綜合討論

本節將藉由本研究的發現，針對課程設計、單元活動發展、教材實 施與評量三個面向進行討論。

一、課程設計

本研究藉由焦點團體座談調查資深生活科技教師在動力機械教學時 教具和教學策略的使用需求。專家表示模組教具在現有教學現場常做為 作品的關鍵機構使用，而模組教具需面對教學時間限制、零件整理、組 裝流程管理等實務性問題，因此需要適時地調整教學策略；專家們亦表 示在使用模組教具進行實作活動時，學生需要時間熟悉機構的組裝，建 議課程需要設計基礎組裝單元配合。

在諸多應用模組教具做為教具的教學研究中，亦有許多研究者表示 這類教具在教學仍保有一些實務上的困難需要克服。黃文良、陳冠寧、

葉增雄與王貳瑞（2012）在研究中表示積木樣式過多，有時候反而造成 學生不容易發揮創意。趙方麟與王金傳（2007）在研究中發現學生因對 齒輪組特性不了解而造成使用意願下降。郭展馨（2009）建議研發從基 礎開始學習之學習教材，引導使用者接觸樂高。因此，使用模組教具作 為教具，需因應教學實務上的需求，適時調整教學策略的應用。

為了解決上述教學需求，本研究在設計教材架構時將每單元分為經 驗連結、機構仿作、設計改良三個部分。經驗連結透過生活故事連結機 構概念，機構仿作藉由作品的仿作讓學生觀察並學習機構原理，設計改 良延伸每單元內容並作為教學之評量。透過模組化的教學設計，能讓學 生從基礎開始學習，進而延伸至進階的機構概念。

這種模組化的教學方式，常被作為著重概念和探究的課程設計。張 仁壽（2014）提出利用 BOPPPS Model 所設計的教案，強調多引用實際

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生活上的例子來幫助學生了解抽象的概念，以說明課堂教學與實驗或課 外作業之間的相關性，與本教材的設計理念相同。陳建民、樊琳、邱美 虹與李賢哲（2012）在太陽能教學模組中，分為子題、情境、實作、討 論四個模組，在子題、情境部分強調生活經驗與主題的連結，後兩階段 則利用實作和討論讓學生探究科學的概念，與本教材的設計理念相符。

因此，本研究經由焦點團體座談進行課程設計的需求評估，提出教 學活動、機構仿作、設計改良的模組化教學設計，能符合生活科技教學 需求且與學者看法相同，對於國中動力機械教材開發而言是合適的。

二、單元活動發展

本研究根據文獻探討所擇定的六個單元，以模組教具為材料，為每 單元發展實作活動。每單元共分為經驗連結、機構仿作、設計改良三個 教學模組，並設計相對應的學習活動。

(一)基礎組裝

在基礎組裝單元，主要介紹桁架結構讓學生認識機械結構穩定性的 概念。本研究以橋樑為例進行經驗連結，並安排桁架結構供學生模仿探 究，最後在設計改良時則讓學生利用桁架結構搭建一座橋樑。

(二)傳動機構

在傳動機構單元，主要介紹傳動機構如何傳遞動力和轉換動力形式。

本研究以家電為例引導學生認識馬達和傳動機構的關係，並安排皮帶輪、

齒輪的仿作讓學生探究，最後在設計改良部分則讓學生利用齒輪設計陀 螺的加速裝置。

(三)連桿機構

在連桿機構單元，主要介紹曲柄搖桿機構，讓學生認識連桿機構如 何轉換圓周運動和搖擺運動。本研究舉蒸汽火車的車輪為例介紹連桿機 構，在機構仿作部分讓學生仿作手搖軌道車，在設計改良部分則讓學生

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利用連桿機構的原理製作一隻行走時頭可以擺動的大象玩偶。

(四)凸輪機構

在凸輪機構單元，主要介紹凸輪機構如何改變機構運行軌跡。本研 究舉花燈為例讓學生認識凸輪的應用，並在機構仿作時用凸輪模擬盪鞦 韆的運動形式，並在設計改良讓利用凸輪機構設計嘴巴可以開合、尾巴 可以搖擺的鱷魚玩偶。

(五)間歇機構

在間歇機構單元，主要介紹間歇機構如何使機構能週期性的運轉。

本研究舉音樂盒機構為例，並利用間歇機構設計一個乒乓球發射器供學 生仿作，最後在設計改良部分，讓學生改造乒乓球發射器使其做到連發 的功能。

(六)棘輪機構

在棘輪機構單元，主要說明棘輪機構如何限制機構動力的傳遞形式。

本研究舉腳踏車為例，在機構仿作時讓學生仿作腳踏車的踏板，而設計 改良時則讓學生利用棘輪機構不可逆的特性改造陀螺發射裝置。

模組教具為十分適合用來作為機構講解的教具，許多機械原理的教 學設計皆以模組教具建置機構模型，但研究者們在講解概念時採用範例 不盡相同。

蔡依琳（2002）以樂高積木為教具設計簡單機械的教材。在基礎組 裝中將結構區分為剛性結構和柔性結構，並和槓桿、滑輪、皮帶輪設計 範例模型，供學生模仿並以競賽的形式引導學生改進機構的效能，而本 研究在基礎組裝則桁架為例，桁架強調結構的穩定度，屬於剛性結構的 範疇，但針對柔性結構的部分，本研究未多作介紹。在傳動機構部分，

以槓桿、滑輪、皮帶輪範例模型的形式呈現，讓學生觀察三者運動的方 式並探究力的傳遞與作功間的關係，而本研究亦安排皮帶輪的仿作活動，

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黃文良（2012）利用樂高積木設計了一系列能源動力教材。以太能 車為例，講解車輛的基本結構，說明框架結構如何承載應力，雖本研究 所提的桁架結構不同，但皆能說明結構穩定性的重要。以腳踏車為例，

說明利用傳動結構，能將能量由人傳遞到後輪，講解齒輪的應用，雖與 本研究舉例不同，但原理相同。以機械狗為例，講解連桿的應用，與本 研究所舉的大象玩偶同屬連桿中的曲柄─搖桿機構，皆說明連桿能傳遞 動力和轉換機械運作的形式，將圓周運動轉換為搖擺運動。

Kmiec(2014)利用樂高積木介紹一系列機構，並以生活實例和組裝練 習進行說明。例如以橋樑講解桁架，說明結構穩定性的概念，與本研究 相同。連桿部分則以挖土機、千斤頂為例，應用連桿延展機構的運作範 圍，而本研究則強調連桿能轉換動力形式，兩者有所不同。傳動機構部 分以齒輪、滑輪、皮帶輪組裝範例，說明各式傳動機構如何傳遞馬達動 力，與本研究相同。凸輪部分，以汽車引擎講解凸輪可以調整機構運作 時間的特性，但引擎結構過於複雜學生不易理解，而本研究舉玩偶的動 作為例以貼近學生生活。在間歇機構部分，以日內瓦機構為例，說明間 歇機構如何使機構周期性的運作，但日內瓦機構原始設計過於複雜學生 不易理解，故本研究改以間歇齒輪說明間歇機構。在棘輪機構部分，以 投石機講解棘輪方向不可逆特性可以做機構開關，本研究舉陀螺為例，

以棘輪作為陀螺釋放之開關，兩者雖舉不同範例，但原理相同。

本研究整理各學者所發展的動力機械教學活動如下：

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綜合上述研究可以發現，本研究所發展之教材在基礎組裝、傳動機 構、連桿機構、棘輪機構與其他學者發展活動雖有差異，但皆描述相同 的機構概念。而凸輪機構與間歇機構部分，因其結構較為複雜，屬於進 階機構的應用，本研究考量國中學生之認知能力不足，故發展之活動較 為基礎及簡單。

整體而言，本研究根據國中生活科技與高中生活科技、高職機件原 理與樂高動力機械教科書，整理出模組教具發展所依據的單元，並依此 發展橋梁、戰鬥陀螺、大象玩偶、鱷魚玩偶、乒乓球發射器、陀螺發射 器等單元教學活動，與各研究發展之活動雖有不同，但所敘述之概念相 似，能傳達動力機械的機構概念。

三、教材實施與評量

本研究於教材發展完成後於台北市某國中實施教學，並進行使用者 調查，以了解教材在教學現場中實際使用之情形。

(一)教學準備

在教學準備時，本教材所應用的模組教具比起一般教具多了許多變 化，且在上課展示時更為方便，對於教師的教學準備十分便利且實用。

但模組教具在教學準備或課程結束時需要特別整理及維護，而本研究針 對模組教具的整理方式未多作指引，此點仍保有改進空間。

(二)教學實施

經驗連結利用生活故事引導可以跟學生先前經驗結合，並扮演前導 組織，幫助學生進入機構仿作的教學。經由機構仿作機構仿作的操作經 驗，學生可以幫助更容易理解機構運作原理，學生可以應用所學的機構 原理改裝自己的作品，以獲得更好表現。

許多教學研究中，亦強調單元主題和生活經驗的結合。林建隆與徐 順益（2007）的研究認為利用日常生活可取得的材料，設計探究實驗活

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動，可以讓學生樂於親手操作，以利與相關的概念現象相聯結。洪振方 與陳毓凱（2011）的研究設計「專家講座」、「補充教學」、「校外經驗」

以及「科學探究」等教學模組，提供學生經驗和進行科學探究的歷程。

鄒玉鈿與張景媛（2012）的研究認為教學內容要取自生活周遭的事物，

並含有驚奇讓學生的元素，而透過探究式的教學活動，有助於增進學生 思考能力、學習興趣及科學探究能力。

由此可見，生活故事和機構仿作的引導，能讓學生結合生活經驗與

由此可見，生活故事和機構仿作的引導，能讓學生結合生活經驗與