研究對象

為確保進行量化統計分析時所需的樣本數，本研究選取台北市某一 所高中進行研究，由長期合作進行教學模組研發及教學實驗之高中教師 於其生活科技課堂中實施教學。本研究是從該教師所任教的班級中以立 意取樣方式選出三個班級的一年級學生做為研究對象，總樣本數為 103 人。協助本研究實施教學實驗的教師為資深的生活科技教師，具有 10 年 以上高中生活科技教學經驗，亦擁有工程設計領域之碩士學位。因此，

藉由這位教師的協助，可提供本研究適切的建議，並能落實 En-STEM 教 學模組之教學理念。

第五節 工程設計取向 STEM 課程設計模式

透過階段二國外 STEM 課程之內容組成分析及專家訪談結果可知，

工程設計取向的專題活動應為實施整合性 STEM 課程的主要方式。其中，

輔助學生強化 STEM 學科概念知識理解與應用的學習單元乃是重要的課 程組成要素。本研究認為，以 Backward Design 模式為 STEM 課程設計 的主軸，同時融入 Knowledge and Skill Builders 活動設計的概念，並注 重 6E 學習環所呈現的各學習階段概念，應能規劃出適切的 En-STEM 設 計模式。具體而言，本研究所規劃之課程設計模式如圖 3-5 所示，其內 容涵蓋以下四大步驟：

圖3-5. 工程設計取向STEM課程設計模式

確認教學目標

1. 選擇適切的科技議題或科技產品之研發作為課程主題：STEM 課 程之主題應選自於真實世界重大科技議題、工程領域重要的基礎 知識、或重要的新興科技議題。

2. 確認 STEM 知識範疇：依據課程主題，界定其所涵蓋的 STEM 學 科知識範疇及學習內容。

3. 確認課程預期達成的教學目標及學習表現：確認在完成教學後，

教師期待學生對課程內容應具備的理解及可展現出的學習表現，

其包含：整體性的概念性知識、STEM 相關知識的認識與應用、工 程問題解決能力及相關技能等。

4. 構思引導學生學習的關鍵問題：思考並列出數個重要的關鍵問題

（Essential Questions），藉以引導學生針對課程主題進行探究思考，

並幫助教師聚焦其教學在於關鍵的核心概念。

發展評量工具

5. 發展或選擇評量工具及評量形式：依據教學目標與預期學習表現 規劃評量策略，評量工具應涵蓋形成性評量及總結性評量，使其 能確實評量學生是否達成預期的學習表現。

建構學習經驗

6. 規劃學生將會經歷的學習經驗：模擬學生在整個學習過程中將會 經歷的學習經驗，規劃主要的學習流程，並依據 WHERE TO 的原 則檢視這些學習經驗是否能幫助學生達到所期待的學習表現。

7. 依據規劃的學習經驗安排教學流程：依據教學目標、學生所應經 歷的學習經驗，安排適當的學習單元，並規劃教學時數。

發展教材內容

8. 發展 STEM 實作單元：以探究式學習(inquiry-based approach)的概 念為核心，融入 6E 學習環的學習歷程，透過直觀且具體的探究實 驗或設計製作實作活動，強化學生對於關鍵 STEM 概念的理解，

同時引導學生連結 STEM 概念知識與專題製作歷程可能遭遇的問 題。

9. 規劃專題活動以整合學習經驗及 STEM 知識：依據 Informed design 的工程設計歷程規劃專題製作活動，其流程為：(1)釐清設計規範 與條件限制、(2)研究和探討問題、(3)發展備選方案、(4)選擇並透 過論證優化設計、(5)發展原型、(6)測試並評估解決方案、(7)重新 設計並修改解決方案、(8)與他人說明及分享成果。

10. 檢核所設計的教學計畫與教材內容是否可達成預期的目標：完成 整體 STEM 課程設計後，依據課程目標檢核是否能達成最初設定 之目的。

在設計工程設計取向之 STEM 課程時，應注意以下設計重點以落實 STEM 課程的核心理念：

1. STEM 課程的起點，應重視對於真實世界工程與科技所造成的問題 的關懷與省思，或著重在與科技及工程發展有密切連結的核心知識 與新興科技，方能引發學生的參與動機及深度思考。

2. STEM 課程應是一個標準（能力指標）導向的課程，在規劃課程內容 時，應參照相關能力指標，以審慎的界定所欲教學的 STEM 概念知 識與學生之學習表現。

3. 在規劃教學模組內容時，應針對關鍵性的科學原理、工程知識、科技 工具應用、及數學運算，規劃實驗與探究導向的學習單元，透過「研 究」、「探究」與「分析」，引導學生學習如何將科學與數學相關知識 應用於解決工程設計過程中問題。

4. 在進行工程設計專題活動時，應著重「界定問題」、「方案設計」、「預 測分析」、「條件限制與權衡」及「最佳化」等五項工程設計核心概念 的學習及其與 STEM 知識的連結。

具體而言，En-STEM 設計模式與階段一之 STEM 教學模組，在課程 設計及教學活動等面向之主要差異包含：

1. 階段一的 STEM 教學模組設計是依循傳統課程設計模式所發展，En-STEM 設計模式則採用 Backward Design 的概念重新規劃。

2. En-STEM 設計模式更強調科學及數學原理的整合與應用，藉由 STEM 實作活動單元強化 STEM 知識與實際機構設計問題的連結。

3. En-STEM 設計模式中的 STEM 實作單元設計，更著重在藉由實際的 機構 STEM 概念知識的練習、探究實驗和挑戰思考歷程，幫助學生 體會 STEM 知識的實踐，藉以累積學生進行工程設計（問題分析、

預測、修正）時所需的先備知識。