MST教學策略在製造科技的應用

MST 教學策略在製造科技的應用 － 以風力車為例

周家卉 國立台灣師範大學工業科技教育學系碩士班研究生 壹、前言 科技教育一直以來扮演著連結數學與科學的重要角色，自 1980 年代開始 MST 教學策略受到重視（林坤誼、游光昭，2004；蔡福興、游光昭，2003）。現 階段生活科技的教學應善用學生在數學、科學等科目中所學的知能，協助學生在 生活科技的課堂中明確的連結在其他學科所學，透過科技連結數學和科學，加強 學生邏輯思考與統整等能力（李隆盛，1998；何宜軒、莊善媛，2005；黃能堂、 高長志，2004）。MST 教學策略旨在注重數學、科學與科技領域知識的學習與意 應用，彌補科技教育注重在實際操作而缺乏理論根據的缺失（林坤誼，2001）。 在動手做的過程中，結合數學、科學與科技的概念與原理，培養學生創造思考、 解決問題、合作學習及統整等能力（林人龍、游光昭，2005；蔡福興、游光昭， 2003）。基於此，希望透過本活動以風力車的設計與製作，融入數學（幾何、測 量及計算等概念）及科學（重量、速度及牛頓運動定律等觀念）的相關知識，使 學生在活動中了解製造科技的相關概念、複習與應用科學概念與原理，並運用數 學的概念與計算。 貳、MST 教學活動設計 一、單元名稱：風力車 二、教學目標 （一）具體目標 1. 認識各種材料及其特性。 2. 了解各種材料的加工方法。 3. 認識風力車車體的構造。 4. 了解與風力車相關的數學概念。 5. 了解與風力車相關的科學概念。 6. 培養學生創造思考能力。

7. 培養學生問題解決能力。 8. 培養學生設計製作能力。 9. 培養學生合作學習態度。 （二）分段能力指標 本單元活動所符合的能力指標，如下： 表1 對應分段能力指標一覽表 能力要項 能力指標 過程技能 1-4-5-3 將研究的內容作有條理的、科學性的陳述 1-4-5-5 傾聽別人的報告，並能提出意見或建議 1-4-5-6 善用網路資源與人分享資訊 科學與技術認知 2-4-1-1 由探究的活動，嫻熟科學探討的方法，並經由實作 過程獲得科學知識和技能 2-4-1-2 由情境中，引導學生發現問題、提出解決問題的策 略、規劃及設計解決問題的流程，經由觀察、實驗， 或種植、搜尋等科學探討的過程獲得資料，做變量 與應變量之間相應關係的研判，並對自己的研究成 果，做科學性的描述 2-4-8-3 認識各種天然與人造材料及其在生活中的應用，並 嘗試對各種材料進行加工與運用 科技的發展 4-2-1-1 了解科技在生活中的重要性 4-4-1-1 了解科學、技術與數學的關係 4-4-1-2 了解技術與科學的關係 思考智能 6-4-4-1 養成遇到問題，先行主動且自主的思考，謀求解決 策略的習慣 6-4-4-2 在不違背科學原理的最低限制下，考量任何可能達 成目的的 6-4-5-2 處理問題時，能分工執掌，做流程規劃，有計畫的 進行操作 科學應用 7-4-0-1 察覺每日生活活動中運用到許多相關的科學概念 7-4-0-3 運用科學方法去解決日常生活的問題 7-4-0-6 在處理問題時，能分工執掌、操控變因，做流程規 劃，有計畫的進行操作

能力要項 能力指標 設計與製作 8-3-0-1 能運用聯想、腦力激盪、概念圖等程序發展創意及 表現自己對產品改變的想法 8-3-0-2 利用多種思考的方法，思索變化事物的機能和形式 8-3-0-3 認識並設計基本的造形 8-3-0-4 了解製作原型的流程 8-4-0-4 設計解決問題的步驟 8-4-0-6 執行製作過程中及完成後的機能測試與調整 三、教學對象：國中八、九年級學生 四、教學時數：10 節課（一節 45 分鐘） 五、教學設備及材料 本教學活動所使用的機器設備，以及教師所提供的材料，如下： 表2-1 設備工具表 單位：每組 名稱 規格 單位 數量 鑽床 台 2/全班共用 熱熔膠槍 40w 把 4/全班共用 美工刀 把 1 切割墊 塊 1 剪刀 把 1 表2-2 材料表 單位：每組 名稱 規格 單位 數量 直流小馬達 個 1 電池盒 1.5V 一顆用 個 1 開關 個 電池 1.5V 顆 1 巴沙木 3 ㎜×80 ㎜×900 ㎜ 片 1 泡棉膠 20 ㎜×100 ㎜ 片 1 熱熔膠條 ψ10 ㎜ 條 1 白膠 罐 10/全班共用

圖1 教師提供材料 材料的選取與使用，除了馬達及電池盒之外，不限於教師所提供的材料， 學生亦可使用自行蒐集的材料。唯一不可變更的是動力來源，一定要採用教師 所提供的馬達及電池盒。 六、MST 重要概念 學生在學習完本活動之後，可獲得數學的幾何、測量及計算等概念、科學 的重量、速度及牛頓運動定律等觀念；以及科技的材料特性、加工方法、機器 工具使用、創造思考與問題解決等相關知能，整理如下表： 表3 MST 重要概念一覽表 數學（M） 科學（S） 科技（T） 幾何 重量 材料的特性 長度 速度 材料加工方法 測量 牛頓第二運動定律 機器工具使用 面積、圓周計算 牛頓第三運動定律 創造思考 問題解決 巴沙木 馬達 電池盒 開關

七、教學活動與時間分配 本教學活動實施所需時間約 10 節課，共 450 分鐘。各節主要教學活動列 於下表： 表4 教學活動與時間分配一覽表 八、教學活動內容 表5 教學活動內容一覽表 節次 教學活動內容 主要 教學法 學生活動 MST 範圍 一 1. 風力車行進的原理。 2. 各種材料的特性。 3. 製作與評量方式。 4. 分組。 5. 腦 力 激 盪 及 工 作 分 配。 講述 欣賞 講述 講述 合作 1. 仔細聽講。 2. 自行尋找夥伴，2 人 一組。 3. 小 組 進 行 腦 力 激 盪，思考用以製作 風力車的材料與方 法。 4. 小組成員工作分配 S T 二 、 三 1. 車 身 製 作 的 限 制 及 注意事項。 2. 各 種 材 料 的 加 工 方 法 講述 示範 合作 練習 1. 風力車車身設計。 2. 風力車車身製作。 M,S,T T 時間 教學活動主題 第一節 活動說明 第二、三節 車身設計與製作 第四、五節 車輪、輪軸設計與製作 第六、七節 扇葉設計與製作 第八、九節 測試與修正 第十節 評量與檢討

節次 教學活動內容 主要 教學法 學生活動 MST 範圍 四 、 五 1. 車 輪 與 輪 軸 的 組 合 方式。 2. 車 輪 大 小 與 行 進 距 離的關係。 3. 各 種 材 料 的 加 工 方 法。 講述 講述 示範 合作 練習 1. 車輪與輪軸設計。 2. 車輪與輪軸製作。 3. 車輪、輪軸與車身 組合。 4. 行進測試與修正。 M,S,T T T T 六 、 七 1. 扇 葉 大 小 與 速 度 的 關係。 2. 扇 葉 葉 片 數 與 速 度 的關係。 3. 各 種 材 料 的 製 作 方 法。 講述 講述 示範 合作 練習 1. 扇葉設計。 2. 扇葉製作。 3. 扇葉與車身組合。 4. 行進測試與修正。 M,S,T T T T 八 、 九 1. 說 明 評 量 方 式 與 注 意事項。 講述 合作 1. 進行測試與修正。 M,S,T 十 1. 再次說明評量方式。 2. 進 行 風 力 車 競 速 評 量。 3. 檢討與分享。 講述 合作 討論 1. 終極考驗-風力車評 量。 2. 互相分享製作經驗 與總檢討。 T T 九、評量標準與規則 （一）所有風力車必須能完成300 ㎝之距離，並不會偏離跑道(寬 150 ㎝，分 為A、B、C 三區)，如圖 1 所示。 （二）進行評量之車輛必須完整越過終點線，每組有3 次競速的機會。

（三）評量期間，不論任何理由未能完成路程之車輛當失敗，該次成績取消。 （四）3 次評量中將記錄行車時間及路徑，最好之成績將作個人最佳成績。 （五）評分標準，如表4 所示： 1.風力車到達終點的行駛時間 40％ 2.風力車到達終點的區段 20％ 3.風力車的創意及造型設計 20％ 4.風力車的製作精巧度 20％ 表6 評分標準一覽表 C 區 B 區 風力車行進方向 A 區 B 區 C 區 起點 終點 圖2 風力車跑道圖 競賽跑道場地是在生活科技教室的磨石子地（每塊磨石子地 30 ㎝×30 ㎝）， 以每塊磨石子地的寬度30 ㎝為跑道寬度，跑道長度則是 10 塊磨石子地 300 ㎝， 跑道與跑道間以黑色絕緣膠帶區隔。 十、學生製作歷程 風力車的製作過程包括：設計、尺寸訂定、材料裁切與組合等步驟。其製 作的各個細部步驟如下： 成績 評分項目 100 分 95 分 90 分 85 分 80 分 行駛時間 10 秒以內 10-15 秒 15-20 秒 20-25 秒 25 秒以上 到達區段 A B C C 以外 造型設計 5 分 4-5 分 3-4 分 2-3 分 1-2 分 製作精巧度 5 分 4 分 3 分 2 分 1 分 跑 道（長 300 ㎝、寬 150 ㎝）

a 車身設 計 b 車身 裁切 c 車身 零件 d 馬達焊 接 e 焊接 完成 f 電池盒 定位 g 輪軸 定位 h 鑽孔 i 電池盒 固定 j 輪軸 固定 k 扇葉完 成 l 車輪 製作 m 完成 十一、學生作品示例 a b c d e f g h i j k l m

在本活動中，學生經由自由設計與創作，製作出不同風格的風力車。下列 三圖分別由三組學生設計製作。圖A 及 B，風扇扇葉所使用的材料為投影片、 車輪採用厚紙板為材料；圖C，風扇扇葉材料來源則為鋁罐、車輪與車身的材 料同為巴沙木。 圖4 學生作品示例 十二、教學可參考的網站 （一）創意生活科技E 學園 http://163.21.2.41/t257/ （二）科技教育教學活動設計 http://content.edu.tw/junior/life_tech/ks_dz/content/area4/002/main.htm 参、結語 將 MST 策略應用在製造科技活動中，學生不僅能習得科技方面的知能，更 能連結在數學與科學兩學科課程中所習得的知識，並將其轉化為實際的運用。如 本教學活動，學生在此策略學習之下，對於科技方面：材料的特性與加工方法、 機器與工具的使用，以及培養創造力與問題解決的能力；數學方面：幾何與面積 的概念、測量與計算的能力；科學方面：重量、速度，以及牛頓第二、第三運動 定律的概念，將有更進一步的認識與了解，同時也在設計與製作的過程當中，將 所學習的知識與技巧靈活運用。 在採用本文所規劃的活動實施教學時，應注意以下各項： 一、MST 相關知識的蒐集：教師應在活動開始前，蒐集本活動相關的數學、 科學與科技的相關知識。如此，在活動進行之初可提供學生蒐集相關資訊 的管道。同時，在活動進行中，對於學生在設計與製作的過程遭遇困難時， 才能提供適時的指導。 二、無限的想像空間：對於材料的選取，提供學生無限的想像空間。雖然在製 A B C

作中，教師所要準備的機具可能因此增加，但學生卻因此更能發揮其創意， 及對MST 之知識與技能的連結與應用。 三、評量的公平性與多樣性：除了由教師主導的總結評量之外，可利用競賽與 學生間的互評方式，增加評量的多樣性與公平性。 參考文獻 何宜軒、莊善媛（2005）。MST 教學策略運用在科技教育-以運輸科技「勇闖 船世界」為例。生活科技教育，38（8），73-105。 何蕙安、邱歆湄、周慈菁、洪振家、朱益賢（2007）。變變變！變芯扇-運用 MST 概念發展生活科技教材。生活科技教育，40（1），20-31。 李隆盛（1998）。MST 取向的國中生活科技教材教法。生活科技教育，31 （10），2-8。 林人龍、游光昭（2005）。水平整合的思考：以 MST 為導向的九年一貫生 活科技課程設計。生活科技教育，38（8），24-41。 林坤誼（2001）。MST 取向之模組化教學探討。生活科技教育，34（12），12-17。 林坤誼、游光昭（2004）。透過中小學科技素養課程以培養學生創造力之探 討。南大學報，38，15-30。 孫仲山、鄧佳茜（2006）。創造思考教學與問題解決模式之教學活動設計-以 「刷刷車」為例。生活科技教育，39（3），175-188。 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，37（6），60-67。 蔡福興、游光昭（2003）。「數學、科學、科技」科際整合策略應用於網路學 習環境的設計與研究。屏東師院學報，19，139-176。

Childress, V. W. (1996). Does integrating technology, science, and mathematics improve technological problem solving? A quasi-experiment. Journal of

Technology Education, 8(1), 16-26.

Zuga, K. F. (1988). Interdisciplinary approach. In W. Kemp & A. Schwaller (Eds.), Instructional strategies for technology education. Council on Technology Teacher Education, Minnesota.

附錄一 腦力激盪 大家來腦力激盪一下吧∼ 想想看∼在我們的身邊有哪些材料可以用來製作風力車？ 部位 可使用的材料 車身 車輪 輪軸 扇葉 想好了嗎？二個人一起合作選出最適合的材料吧∼∼

附錄二 風力車車身設計 什麼造型的車身材叫酷？ ¾ 車身造型設計草圖：【別忘了把各部位的尺寸標示出來唷！】 ¾ 材料清單：【車身要用到哪些材料呢？來記錄一下吧！】 項次 名稱 規格 單位 數量 備註 例 巴沙木 80 ㎜×900 ㎜×3 ㎜ 片 1 1 2 3 4 5

附錄三 風力車輪身設計 擁有它才跑得快！！ ¾ 車輪與輪軸要用哪一種的組合結構？ ¾ 清單：【車輪與輪軸要用到哪些材料呢？來記錄一下吧！】 項次 名稱 規格 單位 數量 備註 例 巴沙木 80 ㎜×900 ㎜×3 ㎜ 片 1 1 2 3 4 ¾ 測試紀錄： 項次 車輪材質 輪軸材質 車輪大小（半 徑） 行進效果 1 □好□普普□差 2 □好□普普□差 3 □好□普普□差 4 □好□普普□差 決定要用哪一種大小和材質的輪子比賽了嗎？ 設計圖 說明：_________________________________________________________ ______________________________________________________________

附錄四 風力扇葉身設計 呼嘯而過的風∼ ¾ 風扇扇葉要多大？葉片要幾片？ ¾ 材料清單：【扇葉要用到哪些材料呢？來記錄一下吧！】 項次 名稱 規格 單位 數量 備註 例 巴沙木 80 ㎜×900 ㎜×3 ㎜ 片 1 1 2 3 4 ¾ 測試紀錄： 項次 扇葉材質 扇葉葉片數 扇葉形狀 行進效果 1 □好□普普□差 2 □好□普普□差 3 □好□普普□差 4 □好□普普□差 決定要用哪一種材質、形狀、大小的葉片比賽了嗎？ 概念草圖 說明：_________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

附錄五 風力車測試修正記錄表 我改我改我改改改∼ ¾ 測試過程遭遇到甚麼問題了嗎？記錄下來，趕快修改喔！！ 測試 次序 遭遇問題 解決與修正 結果 1 □ □ 2 □ □ 3 □ □ 4 □ □ 5 □ □ 6 □ □ 可以參加比賽了嗎？ 解決 問題 未解決 問題 解決 問題 未解決 問題 解決 問題 未解決 問題 解決 問題 未解決 問題 解決 問題 未解決 問題 解決 問題 未解決 問題

附錄六 風力車競速評分與造型互評表 競速評分與造型互評表 班級：九年___班 座號：____號、____號 ¾ 競速評分：【看看自製風力車可以跑多快唷∼】 次序 耗費時間 抵達區段 備註 1 sec □A □B □C 2 sec □A □B □C 3 Sec □A □B □C 最佳紀錄： 第________次競速 得 分 百分比分數 耗費時間： sec 抵達區段： ¾ 造型互評表：【幫同學打個造型分數吧！只有 1-5 分的等第唷∼】 組別 第1 組 第2 組 第3 組 第4 組 第5 組 第6 組 第7 組 第8 組 第9 組 互評 分數 組別 第10 組 第11 組 第12 組 第13 組 第14 組 第15 組 第16 組 第17 組 第18 組 互評 分數

造型互評總得分：

互評分數 得 分 百分比分數

¾ 製作精巧度：

等第分數 得 分 百分比分數