研究背景與動機

在台灣的中等教育中，工程是一門蓄勢待發的學科。Dugger

（1993）曾經提出工程與科技的差異，他認為工程比起科技是更有科 學、數學理論基礎的學科。以往的科技教育通常以嘗試錯誤的方式進 行活動，但為了培養21世紀的關鍵能力，工程教育是近來各國逐漸追 求的方向，過去十年以來，工程教育已經受到越來越多的關注（Do, 2013）。

台灣中學工程教育的教學活動之目的，是藉由適當的教學策略與活 動來增進學生的工程相關知識，進而提升學生對工程的興趣，以面對 未來之所需。美國總統Obama（2009）認為：「要鼓勵年輕人成為事物 的決策者，而不只是消費的決策者」，意即為了面對未來，提升國家 的競爭力，應當要培養年輕世代工程設計的能力，即是發明、製作、

評估、改進相關的能力，而不是只能使用。工程設計的過程本身就是

發明造物的歷程，若適當的在生活科技課程中加入工程教育，便有機 會培養學生工程設計能力。Rose, Gallup, Dugger, & Starkweather

（2004）指出當工程與科技教育相互結合時，國家便可以有更大的競 爭力來面對下一世紀的挑戰。Bybee（2013）更直接點出高品質的工程 教育與培養21世紀關鍵能力與維持全球競爭力之間有密切關聯。

雖然工程相關能力相當重要，但在台灣的中學教育環境，工程教育 並不容易推動，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，這也使得中學的生活科技課程無法正常化教 學，導致工程教育的推動依然有很大的瓶頸。

面對中學生活科技的困境，我們更應該想辦法結合熱門教材，並展 現出本科目無可取代之處，目前教育環境中，許多機器人教學僅是強 調程式的撰寫，如此對於工程並沒有幫助，運用機器人教導學生解決 生活上問題的能力，教導學生生活上常見的機械結構，教導學生如何 對機械做控制，這樣才能使未來高中端的工程教育有機會落實。因此 本研究盼望利用熱門教材─機器人，結合工程教育，培養學生相關的能 力，面對更多的挑戰。

二、工程教育為高中課綱主軸

十二年國民基本教育生活科技領域高中階段著重在「工程設計」，

強調藉由工程設計的專題製作活動，提供學生跨學科、STEM 知識整

合的學習，藉此發展其在科技與工程領域的設計、創新、批判思考等 高層次思考能力。其中機電整合的原理與應用是高中端重要的內容之 一，學生可以透過教師安排的情境，設計製作流程並發揮創意，運用 科學、科技、數學、工程的學科知識，利用機器人實踐創意構想，解 決遇到的問題，這即是工程設計能力的展現。

在21世紀的今天，生活上面對的問題已經趨向複雜化，我們不能只 是嘗試錯誤來解決問題，應該要教導學生擁有預測分析、最佳化，以 及規劃流程的能力，才能夠面對這個時代的挑戰。本研究因應十二年 國民基本教育課綱將工程教育列為生活科技課程高中端的主要走向，

便以工程教育做為研究的主軸。

三、 機器人教學對於工程教育的必要性

Casad & Jawaharlal（2012）、李彥林、郭建新、胡蓉（2010）、費 躍農、邱建、李偉民、李福明（2008）等學者將機器人引入工程教 學，認為這是相當切合工程教育的主題。機器人教學的優點在於學生 不僅需要使用他們在科學、數學方面的知識，更必須動手製作機構、

結構，挑選適當的材料與零件進行實作，達到知識與實作並重的目 的。機器人教學提供學生實務製作的機會，機械結構的設計更是工程 設計能力的體現。目前教育環境中，機器人教學定位尚未明確，且缺 乏教育行政部門整體的規畫（陳怡靜、張基成，2015），許多教學僅是

強調程式的撰寫，並購買廠商開發的套裝車把每個功能使用過一次，

沒有機構的概念，也沒有問題解決的理念，如此對於工程教育並無太 大幫助。由於機器人比起其他傳統生活科技教材，有著更多材料、零 件上的限制，學生因而更需要進行比較、評估、預測成效，所以本研 究認為機器人比起其他教材，在工程教育上是有必要性的，工程教育 落實，學生的工程設計表現就會逐步提升，也藉此確立使用機器人做 為本研究探討工程設計能力的想法。

在台灣，工程教育的研究尚為數不多，在我們的教育環境裡面使用 機器人教學是否會提升工程相關能力還有待近一步研究，本研究基於 上述動機以及替台灣少有的工程教育研究貢獻一份心力，以機器人教 學對於高中生工程設計表現之影響作為研究主題。

第二節 研究目的與待答問題