實驗設計

壹、實驗設計模式

本 研 究 旨 在 發 展 高 職 機 械 科 提 升 教 學 成 效 之 研 究 － 以 太 陽 能 車 車 架 製 作 為 例 之 活 動 ， 本 研 究 採 用 等 組 前 後 測 實 驗 設 計

（Equivalent pretest-posttest experimental design）。

研 究 實 驗 分 組 是 從 基 隆 某 高 職 機 械 科 二 年 級 之 二 班 學 生 為 實 驗教學對象，同一位教師教學，且學生的選取分組於能力常態編班 下，一班為實驗組，另一班為控制組。

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表 3-6 實驗設計

組別 前測 實驗處理 後測 實驗組 Ｏ1 X1 Ｏ3 控制組 Ｏ2 X2 Ｏ4

本研究之實驗設計模式 由上表 4-1 所示，可得 知：

一、以Ｏ1 為實驗組、 以Ｏ2 為控制 組 。

二、Ｏ1 及Ｏ2 於教 學實驗之 前，兩 組同樣接受 「太陽能 車車 架 製作學習成就測驗」之前測。

三、Ｏ1 實驗組除施 以機件原 理與機 械加工實習 教學外， 另外增 加接受專題導向學習之太陽能車車架製作教學（X1）。

四、Ｏ2 控制組接受 機件原理 與機械 加工實習教 學，僅以 一般傳 統配圖，按圖施工來進行太陽能車車架製作教學（X2）。

五、Ｏ1 及Ｏ2 皆於 教學實驗 活動之 後，兩組進 行「太陽 能車車 架製作學習成就測驗」之後測。

研究者在經過六週的教 學實驗活 動 後，即讓兩 組學生再 次接受 相 評量工具的後測驗（Ｏ3，Ｏ4）。最後將兩組學生的前測與後測成績 加以 比 較 ，以 瞭 解實 施 專 題導 向 教學 之 太陽 能 車 車架 製 作教 學 的成 效。

貳、研究對象

本 研 究 之 實 驗 分 組 是 從 基 隆 某 高 職 機 械 科 二 年 級 之 二 班 學 生 為實驗教學對象，學生的選取分組採一班為實驗組教學實驗，另一 班為控制組，後續參與比較分析。本研究之實驗活動學生分布情形 如下表 3-7 所示：

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表 3-7

實驗組及控制組人數表

組別 人數

實驗組 42

控制組 42

合計 84

參、研究變項

本研究之研究變項主要含括三個變項：自變項、依變項、控制 變項，分別說明如下：

一、控 制變項

（一）級別：兩組均為 高職二年 級 學生。

（二）教學時間：兩組 均進行六 週 的實驗教學 。 二、自 變項

研究之自變項為「教學方法」，實驗組學生藉由「專題導向學 習之教學製作太陽能車車架」模式進行學習，控制組學生則為「一 般傳統教學製作太陽能車車架」模式進行學習。

三、依 變項

研究之依變項是以受試學生於「太陽能車車架製作教學成就後 測測驗」之得分為指標，得分分數越高即表示學習成就部分越佳 。 肆、評量工具前測之實施

由於本研究對受測者實 施兩階段 的 測驗（前測 驗與後測 驗），一 般而言，重測間隔時間愈長，信度愈高；反之間隔時間愈短，信度愈 低，而適當的間隔時間是一至二個月最為恰當（郭生玉，1999）。因 此於本實驗教學實施之前，先對受測者實施前測。於104學年度下學 期開學第一次段考後，研究者所任教之高職部機械科二年級的兩個班

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級，以學習成效評量試卷對兩班級學生實施前測。

研 究 者 向 兩 班 級 受 試 學 生 說 明 此 項 測 驗 是 利 用 於 師 生 溝 通 與 調 整上課教學之用，使學生在平常心之誠實狀態下認真作答，而學習成 就前測之實施場所於班級教室內實施，主要考慮學生對學習環境之熟 悉性、方便性與避免學生作答交談，以防止造成任何可能影響施測準 確性的變數。

另外，對於學習成就前 測的控制，研究者於學 生作答之 前，告 知 受測學生應注意的前測事項如下：

一、務必填寫年級 、班級 及座號。

二、作答時間：30分鐘。

三、認真用心作答 ，勿粗 心漏題填 寫 、勿交談討 論。

伍、實施太陽能車車架製作教學

研究者任教之基隆某私 立高職機 械 科二年級的 班級取樣 兩班，於 104學 年 度下 學 期第 一 次 段考 完 成「 機 件原 理 」與 「 機械 加 工實 習」

必要之教學進度後（附錄五、六），即以一班為實驗組，另一班為控 制組，並兼顧原訂課程及適時於六週內執行完成應有之研究教學進度 後，且在實驗組原有專業學科與實習課程中，安排實施太陽能車車架 教學製作之模組與專題實做教學，指導學生自行設計與製作，如附錄 七、八所示。另外，為避免排擠既有之原訂課程，因此允許實驗組學 生彈性運用課餘時間來完成本實驗教學活動之實作部分，並以研究者 提供 之 太 陽能 車 車架 製 作 教學 模 組教 材 分組 進 行 實驗 操 作與 實 習製 作活動。控制組則施以傳統教學，即依教師準備之設計圖，按圖施工 製作太陽能車車架。

一、實 驗教學 前準備

本研究教學模組之主角 即為太陽 能 車車架，首 先要準備 的器材 是 太陽能車車架模組的各部分機構總成，任課教師準備充足太陽能車教 學模組器材讓實驗組學生使用研究，以及準備其他製作車架所必備之

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相關工具、器材、材料，如：車刀、銑刀、各尺寸鑽頭、中心鑽、鉸 刀、尖嘴鉗……等。教學場所並備有單槍投影機。

專題導向學習之太陽能 車車架製 作 教學活動之 實施，允 許實驗 組 學生在實作的時段，可彈性運用自己課餘的時間與考量避免排擠原訂 課程，故所需教學授課及製作時間為六週，以每週七節課可達到適量 的實驗教學與實習製作。

三、 太陽能 車車架製 作教學 實施過 程 （一）教師示範教學

將 太 陽 能 車 車 架 製 作 教 學 模 組 之 電 子 檔 案 以 單 槍 投 影 機 顯 示 於 螢幕上，向實驗組學生進行教學解說。教師講述中隨時接受學生提出 疑難發問，並讓學生進行設計討論，把實際的零件設計圖、各部機構 總成呈現於螢幕以備學生隨時參考與提問。教師並指導零件加工重要 步驟提醒，觀察接受實驗學生之表現，即時排除學習者可能出現之疑 難或設計與製作問題。教師除播放相關太陽能車競賽影片，同時操作 課前組合完成之教學模組作品進行實體試跑以引起學生學習動機。

以專題導向學習「學生為活 動主體」的形式，向學習 者提出 問題，

例如：太陽能車為何在過彎車速會降低？另一部太陽能車為何在過彎 會加速？在甚麼情況下，太陽能車又會失速甚至脫軌飛出？這類引起 學習者的學習興趣並能引發學習者思考動機。

（二）實驗組學生實做 各項單元 ， 共六項如下 所述：

1.認識太陽能車車架底盤 結構與 設計製作

認識太陽能車車身結構 與底盤強 度，以「電腦 繪圖」技 能繪製 太 陽能車底盤設計圖，並按設計圖製作出太陽能車車架底盤。

2.前後輪、導輪 柱設計與 製作

學習者學習設計前輪與 後輪輪徑 大 小，以車床 車製所設 計的前 輪

、後輪以及軌道循跡導引所需之前、後導輪柱。

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3.轉向機構設計與製作

學習者瞭解機構學中前 輪轉向機 構 之作動情況，並依據 設計圖 製 作一組太陽能車車架所需與前輪裝配之轉向機構。

4.傳動機構設計 與製作

學習者瞭解齒輪種類使 用時機，並 指導學習者 有能力計 算齒輪 輪 系之速比且得運用之，學習者依據設計圖來製作太陽能車車架所需之 一組與後輪裝配之傳動機構。

5.滾珠軸承選用 與軸承座 製作

調配適用滾珠軸承、按 設計圖以 銑 床與鑽床加 工製作出 軸承座 並 與滾珠軸承裝配完成，並測試其低速運轉狀況是否滑順、高速運轉狀 況是否穩定、整體運轉速度是否優異。

6.機件組立

學 習 者 經 由 設 計 圖 確 實 量 測 各 完 成 機 件 是 否 達 到 公 差 尺 寸 內 的 設計標準，並運用適合之連接機件組裝連結後給予車體各部機構作動 測試。

利用小組活動模式，每 位學生在 小 組設計研討 活動之學 習過程 中

，都承擔一份自己所執掌的工作，於實做時顧及加工技術改進，培養 正確加工步驟與使用工具、工具機之優良態度與習慣。

在分組團隊學習時，要 求學生須 認 真負責、自 動分工合 作，做 到 學習是一種個人心智態度與技術成長的形式，學生互助檢討修護同學 的故障工件或改良相關不良設計，提升組元之間「尊重、關懷與團隊 合作」。

學生經由資料蒐集、設 計與實做 並 觀摩比較同 學的作品 等活動 ， 且透過口頭、書面報告等各種方式，藉以培養「表達、溝通與分享的 能力」。

專題導向學習之太陽能 車車架製 作 教學是學生 經由分組 後，以 各 組員共同合作來完成的學習活動。教師指導學習者如何做流程規劃、

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設計並製作、組裝完成實驗。由小組成員去分擔角色、共同活動，培 養學生具備「規劃、組織與實踐能力」。

於專題導向學習太陽能 車車架製 作 教學中，學 生每進行 一個單 元 的學習，都為增進其對專業知識與技能方法的應用能力，其教學設計 係以「學生為活動主體」的形式，由經歷問題與處理問題而得到如何 去探討未知專業的相關經驗，養成學習者遇到問題能自主思考尋求解 決之道，重視提升自我專業技能，培養自身於團隊之合作精神，完成 教學實驗之學習活動。

陸、評量工具後測之實施

本研究對受測者實施兩階段包括前測與後測的學習成就測驗，若 重測之間隔時間愈長則信度愈高，反之間隔時間愈短信度則愈低，較 適當的間隔時間為一至二個月最為適當，因此研究者在實施太陽能車 車架製作教學共六週之後對受測者實施學習成就後測。

研 究 者 向 兩 班 級 受 試 學 生 說 明 此 項 測 驗 是 利 用 於 師 生 溝 通 與 調 整上課教學之用，告知學生在平常心之誠實狀態下認真作答，而學習 成就後測之實施場所於班級教室內實施，主要考慮學生對學習環境之 熟悉性、方便性與避免學生作答交談，避免造成實施過程中產生錯誤

研 究 者 向 兩 班 級 受 試 學 生 說 明 此 項 測 驗 是 利 用 於 師 生 溝 通 與 調 整上課教學之用，告知學生在平常心之誠實狀態下認真作答，而學習 成就後測之實施場所於班級教室內實施，主要考慮學生對學習環境之 熟悉性、方便性與避免學生作答交談，避免造成實施過程中產生錯誤