科技應用研發之教學活動主題之選訂

科技應用研發之教學活動主題之選訂

習方法（ITEA, 2003）。科技能力（Technological Capability）是指能人類能和所生

存的人造世界互動，能運用資源、改造世界、解決問題的行動能力（Stables，1997）。

由於科技能力直接影響經濟和社會的發展，因此各國都很注重科技能力的培

育。譬如美國的科技教育協會（International Technology Education Association）擬

訂了科技能力各類有關標準，以及大批輔助科技教育教學的書藉（ITEA, 2009），

以促進科技能力之培育績效。又譬如英國、南非、瑞典、鈕西蘭等國的教育課程

都重視實際能動手解決問題（McLaren, & Dakers，2005）。其中鈕西蘭的科技教

育課程，還把強調科技能力的培育列為教育三大主軸之一，其他兩項為：增進科

技知識，和瞭解科技與社會（Middleton, H., Pavlova, M., & Roebuck, D.，2002）。

但是，我國對科技能力培育似乎不夠重視（師大教育研究中心，2003）。我 國的國中小學九年一貫課程標準，動手做的教學節數約占整體課程比例太低，我 國僅占 2.8%，英國則是占 8%（陳宇楠，2006），將嚴重影響未來國民實際動手 做解決問題的科技能力。 抱著「匡時弊而正法度」的心情，本文特別針對動手做的教學活動，應該如 何選訂主題、如何取捨教學內容，進行探討，來就教於全體：仍執教於工藝教室 或生活科技專業教室的老師，或雖然在普通教室上課，但仍克服困難，安排學生

們動手做的生活科技教師們。 為了方便描述，本文把動手做的教學活動，用「科技應用及研發」一詞來代 表。並將各類教學活動，不論是專題製作、或設計製作、或為科學展覽競賽，所 擬訂的教學活動主題，區分為三大類：(1)會使用科技解決實際問題、(2)會設計 製作及研發、(3)會把科技概念轉化為實用的新科技。 本文之敘述，分為兩大部分：（1）首先在第貳章，探討生活科技教學活動的 主題，到底應該如何取捨，應該注意哪些選訂原則；（2）其次在第參章、第肆章、 第伍章，分別探討上述三大類可能適用於「科技應用及研發教學活動」的點子。 希望這些不同深淺程度的可用「教學活動主題」（教學活動的點子），對於 天天思考要教學生「做什麼」的生活科技老師，會像「食譜」對做三餐的家庭主 婦一樣，具有實用參考價值，能夠緩解要「做」什麼的煩惱。 貳、科技應用與研發教學活動之主題選訂原則 不論我們是指導學生每週進行專題製作、或參加科學展覽、還是工藝或生活 科技競賽，我們生活科技課，為了培育及增強學生的科技能力，對於製作主題之 取捨設計及選訂，應該採行下列原則： 一、應強調科技研究,而非科學研究 生活科技課的教學活動，其主題的選擇，應該強調科技研究。 科技研究基本是研究一個新方法，能夠用以有效利用資源，解決人類生存或 生活問題，通常是研究人造世界的問題，而且往往具有經濟價值（可帶來經濟利 益）。它所用的方法除了常常談到的：解決問題、設計與製作、故障排除、分析 測試、研究發展等，還包括：科技的評估、預測、測量、試驗、建構選擇標準、 系統的發展（system development）、改良、提昇效率及績效等等。 科學研究就不同了，科學研究的目標是發掘真象（通常是研究自然世界）， 手段是在操控制變因的條件下，進行實驗，以證實或推翻假說，而提出對真象的 解釋，並進而歸納出原理原則，以便能做預測或操縱之運用。

生活科技教學為了強調使學生熟悉科技方法，就不能不認清兩者的區別。 二、應探究實用問題如何解決,而非呈現一些科學原理,或複製一些科學效應 有些參加科學展覽的作品，是從教科書或參考書中找到一些機械設備的圖片 （譬如：阿基米德式螺旋抽水機、龍骨水車），或一些物理化學效應的解說圖例 （譬如：電流的熱效應、電流的磁效應），他們花了不少時間、費了不少功夫， 模仿做出一個類似的裝置，問題是：這類機械結構一目了然，這類效應一聽就懂， 其道理都懂了，卻還要把它們做出來。試問在這種情況下，從製作中，除了學會 基本的零組件裝配的技術，又能學到什麼？所學得是科技嗎？科技能力能因為這 項設計製作而有所增長嗎？ 所以對於國內科學展覽項目中，常見到的做儀器，機具或模型之製作，筆者 認為根本沒有教學價值，除非在設計製作中能測試改良儀器或機具的性能。 三、 應專注於一個很小的問題,而非同時探究好幾個相關問題 很多專題製作或作業之研究，失之於研究主題範圍太廣大、研究目的和研究 的問題太龐雜，由於求廣則難以深入，所以研究成果自然有限。因此在教導學生 選訂專題製作題目時，要求：目標一定要專一，只探討研究一個重點，只想解決 一個最嚴重的問題。 筆者這樣說，並不是認為研究目的或研究問題只能列出一項。當然研究目的 和研究問題，可以寫成好幾點，但是其主要內涵要明明白白的專注於只想深入研 究一個問題。 至於其他相關的問題，則應留給別人或下次去做。 四、 應強調科技概念之創新價值, 而非作品之製作是否精良 學生不是合格技術工人，學校生活科技專業教室也不是設施齊備的工廠，所 以不應期待學生的作品，製作得如何精良。因此，教學活動主題之選訂，要以學 生到底可以學到什麼科技概念和科技方法為最高指導原則。換言之，只要透過教 學活動，學生的科技能力有所增強，那就對了。 至於談到科技概念及研究工作之原創性或創新價值，並不是說：別人做過的 我們再去做就沒有原創性。凡是前人未曾研究過的問題，或前人從來沒有使用過

的研究方法，我們採用了，我們就有原創性。但是這時候，要多用心做文獻探討， 把所有可能得到的相關研究製作的文獻要拿來研究，找出我們所研究製作的問題 （切入點）和方法（策略），和他們（前人）到底有哪些地方不一樣，而且要很 清楚的在研究報告（或作品說明書）中做清楚的比較分析，免得被控告為「剽竊」。 五、應加強解決問題及設計之思考和決策，要能分析需求目標標準及程序步驟 沒有科技能力的人，如果做出了一件作品，很可能、他說不出，他是如何做 到的，下次再做，他也沒有十成的把握一定能夠做成功。反過來說，一個詳細的 食譜，或有專利的配方，照著方法步驟去做，十拿九穩會做成功。 這就是說明，我們教學生專題製作時，不是訂個評量標準（譬如功能 30%、 製作 30%、外觀 20%）就可以了。重點是我們要讓學生，很清楚的了解：他所做 的工作，目標(方向)和標準(可客觀量度)是什麼？是想符合什麼需求？採用什麼 程序和方法最有效？換言之，一定要讓學生明白分析出(列出)他的專題： „ 功用價值 (解決什麼問題,增進什麼科技能力)， „ 設計之要求(成果及標準)、限制， „ 方法：工作流程、器材設備等。 最好，還要要求學生檢討及列出他的設計製作過程中的： „ 分組及團隊合作分工情形， „ 問題及設計需求之釐清， „ 確定有那幾種解決方案， „ 製出原型及擬妥評量法， „ 對整個設計之評量及檢討。 六、應做好現有科技及技術發展之調查，而站在發展前沿，向前探索 當我們教導學生製作一個作品參加展覽或競賽，特別要講求所選主題，對科 技及方法而言，是站在該地區該學校，所儘可能取得的資源條件之下，算是站在 科技發展的前沿。換句話說，科技較落後國家學校的專題製作，其研究的主題和 內容可能比高科技國家落落後，但是卻也可能是最實際、最切合需要的。

生活科技課的專題製作或參展製作，一定要和寫科學論文一樣的注重文獻探 討。對於自己想做的，一定要查清楚，別人是否曾經做過？或曾做過到什麼程度？ 前人是使用什麼程序方法？要能夠做清楚的在作品說明書分析比較。同時也要把 自己研究設計思考的演變記錄保存下來，供做「竊權答辯」或「申請專利」用。 七、應採用科技產品(各種零組件)而非用採用原材料製作代用品 大家都知道：當研製新汽車時，是不需要自己研製車輪的，即英諺有名的：

「do not spend unnecessary time on reinventing the 'wheel'」，但是很多人還是經常犯

這類的錯誤。歷屆科展都常見到這類的作品。 生活科技教學活動及參加科展或競賽，主題之選擇，與其浪費精力用於製作 代用儀器（譬如：製作代用的溫度計）、代用設備（譬如：製作代用的擴音機）、 和代用試劑（譬如：製作代用的指示劑）、和代用產品（譬如：製作代用的粉筆）， 不如多花一些精力，用在研究，如何把各類最新科技產品、儀器機具設備，學會 有效使用，而發揮各類新科技產品設備之最大效益。 八、應使用實用的檢驗合格的控制器材設備 目前市面上有很多很實用的控制器材設備，可以用來輔助我們的作品的測試 和實驗工作。如果能借用到大型實驗或控制系統設備，將可使設計製作之測試工 作簡化、加速完成、及提昇品質。多接近新型的實驗或控制系統設備，才能體驗 現代自動化實驗設備是如何的進步，也才能體驗什麼是自我診斷、自控、自調、 自行判斷做決策等智慧型的檢測控制功能。 在必須自行組裝實驗或控制系統設備時，要切記只要能夠找到現成的控制器 材，就不要嘗試著自己去做。因為把各類現成的實驗或控制器具組裝成為一個完 整的系統後，其效能決定於最弱的一環。而我們自成裝配製作的器具，譬如自製 的光敏電阻光電控制電路等，其性能之準確度及穩定度絕對比不上市售的光電開 關。因為後者是經過檢驗合格得到認證的工業級產品。 九、應使用精確的量度儀器設備 國內科展常看到有人實驗「水果電池」或「太陽電池」，用簡單的三用電表

來測量所發出的電壓「伏特值」，想來測出發出電能的情形。另一種情況是，有 些實驗中需要測量照度，明明市面上有檢驗合格的照度計，不拿來應用，而卻採 用簡單的太陽電池或光敏電阻，認為反正發出的電壓大小，或流過的電流大小， 可以反映出照度大小，這種做法，有兩項錯誤：（1）誤以為所產生的電能，可以 用電壓來有效的代表，（2）未能採用測量精度夠高的儀器。 先說第二個錯誤，儀器不準，根本就得不到精確的結果，實驗結果不可靠， 做了也等於白做。所以教學活動和參加科展都應該設法多使用精準的儀器。何 況，如果生活科技課都不多介紹使用新的儀器設備，學生又哪裡有機會接觸新科 技、體驗新科技之使用呢？ 其次談第一個錯誤，電能或電力必須用「焦耳」或「瓦特」為單位來測量， 電壓只是一個現象，簡單的比喻，一個電池已經沒什麼電了，但他的斷路電壓還 可能不低，但是只要一接上負載，流通電流，就現出原形。 因此正確的測試方法，應該是還要多採用一個電流表，來測試短路電流和滿 載電流。這個方法在直流電路行得通，但是在交流電路（譬如想測交流發電）則 又行不通了。因為在交流電路裡，又有個功率因數會影響供電，因此在交流電路 裡，要採用瓦特計來測電力才準。 十、應該勇敢的向高新科技挑戰 古人說：「教學相長」，幾十年來，本系畢業生在擔任工藝及生活科技教師時， 課堂上所教的很多內容，其實在師資培育的階段，並沒有學到。譬如，當初在校 只學真空管，而任教後幾年教的卻是電晶體。又譬如，當初在校只學機車，而任 教後幾年教的卻是汽車。靠的就是自修、終身學習、及主動積極的到處去學。 技術的教導，不過就是「做過的」當師傅，「沒做過的」當徒弟而已。以汽 車之引擎修護為例，在教導學生動手之前，教師自己先學習，先後拆裝各型大小 引擎（計程車、進口轎車、吉普車等），及其零組件（化油器、機油泵、起動馬 達等），等熟練了，則自然勝任這份教學工作。 上述的例子是職業學校的例子，其實工藝和生活科技課的情形，也是一樣。

學校的生活科技實習工場（專業教室），就是生活科技教師技能成長的最佳學習 場地。生活科技教師找資料、讀懂技術資料、學習動手做技術的能力，絕對不會 比別科教師差。只要教師有心教動手做的教學活動（工場實習），自然可以利用 每週教課的課餘時間，多方學習。盡可能把最新的、能取得到器材設備的科技， 帶進生活科技教室（工場），使教學內容變得更豐富，教師的技能也得以不斷成 長精進。 參、科技應用與解決問題教學活動主題之擬議 以下第參、肆、伍、三章，將介紹筆者群，彙集多年工場教學經驗，所想到 的及討論結果所列出的：一些可用來教「科技應用及研發」動手做教學活動的點 子，這些點子（活動主題）的分類，只是為了方便閱讀，讀者可隨己意予以調動。 本章所列教學活動的點子，包括科技應用、解決問題、及工程技術三大類。 工程類的教學活動是指把工程設計融入科技教育的教學中，是美國科技教育課程 之新趨勢（Hill， 2006)： 一、 科技應用類 „ CCD 攝影機及其播放及錄影裝置之安裝、配線、及應用。 „ 錄音筆及針孔攝影機配合無線電通訊錄影裝置之安裝、配線、及應用。 „ 採機電組合玩具（如 LEGO，FISCHER）完成裝配，表達設計構想。 „ 各類電池的性能比較、及如何有效使用。 „ 各類電燈、省電燈泡、日光燈的性能比較、及如何有效使用。 „ 各類電動機的性能比較、及如何有效使用。 „ 各類機車或汽車的性能比較、及如何選擇購置。 „ 各類瓦斯爐具的性能比較、及如何有效使用。 „ 練習使用 WebQuest 整合圖書資訊利用軟體於專題研究及報告。 二、 解決問題類 „ 建築物屋頂外牆及浴廁，如何做好防水、防菌、防霉？

„ 如何加強建築之隔熱？隔絕噪音？及防止西曬？ „ 練習選購及安裝各型吸塵裝置，使能抽掉工場加工時產生的粉塵。 „ 選用器材，完成天線之裝設，使短波收音機或電視機收訊效果增強。 „ 如何運用網路資源，滿足找地址、安排旅遊、規劃路線等交通需求。 „ 如何運用資料庫，縮小檢索範圍，迅速找到所需資料，得到所須答案。 „ 如何運用網路，做好購物、訂位、購票、繳費、報名、謀職等生活事務。 „ 練習購置加壓抽水機，完成配管及配電，解決供水水壓不足的問題。 „ 如何做好汽機車之更換機油、更換輪胎、及日常檢查保養工作。 „ 練習操作或辨識建築物中之各類警報設備、滅火設備、避難逃生設備。 三、 工程技術（含測試、故障檢修、調整、控制）類 „ 選用各類感測器及控制器材，完成裝配，並測試其性能及控制效果。 „ 選用太陽能板、電動機及控制器材，拼裝太陽能動力車，並改良其性能。 „ 試驗各型發光二極體（LED）如何接用適當電源及控制明滅。 „ 如何操縱機械手臂？包括寫程式、修改程式、設定、調校等，使運作。 „ 練習操縱遙控飛機、遙控車、遙控船等，了解控制的功能、範圍、限制。 „ 設計語者辨識及多媒體影音互動軟體，使能辨識語音並據以進行控制作 用（譬如使電燈明滅，或使門打關）。 „ 練習氣壓缸與各類控制閥、控制器間之配管，完成各種順序控制。 „ 練習油壓缸與各類控制閥、控制器間之配管，完成各種順序控制。 „ 如何製作螺旋漿，使船舶獲得最大推進效果（推力最大？航行得最快？） „ 設計與製作輸送帶及簡易昇降機，並能良好的控制。 „ 設計與製作人力(足踏)驅動的水翼船。 „ 設計與製作各類型的風車，並測試其在不同風速下的輸出動力。 „ 設計組裝一實驗裝置，以測驗熱交換器之性能。 „ 設計組裝一實驗裝置，以測驗各類保溫隔熱材料之性能。 „ 設計組裝一攪拌裝置，使能更換各型攪拌翼片，並能調整攪拌轉速，使

能用於處理不同液體，獲致不同的攪拌效果。 „ 設計組裝一聲控電路，使能控制插座所接之電燈、電扇等電器。 „ 如何使紙飛機飛得更高？飛得更快？飛航不落地飛得更久？ „ 設計一投射裝置，使子彈射得最遠、射得最直(控制得最好)、射得最快、 能投射最重的子彈（載得最重）。 肆、設計製作與研發教學活動主題之擬議 本章所列教學活動的點子，包括產品、程序、及家居環境之設計三大類： 一、設計產品器物類 „ 改良設計老年人用的手杖,使其腳墊耐磨、止滑、穩定、又好用。 „ 如何善用最佳材料，設計出最保暖的衣服和鞋、襪、手套、帽？ „ 設計防凍手套，特別注重材質、尺寸、穿戴方便、工作之穩定等因素。 „ 設計各類室內運動用之健身器材。 „ 針對各類農作物的特性，設計製作烘乾機，使農作物能有效烘乾。 „ 設計製作太陽能聚光加熱裝置，使能使食物或冷水加熱。 „ 設計製作吸收式太陽能冷卻裝置，可用於在高山上，冷藏食物或飲料。 „ 製作模型展示所設計之結構、或規劃佈置之構想。 二、設計製程方法類 „ 設計一夏令營類活動之報到、領取物品、分配休息區、等全套作業程序。 „ 設計公共餐飲區之餐具集中回收處理作業程序，使達衛生及經濟目標。 „ 如何設計一系統(規定,方法,程序),使能有效整理編排貯存及檢索自己的 文件資料。 „ 能設計一簡易實用之規定,方法,程序來管理個人的書房(尤其是書桌),或 全家的雜誌書報及雜物, 使全家整齊有序。

„ 練習使用可程式控制器（programmable logic controller），含輸出及輸入之 接線及修改程式，以認識計時、計數等各類順序控制的方法。

„ 練習使用電腦視覺或機械視覺（machine vision）系統設備，以了解如何 應用於辨識及控制。 „ 練習運用 Director 多媒體開發系統，設計製作教學媒體教材及評量軟體。 „ 設計如何使用塑膠針筒組合一個機械手臂，使具有搬運物体的功用。 „ 設計製作使用橡皮筋或各類彈簧為驅動力之車、船、飛機。 „ 設計製作使用小電動機或小型引擎為驅動力之車、船、飛機。 „ 設計如何利用火孳藥、壓縮空氣、或高速水流、之吹管或投射裝置。 „ 設計製作單張及摺頁，並比較及探討各作品的解說、溝通、傳播效果。 „ 設計製作網路教學媒體，並測試比較及探討各作品的網路教學效果。 „ 設計製作班級分組或個人網站，並測試比較各網站的傳播效果。 三、設計製作以改造生活環境類 „ 設計 e 化房車或個人書房,個人工作崗位,個人臥室等，之內部裝潢造形。 „ 練習動手組裝各類拚裝型的玩具、收納櫃、組合家具、組合櫥櫃架等。 „ 設計製作屋頂灑水，或鐵皮屋、大型頂棚用之固定型，噴霧降溫的冷氣 裝置，或可携帶移動式的噴霧降溫冷氣裝置。 „ 使用各類室內設計教學軟體，練習繪圖呈現室內設計之構想。 „ 練習選用及拚裝各類泡綿地墊、腳踏墊、橡膠磚、耐磨灰磚等，以及各 類防撞板,柱子包角包管護墊器材，完成各類不同房間場所（如花園、 兒童遊戲室、健身房、老人居室等）地面舖設之改良。 „ 練習選用材料及完成各類拚裝實木地板之施工。 „ 練習選用及拼裝完成組合盆栽（創意拼裝組合苗木）。 伍、科技之改良創新教學活動主題之擬議 本章所列教學活動的點子，包括產品、程序、及創新概念之改良設計三大類： 一、 改良現有產品類 „ 將果汁機改裝成為有計時功能的電動泡奶器（使奶粉和水均勻混合）。

„ 設計改良能具有清潔地板作用的拖鞋。 „ 測試比較各類型省電燈泡與日光燈之購置及長期用電成本。 „ 設計改良門口的雨衣雨鞋及鞋子儲放裝置。 „ 改良汽車遙控器之設計，譬如加裝記憶晶片，使控制功能更符合需求。 „ 改良乒乓球自動發球裝置或排球自動發球裝置。 „ 對市面上的口罩、安全帽、雨衣雨褲、雨鞋等之設計，進行改良研究。 二、改良現有系統服務或程序類 „ 調查一速食店之作業程序，研究改良之，測試是否能使送餐速度加快。 „ 調查一補習班之作業程序，研究改良之，測試是否能使送餐速度加快。 „ 調查社區或大樓之垃圾回收處理系統，研究其程序之缺失及如何改善。 „ 設計改良目前單身住戶之購買食物及自行炊食的整個程序，使達到簡 便、營養、美味、節約等理想。 „ 設計登山專用食譜，含食材及烹調方法，要求是簡便，食物不需冷藏。 „ 研究如何結合 CNC 銑床和電腦繪圖軟體，使能自動依設計圖完成雕刻。 三、 研究創新類 „ 設計一腳踏動力能量儲存裝置，並能以電能或氣壓動力釋放對外做功。 „ 為殘障者設計各類科技輔具，使不必坐輪椅，而能和正常人一樣生活。 „ 設計統一發票自動對獎資訊系統，凡刷卡者得獎時，自動把獎金入帳。 „ 利用電子商務平台，設計完成一家庭手工產品之網路交易及物流系統。 „ 設計簡易的居住空間供遊民解決保暖、睡眠、及沐浴等生活問題。 陸、討論及結論 如果採用以上擬議的教學活動，會使上生活科技課的學生，大量「接觸科技」 (Access To Technology)，也使生活科技教師們，會自然而然的和各種社會資源(研 究機構、企業公司、專門技術的工程師和技師等)建立連繫通道，及培養出合作 的夥伴關係，因而發揮科技轉移及科技育成(Technology Incubation)的功能。

我們每所學校的生活科技工場，可以成為各鄉鎮村里社區的技術中心，由於 國內住宅面積偏小，一般家庭沒有車庫或地下室工作房，所以這個社區技術交流 中心對於培育國民動手做的科技能力，更形重要。 在教學上，這種教學活動應有助於實現 STSE(科學科技社會環保)課程和 MST(數學科學科技)課程的理想，以及實現協同教學、合作學習、實境學習、及 績效評量等的理想，如此將更可以讓生活科技課發揮培育科技人力的功能。 這時候，不但我們可能需要大量的科技儀器、設備、機械、電工電子及機械 零組件，而且也可能需要的教學空間，可能遠比現在的工藝教室、單元工作實習 工場、或生活科技專用教室還要大很多，因此有讀者可能會說：「那怎麼可能」? 要回答這樣的問題，我們可以說：「你希望不希望我們的下一代變成科技巨人？ 你希望不希望我們未來變成科技強國」? 任何一個高科技國家，它的科技實力，都並不是儲存在資料庫裡，而是儲存 在他們國家，呈現金字塔型結構的、科技人力的身上。如果我們沒有能把國小、 國中、高中的學生，培養出紮實的科技實力，光靠大學及研究所能夠培養成功嗎? 如果我們想把國小、國中、高中的學生，培養出紮實的科技實力，我們就不 能再讓生活科技課，停留在「只灌輸學生科技知識」的狀態。我們要讓生活科技 課開始加強「科技應用解決問題及研發管理」的動手做教學活動。

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