第四章 研究結果與討論
第五節 綜合討論
本節主要在綜合前述所分析之機構概念知識、機構玩具作品、專題 口頭報告、及 STEM 態度等資料，進行探索性的預測分析及討論，以供 未來工程設計取向 STEM 課程教學之參考。
機構知識與工程設計核心能力之探索性預測分析
在完成前述之各項分析後，本研究欲了解學生之機構概念知識表現、
機構設計之構想與應用、及製作過程之問題解決能力是否能預測其玩具 專題作品的表現。因此，本研究採取逐步迴歸法，分析圖 4-7 之路徑模 型圖以找出最佳自變項組合，其結果分述如後：
圖 4-7. 機構 STEM 知識與問題解決能力之預測路徑圖一
首先，以機構玩具之「設計複雜度」成績為依變項（Y），投入機構 概念知識測驗之「機構基本知識」、「科學與數學概念」、及「機構設計問 題解決」等成績為解釋變項；同時，亦投入專題口頭報告之「構想與應
科學與數學概念 機構基本知識
機構設計問題解決 構想與應用
問題解決
設計複雜度
機構完成度
製作精緻度
用」和「問題解決」等成績為解釋變項，以嘗試找出最佳的迴歸模型，
其結果如表 4-17 所示。
表 4-17
逐步迴歸分析摘要表（Y=設計複雜度）
模型內的變數 B 標準誤 Beta
t
Sig.模式 1 (常數) .36 .26 1.35 .18 構想與應用 .70 .08 .65 8.47 .00
由迴歸分析結果可知，在以「設計複雜度」成績為依變項的情況下，
以最佳自變項角色進入模型的是「構想與應用」成績，其可解釋設計複 雜度表現之 41.8%變異量（R2），其 F(1, 100)=71.75（P=.00），若以調整 後 R2來表示，則有 41.2%的解釋力。從估計係數來看，「構想與應用」
此變項可以獨立預測依變項，β=.65，t 值為 8.47（P=.00）。此模式只有 單獨一個變項被納入，所以無共線性的問題，也就是構想與應用成績對 於設計複雜度的預測力沒有受到其他四個變數的干擾。
其次，再以機構玩具之「機構完成度」成績為依變項（Y），同樣投 入機構概念知識測驗之「機構基本知識」、「科學與數學概念」、及「機構 設計問題解決」等成績；以及專題口頭報告之「構想與應用」和「問題 解決」等成績為解釋變項，以嘗試找出最佳的迴歸模型，其結果如表 4-18 所示。
表 4-18
逐步迴歸分析摘要表（Y=機構完成度）
模型內的變數 B 標準誤 Beta
t
Sig.模式 1 (常數) 1.14 .27 4.28 .00 問題解決 .80 .08 .71 9.94 .00
由迴歸分析結果可知，在以「機構完成度」成績為依變項的情況下，
以最佳自變項角色進入模型的是專題口頭報告之「問題解決」成績，其 可解釋設計複雜度表現之 49.7%變異量（R2），其 F(1, 100)=98.75（P=.00）， 若以調整後 R2來表示，則有 49.2%的解釋力。從估計係數來看，「問題 解決」此變項可以獨立預測依變項，β=.71，t 值為 9.94（P=.00）。此模式 只有單獨一個變項被納入，所以無共線性的問題，也就是問題解決成績 對於設計複雜度的預測力沒有受到其他四個變數的干擾。
最後，以機構玩具之「製作精緻度」成績為依變項（Y），投入同樣 四個解釋變項，以找出最佳的迴歸模型，其結果如表 4-19 所示。
表 4-19
逐步迴歸分析摘要表（Y=製作精緻度）
模型內的變數 B 標準誤 Beta
t
Sig.模式 1 (常數) .98 .27 3.60 .00 問題解決 .80 .08 .70 9.73 .00 模式 2 (常數) .63 .29 2.15 .03 問題解決 .58 .11 .51 5.25 .00 構想與應用 .34 .12 .27 2.83 .01
由迴歸分析結果可知，在以「製作精緻度」成績為依變項的情況下，
第一階段（模式 1）以最佳自變項角色進入模型的是專題口頭報告之「問 題解決」成績，其可解釋設計複雜度表現之 48.6%變異量（R2），其 F(1,
100)=94.61（P=.00），若以調整後 R2來表示，則有 48.1%的解釋力。第 二個被選入的自變項為「構想與應用」成績，該變項單獨可以解釋依變 項 3.8%的變異量，F 改變量為 8.00（P=.006），符合被選入的標準，因此 模式 2 有「構想與應用」和「問題解決」兩個自變項，總計可以解釋依 變項（製作精緻度）52.5%的變異量，調整後為 51.5%，以 F 考驗結果，
此一解釋力具有統計意義（F(2, 99)=54.61，P=.00）。從估計係數來看，
在模式 1 當中，「問題解決」此變項可以獨立預測依變項，β=.70，t 值為 9.73（P=.00），此模式只有單獨一個變項被納入，所以無共線性的問題。
模式 2 的估計係數中，增加了構想與應用成績的進入，其 β=.27，t 值為 2.83（P=.006），而此時問題解決的 β 係數降為.51，t 值為 5.25（P=.00）， 顯示問題解決此變項的效果因排除了構想與應用的影響而降低。整體而 言，其最終之預測路徑圖如圖 4-8 所示。
圖 4-8. 機構 STEM 知識與問題解決能力之預測路徑圖二
由圖 4-8 之預測模型可以看出，學生之構想與應用說明，可預測其 機構玩具之設計複雜度與製作精緻度，然而無法預測其機構的完成度。
由工程設計的角度來看，構想與應用此一面向，代表的是學生發展方案 及預測分析的能力；而設計複雜度與製作精緻度，則是與發展方案及原 型建模等能力有關。換言之，若學生能具體說明其機構玩具作品之設計 構想及應採用的關鍵概念知識，代表學生對於所應用的 STEM 知識應有
構想與應用
問題解決
設計複雜度 機構完成度
製作精緻度
.65**
.71**
.27**
.51**
明確的掌握，由此，可預測其應能發展出可行的方案，且對於成品之製 作程序有較精確的思考與規劃。
此外，學生在製作過程中問題解決的表現，可用於預測其機構玩具 之機構完成度與製作精緻度，但無法預測其設計複雜度。由工程設計的 角度來看，問題解決此一面向，代表的是學生測試修正、及最佳化的能 力；而製作精緻度與機構完成度，則同樣是與原型建模、測試修正、以 及最佳化等能力有關。具體言之，學生若能有效的解決專題製作過程中 的問題，則可預測其成品之完成度與精緻度皆會較佳，然而設計複雜度 通常是在專題一開始進行構想與設計時便已決定，因此與製作過程中的 問題解決則較無預測關係。
STEM 態度之預測分析
此外，依據第三節分析之結果，學生之專題表現應會受到 STEM 態 度之影響。因此，本研究亦嘗試透過預測分析的方式探討學生之 STEM 態度是否真正能預測其專題表現。因此，本研究同樣採取逐步迴歸法，
分析圖 4-9 之路徑模型圖以嘗試找出最佳自變項組合，其結果分述如後：
圖 4-9. STEM 態度之預測路徑圖一 興趣
自覺能力 價值
設計複雜度
機構完成度
製作精緻度
在進行逐步迴歸分析後發現，若以整體學生 STEM 態度測驗之「興 趣」、「自覺能力」、「價值」等面向分數為解釋變項，則對於「設計複雜 度」與「製作精緻度」兩個變項，皆無任何達統計顯著性之解釋量。然 而，以機構玩具之「機構完成度」成績為依變項（Y）時，學生之「興趣」
可用於預測其機構完成度的表現，分析結果如表 4-20 所示。
表 4-20
逐步迴歸分析摘要表（Y=機構完成度）
模型內的變數 B 標準誤 Beta
t
Sig.模式 1 (常數) 2.92 .38 7.73 .00 興趣 .32 .15 .21 2.11 .04
由迴歸分析結果可知，在以「機構完成度」成績為依變項的情況下，
學生「興趣」面向的得分，可解釋機構完成度表現之 4.6%變異量（R2）， 其 F(1, 92)=4.44（P=.04），若以調整後 R2來表示，則有 3.6%的解釋力。
從估計係數來看，「構想與應用」此變項可以獨立預測依變項，β=.21，t 值為 2.11（P=.04）。此模式只有單獨一個變項被納入，所以無共線性的 問題。換言之，其預測路徑圖如圖 4-10 所示。
圖 4-10. STEM 態度之預測路徑圖二
由圖 4-10 之預測模型可以看出，學生對 STEM 課程之興趣，可預測 其機構玩具之機構完成度，然而無法預測其設計複雜度與製作精緻度。
由工程設計的角度來看，機構完成度此一面向，代表的是學生測試修正、
興趣 .21* 機構完成度
及最佳化的能力。在工程設計歷程中，解決問題、修正與最佳化的過程，
是需經由反覆的測試與調整方能達成。因此，若學生對於 STEM 課程之 學習興趣越高，則可預測其在進行專題製作時能有更積極的學習動機，
以做出具有高度完成度的作品。此一結果與前述之分析結果皆有呼應，
STEM 課程之設計與教學是否可提升學生之學習興趣，是影響其學習成 效不可或缺的關鍵因素，亦是 STEM 教育改革所著重的關鍵要點。
小結
綜合前述之分析，第五節綜合討論之結果可歸納為以下幾點：
1. 學生之構想與應用表現，可預測其機構玩具之設計複雜度與製作精 緻度。代表學生若能具體說明其機構玩具作品之設計構想及應採用 的關鍵概念知識，則可預測其應能發展出具有可行性的方案，且對 於成品之製作程序能有較精確的思考與規劃。
2. 學生在製作過程中問題解決的表現，可用於預測其機構玩具之機構 完成度與製作精緻度。代表學生若能有效的解決專題製作過程中的 問題，則可預測其成品之完成度與精緻度皆會較佳。
3. 學生對 STEM 課程之興趣，可預測其機構玩具之機構完成度，若學 生對於 STEM 課程之學習興趣越高，則可預測其專題作品之完成度 會越好。
由探索性預測分析的結果來看，其預測變項與依變項之間的關連性，
其實多與第三節及第四節之分析分析結果相呼應。如同 Mentzer（2011）
所強調，工程設計取向之課程，應重視學生將 STEM 知識應用於工程設 計各關鍵步驟的能力。而在本次階段三教學實驗中，學生機構概念知識
測驗之成績，雖無法直接用於預測學生機構玩具作品之表現。然而，這 些 STEM 相關知識，應已融入並展現於工程設計的各項關鍵步驟，方能 幫助學生實踐其設計構想，並解決相關問題。