機器人教學相關研究的發展

近年來，機器人教學已成為一個熱門的議題。最初因應全球科學、

科技、工程、與數學等專業領域人才短缺問題，許多國家開始關心如何 發展創新工具以改善跨領域教學，而機器人教學是被提出的一個解決方 法（Mataric et al., 2007）。機器人教學被認為是實踐動手做及體驗式學習 的課程，在設計、組裝與操作機器人以嘗試達成目標的過程中，能訓練 問題解決、團隊合作、與批判思考的能力，並且透過應用跨領域知能，

提高學生對科學、科技、工程、與數學等不同專業領域的興趣（Alimisis, 2013；Arís & Orcos, 2019；Benitti, 2012；Johnson, 2003；Kandlhofer &

Steinbauer, 2016；Kim et al., 2015；Mubin et al., 2013）。隨著機器人教學 重要性逐漸提高，研究領域中也出現了許多的相關研究，本節分別針對 臺灣與其他國家的機器人教學相關研究進行文獻蒐集與分析，並從藉由 文獻分析來說明目前機器人教學研究的挑戰為何，以期對器人教學的研 究發展現況能有更深入的理解。

一、臺灣機器人教學相關研究

針對臺灣部分，「十二年國民基本教育科技領域課綱」強調「動手做」

的基本理念，雖然在國中階段並沒有提及機器人教學主題，但學習內容 中所安排的「機構與結構設計」和「機電整合原理」都是符合機器人教

學的特色。高中階段包含「機構與結構設計應用」、「機電整合與控制的

（Eguchi, 2016），以及提供將知識轉化為實踐經驗的機會。其核心價值 在於引發學生對科技或新興科技的學習動機，培養問題解決、團隊合作 與創造力等能力，提升學習成效並同時帶動專業領域知能的發展。近年 來，臺灣也有諸多與機器人教學相關的研究，例如趙嘉浩、梁至中、蔡 孟蓉（2017）針對高中生進行 Arduino 機器人教學課程，探討機器人教 學對學生批判思考、問題解決、協同合作、創造創新，以及溝通討論等 能力的影響。也有透過機器人教學來實施跨領域的教學課程的研究，如 張基成、陳怡靜（2018）以 Arduino 機器人作為教學工具，探究機器人 教學對高中學生的知識、能力與STEM 態度方面之影響；張基成、曾繁 勛、嚴萬軒、陳怡靜（2019）則利用帆船機器人進行 STEM 跨領域統整 課程，探討高中學生在STEM 態度上的改變；除此之外，胡淑華、蔡孟 蓉（2019）針對國中生進行機器人的 STEAM 課程，並探討機器人教學 對國中學生科學學習動機和程式設計的自我效能之影響。

依據文獻所呈現之資訊可以歸納出：（1）目前中學階段的機器人教 學相關研究大多為探究學生之學習成效或是態度之改變；（2）機器人教 學時常被應用在跨領域教學中；（3）機器人教學教常發生在高級中學的

教育階段，其可能原因為，科技領域課綱於高中階段規劃有「機器人專

Sisman, 2017），諸多研究相繼提出機器人教學對於學生學習的正向影響，

例 如 可以 提高 學生 的 學習 動機 （Gomoll, Hmelo-Silver, Šabanović, &

Francisco, 2016）、培養動手做與學習的興趣（Cheng, Sun, & Chen, 2018）、 習得解決問題的能力（Barak, 2009；Melchior, Cutter, & Cohen, 2004）、增 加團隊合作能力（Hwang & Wu, 2014；Melchior, Cohen, Cutter, & Leavitt, 2005；Menekse, Higashi, Schunn, & Baehr, 2017；Somyürek, 2015）、以及 提高專業領域學習興趣（Kandlhofer & Steinbauer, 2016；Nugent, Barker, Grandgenett, & Welch, 2016）等，足見機器人教學在世界各地的研究中都 是廣泛討論的主題。

近年與機器人教學的相關研究大部分將研究焦點放在學生的學習 上，例如透過機器人教學來增強學生在數學、科學或工程等專業科目上 的 學 習 成 效 與 學 習 動 機 （Ariza, Palacio, Aragón, Logreira, Pulido, &

Mckinley, 2017；Williams, Prejean, Ford, & Lai, 2007；Zaldivar, Cuevas, Pérez-Cisneros, Sossa, Rodríguez, & Palafox, 2013；Zhong & Xia, 2020），

也有更多研究著墨於透過機器人教學進行跨領域的教學、探討學生的 STEM 態度改變等（Gomoll et al., 2016；Kim, Kim, Doshi, Thai, Hill, &

Melias, 2019 ； Leonard, Buss, Gamboa, Mitchell, Fashola, Hubert, &

Almughyirah, 2016；Master, Cheryan, Moscatelli, & Meltzoff, 2017）。在許

多過去研究中皆顯示機器人教學對於學生學習有正向之影響，然而，若 要將機器人教學之助益發揮效果，則需仰賴教師的教學方能實踐，故教 師對於機器人教學需有一定程度的接受度，才有機會透過機器人教學提 升學生的學習成效或學習興趣（Keren & Fridin, 2014；Zhong & Xia, 2020）。 目前在機器人教學方面僅有少數針對教師進行談討的研究，例如， Kim 等人（2015）透過機器人教學來改善教師對 STEM 教學的態度和興趣；

Jaipal-Jamani 和 Angeli（2017）的研究透過機器人教學來提高教師對機 器人教學的興趣、自我效能、科學概念理解與運算思維能力；Kim 等人

（2019）則發展了 RoboSTEM 平台教導教師如何設計與實施機器人教 學，並以此方式提高教師進行機器人教學的意願。

三、小結

本節從不同國家的角度探討機器人教學研究的發展現況，不論是在 臺灣或是其他國家皆不難發現機器人教學已是熱門的研究主題。儘管機 器人教學的相關研究已經進行多年，仍然有許多研究提出不同的議題及 建議。故依據本節之文獻探討歸納出以下幾項近期的機器人教學研究發 展現況：（1）機器人教學有助於訓練動手做能力、跨領域整合能力之應 用、21 世紀關鍵能力之培養、以及提升學生在科技、科學、數學、工程 等專業領域的學習興趣；（2）機器人教學相關研究多著重探討學生的行 為或是態度改變，較缺乏針對教師的研究；（3）臺灣近期的機器人教學 研究多著墨於中學階段，而其他國家則分散在 K–12 學習階段。

Keren 和 Fridin（2014）與 Zhong 和 Xia（2020）都曾提及，若要發 揮機器人教學的諸多效益，則教師對機器人教學的接受度便成為重要的 關鍵因素；且 Anwar 等人（2019）、Goode 和 Margolis（2011）、以及 Pittí 等人（2013）也曾表示，若教師認為自身缺乏機器人教學知能，則會導

素，並針對這些影響因素規劃機器人教學專業師資的培訓課程，提高教 師實施機器人教學的意願，推廣機器人教學更趨普及，應是現階段需要 被重視的課題。