科學積木

本研究的教材為智高積木，因透過各式各樣積木的組合形式可以使學生具體 了解科學的原理，如槓桿原理、單擺運動、齒輪運動、氣壓及水壓的運用等，與 科學學習相關，故稱為科學積木。

壹、 積木的介紹

一、 積木的發展歷史

積木是許多人童年時光的玩伴，各式各樣的積木透過不同的組合堆疊可以產 生多變的造型，足以讓兒童發揮創意。郭春在（2006）研究幼兒玩具設計要素的 探討中發現，教保人員認為積木是最容易引起幼兒興趣的玩具。再追朔到十八世 紀的「幼稚園之父」福祿貝爾，他是第一位透過具體玩具將兒童教育、遊戲與玩 具加以明確形式化的教育家，福祿貝爾將適合兒童操作的玩具稱之為「恩物」，共 有 20 種，第 2 到 6 種恩物的設計都和積木有相關，含有立方體、長方體、圓柱及 圓球等各式各樣的形狀，積木的規格都依照尺寸來切割，可將恩物中的積木收成 一個大正方體（許弘雨，2008）。義大利教育家 Montessori (1870-1952)於羅馬創辦

「兒童之家」，其所使用的教具中就包含積木建構的概念，直到十九世紀末二十世 紀初，美國教育學家 Caroline Pratt 將積木廣泛應用於幼兒教育，並發明了單位積 木（unit blocks）和空心大積木（hollow blocks），其中單位積木即是大家所熟悉的 積木，標準的單位積木與福祿貝爾第四恩物原理類似，皆為 1：2：4 長方體（馬 祖琳、戴文青、臧瑩卓、林意紅、愛彌兒幼兒園教學團隊，2009）。到目前為止，

美國各地的學前教育機構中幼兒教室的最基本學習材料為單位積木，這種教材被 高度的肯定 (Beaty, 1996; Carwright, 1990)。國小國中甚至到成人階段積木對教育 的影響備受肯定，尤其已常見的塑膠積木為例，多位研究者也使用樂高、樂喜、

智高積木做為研究主題，除了增進學生科學知識上的理解外，也培養學生的問題 解決能力及創造力（王心筠，2009；王映人，2010；林智皓，2008；洪秋萍，2005；

黃信穎，2011；趙方麟＆王金傳，2007；蔡依琳，2002），由上述可知，積木在教 育上的應用普遍。

二、 積木的類型

研究者在全國博碩論文知識加值系統網站以論文名稱為搜尋欄位，「積木」為 關鍵字，搜尋結果共計有 29 篇，與教育相關有 16 篇，再依據王映人(2010)的研究 將積木的類型分為：

（一）塑膠積木：樂高（LEGO○R ）積木、樂喜（LASY○R ）積木。

（二）木製積木：福祿貝爾的「恩物」、單元積木、通道積木（彈珠）及棧板 積木。

（三）紙製積木：三角紙積木、多面體立體的積木及饕餮摺紙積木。

（四）型塊積木：五方連塊積木、形式積木（六型六色）。

（五）建築積木：M.B.H.系統積木、T.A.H.系統積木。

而研究者所使用的智高積木屬於塑膠積木的一種，以下就介紹常見的樂高

（LEGO○R ）積木、樂喜（LASY○R ）積木及研究者所使用的智高（GIGO○R ）積木。

1、 樂高積木

樂高（LEGO）積木陪伴很多人走過童年的時光，是利用不同形狀的塑膠塊進 行堆疊的玩具，這些塑膠塊包含正方體、長方體、半圓體、扇形等，還有其他的 零件所組成（林智皓，2008）。創立於 1932 年的丹麥玩具品牌「樂高」，至今超過 50 年的經營下，一直秉持著「給孩子最好的」的最高原則，樂高積木能持續包持 著新鮮感在於豐富的組合性，而且樂高積木不只是玩具，還可以培養兒童的好奇 心、創造力、協調性及社會性的教育玩具，連成人都喜愛（五十嵐 加奈子，2010）。

樂高積木設計多變且精美，透過六塊八顆凸起的長方體 LEGO 積木，可以砌出 102,981,500 多款組合，擁有廣大的成年玩家，大多是兒童時期深受樂高積木的吸 引，目前已在全球 125 國家擁有市場，大約有 3 億孩童曾經是他們的顧客，樂高 公司最早在 1988 年與麻省理工學院合作研發「智慧型可程式化積木」 （「維基百 科」，2012）。樂高公司希望除了生產具有教育意義的積木外，可以使積木進行更 多元的教學，1998 年因而推出 LEGO○R MINDSTORMS○R 一系列的產品，使學童及 早認識機器人的操作。2008 年 8 月開發新一代的 NXT 樂高機器人套件，使用 32 位元核心電腦控制器，使樂高機器人可以做更多的應用（邱信仁，2010）。

由國際奧林匹克機器人委員會（IROC）和丹麥樂高教育事業公司合辦的國際 性機器人比賽（World Robot Olympiad）簡稱 WRO，從 2004 年開始，以樂高 Mindstorms 為競賽器材，參賽者依據年齡分為國小組、國中組及高中組，比賽項 目分為競賽與創意兩種，競賽的比賽項目中參賽者需組裝積木並撰寫程式來解決 問題；創意的比賽項目中各組依據特定主題自由設計機器人模型並展示（「維基百

在國內許多博碩士也以樂高積木在教育上應用做為研究主題，黃信穎（2011）

以準實驗研究法透過樂高機器人對國小六年級學生在數的速度單元中，發現中程 度的學生進步最多，低程度的學生受影響最顯著。程臻寧（2009）也採質性研究 發現樂高機器人的教學情境可以促進國小學童的問題解決能力。

2、 Lasy 積木

LASY 積木源自於德國，由一位 Peter Laws 工程師所研發，為幫助兒童左右腦 平衡發展，LASY 研究出創造性訓練計畫促進兒童創造力的提升，其成效受各國教 育界、兒童心理學家、醫生、工程師、教師及家長認同，並獲得西德的 Spiel Gut 獎，

LASY 積木的品質及多元無盡的遊戲價值也獲得加拿大玩具試驗理事會的最高評 價（「樂威官方網站」，2012）。王心筠（2009）指出 LASY 積木教學方案對幼兒有 助創造力的提升。而王映人（2010）指出對大學生進行「創意積木課程」的創造 力教學，使其在流暢力、獨創力、變通力有顯著成效。

LASY 積木是循著一套邏輯系統研發的，著重在教與學的互動，LASY 的積木 特色為（一）透過 3 度空間的結構使兒童有立體的概念。（二）設計與拼差實際模 型。（三）結合科學與技巧的運用。（四）包含物理與機械原理。（五）與電腦結合 操作（王心筠，2009）。LASY 積木還有兒童創造力訓練計畫四步驟：（一）學習運 用雙手，兒童經由玩積木訓練雙手。（二）摹仿範例模型，LASY 積木強調教與學，

所以兒童需有摹仿的能力。（三）改進模型，對摹仿好的模型加以改造。（四）創 造新模型，有了 LASY 的組裝經驗後，鼓勵兒童自行創造新模型（王心筠，2009）。

由上述可知，LASY 積木透過循序漸進的教學方式提升兒童的創造力，先從簡 單的積木模型開始，慢慢的引導兒童創造出新的模型，促使兒童左右腦的均衡發 展。

3、 智高積木：

智高實業公司成立於 1976 年，發展智高遊戲積木，多年來以”Gigo”自我品牌 製造及開發多元性、教育性及富功能性的新產品為經營主軸。榮獲台灣青年創業 協會頒贈”最佳創意獎”及”台灣精品獎”，並成立智高教學中心與德國、日本、法國、

美國等知名玩具公司：KOSMOS、Celda、BUKI、Gakken 均有合作。以「教材玩 具化、玩具教材化」的想法，讓小朋友體會「做中學」的樂趣，藉由遊戲中學習 到科學知識。智高所生產的產品中，一半賣到學校，另一半賣到玩具賣場，其中 積木都是依據學校的需求去研發，富涵教育意義，尤其在科學知識的注重，並以

「滾雪球」的方式開發新產品，不斷累積競爭力，這是智高成立 30 餘年所堅持的 理念（賴鴻洲、盧宏男、劉福田，2009）。

智高積木元件和其他品牌積木最大不同之處，在於它是屬於框架（frame）式 的結構積木，可以按自己的需求組合建構模型；以 10mm 為基數的零件設計，形 成軸向自由度的延伸，方便使用者組裝。框架的每一個圓孔以 8mm（7.94mm）為 基礎，以凹與凸的配合部分，也是傳動軸的支撐部分，所以可以輕易的找到需求 的組裝尺寸。另外智高積木合乎機械原理的各種傳動元件與動力來源元件，可以 容易地建立符合需求的動態（dynamic）結構。林文彬（2011）認為智高積木的最 大特色就是組裝模組化，在跟法國 Celda 公司合作後，發現智高積木模組很適合用 在自然科學的講解，學校教師也利用智高積木做為實驗教材，並寫成教案，兩者 相輔相成。

雖然智高積木是塑膠產品，但其可以隨時拆裝、調整、重建，也符合綠色設 計的核心價值”3R”，就是減量化（Reduce）、回收（Recycle）、重複使用（Reuse）

（賴鴻洲等人，2009）。林文彬（2011）制訂智高積木的標準化規格，使得舊積木 可以輕易的和新積木做結合，避免舊積木造成浪費。

智高積木為達寓教於樂的目的，智高公司與教育單位建教合作，發展更多智 高積木的模型，並贊助舉辦全國高中職及國中小的智高機關王比賽。機關王的歷 史源起要從 Crazy Machine 談起，Mr. Reuben Garret Lucius Goldberg 曾獲得 1948 普立茲獎（Pulittzer Prize）是一位美國漫畫家的創意，將簡單的動作透過複雜的層 層機關完成，以化簡為繁做為其漫畫風格（「機關王官網」，2011）。

Mr. Reuben Garret Lucius Goldberg 的漫畫意外成為國外大學機械系所或是訓 練創意思考的課程，西元 1987 年起成為美國全國性的比賽 Rube Goldberg Machine contest。後來這個活動從歐美傳回亞洲，經由日本一個機關王的節目而發揚光大。

而在台灣最有名的機關王比賽為智高公司在西元 2009 年的「全國中小學綠色能源 應用創作機關王比賽」，以綠色能源設計的素材，使創意思考及能源概念融入積木，

透過機關王的比賽促進學生的物理、化學概念、機械運作原理、系統思考、解決 問題的能力、創意思考及創造力的成長（「機關王官網」，2011）。

透過機關王的比賽可以讓學生在比賽過程中培養如下圖 2-1-1 的相關能力，包 含四個面相，分別為認知、思考、情意、技能。而本研究以科學積木遊戲對國中 生在認知面中的科學相關原理及思考面中的問題解決能力為研究主題。

圖 2-1-1 科學積木機關王競賽相關發展能力

貳、 科學積木的相關研究

本研究僅就積木相關論文進行限制查詢，就與本研究相關的主題共有 7 篇做

本研究僅就積木相關論文進行限制查詢，就與本研究相關的主題共有 7 篇做