高職機械科提升實習教學成效之研究-以太陽能車車架製作為例

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(1)國立臺灣師範大學工業教育學系碩士論文指導教授：劉紀嘉副教授. 高職機械科提升實習教學成效之研究 --以太陽能車車架製作為例 A Study of Apprenticeship toward Higher Levels of Skill Initiatives for Department of Mechanical Engineering in Vocational High School - Utilizing Solar Vehicle Chassis Construction as an Example. 研究生：林旻融撰中華民國 105 年 7 月.

(2) 謝誌碩士班二年，一段充實、溫馨與感恩的學習歷程。師承所長李景峰教授的技術職業發展趨勢、教育部林騰蛟次長的技職教育當前問題研究、洪榮昭教授的組織行為研究、徐昊杲教授的技職教育理論與實務、胡茹萍教授的技職教育政策與法令研究、劉紀嘉教授的媒體教學與設計、莫懷恩教授的創新管理、郭金國教授的實習工廠經營管理研究、許全守教授的技職教育課程發展、宋修德教授的教育統計學以及李懿芳教授的技職教育研究法，在老師們專業指導之下，奠定了深厚的學術基礎。班上同學淑菁、春梅、薏茹、紋坊、孟斈、惠美、惠貞、瑩璇、怡鳳、宏彰、志遠、啟睿和俊杰，活像個大家庭，能與這些好友同窗共學，真是人生最溫馨的一面。首先要感謝恩師劉紀嘉博士悉心指導與栽培，二年以來，不但傳授我非常多的教育理論、分享教學實務，在論文指導方面，更是我的嚴師兼慈父，您的指導原則「做多少分析給多少分論述」，與主題無關的研究不做，沒有根據的事不談，做不到的建議不提，這「三不」原則，也成了我處事效率的圭臬。劉老師深知在職生的時間非常有限，常勞時費力奔波面談並主動指導，這種「視學生如愛子」的情誼，讓我真正體驗到「一日為師，終生為父」的師徒情懷，謝謝您，我敬愛的紀嘉老師。其次我要感謝口試委員梁滄郎副校長、李景峰所長、劉紀嘉教授，在論文計畫口試和正式口試時，費心審閱並提供寶貴的意見，使論文架構的嚴謹性或文字流暢性，更臻完美。我也要感謝接受我訪談的五位專家學者與八十多位學生，您們在百忙中騰出時間接受我的叨擾，感激您們。最後，感謝我的父母、岳父母及至愛詩屏二年來的支持鼓勵與付出，面對工作挑戰、教養孩子，沒有讓我操心家務、沒有一句怨言，謝謝妳。感謝的人太多，僅將謝誌獻給每位曾經在人生路上給我鼓勵的你們。旻融謹誌 i.

(3) 摘要本研究旨在探討高職機械科實施太陽能車車架製作教學來提升實習教學之成效。研究對象為基隆某高職機械科二年級學生，首先將原常態編班之兩班分為實驗組與控制組進行前測驗，實驗組接受以專題導向學習之教學製作太陽能車車架，控制組則接受一般傳統教學而製作太陽能車車架。研究者根據現行十二年國民基本教育「課程綱要」選編原則與高職「務實致用」教學目標為基礎，編製太陽能車車架製作教學模組及評量工具。本研究之教學實驗歷經六週，對實驗組實施專題導向學習之太陽能車製作教學後，再以相同之評量工具對兩組學生再進行測驗，獲取後測之成績。經資料分析後發現，經過教學實驗訓練後的實驗組，在相關太陽能車車架製作之核心課程中：機件原理認知及機械加工實習認知，前測與後測成績將有顯著差異，後測成績明顯比前測成績好，達顯著差異；另外使用一般傳統教學製作太陽能車的控制組，其前測與後測成績並未達到顯著差異。本研究顯示在高職機械科實施以專題導向學習之太陽能車車架教學將有相當之成效。另外，研究對象在教學訓練後規劃參加全國高中職太陽能車競賽。以往至今連續四屆獲得全國冠軍，期待於研究者教學實驗下，研究對象能將「學、用」融合，亦達提升實務能力與團隊競賽之實質收穫與成效。. 關鍵字：太陽能車車架、機件原理、機械加工實習、全國高中職太陽能車競賽、專題導向學習. ii.

(4) Abstract The study aims to explore the effectiveness of implementing solar car chassis making instruction to improve practice teaching in the Machinery Program of Vocational Senior High School. The study subjects are the Grade-2 students in a Machinery Program of Vocational Senior High School in Keelung. The students are firstly divided into experimental group and control group for pre-test. The experimental group takes Project-Based Learning (PBL) instruction to make solar car chassis, while the control group takes conventional instruction to make solar car chassis. The researcher develops the instruction module and appraisal tool for making solar car chassis based on the “course outline” selection principles of 12-year compulsory education and “pragmatic and practical” teaching objective of vocational high schools. The data analysis revealed that the experiment group given the training of teaching experiment displayed significant difference between pretest and post-test scores for core courses of solar-powered vehicle frame, the cognition of mechanical principles and the cognition of machining practice. The post-test score was clearly greater than the pretest one, achieving significant difference. On the other hand, for the control group given traditional instructions for the making of solar-power vehicle frame, both the pretest and post-test scores failed to achieve significant difference. The study implied considerable performance in the teaching of making solar-powered vehicle frame in the department of mechanics of a vocational high school. Keywords: Solar Car Chassis, Machine Elements Principles, Mechanical Working Practice, National Vocational High School Solar Car Contest, Project-Based Learning iii.

(5) 目次謝誌 .…………………………………………………………………… i 摘要 .……………………………………………………………………ii Abstract ……………………………………………………………… iii 目次 …………………………………………………………………. iv 表次 .………………………………………………………………… vi 圖次 ………………………………………………………………… vii 第一章緒論…………………………………………………………… 1 第一節研究背景與動機 …………………………………… 4 第二節研究目的 …………………………………………… 6 第三節研究問題 …………………………………………… 7 第四節研究假設 …………………………………………… 7 第五節研究範圍與限制 …………………………………… 8 第六節名詞釋義 …………………………………………… 8 第二章文獻探討 …………………………………………………… 13 第一節十二年國民教育與教師專業……………………… 14 第二節專題導向學習之內涵……………………………… 17 第三節教學模組的意義與特色…………………………… 19 第四節實驗活動教學的功能、實施策略與專題製作…… 23 第五節教學成效…………………………………………… 35 第三章研究方法 …………………………………………………… 37 第一節研究架構與研究步驟……………………………… 37 第二節太陽能車車架模組的發展………………………… 40 第三節研究工具…………………………………………… 44 第四節實驗設計…………………………………………… 49 第五節資料分析處理……………………………………… 56 第四章研究結果與分析 …………………………………………… 57 第一節兩組前後測學習成效評量施測得分差異比較…… 57 第二節同組前後測學習成效評量施測得分比較………… 60 第五章結論與建議 ………………………………………………… 69 第一節研究結論…………………………………………… 69 第二節研究建議…………………………………………… 71 參考文獻中文部分 …………………………………………………… 75 英文部分 …………………………………………………… 79 iv.

(6) 附錄附錄一太陽能車車架教學預試試卷 …………………………83 附錄二太陽能車車架製作教學學習成就測驗試卷難度與鑑別度指數…………………………………………91 附錄三太陽能車車架製作教學前測試卷.…………………… 95 附錄四太陽能車車架製作教學後測試卷.…………………… 97 附錄五機械科二年級機件原理科目教學進度表.…………… 99 附錄六機械科二年級機械加工實習科目教學進度表………101 附錄七機械科二年級太陽能車車架製作教學進度表 (機件原理) …………………………………………103 附錄八機械科二年級太陽能車車架製作教學進度表 (加工實習) …………………………………………105 附錄九太陽能車車架製作教學教案設計……………………107 附錄十研究參與者知情同意書………………………………115. v.

(7) 表次表 3-1 太陽能車架製作學習成效評量預試試卷題數配分表……… .45 表 3-2 難度等級表 ……………………………………………………46 表 3-3 鑑別度評鑑標準表 ……………………………………………47 表 3-4 太陽能車車架製作學習成效測驗前測題目分佈表【選題後】………………………………………………………48 表 3-5 太陽能車車架製作學習成效測驗後測題目分佈表【選題後】………………………………………………………49 表 3-6 實驗設計 ………………………………………………………50 表 3-7 實驗組與對照組人數表 ………………………………………51 表 4-1 兩組前測施測得分計算比較表 ………………………………57 表 4-2 兩組後測施測得分計算比較表 ………………………………58 表 4-3 兩組太陽能車車架教學成就測驗之迴歸係數同質性考驗摘要表 ……………………………………………59 表 4-4 實驗前後機件原理認知學習成就前、後測成績 ……………60 表 4-5 專題導向教學製車(實驗組)之機件原理認知成效 t 考驗表 ………………………………………………………62 表 4-6 一般傳統教學製車(控制組)之機件原理認知成效 t 考驗表 ………………………………………………………63 表 4-7 實驗前後機械加工實習認知學習成就前、後測成績……… .64 表 4-8 專題導向教學製車(實驗組)之機械加工實習認知成效 t 考驗表 ………………………………………………………66 表 4-9 專題導向教學製車(控制組)之機械加工實習認知成效 t 考驗表 ………………………………………………………66. vi.

(8) 圖次圖 2-1 專題設計基本流程圖………………………………………… 19 圖 3-1 研究架構圖…………………………………………………… 39. vii.

(9) 第一章緒論. 在人類追求進步的過程中，工業教育持續扮演著文明發展的推手，而於本國經濟發展史上，機械技術更是處於極為重要之地位。在面對變遷快速的二十一世紀，我國第一部「科技白皮書」在民國八十六年十月誕生，除勾勒出我國邁向科技化國家之藍圖，並期許我國能晉升為進步的科技化國家。機械工程始終是產業主流，機械類群之教育目標，主要在培育具有高度機械工程技術之專業工程師，用以提昇我國機械工業的水準，滿足就業市場的需要外，亦能因應現代化產業專業分工的需求與推進產業的進步及社會的發展。因此，提升我國產業的整體競爭力，培養具專業技術能力的科技研發製造人才，實為刻不容緩（郭允文，1997）。前教育部長林清江在「八十七年度台灣省職業學校校長會議」中提出「為落實技職學校技能教學，肯定學生之學習成效，使學生在職業學校畢業時皆能夠同時獲得文憑及技術士證」。故強化技職教育實務教學取向之特色，建立「學力」更甚「學歷」的新文憑價值，讓專業技術更具特殊價值（林清江，1998）。現階段許多學生所學習之重點不再是就業專業技能而是迎合升學的考試科目，如此必然造成雇主對機械群科畢業生專業技術之能力感到存疑，這亦是目前高職仍然存在的問題（連錦杰，1990）。教育必需能迎合學習者的需求，進入機械群科就讀學生，除部分思考就業也有部分希望繼續升學，故高職的課程更應有所改變與調整，有效整合「學與用」，減少學生個人在專業學科學習與實質專業技能獲得上的落差，確實有效迎合學習者的需求，才能提升學生在專業科目的學習效率與成效。 1.

(10) 長期的教育時間，若大部分皆浪費在知識的積壓上，學習思考的基本技巧不會有所進步的（賴恩瑩，2013）。而在機械科專業課程之單元內容中，機械與機構之連桿作動、功與能之轉換原理、各項製造法以及機件公差配合等眾多單元，容易使學生的學習變得零散而無法連貫，如此學生學習往往顯得沒有效率，除無法吸收學習活用外，更大大降低學習意願，導致最終所學無用。技職教育「務實致用」培育出來的人才，長期以來一直都是台灣經濟發展的主要動力，隨著時代的變遷，教育部於民國98年推動「技職教育再造方案」，民國101年再提出「發展典範科技大學計畫」，引導科技大學發展與一般大學明顯不同的實務特色，民國102年提出第二期技職教育再造方案，希望達到「無論高職、專科、技術校院畢業生都具有立即就業的能力」、「提供產業界所需的優質技術人力」及「改變社會對技職教育的觀點」（林騰蛟、李彥儀，2011）。培養學生具備「帶著走的基本能力，拋掉背不動的書包與學習繁雜的理論知識教材。」為前教育部長林清江對我國教改工作在課程統整所指出之重要原則（教育部，1998）。人人處於今日邁向終身學習的大資料庫中，學習如何學習(Learn How to Learn)是現代人須必備的技能（楊朝祥，2001）。科學、科技、工程與數學之間存在著一種相互補充、互相支持和共同發展的關係（Flynn, 2012）。因此，投入機械實務的教學，使學生能因實質操作需求而自然結合這四個科目的學習，降低學習難度，提升科目之間整合能力及運用。綜觀一般傳統實習課程採用的教學架構以機械按工作圖實施加工製作而訓練技能之方法，主要原因礙於製作太陽能車之材料與成本費用昂貴，因而較無法落實於實習課之學習活動。本研究設計理念，除以教師提供專業教學，並重視專題導向學習模式，導引學生團隊合作學習，提供自行設計、組裝、拆解組裝，增 2.

(11) 加學生對完整系統了解與深入思考的機會，提出結合專業科目相關機件原理以及機械加工實習之太陽能車車架製作的整合教學以提升學生學習興趣與實作效果。太陽能車車架之製作除了有一般基本的結構組件外，也結合齒輪、軸承、避震彈簧、輪子等機械組件與馬達、轉向機構等組件，學生藉由教學過程中自我設計製作的組合出太陽能車車架，並立刻進行測試、改良與規劃校內競賽進而參加全國競賽，相信，這樣的課程將讓學生對機械工程教育獲得許多深刻的認識與增進技術效能。本研究在探討高職機械科實施太陽能車車架製作提升實習教學的成效。全章共分為以下六節：第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的，第三節為待答問題，第四節為研究假設，第五節為研究範圍與限制，第六節為名詞釋義。. 3.

(12) 第一節研究背景與動機技職教育的目標在於充實職業智能，培育優秀的工作能力與正確工作態度及優良職業道德素養（徐明廷，2002）。而機械類群的主要宗旨是落實技能方面的教學，培育產業發展所需人才，因此所期盼的是學生能學有專精後來投入專業技術產業的行列。面向二十一世紀，科技的發展不斷持續的突破與創新，資訊及通訊科技所帶來的技術變革亦使得資訊快速過時，以往的傳統社會結構與常態熟悉的生活方式產生了急遽變化，進而促成知識壽命縮短，為適應今日多樣而變化的社會，我們不僅要具備相當的知識，還要有解決問題和實務創造的技術能力（李基常、王繼正，1998）。 Olson（1963）指出：今日的人類文化與科技已經分不開，人類的生活週遭都是科技的反應，因此學校更必須負起責任引導學生去了解科技，認識生活環境。意即科技對人類社會的影響已經無法避免，且有加劇之趨勢，我們如何在教育系統效能中，提升學生科技素養，使學生在未來面對瞬息萬變的科技脈動，自身具備有效掌控科技、適應科技、運用科技的能力，實為我國目前教育環節中應重視的課題。一位具有豐富設計與製造能力的機械工程人員，必須接受完整的教育與訓練，才能在於職場上發揮其獨特的才能。然而在台灣升學主義的壓力下，多數學生所受的教育總是離不開填鴨方式的同質性教育，造就的不過是考試機器，學生漸漸失去獨立製造的實務能力，其設計的能力也在標準答案下被抹滅，這個現象是我國目前高職教育極需改進的一環。技術學習以提升學生學習興趣與效果為重，擁有設計與創新研發之人才，一直是各大學與技專院校實務教學的重點方向，如此才能使國內工業與科技保持領先的優勢。近日因應時代需求納入許多新課程 4.

(13) ，進而壓縮基礎課程授課時間，同時學生的負擔亦日益加重，欲解決上述問題，生動活潑化與務實趣味化的教材與理論融入實習是十分迫切需要。教育必須能教導學生於學習過程中創造與應用知識，才能提升國家競爭力與產業的生產力。故欲達此目的，首先需要培養學生的創造思考能力，這用以於技職課程中融入，形成以專業知識為基礎的創造設計學習活動（技職教育白皮書，2000）。在機械的實作課程中，涉及許多操作性知識，若僅是透過教師在課堂上講述和範例圖片的補充下，學生將難以理解機件製作的細節技巧與機構組立的概念。運用實體化模組教學策略進而指導學生設計製作，能幫助機械教學的順利進行。模組教學係強調自由組合不同單元的學習內容，融合成一個主題式的教案，藉以配合學生程度及營造一個理想有效的學習情境（陳文典，2002）。藉由專題模組教學的實體教學，能幫助教師在實作課程中進行操作示範和澄清學生概念（Kim, Park, & Lee, 2014），使教師在講解機械概念時更為清楚且明確。模組教具的使用能有效幫助教師進行機械知能的教學，模組教具由一群具有基礎功能的單一組件所組成，教學者和教材開發者可以針對課程和教學的需求自由選配使用的組件，形成一個特定的組合，以配合教學單元的使用（施能木，2009；趙貞怡，2013）。且透過「專題導向學習」模式及實體的「太陽能車車架製作」教學策略，教師可融入學生學科部分的學習需求，挑選合適的概念加以編排，形成一套新式的教學模組，學生於實做中瞭解學理且應用於製作，而太陽能車車架教學製作流程，更由設計車體零件、材料選用、機件製造、機件組立、成品測試、變更調整、齒輪配速與結構重心運用等學習內容，其目的在導引學生主動發現問題而變更設計，最終解決問題，使教學更為完整、實用、彈性且合適於學生學以致用的需求。 5.

(14) 面對「太陽能車車架製作教學」課程的實施，身為機械教師，除了必須以培養學生專業素養為目標外，更需要兼顧到學生的高層次認知能力(分析、綜合、批判、創造思考及問題解決能力)的培養。對於專業科目學科部分與機械加工實習的教學結合而言，技職體系的學生在吸收書中物理基本觀念與專業知識諸如運動鏈、機械利益、機械效率、彈簧常數、負載及許多複雜艱澀的學理力學公式諸如齒輪速比、重心、向心與離心力、馬力功率、扭力公式時，均可以由太陽能車車架教學製作之原理設計搭配實習操作後從中實驗並討論。同時將著實累積設計經驗，是而擬由各項工程理論課程出發，配合相關教材、輔助教具為技職體系發展實務教學的機械工程教育重點。如此可增加學生機械方面的學理知識與提升專業技能，也足能讓學生獲得學習並產生研究的樂趣，達到工程教育品質與成效的提昇。為進一步驗證其成效，因而進行本研究。. 第二節研究目的本研究基於教學模組教學及專題導向學習之實務，主要目的在探討以不同的教學方法應用於太陽能車車架製作教學，並實施於高職機械科專業課程，激發學生創意設計及興趣，培養學生具有創新、設計、整合及實作之能力，確實結合專業科目之運用，且落實學生應用綠色能源專題訓練，提升機械科目之教學成效。強化學生設計及製作實務能力，進一步完成學習成品製作後規劃參加全國高中職太陽能車競賽，提供學生於全國高中職競賽中有相互交流與技術提升之機會。基於上述背景認識與動機了解，擬定本研究之目的，歸納如下所列：一、探討高職機械科實施專題導向學習教學與一般傳統教學之「太陽能車車架製作」後，學生在學習成就上的差異情形。 6.

(15) 二、分析不同「太陽能車車架製作教學」對提升機械科實習教學之成效。. 第三節研究問題根據上述的研究目的，針對太陽能車車架製作提升高職機械科教學成效之核心課程，包含機件原理、機械加工實習等，擬定本研究所探討之下列研究問題：一、實施專題導向學習教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生與實施一般傳統教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生在機件原理的認知程度是否有顯著的差異? 二、實施專題導向學習教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生與實施一般傳統教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生在機械加工實習的認知程度是否有顯著的差異?. 第四節研究假設基於實證研究性質之下，依循上述的研究問題，本研究提出下列研究假設：一、實施專題導向學習教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生與實施一般傳統教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生在機件原理的認知程度沒有顯著差異。二、實施專題導向學習教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生與實施一般傳統教學所製作太陽能車車架的高職機械科學生在機械加工實習的認知程度沒有顯著差異。. 7.

(16) 第五節研究範圍與限制本研究旨在探討運用專題導向學習於「太陽能車車架製作」在高職機械科專業課程中，教師教學成效之研究。而基於人力、物力及研究時間因素影響之下，本研究的研究範圍與限制說明如下：. 壹、研究範圍一、研究對象本研究係以基隆市某私立高職二年級學生為研究對象。二、研究課程本研究僅針對高職機械科運用於製作太陽能車車架製作之核心課程，包含學科認知「機件原理」課程，以及術科「機械加工實習」課程認知能力部分進行研究。. 貳、研究限制一、研究樣本本研究主要對象僅限於某私立高職機械實習課程之機械科二年級共二班學生。限於人力、物力、時間等其他因素考量，並未針對其他地區與不同類型的學校與學習者實施。故本研究結果僅能推論至相同類似的學校和學習者。二、研究內容本研究係將專題導向學習教學運用於高職機械科專業課程，教材內容僅以「高職太陽能車車架製作」為實驗專題單元。. 第六節名詞釋義本節針對本研究之重要名詞予以闡述，分別將專題導向學習及太陽能車車架製作之學習歷程與成效等加以解說與定義，說明如下： 8.

(17) 一、太陽能車車架教學模組（Teaching Module of The Solar Car）本研究所使用之太陽能車車架教學模組是依據「2015年全國高中職太陽能車競賽」製車規定辦法所製作開發，藉由研究者所製作之教學模組給予學生實體的作品指導、解說，由各細部分析與學理介紹，有助老師相關專業科目教學與學生學理知識的學習吸收，在啟發學生學習動機、設計與引導問題也有其助益。二、全國高中職太陽能車競賽（The Vocational Senior High School Model Solar Car Race）全國高中職太陽能車競賽主要由高雄市政府教育局、教育部南部太陽能學校以及國立高雄應用科技大學等共同主辦。太陽能車競賽主要是爲高中職學生提供一個互動學習平臺，使高中職生有機會參與能源科技探索交流活動、開擴視野，讓參與學生在和平友好的競賽氣氛中展示自己的設計能力及創造力，激發學生對太陽能科技領域的不懈探索。太陽能車製作涉及機械構造(車體原理)、流體力學(風阻問題)、一般力學(摩擦力、重力)、物理原理(材料)、電力學(電功率)等專業知識的運用；特別是藉由太陽能車車架的製造和參與競賽中，可考驗高中職學生創新思考與分工合作精神。就以多層面解決問題的能力而言:參與競賽的高中職學生團隊僅能利用大會規定的太陽電池模組與馬達驅動車子。此外，於賽前活動中，學生們須對機械的構造及物理原理有所瞭解、同時慎選製作材料，為製造一輛具競爭性的太陽能賽車，學生團隊尚需加入研究精神，從研究專業學理開始、接著設計並研究相關太陽能車車架製作之技術。此競賽不僅能啟動年輕學子學習綠科技動力，更有助於讓機械科學生將學科之學理知識進行設計創意發想與機械加工之技能實際運用於車架零件製作與組裝，將「務實致用」的教育理念扎根於各階級學校。 9.

(18) 全國高中職太陽能車競賽（The High School Model Solar Car Race）至今已舉辦十年，每年平均約有110隊共500多位學生參賽。由第七屆（2012）、第八屆（2013）、第九屆（2014）至今2015年第十屆全國高中職太陽能車競賽，連續四年由研究者指導機械科學生們製車參賽，目前已連續獲取四屆全國冠軍。三、機件原理（Machine Elements Principles）本研究是依據教育部民國八十七年所公布之工業職業學校機械群機械科「機件原理」課程標準所編製之教材為主要課程範圍。機件原理課程之教學目標為： (一) 瞭解各種機件之名稱、規格及用途 (二) 瞭解各種運動機構之原理 (三) 熟悉各種機件組成機構之功用 (四) 有效運用各種機件組成之機構課程之章節內容包含第一章概述、第二章螺旋、第三章螺旋連接件、第四章鍵與銷、第五章彈簧、第六章軸承及連接裝置、第七章帶輪、第八章鏈輪、第九章摩擦輪、第十章齒輪、第十一章輪系、第十二章制動器、第十三章凸輪、第十四章連桿機構、第十五章起重滑車、第十六章間歇運動機構等，共計十六章。太陽能車車架製作所應用機件原理課程之核心單元為緒論、軸承、齒輪、輪系、連桿機構等課程章節內容。四、機械加工實習（Machinery Works Practice）本研究是依據民國一○四年職業學校機械群教學綱要為主要課程範圍。機械加工實習課程之教學目標為： (一) 瞭解各種機械加工之相關知識 (二) 瞭解各種加工的基本方法與過程 (三) 熟練機械加工之技能與操作技巧 (四) 養成良好的工作態度與工作安全 10.

(19) 課程之章節內容包含第一章緒論、第二章車床加工、第三章銑床加工、第四章磨床加工與拋光處理、第五章裝配組合與修整加工，共計五章。太陽能車車架製作所應用機械加工實習課程之技術核心內容為車銑床操作、品質管制、工件公差配合、加工步驟程序與加工法等。五、教學成效（Teaching Effectiveness）本研究所探討的教學成效，是在實施模組教學與作品實作前後，藉由研究者所編製之評量試卷，實施前測以等組分組教學後進行後測之方式，測得資料分析部分以T檢定來比較實驗前後，教師在教學成效是否有顯著差異。六、專題導向學習 (Project-Based Learning) 「一般傳統教學」架構為大部分高職實習課程所採用，主要是按工作圖操作機具實施加工製作而訓練技能之方法，目的在於訓練學生技能之純熟度，優點為大部分學生可依訓練時間長度而提升課程框架內之技術。面對科技快速變遷，為期待學生具有思考性的使用技術能力，亦具備結合學理課程所習得知識搭配技能來解決問題，因此運用「專題導向學習(Project-Based Learning)」之教學模式來提升學生技能學習的品質與教師教學的成效。「專題導向學習(Project-Based Learning)」旨在主張創造一個可以讓學生主動參與和討論的學習情境，並藉此一情境引發學生之學習興趣（Polman, 2000）；專題導向學習為一種藉由驅動問題 (driving question)來引發各種學習活動之學習模式，學習過程中，學生必須提出相關問題、界定並分析問題內容、蒐集整理資料且搭配團體合作學習、設計實驗製作創造出具體成果等步驟（Blumenfeld et al.1994）。故研究者利用專題導向學習的特點，也是就強調學習者的自主學習，教師擔任引導者角色，首讓學生從實務探究的問題，後運用專業技能的探究，過程中包含合作學習、設計、實體製作的方式，尋求解決方 11.

(20) 法，並從過程中獲得科學概念，學理課程結合實務、進而激發學生的創作能力。另外，本研究指出之「一般傳統教學」是以一般傳統配圖加工來進行太陽能車車架製作教學。. 12.

(21) 第二章文獻探討. 我國於1968年實施九年國民教育後，1979年11月第11屆四中全會第三議題研究組向中常會提報「復興基地長期建設方針草案」，提及「加強實施職業教育，分期延長國民教育年限」的主張，經過長時間的討論後，在同年的12月14日修正通過方案，已將原草案「延長國民教育年限」的條款刪去，改為「規劃延長以職業教育為主的國民教育」。由此可見，除明顯看出十二年國教為九年一貫的延伸教育政策，職業教育在十二年國民教育中更有其重要性（陳盛賢，2007）。 2001年3月14日，前教育部曾志朗部長曾說：「九年一貫的目的之一，就是要訓練老師為自己量身訂作適合的教學方法及教材，不要事事都要教育部規定」。張永達（2003）認為教師的教學應回歸到學生的學習，教學過程不以「傳授知識」為重點，而是必須「引領學生學習」；應培養學生的學習態度為「主動探索」，而不再是「被動接受」式的被灌輸知識。因此可知在引領學生學習的過程中，如何引發學生學習的動機，長時間維持學生的求知慾望或主動學習之意願，應是教師應不斷增進的教學技巧與知能，亦顯示教師應提升自我選編教材之能力。教師是教育改革的核心人物，教師素質與教學品質攸關教育改革的成敗。因此，教師教學品質的良窳，是決定十二年國民基本教育成敗的重要關鍵之一。本章共分為五節來做研究之文獻探討：第一節為十二年國民教育與教師專業，第二節為專題導向學習之內涵，第三節為教學模組的意義與特色，第四節為實驗活動教學的功能、實施策略與專題製作，第五節為教學成效。 13.

(22) 第一節. 十二年國民教育與教師專業. 教育部十二年國民基本教育專案辦公室 (2014)提出「高級中等學校教師教學品質提升方案」之實施方式，指出主要以成立高中職各學、群科中心學校，並結合高級中等學校辦理各項提升教師教學品質相關辦理項目，其中要點說明如下：一、辦理教師發展教材、教學活動設計與教學檔案等競賽與獎勵，蒐集並評選「典範教學示例」及「專題製作示例」，獎勵教師從事教材教法行動研究。將各項研發媒材上傳教學輔助資訊平台或編印成冊，鼓勵教師在課程設計、教材編選、教學實施等之創意與卓越成效，以精進教師教學經驗。二、聘請「典範教學示例」、「專題製作示例」教師擔任區域輔導教師，並辦理推廣研習與工作坊，建構教學輔助資訊平台推廣其經驗，以領導學校教師精進教學，協助教師在課程設計、教材編選、教學實施之能力。三、鼓勵各校推動教師教學檔案建立，並以漸進式、試辦性推動教師專業發展評鑑，建立學校本位教師專業發展評鑑指標，提升學校教師教學品質。四、課程的定義與教材選編原則與精神教育部（2014）學校本位課程，就是讓學校教師在教學上具有相當程度的自主空間來發展課程、自編教材及教學實施，此一特質將使學校教師之教學更具專業水準，在十二年國教延伸九年一貫的新課程規劃設計中，對課程定義與教材選編原則與精神。（一）專業原則課程設計的三步驟：課程選擇、課程組織、課程創造。學習領域中的教材應用，根據「課程綱要」之目標，以學生生活經驗為核心， 14.

(23) 考量學生個別差異、教學時數、地區需求、學校特色，與反映社會變遷的事實及未來的需要。由教育專業人員妥善加以設計，加以選擇、組織、及開發創造，九年一貫的課程綱要能讓教師發揮課程設計專業表現之機會的專業原則。（二）統整精神以學生為中心，重視學生的身心發展，此課程之統整性使其學習領域及學習內涵能與身心發展相結合。選編教材時，應掌握統整的精神，以實用技能為一個學習領域來規劃，在各學習階段應注意到概念做有系統與有層次的縱向發展，以及同一問題可由不同學科不同角度去了解的橫向聯繫。（三）發展原則課程的設計與形成，具有連續性的發展性，此課程的連續性重視學生身心發展、生涯規劃及終身學習的發展。在課程結構中的發展性，由本土到世界，從自我到他人。教材的組織可依生活上及社會上關心之議題、鄉土的題材來選編，可依學科概念展延的方式來發展，也可用幾種基本大概念的轉換等來統合，或以自然現象的表徵分類分項來探究。其組織形式可有多樣選擇，但編輯所依循的原則，須在教材的組織結構中明白的呈現，科技之發展影響人類生活，須培養學習者的科學認知及科技素養。（四）彈性原則課程是學生學習的內涵，因為學生的個別差異，地區及環境的形成不同文化與價值。因此，課程的設計要依據課程目標、學習領域、性質及內涵等來豐富學生的學習經驗，並且在教材內容須顧到認知、技能與情意的學習，課程具彈性原則在教材的選用保有學校地區的彈性空間。（五）實驗原則課程設計除應具專業、統整、發展、彈性之原則與精神外，在共 15.

(24) 同的課程目標引導下，學校得保有課程教材內容與教學方法做適切的調整，以因應教育改革理想進行教育研究實驗。課程設計中，學校可考量社區學校資源及需要，以「生活化主題式教學模組」來發展設計與審慎規劃發展學校本位課程，此乃具實驗之原則。因此可知隨著新課程的實施，可謂教育部關於發揮教師的專業能力有深切的期許，尤其在課程設計與教材的編撰上。由於各民間書商所編寫的教科書，必須依教育部規定的時程送請審查，然而，教師自行編撰的教材則不受此規範，因而以技術學習領域教學第一線的教師，在教材教學落實方面之發展空間可謂相當開闊及由其發揮之自由度。現今學校本位課程發展的課程目標以學生、學校社區的發展需求為本位，由課程發展相關人士共同參與，課程在教學情境中強調師生的互動，在教學上注重學生的主動學習和自我了解，以學生的個別差異及需求調整課程，教師則應扮演課程研究者、發展者與實施者的多重角色。運用科學知識與技能達到有解決問題之能力，從事科學性的探討活動，這種以探究方式建構的知識，養成重視證據和講道理的處事習慣，在面對問題與處理問題之當下，能以好奇與積極的心態來探討了解及設法解決，總稱此各種知識、見解、能力、態度與應用就是技術領域的教學目標，提昇國民「科學與科技素養」。「科學與科技素養」能力指標要項如下：（一）過程技能：科學探究過程之心智運作能力的增進。（二）科學與技術認知：科學概念與技術的培養訓練。（三）科學本質：對科學本質之認識。（四）科技的發展：了解科技如何創新與發展的過程。（五）科學態度：處事求真求實、感受科學之美與威力及喜愛探究 16.

(25) 等之科學精神與態度。（六）思考智能：資訊統整、對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性的科學思維能力。（七）科學應用：應用科學探究方法、科學知識以處理問題的能力。（八）設計與製作：以及如何運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。因此可知教師在課程決定上就很重要，有關的專業活動包括：課程目標、教學活動的設計，教材的編製與安排，教學實施，達成科學與科技素養的能力指標，教學資源的應用，教學進度的安排與教學研究等，均為教師自編課程時的一些專業性任務。本研究以設計機械科專業教師可運用太陽能車車架教學模組的方式，編寫可引導學生增加技能的實驗或專題實作為主的教學活動教材，以此教材使用於彈性課程與彈性時間之教學，用以指導學生學習，增進學生對機具操作的興趣與提升設計認知、技術的有效性，加強學生的實習步驟、加工過程扎實與技巧強化，並能使學生在機械相關的學習成效上有顯著的幫助。. 第二節. 專題導向學習之內涵. 壹、專題導向學習的意義專題導向學習是建立在課程統整、建構主義與認知心理學等理論基礎上所發展出的一種教學與學習方法 (謝佩君， 2003)。依照學者 Thomas 在2000年所發表的文章中指專題導向學習的教師手冊定義：專題是一種複雜的工作，它是根據挑戰的疑問或問題，經由學生的設計、問題的解決、決策的擬定或是研究的行動，給予學生機會，在一段時間內自主的從事相關的工作，並且完成真實的產品或發表；而學者Blumenfeld 認為專題導向學習呈現建構主義精神的四種要素為： 17.

(26) 一、導引問題：優良的導引問題必須是可行的、有價值的、情境化的、有意義的。二、調查活動及專題作品的發展：透過學習者著手調著，發展專題作品的機會，使其體驗蒐集、分析、整合資料、結論、及發表作品的過程。三、合作的學習方式：藉由組員的合作探索問題、分享訊息、觀念、資料，形成學習社群。四、使用科技做為認知工具：專題導向學習主張運用科技提供生動的表徵，不僅能增進學習者興趣，同時也能輔助其操弄、建構並修正表徵。專題導向學習是以具體來發揮建構主義理念的一種學習方式，其目的主要在解決學習者不能活用知識之現象。為解決這項教學績效不彰之難題情況，其主要作法是藉由知識或技能上的專題，統整不同的學科領域，安排較複雜的作業，規劃設計出能增進學習動機、發展後設認知策略以及合作學習的情境，除了使學習者不僅學到解題知識，也能學到如何有效應用知識 (Blumenfeld, Soloway, Marx, Guzdial, & Palincsar, 1991)。在傳統教學中，教師的教學活動和課程設計者是相似的，教師得親自發展教材、撰寫教案以及課程講述、評量等，主要的活動控制權在教師這一方，學生只是被動的學習與接收知識；在專題導向學習中，與傳統教學較大的差別是教學活動是經由訓練、討論、引導…中而產生的，而圖2-1即是專題導向學習中，教師所應執行的專題設計基本流程。專題設計是專題導向學習中最基本也是最重要的階段，一個不良的專題活動設計將帶影響專題導向學習的學習過程(H.Batatia)。而專題導向學習的目的在於讓學習者從問題或疑問中，設計、決策、解決；並在合作的環境中從事相關的工作，最後完成作品及發表。藉由專題導向的學習歷程，統整不同的學科領域，安排複雜的作業，設 18.

(27) 計出能增進動機與合作學習的情境，來引發生習者探索問題的能力及活用知識的能力。. 圖2–1 專題設計基本流程圖. 第三節教學模組的意義與特色壹、教學模組的意義根據Goldschmid（1972）對模組的定義：一個獨立的單元，不一定受到一連串學習目標的支配，被設計用來協助學生完成某種定義明確的目標。根據Warwick（1987）的認為：模組通常是指一個單一的單元，這些單元具有明確的目標，教育者組合很多的單元來達成更大的任務與長期的目的。根據姚如芬（2001）的說法：認為「教學模組」的意義，係指由同一主題貫穿的一系列的教學活動，每個教學活動皆與該主題相關且可獨立存在，而教學者可視實際教學的需求自行組裝此教學活動，無須從頭到尾全數實施。 19.

(28) 根據陳文典（2001）的說法：是一個主題式教學的教案，或稱之為一個「大單元教學計畫」這麼一個以「重點選擇的探討及解決主要議題」所組成的教學活動，就叫做「教學模組」。根據傅學海（2002）更進一步提示：模組可供教學或自我學習的工具，提供學生學習的模組，如果其有創意，常能讓學生耳目一新，引起學習的興趣，並對教學模組提出四要件：（一）動手做：器材儀器盡可能在日常生活中可取得且價格便宜。（二）融入科學原理。（三）量化。（四）有趣、與眾不同。基本上，任何教學模組都必須包含教學內容與材料，必要時也必須附上實驗器具或操作用教具，在教學模組中可以包含下列素材：（一）學生使用的教學模組應包含教材、實作或實驗表格、評量試題。（二）教師使用之教學模組應包含設計理念、補充資料、資源推薦、評量試題解答。（三）也必須提醒教師應注意之事項，例如實驗安全、化學藥品安全操作方式等。傅學海（2002）認為：由於許多學校限於經費與教學時間，並不強調實驗或操作，或只進行示範演練，甚至只進行「紙上操作與實驗」，成為自然科學教育中的瓶頸。因為「實驗」是自然科學中不可或缺的一環，動手操作與實驗是不可被取代的經驗，所以強烈建議在「教學模組」中，須達成「動手做、做中學」的精神。教育部（2003）課程綱要中指出「教學模組」就是如何建構一個更合適的、更能發揮教學效益的「學校本位課程」之基本形貌：（一）教學活動以應用「生活化主題式教學模組」來設計探討的「主題」是以學生切身關切的問題，運用生活上的題材來 20.

(29) 學習科學，教學應設計成以學生為學習主體的、科學探討的、實作的活動方式。教學與評量應同時兼行，由於教學目標是在各項能力的培養，因此，評量的內容和方式也應多元化。為了適應各地區的教學環境及學生的特性，這種「教學活動單元」應具有可增刪、可修改的彈性，也就是「教學活動」所提供的教學策略要多種，教學資源要充沛（應超過實際教學時的需要），設計的教學流程應該是建議性的、有彈性的。為了考量學習者的自主性，「教學活動設計」應以「教師手冊」為主，「學生活動」材料的部份有許多應是在教學現場中，再由教師臨場決定提供不提供，或如何提供。我們把這種內容更充沛的，但較寬鬆的、有彈性的、建議性的教學活動單元稱為「教學模組」。（二）可以利用系列的教學模組，組合成「學校本位課程」以學習階段為單位，規劃系列主題式教學活動，使教學內容能涵蓋分段能力指標「科學與技術認知」上所列之核心概念。在安排系列的教學模組之教學時，可依某一大概念將各模組作有結構的安排，使科學概念能依一定的層次發展（不過，在生活化主題式的教學中，不宜過度強調科學概念的邏輯發展）。（三）教師可以善用統整教學及協同教學生活化主題式的教學，雖然可能某一主題貌似某一學科的內容（例如「怎麼吃才會健康」看像生物），可是探討時也可能涉及到其他專業學科的知識（例如估算熱量單位，例如食物的酸鹼性等），所以它的與技術的「統整」是很自然的，而不是要刻意把各學科的材料牽強的合在一起。協同教學可以領域小組為單位來進行，妥適協調教學進度、相互支援教學（陳建民、樊琳、邱美虹、李賢哲，2012）。杜元貴（2005）認為：當我們將模組設計應用於教學活動時，也就是將教學當做是「對某一主題進行探究」的活動，學生能藉此活動獲得各項知識和技能的學習，並且在探究的過程中，師生可以選擇與 21.

(30) 決定探討規模的大小，探討層次的深淺，最後的目的便是使學生能夠對「主題」更確實的認識，或是獲得更精湛的技能。從上述內容來看，教學模組是一種重新建構的教材，目的是為了解刻板化的教科書，或取代教科書中不適切的編排方式與內容，若就教學方式來看，教學模組並沒有固定的形式，以教師與學生的需求而彈性做改變。. 貳、教學模組的特色綜合相關研究（陳文典，2001；杜元貴，2005）發現教學模組具備下列幾點特色：（一）統整性教學模組主要是以「主題」探討的形式進行設計，因此模組的內容可以是主題式統整，以主題出發，除了對學科知識內容的內部統整外，還能對外和生活經驗以及其他學科做橫向聯結。（二）實用性發展教學模組主要的目的是協助教師教學，促進學生的學習，因此也可以說它是以問題為導向的一種教學設計方案，亦即設計者可依據學習者的需求量身打造一個具個別化、適性化的教學內容，給予學生最良好的學習條件。（三）彈性化以教學層面而言，教學者可以照自己的方式與想法，組織模組所欲達成的目標，也可依照自己的教學目標，彈性選取或重新組裝模組的單元，並非一個「固定」的教學模式，給任課教師教學自主的空間。（四）趣味化教學模組的功能就是想要取代刻板的教科書內容，因此在活動內容或進行方式都會比教科書的設計來得活潑有趣，並以此引起學生的學習動機。從上述內容來看教學模組是一套提供教師與學生使用的材料，可 22.

(31) 以用來教學與自學，沒有固定的模式，但許多教學模組採用主題式架構，來達到有效學習的目的。在大主題的教學目標下，發展出相關的次主題或子問題，再依據次主題的性質，以多樣的教學活動，達到教學目標。十二年國民教育教學的「機械群機械科專業技術領域」，著重務實致用，生活實用科技、專業技能的統整學習。故教學模組的教學目標，也是統整的，透過教學內容與探討活動的彈性與創意，一個主題可討論到其他學科中任何一個領域，教學活動完成後，學生從中學到的，不只一個領域的知識與技能，並且也產生了創意方面的提升與思考方向的擴散（鄒玉鈿、張景媛，2012）。. 第四節實驗活動教學的功能、實施策略與專題製作壹、實驗活動教學之相關研究 Bolsser（1981）、Bates（1982）的研究中提到：教師與學生皆認為課程中，操作性實驗在教學活動上是不可或缺的，實驗活動課程的教學過程是學校在科學教育及技術教育中，不可分割的一部份。 Hofstein & Lunetta（1982）的研究中提到：實驗教學活動在學校教學中佔有一席之地，學生可從實驗教學中獲得觀察及操作的能力，並有助於學生的智力發展、探討與解決問題能力的實質提昇。 Tobin（1990）曾提及：實驗活動在科學教學中已有一段很長的時間，幾乎被視為科學教育中重要且神聖的一環，實驗活動在科學教育上是非常重要的，好的實驗活動可以提供學生進行知識建構的機會。許榮富、趙金祁（1987）認為：大多數科學、技術教育研究皆認為實驗活動是科學、技術教學所不可缺少的一環。金佳龍（1997）認為：相信透過實驗活動能讓學生真正體驗科學建構與驗證過程，而能培養科學興趣、態度及學習科學、技術方法， 23.

(32) 且能讓中學生學習形式運思分析思考之技能，並提供知識建構的機會幫助學生進行有意義的學習。由此可知太陽能車製作是一門首以實驗為主之技術科學，學生經由參與以探究為中心的實驗活動，培養科學興趣，熟悉科學方法，增進個人解決問題自我學習、邏輯推理等高層次抽象思考能力，進而進行專業設計活動。. 貳、實驗活動教學提供學生建構知識之相關研究 Deway（1916）指出：科學之技術教育最重要的不是科學知識的灌輸，而是態度的培養，例如提昇科學興趣與能力甚至對科學本質的體認，而科學實驗活動教學不但是科學的特色，也是科學教學的核心。 Bruner（ 1961）強調：要透過實驗活動，讓學生學習科學及形式、分析的思考方式，以俾於新知識的建構。 Piaget（1969）認為：實驗活動的過程對所有年齡的學生都很重要，唯有經歷實驗歷程，學習者才能獲得抽象形式運思中思考所需要之技能，更重要的是實驗通常可使人產生新的想法。 Friedler（1990）認知心理學的論點指出：對於科學概念所面臨的教學問題時，以學者曾提出就被當成事實來教授，使得學生只透過抽象語言來瞭解，事實上科學是由探索行動與操作組成的，也等於說，實驗活動在於科學教學上是非常重要的。 Tobin（1990）強調：實驗活動提供學生真正了解的學習方法，藉著做科學工作從事建構知識過程，透過實驗活動可以提供學生建構知識的機會。許榮富、趙金祈（1988）認為：基本上實驗活動提供學生進行彰顯、演示與驗證他們已知的概念與定律的功能。張惠博（1993）對實驗目標的看法是：透過實驗活動，可以讓學生體驗並學得驗證邏輯的科學方法、科學態度與科學精神，學生能夠 24.

(33) 經由實驗活動學習科學探究的方法，進而瞭解科學本質及學習從事科學的態度。洪振方（1997）認為：不論是屬於何種典派的教學觀，都強調透過實驗之活動教學能讓學生真正的體驗科學知識理論之建構與驗證過程。由上述可知科學、技術課程重視從實驗活動中，來提供學生探究與發現的機會，培養科學精神、科學方法與科學本質，並透過實驗活動的經驗來增進技能的發展，學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於科學探討、助於專業技能之態度養成與技術精進。. 參、實驗活動教學之演進與功能 Tamir（1976）綜合學者意見提出支持實驗活動的四大要素（引自許榮富、趙金祁，1987）：（一）科學概念包括較為複雜的主題，初級及一些未達形式操作期的中學生，在沒有具體事物操作機會時會無法了解其含意。（二）實驗活動的工作可以予以學生鑑賞科學之方法及精神。（三）實際之經驗增進技能的發展，連帶有廣泛的類化效應。（四）學生一旦喜歡實驗活動，將更有興趣於科學與技能方面的研習。 Simpson ＆ Anderson（1981）也曾將實驗室之功能綜合歸納如下（引自洪姮娥，1984）：（一）教導認識科學和技術的本質－幫助學生了解科學與技術之不同及其唇齒相關之特性，以及科學內涵與本質。（二）學習解決問題的技巧－藉由學生對物質的處理，培養其解決問題及思考技術等能力。（三）學習操作技巧－藉由實驗活動而接觸處理真實材料的機會，正可訓練操作技巧。（四）學習主要觀念和原理－幫助學生組織事實及現象，且經過實 25.

(34) 驗活動踏實的訓練和經驗，使學生較能掌握觀念原理及原則之關係。（五）發展興趣、態度和價值觀－在實驗活動充滿有趣與挑戰的環境中，可使學生發展科學興趣，以及處理科學與人生的科學態度和人生觀。 Hofstein 及 Lunetta 回顧實驗活動在科學教育的角色及演進（Hofstein＆ Lunetta,1982）歸納如下（引自杜元貴，2005）：（一）十九世紀，實驗活動本是用以增加物質與概念經驗為主。（二）在1910年後，由於教育改革活動，普遍的對科學教育本質造成衝擊，尤其是對於實驗活動在科學教育的角色。在Dewey提倡「做中學（learning by doing）」的學習理念下，教科書及實驗活動手冊開始朝向較為實用的方式編製。（三）第一次世界大戰後，實驗活動被用以驗證所傳授的專業知識。（四）在 1960年代以後，新科學課程實施，重視從實驗活動中，培養高層次認知的科學過程技能，藉由實驗活動提供學生探究與發現問題的機會，給予學生感受科學精神、科學方法、問題解決、分析、推論，並提供學生瞭解科學本質。學者Millar（1989）曾指出實驗教學活動的三種功能：（一）教師藉由實驗教學活動，幫助學生了解科學與專業技術的概念以及理論意義。（二）實驗教學活動可以使學生學習到科學研究歷程中的實用技術及一般策略。（三）實驗教學活動使學生有機會嘗試解決問題的方法，了解解決實際問題不能固守一套刻板的思考模式。. 26.

(35) 許榮富、趙金祁（1988）認為：實驗教學不但能發展科學實驗過程技能，而且在實驗活動過程中，可以培育科學態度，理解體驗科學本質、發展更高的認知能力，建立科學概念與發展科學實驗技能等五大目標及功能。. 肆、實驗活動的教學策略張惠博（1993）認為：科學教育的重要功能之一在於，提供合適的機會讓學生認識科學，學習科學，進而應用科學知識於日常生活中，而實驗活動正式提供學生一個好的機會學習科學，並歸納許多學者有關實驗教學策略的觀點，提出主要的實驗教學重點，摘要如下：（一）實驗活動前簡介與討論 1.實驗活動的內容要加以說明清楚。 2.說明或示範合適的實驗步驟。 3.確定學生對實驗活動已經瞭解。（二）實驗活動中 1.確實督導並瞭解每一組之實驗進度。 2.要把注意力投注於少數組別或某一部份學生。 3.實驗開始後，盡快瞭解每一組之進展狀況，是否開始以及方向是否正確。 4.準備若干問題用以檢驗學生操作上及方向是否正確。（三）實驗活動後 1.準備一些問題幫助學生對實驗作總結及分析。 2.對每一個實驗應做歸納性說明。. 伍、實驗活動教學對學生學習成就之相關研究實驗是否能幫助學生學習科學一直是科學與技術教育學者關心的焦點： Simpson and Anderson（1981）認為：學生在忙碌的實驗中有更多的思考，通常這實驗會越有意義（歐陽鐘仁，1990）。 27.

(36) Tobin（1982）研究指出：在現實物質環境中，科學過程技能可以提供一種途徑，以幫助學生解決問題並發展科學概念。在部分實證研究中發現，教師指導學生實際操作的教學模式，是可以增進學生科學過程的能力。 Friedler & Tamir（1984）的研究中指出：學生的潛能無限，且實驗活動往往是喜愛科學的主因，在傳統的食譜式實驗中，學生只是根據步驟而無意識的操作實驗，更進一步指出許多中學生都缺乏觀察、定量計算、實驗設計和推論等基本操作技能的發展，原因之一是缺乏或不適當的實驗前後討論工作，然而這是將實驗操作與理論概念連結的必要基本步驟。 Millar（1989）；Larochelle & Desautels（1991）認為：要讓學生在投入實驗活動的時候，不但能運用大腦，也能了解實驗和理論之間的關係，探討教材與改進教學是必要的。同時，也要了解學生進行實驗活動的方式，以此為基礎，方能雙管齊下有效地引導學生了解實驗活動的本質。Tobin（1990）研究發現：學生在50 ％以上的時間從事不明顯的學習工作，只有20％及5％的時間是在做一些比較明顯的計畫或思考運作的工作，另外分心時間佔約有30％，雖然學生可以由聽、看學習到新東西，但若能再加強學生的參與程度，學習的效果將更為提升。 Lehman（1990）也建議：往後的研究應該朝向減少學生花費在相關實驗過程的確認上，而增加學生在分析資料與實驗活動前後討論的時間，這樣可能使實驗教學活動更有效率。 Lucas & Roth（1996）的研究中指出：學生喜歡開放式實驗，對於傳統式教學步驟，學生學習興趣較低，且實驗的過程方法都變成無意義，無法有效培養學生的過程技能。 White（1996）指出：實驗活動雖有助於學生發展操作技巧，但是卻無助於讓學生了解實驗和想法或理論之間的關係，提出質疑的看 28.

(37) 法，指出實驗探究活動，不但無助於學生在科學知識或技能的學習，而且學生常常是在不瞭解實驗的本質或目的下進行實驗活動，指出學生在做實驗時，常常總是帶著合乎課本的邏輯理論而制式化的尋找出一定的實驗結果，批評學生做實驗只用手不用大腦。由上述知為加強學生的參與探究科學知識，老師應該設計幾個符合參與探究的實驗單元，引導學生思考、討論，鼓勵學生進行實驗活動時，多思考，自己找出答案，讓學生不只會按照步驟進行實驗活動，而能深入探討並思考實驗現象，培養過程技能，進而具有解決問題的能力。學生在實驗活動參與的表現會影響學習方法及收穫，多半研究者建議教師教學設計結構性的活動使學生於「看」及「聽」貫穿整個教學活動。蔡佩穎（1998）；蘇懿生（1999）等研究者認為：教科書中的實驗活動編排能依實驗活動的性質，作適度的開放，專業教師避免以講述的方式直接指導學生進行實驗活動，活動進行時應兼顧實驗活動單元目標的完成以及學生探究的機會。余岳川（2001）認為：實驗活動是科學與技術教學的特色之一，有其重要育必要性，如果只有課堂的講述很難使學生對相關科學與專業方面有正確及深刻的認識或引起學生的興趣，下面三句話最能表示動手做實驗活動的重要。 I hear, and I forgot. 我聽過就忘了。 I see, and I remember. 我看過才記得。 I do, and I understand. 我做過才瞭解。徐敏榮（2002）認為：實驗活動在科學教學活動中，是佔有極重要的角色。活動設計的好壞，影響學生對科學的興趣、態度及好奇心甚大。學生能夠經實驗活動學習科學探究的方法，進而了解科學本質及學習從事科學的態度；而好的實驗活動可以提供學生進行知識建構的機會。因此大多數的課程設計是藉由做實驗學習科學過程，許多研 29.

(38) 究也強調實驗教學在這方面的功能與成效。杜鴻模（2002）認為：從專業低成就學生之輔導個案更明白說明要輔導專業低成就的學生，一定要從實驗活動著手，才能見到成效。徐敏榮（2002）認為：實驗活動在科學教學活動中，是佔有極重要的角色。活動設計的好壞，影響學生對科學的興趣、態度及好奇心甚大。學生能夠經實驗活動學習科學探究的方法，進而了解科學本質及學習從事科學的態度；而好的實驗活動可以提供學生進行知識建構的機會。因此大多數的課程設計是藉由做實驗學習科學過程，許多研究也強調實驗教學在這方面的功能與成效。周建和（2002）提及：學生肯動手做活動必是「喜歡做實驗的」，目前國內所推動的十二年國民教育課程，強調讓學生做一位創客，從實作中自我習得經驗，顯示動手做活動在科學教學中的重要性。動手做活動在教學中呈現的功能如下：（一）動手做活動能使學生經由思考而學習，並能引起學生更強的學習動機和興趣，藉以激發出學生的創造力。（二）透過動手做活動的情境營造，學生能主動參與，在輕鬆、無壓力的氣氛下學習，更能吸收課本知識，此外由於學生能從做中學，學習者對科學概念就能得到更深層的了解。張靜儀、劉蕙鈺（2003）認為：科學與專業技術之教學引起動機的策略與方法中第一項就是利用科學實驗過程當作變魔術的把戲，來激起學生的探索慾望。杜元貴（2005）認為：過去在教學上，缺乏的是實作的機制和創意的融入，雖然還是有實驗，但總是按步操作，學生無從創意和思考，亦無法讓學生體認學習的重要性和樂趣。由上述可知以十二年國教，技職目標「務實致用」之落實，就必須植入在學生的生活中，課程的設計以生活化、多元化、適性化，要讓學生能感覺到學習的有意義與快樂，才能培養學生具有帶得走的能 30.

(39) 力而不是帶不動的書包。機械群機械科專業技術領域是手腦並用的課程，應以探究及實作的方式來進行，實驗活動課程之實作將得到科學與技術的探究方法，培養探索科學與專業技術的興趣和熱忱。國民教育目的是要讓學生「健康的成長，快樂的學習」培養健全國民，九年一貫課程與十二年國教提倡上課動手作是藉由實驗活動歷程，讓學生由體驗實驗建構過程，給予自行建構知識的機會，不但可以讓學生自主學習、快樂學習，更能幫助學生進行有意義的學習。由上述的探討應用於本研究太陽能車車架教學模組的設計上，以實驗活動需求之考量也包含了許多專業活動教學相關的機械及機構原理，目的在增進學生專業科目的學習成效，引起學生對實用科技與技術的興趣，以「健康的成長，快樂的學習」，並且植入在學生的實際生活中，改變學生對科學與專業技術生硬的觀念與被動學習態度，而得到帶得走的實用科技與技能，使學生能經由動手操作的教學活動中學習專業技術探究的方法，了解專業的本質，並提供學生建構科學與科技素養的機會。. 陸、專題製作的定義專題製作（Project Work Curriculum）是一種以專題方案進行工作的組織學習模式。專題是一種複雜且具挑戰性的整合性工作，學習者在專題工作進行的過程中可以經歷產品設計、問題解決方式、決策訂定及產品開發等活動，讓學習者有機會在專題工作流程中，自主規劃時間裡獨立或合作執行工作，並且實際完成專題所應呈現的成果（Hancock, 2004）。蕭錫錡（1999）認為專題製作為一門整合性課程，學生經歷相關專業課程理論與實務學習後，藉由專題製作課程進行組織、應用、統整、創新與研發能力之學習，透過專題製作過程可以培養學生整合所學之理論與技能發揮其想像力與創造力，並將其運用在產品設計、製作或問題解決上。並且經由專題製作課程可以增進學生之問題解決能 31.

(40) 力與技能學習、促進學生之團隊合作與人際互動。王繼正（1998）認為專題製作是提供學習者最有價值的學習，主要培養學習者動手實作、動腦思考，也可以訓練學生學習如何面對問題、解決問題，更可以藉此養成互助合作的團隊精神。黃金益（1998）對專題製作定義為由教師指定或學生自行選擇適當的專題，經由個人或小組的互動與合作，運用所學的技能及理論基礎，發揮想像力與創造力，實際應用在工業產品之設計與製作的課程。郭柏立、鄒國益（1996）認為專題製作課程為一個自我能力提升與訓練的機會，其融合基礎理論、實作及檢驗測試等過程，以培養學習者創造、思考與實作能力。 Bank（1994）認為專題製作課程在塑造學習者能夠靈活運用所學知識與技能，訓練開發創造思考的能力，培養邏輯與直接思考能力，以及與他人互助合作、相互配合的習性，進而能夠解決問題。 Blumenfeld（1991）認為專題製作強調學習者自我掌控的管理能力，互助合作的學習能力以及有效評估的方式去促進理論與技術之精通。陳昭雄（1991）認為專題製作是為整合知識、理解、應用、分析、綜合、評鑑六大教學目標的一門訓練課程。此外，專題製作也加入了一些學習特質，如多樣化的問題解決策略、面對挑戰的態度、責任心及職場問題。其目的在促使學習者學習動機與求知慾。 Fried-Booth（1987）認為專題製作為提供學生自主性地學習解決問題的機會，讓學生在學習的過程中對自己負責，並養成自動自發的精神。使學生結合所學之理論與實務，藉由任務分工及合作學習，以提高學生之學習動機及培養學生獨立思考及團隊合作之能力。. 32.

(41) 蕭錫錡（1998）則將「專題製作」視為一整合性課程，學生在學習相關專業課程理論與實習課程後，藉由此課程進行組織、應用、統整、創新與研發能力之學習，透過專題製作過程可以培養學生整合理論與技能，發揮其想像力與創造力，並將其運用在產品設計、創新、研發、製作力。並且經由專題製作課程可以增進學生之問題解決能力與技能學習、促進學生之團隊合作與人際互動。王繼正（1998）認為「專題製作」課程可使學生能夠靈活運用所學知識與技能，訓練開發學生的創造思考能力，培養與他人互助合作相互配合的習性，進而能夠培養問題解決的能力，提升工業水準。綜合上述，專題製作可定義為「根據學習者所學相關領域之理論，選擇適當的專題方向，從團體討論交流中，發現及解決問題，達成問題解決的學習目標；從團體互助合作中，學習人際互動的社交技巧；整合知識理論與專業技術應用，建構成熟的實作技能」。職業學校的課程標準經過民國六十三年、七十五年的修訂，在民國八十七年第三次的修訂中始將「專題製作」課程列為選修課目，並於九十四年公佈的「職業學校機械群科課程暫行綱要」，將「專題製作」列為機械群的校定必修課程，由此可知，專題製作課程的教學目標，在技職教育中備受肯定，並視為學生畢業過程的重要經歷。. 柒、專題製作課程的目標專題製作課程可經由分組學習與研究的過程中，來培養學生自我學習、溝通表達、責任感、團隊精神和人際關係等相關能力。在課程的目標上，可以達到理論實用化、技術應用與驗證、充實實務經驗、產學合作及企業訓練。王貳瑞（1995）認為學習者利用專題製作可以將理論與實際結合，對學生而言可縮短進入社會之調適期及建立畢業後的就業基礎，對企業而言，則可節省訓練成本。因此實務性專題製作設計之具體目標應該包括： 33.