研究工具

本研究所使用的研究工具有兩個，分別為機器人教學單元，以及工 程設計能力自陳量表。

一、教學活動設計 (一)教學策略

本研究探討機器人教學對學生工程設計能力的影響，實驗組所 採用的教學單元為「兵乓球發射器─以樂高機器人作為教學工 具」。由於一台完整的機器人兼具機構、外觀、程式控制，既可以 使教學理論發揮於實作中，亦可對學生進行工程設計的教學，因此 以機器人做為教材，其主要學習內容為製作能行走，並擁有抬升、

發射功能的機械手臂的機器人，並讓學生發揮其蒐集資料與評估的 能力。

控制組的教學單元為「乒乓球發射器─以一般生活科技材料作為教 學工具」，教導學生機械結構的知識並實際製作，目的是讓學生能夠 了解機構運行、材料應用、機具使用的原理。

(二)教學工具

本研究依照不同教學內容分為實驗組與控制組，實驗組採用機 器人作為教學的工具，學習樂高機器人的使用，最終組成一台具有 機械結構的機器人，使用程式對其控制。控制組的學生將以常見的

生活科技機具與材料製作乒乓球發射器，作為教學內容。

(三)教學流程

本研究依據第二章文獻探討所架構的6E教學流程，加以規劃並 發展教學活動，本教學活動上課時間預計為期8週，每週2節課，每 節課50分鐘，共計800分鐘。

主要教學流程皆依照Burke（2014）提出之6E教學流程進行，

原因是學者們認為此教學流程能加強STEM教育成效，因此比起其 他教學流程，6E教學流程更適合用在工程教育上。實驗組教學詳細 步驟與內容如表3-2所示；控制組教學詳細步驟與內容如表3-3所 示。

表 3-2 實驗組─機器人教學流程表

概念導入

第 八 週

評量成果

1.評量學生的乒乓球發射器。

2.進行半結構式訪談問卷填答。

本節課評量成果

表 3-3 控制組─乒乓球發射器教學流程表

第

(四)評量方式

本研究在課程進行期間所使用之學習成效評量工具包含半結構 式訪談問卷、作品實測成績、作品本身設計。

二、工程設計表現自陳量表

本研究採用之工程設計表現自陳量表，是以Merrill等人在2008年所 提出的工程設計領域三大核心概念，簡稱COPA為基礎。

在工程設計表現自陳量表的部分，本研究設計41題工程概念試題，

以台北市立某高中的學生共167人為預試對象，共回收有效問卷145 份，男生66份，女生79份。將「工程設計能力自陳量表」有效問卷之 數據輸入電腦之後，即以電腦統計套裝軟體SPSS22.0 for Windows進行

「項目分析」、「信度分析」、「因素分析」。

(一) 量表內容

本研究所使用之「工程設計表現量表」，包含Merrill（2008）

提出的COPA三個核心概念，「限制」、「最佳化」、「預測分 析」，以及Atman（2007）提出的工程設計流程之中七個流程，分 別是「確認需求」、「定義問題」、「蒐集資料」、「產生想 法」、「可行性分析」、「評估」、「實踐」，構面分類與問題設 計經三位資深生活科技教師修改並認可，詳細如表3-4。

表 3-4 高中生工程設計能力量表問題內容分配表

15 預

32 面對兩種以上可行的想法，我會考慮

擬定之正式量表，詳見附錄一，而量表之信效度分析如以下詳述。

25 5.959*** .400 .872 保留 題共7道題項尚未達統計上顯著水準(p<0 .05)，不具有鑑別度，故予 以刪除。且第35題之CR值小於3，鑑別度較低。而剩餘的33題CR值 在3.747至8.159之間，且均達統計上的顯著水準(p= .000< .001)，顯 示此33道題項具有鑑別度，能鑑別出高、低分組的工程設計能力。

而在同質性檢驗中，此33題的相關介於.282至.559之間，表示本量 表的題目間具有中、高度相關，保留此33題項。

2. 因素分析

本量表之KMO值達.822，且Bartlett球性考驗的近似卡方分

配值為1944.637，已達α=.01顯著水準，因此適合進行因素分析 (Kaiser, 1974)。

本研究之工程設計能力量表的因素分析發現，經由主成份 解釋變異量為5.956%，合計為57.638 %，如下表3-6。

表 3-6 工程設計能力量表因素分析摘要表

踐 37 .158 .788 .173 -.134 .130 .106 -.024 Cronbach α係數分別

為.743、.500、.696、.739、.711、.713、.697，整體Cronbach α 係數為.906，除了「定義問題」、「蒐集資料」、「實踐」具

信度尚可(>.50)，其餘各分量表Cronbach α係數皆在.70以上，較 具有實用的價值，表示量表有較高的信度，內部一致性良好 (Carmines & Zeller, 1979; Bryman & Cramer, 1997)。

表 3-7 工程設計能力量表信度分析摘要表 量表 題數 Cronbach's α 值

確認需求 4 .743

定義問題 3 .500

蒐集資料 4 .696

產生想法 6 .739

可行性分析 4 .711

評估 7 .713

實踐 5 .697

整體 33 .906