MST 教學策略在科技教育的應用－以機械手臂為例
陳誼娉
國立台灣師大學工業科技教育學系研究生
壹、前言
為了因應科技的快速變遷，美國的科技教育也紛紛發展出新的學習標準，因 此美國國家科學基金會MSTe project（Integrating Mathematics, Science and Technology in the Elementary School）制訂了一項數學、科學和科技的整合課程標 準，而美國紐約州也首先推行了MST 的課程標準（廖伯仁，2002）。為了讓學生 在知識探索的過程中不僅僅只是表面的理解，更要深入思考進而加以應用，所以 提出利用科技教育連結數學和科學的相關概念，以求學生在學習時能夠主動思 考，並建構出科技、科學與數學間彼此的相互關係，而達到統整與應用的目標（The New York State Systemic Initiative，1997）。
我國教育改革後的九年一貫課程中，主張以統整學習領域的合科教學取代現 行的分科教學，以能力指標代替了以往的課程標準，期培養學生帶著走的能力， 其中「自然與生活科技領域」的能力指標之一也提到：了解科學（S）、科技（T） 與數學（M）的關係，指出科技教育與數學、科學之間密不可分的關係。因此， 發展MST 教學模式是目前科技教育重要的一環。 美國紐約州將MST 的教學模式分為三種統整模式（黃能堂、高長志，2004）： 1.連結型：透過科技教師所設計的科技活動與數學、科學等學科作適當的連結。 2.協同型：透過數學、科學與科技教師三位合作，作課程設計與協調，並分別 實施。 3.整合型：將數學、科學與科技概念整合於課程活動之中，在教學活動實施中， 可將三種概念統整學習。 本文之教學活動係依據連結型教學模式的理念來設計，藉著「機械手臂」的 教學活動為課程主體，融入數學及科學的知識，讓學生在製作機械手臂模型的過
貳、教學活動設計 一、單元名稱：機械手臂 二、適用對象：八年級 三、教學節數：八小時 四、教學目標 1.了解流體動力系統的原理與運作。 2.了解機械手臂的基本構造。 3.製作機械手臂的模型培養學生合作學習的精神。 4.透過實際操作培養學生創造思考、解決問題的能力。 5.培養學生測試、評鑑以及改進的能力。 五、相關原理 藉由本教學活動可學到數學（M）、科學（S）、科技（T）等相關的原理，其 包含的概念如下： （一）科技概念（T） 1.設計與製作能力 2.問題解決能力 3.創意思考能力 4.動力系統裝置 （二）科學概念（S） 1.液壓與氣壓的原理 2.槓桿原理 （三）數學概念（M） 1.容積 2.量測 3.比例 4.角度 5.幾何 六、教學機具與材料 本活動所使用的機具與材料如表1、表 2 所示。
表1 教學所需機具一覽表 機具名稱 規格 數量 線鋸機 建議採用桌上型 2 台/班 砂磨機 建議採用桌上型 1 台/班 鑽床 建議採用桌上型 2 台/班 手線鋸 手持式 1 把/組 熱熔槍 40W 1 把/組 美工刀 1 把/組 剪刀 1 把/組 表2 教學所需材料一覽表 材料名稱 規格 數量 備註 針 筒 5 ㏄ 2 液壓 針 筒 10 ㏄ 2 液壓 針 筒 20 ㏄ 4 液壓 夾板 300×600×3 ㎜ 1 手臂 木條 9×30×900 ㎜ 1 手臂 木條 6×10×900 ㎜ 1 手臂 冰棒棍 10 爪子 壓舌棒 10 爪子 竹 籤 直徑約3 ㎜ 4 軸承 塑膠軟管 70~80cm 內徑約3~3.5 ㎜ 4 配管 塑膠軟管 30 ㎝ 內徑約2.5~3 ㎜ 1 固定 熱熔膠條 φ10 ㎜ 1 黏著
七、教學活動內容與時間分配 節次 能力指標 教師活動 學生活動 教材教具 0 ◎蒐集相關資料，準 備材料、工具及設計 學習單。 1 2-4-8-4 2-4-8-8 1-4-5-1 ◎進行分組，以二至 四人為限。並強調小 組成員互助合作的重 要。 ◎介紹日常生活中常 見的液（氣）壓原理 的裝置，如：挖土機、 自動門，引起動機並 開始介紹主題：機械 手臂。 ◎分組。 ◎ 瞭 解 本 單 元 課 程 主題。 專 心 聽 講，並適時 發問。 電 腦 簡 報、單槍投 影機、學習 單 2 2-4-5-7 2-4-6-1 1-4-5-1 ◎液壓、氣壓動力系 統原理的介紹。 ◎引導學生填寫學習 單。 ◎ 專 心 聽 講，並適時 發問。 電 腦 簡 報、單槍投 影機、學習 單 3 4-4-1-1 6-4-4-1 6-4-5-2 8-4-0-2 ◎機械手臂本體分析 （外觀造型、動力裝 置、控制裝置、製造 材料、機體結構）。 ◎設計要點分析（講 述 、 舉 例 、 圖 片 展 示）、引導學生討論並 設計草圖。 ◎ 熟 悉 與 問 題 有 關 之因素、資 源、限制， 畫 出 初 步 構 想 設 計 草圖，並思 考 可 能 遭 遇之問題。 電 腦 簡 報、單槍投 影機、學習 單、機械手 臂模型
節次 能力指標 教師活動 學生活動 教材教具 4 8-4-0-3 8-4-0-6 ◎ 發 放 機 械 手 臂 材 料，並指導學生開始 製作 ◎ 實 際 操 作，製作成 品，並記錄 遭 遇 之 問 題。 機 械 手 臂 材料 5 8-4-0-6 ◎提醒學生注意操作 上的安全衛事項。 ◎協助解決學生實作 上的技術問題。 ◎ 實 際 操 作，製作成 品 ， 並 測 試、修正 機 械 手 臂 材料 6 8-4-0-6 ◎提醒學生注意操作 上的安全衛生事項。 ◎協助解決學生實作 上的技術問題。 ◎測試、修 正，完成作 品。 ◎ 自 我 評 鑑。 機 械 手 臂 材料 7 1-4-4-4 1-4-5-5 ◎舉行各組成品之比 賽，引導學生自我比 較 及 評 鑑 、 教 師 評 鑑。 ◎針對學生發表之意 見及看法予以綜合評 述。 ◎ 各 自 展 示 自 己 的 作品，完成 指 定 任 務，學習他 組 的 優 點，並注意 聽 取 老 師 的 評 鑑 分 析。
節次 能力指標 教師活動 學生活動 教材教具 8 1-4-5-5 1-4-5-1 ◎引導學生進行檢討 及填寫學習單。 ◎課程總結。 ◎ 注 意 聽 講，分組討 論，並由各 組 推 派 代 表 發 表 該 組 的 看 法 與意見。 學習單 八、活動評量 本教學活動的評量兼重形成性與總結性評量，並將評分項目分為認知、情 意、技能三大項，其包含的項目及所佔的比例如下表所示。 表3 教師評分要項 評分項目 所佔百分比（%） 認知 1.相關科技、科學、數學概念的測驗。 2.學習歷程檔案的整理。 30 情意 1.學習態度及課堂參與討論情形。 2.小組成員分工合作的情形。 20 技能 1.能在期限內完成機械手臂。 2.能夾指定物體到指定地點。 3.針對學生作品機械手臂，其結構性的完整、 造型美觀及創意來給予評分。 50
九、學生作品照片 十、教學參考資源 1.敦化國中賀老師的創意生活科技 E-學園。見 http://163.21.2.41/t257/index.htm。 2.國立大里高中生活科技網。http://mail.dali.tcc.edu.tw/~tech/activities.html 參、教學建議 MST 模式的課程理念雖然理想，但在實施教學時可能會面臨教師專長與教
課程內容與生活結合，多舉實際的相關例子或參考資料，以提昇學生的學習興 趣；培養學生獨立思考的能力，使學生在學習後能將所學的知識及相關概念作一 統整連結；課後的測驗或評分，則要著重在學生對知識的運用，而非死背的知識， 因此讓學生多上台發表，鼓勵學生表達自己的想法，再以半結構式的題型測驗或 學習單，使學生能組織自己的想法以文字來表達。 肆、結語 生活科技強調從做中學，讓學生在活動過程中發現問題，並鼓勵學生創意思 考、解決問題，可以讓學生能將課本上所學的知識應用在實際生活當中，因此像 MST 這種科際整合的教學策略非常適合應用在生活科技的教學上，不僅可以讓 科技教育更多元化，也能使數學及科學的知識變得更生動有趣，讓學生藉由動手 做的活動，把知識統整起來成為帶得走的能力。 參考文獻 廖伯仁（2002）。MST 教學模式實施於國中生活科技課程之初探。台灣師範大學 工業科技教育研究所碩士論文，未出版，台北。 黃能堂、高長志（2004）。MST 教學模式運用在國中生活科技課程中之研究。生 活科技教育月刊，37（6），60-67。
The New York State Systemic Initiative (NYSSI). (1997). Mathematics, Science and Technology Resource Guide. Available on http://www.emsc.nysed.gov/guides/mst/
附錄一：機械手臂學習單（一） 班級： 組別： 姓名： 1、想想看，在我們的日常生活中有哪些地方運用到機械手臂的原理呢？ 2、你知道利用氣壓或液壓可以使機械做出什麼樣的動作呢？ 3、聽完老師介紹的氣壓和液壓的原理，你還有想到生活中哪些地方是使用到氣 壓或液壓的例子？ 氣壓 液壓 4、比較看看，你知道氣壓、水壓和油壓的優劣分別嗎？（請依序給予一到三顆 星） 氣壓 水壓 油壓 力度 穩定 清潔 5、比較以上三種後，你會選用哪一種來操作機械手臂呢？
附錄二：機械手臂學習單（二） 班級： 組別： 姓名： 1、請發揮你的創意，在下方方格內畫出你的機械手臂的設計草圖，並具體說明 其結構及功能。 2、你使用了哪些材料做為你的機械手臂呢？
附錄三：機械手臂學習單（三） 班級： 組別： 姓名： ◎你在活動中曾遇到什麼樣的問題？你又是如何解決呢？請條列出來： 問題1： 解法1： 問題2： 解法2： 問題3： 解法3： ◎說說看你的機械手臂有哪些優點和需要改進的地方？ 優點： 需改進的地方： ◎請寫下你在此活動的心得或收穫。（一百字以內）
