國小中年級科技教學活動　

國小中年級科技教學活動－以氣墊船製作為例

*張翠清 **朱耀明 *國立高雄師範大學工教所教學碩士班 **國立高雄師範大學工業科技教育學系 副教授 壹、前言 面對知識經濟爆炸的時代，一日千里，傳統式教學法已無法應付未來學習的 趨勢，教育的重點不再是灌輸知識，而是如何獲得知識的能力。九年一貫課程強 調學生基本能力的培養，透過課程設計，增加學生興趣與培養學生對解決問題的 能力。在這次教學活動設計裡，研究者想藉由活潑、生動的科技教學活動，讓學 生透過動手操作，扮演學習的中心角色，參與設計與製造，使學生在創意思考中 提升知識的學習成效，並能從合作學習中和同儕之間相互交流、腦力激盪，也培 養自己的學習自信心與經營人際關係。 最終希望讓孩子能運用生活週遭容易取得的材料，可以製作出令人嘆為觀止 的玩具及玩出回味無窮的樂趣，引導學生主動探索、創造思考，進而真正地接觸 到科學知識，而達到「從生活中學科學，由科學中學生活」教學目標。 貳、活動目標 在小學階段，科技的學習應以探究和實作的方式來進行，強調手腦並用、 活動導向、設計與製作兼顧，以及知能與態度並重。本活動是製作氣墊船，採 取「合作學習」的教學傳達系統 (delivery system)，主要希望學生在七節的上課 時間內，應用教師所提供的材料、馬達、風扇葉片等零件，合力製作一艘氣墊 船。 再者，期望讓學生從不斷的試驗中思考、激發新的經驗與知識，結果也強 化了解決問題的能力。「做」是「學」的手段，「學」才是目標。藉由「製作氣

墊船」的課程，讓學生分組討論，小組展開合作之精神共同解決所有的問題， 期能從中學習摩擦力、作用力與反作用力、重心等理論原理，將自己的科技知 識得以不斷的整合新舊知識，經由歸納、抽離、轉換，形成新的科技知識，進 而知覺到自己與小組同學是浮沉與共、休戚相關的「生命共同體」，也是一種「利 人利己」的學習。 此教學活動期望能達成下列目標： 一、提升學生動手做的學習能力及經驗。 二、在製作過程中能選用合適的材料來設計製作。 三、能將所學知識應用於生活中，培養多元思考。 四、培養測試、解決問題及科學探究的精神。 五、培養與人溝通表達、成員間分工、互助的學習態度。 參、教學進度安排規劃 一、教師自製 氣墊船數艘。 二、教學對象 國小四年級學生 三、活動節數 7 節課 (一節 40 分鐘) 四、教學進度表

表 1 氣墊船教學進度表 節次 時間 活 動 內 容 備 註 一 40 1. 教師播放氣墊船製作影片。 2. 教師將事先做好的作品，讓學生輪流操 作，以引起學生興趣。 使用單槍投影機、投影 布幕、電腦、氣墊船 二 40 1. 了解電池的正極、負極。 2. 認識物體受到力的作用會產生運動。 3. 認識可以推動玩具車的方法。 3. 電子材料及氣墊船原理介紹。 電池、小馬達、電池座 、風扇葉片 三 四 五 120 1. 分成 6 組每組 4~5 人。 2. 依照老師自製氣墊船之尺寸，切割保麗 龍。 3. 完成氣墊船的接合組裝。 4. 測試氣墊船前進效果。 5. 完成學習單一 1.叮嚀學生操作美工 刀要注意安全 2.教師應請學生將切 割墊墊於桌面，避免割 傷到桌面。 3.過程評量 六 40 1. 作品展示及各組氣墊船進行比賽。 2. 分享：各組成果發表。 3. 回饋：其他組別提出意見與建議。 1. 作品評量 2. 學習單二 七 40 1. 老師作總結與獎勵優異的小組。 2. 頒發獎品。

五、製作過程及作品展示 學生製作過程及作品測試情形如圖 1∼圖 12 所示。 圖 1 將保麗龍板裁切成 30 公分×24 公分×1.7 公分作為船身 圖 2 畫兩條交叉的對角線，交叉處即 是中心點 圖 3 畫半徑 5 公分的圓 圖 4 將圓切下以作為進氣孔。 圖 5 切割 2 個 30 公分×3 公分矩形； 黏合後成為高 3.4 公分長方體，當 作放置馬達與電池的支撐架。 圖 6 切割 2 個 24 公分×5 公分矩形， 2 個 18 公分×3 公分矩形，將 4 個矩形黏合在底部周圍。

圖 7 用手感覺風是否吹向地面進風孔 圖 8 將支撐架定中心，並切割小圓， 將 馬達與葉片組合。 圖 9 將裝好馬達的支撐架連接在底座 圖 10 調整扇葉與地面、船座間的高度 圖 11 觀測旋轉時，葉片是否會觸碰 地面、或保麗龍 圖 12 裝上電池後，即完成氣墊船製作 六、活動評量 「氣墊船」的活動評量，主要為瞭解學生的學習狀況，做為教師改進教學的參考。 本教學活動評量兼重形成性評量及總結性評量，主要以「課堂參與程度」、「完成

作品」、「運轉速度快慢」和「心得發表」作為評量依據，強調學生認知、情意及 技能三部分的學習。內容敘述如下： （一）形成性評量 教師依據學生課堂參與程度及發表情形，於每次上課時記錄與評量。 （二）總結性評量 教師依據教學活動目標，及相關能力指標實施評量。另根據完成的作品品質 及運轉速度，進行評量。 肆、 影響氣墊船的因素 一、 氣墊船基本原理 氣墊船（Hovercraft）係指利用船艇內連續不斷鼓風所形成之空氣墊，對其下 方水面所產生有效反作用力，使船身自水面昇起，藉噴氣、空氣螺槳、水下螺槳 或其他推進方式在水面航行之船舶 (國立海洋科技博物館，無日期)。氣墊船除了 在水上行走外，還可以在某些比較平滑的陸上地形行駛（維基百科，無日期）。 圖 13 氣墊船原理 依照氣墊船競速過程的狀況分析，有向下推力、重量、重心、氣室、裙擺、 進氣量、出氣量、浮力、載重、前進推力等因子，而這些因子彼此相關，互相影 響（如圖13）。

二、本活動之分析與問題探討 由沈哲明(2007)遙控電動氣墊船之設計與製作專題研究中，可得知氣墊船重 要的基本原理有摩擦力、牛頓三大運動定律、空氣阻力；結合上課時觀看氣墊船 製作影片，並於製作過程中，發現幾個重要關鍵因素： (一)影響氣墊船的滑動前進因素： 1.重量越輕，氣墊船越易浮起及移動。 2.馬達大的風扇比馬達小的風扇，氣墊船較能浮起且快速前進。 3.3 顆電池座比 2 顆電池座連接馬達動力大，但同時重量也增加。 4.電池品牌影響效能大。 5.原地打轉的原因為重心不平衡，要加重量使重心平衡。 6.製作時，葉片略大於挖掉的進氣孔圓面積會較好。 7.相同條件下，大葉片比小葉片所產生的風力大。 8.葉片有正反面，亮面為正面，正面朝外時風力較強。 9.氣室的下擺高度，越接近地面高度，浮動效能越好。 10.進氣量遮蔽空間小，進氣量大，愈能提升浮力。 (二)透過合作學習產生的優點： 1. 改進傳統教學中學生因為缺乏與同儕的互動，改正不利於學習的缺點， 勇於嘗試錯誤。 2. 學生角色由被動的接受者，變成在學習的過程中居於主動的探索者。 3. 在合作學習的歷程中，透過異質分組，提供學生更多的機會認識不同學 習對象，結合更多經驗以及觀點，達成對於新的知識概念接受度較高。 4. 在異質分組下，促進個人與同儕的互動來建構知識，重新反省自己的認 知歷程，讓學生擁有「帶著走的」與「真材實學」的能力。 5. 小組合作︰由於教學活動需要在共同的學習目標下，將學習資訊與經驗 交流分享，使學習內容能納入不同的觀點與看法，而有更深廣的收穫。

合作學習在整個學習群體中，促進了個體間相互尊重，增進溝通的技 巧與同儕的情誼，堪為一理想的教學與學習理念，並獲得最高榮譽，進而促 進個人的潛能充分發展。 伍、教學注意事項 一、學生使用美工刀割保麗龍，須小心美工刀的使用方法，以免被割傷。而學 生最好準備切割墊以免割傷桌面。 二、裸露電線需要用絕緣膠帶黏合，以免造成正負極碰觸造成危險。 三、連接底部的四條保麗龍彼此要密合，不用有縫隙，高度也要一樣，讓氣墊 船能平貼在地板上，這樣風扇往下吹的氣來能把船往上撐起，而不會從旁 邊的隙縫中流出。 四、老師提供的兩葉風扇吹出的風是有方向性的，利用不同的電流方向，會讓 風往上吹或往下吹，氣墊船要能浮起來，風扇的風要往下吹才可以。 五、氣墊船的重心盡量在中間，這樣船在行走的時候比較不會偏一邊或是原地 打轉，整艘船最重的地方就是馬達和電池，所以兩者擺放的位置要注意。 六、在學生製作與測試氣墊船的過程當中，要以學生為本位，教師只是整個活 動的引導者和顧問，適時從旁點出問題的癥結，鼓勵其用腦力激盪來思考 解決所面臨的問題。 七、在動手製作作品時，學生除了要互相討論外，也需要進行試驗，在一般教 室實施有諸多限制，教師須事先安排好教學地點。 陸、 結語 牛頓說：「我之所以能看得遠，是因為站在巨人的肩膀上。」個人覺得從這 個教學活動過程中，可以讓學生透過書本上的理論及原理的應用，創造出各式各 樣的物品與玩具。從模仿製作開始，由於本活動提供了參考的樣本，材料也是相 同的，因此製作時就算因錯誤的做法而失敗，但也會很快找到改正的方式，解決

問題的能力，讓學生不再只是知識的記憶背誦，而能創造知識、活用知識並可具 備「帶著走」的能力，這正是本教學活動主要的目的，在課堂中激發學生們的創 造力和想像力，從孩子們的身上看到觀察入微的用心，共同參與活動，精神令人 可佩。 二十一世紀是科技創新爆炸的時代，也是一個合作學習的時代，人類與科學 的關係愈來愈密切，儘管現階段學校的「考試評量壓力」以及「課程進度時間」 仍有限制，但是經過適當的教學設計，要將科技應用在現階段各學科教學上，不 僅可行，更是能夠提高學習效益。而且我國中小學教育課程不斷在改進之中，學 科整合成學習能力更是不可避免，因此如何因應未來教育趨勢，進一步研擬與科 技融入各科教學應用模式，將是未來極為重要的課題之一了。期盼學生們肯花時 間去研究，成就感必定非凡，也能達到科學益智、啟發研究創新之創造力，及手 腦並用和寓教於樂的教學效果。

參考文獻 台中二中生活科技網站（2008）。氣墊船。2008 年 10 月 20 日，取自 http://203.71.212.6/ 朱耀明（2004)。科技教育與教育科技之關係。生活科技教育月刊，37(6)，2-8。 朱耀明（2007)：高雄市生活科技競賽的設計意涵與實踐分析。生活科技教育月 刊，40(3)，2-14。 如何製作氣墊船（2008）。2008 年 10 月 20 日，取自 http://www.technologystudent.com/culture1/hover1.htm 沈哲民（2007)。遙控電動氣墊船之設計與製作。生活科技教育月刊，40(1)，2-19。 教育部（2008)。國民中小學九年一貫課程綱要。2008年11月5日，取自 http://teach.eje.edu.tw/9CC/index.php 國立海洋科技博物館(無日期)。氣墊船。2008 年 11 月 5 日，取自 http://ship.nmmst.gov.tw/shipkind/shipkind08_02.asp 黃政傑、林佩璇（1996）。合作學習。台北市：五南。 黃政傑、吳俊憲（2006）。合作學習發展與實務。台北市：五南。 華龍國小數位學習網（2008）。力的作用。2008年11月5日，取自 http://163.17.156.130/moodle/

環保促進會(無日期)。Briefing on the 7th Creative Eco-model Tournament。2008年 10月20日，取自

http://www.greencouncil.org/eng/event/edu_detail.asp?id=110 維基百科（無日期）。氣墊船。2008 年 10 月 20 日，取自

附錄一 本教學活動其需求材料及工具非常簡單。 材料表 名稱 規格 數量 單位 備註 保麗龍板 厚度3 cm 1 片 底座 電池座 適用3AA 1 個 裝電池使用 電池 1.5V 2 個 供應電源 小馬達 直流 3V 1 個 動力來源 風扇葉片 10 cm 1 個 與馬達連接運轉 絕緣膠帶 18 mm 1 個 封黏裸露電線 註：1.為統一購買材料。 2.為建議清單，學生可依各組需求，再準備適合之材料。 工具一覽表 名稱 規格 數量 單位 備註 切割墊 長60cm寬45cm 1 塊 避免損壞桌面 美工刀 刃寬10mm，長 125mm 1 支 切割保麗龍 尖嘴鉗 長165mm 絕緣 手把 1 支 剪斷電線 保麗龍膠 1 瓶 接合組裝用 直尺 30 cm 1 支 學生自行準備 圓規 1 把 學生自行準備 註：1.分成6組每組4~5人，每組完成一個氣墊船作品 2.為建議清單，學生可依各組需求，再準備適合之材料。

附錄二(學習單一)

第（ ）組，組員姓名：（ ） 一、你們認為影響氣墊船運轉、前進的因素有哪些？請小組腦力激盪將這些因素 繪成心智圖。

附錄三(學習單二) 學生姓名：_________________ 小朋友，在整個製作氣墊船活動中是否收穫良多？下面有些問題，只要照你 心裡真正的感覺來回答就好(在要選的□中，選擇一適當的答案打「3」)， 老師要將你寶貴的意見，當作以後設計活動時，重要的參考，謝謝你的作答！ 一、 編 號 內 容 項 目 很_同 意 有 點 同 意 不 同 意 1 在氣墊船活動剛開始時，我覺得對於設計一個氣墊船作業感 到困難 □ □ □ 2 在觀看完氣墊船的影片之後，我對「氣墊船的原理」有了更 近一步的認識 □ □ □ 3 _{我可以和同伴互相合作完成仿作氣墊船作品} □ □ □ 4 _{我們仿作的氣墊船能運轉及前進} □ □ □ 5 在製作氣墊船的合作過程中，我能與同伴盡情表達與討論作 法 □ □ □ 6 在氣墊船的前進過程中，我能與同伴細心觀察與探討影響的 因素 □ □ □ 7 觀察別組的氣墊船作品，我們這組可以從中得到更好的修正 靈感 □ □ □ 8 _{在修正作品的過程中，我們會善用資源，解決自己的問題} □ □ □ 9 在氣墊船競速活動結束後，我對於氣墊船的原理有更一步的 認識 □ □ □ 10 製作氣墊船的活動，我對科技活動更有興趣而嘗試動手做實 驗 □ □ □

二、在科技教學活動課程中，你最喜歡的上課方式是：（可多選） □老師讓我們自己操作 □看老師演示實驗 □分組討論 □長期觀察紀錄 □寫學習單 □老師說故事 三、「製作氣墊船」活動過程中，你覺得最大的收穫是什麼？你想對老師說什麼？