工程教育

工程和科技兩者之間有著密切的關係，兩者在本質上都講求實用和 目的（李隆盛、林坤誼、莊善媛，2006）。但在社會快速的變化之 下，我們需要更多解決問題、處理大量資料、參與團體互動能力的人 才，而這些能力都是工程相關的知識應用，而不是以往科技教育的問 題解決。所以工程教育的定義旨在培養學生處理更龐大、更加複雜問 題的能力，以面對快速進步的社會。

二、 台灣的工程教育

107年推動的十二年國教生活科技課綱高中部分以工程教育為主 軸，強調工程設計的專題製作活動（十二年國民基本教育課程研究發 展會，2015），其原因是由美國的STEM教育延伸而成。STEM教育的 理念為整合科學、數學的學科知識，並透過科技與工程的方法進行實

作，藉此發展科技與工程相關領域的創新、設計、批判思考等能力，

（國家教育研究院，2014）因此工程相關概念正是STEM的核心。

Sanders（2008）提到工程教育的教學可以培養三項能力，分別是應用 數學、科學、工程的能力，設計與實驗的能力，使用多學科知識的能 力，顯現工程能力在生活中應用的廣度。多學科的課程在訓練工程師 方面有很好的潛力（Sharma, 2017），Bybee（2013）在《The Case for STEM Education Challenges and Opportunities》一書中更提到高品質的 STEM教育與培養21世紀關鍵能力與維持全球競爭力有密切關聯，意即 工程教育在現代具有舉足輕重的地位。

台灣在2006年就已規劃選修科目「科技與工程」以協助對科學、科 技或工程領域有興趣的學生，為未來的工程教育做準備，而在十二年 國民基本教育高中端將要正式啟動。即使工程教育是中學生活科技課 程未來的主要走向，但在台灣要能夠落實這樣的教學實屬不易，林坤 誼（2014）認為台灣的教育最常為人所詬病的便是過度著重在學科知 識，生活科技課程受重視的程度並不高，為了要突破這樣的困境，比 起以往嘗試錯誤的教學方式，具結構性流程的工程教育更能培養學生 精準的選擇最適切的解決方案，來面對日常生活問題，更能凸顯這門 科目的重要性。

三、工程教育教學模式

工程教育的重點在於建立學生自身經驗，並設計問題或困境，讓學 生依據建立的經驗，做出詳細的規劃與預測，擬定解決問題的最佳方 案。

因此本研究在教學使用6E教學模式，此教學模式是Burke（2014）

提出，共分為六大步驟。六個步驟的中文譯名主要參考張玉山，楊雅 茹（2014）所撰寫的STEM教學設計之探討一文，並經詞句美化後得 出，這六大步驟分別如下：

1. 概念導入（Engage）：使用講義、投影片等教學工具等，引起學生 的好奇和投入。教師可以透過提問，連結學生之前的學習經驗與知 識，並進一步評估學生的能力以決定教學內容的深淺。學生則大略認 識本單元的主要概念、確認瞭解學習的內容為何，並設定學習目標、

接觸教材及設備。

2. 自身理解（Explore）：教師利用經過設計的課間活動，提供學生建 構自身學習經驗的機會。在此階段，教師可以使用提問引導學生思考 問題，鼓勵學生參與討論及小組合作。學生則藉由參與，累積、建構 自身的知識。

3. 解釋與定義所學（Explain）：在課程經過一大段落後，教師透過提 問確認學生對於課程目前的認知程度是否正確。學生解釋所學到的東

西，並藉由教師的建議加以改良。

4. 工程（Engineer）：學生運用所學知識，將概念、技術、及態度應用 到主要問題，以獲得更深的理解。這個問題可以是教師刻意設計的，

也可以是此領域容易碰到的瓶頸，教師在此階段介紹設計與資源的概 念及其互動，說明設計的程序並提供相關資源，引導學生在工程設計 與探究中學習。若學生在此階段能夠對應問題，提出解決方案，便是 對於教師教學的單元有著較深度的理解。

5. 深化經驗（Enrich）：讓學生做更深入的學習，以便將所學應用到更 複雜的問題。教師提供資源，或提供整合性、複合性的題目，例如進 階版本的綜合題型，讓學生將目前所學的知識與概念作新的應用。

6. 評量成果（Evaluate）：讓師生雙方瞭解學習的效果。在研究過程 中，教師通常利用前測工具測知學生的學習需求和不足，而在一連串 的教學步驟後，利用後測工具確認學生是否達成學習目標，完成形成 性與總結性評量。

工程教育將會是中學生活科技未來的主軸，其教學方式有別於以往 嘗試錯誤的方式，以模擬、預測分析、最佳化等概念為主，學習者可 以透過各種不同的方式來學習（Driver, et al., 1994；Tsai, 1998a, 2001；

Driver & Bell, 1986）更能建立學生結構化的問題解決思考模式，是21 世紀維持競爭力重要的關鍵能力。

第二節 工程設計能力