文獻探討
為了建構出國中生科技問題解決歷程與能力指標之內容，本章分為兩 節進行文獻，第一節為國中生的科技問題解決歷程，第二節為國中生科技問 題解決歷程的能力指標，分別敘述如下。
第一節 國中生的科技問題解決歷程
根據第一章研究背景與動機，可知科技教育的核心即為培養學生問題 解決能力，而這樣的能力是極為重要的一環（教育部，2018；Department for Education of England, 2013；ITEA, 2006）。從過去到現在，研究學者開發許 多問題解決模型來解釋問題解決過程，從文獻分析大致可區分「設計的流程」
與「科技問題解決流程」，因此本節將探討「設計的流程」與「科技問題解 決流程」，最後歸納出科技問題解決歷程（Technological Problem Solving Process, TPSP）。
而關於問題解決歷程不同學者有不同的陳述方式，將問題解決分成步 驟、流程或階段來解釋，但其所表達的意義是相同的，因此本節不加以贅述。
一、設計的流程
過去有許多國家曾經為英國的殖民地，因此教育深受英國的影響，澳洲、
紐西蘭以及香港即是如此，科技教育師法英國的理念與內容（張永宗、魏炎 順，2004）。
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在 1970 年以前，英國的科技教育主要以手工具操作技能的「手工藝」
（Craft）課程。到了 1970 年代，加入設計與科技（Design and Technology）， 成為手工˙設計與科技（Craft Design and Technology），簡稱 CDT。CDT 課 程強調設計的過程，課程主要涵蓋以下基本要素如下（Dunn, 1986，轉引自 Wright, 1995）：
1. 寫下設計簡介或問題（Design brief or problem）。
2. 透過市場調查進行研究（Investigation）。
3. 形成理念或概念（Ideas）。
4. 發展構想（Develop ideas）。
5. 畫工作圖或製作模型（Working drawing or model）。
6. 製作作品（Make）。
7. 測試成品（Test）。
Mioduser（1998）認為，大部分教師在 D&T 課程中教授一般的問題解 決歷程（Problem Solving Process, PSP）包含以下六個步驟，並且建議將評 估階段透過返回路徑（return path）到所有階段中。
1. 識別需求和問題。
2. 調查和產生設計概念。
3. 產生和探索替代解決方案。
4. 選擇一個解決方案並對其進行建模。
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5. 構建所選解決方案。
6. 評估結果。
Garrattt（1996、2004）在《Design and Technology》書中說明了設計歷 程應分為以下 11 個階段：
1. 情境（Situation）：設計師和技術人員致力於解決生活中出現的實 際問題。
2. 分析情境（Analyse the situation）：在試圖解決問題之前，重要是 精確找出問題所在。
3. 寫下設計簡介（Write a design brief）：簡要敘述解決問題的摘要。
4. 實施研究（Carry out research）：要得到最好的解決方案須要有新 的知識、新的資訊和研究它，而非只是利用自己本身的知識和想 像力。
5. 寫下規範（Write a specification）：要達成最終成果，需要明確瞭 解設計的限制，敘述必須符合設計的具體細節，並確定設計限制。
6. 提出可能的解決方案（Work out possible solution）：寫下至少三個 不同的解決方案，接著透過結合自己的想法和從研究中所獲得 的資訊，慢慢聚焦到一個好的解決方案。
7. 選擇最佳解決方案（Select preferred solution）：選定最符合規範的 解決方案。
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8. 準備工作圖和製作計畫（Prepare Working drawing and plan ahead）：
工作圖應該包含設計的所有細節，尤其是設計的結構；製作計畫 主要確保能夠按時完成工作。
9. 建構原型（Construct a prototype）：課程中常會建構原型或一個模 型，透過建造、測試和修正來達成設計規範。
10. 測試和評估設計（Test and evaluate the design）：測試最終的成品 是否解決問題，檢視計畫成功的關鍵因素為何，並提出問題，例 如：它的功能如何？它運作順暢嗎？它可以安全使用嗎？等等。
11. 撰寫報告（Write a report）：撰寫報告是必要的，報告提供了你 在分析、計劃、設計、製作、評估和交流的能力證據。
游光昭、林坤誼（2005）在我國實施九年一貫課程自然與生活科技學習 領域，在《科學素養的內涵與解析》將設計與製作的歷程分為以下六個步驟：
1. 界定需求：找出問題的設計基本需求。
2. 呈現初步構想：透過蒐集、分析資料，發揮創意將腦中閃過的構 想記錄下來，構想愈具體愈好。
3. 選取最佳設計構想：可透過步驟一的設計需求制定出設計條件清 單，將步驟二所構思的方案逐一評估後，選出最能滿足需求的設 計。
4. 發展具體設計方案：將選定的最佳方案具體以文字描述、草圖、
三視圖或模型表示，並包括材料、製作方法，以及所需工具。
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5. 評鑑設計方案：評鑑或測試最佳的方案時，須寫出優缺點，以便 之後進行改善。最後撰寫分析報告，除了提供理念和證據支持自 己的設計和解決方法之外，也讓後續製作者能夠知道如何製作。
6. 依據設計方案製作：透過材料和機具設備的使用，將設計方案實 際製作出來。
Khunyakari（2015）在印度中學實施 D&T 的課程時，將其歷程分為以 下步驟：
1. 動機與調查（Motivating and investigating）：(1)瞭解問題情境；(2) 探索與掌握不同的文物，如報章雜誌、書籍、網路資源、歷史事 件等等；(3)經驗分享。
2. 探索設計（Exploring design）：(1)合作發想一個可用的設計；(2) 使用肢體動作、繪圖等方式溝通構想。
3. 專業圖紙繪製（Technical drawings）：(1)詳細繪製設計的細節，包 含尺寸和單位；(2)估計需要的材料、數量、成本。
4. 擬訂製作計畫（Plan for making）：(1)在實際製作之前將步驟列出；
(2)確認與分配每個組員的工作任務。
5. 製作（Making and implementing the system）：(1)討論與分配工作；
(2)事先做好充足準備；(3)製作作品。
6. 評鑑反思（Evaluating and reflecting）：(1)評鑑自己與他組的作品；
(2)溝通與回饋。
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綜合以上學者的觀點，可以發現每個學者提出的設計流程大都依照有 一個問題或情境需要被解決，接著透過調查和分析後，提出可以解決問題的 構想，接著選擇最符合問題的方案後，畫工作圖、建模及擬訂製作計畫，接 著執行計畫製作，最後測試和評估設計。因此研究者將設計的流程彙整如表 2-1，將相似或雷同的內容歸納在一起，最後將設計流程歸納出七個步驟：
1. 界定設計需求：瞭解與分析問題情境後，找出問題的設計基本需 求。
2. 蒐集與分析資料：透過蒐集資料獲取新的知識，並且分析資料。
3. 發展設計構想：發揮創意將腦中閃過的構想記錄下來，構想愈具 體愈好。
4. 選取最佳設計方案：可透過步驟一的設計需求制定出設計條件清 單，將步驟二所構思的方案逐一評估後，選出最能滿足需求和符 合規範的設計。
5. 擬訂製作計畫：製作計畫目的為確保能順利完成製作，將前一步 驟選定方案的實際製作的方法與程序、設計的細節、所需使用材 料數量及工具，具體以文字描述、草圖、三視圖或模型來表示。
6. 製作作品：使用材料和機具設備將設計方案實際製作出來，透過 建造、測試和修正來達成設計規範。
7. 評估結果：測試最終的成品是否有達到解決問題的目的，檢測計
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Garrattt
（1996、2004）
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二、科技問題解決流程
美國的科技教育發展，從過去手工藝（manual arts），逐漸發展到工業技 藝（industrial arts），而至目前的科技教育（technology education）（曾國鴻、
林佳宏，1998）。游光昭（1993）整理 1966 年至 1990 年美國重要工藝教育 文獻中，培養問題解決技能皆是重要的教學目標，更在美國工藝教育學者 Snyder 和 Hales 在 1981 年提出「傑克森工坊工藝課程理論（Jackson’ s Mills Industrial Arts Curriculum Theory[Jackson’ s Mills I]）」，此理論發展成為工藝 教育的主流，以「投入→過程→產出」的系統模式做為教學上的應用（曾秋 森，1995），此系統模式可說是為最初科技問題解決歷程的概念。
Jackson’s Mills I 提出後，科技教育理論逐漸凝聚共識。而隨著科技教 育的理念日益普及和明確化，1990 年美國科技教育專家組成專家小組，根 據美國技術基金會（Technical Foundation of America [TFA]）曾在 1984 年提 出的「科技教育課程發展指南（A Guide for Developing Technology Education Curricular）」為核心，以 Deiphi 的研究方法，擬出問題解決導向的科技概念 模式（如圖 2-1），也被稱為是 Jackson’s Mills II。（李大偉，1998；萬文隆，
2008；Savage, 2002）。此模式說明人類的生活存在許多的問題與機會，若可 以界定這些問題或機會，在考慮解決此問題的結果同時，選擇適當的資源和 運用科技歷程；而解決舊問題後仍會不斷有新的問題產生，於是再利用資源 和科技尋求解決途徑，因此形成一個循環。
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圖2- 1 問題解決模式
資料來源：Savage, E.N. (2002). A conceptual framework for technology education: A historical perspective.
Journal of Technology Studies, 28(2), 98-100. Retrieved from https://reurl.cc/jEdZm
而羅大涵（1991）將此問題解決模式以步驟呈現，步驟如下：
1. 決定人類的需求與慾望：以增進職業能力、提升社會價值以及對 人類的責任意識，瞭解什麼是正確和什麼是可能的決策能力，激 勵自信心與獨立思考，以及增進有效的溝通技巧等方面的考量，
確定人類的需求與慾望。
2. 界定問題與機會：以學生切身相關的事物來界定所欲探討的問題，
並根據未來可能開創的機會設定目標。
3. 考量可用資源：運用資源以解決科技問題，包含人事、機具、資 料、材料、能源、資本、時間等。亦即學生須瞭解評估可用資源 的容量與限制，以免使用不慎造成影響。
4. 應用科技的知識：應用某一領域或整合不同領域的科技知識來達 成目標。
問題與機會
選擇資源 界定問題
或機會
運用科技
評估結果 問題與機會 問題解
決模式
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5. 運用科技的過程：資源管理與知識應用必須透過系統化運作，學 生須將所有問題加以分析、實現和測試，透過資訊回饋來修正科 技過程的行動。
6. 使用評鑑的方法：確認解決方法是否能達到預期目標。
7. 解決方案的確認：科技成果完成後，學生須思考此結果是否會對 人類的歷史、文化、環境造成衝擊。
臺灣在民國 61 年及 72 年國民中學工藝課程標準中其中之一目標為養 成手腦並用的習慣，更在民國 83 年國民中學生活科技課程標準中，將「手 腦並用」觀念提升至「問題解決和創意思考」，亦即，臺灣在工藝教育的發 展一直是以「用手製作、用腦思考」的問題解決能力的培養來達到教育目標 之目的（游光昭，1993）。
在台灣早期的工藝教育，並無強調問題解決的歷程與模式，但須重視學
在台灣早期的工藝教育，並無強調問題解決的歷程與模式，但須重視學