樂高組件對國小學童學習生活科技課程
「簡單機械」單元之影響研究
施能木 國立台東大學美術產業學系副教授 壹、緒論 從建構理論的學習觀點而言，有意義的學習是包括操作具體的物品，同時 藉由個人的理解而產生新的概念（Papert，1990，1993；Piaget，1972）。同樣的， 有意義的學習是藉由先前知識體、新概念間認知結構的互動而形成的（All, Huycke, & Fisher，2003）。在學習活動中操作具體的物品，其目的在於可表現出 學習者在問題的創意，以及建構他們對真實社會的洞察力。因此，學習者能夠讓 問題更加具體化，以及建構出他們自身對於問題的理解。一個良好的學習環境將 提供有趣的、具挑戰性的學習活動，以鼓勵學習者進行創意的探索、改善解決問 題的技能，以及引導他們發展不同的問題解決方案及歷程。 再者，教學者可選取一套良好的學習輔具，並且嘗試去協助學習者實現做 中學的各種練習活動，但這過程中教學者最重要的工作是：如何將學習理論的建 構觀點與他所選的學習工具，實際對應到教學活動設計的內容。田耐青（1999） 認為：LEGO Mindstorms 可讓學習者在課堂上中使用到高層次認知技巧，學習者 可藉由具體操作 LEGO Mindstorms 的積木組合建立模型，然後透過程式設計賦 與模型動作，經過不繼的修正與改進以尋求最佳方案，進而學習創造、問題解決 的能力。有一些研究發現：在應用樂高的學習環境中，可促進學習者的學習動機、 增促進問題解決與創造的能力、達成良好的學習成效（吳志緯，2002；李謀正， 2005；林智皓，2007；洪秋萍，2005；許欣男，2006；許雅慧,，2005；黃世隆， 2004；黃國鴻，1999；劉洲，2004；蔡學偉，2003；Jarvinen，1998；Sipitakiat & Cavalo，2003；Turbak & Berg，2002）。基於前述內容的討論，本研究利用「樂高機器人組合」（LEGO Mindstorms） 為教學媒體，結合現在國小生活科技課程中「簡單機械」教學單元來設計相關的
實驗教學課程，指導六年級學童應用樂高 Mindstorms 組件來組合、創造，如此 便可讓學童利用科技為工具，來進行各類探索、實驗、實際問題的解決、知識創 新的對話及反省思考等學習活動，以建構屬於個人創造力與問題解決的能力，並 探討應用於國小生活科技課程教學的可行性。因此，本研究的目的在探討國小學 童使用樂高組件進行「簡單機械」教學單元學習時的成效與態度之影響，同時試 圖探究下列待答問題： 一、適用於「簡單機械」教學單元所採取的教學模式為何？教學策略為何？ 二、接受樂高組件教學的學童在學習成就表現上是否與接受傳統教學的學童有差 異？ 三、接受樂高組件教學的學童在學習態度表現上是否與接受傳統教學的學童有差 異？ 貳、文獻探討 LEGO Mindstorms 是經歷十五年的研發時間而在 1998 年開始發售，它是著 名的丹麥樂高集團（玩具製造商）與美國麻省理工學院媒體實驗室（以學習及認 識論著稱的研究機構）合作的計畫成果。同時，Papert 是整個認識論與學習研究 群的領導者，有關 LEGO Mindstorms 的學習理論基礎主要根源於他所提出的建 造論，而此理論是以 Piaget（Piaget）的建構論為理論架構來源。因此，研究者 將從建構論的相關文獻進行探討，進一步說明建造論的理論基礎與實施如下： 一、建構理論 無論在哲學上、心理學上或教育學上，屬建構主義（Constructivism）派 別者採用「建構（construct）」一詞，是指他們對何謂知識（knowledge）與知 識的形成（how knowledge is bluit）有其特別的主張。而在教育上的建構主義 可概觀的劃分為個人的建構觀（personal construct）和社會的建構觀（social construct）兩大主流（李咏吟，1998）。其中，心理學家 Piaget 和維高斯基 （Vygotsky）的認知發展理論，特別受到教育學者們熱烈地討論和研究（幸曼 玲，1996；Steffe & Gale，1995），常與建構主義的主張相提並論。因此，我們 將說明他們的教育觀點如后：
(一)Piaget 的建構觀點
收或吸收。因此，知識是由互動中建構而來，學習是一種將經驗有意義化的 社會過程（黃國鴻，2000）。因此，Piaget 認為：認知是一種建構作用，人 們為了適應生存中的環境，憑藉著天賦或基模來認知外在環境，同時也藉由 「同化」（assimilation）、「調適」（accommodation）的作用，以建構出有助 於適應環境的知識。上述「同化」係指個體能將新知識納入既有的認知基模 （cognitive schema），而「調適」係指個體既有的基模不能容納新知識，則 必須改變認知結構，以建構出適應環境的新知識（吳志緯，2002）。 根據上述內容的討論，我們可得知建構論基本上有三大原則：主動原 則、適應原則與發展原則（詹志禹，1996；von Glasersfeld，1989）。此三大 原則的進一步說明如下： 1.主動原則：知識並非由認知主體被動地接受而來，而是由認知主體建造而。 2.適應原則：認知的功能是適應性的，是用來組織經驗世界，不是用來發現 本體性的真實。 3.發展原則：知識的成長是透過同化、調適及反思性抽取等歷程逐漸發展而 成，後續知識必須植基於先備知識且受限於先備知識。 上述三大原則必須同時並存，因為，單純強調「主動原則」，雖然可以 跳脫傳統知識論中的「接受觀（received view）」，卻容易墮入理性主義 （rationalism）、天生論（innatism）以及觀念論（idealism）等別一端的陷阱， 必須輔以「適應原則」，才能使建構論另闢蹊徑，在先天與後天之間尋找互 動的可能。但是，若必略了「發展原則」，那麼建構將仍然不夠彰顯知識的 動態性，而且不足以說明知識成長與重建的歷程。總之，必須聯合三大原則 的內涵，才能使建構論的意義較為完整。 (二)Vygotsky 的建構觀點 Vygotsky 認為：人類智能的發展是來自於人與世界的互動，也就是社會 互動與社會經驗的結果。Vygotsky 強調社會文化在學習歷程中的重要性，在 歷史文化所發展的符號文字將影響學習者的發展，同時他認為發展的過程是 隨著學習而產生的（黃國鴻，2000）。 根據 Wertsh（1985）的解釋，Vygotsky 將人類心理能力發展區分為兩個 層次，透過原始的（natural）較低層次的能力，如基本的注意和感官的知覺， 個體在人際間的互動和學會使用語言工具的歷程當中，便會產生思考，並且
造成心靈的變化，亦即個體重新再建構和組織意義，因而轉變到較高層次的 心理能力（甄曉蘭、曾志華，1997）。再者，Vygotsky 認為個人與外在社會 互動的結果，對於個人內在認知結構的塑造及促進認知發展，扮演著重要的 角色，個人認知結構是外在社會活動逐漸內化的結果。 在合作學習的過程中，學習者可透過能力較佳的學習伙伴鷹架式的協助 （scaffolded support）而發展成長（Vygotsky，1978）。他進一步的提出近側 發展區（zone of proximal development）的觀點（如圖 1），並且主張認知的 發展必須要透過社會互動方面的協助，學習者本身自我發展的能力有限，但 是可以透過同儕間的合作學習及有效的社會互動，提升個體認知發展的空間 （鄭晉昌，2002）。基於近側發展區的觀點，教師應該在學習者發展之前， 適時提供鷹架引導學習者發展潛能，讓他學得符號的意義與應用。 圖 1. Vygotsky 近側發展區的觀念。 總而言之，建構論的認知發展研究乃是脫離行為學派而導向個體內在深 層思維活動的探究，正如 Confrey（1991）所指出：建構論對於知識建構的 定義乃是基於 Piaget 的心智適應的原理，是一種個人與環境境互動的建構歷 程。Piaget 所闡釋的認知結構或基模的理論，正是建構教學理念描述個體知 識建構的內在運思活動之最佳寫照。然而另一方面，維高斯基則從社會文化 的層面出發，強調人際間的互動及文化工具（語言或符號）的使用，也為建 構教學理念闡釋個體的知識建構提供了另一方面的重要基礎。
二、建造論的理論與教學應用 (一)建造論的意涵
建造論是由 Papert 所提出的學習理論，它是 Papert 延續修正 Piaget 的建 構論而提出的，此理論特別強調學習者必須有意識的從事某項公開事務的建 造。因此，建造論特別強調：1.學習是主動的歷程，知識不是自然獲得的而 是製造出來的，也就是學習者從經驗中主動建構知識；2.當學習者熱衷於對 個人具有意義的事物時，他對新知識的建構是特別有效率。其中，第一項觀 點是建立於 Piaget 的建構論之上，而 Paptert 加以擴充而成為建造論 （Resnick，1996）。 建造論的基本理念是「從做中學」，強調學習者要從事創作外在的或可 與人共享的作品。學習者所從事的活動並非都可以算是學習的活動，最重要 的是此項活動要具備豐富的學習內容（learning-richness）的本質。學習者在 從事建構活動之時，可以隨時參照其成果的進展而獲得靈感與引導，並可以 更具體地去操作此項實物。透過這項逐漸成形的作品，創作者可以指著某實 質的一部份回溯其過去的思考，並規劃出未來的活動。此外，在設計的過程 中，學習者除了規劃之外，更可藉實際動手做去測試其設計過程中的創意。 在學習者的作品發展過程中，他會不斷的修改，甚至推翻原有的想法，而非 只是執行公式化的程序（Roth，1998）。 再者，由於電腦科技高度的發展，Papert（1988）所提的建造論除強調 「從做中學」的觀念外，並且認為「形式運思」的思考風格不一定優於「具 體運思」的思考風格，因而提出認識多元論的主張，強調在具體的操作過程 中，也可以相同的學習效果（吳志緯，2002）。因此，Papert 所提出的建造 論是建立於兩個不同的建構（construction）觀念：一是學習是主動的建構新 知識，而不是被動的接受；二是透過對事物的操弄，並且進一步的展現、發 展，或與人分享而達到個人有意義化的建構學習（Papert & Harel，1991）。 McGrath（2000）認為：Papert 所提的建造論是結合 Piaget 的建構論與 Lego 組件的操作而成的。換句話說，Papert 的建造論是涵蓋 Piaget 的建構論，再 加上能夠讓學習者主動操作的實物（如 Logo 程式，或 LEGO 積木）。
Papert 和 Harel（1991）指出建構論與建造論的差異在於：建構論認為 知識是由學習者建構，而非教師所提供；建造論認為精進的創意通常會發生
在學習者投入某些事物的建造、或與他人分享經驗時。建造論也支持建構論 的觀點：學習者是一個主動的知識建構者，然而也強調在外在作品的建造， 因這樣可讓學習者分享彼此間的創意。雖然沒有外在作品的創作，學習者仍 然可以建構且表達知識，但有更多的證據顯示藉由外在作品的創作，學習者 可以有更互動，以及分享他們所瞭解的事物及想法。 (二)建造論的教學應用 建造論在教育上兼具有學習理論與學習策略的特性，它建立於 Piaget 的建構論。建造論認為知識不是簡單地由教師傳達給學生們，而是學習者主 動的心智建構，學習者不僅是獲取創意（ideas）而且是開創出自己的創意 （Paper，1993）。因此，建造論主張：應該讓學習者主動地參與一些外在作 品的創作，同時讓他們有機會表達自己的看法，及與他人分享想法，如此新 的創意極有可能會被創造出來。 因此，在以建造論為基礎的學習環境中，教師所扮演的角色是協助者的 身分，來指引學習者依其學習途徑進行學習活動；而學習者必須完成指定的 作業以達成教學目標，如此他們可以探究、產生、解決問題。所以，基於建 造論所建置的學習環境必須包含下列要素（Han & Bhattacharya，2001）： 1.陳述具有發展可能的評分檢核表（rubrics）。 2.解說作業的對談過程。 3.探究在完成作業過程中所用到的多樣化策略。 4.學習者彼此間的詢問、學習討論。 5.完成作品的展現。 6.讓創意得以修正與發展的專案（project）。 7.學習者間的合作（collaboration）。 8.學習者能與外面世界的技術專家一起做事。 9.學習者能從事真實世界的工作。 換言之，以建造論為主的學習環境，一開始就設定課程 單元目標與期 望是重要的，如此學習者會清楚瞭解他們試著要獲得的內容及表現的程度。 而多樣的策略就是允許學習者利用不同的方法，以解決他們所遭遇的問題； 藉由展現作品及學習的討論結果，學習者可獲得回饋而來修正他們的計畫或 作品；與真實世界有關的應用，可讓學習者真正學到在有意義情境
（meaningful context）中所發生事物的處理程序。
在教室的教學情境中，建造論能被落實在兩種教學模式（Han &
Bhattacharya，2001）：(1)設計式學習模式（learning by design，簡稱 LBD）； (2)專案式學習模式（project-based learning，簡稱 PBL）。因為此兩者同樣受 到建造論的理論與策略的導引，因此它們彼此間有許多共同的特性，即兩種 教學模式皆是以學生為中心的學習環境，學習者被賦予更多的學習責任，同 時學習者有更多機會參與對他們有意義的真實世界中的工作。然而，此兩者 不同之處在於參與者被期望完成作業的類型。在 LBD 中，參與者被期待完 成一個事先有選定觀眾的作業，而這觀眾可能是同儕、老師、或家長，所以 作品可能是一個人可完成的創作，或者是必須小組共同合作的作品；而在 PBL 中，作業是一個需要長期完成的專案，或者必須與其他人共同合作的作 品，但它是不需要設計出一個有預設觀眾的學習環境。 三、LBD 教學模式 研究者將針對上述建造論的教學應用內容，進一步再探討建造論的教學 模式－(1)設計式學習模式（learning by design，簡稱 LBD）；(2)專案式學習模 式（project-based learning，簡稱 PBL）。但因本研究所進行的「簡單機械」教 學單元，其實施時間為六週（24 節），而無法進行較長時間的教學活動，因為 LBD 的教學模式實施時間較短，故適合本研究發展樂高教學方案時之參考。 茲將 LBD 教學模式的意涵與目標、學習環境的設計要領、教學策略與範例分 別敘述如下： (一)LBD 的意涵與目標 LBD 的理論基礎源自於建造論，它強調學習的價值在於藉由產生、規 劃工作時程，或者投入其他類型的設計工作而達成。設計的過程會產生一個 豐富的學習情境（context），因此 LBD 的價值在於學習的過程及其成果、作 品。再者，LBD 的本質在於意義的建構，所以學習者創作出的物品、作品 即代表他的學習成果，而這學習成果必須對他是有意義的。 以 LBD 理念所設計的學習環境中，許多目標是能被確認出來。而這些 目標可隨著學習者、教材、作業、教師而可以適時調整、改變，但卻有一些 共通的目標是可供我們在設計學習環境時加以參考： 1.從範例及經驗中去摘錄基本的概念與技能。
2.促使學習者能積極投入學習活動中。 3.鼓勵學習者提出問題。 4.能夠比對出正確概念與錯誤概念。 (二)LBD 學習環境的設計要項 LBD 所要提供的是一個豐富的學習環境，它可提供學習者利用有意義 的方法來與教材內容做互動的機會。因此，有些設計的要項是我們必須加以 考量，因為這些要項可增加有效學習的價值，以及可反映在使學習經驗變得 有價值的過程及作品上。有關 LBD 學習環境的設計要項說明內容敘述如后： 1.真實性（authenticity）：以真實世界中應用為基礎的作業。 2 為設計活動而擬定的多樣的情境（multiple context）。 3.在開放性設計作業中，讓強制式、鷹架式的競爭取得平衡。 4.對於設計者（學習者）提供豐富、多變的回饋。 5.討論（discussion）與合作（collaboration）。 6.實驗（experimentation）與探索（exploration）。 7.反應（reflection）。 (三)LBD 的教學策略與範例 表 2.8 中的六種教學策略是 LBD 常用的教學策略，每種教學策略詳列 出教學者在教學過程中可使用的實施範例，如此可避免不明確期望、不完整 的資料、缺乏明確的教學目標、學習者偏好的接納、教師的複雜角色（從傳 統到革新的轉變）、學習過程的評量等問，而讓 LBD 真正可以落實在教室裡 的教學情境。有關 LBD 的教學策略與實施範例，如表 1 所示：
表 1. LBD 學模式－教學策略與實施範例 教學策略 實施範例 1.從第一天起，讓對學習者 的期望變得更清楚 授課大網 課程說明 討論時間 網頁內容 澄清與課程有關的問題 2.告知參與者（學習者）明 確(explicit)、暗喻(implicit) 的目標，及他們被評量的 方式 在前測後的討論 授課講義 網頁內容 問題與解答時間 共同決定評量的標準 3.學習者是主動的知識建構 者 腦力激盪 小組討論 競賽活動 決策形成 學習者有一主題的選擇機會 學習者有一情境的選擇機會 調查工作 4.教師扮演著協助者、鼓勵 者的角色 協助學習者的活動 激勵學習者 指定開放性的設計作業 平衡鷹架的提供、激勵學習者及指定完成的作業 增強正確概念，消弱錯誤概念 5.作業的內容要讓學習者能 設計及建構出一個可與他 人分享的作品 設計作業可涵蓋而非侷限於下列項目： 教育性軟體 教育性競賽 網站建置、PowrPoint 的展示
6.提供學習者豐富及多樣的 回饋 最初對題目取得一致意見 透過反應的自我評量 工作日誌 過程的報告 班級討論 短篇報告 同儕評量 學習歷程檔案：過程報告 引導到聽眾對象 引導到學科教材專家 觀察學生們的互動與參與所給的回饋 資料來源：Han & Bhattacharya（2001: 12）
綜合上述 LEGO Mindstorms 的理論基礎是 Papert 所提出的建造論，它是是 結合 Piaget 的建構論與 LEGO 組件的操作而成的。建造論同時強調：(1)學習是 主動的歷程，知識不是自然獲得的而是製造出來的，也就是學習者從經驗中主動 建構知識；(2)當學習者熱衷於對個人具有意義的事物時，他對新知識的建構是 特別有效率。再者，建造論也強調學習者要從事創作外在的或可與人分享的作 品，這便是「從做中學」的理念。在製作與設計的過程中，學習者除規劃作品外， 更可藉實際動手做去測試其設計過程中的創意，且透過展示或與人分享而達成個 人有意義化的建構學習。然而，精進的創意通常會發生在學習者投入某些事物的 建造、或與他人分享經驗時。 建造論認為教師所扮演的角色是協助者的身分，指引學習者依其學習途徑進 行學習活動；而學習者必須完成指定的作業以達成教學目標，如此他們可以探究 問題、解決問題及開創出自己的創意。同時，學習者的作品必須真實世界有關的 應用，可讓學習者真正學到在有意義情境中所發生事物的處理程序。 LBD 的目的在使學習者成為設計者、創作者的經驗，而在這個經驗中，他 們必須能夠創造出可與他人分享的作品。因此，在教學策略上可藉由設計、分享、 指導、評估、修改他們的作業及反思過程等，如此使得學習者對自身的學習能負 起更多的責任。當然，教師也必須扮演起協助者、鼓勵者的角色，同時營造出一
個開放性學習環境，並且在提供豐富多變的回饋機會給學習者時，能夠在激勵、 協助兩種方式取得一個平衡方法。所以，藉由這種學習經驗，學習者可以建構出 學習的意義，並且將學習過程加以內化。同時，藉由鷹架的提供讓學習者在合作 學習的過程中，透過能力較佳的學習伙伴鷹架式的協助而成長，這正與 Vygotsky 的建構觀點不謀而合，即是學習者本身自我發展的能力有限，但是可以透過同儕 間的合作學習及有效的社會互動，提升個體認知發展的空間。 參、研究設計 本研究在探究樂高組件對國小學童學習「簡單機械」教學單元的影響。因 此，本研究藉由進行實驗教學，以教學法為自變項，以學習成就及學習意見為依 變項，探討國小學童在生活科技課程「簡單機械」教學單元的學習成效、學習態 度的表現結果。在此分敘述研究架構、研究對象、實驗設計、教學設計、研究工 具如下： 一、研究架構 本研究的研究架構如圖 2 所示。本研究的研究變項共包括三類變項：1. 自變項：本研究的實驗處理要項為「教學方法」，實驗組採取樂高教學，而控 制組則採取傳統教學。2.依變項：本研究主要在探討不同組別學生在國小六年 級生活科技課程中簡單機械單元的「學習成就表現」、「學習意見」等方向的學 習成效，並比較其差異情形。3.控制變項：實驗處理上為避免影響實驗結果， 必須就若干因素加以控制，本研究的控制變項包括：教學者、教學時間、評量 工具、教學進度及教學內容。 本實驗研究以國小六年級學生為對象，在教材內容與教學進度上均是一 致，所有班級皆以實驗學校所選用「自然與生活科技六下」教科書中「簡單機 械」單元為教材，且每週按照預定的教學進度進行教學活動。就教學時間而言， 皆依學校排定課表授課，每週上課四節且每節上課四十分鐘，該教學單元持續 上課六週，共計 24 節課。此外，為避免教師教學風格和個人特質影響教學實 驗的結果，控制組和實驗組的所有教學活動皆由研究者一人擔任，並且所有測 驗和評量亦皆由研究者本人親自進行施測。
圖 2. 本研究的研究架構 二、研究對象 本研究之實驗班級為台東縣東海國小六年級二個班級為對象，每個班級 人數均為 35 名。基於實驗教學所需，須考量學生特質、能力和程度的同質性， 依原自然與生活科技領域教師的合作意願，分別將兩個班級分配成控制組（實 施傳統教學）、實驗組（實施樂高教學）。 為了解實驗組、控制組等兩組受試者的基本能力和差異性，研究者針對 兩個班級學生們「五年級自然與生活科技領域總平均」進行 t 檢定統計分析， t(68) = 0.11，p > .05。由此可知兩個班級在五年級自然與生活科技領域總平均 數並無顯著差異。換句話說，兩個班級在自然與生活科技領域的起點行為是相 同的。 三、實驗設計 本研究之教學實驗採準實驗研究法之非隨機實驗控制組前後測設計，設 計模式如表 2 所示，各組學生於實驗處理前後，接受前測和後測。本研究以台 東縣東海國小六年級二個班級為實驗對象，以班級為單位，依各班之上課時間 分派至控制組、實驗組。控制組施以傳統教學；而實驗組則施以樂高教學。
表 2. 本研究實驗設計模式 組 別 前 測 實驗處理 後 測 實驗組 O1 X O3 控制組 O2 O4 X：表示實驗組接受實驗處理，施以樂高教學方案之教學。 O1i、O2i：表實驗處理前所實施的測量，包括：簡單機械單元學習成就測驗（前試）。 O3i、O4i：表實驗處理後所實施的測量，包括：簡單機械單元學習成就測驗（後測）、學習 意見調查表。 四、教學設計 本研究在選定自然與生活科技領域的「簡單機械」單元為實驗教學的實 施單元後，立刻對「簡單機械」進行教材分析，即對所要教授的內容做結構的 解析，以分析出教材內容的重要概念及次概念。然後分析各個主概念、次概念 其邏輯關係，以及彼此的教學相互性，彙整出簡單機械的重要概念架構圖。有 關「簡單機械」單元的重要概念架構如圖 3 所示。 圖 3. 「簡單機械」單元的重要概念架
本研究採取的教學策略為：(1)從第一天起，讓學習者對付予的期望變得 更清楚；(2)告知學習者明確、暗喻的目標，及他們被評量的方式；(3)學習者 是主動的知識建構者；(4)教師扮演著協助者、鼓勵者的角色；(5)作業內容要 讓學習者能設計及建構一個可與他人分享的作品；(6)提供學習者豐富及多樣 的回饋。在教學評量的部份，除採取實作評量（製作作品）外，亦包括小組作 品的製作過程記錄（學習單）、成品展示與心得分享等方式。 五、研究工具 本研究所使用之研究工具包括：「簡單機械學習成就測驗」、「學習意見調 查表」等項，其編製依據及過程說明如下： (一)簡單機械學習成就測驗 學習成就測驗的主要目的，在了解學生對簡單機械單元內容的了解程 度。係由研究者根據單元教學目標、教材內容及科技概念，制定命題之雙向 細目表（如表 3、表 4 所示）以建立內容效度，參考各書商所建立之自然與 生活科技領域題庫和優良試題以編製試題初稿。 表 3 簡單機械前測試題雙向細目 目標 內容 認識一 般術語 認識特 定事實 瞭解原則 與應用 題數總計 槓桿原理 2 3 2 7 輪軸 2 2 1 5 滑輪 2 3 2 7 簡單機械 1 2 2 5 題目總數 7 10 7 24 百分比 29.2 41.7 29.2 100
表 4 簡單機械後測試題雙向細目 目標 內容 認識一 般術語 認識特 定事實 瞭解原則 與應用 題數總計 槓桿原理 3 4 3 10 輪軸 2 2 1 5 滑輪 2 5 2 9 簡單機械 2 2 2 6 題目總數 9 13 8 30 百分比 30.0 43.3 26.7 100 商請二位國小自然與生活科技教師共同討論，再徵詢他們的意見後，針 對每類試卷各出二倍試題，以制定出「簡單機械成就測驗」預試試題 108 題。 本研究分別於 97 年 01 月 20-23 日針對台東縣復興國小 25 位六年級學童， 27-30 日針對台東縣東海國小 20 位六年級學童（非參與實驗教學班級的學 童），進行兩個梯次的教學摩擬。同時於教學活結束後進行預試試題的施測， 施測樣本合計 45 位。 通常試題的難度以接近 0.5 為最理想，但欲使每一題皆接近 0.5 事實上 有困難，故有學者主張以 0.3∼0.7 之範圍為選擇標準，四個選項的選擇難度 在 0.4∼0.8，是非題在 0.55∼0.85，填充題在 0.4∼0.8 為最適當（Chase， 1978）。再者，鑑別度則依陳英豪、吳裕益（1992）所提出的評鑑標準（如 表 3.5 所示），鑑別度 0.3 以上試題是良好的試題。因此，有關簡單機械成就 測驗的前測試題、後測試題等的挑選，依據上述難度、鑑別度的挑選原則及 雙向細目表以決定各試題內容。在信度方面，本研究採 Cronbach α係數， 簡單機械成就測驗的前測試題之信度係數為 0.79，而簡單機械成就測驗的後 測試題之信度係為 0.77。 (二)學習意見調查表 本研究為了解實驗組學生接受樂高教學方案時，對於教學活動安排及學 習後之意見反應情況，研究者參考鍾一先（1997）所編之「生活科技實驗課
程學習知覺滿意調查表」，編製成「學習意見調查表」初稿，再徵詢專家的 意見以修正初稿，而完成「學習意見調查表」的編製 。此學習意見調查表用以了解實驗組、控制組等兩組學生對於課程學習 與教材內容二個向度之感受。學習意見調查表係以五等第勾選方式，選出認 同之選項。 肆、研究結果 一、不同教學對學習成效的影響 為探討樂高教學、傳統教學等兩種不同教學法對學童學習成效的影響， 針對實驗組與控制組在「簡單機械」教學單元的學習成就測驗的分數進行共變 數分析。 在教學實驗結束後，將所收集之「簡單機械學習成就測驗」前、後測數 據進行統計處理。兩組學童在「簡單機械學習成就測驗」上所得「分數」的平 均數與標準差如表 5 所示。 表 5 前、後測之平均數及標準差 組別 前後測 樣本數 平均數 標準差 實驗組 前測 35 59.06 13.37 後測 35 82.83 10.35 控制組 前測 35 55.80 12.36 後測 35 65.80 17.93 依共變項分析的基本假設，在進行共變數分析之前，需先考驗組內迴歸 係數是否具有同質性的假定。因此，先將實驗組與控制組在「簡單機械學習成 就測驗」的分數進行迴歸係數同質性考驗，結果如表 6 所示。由表 6 可以看出， 兩組之組內迴歸係數並無顯著差異，F(1, 66) = 0.61，p > .05。表示兩前測的迴 歸線的斜率相似，亦即兩組所受的共變量（前測）影響之程度相當，符合組內 迴歸係數同質性的基本假定，於是進一步進行共變數分析，結果如表 7 所示。
表 6 迴歸係數同質性考驗摘要 變異來源 離均差平 方和 SS 自由度 DF 均方 MS F 值 顯著性 p 前測 618.83 1 618.83 3.19 .080 實驗處理 1710.84 1 1710.84 8.81 .004 前測*實驗處理 119.08 1 119.08 0.61 .440 表 7 共變數分析摘要 變異來源 離均差平 方和 SS 自由度 DF 均方 MS F 值 顯著性 p 前測 1650.90 1 1650.90 8.56 .005 實驗處理 4287.99 1 4287.99 22.22 .000 誤差 12929.67 1 192.98 由表 7 的分析結果得知，在排除總分前測分數之影響後，實驗組與控制 組在學習成就測驗後測的總分分數達到顯著差異，F(1, 67) = 22.22，p < .05。 表示經過實驗處理後，實驗組在簡單機械學習成就測驗顯著優於控制組，亦即 接受樂高教學比傳統教學更有助於提升學童簡單機械認知領域的學習成效。 根據文獻探討的結果，建造論強調：1.學習是主動的歷程，即是學習者從 經驗中主動建構知識，2.當學習者熱衷於對個人具有意義的事物時，他對新知 識的建構是特別具有效率（Resnick，1996）。還有，Wu（2002）的研究發現： 在 LEGO Mindstorms 的教學環境中可促使學童具有強烈的學習動機，願意積 極投入相關的教學活動之中。再者，對照學習意見調查表的結果發現：就實驗 組而言，有 97.1%學童認同樂高教學方案的教學可讓他們對簡單機械具有基本 的概念；有 88.6%學童認同樂高教學方案的教學可讓他們覺得簡單機械很重 要；有 77.1％學童認同樂高教學方案的教學可讓他們認真作課堂的作業。這些 項目皆與控制組學童的填答是有顯著差異。 由上述內容可知，樂高教學可提供實驗組學童較高的學習動機，並且認 為簡單機械單元是重要的新知識，願意認真去完成課堂的作業，主動積極從學
習經驗中去建構自己的知識，以使學習具有較佳的成效。本研究的結果與上述 內容相符合，即實驗組學童具有高學習動機、覺得學習單元重要、願意積極參 與教學活動，因此在簡單機械學習成就的表現顯著優於控制組學童。同時，此 一結果與文獻探討中，有關樂高相關研究對學習成效有顯著差異的結果是相同 （林智皓，2007；高惠玲，2007；許雅慧，2005；劉洲，2004；Wu，2002）。 二、不同教學法對學習意見的影響 學童對教學的支持與否是實施教學成敗的主要因素，本研究利用學習意 見調查表用以瞭解實驗組、控制組等兩組學童對課程學習、教材內容二個向度 的感受。在實驗教學活動結束後，針對實驗組、控制組等兩組學童進行學習意 見調查表的填寫，將實驗組與控制組等兩組學童對學習意見調表 16 題題目的 填答進行卡方檢定分析。在實驗組與控制組對學習意見調查表填答的卡方檢定 結果發現，在第 1 題、第 5 題及第 14 題的填答出現顯著差異。此三題的統計 分析結果如表 8 至表 10 所示。 表 8 意見調查表的第 1 題分析結果 題目 1：讓我對簡單機械具有基本的概念。 非常同意 同意 中立意見 不同意 非常不同意 χ2 反應 情形 人數 % 人數 % 人數 % 人數 % 人數 % 實驗組 24 68.6 10 28.6 1 2.9 0 0.0 0 0.0 控制組 9 25.7 13 37.1 13 37.1 0 0.0 0 0.0 17.50** 表 9 意見調查表的第 5 題分析結果 題目 5：讓我覺得簡單機械很重要。 非常同意 同意 中立意見 不同意 非常不同意 反應 情形 人數 % 人數 % 人數 % 人數 % 人數 % 2 χ 實驗組 18 51.4 13 37.1 4 11.4 0 0.0 0 0.0 控制組 7 20.0 12 34.3 11 31.4 2 5.7 3 8.6 13.15*
表 10 意見調查表的第 14 題分析結果 題目 14：我很認真作課堂的作業。 非常同意 同意 中立意見 不同意 非常不同意 反應 情形 人數 % 人數 % 人數 % 人數 % 人數 % 2 χ 實驗組 10 28.6 17 48.6 6 17.1 1 2.9 1 2.9 控制組 5 14.3 9 25.7 19 54.3 1 2.9 1 2.9 11.88* 在實驗組與控制組對學習意見調查表填答的卡方檢定結果發現，在第 1 題、第 5 題及第 14 題的填答出現顯著差異。即實驗組學童較認同樂高教學可 讓他們對簡單機械具有基本的概念、簡單機械是很重要、會認真作課堂的作 業。這三題目皆與簡單機械的教材內容與學習態度有關，而實驗組學童較控制 組學童呈現出較更具正向的態度，因此在簡單機械的學習成效的表現相對會比 控制組學童的表現佳，這與前段的討論內容呈現出一致性。 伍、結論 本研究根據研究結果，提出研究結論如下： 一、樂高教學適用於國小生活科技課程之教學 樂高教學的理論基礎為 Papert 所提出的建造論，此理論強調(1)學習是主 動的歷程，即學習從實際經驗中主動建構知識；(2)學習要從事創造外在的或 可與人分享的作品。 就教學模式而言，樂高教學可採用 LBD、PBL 為教學模式。兩者皆是以 建造論為理論基礎，皆強調(1)要以學習者為中心；(2)設計具真實性的作業； (3)進行合作學習；(4)提供多元回饋。但 LBD 教學模式可在較短時間內完成； 而 PBL 則需要多個階段或一個較長時間來完成。本研究限於教學時間為六週 （24 節課），因而採用 LBD 教學模式來設計教學。 就教學策略而言，本研究是採用 LDB 教學模式，因此在樂高教學方案可 用的教學策略為：(1)從第一天起，讓學習者對付予的期望要清楚；(2)告知學 習者明確、暗喻的教學目標，及他們被評量的方式；(3)學習者是主動的知識 建構者；(4)教師扮演著協助者、鼓勵者的角色；(5)作業內容要讓學習者能設 計及建構一個可與他人分享的作品；(6)提供學習者豐富及多樣的回饋。
就教學設計而言，樂高教學方案在教學設計時必須符應教學設計的要 項：(1)真實性；(2)為設計活動而擬定多樣的情境；(3)在開放性設計作業作中， 讓強制式、鷹架式的競爭取得平衡；(4)對於學習者提供豐、多變的回饋；(5) 討論與合作；(6)實驗與探索；(7)反應。 總結上述內容，研究者認為：在樂高教學中，一開始就設定課程目標與 期望是重要，因學童可清楚瞭解所要獲得的內容及表現的程度；多樣的教學策 略可讓學童利用不同的方法，解決他所遭遇的問題；藉由學習的討論及作品的 展示，可讓學童獲得回饋而修正計畫或作品；與真實世界相關的應用，可讓學 童學到有意義情境中處理事物的程序；教師所扮演的角色是協助者、鼓勵者的 身分，可指引學童依其學習途徑進行學習活動。同時，根據研究發現的結果， 樂高教學可提升國小學童在生活科技課程的學習成效及學習態度。如此，樂高 教學適用於國小生活科技課程之教學。 二、樂高教學可提升國小學童在簡單機械的學習成效 本研究實驗教學的實施單元為國小生活科技課程中「簡單機械」，該教學 單元內容涉及槓桿、輪軸、滑輪、齒輪、機械組合、傳動方式、電力、人力等 主要概念。國小教師普遍認為簡單機械是具挑戰且較難教好的教學單元，同時 學童們的學習成效亦較會低落。 然而，在樂高教學中，提供 LEGO Mindstorms 零組件，讓學童透過實際 的動手製作作品，從不斷的測試及改進過程中，將所設計的創意實正落實於作 品上。同時，藉由與 LEGO Mindstorms 不斷互動的學習經驗，學童可將簡單 機械的原理加以驗證，然後將所得的概念加以內化及調適，轉化為個人的知識 內容，而達成有意義的學習。因此，實驗組學童在簡單機械的學習成效確實有 達顯著差異，即樂高教學確實可提升學童的學習成效。 三、對學習意見持較正向的態度 就學習意見調查表的分析結果而言，接受樂高教學的學童，在課程學習 及教材內容的意見填答上，較接受傳統教學的學童持更正向的態度。同時，接 受樂高教學的學童，普遍認為在教學中可讓他們：(1)對簡單機械具有基本的 概念；(2)覺得簡單機械是很重要的；(3)願意認真作課堂的作業。因此，樂高 教學確實可讓學童對學習意見持較正向的態度。在樂高教學中，可促使學童具 有較高的學習動機，願意積極投入相關的教學活動之中，同時認定簡單機械是
重要的新知識，願意積極且認真去完成課堂的作業，主動積極從學習經驗中去 建構自己的知識，進而達成有意義的學習，同時具有較佳的學習成效。
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