重要名詞釋義

一、 工程設計思考

Brown（2010）曾在設計思考改造世界一書提到，設計思考（design thinking）是一種融合了發想（inspiration）、構思（ideation）以及執行

（implementation）等三大探索的過程，且這探索新方向的過程，可能是重 複來回的，且是相互重疊的空間，且在探索的過程中可能會產生新的洞 見，看見更有趣、更有前景或潛力的新方向，包括：（1）發想

（inspiration）：刺激設計者尋找解決方案的機會與需求，從所有可能的地方 蒐集洞見；（2）構思（ideation）：將洞見轉化成構想，發展和驗證；（3）執 行（implementation）：將最好的構想發展成明確完整的設計規劃，也是從設 計研究室通往市場的步驟。

設計思考（design thinking）是研究設計師在設計過程中思考行為的變 化，利用認知心理學來研究設計師的思考方式，而所謂的思考（thinking）

包含了問題解決的方式、策略的應用、注重的焦點與設計的決定。相較於 工程設計思考是一個包含特定條件的系統，為設計者評估生產功能的智慧 流程（詳見第二章第一節），目的則是達成客戶的目標和需求（Dym, et al., 2005）。另一方面，工程設計教育中需要透過圖像思考的訓練，才能完成圖 像表達與思考能力的建立，最終達到對實務進行實作的目的。近代工程設

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計方法學多以設計程序的角度切入，而對於學習者工程設計流程之思考訓 練，若還是僅以傳統課本形式進行方法上的知識探討，恐怕不如專題教學 設計的方法與個案式修正之方式來顯得有學習效果（蔡錫錚等，2007）。因 此，本研究指依Atman 等人（2007）所提出之工程設計流程的教學歷程，

包括八個階段：（1）定義問題：界定基本問題之範疇、（2）搜尋解決問 題的資料：對於問題進行資料論證之蒐集、（3）產生構想：運用發散或收 斂之思考方式找到解決辦法、（4）進行建模：進行工程模型之前測模擬、

（5）分析可行性方案：檢核問題的限制和標準，藉以分析可能產生之結 果、（6）評估方案：判斷關鍵因素以進行較佳之設計工作、（7）做出決 定：制定方案與進行準備工作，及（8）與團隊溝通：呈現小組報告與團隊 合作。本研究欲透過此工程設計流程之教學方式，從實作活動中收集職前 科技教師面對工程及相關領域知識進行分析，找出職前科技教師更明確的 設計行為與工程設計思考流程之模式。

二、 STEM 專題本位學習活動

本研究STEM 實作課程，係結合專題本位學習（project-based learning, PBL）所發展出具有探索及思考的教學模式。STEM 專題本位學習提供複雜 且真實性的專題計畫，讓學生透過探索式的方法從事問題的探究，學習者 被期待使用科技工具幫助其知識的建構與呈現（Milentijevic, et al., 2008）。

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Solomon（2003）指出，專題本位學習乃透過學生的真實體驗達到學習的目 的，其優勢在於學生能夠由學習的過程整合、分析並產生新知。綜合上述 研究者依 STEM 專題本位學習活動所具備的學習特性，包括：（1）探討的 議題與真實性聯繫在一起；（2）知識經常跨學科；（3）學習者主動蒐集各 種資訊；（4）以小組為學習單位；（5）學習者透過學習到的知識進行溝通 與判斷；（6）教師的作用為引導和建議。

本研究係以鼠夾車實作活動來進行 STEM 專題本位學習活動，透過真 實情境學習的 STEM 整合課程，以教導職前科技教師能夠將 STEM 理論應 用於實作的問題解決當中，藉以提升工程設計思考於規劃設計的學習過程 中。

三、 問題解決流程

「問題解決」是為了要克服障礙以達到解答的目標，在許多情境中，

我們最可能使用知識來解決問題，或是使用創造洞察力（Sternberg &

Lubart, 1995）。本研究指依 Sternberg（2003）所提出之問題解決模式的歷 程，包括七個階段：（1）問題確認：進入情況並接受問題、（2）定義問 題：辨識和列出事實、（3）產生解決方案：腦力激盪以建立問題解決的策 略、（4）組織各方案的成效：推想各方案的成效以產生替代方案、（5）

修正方案：測試各反應加以修正甚至選取替代方案、（6）實際測試方案：

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採取行動驗證假設，及（7）作品的評估與呈現：回顧並檢核結果。

四、 認知結構

「認知結構」（cognitive structure）是一個假想的結構，指學習者的長 期記憶（long-term memory）中知識結構的表徵（Shavelson, 1974）。然而，

知識結構可分為三種：語意知識（Semantic knowledge）、程序知識

（procedural knowledge）、策略知識（strategic knowledge）。「語意知識」為 是有關事實和概念及其關係的知識，通常可用透過概念構圖進行表徵；「程 序知識」為完成一些程序的知識的過程，通常可用透過程序圖進行表徵；

「策略知識」則為建立目標、選擇適當步驟，和監控進程以獲致目標等的 知識（林清山，1991）。故本研究嘗試深入職前科技教師對工程設計思考的 認知結構，了解其面臨專題本位學習的實作活動時的概念模組，其分析構 面則採用Tsai 和 Huang（2002）的五個向度來進行分析，包含（1）概念 廣度、（2）正確性、（3）整合性、（4）可得性、以及（5）訊息處理策略。

探討其與工程設計流程及屬性間的連結關係與攸關程度，最終呈現職前科 技教師的工程設計思考認知結構。

五、 語意流程圖析法

「認知結構」是用來表徵學生長期記憶區中概念與概念間的關係

（Shavelson, 1974），而透過探索學生的認知結構，教師能理解學生的知識

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（Wu & Tsai, 2005）。West, Fensham & Garrard（1985）指出，「認知結構」

有兩個重要組成，第一個是存於概念結構中的知識內容，另一個則是這些 知識如何組織。因此，本研究係透過 Anderson & Demetrius（1993）所提出 的「語意流程圖析法」（flow map method），協助我們探究學生認知結構中 概念之間的關係。按照受訪者回憶事件的順序及其構成的網絡聯繫轉換成 語意流程圖（flow map），以分析其認知結構成果的方法。本研究分別對職 前科技教師進行工程設計流程與問題解決流程的教學法，做為 STEM 專題 本位學習的課程流程知識表達架構，並以鼠夾車教學實作活動為基礎，輔 以能夠表達認知結構內涵之語意流程圖進行晤談，分析職前科技教師對於 工程設計思考概念的關聯序列特性。

六、 後設重聽法

當完成第一次訪談後，研究者將所錄製的錄音設備重新播放，讓職前 科技教師聽自己的晤談錄音記錄，視自己的認知歷程、知識和學習成果，

對於內容進一步的補充或修改，並再次確認自己所說的工程設計思考概念 是否正確與完整。此步驟乃參考 Tsai（1999b）的「後設重聽法」（meta-listening technique）設計進行學習的監控策略（即：後設學習策略），使學 習成為學習者主動的且有意義的知識建構與重組的歷程。第二次晤談如同 第一次晤談，也是全程錄音，當學習者聆聽錄音帶過程中，如需增加或修

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改，則立刻停止錄音設備播放，讓學習者陳述要增加或修改的部分。等學 習者增刪完畢，並確定無任何遺漏後，再繼續錄音設備播放；此過程必須 讓職前科技教師聆聽完自己的第一次晤談錄音，並完成所有增加或修改 後，才算完成。

七、 訊息處理策略

Gagne（1977）主張以「訊息處理模式」（information-processing

model）來解釋人類的內在學習歷程，在學習過程中，訊息轉換歷程構成一 些學習階段（learning phases），而此時教師若能適時、適當地配合教學活動 將能幫助學習者達到學習的目標（吳宗立，1999）。該理論提出了注意策 略、編碼處理策略及記憶提取策略三階段的學習策略，個人的學習經驗與 知識會累積在長期記憶中儲存成基模，而能於日後順利取出使用，舊基模 從長期記憶中被提取出來與新知識交互作用便會形成新的認知。配合語意 流程圖將受訪者所敘述的概念採用「內容分析法」（content analysis

method）給予編碼，分別為「定義」、「描述」、「比較或對比」、「推理」與

「因果解釋」，最後依照受訪者陳述概念的邏輯性加以歸類，學習者藉由運 作記憶功能的發揮以及認知資源的開發，可以了解受訪者的訊息處理策 略。

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