研究範圍與限制

本研究透過研究者設計之「乒乓球發射器-以樂高機器人作為教學 工具」教學單元來探討機器人教學對高中生工程設計能力之影響。因 為工程教育在台灣並沒有發展過量表，因此本研究試著發展一份量 表，讓學生使用自陳式的評量，透過前後測對學生的工程設計能力進 行測量。

一、 研究範圍 (一) 研究變項

1. 機器人教材

本研究設計一教學單元「乒乓球發射器─以樂高機器人作為教 學工具」教導學生工程設計相關概念，教學內容包含扭力、力矩、

機械結構、控制等學科知識，並期盼建立一套完整的工程設計教學 流程，包含設計、模擬、製作、評估、最佳化等工程設計流程，實 踐工程教育。選擇樂高做為機器人教學工具的原因為整合度高，初

學機器人的學生較不容易感到困難。

2. 工程設計表現

本研究將工程設計能力與工程設計歷程的能力合稱為工程設計 表現，Merrill(2008)提到工程設計能力主要有三個主題：限制、最 佳化、預測分析，Atman等人（2007）提出的工程設計歷程分為十 個步驟，這兩份文獻包含工程設計表現的要點，本研究並依此進行

「工程設計表現量表」的發展，會使用這兩份文獻作為本研究主要 的理論依據是因為與本研究主題「工程能力」相符，且引用的學者 眾多，因此較為合適。

3. 學習表現

生活科技課程學習表現的構面繁多，本研究所提及之學習表現 包含書面資料、作品兩大類。書面資料可分為學習單、檢核表；作 品依照運作情形可分為造型、結構、功能性。

(二) 教學單元

本研究之教學單元為樂高乒乓球發射器之製作，包含機械結 構、機電控制兩部分。學生需藉由工程設計流程製作出一隻能行走 於陸地的機器人，並有發射乒乓球的功能。根據學生蒐集資料的不 同，在機械結構的部分可能會有不同的作品產出及結果。

(三) 研究對象

本研究之研究對象為台北市某市立高中，生活科技教學正常化 的學生，共4個班，144個人。

二、 研究限制

本研究使用樂高機器人，實施機器人教學並探討學生工程設計 能力的影響，因受限於時間及人力等客觀因素，本研究結果推論有 以下之限制：

(一) 研究對象的限制

本研究以台北市的高中學生為研究對象，由於研究地區與研究 樣本之限制，不宜將研究結果推論至所有的高中學生，只適合對情 境相近的學生。

(二) 教學硬體的限制

樂高機器人整合度高，也可使用藍芽進行搖控，可供遙控的載 具包含智慧型手機、平板電腦，而各種載具的系統與等級皆不相 同，例如ios對開發者較不友善，無法安裝非官方的app，android才 是比較理想的作業系統，但不一定每位學生都有該系統的手機，甚 至有學生可能沒有手機，這些因素都會影響到教師的教學。

將樂高機器人使用於教學研究上的案例在各高級中學逐漸出 現，學生必須從程式開始學習，並學習程式運行的原理，相當適合

工程導向的生活科技課程，因此本研究在機器人教材的選用上採用 樂高機器人。