受邀至友校進行經驗分享,逐步推廣課程理念與教學實踐,影響力正持續向教育社群擴散。