國中生科技問題解決歷程與能力指標之建構研究

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(1)國立臺灣師範大學科技與工程學院科技應用與人力資源發展學系碩士論文 Department of Technology Application and Human Resource Development College of Technology and Engineering. National Taiwan Normal University Master’s Thesis. 國中生科技問題解決歷程與能力指標之建構研究 Study of Developing Junior High School Students' Technological Problem Solving Process and Ability Indicators 柯淇羚 Ko, Chi-Ling. 指導教授：林坤誼博士 Advisor: Lin, Kuen-Yi, Ph.D. 中華民國 109 年 7 月 July 2020.

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(3) 謝. 誌. 精彩、豐富卻也帶著許多煎熬的碩士生涯終於來到尾聲。首先感謝我的指導教授林坤誼老師，對我的提攜與包容，經常在我毫無頭緒時給予我明確的指引，才能始我逐步完成這艱困的挑戰。同時，也感謝兩位口試委員─臺科大黃進和老師與臺師大簡佑宏老師，於論文審查及口試期間提供的寶貴建議，使論文內容更加完整。就讀研究所期間，謝謝系上師長的教導，同學們的陪伴、相互支持和鼓勵。感謝我的家人，默默支持我完成學業，你們永遠是我最強的後盾。感謝師大藤球隊所有的夥伴，與你們一同練球、參加比賽甚至投入教學，豐富了我的生活，也成為我紓解壓力的管道，讓我更有體力去面對論文這個大魔王。還有謝謝我的男友及他的家人、Fight. K.的家人，還有碩一到碩四的室友們一直以來的陪伴與鼓勵，因爲有你們，才使我的碩士生活更加精采。感謝上帝，在我就讀研究所期間與祂相遇，伴我走過許多煎熬的時刻。打從一開始懷疑自己的能力，擔心無法順利完成論文，過程中不斷集結著許多壓力與不安，才在機緣中認識祂，為我的內心注入能量，支持著我寫完論文，並順利通過口試，甚至獲取高分成績的殊榮。回想起來，都還覺得不可思議，因此，我想將這份榮耀歸功於祂，謝謝祂存於我的內心，支持著我，伴我走過這段旅程。最後，謝謝自己，終於完成了從來都沒有想過的事。 i.

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(5) 國中生科技問題解決歷程與能力指標之建構研究研究生：柯淇羚指導教授：林坤誼中文摘要問題解決一直是備受關注的議題，在教育領域中，解決問題有許多研究採用不同的教學策略，但鮮少研究針對科技問題解決歷程中的行為表現以及欲達到的目標來論述與評量。因此，建立一套完整的科技問題解決歷程與能力指標有其必要性。緣此，本研究透過德懷術之研究方法，邀請 6 位科技領域之專家以及 6 位現職中等學校生活科技教師組成德懷術專家小組，協助建構完整的科技問題解決歷程及每個步驟中具體的能力指標，幫助教師在進行問題解決教學時，能夠引導學生以達到問題解決的能力指標。本研究最終進行三回合德懷術問卷調查，將科技問題解決歷程分為 7 個步驟，分別為「界定與分析問題」、「蒐集與分析資料」、「發展設計構想」、「選取最佳設計方案」、「擬訂製作計畫」、「製作成品」、「測試、評鑑與改進」，以及 28 個能力指標。最後，針對問題解決歷程與能力指標給予實際教學上的建議與應用，並提出未來研究可參考之方向。. 關鍵詞：科技問題解決歷程、能力指標、德懷術. iii.

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(7) Study of Developing Junior High School Students' Technological Problem Solving Process and Ability Indicators Author: Chi-Ling, Ko Adviser: Kuen-Yi, Lin. ABSTRACT Problem solving has always been a topic of interest. In the field of education, there are many studies of the different strategies used to teach problem solving, but few that focus on behavioral performance and the goals to be achieved in the process of technological problem solving. Therefore, it is necessary to establish a complete set of technological problem solving process and ability indicators. Therefore, this study is based on the research method of Delphi technique. Six experts in the field of technology education and six middle-school incumbent technology education teachers formed a team of Delphi to help develop a complete technological problem solving process with specific ability indicators in each step. The ability indicators help teachers to instruct students in problem solving hence guiding them to achieve these indicators. Eventually, the study was conducted three round Delphi questionnaire. The technological problem solving process consisted of following seven steps: (1) defining and analyzing problems, (2) collecting and analyzing data, (3) developing design ideas, (4) selecting the best design solutions, (5) planning for making, (6) making products, and (7) testing, evaluating, and revising solutions with a total of 28 ability indicators. Finally, practical teaching suggestions and applications for the technological problem solving process and ability indicators are given, and directions for future research are pointed out.. Keywords: technological problem solving process, ability indicators, Delphi technique v.

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(9) 目謝. 錄. 誌................................................................................................................. i. 中文摘要 .............................................................................................................. iii ABSTRACT .......................................................................................................... v 目. 錄.............................................................................................................. vii. 表. 次............................................................................................................... ix. 圖. 次............................................................................................................... xi 緒論 ...................................................................................................... 1 第一節研究背景與動機 .............................................................................. 1 第二節研究目的與待答問題 ...................................................................... 4 第三節研究範圍與限制 .............................................................................. 5 第四節重要名詞解釋 .................................................................................. 7 文獻探討 .............................................................................................. 9 第一節國中生的科技問題解決歷程 .......................................................... 9 第二節國中生科技問題解決歷程的能力指標 ........................................ 28 研究方法 ............................................................................................ 41 第一節研究設計 ........................................................................................ 41 第二節研究對象 ........................................................................................ 43 第三節研究流程 ........................................................................................ 45 第四節研究工具 ........................................................................................ 48 vii.

(10) 第五節資料分析與詮釋 ............................................................................ 52 第四章結果與討論 ........................................................................................... 55 第一節第一回合德懷術問卷結果 ............................................................ 55 第二節第二回合德懷術問卷結果 ............................................................ 71 第三節第三回合德懷術問卷結果 ............................................................ 84 第四節德懷術問卷綜合討論 .................................................................... 89 第五章研究結論與建議 ................................................................................. 99 第一節結論 ................................................................................................ 99 第二節建議 .............................................................................................. 104 參考文獻 ........................................................................................................... 109 一、中文部分 ............................................................................................ 109 二、英文部分 ............................................................................................ 113 附. 錄 ........................................................................................................ 117 附錄一德懷術第一回合問卷 .................................................................. 119 附錄二德懷術第二回合問卷 .................................................................. 125 附錄三德懷術第三回合問卷 .................................................................. 135. viii.

(11) 表. 次. 表 2-1 設計的流程匯整表................................................................................. 15 表 2-2 科技問題解決流程匯整表 .................................................................... 26 表 2-3 三項自我評鑑與八項潛在問題解決能力 ............................................ 30 表 2-4 解決問題步驟學生需達成之目標 ......................................................... 31 表 2-5 「設計」與「製作」能力指標八個層級 ............................................ 32 表 2-6 「問題解決」與「設計與製作」之能力指標 .................................... 35 表 2-7 設計與製作歷程各步驟行為表現與學習成效（能力表徵） ............. 36 表 2-8 科技問題解決能力指標......................................................................... 38 表 3-1 德懷術專家名單..................................................................................... 44 表 3-2 德懷術問卷寄發與回收時間 ................................................................ 46 表 3-3 國中生科技問題解決歷程與能力指標第一回合德懷術問卷內容 .... 48 表 4-1 第一回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程」之量化統計 .... 56 表 4-2 第一回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程」之專家意見及研究者之回應 ............................................................................................. 58 表 4-3 第一回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」之量化統計 ..................................................................................................... 59 表 4-4 第一回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」之專家意見及研究者之回應 ......................................................................... 64 ix.

(12) 表 4- 5 第二回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程」內容 ............... 68 表 4-6 第二回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」內容 ................................................................................................................. 69 表 4-7 第二回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程」之量化統計 .... 72 表 4-8 第二回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」之量化統計 ..................................................................................................... 75 表 4-9 第二回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」之專家意見及研究者之回應 ......................................................................... 80 表 4-10 第三回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」內容 ............................................................................................................. 83 表 4-11 第三回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」之量化統計 ................................................................................................. 85 表 4-12 第三回合德懷術問卷「國中生科技問題解決歷程之能力指標」之專家意見及研究者之回應 ..................................................................... 86 表 4-13 國中生科技問題解決歷程與能力指標完稿 ...................................... 87 表 4-14 「國中生科技問題解決歷程」德懷懷問卷整體、專家與教師之比較 ............................................................................................................. 90 表 4-15 「國中生科技問題解決能力指標」整體、專家與教師之比較 ...... 93. x.

(13) 圖. 次. 圖 2-1 問題解決模式......................................................................................... 17 圖 2-2 工程設計的問題解決模型 .................................................................... 37 圖 3-1 研究流程圖............................................................................................. 47 圖 3-2 國中生科技問題解決歷程德懷術問卷呈現方式 ................................ 51 圖 3-3 國中生科技問題解決能力指標德懷術問卷呈現方式 ........................ 51. xi.

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(15) 緒論本研究旨在建構完整的科技問題解決歷程及每個步驟中具體的能力指標，利用德懷術蒐集與彙整專家的意見，最後提出結論與建議。本章內容共分四節，第一節到第四節分別為研究背景與動機、研究目的與待答問題、研究範圍與限制、重要名詞解釋，茲分別敘述如下。. 第一節研究背景與動機一、問題解決能力為科技教育強調的教育目標培養學生問題解決能力是許多國家科技教育所強調的教育目標，如美國科技教育在於培養學生具備有良好之科技素養，其中科技素養包含問題解決能力（International Technology Education Association [ITEA], 2006）；英國「設計與科技」（Design & Technology, D&T）強調學生需運用創造力和想像力來設計與製作產品，並考量自己與他人的需求、慾望、價值觀，解決在各種環境中所產生的相關問題（Department for Education of England, 2013）；為了因應科技發展帶來新世代的生活方式，以及提升國家競爭力，台灣在九年一貫生活科技課程與十二年國民基本教育科技領域之課程中皆強調問題解決的能力（教育部，2003；教育部，2018）。此外，Middleton（2009）提出在科技教育中問題解決是可以持續發展的教學途徑。因此，培養學生的問題解決能力是極為重要的一環。 1.

(16) 二、科技領域的課綱強調培養學生問題解決能力在十二年國民基本教育課程綱要（簡稱 108 課綱）中，生活科技已從原本九年一貫國中階段「自然與生活科技領域」及高中階段的「生活領域」中抽離出來，與資訊科技合併成科技領域。在過去的九年一貫的課程規劃中，生活科技雖然為國定課程，但由於升學主義掛帥下，因生活科技屬於非考試科目，便成為學校配課的科目之一，使得生活科技無法實施正常化教學（林佳全，2003），因此科技教育在九年一貫課程中面臨了許多問題，其中之一為國中合格生活科技教師出走（李隆盛，2004）。在面對 108 年即將實施的新課綱，國中生活科技教師會有不足額的情形，以及教師的知能是否足以教導符合科技教育基本理念的生活科技課程。. 三、各領域有不同問題解決歷程宜發展對應的能力指標 Yu、She 和 Lee（2010）認為，國中學生無法解決問題的主要原因是他們不瞭解問題解決歷程，因此，要培養學生有好的問題解決能力，需要有完整的問題解決歷程；使用教學策略來增進學生對問題解決歷程中的每一個部分有深刻的理解，幫助學生有好的能力和技能來解決不同情況的問題（Yu, Fan, & Lin, 2015）。瞭解學生如何運用問題解決過程及其與解決方案的關聯性對於提高學生解決問題的能力非常重要（Stein & Burchartz, 2006）。從過去到現在的研究中，從「華藝線上圖書館」搜尋關於問題解決之文章，從社會科學、工程、應用科學、醫藥衛生、生物農學、人文領域中都能找到，可 2.

(17) 以知道問題解決一直是大家所關注的議題。在教育領域中，解決問題有許多研究採用不同的教學策略，著重不同的關鍵因素來培養問題解決能力，而不同學者對問題解決歷程的步驟也有不同的看法，完整的問題解決歷程需要哪些「能力」，以及這些能力要如何觀察和評量？黃茂在和陳文典（2004）以「問題解決的行動歷程」為根本，論述不同步驟的行為表現以及欲達到的成效。綜合上述，我們可以發現建立一套完整的國中生科技問題解決歷程，及每個步驟中所需具備的能力指標有其必要性，藉由分析問題解決的歷程步驟，使學生可以從小步驟中逐漸瞭解問題解決的基本架構，以及每個步驟中應達成的行為表現與目標，因此本研究主要在建構國中生科技問題解決歷程與能力指標，以提供教師規劃科技教育課程以及增能課程的參考。. 3.

(18) 第二節研究目的與待答問題根據研究背景與動機，本研究旨在建構國中生科技問題解決歷程與能力指標，並根據研究結果提出建議。本研究目的與待答問題如下：一、研究目的 (一) 探究國中生科技問題解決歷程。 (二) 探究國中生科技問題解決歷程中各步驟之能力指標。. 二、待答問題 (一) 國中生科技問題解決歷程為何？ (二) 國中生科技問題解決歷程中各步驟之能力指標為何？. 4.

(19) 第三節研究範圍與限制一、研究範圍（一）研究主題：本研究聚焦於國民中學學習階段的科技問題解決歷程，不包含高中階段與其他問題解決歷程。（二）研究對象：本研究以培育生活科技教師之大學教授、科技教育博士及中等生活科技教師對問題解決歷程有深入瞭解者為德懷術專家小組成員的對象。（三）研究方法：本研究以文獻探討方式建構「國中生科技問題解決歷程與能力指標」問卷初稿，以德懷術為研究工具，邀請 12 位專家學者透過問卷的往返實施以達成員間共識，最後完成「國中生科技問題解決歷程與能力指標」之建構。. 二、研究限制（一）研究主題：本研究聚焦於國中階段之科技問題解決歷程，因此不可過度推論到小學與高中階段，以及其他領域之問題解決歷程。此外，本研究主要聚焦在科技問題解決的重要歷程以及每個步驟所應達到的指標，故無法呈現問題解決各步驟間反覆進行的過程。. 5.

(20) （二）研究對象：為了讓研究聚焦，因此德懷術專家小組成員以國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系及高雄師範大學工業科技教育學系教授，以及其所培育的科技教育博士為主，中等現職教師以生活科技教學正常化之學校教師為主。（三）研究方法：考量時間與經費下，為使本研究德懷術問卷結果的群體誤差最低、可信度最高，本研究組成 12 人德懷術專家小組。. 6.

(21) 第四節重要名詞解釋本節將本研究所涉及的重要名詞予以界定，以得到較明確的概念，以幫助讀者了解其意，定義說明如下：一、科技問題解決歷程（Technological Problem Solving Processes, TPSP）科技問題解決歷程為科技運作的過程，透過界定問題、考量可用資源以及應用科技知識與科技的過程，透過評鑑確認將問題解決，即為科技問題解歷程。. 二、問題解決能力一個人在遇到問題時，能自主的、主動的謀求解決，能有規劃、有條理、有方法、有步驟地處理問題，能適切地、合理地、有效地解決問題。. 三、能力指標在問題解決歷程各步驟所需具備的行為表現和學習成效評估。. 四、德懷術（Delphi technique）德懷術是一種建構群體溝通歷程的方法，專家群針對某一個主題，透過匿名問卷的方式來表達意見，經過多次意見交流逐漸達成共識（劉協成， 2006）。 7.

(22) 8.

(23) 文獻探討為了建構出國中生科技問題解決歷程與能力指標之內容，本章分為兩節進行文獻，第一節為國中生的科技問題解決歷程，第二節為國中生科技問題解決歷程的能力指標，分別敘述如下。. 第一節國中生的科技問題解決歷程根據第一章研究背景與動機，可知科技教育的核心即為培養學生問題解決能力，而這樣的能力是極為重要的一環（教育部，2018；Department for Education of England, 2013；ITEA, 2006）。從過去到現在，研究學者開發許多問題解決模型來解釋問題解決過程，從文獻分析大致可區分「設計的流程」與「科技問題解決流程」，因此本節將探討「設計的流程」與「科技問題解決流程」，最後歸納出科技問題解決歷程（Technological Problem Solving Process, TPSP）。而關於問題解決歷程不同學者有不同的陳述方式，將問題解決分成步驟、流程或階段來解釋，但其所表達的意義是相同的，因此本節不加以贅述。. 一、設計的流程過去有許多國家曾經為英國的殖民地，因此教育深受英國的影響，澳洲、紐西蘭以及香港即是如此，科技教育師法英國的理念與內容（張永宗、魏炎順，2004）。 9.

(24) 在 1970 年以前，英國的科技教育主要以手工具操作技能的「手工藝」（Craft）課程。到了 1970 年代，加入設計與科技（Design and Technology），成為手工˙設計與科技（Craft Design and Technology），簡稱 CDT。CDT 課程強調設計的過程，課程主要涵蓋以下基本要素如下（Dunn, 1986，轉引自 Wright, 1995）： 1. 寫下設計簡介或問題（Design brief or problem）。 2. 透過市場調查進行研究（Investigation）。 3. 形成理念或概念（Ideas）。 4. 發展構想（Develop ideas）。 5. 畫工作圖或製作模型（Working drawing or model）。 6. 製作作品（Make）。 7. 測試成品（Test）。. Mioduser（1998）認為，大部分教師在 D&T 課程中教授一般的問題解決歷程（Problem Solving Process, PSP）包含以下六個步驟，並且建議將評估階段透過返回路徑（return path）到所有階段中。 1. 識別需求和問題。 2. 調查和產生設計概念。 3. 產生和探索替代解決方案。 4. 選擇一個解決方案並對其進行建模。 10.

(25) 5. 構建所選解決方案。 6. 評估結果。 Garrattt（1996、2004）在《Design and Technology》書中說明了設計歷程應分為以下 11 個階段： 1. 情境（Situation）：設計師和技術人員致力於解決生活中出現的實際問題。 2. 分析情境（Analyse the situation）：在試圖解決問題之前，重要是精確找出問題所在。 3. 寫下設計簡介（Write a design brief）：簡要敘述解決問題的摘要。 4. 實施研究（Carry out research）：要得到最好的解決方案須要有新的知識、新的資訊和研究它，而非只是利用自己本身的知識和想像力。 5. 寫下規範（Write a specification）：要達成最終成果，需要明確瞭解設計的限制，敘述必須符合設計的具體細節，並確定設計限制。 6. 提出可能的解決方案（Work out possible solution）：寫下至少三個不同的解決方案，接著透過結合自己的想法和從研究中所獲得的資訊，慢慢聚焦到一個好的解決方案。 7. 選擇最佳解決方案（Select preferred solution）：選定最符合規範的解決方案。 11.

(26) 8. 準備工作圖和製作計畫（Prepare Working drawing and plan ahead）：工作圖應該包含設計的所有細節，尤其是設計的結構；製作計畫主要確保能夠按時完成工作。 9. 建構原型（Construct a prototype）：課程中常會建構原型或一個模型，透過建造、測試和修正來達成設計規範。 10. 測試和評估設計（Test and evaluate the design）：測試最終的成品是否解決問題，檢視計畫成功的關鍵因素為何，並提出問題，例如：它的功能如何？它運作順暢嗎？它可以安全使用嗎？等等。 11. 撰寫報告（Write a report）：撰寫報告是必要的，報告提供了你在分析、計劃、設計、製作、評估和交流的能力證據。游光昭、林坤誼（2005）在我國實施九年一貫課程自然與生活科技學習領域，在《科學素養的內涵與解析》將設計與製作的歷程分為以下六個步驟： 1. 界定需求：找出問題的設計基本需求。 2. 呈現初步構想：透過蒐集、分析資料，發揮創意將腦中閃過的構想記錄下來，構想愈具體愈好。 3. 選取最佳設計構想：可透過步驟一的設計需求制定出設計條件清單，將步驟二所構思的方案逐一評估後，選出最能滿足需求的設計。 4. 發展具體設計方案：將選定的最佳方案具體以文字描述、草圖、三視圖或模型表示，並包括材料、製作方法，以及所需工具。 12.

(27) 5. 評鑑設計方案：評鑑或測試最佳的方案時，須寫出優缺點，以便之後進行改善。最後撰寫分析報告，除了提供理念和證據支持自己的設計和解決方法之外，也讓後續製作者能夠知道如何製作。 6. 依據設計方案製作：透過材料和機具設備的使用，將設計方案實際製作出來。 Khunyakari（2015）在印度中學實施 D&T 的課程時，將其歷程分為以下步驟： 1. 動機與調查（Motivating and investigating）：(1)瞭解問題情境；(2) 探索與掌握不同的文物，如報章雜誌、書籍、網路資源、歷史事件等等；(3)經驗分享。 2. 探索設計（Exploring design）：(1)合作發想一個可用的設計；(2) 使用肢體動作、繪圖等方式溝通構想。 3. 專業圖紙繪製（Technical drawings）：(1)詳細繪製設計的細節，包含尺寸和單位；(2)估計需要的材料、數量、成本。 4. 擬訂製作計畫（Plan for making）：(1)在實際製作之前將步驟列出； (2)確認與分配每個組員的工作任務。 5. 製作（Making and implementing the system）：(1)討論與分配工作； (2)事先做好充足準備；(3)製作作品。 6. 評鑑反思（Evaluating and reflecting）：(1)評鑑自己與他組的作品； (2)溝通與回饋。 13.

(28) 綜合以上學者的觀點，可以發現每個學者提出的設計流程大都依照有一個問題或情境需要被解決，接著透過調查和分析後，提出可以解決問題的構想，接著選擇最符合問題的方案後，畫工作圖、建模及擬訂製作計畫，接著執行計畫製作，最後測試和評估設計。因此研究者將設計的流程彙整如表 2-1，將相似或雷同的內容歸納在一起，最後將設計流程歸納出七個步驟： 1. 界定設計需求：瞭解與分析問題情境後，找出問題的設計基本需求。 2. 蒐集與分析資料：透過蒐集資料獲取新的知識，並且分析資料。 3. 發展設計構想：發揮創意將腦中閃過的構想記錄下來，構想愈具體愈好。 4. 選取最佳設計方案：可透過步驟一的設計需求制定出設計條件清單，將步驟二所構思的方案逐一評估後，選出最能滿足需求和符合規範的設計。 5. 擬訂製作計畫：製作計畫目的為確保能順利完成製作，將前一步驟選定方案的實際製作的方法與程序、設計的細節、所需使用材料數量及工具，具體以文字描述、草圖、三視圖或模型來表示。 6. 製作作品：使用材料和機具設備將設計方案實際製作出來，透過建造、測試和修正來達成設計規範。 7. 評估結果：測試最終的成品是否有達到解決問題的目的，檢測計 14.

(29) 畫成功的關鍵因素為何？是否還有需改善的地方？例如功能、運作順暢與否、安全使用等等。最後撰寫分析報告，除了提供理念和證據支持自己的設計和解決方法之外，也讓後續製作者能夠知道如何製作。表 2- 1 設計的流程匯整表. Wright （1995）. Mioduser （1998）. Garrattt （1996、2004）. 游光昭、 Khunyakari 林坤誼（2015）（2005）. 寫下設計識別需求簡介或問和問題題. ˙情境 ˙分析情境 ˙寫下設計簡介. 界定需求動機與調查. ˙透過市場調查進行研究 ˙形成理念或概念發展構想. 調查和產生設計概念. ˙實施研究 ˙寫下規範. 產生和探索替代解決方案. 提出可能的解決方呈現初步探索設計案構想. 選擇一個解決方案. 選擇最佳解決方案選取最佳設計構想. 畫工作圖對其進行或製作模建模型. 準備工作圖和製作發展具體 ˙專業圖紙繪製計畫設計方案 ˙擬訂製作計畫. 製作作品. 構建所選解決方案. 建構原型. 測試成品. 評估結果. ˙測試和評估設計評鑑設計評鑑反思方案 ˙撰寫報告. 依據設計製作方案製作. 資料來源：研究者自行整理。. 15.

(30) 二、科技問題解決流程美國的科技教育發展，從過去手工藝（manual arts），逐漸發展到工業技藝（industrial arts），而至目前的科技教育（technology education）（曾國鴻、林佳宏，1998）。游光昭（1993）整理 1966 年至 1990 年美國重要工藝教育文獻中，培養問題解決技能皆是重要的教學目標，更在美國工藝教育學者 Snyder 和 Hales 在 1981 年提出「傑克森工坊工藝課程理論（Jackson’ s Mills Industrial Arts Curriculum Theory[Jackson’ s Mills I]）」，此理論發展成為工藝教育的主流，以「投入→過程→產出」的系統模式做為教學上的應用（曾秋森，1995），此系統模式可說是為最初科技問題解決歷程的概念。 Jackson’s Mills I 提出後，科技教育理論逐漸凝聚共識。而隨著科技教育的理念日益普及和明確化，1990 年美國科技教育專家組成專家小組，根據美國技術基金會（Technical Foundation of America [TFA]）曾在 1984 年提出的「科技教育課程發展指南（A Guide for Developing Technology Education Curricular）」為核心，以 Deiphi 的研究方法，擬出問題解決導向的科技概念模式（如圖 2-1），也被稱為是 Jackson’s Mills II。（李大偉，1998；萬文隆， 2008；Savage, 2002）。此模式說明人類的生活存在許多的問題與機會，若可以界定這些問題或機會，在考慮解決此問題的結果同時，選擇適當的資源和運用科技歷程；而解決舊問題後仍會不斷有新的問題產生，於是再利用資源和科技尋求解決途徑，因此形成一個循環。 16.

(31) 選擇資源. 問題與機會. 界定問題或機會. 問題解決模式. 評估結果. 問題與機會. 運用科技. 圖 2- 1 問題解決模式資料來源：Savage, E.N. (2002). A conceptual framework for technology education: A historical perspective. Journal of Technology Studies, 28(2), 98-100. Retrieved from https://reurl.cc/jEdZm. 而羅大涵（1991）將此問題解決模式以步驟呈現，步驟如下： 1. 決定人類的需求與慾望：以增進職業能力、提升社會價值以及對人類的責任意識，瞭解什麼是正確和什麼是可能的決策能力，激勵自信心與獨立思考，以及增進有效的溝通技巧等方面的考量，確定人類的需求與慾望。 2. 界定問題與機會：以學生切身相關的事物來界定所欲探討的問題，並根據未來可能開創的機會設定目標。 3. 考量可用資源：運用資源以解決科技問題，包含人事、機具、資料、材料、能源、資本、時間等。亦即學生須瞭解評估可用資源的容量與限制，以免使用不慎造成影響。 4. 應用科技的知識：應用某一領域或整合不同領域的科技知識來達成目標。 17.

(32) 5. 運用科技的過程：資源管理與知識應用必須透過系統化運作，學生須將所有問題加以分析、實現和測試，透過資訊回饋來修正科技過程的行動。 6. 使用評鑑的方法：確認解決方法是否能達到預期目標。 7. 解決方案的確認：科技成果完成後，學生須思考此結果是否會對人類的歷史、文化、環境造成衝擊。臺灣在民國 61 年及 72 年國民中學工藝課程標準中其中之一目標為養成手腦並用的習慣，更在民國 83 年國民中學生活科技課程標準中，將「手腦並用」觀念提升至「問題解決和創意思考」，亦即，臺灣在工藝教育的發展一直是以「用手製作、用腦思考」的問題解決能力的培養來達到教育目標之目的（游光昭，1993）。在台灣早期的工藝教育，並無強調問題解決的歷程與模式，但須重視學習方法的科學思維步驟。民國 57 年「國民中學暫行課程標準」工藝課程標準中，為了達成訂定的目標，實施教學時以杜威的「做中學」為主要的教學方法（林松亭，1973）。楊錦坤（1974）提及工藝教育學習困難原因之解決方法為必需重視學習方法，其中之一為科學的思維步驟：(1)遭遇難題；(2) 分析情況發現問題之癥結所在；(3)假設可能的解決方案；(4)蒐集資料以驗證假設。梁夢（1975）提及，工藝作業的其中之一方式為計畫（設計）作業，學生需要詳細構思規劃後才開始製作，培養學生以科學方法處理事務的習慣。 18.

(33) 在工藝教育的後期，有關問題解決歷程主要以佚名（1975）中提到，完成工藝作業通常有特定的步驟，讓學生能透過每一個步驟中認識問題的來源，以養成獨自思考和問題解決的能力，步驟如下： 1. 思考、計畫、設計：機能研究、構造研究、材料研究、構想呈現 ─畫草圖。 2. 製圖：能具體運用二度或三度空間想像形體並做到形象化，培養學生空間之觀念。 3. 製作計畫：分析作業的製作程序，包含工具與設備、工作程序、工作時間等，以培養思考能力與方法。 4. 製作：能依照前一步驟所擬訂的步驟有效地使用機具加工，使習得知識與技能可以互相轉移和配合，意即解決知識能夠使用到技術上的問題。 5. 檢討評價：檢討所有的加工過程，每個步驟間的連貫是否順暢，培養學生作業設計與計畫是否相符之思考能力。 Bransford & Stein（1993）在《The IDEAL Problem Solver》這本書中提出 IDEAL 問題解決歷程包含以下步驟： 1. 確認問題與機會（Identify problems and opportunities）：識別潛在的問題並將其視為創造性事物的機會。 2. 定義目標（Define goals）：在問題情境中仔細定義目標，不同的 19.

(34) 目標通常反映了個體如何處理問題的差異。 3. 探索可能的方案（Explore possible strategies）：探索問題解決方案，可重新分析目標，並考慮可能用於解決這些目標的選項或策略。 4. 預測結果與行動（Anticipate outcomes and Act）：預測可能的結果，接著根據該戰略採取行動。在預測結果前，可以構建和測試原型，使所擬訂的策略可以發揮更積極的作用。預測可能的結果可以免於以後可能會後悔的行為。 5. 檢視與學習（Look back and Learn)：檢視策略的實際效果並從經驗中學習，例如檢視忽略的關鍵問題並思考可能的原因為何。. Waetjen 在 1989 年發展了問題解決歷程的步驟（李大偉等，1998）： 1. 定義問題：思考問題的限制與下一個層次的各部分。 2. 重新建構問題：思考不同的解決方法並且用自己的方式重新陳述。 3. 分解問題解答：將解決方法所需的工作列出並擬訂工作計畫。 4. 實施計畫：將所擬訂的計畫施行。 5. 重整計畫：解決方法不可行時，需再改變設計，形成新的計畫後再執行。 6. 整合解決方法：評鑑解決方法是否有解決問題，並引導學生思考所擬訂的計畫可以再如何調整會更好。 20.

(35) 李隆盛（1995）主張生活科技教學需引導學生依循問題解決程序來統合知、思、行（Knowing、thinking、doing），問題解決程序如下： 1. 確認及定義問題：清楚界定待解決的問題和預期的解決結果。 2. 蒐集資料：蒐集有助於釐清問題和尋求解決的資料，而非單以自身的經驗，可透過「說」、「看」、「聽」的方式，與有經驗的人對談、閱讀報章雜誌及上網搜尋、聆聽別人相關的交談。 3. 發展解決方案：找出解決問題的各種可能方法解決方案，須將抽象的概念轉為可執行的草案。 4. 選擇最佳解決方案：從前一步驟所探討的解決方法中，根據問題的目標做一個整體的比較，例如材料、製作程序等等，篩選出最佳的解決方案。 5. 執行最佳解決方案：執行解決方法的首要任務即做完整的規劃，包含： (1) 工作圖繪製：尺寸及視圖繪製、工作圖及完成圖。 (2) 設計製作流程：製作程序規劃、可能面對的問題及解決方式。 (3) 工作進度表：規劃每周的進度。 (4) 機具設備使用：操作時可能會遇到的問題及需要的協助。 (5) 材料選購：如何取得材料及材料的數量、價錢。 (6) 實際製作：製作過程中，紀錄所遭遇的問題及如何解決。 21.

(36) 6. 評鑑結果：評鑑所擬訂的問題是否得到解決以及問題解決的歷程，包含構思解決方案、執行計畫、製作解決方案的技巧、解決方案評估等書面資料及口頭報告。方崇雄（1995）參考問題解決相關文獻建構出生活科技課程中的問題解決導向之歷程模式，包含 9 個步驟（引自方崇雄，1999，P46-47。取自方崇雄，1995）： 1. 確認與分析問題 (1) 定義問題 (2) 資源與限制：包括時間、材料與評鑑標準。 (3) 資料分析：七大資源分析，包括人員、材料、機具設備、能源、資料、時間及成本等。 2. 提出初步構想：提出問題解決的最初構想。 3. 資料蒐集： (1) 擬訂蒐集資料計畫。 (2) 進行資料蒐集。 (3) 評鑑蒐集的資料。 4. 構思多種解決問題的方案 (1) 根據初步構想與所蒐集的資料，發想數種解決問題的方案。 (2) 提出三項所選擇的方案，並進一步說明，可繪製草圖。 22.

(37) 5. 選擇最佳方案 (1) 分析前項選擇方案的優缺點。 (2) 選擇一個最佳的方案。 6. 發展設計工作 (1) 依據選擇之最佳方案，分析其工作步驟、所需機具、材料、時間與工作分配。 (2) 擬訂實作計畫，包含設計圖繪製且須完稿。 7. 原型製作根據擬訂之計畫流程完成製作。 8. 測試、評鑑 (1) 測試問題是否解決與擬訂計畫相符程度。 (2) 評量執行之成果，可由教師評量、同儕互評與學生自評。 9. 改進構想或重新設計 (1) 構思執行結果所需改進之處。 (2) 重新擬訂問題解決計畫方案。. 23.

(38) Yu、Fan 和 Lin（2015）透過情境式學習來增強學生問題解決技巧的研究中，歸納提出問題解決歷程有七個關鍵步驟： 1. 定義與分析問題 2. 蒐集資料 3. 發展可行的解決方案 4. 選擇最佳解決方案 5. 執行最佳解決方案 6. 評鑑執行結果 7. 依據結果修正解決方案. 綜合以上學者的觀點，可以發現大致可將不同學者所提出的科技問題解決流程依照確認與分析問題，接著透過資料蒐集後，應用知識探索、構思和發展可行的方案，接著選擇最佳解決方案後，製圖、發展設計工作，接著執行製作，最後評估學習成果與改進方案。因此，研究者將科技問題解決流程彙整如表 2-2，將相似或雷同的內容歸納在一起，最後將科技問題解決流程歸納出七個步驟： 1. 確認與分析問題：清楚界定待解決的問題和資源的限制，如時間、材料、機具設備、成本等等。 2. 蒐集資料：擬定蒐集計畫，蒐集有助於釐清問題和尋求解決的資料，而非單以自身經驗。 24.

(39) 3. 發展解決方案：發想各種可能的解決方案，至少 3 種，須將抽象的概念轉為可執行的草案，可繪製草圖。 4. 選取最佳解決方案：根據前一步驟所探討的解決方案中，分析不同方案的優缺點，將問題的目標做一個整體的比較，例如材料、製作程序等等，篩選出最佳的解決方案。 5. 擬訂製作計畫：依據選擇的最佳方案繪製工作圖、規劃製作程序及每周工作進度、操作，並且分析思考製作程序、材料加工上可能會遇到的問題與需要協助的部分。 6. 製作成品：根據前一步驟擬訂之計畫流程有效地使用機具加工完成製作，使習得知識與技能可以互相轉移和配合，並且記錄所遭遇的問題及如何解決。 7. 評鑑結果：評鑑解決方案是否有解決問題，分析解決方案與擬定的計畫相符程度。此外，檢討所有加工過程，如被忽略的關鍵問題，並引導學生構思所擬訂的解決方案可以再如何調整會更好。. 25.

(40) 表 2- 2 科技問題解決流程匯整表佚名（1975）. 思考、計畫、設計. 羅大涵（1991）. Bransford & Stein （1993）. Waetjen （1989）. 李隆盛（1989）. 方崇雄（1995）. Yu, Fan, &Lin （2015）. ˙決定人類的需求與慾望 ˙界定問題與機會 ˙考量可用資源. ˙確認問題與機會 ˙定義目標. 定義問題. 確認及定義問題. ˙確認與分析問題 ˙提出初步構想. 定義與分析問題. 蒐集資料. 蒐集資料. 蒐集資料. 發展解決方案. 構思多種解決問題的方案. 發展可行的解決方案. 選擇最佳解決方案. 選擇最佳方案. 選擇最佳解決方案. 執行最佳解決方案. 發展設計工作. 執行最佳解決方案. 應用科技探索可能重新建構的知識的方案問題. ˙製圖 ˙製作計畫. 運用科技的過程. 預測結果與行動. 製作檢討評價. 分解問題解答實施計畫. ˙使用評鑑的方法 ˙解決方案的確認. 檢視與學習. ˙重整計畫 ˙整合解決方法. 原型製作評鑑結果. ˙測試、評鑑 ˙改進構想或重新設計. ˙評鑑執行結果 ˙修正解決方案. 資料來源：研究者自行整理。. 三、小結前兩小部分透過文獻探討後歸納出「設計的流程」與「科技問題解決流程」各包含七個步驟，將兩者所包含步驟綜合歸納出科技問題解決歷程（Technological Problem Solving Processes, TPSP）七個步驟：. 26.

(41) 1. 界定與分析問題：瞭解與分析問題情境後，界定待解決的問題和資源的限制，資源與限制如時間、材料、評鑑標準等；資源分析：如人員、材料、機具設備、資料、時間及成本等。 2. 蒐集與分析資料：擬定蒐集計畫，蒐集有助於釐清問題和尋求解決的資料，透過蒐集資料獲取新知，並且分析資料。 3. 發展設計構想：發揮創意構思多種解決方案並且記錄下來，將抽象的概念轉為可執行的具體概念，並且能夠與小組成員分享。 4. 選取最佳設計方案：可透過設計需求制定出設計條件清單，分析不同方案的優缺點，逐一評估做整體的比較後，選出最能滿足需求和符合規範的設計。 5. 擬訂製作計畫：依據選定的最佳方案繪製工作圖，規劃製作的方法與程序、每周工作進度表、設計的細節、所需使用材料及工具，並且分析思考製作程序、材料加工過程可能會遇到的問題與需要協助的部分。 6. 製作成品：根據製作計畫有效地運用教師提供的資源和自己選用的資源，正確使用材料和機具設備加工，將設計方案實際製作出來，並且記錄所遭遇的問題。 7. 測試、評鑑、改進：測試最終的成品是否有達到解決問題的目的，分析解決方案與擬定計畫相符程度。此外，重新檢視加工過程，構思解決方案可以再如何調整會更好。 27.

(42) 第二節國中生科技問題解決歷程的能力指標科技問題解決歷程即為設計與製作的歷程，以培養問題解決的能力，亦可說是培養設計與製作的能力。問題解決能力即是「能合理有效處理問題、解決問題，最後獲得好的結果」（黃茂在、陳文典，2004），此概念較為抽象，透過問題解決能力指標的建構，使其能夠被評量、被觀察。因此本節先探討能力指標建構的基本概念，接著再探討科技問題解決能力的指標，最後歸納出能力指標以及其定義。一、能力指標的基本概念「指標（indicator）」的意思即為「指示者」，如鐘錶中的指針位置是時間的指示器、理化課所學的石蕊試紙為溶液的酸鹼指示劑、透過統計數字來表示績效（如 KPI），從上述例子，我們將「指標」用來指出、顯示以及反應某種存在的現象（黃政傑、李隆盛，1996）。黃政傑、李隆盛（1996）整理眾多學者研究，從經濟、社會、教育指標歸納出指標有以下的特點：（1）指標所處理的現象是可測量建構的；（2）指標能反映出現象的重要層面，其選定依據應依據理論的引導，才能對現象做更進一步、有系統的解釋；（3）指標為一種統計量數，為了便於做數學的運算，可透過操作型定義的過程，將理論品質轉化為實證可測量的意義；（4）指標所測量的對象提供一個中性的描述，並不進行深入的價值判斷，需以某些效標為標準或參照點。 28.

(43) 「能力指標」一詞，可從九年一貫課程綱要說起，課程目標在於培養中小學生具備十大基本能力，從七個學習領域中將這十大基本能力轉化為能力指標，以作為課程設計的依據和學習成效的評估（蔡清田，2008）。因此，透過指標的訂定，讓原本定義較為模糊或抽象的概念，使用具體的文字描述，將概念行為化，使概念能夠被清楚瞭解並有一個目標可依循。. 二、科技問題解決能力之指標問題解決涉及許多複雜的歷程與認知能力，包含心智結構的描述、訊息處理能力，以及問題解決的行動步驟（簡良平，1999）。因此，要評量一個人的問題解決能力，若依其特定或單一問題解決的成敗來決定，極有失準的可能，透過建立「問題解決能力」指標作為衡量標準，以評估問題處理者在問題解決各階段運用能力的表現（黃茂在、陳文典，2004）。從過去到現在有許多問題解決相關研究，林人龍（2006）認為在科技教育的觀點中，中學生問題解決的活動所設計的問題必須是真實的問題，透過三個自我評鑑的能力隨時檢視潛在的八項問題解決能力，如表 2-3。. 29.

(44) 表 2- 3 三項自我評鑑與八項潛在問題解決能力. 自我評鑑 1. 自我監督的能力. 潛在問題解決能力 →. 1. 判斷正確的能力. 2. 達成目標的意圖. 2. 每日觀察生活的能力. 3. 建立準則的能力. 3. 發展創新的構想的能力 4. 充分做成計畫的能力 5. 自我發現工作任務的能力 6. 設計改良的能力 7. 有效實施的能力 8. 使用機具、材料的能力. 資料來源：林人龍（2006）。「動手做科技」－創作與設計的尋思與釋例。科技教育月刊，39（2），15-37。. 陳美芳（1994）的研究指出「問題解決能力」包含以下五種能力： 1. 問題的辨識：能辨認出真正問題所在的能力。 2. 將問題解析成為較小的問題：細分問題為數個問題，以便逐一解決的能力。 3. 尋求解題方法：發展適當方法並評選出最佳解決方法的能力。 4. 執行解題計畫：執行自己選擇之解決方法的能力。 5. 評鑑成效加以延伸：審視解題後成效並加以擴展，防範問題再生的能力。. 為了提高國中階段科技素養，陳玫良（1996）以問題解決教學策略六個步驟作為教學活動的設計，並在每一步驟中說明學生需達成的目標，如表 24 所示。 30.

(45) 表 2- 4 解決問題步驟學生需達成之目標. 解決問題教學策略步驟. 學生需達成的目標. 步驟一：. 1. 建立 2-3 人小組。. 確認及定義問題. 2. 確認問題的關鍵及重點。 3. 發問、要求相關說明、討論。 4. 記錄問題定義及所需的資料來源。. 步驟二：. 1. 依據資料來源進行蒐集。. 蒐集資料. 2. 取得資料或記錄資料。. 步驟三：. 1. 以思考技巧或腦力激盪想出可能的結果。. 探索可能的解決方法. 2. 討論分析、整理所得的資料。 3. 將形成的新觀念轉為工作圖或文字。 4. 提出愈多解決方法愈佳。. 步驟四：. 1. 發展評鑑的準則。. 選定最佳解決方法. 2. 依據準則作客觀判斷決定出最佳方案。. 步驟五：. 1. 繪製工作圖。. 試用最佳解決方法. 2. 設計製作流程。 3. 機具設備配合。 4. 工作進度表製作。 5. 購買材料。 6. 實際製作，並記錄遭遇到的困難。. 步驟六：. 1. 發表活動歷程與結果。. 評鑑結果資料來源：陳玫良（1996）。提高國中階段科技素養的解決問題教學策略。載於國立台灣師範大學工業科技教育學系主編，一九九六年國際技學素養教育研討會論文集，96-105。. 英國的 D&T 課程以設計與製作為欲達目標，在每個目標中根據學生的生理年齡的差異和難易能力層級，將「設計」與「製作」能力分別分為八個層級，以作為學生學習、教師教學，及社會大眾瞭解的學習能力指標（魏炎順，1999），如表 2-5 所示。 31.

(46) 表 2- 5 「設計」與「製作」能力指標八個層級. 設計能力指標. 製作能力指標. 層 (1)能藉由模型、重新組合材料及組 (1)能說明使用何種材料以製作級成而産生構想。作品。一 (2)能察覺普通産品的簡單特徵並激 (2)能選擇少量材料並使用已知發與自己的構想相關。的技能和工具完成形式與組 (3)能使用圖片或文字傳達構思準備合連結。與作法。層 (1)能利用使用過的材料、技術和産 (1)能選擇並說明所選的材料、工級品的經驗幫助激發構想。具和技能。二 (2)能利用模型和圖片來發展與溝通 (2)能安全的用手操作工具以組自己的設計觀點。合連接各種材料。 (3)能思索並增強自己的構思。 (3)能說明作品的結果。層 (1)能創發構思且察覺需求衝突的設 (1)能應用工作的程式，並更正確級計觀點。選擇工具、材料和技術。三 (2)能對完成作品有實際看法，並可 (2)能正確使用工具和簡單技術因問題發生而産生更多的構想。以增進製作作品的能力。 (3)能提出適合的研究計畫之知識和 (3)能使製品與原旨趣相似，即使理解，以幫助産生構思。有所改變，也能檢試。 (4)能使用分類表現記法以顯示設計的詳細意圖。層 (1)能獨自搜集資訊，以發展更多的 (1)能逐步的發展製作計劃，並能級構想。分辨主要的關鍵和工具、材料四 (2)能察覺使用者的觀點和喜好，並和處理的需求。開始考慮這些因素。 (2)能藉由各種材料和連結的各 (3)能評鑑工作的發展及其設計的意項技法，測量、分類和琢磨簡圖。單的形式。 (4)能使用素描和模型表達且選擇重 (3)能更精確提升完成的品質和功能。點方式表現自己的構想。 (4)能分辨完成作品的好壞差別。（續下頁） 32.

(47) 表 2 - 5 「設計」與「製作」能力指標八個層級（續）. 設計能力指標. 製作能力指標. 層 (1)能藉由外來的資源和同産品間的 (1)能依照發展計畫製作作品，並級特性之理解而産生構想。做某些難度的修飾。五 (2)能經由討論、圖示及模型仿真與 (2)能漸漸精確控制且安全使用適當的研究計畫之內容幫助發展工具、材料和處理程式。 (3)能利用製程步驟以檢試發展構思。的工作內容，並能適度修正與原始設計計畫衝突之製程路徑。 (4)能依設計圖和建議事項評估自己的作品。層 (1)能表達對同型産品形式與功能的 (1)能描繪設計計劃的實施內容級廣泛理解與資訊以産生構思。並提出若於製程中失敗的解六 (2)能考慮産品的外觀、功能、型式、決方案。安全、真實和使用者及目的意圖， (2)能依照研究的計畫內容漸進並有系統陳述設計的計畫觀點。使用設計方法與處理程式的 (3)能製作初步模型以說明設計的想能力，且精確的使用工具和法。設備處理材料。 (4)能利用正式的圖示方式以溝通設 (3)能評估産品的使用情形以增計理念。進製作的方法。層 (1)能檢試適合的資訊並利用此資訊 (1)能預估完成作品所需時間及級發展構思。所需材料、組成、工具和處理七 (2)能調查同類型産品的形式、功能程式。和制程的特性，以利發展構思。 (2)能適度修正製程的方法並提 (3)能瞭解材料與構成要素的工作特出說明設計計劃方案修正的性。理論基礎。 (4)能察覺使用者不同的需求，並正 (3)能選擇適宜技術並評估産品確評估可行性。完成使用情形及檢試增進完 (5)能利用設計的研究計劃之知識和成作品的方法。技能以發展真實意圖。（續下頁）. 33.

(48) 表 2 - 5 「設計」與「製作」能力指標八個層級（續）. 設計能力指標. 製作能力指標. 層 (1)能藉由設計的設計程式策略以發 (1)能提出製程計畫說明。級. (2)能確認製程能完整的完成。. 展適合的構思。. 八 (2)能檢試使用者對真實産品的需求 (3)能依計劃說明選用適合的工和喜好，並歸納結論以發展構思。. 作和技能。. (3)能依據對産品的物理與工作特性 (4)能檢試一連串的批判並說明的瞭解，以決定材料和技術。. 其他非原計劃目的之議題。. (4)能檢試設計衝突需求，並能表達及記錄這些需求，利用這些因素分析以呈現設計計畫內容。資料來源：整理至魏炎順（1999）。英國科技能力標準與課程對我國小學九年一貫「科技」課程改革的啟示。生活科技教育月刊，32（7），20-30。. 在國民中小學九年一貫的自然與生活科技課程綱要八個要領中，包含「設計與製作」的能力與「思考智能」，「思考智能」項內包括「問題解決的能力」（教育部，2003），將「設計與製作」與「問題解決能力」各學習階段所應達成之能力指標統整如表 2-6。為了更進一步瞭解設計與製作能力的指標，游光昭、林坤誼（2005）以「設計與製作歷程」為綱，闡述學習者在各步驟應有的行為表現與學習成效（能力表徵），如表 2-7 所示。. 34.

(49) 表 2- 6 「問題解決」與「設計與製作」之能力指標. 階段. 問題解決之能力指標. 設計與製作之能力指標. 第一 (1) 養成動手做的習慣，察覺自階段. 己也可以處理很多事。 (2) 學習安排工作步驟。 (3) 學習如何分配工作，如何與人合作完成一件事。. 第二 (1) 養成主動參與工作的習慣。階段 (2) 養成遇到問題時，先試著確定問題性質，再加以實地處理的習慣。第三 (1) 能規劃、組織探討活動。. (1) 能運用聯想、腦力激盪、概念圖. 階段 (2) 體會在執行的環節中，有許多關鍵性的因素需要考量。. 等程序發展創意及表現自己對產品改變的想法。 (2) 利用多種思考的方法，思索變化事物的機能和形式。 (3) 認識並設計基本的造型。 (4) 瞭解製作原型的流程。. 第四 (1) 能設計實驗來驗證假設。. (1) 閱讀組合圖及產品說明書。. 階段 (2) 處理問題時，能分工執掌， (2) 利用口語、影像(如攝影、錄影)、做流程規劃，有計畫的進行. 文字與圖案、繪圖或實物表達創. 操作。. 意與構想。 (3) 瞭解設計的可用資源與分析工作。 (4) 設計解決問題的步驟。 (5) 模擬大量生產過程。 (6) 執行製作過程中及完成後的機能測試與調整。. 35.

(50) 表 2- 7 設計與製作歷程各步驟行為表現與學習成效（能力表徵）. 設計與製作歷程步驟一：界定需求. 各階段能力表徵 1. 能夠在面對人類在日常生活中的各種需求時，保持一個正向、求好的心態。 2. 能夠妥善表達人類需求，並洞察需求的各層次結構，以及滿足需求的關鍵要素。 3. 能夠先針對需求進行合理的評估，並且必須具有積極的態度。 4. 能夠藉由評估結果擬定設計條件，以確認後續設計方向。. 步驟二： 1. 能夠利用口語、影像（如攝影、錄影）、文字與圖案、繪圖呈現初步或實物表達創意與構想。構想 2. 能夠藉由聯想、腦力激盪、概念圖等方式開拓滿足「需求」的發展空間。 3. 能同時發多種滿足需求的初步設計構想。步驟三： 1. 能夠妥善地依據設計條件發展設計方案檢核表。選擇最佳 2. 能夠依據設計方案檢核表，決斷地選擇最佳設計構想。設計構想步驟四： 1. 能夠了解設計的可用資源與分析工作。發展具體 2. 能夠依據最佳設計方案發展出滿足需求的具體設計方案。設計方案 3. 能夠善用文字描述、草圖、三視圖、或模型來表達具體設計方案。步驟五： 1. 能夠依據具體設計方案進行測試，以便試驗能否滿足需求。評鑑設計 2. 能夠評鑑並紀錄具體設計方案的優點與缺點。方案 3. 能夠依據前述缺點改善具體設計方案。 4. 能夠撰寫分析報告以使製作者或他人了解設計的理念、物品的使用方法。步驟六： 1. 能夠依據最終設計方案確實使用工具、材料，並製作出物品。依據設計 2. 能夠模擬大量生產的過程。方案製作 3. 能夠執行製作過程中及完成後的機能測試與調整。資料來源：游光昭、林坤誼（2005），設計與製作的能力。載於陳文典（主編），科學素養的內涵與解析（頁 263－282）。台北市：國立台灣師範大學。. 36.

(51) English、King 與 Smeed（2017）提出一個基於工程設計的問題解決模型，希望學生能設計和建設出一個抗震建築，其問題解決模型包含五個步驟，每個步驟包含數個可達成的目標，如下圖 2-2。. 問題範圍-理解問題邊界. ˙釐清目標 ˙確認限制 ˙考量可行性 ˙考量背景 ˙用材料進行實驗 ˙建立合作團隊. 構想創建. ˙擬定並分享想法 ˙考量策略 ˙擬訂計劃. 設計和構建. ˙草圖設計 ˙解釋設計 ˙預測可能的結果 ˙轉換為模型 ˙檢查設計條件 ˙測試模型 ˙評估目標達標. 評估設計. ˙回顧第一個設計 ˙繪製第二個設計 ˙將設計轉變為模型. 重新設計和重建. 圖 2- 2 工程設計的問題解決模型. 37.

(52) 三、科技問題解決能力指標初擬根據前述文獻探討，將科技問題解決歷程每個步驟所對應的能力指標加以歸納與統整，主要參考陳玫良（1996）以問題解決教學策略六個步驟作為教學活動的設計，以及游光昭、林坤誼（2005）設計與製作各階段的能力表徵，初步建構出 25 個科技問題解決能力指標，如表 2-9 所示：表 2- 8 科技問題解決能力指標. 歷程. 問題解決能力指標. 1. 界定與 1.1 能建立合作小組。. 參考文獻來源陳玫良（1996）；. 分析問 1.2 能釐清問題的關鍵及重點並紀錄。題 1.3 能分析問題所需的資源與限制。 1.4 能針對問題進行合理評估。 1.5 能依據評估結果擬定設計條件與方向。 2. 蒐集與 2.1 能掌握資料蒐集的方向。. 游光昭、林坤誼（2005）；English, King,. &. Smeed. （2017）陳玫良（1996）. 分析資 2.2 能透過不同的管道蒐集資料。料 2.3 能分析篩選正確且有幫助的資料。 3. 發展設 3.1 能以思考技巧或腦力激盪等方式，發展陳玫良（1996）；計構想. 多元且可行的構想。. 游光昭、林坤誼. 3.2 能利用圖片、文字、口語、影像、繪圖（2005）；English, King, & Smeed 或實物傳達設計構想。 3.3 能與小組成員分享設計構想。. （2017）. 4. 選取最 4.1 能依據設計條件發展設計方案檢核表。陳玫良（1996）；佳設計 4.2 能依據檢核表作客觀判斷選定最佳構游光昭、林坤誼方案（2005）想。 4.3 能依據檢核結果修正與確認最佳構想。（續下頁） 38.

(53) 表 2- 8 科技問題解決能力指標（續）. 歷程. 問題解決能力指標. 參考文獻來源. 5. 擬訂製 5.1 能夠善用文字描述、草圖、三視圖、或陳玫良（1996）；作計畫. 模型來表達具體設計方案。 5.2 能規劃製作方法與程序。. 游光昭、林坤誼（2005）. 5.3 能分析製作程序、材料加工上可能會遇到的問題與需要協助的部分。 6. 製作成 6.1 能遵守安全規範以進行製作。品. 陳玫良（1996）；. 6.2 能正確使用材料、機具設備製作出作游光昭、林坤誼（2005）；魏炎順品。 6.3 能根據設計條件進行機能測試與調整。. （1999）. 6.4 紀錄過程中遭遇的問題。 7.測試、評 7.1 能確認最終成品能否有效解決問題。. 陳玫良（1996）；. 鑑、改進. 7.2 能分析設計方案的優點與缺點。. 游光昭、林坤誼. 7.3 能依據執行結果進行修正與調整。. （2005）. 7.4 能依據遭遇問題記錄提出具體的修正構想。資料來源：本研究整理。. 39.

(54) 40.

(55) 研究方法根據前述研究目的及相關文獻分析結果，將本研究方法分為五節：依序為研究設計、研究對象、研究流程、研究工具及資料分析與詮釋，分別敘述如下。. 第一節研究設計為達成建構國中生科技問題解決歷程與能力指標之目的，本研究採德懷術（Delphi Technique）為主要的研究方法。德懷術是一種建構群體溝通決策的技術，由一組專家群針對某一個主題，透過匿名問卷的方式來表達意見，針對專家的意見加以蒐集、組織，經過多次意見交流逐漸達成共識。此項技術的優點為：(1)專家可以充分表達意見，不需面對面對質或辯論，並可以減少從眾之反應行為；(2)簡單容易執行，毋須大樣本；(3)可排除時間和空間的限制；(4)每位專家意見具有相同價值，不受地位而有限制；(5)能得到專家的協助，可獲取較說服力的意見（吳清山、林天佑，2001）。實施程序的部分，參考林生傳（2003）所整理的德懷術之研究方法進行三~四回合的問卷調查，步驟如下：一、確定研究問題。二、選定研究對象。三、設計編製問卷，蒐集專家小組意見。 41.

(56) 四、發放、回收問卷並分析結果，並於次回合附加前一次問卷結果，檢視歷次問卷收斂情形。五、進行三~四回合的問卷調查，當專家小組的意見達一致性，且該題項需要沒有專家提出其他的意見，若專家有提供相關建議，儘管量化分析結果已達高度共識，仍然需進行下一回合問卷調查，直到質化和量化皆達成共識才停止德懷術施測。. 42.

(57) 第二節研究對象德懷術是以專家提供的意見為核心目的，因此選取適合的專家為影響調查結果的關鍵因素，而專家的選定可具備以下特質：(1)對研究問題有深入涉略；(2)擁有相關的資訊可與他人分享；(3)具有參與德懷術的工作熱忱； (4)認為專家小組的判斷結果將包含其珍視的資訊（Delbecq, Van de Ven, Gustafson, 1975）。在研究信、效度方面，根據 Delbecq 等人（1975）表示，德懷術的專家小組成員若為同質性，需有 10 至 15 人即足夠。Dalkey （1969）指出，德懷術專家小組高於 10 人以上時，群體的誤差可降至最低，群體的可信度最高。為建構國中生在科技問題解決歷程與能力指標，故本研究對象採立意取樣，選取具有代表性的專家與教師，遴選德懷術專家主要依據為以下原則為考量因素： 1. 對問題解決歷程有深入瞭解者。 2. 所選擇專家對本研究主題具有高度興趣，且願意投注時間和心力於德懷術問卷內容者。 3. 專家：現職科技教育領域的大學教授或已取得科技教育相關之博士學歷，並且在職中。 4.. 教師：曾獲得中華民國工業科技教育學會推廣生活科技教育績優人員獎勵或科技領域輔導團教師之現職中等學校生活科技教師。 43.

(58) 上述之考量，希望能發展出符合重要、客觀且可行的國中生科技問題解決歷程與能力指標，在指導教授建議下，本研究組成 12 位德懷術專家小組，如表 3-1 所示。德懷術專家名單中，包含 6 位科技領域之專家以及 6 位現職中等學校生活科技教師。表 3- 1 德懷術專家名單. 專家. 教師. 編號. 姓名. 服務單位. 職稱. A. 林○○. 國立○○大學. 教授. B. 洪○○. 臺北市○○國民中學. 校長. C. 范○○. 國立○○大學. 助理教授. D. 陳○○. 臺北市○○國民中學. 學務主任. E. 游○○. 國立○○大學. 教授. F. 黃○○. 臺北市○○職業學校. 教師. G. 呂○○. 新北市○○國民中學. 教師. H. 汪○○. 臺北市○○高級中學. 教師. I. 周○○. 臺北市○○國民中學. 教師. J. 高○○. 新北市○○國民中學. 教師. K. 莊○○. 臺北市○○高級中學. 教務主任. L. 蔡○○. 新北市○○國民中學. 教師. 註：專家與教師分別按姓氏筆畫順序排列. 44.

(59) 第三節研究流程本研究主要建構國中科技問題解決歷程與能力指標，應用德懷術的研究方法，實施程序茲說明如後，研究流程如圖 3-1 所示。（一）擬定研究題目與計畫蒐集資料並閱讀相關文獻後，確定研究題目、研究動機、目的、實施方法後，將題目訂為「國中生科技問題解決歷程與能力指標之建構研究」。（二）文獻探討與建構初步問卷確定研究方向後，蒐集資料進行文獻探討，統整從過去到現在問題解決歷程相關研究，確定問題解決歷程程序與能力指標後，編擬問題解決歷程程序與能力指標問卷初稿。（三）邀請並確定專家小組成員根據前一節研究對象所設定的標準，選擇適合的研究對象組成本研究德懷術專家小組，邀請時告知本研究的目的與德懷術的用意、所需時間、協助以及報酬，以促進參與者的合作與責任。確定成員後，寄發研究說明函，說明函內容包含研究目的、研究重要性、德懷術進行流程、問卷填答說明，以及研究小組的聯絡方式，並對德懷術專家小組成員致上感謝（郭昭佑 1999；劉協成，2006）。 45.

(60) （四）實施三回合之德懷術問卷調查德懷術問卷採線上 google 表單填寫的方式，以電子郵件將連結寄出，請專家協助進行德懷術問卷調查。三回合德懷術問卷實際寄發與回收日期如表 3-2。表 3- 2 德懷術問卷寄發與回收時間. 第一回合. 第二回合. 第三回合. 寄發. 108 年 1 月 13 日. 108 年 2 月 11 日. 108 年 2 月 27 日. 回收. 108 年 1 月 29 日. 108 年 2 月 19 日. 108 年 3 月 10 日. 1. 第一回合問卷調查：採半結構式問卷，讓德懷術專家小組成員能夠充分補充或提供意見，問卷回收後統計各題項的集中量數（平均數、眾數）與變異量數（標準差、四分位差）以及回饋之意見，作為第二回合問卷的基礎。 2. 第二回合問卷調查：將新修訂的問卷及第一次的結果一起寄發，使專家小組成員瞭解自己在第一回合調查問卷的反應與團體調查結果之不同處，以作為第二回合問卷的評定。 3. 第三回合問卷調查：統計第二回合問卷，整理後重新編製問卷，附上第二回合意見及結果，若第三回合達成共識，將德懷術最終結果整理後寄給德懷術小組成員參考，並再表達最後的感謝。（五）分析德懷術問卷結果針對德懷術問卷調查結果進行分析與討論，並確定「國中生科技問題解決歷程與能力指標」。 46.

(61) （六）撰寫研究報告撰寫德懷術問卷調查結果，以供教師未來在使用問題解決教學策略時的參考。擬訂研究題目與計畫. 文獻探討. 初步建構科技問題解決歷程與能力指標. 德懷術小組成員篩選. 專家審查-內容效度. 寄發研究說明邀請函. 編製德懷術問卷. 實施德懷術問卷調查. 分析回收之問卷. 是否達成一致性. 是. 否. 整理分析研究結果. 編製下一回合問卷. 撰寫研究報告. 圖 3- 1 研究流程圖 47.

(62) 第四節研究工具本研究採用研究工具為自編的「國中生科技問題解決歷程與能力指標」問卷作為第一次德懷術專家小組調查。以下說明問卷編製以及問卷信效度考驗。為了建構出「國中生科技問題解決歷程與能力指標」，本研究透過文獻探討的方式，分別探討科技問題解決歷程應包含哪些步驟與每個步驟中應包含的能力指標，經過資料分析、歸納與統整後，擬出「國中生科技問題解決歷程與能力指標」德懷術問卷初稿。為了確保問卷內容的信效度，楊孟麗與謝水南（譯）（2013）指出，內容效度常用的方法為請專家協助檢查工具的內容和格式，並評估適當性。本研究德懷術問卷初稿先透過一位科技教育專家進行內容效度檢驗，確認定稿後，作為德懷術第一回合問卷內容（如表 3-2），並且邀請德懷術專家小組成員根據每一回合題項內容進行增修，因此本研究工具具有內容效度。表 3- 3 國中生科技問題解決歷程與能力指標第一回合德懷術問卷內容. 歷程. 說明. 能力指標. 1. 界定與瞭解與分析問題情境後， 1.1 能建立合作小組。分析問界定待解決的問題和資 1.2 能釐清問題的關鍵及重點。題源的限制，資源與限制如 1.3 能分析問題所需的資源與限制。時間、材料、評鑑標準等； 1.4 能針對問題考量可行性。資源分析：如人員、材料、 1.5 能依據分析結果擬定設計條件與機具設備、資料、時間及方向。成本等。（續下頁） 48.

(63) 表 3- 3 國中生科技問題解決歷程與能力指標第一回合德懷術問卷內容（續）. 歷程. 說明. 能力指標. 2. 蒐集與擬定蒐集計畫，蒐集有助 2.1 能掌握資料蒐集的方向。分析資於釐清問題和尋求解決 2.2 能透過不同的管道蒐集資料。料的資料，透過蒐集資料獲 2.3 能分析篩選正確且有幫助的資取新知，並且分析資料。料。 3. 發展設發揮創意構思多種解決 3.1 能利用圖片、文字、口語、影像、計構想方案並且記錄下來，將抽繪圖或實物等方式傳達設計構象的概念轉為可執行的想。具體概念，並且能夠與小 3.2 能發展多元且可行的設計構想。組成員分享。 3.3 能與小組成員分享設計構想。 4.選取最佳設計方案. 可透過設計需求制定出 4.1 能依據設計條件發展設計方案檢設計條件清單，分析不同核表。方案的優缺點，逐一評估 4.2 能依據檢核表作客觀判斷、適切做整體的比較後，選出最取捨以選定最佳構想。能滿足需求和符合規範 4.3 能依據檢核結果修正與確認最佳的設計。構想。. 5.擬訂製作計畫. 依據選定的最佳方案繪 5.1 能夠善用文字描述、草圖、三視製工作圖，規劃製作的方圖、或模型等方式表達具體設計法與程序、每周工作進度方案。表、設計的細節、所需使 5.2 能依據設計構想擬定製作方法與用材料及工具，並且分析程序。思考製作程序、材料加工 5.3 能分析製作程序、材料加工上可過程可能會遇到的問題能會遇到的問題與需要協助的與需要協助的部分。部分。. 6.製作成品. 根據製作計畫有效地運用教師提供的資源和自己選用的資源，正確使用材料和機具設備加工，將設計方案實際製作出來，並且記錄所遭遇的問題。. 6.1 能依據製作方法與程序進行製作。 6.2 能遵守安全規範以進行製作。 6.3 能善用現有資源並正確使用材料、機具設備製作出成品。 6.4 能紀錄製作過程中遭遇的問題。（續下頁）. 49.

(64) 表 3- 3 國中生科技問題解決歷程與能力指標第一回合德懷術問卷內容（續）. 歷程 7.測試、. 說明. 能力指標. 測試最終的成品是否有 7.1 能測試最終成品能否有效解決問. 評鑑、. 達到解決問題的目的，分. 題。. 改進. 析解決方案與擬定計畫 7.2 能依據執行結果進行修正與調相符程度。此外，重新檢整。視加工過程，構思解決方 7.3 能分析設計方案的優點與缺點。案可以再如何調整會更 7.4 能依據過程記錄提出具體的修正好。. 構想。. 國中生科技問題解決歷程與能力指標德懷術第一回合問卷，將「科技問題解決歷程」分為 7 個步驟，共 25 個指標。歷程分別為「界定與分析問題」、「蒐集與分析資料」、「發展設計構想」、「選取最佳設計方案」、「擬訂製作計畫」、「製作成品」、「測試、評鑑、改進」，每個歷程中包含 3 至 5 個能力指標。問卷採李克特五點量表，從「非常重要」到「非常不重要」分別為 5 分至 1 分，專家可根據其認為之重要性圈選，亦可增減或修改每個步驟和每個指標內容使其更符合所欲調查的目標，並請專家完成線上 google 表單填答，問卷呈現方式如圖 3-2 與圖 3-3，完整問卷內容如附錄一。. 50.