探究式教學應用於高職電機科專題製作課程

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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：呂藝光博士. 探究式教學應用於高職電機科專題製作課程 The Application of Inquiry-Based Learning Method to Project Work Course in the Department of Electrical Engineering at Vocational-Technical Senior High School. 研究生：吳承倫中華民國 108 年 07 月.

(2) 謝誌回顧就讀研究所期間，充實而艱辛，這段日子，受到許多人的幫忙與無私協助，首先感謝我的指導教授—呂教授藝光，在迷失方向時，能及時給予建議，透過適當的指引，讓我在攻讀研究所期間，多方位的在工作、學業與家庭新成員誕生的研究之路上，堅持下去；感謝我的口試委員－洪院長欽銘、吳教授政郎及就讀大學時的老師－曾教授煥雯，對論文內容的指正與建議，使得本論文更為完善周全；再者，要感謝內湖高工和高瞻計畫子計劃三的老師們－聶教授華明、陳老師建治、胡老師南亦、邱老師瑞誠，這一路上的加油打氣、協助課業，並提供對論文內容的方向；也謝謝所辦的巍芬助教，幫忙處理許多的繁雜手續及協助論文格式的修正。然而，也感謝研究所同窗靖翔、崇為、懿芬、靜宜、孟君、家雯、文堂、顏老，大夥的互相打氣與支持，在研究之路依然感到滿滿的溫暖。同時，也感謝大學時的好友，松山工農電機科－王老師淳葦，內湖高工電機科－陳老師杰村，一路上的支持與鼓勵，不時為我審查論文內容，和詢問我的論文進度，給予承倫極大的幫助，也感謝內湖高工應外科－汪老師寶明，協助翻譯英文及 107 級電機三仁和電機三忠同學們的參與。論文內容因為您們的指教與協助，得以更臻充實。最後要感謝的是我的內人－佩琪、兩個寶貝兒子季恆、季軒及我的媽媽－含笑，每逢假日，您們總是幫忙協助照顧小孩，讓承倫有時間可以去撰寫論文，不論我遭遇到什麼困難，總是默默的付出，成為我的最大精神支柱，在最後階段，得以免除許多不必要的困擾，能專心致力於論文研究。非常感謝這一切有您們的參與和協助，最後，謹將此論文完成的喜悅與感動，與我摰愛的親人及朋友分享。吳承倫. 謹誌. 2019 年 6 月 i.

(3) 摘要本研究旨在探討探究式教學運用於高職電機科專題製作課程中，運用探究式教學對學生學習態度之影響。本研究採用等組前後測準實驗設計，分為實驗組（A 組 18 人）與控制組（B 組 18 人），實驗過程一年，兩組皆實施前、後測，其目的是為了瞭解實驗組與控制組，施以探究式教學和講述教學後，以學習態度問卷統計，經 SPSS 分析前、後之間的差異，檢視兩組是否有顯著的提升學習態度。質性研究方面，是將實務工作者在專題製作課程中所遭遇的問題進行研究。以研究者本身在實務工作場域上所遇見的問題，研擬解決方案途徑與策略，從旁協助學生完成專題製作。結論如下：一、實施探究式教學於專題製作之遭遇問題與因應策略包括：（一）增修 APP 學習單的內容與設計，提升學生自我探究的能力。（二）調整小組報告方法，並增加學生討論的機會。（三）強調手機使用規範與透過小組約束，共同維護學習秩序。二、經過實驗教學後，接受探究式教學實驗的學生學習態度顯著高於控制組。. 關鍵字：探究式教學、講述教學法、學習態度。. ii.

(4) Abstract The purpose of this study was to apply inquiry-based learning and student’s learning attitude strategies to the project learning course in the department of the electrical engineering at vocational-technical senior high school. This study used the method of inquiry-based learning to conduct student’s learning attitude, and the method of inquiry-based learning used the equivalent-group pretest and posttest quasi-experimental design. The students were divided into experimental group (18 in group A) and control group (18 in group B) in one year experiment, and the two groups were pre- and post-tested in advance. The purpose was to realize the difference of the two groups after the inquiry-based teaching and didactic teaching through the statistics of questionnaire after the SPSS analysis. The statistics was also used to learn whether the two groups had significant improvement and homogeneity in learning attitude. In terms of qualitative research, the researcher studies the problems encountered by practitioners and to find solutions and strategies in teaching field of the researcher, and assists students to accomplish the project learning course. The conclusions are as follows: 1. The implementation of inquiry-based teaching in the project learning course and response strategies include: (1) Enhance the content and design of the APP work sheet to upgrade students' self-exploration ability. (2) Adjust team representing methods and increase opportunities for student discussion. (3) Emphasize the rules of using cellphones and maintain the learning order. iii.

(5) 2. After experimental teaching, the learning attitude in the experimental group is significantly higher than that in the control groups.. Keywords: Inquiry-based teaching, Didactic Teaching, Learning attitude. iv.

(6) 目次謝誌 ...................................................................................................................... i 摘要 ..................................................................................................................... ii Abstract .............................................................................................................. iii 目次 ..................................................................................................................... v 表次 .................................................................................................................... ix 圖次 .................................................................................................................... xi 第一章緒論 ....................................................................................................... 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 壹、研究目的 .............................................................................................. 4 貳、待答問題 .............................................................................................. 4 第三節研究範圍與名詞釋義 ....................................................................... 5 壹、研究範圍 .............................................................................................. 5 貳、名詞釋義 .............................................................................................. 5 第二章文獻探討 ............................................................................................... 7 第一節專題製作課程教學現況之探討 ....................................................... 7 壹、專題製作課程之相關內涵及相關研究 .............................................. 7 貳、專題製作課程之教學計畫 .................................................................. 9 第二節探究式教學之探討 ......................................................................... 12 壹、探究式教學的理論基礎和意義 ........................................................ 12. v.

(7) 貳、探究式教學之相關研究 .................................................................... 14 第三節學習態度之探討 ............................................................................. 17 壹、學習態度的意義 ................................................................................ 17 貮、學習態度的重要及內涵 .................................................................... 19 第四節智慧居家控制發展 ......................................................................... 21 第五節無線傳輸控制 ................................................................................. 22 壹、藍牙（Bluetooth） ............................................................................ 22 貮、紅外線（Infrared） ........................................................................... 22 第六節程式語言與開發環境 ..................................................................... 24 壹、Arduino............................................................................................... 24 貮、Arduino Yun ....................................................................................... 25 參、Temboo............................................................................................... 25 肆、Python................................................................................................. 25 伍、HTML、CSS 與 JavaScript ............................................................... 26 陸、App Inventor ...................................................................................... 26 第三章研究設計與實施 ................................................................................. 27 第一節研究方法與限制 ............................................................................. 27 壹、研究方法 ............................................................................................ 27 貮、研究限制 ............................................................................................ 29 第二節研究步驟 ......................................................................................... 30 第三節研究工具與實施流程 ..................................................................... 31 壹、研究工具 ............................................................................................ 31 vi.

(8) 貮、研究實施流程 .................................................................................... 38 第四節參與人員 ......................................................................................... 40 壹、參與學生 ............................................................................................ 40 貮、授課教師 ............................................................................................ 40 第五節教學規劃與實施 ............................................................................. 41 第六節資料處理與分析 ............................................................................. 52 壹、研究工具與蒐集目的 ........................................................................ 52 貮、資料編碼 ............................................................................................ 52 參、資料分析 ............................................................................................ 53 肆、研究倫理 ............................................................................................ 54 第四章研究結果與討論 ................................................................................. 55 第一節教學實施之遭遇問題與因應策略 ................................................. 55 壹、課本及學習單 .................................................................................... 55 貮、教師教學方面 .................................................................................... 60 參、學生學習方面 .................................................................................... 66 肆、綜合討論 ............................................................................................ 68 第二節學生專題製作學習態度之影響 ..................................................... 70 壹、專題製作學習態度量表之前後差異 ................................................ 70 貮、專題製作學習態度量表後測兩組差異 ............................................ 74 參、綜合討論 ............................................................................................ 83 第五章結論與建議 ......................................................................................... 85 第一節結論 ................................................................................................. 85 vii.

(9) 壹、實施探究式教學之遭遇問題與因應策略 ........................................ 85 貮、探究式教學能提昇學生之學習態度 ................................................ 87 參、不同教學法在專題製作上對於高職電機科學生學習態度的影響不大 ................................................................................................ 87 第二節建議 ................................................................................................. 89 壹、對教學實施者的建議 ........................................................................ 89 貮、對後續實施者的建議 ........................................................................ 90 參考文獻 ........................................................................................................... 92 附錄 ................................................................................................................... 98 附錄一問卷同意書 ..................................................................................... 98 附錄二高職電機科電工機械學習態度問卷(初稿) .................................. 99 附錄三專家審查名單 ............................................................................... 102 附錄四專家審查建議及處理結果 ........................................................... 103 附錄五高職電機科專題製作學習態度問卷(預式) ................................ 109 附錄六高職電機科專題製作學習態度問卷(正式) ................................ 112 附錄七小組學習紀錄表 ........................................................................... 115 附錄八學生晤談紀錄表 ........................................................................... 116 附錄九小組互評表 ................................................................................... 118 附錄十家長同意書 ................................................................................... 119 附錄十一學習單 ....................................................................................... 120. viii.

(10) 表次表 2- 1 內湖高工電機科專題製作課程教學大網 ....................................... 9 表 2- 2 近年探究式論文或期刊相關研究之整理 ..................................... 15 表 2- 3 學習態度的定義 ............................................................................. 18 表 3- 1 準實驗設計內容 ............................................................................. 28 表 3- 2 電工機械學習態度量表各構面之包含題項及信度分析 ............. 32 表 3- 3 CRONBACH'S Α 係數舆可信程度之關係表 .................................... 33 表 3- 4 學習態度量表各構面之包含題項及信度分析 ............................. 34 表 3- 5 自我認知之信度分析 ..................................................................... 34 表 3- 6 學習動機之信度分析 ..................................................................... 35 表 3- 7 主動學習之信度分析 ..................................................................... 35 表 3- 8 學習習慣之信度分析 ..................................................................... 36 表 3- 9 解決學習困難之信度分析 ............................................................. 36 表 3- 10 教學進度規劃及課程單元內容規劃 ............................................. 41 表 3- 11 傳統講述教學及翻轉教學教學設計之比較 ................................. 47 表 3- 12 研究工具與蒐集目的 ..................................................................... 52 表 3- 13 資料編碼控制 ................................................................................. 53 表 4- 1 實驗組（Ａ組）學習態度量表之各構面前後測分析 ................. 71 表 4- 2 控制組（B 組）學習態度量表之各構面前後測分析 ................. 73 表 4- 3 「自我認知構面」前後測之描述統計 ......................................... 74 表 4- 4 「自我認知構面」之組內迴歸係數同質性檢定 ......................... 75 表 4- 5 「自我認知構面」之獨立樣本單因子共變數分析 ..................... 75 表 4- 6 「學習動機構面」前後測之描述統計 ......................................... 76 表 4- 7 「學習動機構面」之組內迴歸係數同質性檢定 ......................... 76 表 4- 8 「學習動機構面」之獨立樣本單因子共變數分析 ..................... 77 ix.

(11) 表 4- 9 「主動學習構面」前後測之描述統計 ......................................... 77 表 4-10 「主動學習構面」之組內迴歸係數同質性檢定.......................... 78 表 4-11 主動學習前測分數對後測分數的影響 ........................................ 78 表 4-12 「學習習慣構面」前後測之描述統計 ........................................ 80 表 4-13 「學習習慣構面」之組內迴歸係數同質性檢定 ........................ 81 表 4-14 「學習習慣構面」之獨立樣本單因子共變數分析 .................... 81 表 4-15 「解決學習困難構面」前後測之描述統計 ................................ 82 表 4-16 「解決學習困難構面」之組內迴歸係數同質性檢定 ................ 82 表 4-17 「解決學習困難構面」之獨立樣本單因子共變數分析 ............ 83. x.

(12) 圖次圖 2- 1. 專題製作實施流程圖 ....................................................................... 11. 圖 2- 2. NGSS 探究流程圖 ........................................................................... 12. 圖 2- 3. MARTIN-HANSEN 的探究式教育分類 ............................................. 13. 圖 3- 1. 研究架構 ........................................................................................... 29. 圖 3- 2. 研究步驟 ........................................................................................... 30. 圖 3- 3. 研究實施程序 ................................................................................... 39. 圖 3- 4. BLOOM 認知領域目標比較傳統教學與探究式教學之成效 ......... 46. 圖 3- 5. 小組討論座位安排 ........................................................................... 49. 圖 4- 1. 主動學習前測分數對後測分數的影響 .......................................... 79. xi.

(13) 第一章緒論本研究以臺北市立內湖高級工業職業學校電機科三年仁班為研究對象，將探究式教學及講述教學法應用於高三專題製作，過程中教師引導並適時的和學生討論，提供基礎教材資源，其它的由學生去發想，並由學生自主的將研究設計、成品完成，後再以專題製作學習態度問卷回收，分析高職電機科學生專題製作課程上之學習態度與學習成就是否有影響，透過探究式教學來教學，讓學生培養正確的學習行為與態度，利用具象化教具讓學生學習並自行探索各自專題領域所需之技能，也呼應 108 新課綱中「專題實作」實習課程內容。本章分為三節，第一節為研究背景與動機，第二節為研究目的與待答問題，第三節為研究範圍與名詞釋義。. 第一節研究背景與動機回想初任教職的初衷，對於教育現場懷抱著冀望與衝勁，期許自己在教學上能對學生有所貢獻，並當他們的領航員，引領學生進入實務、專業的領域之上。教學生涯中第一年在大安高工電機科代理，那時在課堂上，學生總是期待著專業科目的到來，認真聽講並勤做筆記，下課時，辦公室時有學生圍繞在身旁，討論來自課堂上不瞭解的觀念或例題，學生積極的學習態度，正向的鼓舞研究者對於專業科目教學的投入與熱忱，並於隔年順利考上內湖高工正式老師。近年來，研究者察覺學生學習態度越來越低落，不管是在學科或實習課堂上放空、被動的學習行為愈來愈多，找學生來談，卻發現多數不知為何而學，大都因為分數剛好入學而被動學習的比例更為多數；其中一群學生，也開始出現課堂上玩手機，趴睡一整天放棄學習等狀況；作業也時常沒有準時繳交，記警告也絲毫不在意，因此在研究者任教高三專題課程中， 1.

(14) 如何利用專題學習，重新提升學生的興趣與學習態度，便是研究者經常思考的方向。研究者因擔任高職電機科三年級導師，經過了前二年實習科目（工業配電實習、PLC 可程式控制實習）實施後，發現學生對專業科目的學習態度並不積極，且學生對 C 架構的語法並不熟悉，程式學習經驗甚少，因此，研究者在課堂上講解範例時，從「C 語言架構教學」-「流程動作解析」-「生活實例教學」-「程式觀摩」-「實作綀習」-「考試驗收」的教學策略，目的是為了讓學生可以結合程式與生活實例，將所學觀念運用於提升專題解決問題的能力。隨著科技進步，未來家庭走向智慧化，成為時下的潮流，在學校端我們可以透過有效的教學模式並利用其教具輔助來教導學生如何進行智慧居家監控的方法，透過手機應用程式（APP）讓手機、平板電腦化身為遙控器，無線控制家中的電燈、電視等家電，讓居家生活越來越智慧與便利是一個趨勢，而 108 年課綱─十二年國民基本教育電機與電子群草案（國家教育研究院，2016）中也融入這個趨勢。專題實作課程是放在技術型高中電機電子群第三學年第一學期及第二學期，共計 2 至 6 學分，其教育目標是為了培養學生具備科技的素養，並於課程結束後，使其具備基本能力，建立其興趣，增進學生在未來科技時代中，具備問題解決和創造思考的基本能力。在探討智慧化居家控制應用入門時，首先發現燈具節能是一個可以研究的議題，因為燈具是生活中常見的設備，每天也都會使用到，透過藍牙即可使用智慧型手機對 Arduino 端的燈具進行控制，除了藍牙模組外，可以利用紅外線收發模組，啟動智慧家庭生活中的控制，例如：紅外線控制電視、冷氣等家電物品，另外還可以利用溫溼度感測模組，或物體感知移動模組判別是否有人入侵，當事件發生時，蜂嗚器會發出警告聲音等，除以上這些控制，也可進階的利用網頁控制並加以紀錄，以此為研究核心觀察生活周遭，整合智慧型控制系 2.

(15) 統，進行家電控制，透過手機和網頁，達到生活的便利性，這樣具象化的教具系統設計相信也能引發學生的興趣和共鳴。透過探究式學習，利用專題製作課程實施，讓學生的專題更多元，進而呼應十二年國教的主軸：自發、互動、共好的精神（國家教育研究院，2014）。. 3.

(16) 第二節研究目的與待答問題依據上述之研究動機，本研究之目的與待答問題分述如下：. 壹、研究目的一、探討探究式教學實施於高職電機科專題製作之遭遇問題及因應策略。二、探討探究式教學應用於高職電機科專題製作對不同組別的學生之學習態度的影響。三、探討探究式教學應用於高職電機科專題製作後對兩組學生之學習態度的影響。. 貳、待答問題一、探究式教學實施於高職電機科專題製作之遭遇問題及因應策略為何？二、探究式教學之前後，不同組別的學生之專題製作學習態度差異情形為何？三、探究式教學之後，兩組學生之專題製作學習態度差異情形為何？. 4.

(17) 第三節研究範圍與名詞釋義本節針對本研究之研究範圍與名詞釋義說明如下。. 壹、研究範圍一、研究對象本研究對象為研究者所任教之導師班，為內湖高級職業學校電機科三年級仁班學生。全班 39 人，扣除一名建教生，兩名特殊生，最後研究對象共計 36 位，且 36 位均為男性同學。. 二、研究科目高職電機科專題製作實習課程，課本選用台科大圖書有限公司出版之＜Arduino 微電腦應用實習＞，教材是以單元範例、課本及自編學習單為主。. 貳、名詞釋義唯有讓本研究所使用的重要名詞明確，研究問題才可以容易分析並供大家討論，於是將本研究主要研究界定說明如下所示：一、專題製作課程教育部於 95 暫綱中，新增訂職業學校須規劃至少二學分「專題製作」課程之校定必修科目，99 課綱中，將「專題製作」課程由原本的二學分提升為二到六學分，並於 108 課綱中將原本的「專題製作」課程名稱改名為「專題實作」，其校訂必修學分數一樣訂在二到六學分；本研究中實施為 99 課程綱要中之「專題製作」課程，於 108 年後，更名為「專題實作」課程，課程設計上則強調實務與理論兼重，兼顧實習與教學，讓學生可順利將所學知能運用於工作，縮短學用間的落差（國家教育研究院， 2014）。教材內容上主要是以單元範例、課本及自編學習單為主。 5.

(18) 二、探究式教學本研究所指的探究式教學，即為以學生為主體，探究式教學前，教師先進行指導與示範，然後分組，再讓學生實際上對各自設定的專題進行探究。利用所學過的知識當為基礎，透過小組間的討論，進行探究並自行找出各自專題問題之所在，若學習上有遇到困難，除可以找師長詢問外，還會自行藉由網路資源、書籍、學習單等相關資料，去獲得知識，習得技能、並養成正向的學習態度。而教師在被諮詢時，並不會直接幫同學解答，而是給予適當引導與協助，如同美國教育學者布魯納，認為求知是一個過程而非成果，學生並非只是知識的接受者，更應該是主動的探究者。三、學習態度本研究者修編之高職電機科專題製作學習態度量表，得分狀況採用 Likert 五點量表進行評分，5 分為最高分，1 分為最低分，共 35 題，五大構面，其學習態度量表問卷原作者為：王淳葦（2016），其問卷得分愈高代表在專題製作學習態度上愈正向、較佳，其內涵可分為五大構面：自我認知、學習動機、主動學習、學習習慣與解決學習困難。學習態度範指在學習過程中，學習者對其學習內容上的認知程度與看法，或對其科目上的喜好，進而產生一種反應在學習行為上的心理狀態。. 6.

(19) 第二章文獻探討本章共六節，探討高職專題製作課程中之相關概念，第一節專題製作課程教學現況之探討，第二節探究式教學之探討，第三節學習態度之探討，第四節介紹智慧居家控制發展，第五節介紹無線傳輸控制技術，包含藍牙與紅外線，第六節介紹程式語言與開發環境。. 第一節專題製作課程教學現況之探討本節針對高職電機科專題製作課程教學現況探討，首先探討高職電機科專題製作課程之意涵，其次探討高職電機科專題製作課程，分述如下。. 壹、專題製作課程之相關內涵及相關研究一、專題製作課程之內涵教育部於 95 暫綱中，新增訂職業學校須規劃至少二學分「專題製作」課程之校定必修科目，99 課綱中，將「專題製作」課程由原本的二學分提升為二到六學分，於 108 課綱中將原本的「專題製作」課程名稱改名為「專題實作」，其校訂必修學分數一樣訂在二到六學分；本研究中實施為 99 課程綱要中之「專題製作」課程，於 108 年後，更名為「專題實作」課程，課程設計上則強調實務與理論兼重，兼顧實習與教學，讓學生可順利將所學知能運用於工作，縮短學用間的落差（國家教育研究院，2014）。以本校電機科來說，校訂必修「專題製作」開在三年級，每週為三節，上下學期合計共實施六學分（教育部，2014），教育部國民及學前教育署也委托台灣師範大學承辦全國高級中等學校專業群科專題及創意製作競賽，獲獎同學除獲得技優甄審資格，增加學習生涯檔案外，製作專題的過程中也可以增加自我實力，達學以致用之果。 7.

(20) 二、實務性知識與專題製作教育目標專題製作屬於實務和理論結合的課程，開在高工三年級，因此也可以把它視為三年來累積之成果，從內湖高工電機科專業科目課程角度來分析，軟體部份，因為在高一、高二時，同學對 C 語言還是感覺陌生，因此，在高三的專題製作課程中，程式語法大部份要從頭開始教起。電學硬體部份，若未在高一、高二時期建立良好的觀念，則在高三時期的專題製作，將遇到學習上的困境。在傳統士大夫觀念下，社會上還是有家長認為，孩子只要認真讀書，將來考上好大學，便有機會找到收入佳的工作，在傳統的思維下，易使學生重視學科而忽略實作科目，在此社會氛圍下，專題製作課程實施時，時間上剛好在高三，學生要準備統一入學測驗，同時又要準備專題製作，在課程實施上，便要透過教師們的引領，讓學生從被動吸取到主動獲取相關知識，將其自行設定的專題完成，並且讓學生依照專題報告格式要求，完成專題製作報告，若有優秀作品，也會鼓勵學生去參加比賽，如有獲獎，也可以增加學習覆歷。近年來，為了提升國民素養與台灣的國家競爭力，培育符合產業之技術人力，學生亦可藉由專題製作課程的學習方式，有效讓學生體驗真實世界的問題解決過程（Franz, Hopper, & Kritsonis, 2007）。專題製作的意義在於使學生提早與業界接觸，以瞭解產業實際運作之流程，節省日後企業人才培訓成本（葉榮椿、林建仲、任永潔、鐘盼兮，2010），強化其因應時時變化的真實世界所需的彈性與適應能力，進而鍛鍊學生具備個人帶得走的能力（Heywood, 2014；Litzinger, Lattuca, Hadgraft, & Newstetter, 2011）。而素養的養成，內涵包括知識、能力與態度（蔡清田，2012）。由此可知，教師透過課程設計，引領學生結合課程的實務與知識，實現自身的構想，透過分組討論，各組激發出不同思維， 8.

(21) 並將其結果製作成報告書及成品，在實務上，也會更貼進生活及業界所需。讓學生培養帶的走的能力，顯得格外重要。. 貳、專題製作課程之教學計畫內湖高工電機科專題製作課程校訂必修之教學大網，如表 2-1 所示。專題製作的課本採用台科大出版社出版之 ARDUINO 微電腦應用實習，可以分成三大篇，16 個主題和 5 個專題，分別為認識篇、基礎應用篇與整合應用篇。表 2- 1 內湖高工電機科專題製作課程教學大網參考單元主題. 內容項目. 備註節數. 1、認識篇. CH-1. 認識 Arduino. 3. CH-2. 整合開發環境的認識與應用. 3. LED 控制. 3. CH-4. 開關/按扭/可變電阻控制. 3. CH-5. RGB 三色 LED 控制. 3. CH-6. 七段顯示器. 3. CH-7. 蜂鳴器. 3. CH-8. 液晶顯示器（LCD）控制. 3. CH-9. 紅外線控制. 3. CH-10. 繼電器認識與使用. 3. CH-11. 記憶體控制. 3. CH-12. 溫度感測器的認識與使用. 3. 2、基礎應用篇 CH-3. （續下頁）. 9.

(22) 參考單元主題. 內容項目. 備註節數. CH-13. 直流馬達控制. 3. CH-14. 伺服馬達（servo）控制. 3. CH-15. 藍牙控制. 3. CH-16. 超音波感測器. 3. 3、整合應用篇專題一戶外活動溫度指示器. 3. 專題二直流抽/排風機. 3. 專題三紅外線遙控風扇. 3. 專題四智慧溫度控速直流電風扇. 3. 專題五智慧型溫度控制抽排風系統-. 3. 上下限溫度控制器資料來源：施士文（2015）。ARDUINO 微電腦應用實習。臺北市：台科大圖書股份有限公司。課程主題順序的安排，讓學生由單晶片的基礎知識開始學習，並由數位訊號開始說明，藉由課本上的範例可知，其 C 語言的架構，在控制端，由數位輸入到數位輸出，再到類比輸入，最後再類比輸出，最後開始延伸探討各式感測器元件，讓學生循序漸進的對專題製作開始瞭解並會加以應用。因為課本著重在硬體理論，並無實際製作 APP 相關介紹，因此研究者將用學習單補充說明如何製作簡易 APP 程式，而研究者上課時，會教同學如何製作計算 BMI 簡易手機程式。探究式教學的方式，教師只是引導他們，讓學生在既有基礎上，藉由蒐集資料、整理資料、小組討論，利用教過的教材資源，完成他們的構想，實現他們的專題。希望藉由探究式教學應用於專題製作課程上，可以提升學生的學習態度與學習成就。專題製作實施流程圖，如圖 2-1 所示。 10.

(23) 實施學習態度問卷前測專題製作基礎知識教學. 選定研究方法及工具. 學生分組與選定. 擬定專題研究計畫. 撰寫專題報告和拍攝影片. 初擬專題主題. 執行研究方法與準備材料. 評量、競賽. 專題製作進度掌控. 實施學習態度問卷後測. 專題資訊蒐集. 分組互評. 確定專題題目. 成品產出. 圖 2-1 專題製作實施流程圖. 11.

(24) 第二節探究式教學之探討本研究旨在以探究式教學的策略運用於高職電機科專題製作課程之教學現場，以過去呈發表過的期刊、論文與相關資料整理出探究式教學的意義與教學設計，進而分析探究式教學的理論基礎和意義。. 壹、探究式教學的理論基礎和意義在有關探究的文獻中，「探究」一詞，具有多元的意義，全美科學教育標準（NRC，1996；NRC，2000）曾指出探究教學是多元的，國民需瞭解科學及對技能培養是重要的，它也可以運用於公眾議題進行辯證，之後的工作需要更進階的技能、創新性的思維，做決策及如何解決問題的能力；學者陳慧蓉（2015）指出探究式教學策略，可以分成五個階段，分別為（1）提出問題；（2）依據問題進行資料蒐集；（3）驗證問題並解釋；（4）從分析中獲取新的概念，並加以理解；（5）進行分享與評論；Anderson（2000）指出科學探究為人們進行學習的方法或科學家用以研究自然世界的方法，美國新世代科學標準（NGSS，2003）指出，單一技能的提升並非是探究的過程，而探究指的是必須瞭解每個學習活動中所給予的知識，而 NGSS 探究流程圖，如圖 2-2 所示。. 提出問題. 建立模型. 計畫與執行研究. 接收訊息、評估及交流. 解釋、推理驗證. 運用數學分析數據. 圖 2-2 NGSS 探究流程圖在傳統講述教學上，以教師講課為中心，學生為被動的角色，坐在臺下認真聽講，本研究透過探究式教學模式，轉為以學生為學習中心的教學 12.

(25) 模式，教學目的為培養學生獨立思考與自主解決的能力，學習行為中，利用一種學習活動或專題式問題導向，引起學生主動學習，而教師的任務為引導，由於學生化被動於主動，就己瞭解的知識，透過探索、延伸、反思及驗證的過程，進而提升學生的學習態度和探究能力。如 Martin-Hansen （2002）提及的探究活動及探究式教育分類，如圖 2-3 所示，其分述如下：一、開放式探究（Open or Full Inquiry）科學探究由學生自主進行，由學生提供研究問題，並自主設計方法，而教師角色為從旁協助，並讓學生完成科學探究。二、引導式探究（Guided Inquiry）科學探究由教師來引導並提供學生研究問題與方法，透過親師合作，來完成科學探究，教師也可以在過程中以提問等方式，引導並促使學生思考，協助學生完成科學探究。三、耦合式探究（Coupled Inquiry）科學探究時同時兼具開放式探究及結構式探究兩者的特性，先給予學生引導，逐漸提高開放式探究的程度，協助學生完成科學探究。四、結構式探究（Structured Inquiry）科學探究由教師來提供學生研究問題與方法，協助學生由實驗過程中完成科學探究。探究式教育. 探究式教學. 開放式探究. 引導式探究. 耦合式探究. 圖 2-3 Martin-Hansen 的探究式教育分類. 13. 結構式探究.

(26) 綜合上述可知，探究教學不在以老師為中心，而是以學生為中心，減少教師直接教導，培養學生自學、思考、實驗設計及溝通的能力等，進而改善學生的學習態度與學習成就，專題製作課程屬於實作科目，為學生高職三年內的綜合能力展現，課程內容還是需要教師來引導，並提供教材資源來幫助學生完成專題。因此探究式教學的出現，改變了傳統的講述教學法，取而代之的是學生利用現代科學家建構知識的方法，達到自主學習的目的，並增加問題解決及判斷的能力。. 貳、探究式教學之相關研究研究者依據探究式教學相關研究之論文與期刊，整理出探究式教學對學生學習態度與探究能力之研究結果，鄒玉鈿、張景媛（2012）的研究中指出「探究式創意實驗教學方案」實施後，實驗組學生在「自然領域學習態度量表」上的表現優於對照組學生，而且達顯著差異；張仁家、林癸妙、彭儀雯、周全鋒（2017）的研究指出，探究式實驗教學中利用真實現象來引導學生發想及討論問題，其效果優於傳統的講述教學法，實驗組的學生經探究式教學其探究能力有達顯著水準，不同教學法對探究能力並無差異；巫采容（2018）的研究中指出，探究式教學可以提升學生的學習能力，並認為學生有信心及能力解決問題，但過程中，學習表現較差的同學，依然會影響組員間的協作進度，因此，也建議將學習表現較差同學，實施課後輔導，並在正式進入探究式專題之前，可以先設計暖身活動，讓學生瞭解並利用資訊，解決在現階段可能會遇見之問題；林菁（2018）的研究中指出，利用探究式資訊素養融入課程的過程與成果，可以看出學生可以瞭解學科內容，並能辨識與運用，將資訊技術成為解決問題的工具，但實施過程中若缺少資訊素養或有熱情的教師，探究活動融入課程就無法施行，因此兩者皆是相輔相成；林彥宏（2018）的研究中指出，其研究利用問卷調查法及準實驗設計，瞭解學生對智慧教學，實作與探究的想法，其研究 14.

(27) 結果可以得知，智慧科技對學生的吸引力有，但對探究能力沒有顯著差異，但每一次課程的探究，其原理都可以成為下一堂課程的生活應用，讓探究的精神，科學的知識不斷的展延；張家銘（2018）5E 探究式教學融入高中數學多元選修之行動研究中指出，探究式教學強調學生是主角，用他們的角度去建構課程，利用 5E 探究式教學中的每個步驟，逐步完成其研究，由前後測可以得知，其探究式教學對於信心提升及自主學習能力都會成長，過程中也讓學生認知自己的不足，利用自我探索，摸索著如何克服它並完成自主學習模式；黃珮芯（2012）在 WebQuest 教學模式對學生數學學習成效和數學學習態度之影響的研究中指出，經過準實驗教學後，接受 WebQuest 實驗教學的學生數學成就優於控制組，且，經過準實驗教學後，實驗組學生及控制組學生的數學學習態度皆有提升，但實驗組及控制組並未達顯著程度；陳明鈺（2017）的研究中指出，實驗組進行探究教學，控制組進行傳統教學，經準實驗教學後，實驗組學生部份的學習態度得分顯著優於對照組學生，尤其是學習策略及學習動機部份。茲整理如表 2-2 所示。. 表 2- 2 近年探究式論文或期刊相關研究之整理學者. 論文或期刊題目. 研究法. 對象. 鄒玉鈿、張景媛「探究式創意實驗教學」對八準實驗國中（2012）. 年級學生自然領域學習表現之設計影響. 張仁家、林癸妙、彭實務專課程應用探究式教學對準實驗大學儀雯、周全鋒（2017）電資相關系科大學生探究能力設計與創造（續下頁） 15.

(28) 學者. 論文或期刊題目. 研究法. 對象. 巫采容（2018）. 國中圖書教師閱讀課教學對七個案研國中年級學生閱讀理解與資訊素養究法能力學習成效之影響. 林菁（2018）. 國小探究式資訊素養融入課程行動之研究：理論與實踐. 林彥宏（2018）. 張家銘（2018）. 高中. 設計. 5E 探究式教學融入高中數學行動多元選修之行動研究. 黃珮芯（2012）. 研究. 智慧型手機 APP 融入高一特準實驗色課程之研究. 國小. 高中. 研究. WebQuest 教學模式對學生數準實驗. 國小. 學學習成效和數學學習態度之設計影響陳明鈺（2017）. 資訊科技融入 5E 探究教學對準實驗國中七年級學生生物科學習成就與設計學習態度之影響─以「血液循環系統」為例. 近年來探究式教學以融入行動研究方式或準實驗研究的方式來探究學生之學習態度、學習成效或探究能力，其中學生的探究能力，被視為一種引導學生，發現及解決問題的方法，在探究過程中學習態度的改變，進而改變學生的學習成效；本研究採用探究式教學應用於專題製作之教學策略，對象以市立內湖高工電機科三年仁班學生為主，且因與其專業知識相關性與難度較高，藉學習專業上能力及探究之活動來提升學生之學習態度。. 16.

(29) 第三節學習態度之探討壹、學習態度的意義張春興（1991）認為其態度的組成可分成三大部份，分別是認知、情感及行為性，它是一種建構心理或持續性行為的歷程模式，讓學習者由直接或間接行為模式中進而產生心理變化。歷程模式中的學習經驗，會使個體對人、事、物進而產生一種內在且持續性的心理狀態，或正向、負向的個人行為，因此態度乃是學習而來的；彭國勝（2012）的研究指出，學生專題製作課程的學習態度愈是積極，則學習困擾愈低，其中學習動機對學生的影響最大，即使遇見困難，學習動機愈強的學生就會更加認真學習；賴協志（2013）指出學習態度是指學生在個人及學習情境的互相影響下，對於學習內容所抱持之，一種正向或負向的內在心理狀態；楊桂瓊、陳雅君、洪瑞兒、林煥祥（2015）的研究中指出，在新興科技中，利用探究式教學，因為本身科學素養在高中和高職生的培養上，高中時數優於高職，因此無法改變他們既有科學素養上之差異，但經過探究式教學運用新興科技的實驗後，可以提升學生的學習成效，進而提升學生的學習態度；陳明鈺（2017）在教育學誌上指出，利用資訊媒體抽象且具象化的設計，5E 探究式教學的過程，透過，「參與、探索、解釋、精緻化、評鑑」的方法，因資訊科技媒材的生活化與創新，可以使學生在過程中，學到課本上沒有教導的知識，進而提升學生的學習態度和能力，其研究中也指出，研究者在課後，也發現學生會自主學習，改變原本的學習策略，去蒐集資料，增加學生的能力與態度。由上述可知，不同研究者對其學習態度的定義，並不盡相同，且運用方法也不同，因此就各研究者對學習態度的定義，茲整理如表 2-3 所示。 17.

(30) 表 2- 3 學習態度的定義研究者. 年份. 張春興. 1991. 學習態度之定義學習態度是學習者在建構心理或持續性行為的歷程模式，它是學習而來的，且會影響個人行為。. 彭國勝. 2012. 影響學習態度很重要的因素為學習動機，若能引起學生的學習動機，則學生的學習困擾會降低許多。. 賴協志. 2013. 學習態度是指學生在個人及學習情境的互相影響下，對於學習內容所抱持之，一種正向或負向的內在心理狀態。. 楊桂瓊、. 2015. 新興科技融入探究式教學，雖無法改變高中和高職學. 陳雅君、. 生原本既有的科學素養之差異，但卻可以利用新的教. 洪瑞兒與. 學方式，使個體對學習活動產生喜好，並有效的提升. 林煥祥. 學習成效和學習態度。. 陳明鈺. 2017. 資訊科技融入 5E 探究教學，讓學生學到更多課本上沒有的技能，學生在高層次探究學習部份，有大幅改善，由其在學生之學習策略和動機部份，. 綜合以上可知，各研究者利用不同的方法去定義或觀察學生之學習態度，因此研究者認為學習態度就是學習者在建構心理或持續性行為的歷程模式，而過程中，學生對學習內容的認知、情意，而反應出之行為部份的看法，或對科目上之喜好程度，進而產生的一種反應在學習行為上的心理狀況。當學生學有成就感時，其學習態度便會正增強，反之，便會負增強。. 18.

(31) 貮、學習態度的重要及內涵教育心理學家張春興（1991）也曾指出，態度的組成可分成三大部份，分別是認知、情感及行為性，認知為個人對某事件的想法，此想法包含本身的思想、觀念、學習等，情感為個人面對某人或事件上一種內在情感，我們也可以稱之為對某人或事件的好惡等感覺，它是一種建構心理或持續性行為的歷程模式，行為部份為個人針對某人或事件而顯露出的一種行為意圖；教育社會學家林仁和（2002）年曾指出，態度是一種持久的內在心理結構，雖然無法直接觀察，但可以從其它層面來觀察之，如人們的言語、行動等； Masgoret 與 Gardner (2003) 的研究指出，學習態度和學習成就有著顯著相關之關係；陳明鈺（2017）的研究也可以看出，導入資訊科技融入 5E 探究教學，學生在高層次探究學習部份，在學生之學習策略和動機部份有大幅改善。因此藉由新興科技，可以提升學生的學習動機，進而影響學生的學習態度。研究顯示，學習成就對學習態度有著正相關的影響，即當學生學有成就感時，他的學習態度便會是積極的，而在專題製作課程上，其成果也會反應在專題的成品及報告書的完整度。因此，若能養成正確的學習態度，則學生的學習必能達到教師們的期望目標，並且自我探究相關資料的能力提升，進而提升學習的成效。本研究者修編之高職電機科專題製作學習態度量表，得分狀況採用 Likert 五點量表進行評分，其問卷原自於王淳葦老師所設計的高職電機科電工機械學習態度量表，問卷得分愈高代表在專題製作學習態度上愈佳、愈正向，其內涵可分為五大構面：自我認知、學習動機、主動學習、學習習慣與解決學習困難。學習態度範指在學習過程中，學習者對其學習內容上的認知程度與看法，或對其科目上的喜好，進而產生一種反應在學習行為上的心理狀態。 19.

(32) 一、自我認知：對學習專題製作之過程中的自信心或自己對專題製作課程的認同與重視程度。二、學習動機：學習專題製作之原因。三、主動學習：學習專題製作過程中的主動性及其自我時間規劃。四、學習習慣：學習專題製作的習慣及專題報告完成之情況。五、解決學習困難：在學習專題製作的過程中，面對學習困難時之解決的辦法。. 20.

(33) 第四節智慧居家控制發展物聯網 (The Internet of Things, IoTs) 於 1995 年未來之路 (The Road Ahead) 這本書中，首次被比爾蓋茲 (Bill Gates) 提出物物相連的願景，受限於當時感測元件、網路、設備技術尚未成熟，當時並未獲重視，在 2005 年國際電信聯盟於報告書中，正式定調物聯網概念。簡單來說，就是透過感測元件即時感知物理世界的狀態並和網路世界溝通，達成一致的通訊協定後，傳輸至網際網路以實現智慧化控制的概念，而後在 2009 年 IBM 提出的智慧地球的概念後，其 IoTs 成為了大家追逐的焦點，2015 年遠東集團董事長徐旭東在一場重要的演講中，指出『遠傳將先鎖定車聯網、健康照護及智慧家庭等領域，今年下半年將推出物聯網應用大平台』（陳良榕、鄧凱元，2015）。2017 年工業技術研究院新聞處也指出，IoTs 應用範疇與潛在商機，預期在 2017 年發展初期，將以環境監測、停車、交通、資產管理、照明、電網、水資源等智慧城市應用為主（工業技術研究院，2017），而其中所謂 IoTs 物聯網便是透過各種感測元件，即時感知物理世界的狀態，指的是 M2M（機器和機器）、P2M/M2P（人與機器）、P2P（人與人）三大類之間的互連，可透過各種感測元件去偵測，結合使用者的生活經驗，讓生活更加便利。隨著網路的進步，遠端智慧控制的興起，讓智慧居家監控不在區域連網，而是可以透過智慧型裝置進行全域型態（蔡政宏、劉上瑋、谷圳，2017），例如手機、平板、電腦等，去對各種感測元件去偵測，並把其數值回傳至載具，也可以透過載具，對感測元件進行控制，以便研究者可以去分析數值，以達到智慧居家監控的目的。在這發展中開發者應考慮到使用者的需求，以用戶為中心進行研究，方能開發出適合的系統 (Peek, Aarts, & Wouters, 2017) 。物聯網的架構連結了物理和虛擬之間，減少了彼此間的差距，但也增強用戶體驗使用家庭 21.

(34) 設備的同時，使家庭暴露在可被攻擊的環境中，所以在設計時必須謹慎小心 (Geneiatakis, Kounelis, Neisse, Nai-Fovino, Steri, & Baldini, 2017) 。. 第五節無線傳輸控制無線傳輸技術目前已相當成熟，透過無線通訊系統技術所形成的通訊網路可不受實體線路的拘束，具有任意移動的特性，在本研究之學習單設計將使用藍牙與紅外線進行家電控制，以減少線路配置，藍牙與紅外線技術的探討分析如下。. 壹、藍牙藍牙為一無線技術標準，於 1994 年電信商 Ericsson 發展出來，其使用短波特高頻 (UHF) 無線電波，經由 2.4 至 2.485GHz 的頻段進行通訊，其後經由 Intel、IBM、Nokia 等公司成立了 Special Interest Group，經過一段時間的發展後許多公司紛紛加入此 Group，並建立了藍牙的標準，使藍牙技術成為一個成本低、效益高且可以在短距離內隨意無線連線的技術。目前支援藍牙的設備相當多元，如手機、耳機、滑鼠、印表機等，本研究所選用的藍牙模組為 YFROBOT 的 HC-05 藍牙模組，其為主從一體模組，可以作主模式也可以作從模式，其支援 5V 與 3.3V 設備，預設採用的鮑率為 9600，透過手機端與 Arduino 端連線成功後，透過 Arduino 控制繼電器 RELAY. RY12W-K 以進行家電的控制。. 貮、紅外線紅外線又稱為紅外光，其波長在 770nm（奈米）至 1mm（毫米）之間，而一般人的眼睛可感知電磁波之波長一般落在 400 到 700nm 之間，所以紅外線屬於不可見光，而家庭中有許多家電皆是使用紅外線控制，如電視遙控器、冷氣遙控器等，許多遙控器皆是透過紅外線進行控制。 22.

(35) 本研究使用 38kHz 之紅外線接收器與發射波長為 940nm 之紅外線發射器進行紅外線控制測試，由於每個廠商皆有其專屬的紅外線通訊協定，本研究選用 Sony 的遙控器進行舉例。. 23.

(36) 第六節程式語言與開發環境本節將介紹本研究使用到之程式語言與開發環境，將分成 Arduino， Arduino Yun，Temboo，Python，HTML、CSS 與 JavaScript 和 App Inventor 來說明。. 壹、Arduino Arduino 是由義大利 Ivrea 鎮一家高科技設計學校的老師 Massimo Banzi 所發起，發起的原因是因為他的學生們經常抱怨市面上可用的微控制器與零件太過昂貴，於是在 2005 年 Massimo Banzi 與 David Cuartielles 討論後決定設計自己的電路板，且引入 Massimo Banzi 的學生 David Mellis 設計電路板及編寫程式，並以 Ivrea 鎮有名的歷史人物 Arduin（11 世紀北義大利國王）為名，這才開啟了 Arduino 的一切（趙英傑，2013）。 Arduino 使用了 Atmel AVR 單晶片，採用了基於開放原始碼的軟硬體平台，此平台不只包含了一塊簡單 I/O 功能的電路板，也使用簡化的 C/C++ 程式語言，提供眾多函式庫，方便開發。比起其它微控制器，Arduino 具有下列的優勢：一、開發成本低：因 Arduino 的硬體電路圖在網路上開放下載，使用者可以自行焊接組裝，或是直接購買 Arduino 官方或第三方廠商製作的開發板，比起其他微控制器 Arduino 板相對便宜的；而程式開發軟體 Arduino IDE 則可從網路上免費下載使用，將學習與開發成本降至最低。二、跨平台：Arduino 的開發軟體可在不同的作業平台下執行，包含 Windows，Macintosh OSX 和 Linux。三、簡單與清晰的編程環境：Arduino 將單晶片編程的繁瑣細節包起來，也簡化了與微控制器的工作，讓開發流程適合教學與學習的環境。 24.

(37) 四、開放源碼：Arduino 軟體採用開放原始碼的方式，任何經驗豐富的程式設計師都可從官網下載後，根據自己的需求予以擴展；Arduino 的函式庫由 C++撰寫，若想了解技術細節可從中學習。五、可擴展的硬體：Arduino 是基於 Atmel 的 ATmega168、Atmega328 微處理器，其開發板的設計電路圖允許在創用 Creative Commons 的許可下，讓經驗豐富的電路設計者依自己的設計予以擴展和改善，由於官方網站的教學內容豐富，社群分享的參考資料多，讓即使缺乏經驗的用戶也能自行建立電路板，節省金錢。由於上面的因素，所以本研究使用 Arduino 當作主控制板，進行智慧居家控制的主要核心。. 貮、Arduino Yun Arduino Yun 為 2013 年所發表的新款 Arduino 開發板，其優點為具有雙處理器，ATmega 32U4 負責處理 Arduino I/O 的功能，Atheros AR9331 處理器則可使用 Linux 作業系統來開機，此作業系統支援 python 且可以透過指令進行軟體的安裝，且具備了一個乙太網路接頭與 Wifi 功能，其無線與有線的通訊能力都很強大，本研究選擇此開發板的原因是 Arduino Yun 可以很容易地架設 Web Server，讓我們可以很容易透過網頁進行 Arduino I/O 的控制，在開發上有很多的彈性（曹永忠、許智誠、蔡英德， 2015）。. 參、Temboo Temboo 為一網路服務 API，透過 Temboo 我們可以很容易地將 Arduino Yun 的資料送到 Google 試算表或將照片上傳到 Dropbox 等，但其免費帳號的限制為每個月只能上傳 750 筆資料。. 肆、Python 在進行照片的拍攝或錄影我們必須撰寫 Python 程式到 Arduino Yun 的 25.

(38) SD 卡中，以進行拍攝或錄影的動作，利用 Python 整合 arduino，可以作到軟體和礎體上的結合，讓學生的專題更加多元。. 伍、HTML、CSS 與 JavaScript 本研究將把家電的控制以網頁呈現，所以需要透過 HTML、CSS 與 JavaScript 來撰寫網頁。. 陸、App Inventor App Inventor 是由麻省理工學院 (Massachusetts Institute of Technology, MIT) 發展基於區塊編程的工具，讓任何人即使是初學者也都能很容易規劃與建置功能齊全的 Android 應用程式。App Inventor 最初是由 Hal Abelson 教授在 Google 休假時與 Google 教育團隊開發的，2012 年 1 月 1 日 Google 實驗室將整個 App Inventor 計畫移交給麻省理工學院行動學習中心維護，並持續免費與開發原始碼的精神，在 2013 年 8 月 MIT 行動學習中心發表了將 Blocks Editor 整合在網頁中並大幅提升功能的 App Inventor 2，簡稱 AI2，並將原來的 App Inventor 更名為 App Inventor Classic，App Inventor Classic 與 App Inventor 2 程式設計概念是相同的，一樣是於 Designer 頁面設定好元件配置後至 Block Editor 撰寫程式以決定程式的行為（蔡宜坦， 2015）。本研究透過 App Inventor 進行手機端程式的撰寫，其區塊編程的方式讓學生比較容易入門，降低手機端程式開發的難度。. 26.

(39) 第三章研究設計與實施本研究旨在探討探究式教學和講述式教學運用於高職電機科專題製作課程中，運用探究式教學對學生探究能力與學習態度之影響。利用專題製作課程教材及自編 APP 學習單，透過智慧居家範例，提升學生對於智慧居家控制的認識，同時瞭解經由探究式課程教學及傳統講述教學後，學生的學習態度是否有所提升，及進行專題課程時可能遭遇到的問題，促使研究者的教學專業成長。本章分六節說明，第一節為研究方法與限制，第二節為研究步驟，第三節為研究工具與實施流程，第四節為參與人員，第五節為教學規劃與實施及第六節為資料處理與分析，其分述如下。. 第一節研究方法與限制本研究採用等組前後測準實驗設計，將探究式教學應用於高職電機科專題製作課程上，主要探討學生的學習態度是否有所提升，然研究方法與研究限制分別說明如下。. 壹、研究方法本研究採用等組前後測準實驗設計，分為實驗組（A 組 18 人）與控制組（B 組 18 人），實驗過程一年，目的是為了瞭解實驗組施以探究式教學與控制組施以講述教學後，以學習態度問卷統計，經 SPSS 分析前、後之間的差異，檢視兩組是否有顯著的提升學習態度。本研究之準實驗設計內容如表 3-1。另一方面，將實務工作者在專題製作課程中所遭遇的問題進行研究，以研究者本身在實務工作場域上所遇見的問題，研擬解決方案途徑與策略，從旁協助學生完成專題製作。首先實驗組進行提升學習態度的探究教學策 27.

(40) 略，控制組依據教科書設計的單元範例進行傳統的食譜式教學，兩組學生基礎課程上完後，實驗組學生對各自設定的專題題目進行探究，利用所學過的知識當為基礎，進行探究並自行找出各自專題問題之所在。控制組學生則依學習單完成設定的專題，若學習上有遇到困難，除可以找師長詢問外，還會自行藉由網路資源、書籍及學習單等相關資料，去獲得知識，習得技能、養成正向的學習態度。而教師在被諮詢時，並不會直接幫同學解答，另外藉由研究者編修之高職電機科專題製作學習態度量表，分析經由探究式教學進行，學生對專題製作學習態度上是否有所差異。且透過專題製作報告書、成品、影片等去瞭解學生累積的技能，同時透過小組自評表及互評表、問卷回收及分析，省思並修正其教學方式，期許可解決，研究者在教學現場中所面臨的困境，提升學生正向的學習態度。表 3- 1 準實驗設計內容組別. 前測. 實驗處理. 後測. 實驗組. O1. XT. O2. 控制組. O1. XC. O2. XT：實驗組處理（探究式教學實驗） XC：控制組處理（傳統講述教學實驗）本研究架構如圖 3-1，其相關變項如下：一、自變項：使用探究式教學輔以學習單及課本進行學習。二、依變項：（一）檢視學習態度量表前後，比較實驗組與控制組差異情形為何？（二）排除前測因素，檢視學習態度後，於實驗組與控制組差異情形為何？ 28.

(41) 自變項使用探究式教學輔以學習單及課本進行學習。. 依變項專題製作學習態度 1.自我認知 2.學習動機 3.主動學習 4.學習習慣 5.解決學習困難. 控制變項一、對象實驗組（18人）控制組（18人）二、教學策略實驗組（探究教學）控制組（傳統講述教學）三、時間為兩學期. 圖 3- 1 研究架構. 貮、研究限制本研究主要想瞭解經過「專題製作」後的課程，對高職電機科專題製作學習態度上之影響，以臺北市立內湖高工為研究場域，配合研究者於高瞻計劃下的支援來設計教學課程。在此研究中，受限研究者本身授課的班級，故研究對象僅以內湖高級工業職業學校電機科三年仁班同學為主要研究對象，進行探究式教學和傳統講述教學運用於專題製作課程的研究，因研究樣本數不多，因此若要推廣到其它場域，則需要更多的母群進行實驗，且因研究時程受限，只適合提供後續從事相關研究之研究者一個樣本模型進行參考。. 29.

(42) 第二節研究步驟本研究在質的研究中，採用行動研究的方式進行探究式教學和講述教學，運用於專題製作課程，當研究者發現問題，確定研究目的，經文獻探討後，尋找解決問題的方法和策略，再進行研究設計於教學現場中實施，並透過問卷回收分析資料，發表研究結果，其研究步驟如圖 3-2 所示。. 動機：發現問題. 確定研究目的. 文獻探討. 研究設計. 研究實施. 問卷蒐集與分析. 反思與修正. 整理研究結果與建議. 圖 3- 2 研究步驟 30.

(43) 第三節研究工具與實施流程本研究採等組前後測準實驗設計並配合行動研究的方式，探討探究式教學法和講述教學法以提升學習態度的探究教學策略實驗成效其發現的問題是來自教學實務工作者本身之工作情境中，將遇見的困擾，擬定解決方案來加以研究，並對學生的學習歷程進行觀察與反省，逐步修正自己教學策略的方式，以下將分成研究工具和實施流程來加以說明。. 壹、研究工具本研究所使用的工具為學習態度量表、小組自評表及互評表、學生晤談紀錄表、研究者自製學習單，其分述如下：一、學習態度量表編修過程本研究之「學習態度量表」係由王淳葦（2016）研製而成，經研究者得到原作者同意後，將此學習態度量表修編對專題製作學習態度量表施測，該量表採用專家審查的方式建立專家效度，且針對取樣受試採 Cronbach α 及因素分析等方法進行信、效度考驗之後（整體量表之項目分析 α 值為 0.955），將其評量中之學習態度內涵及各分量表之信度分析依序為：（1）自我認知、分量表 Cronbach’s α 為 0.827；（2）學習動機、分量表 Cronbach’s α 為 0.888；（3）主動學習、分量表 Cronbach’s α 為 0.840；（4）學習習慣、分量表 Cronbach’s α 為 0.872；（5）解決學習困難、分量表 Cronbach’s α 為 0.860，如表 3-2 所示。從上述分析之表現可知此學習態度量表具有相當優良之信、效度。得分狀況採用 Likert 五點量表進行評分，5 分為最高分，1 分為最低分，共 35 題，五大構面，其學習態度量表問卷原作者為：王淳葦（2016），其問卷得分愈高代表在專題製作學習態度上愈正向、較佳，其內涵可分為五大構面：自我認知、學習動機、主動學習、學習習慣與解決學習困難。 31.

(44) 表 3- 2 電工機械學習態度量表各構面之包含題項及信度分析構面. 包含題項. 各構面之 α 值. 自我認知. 1-7. 0.827. 學習動機. 8-14. 0.888. 主動學習. 15-22. 0.840. 學習困難. 23-29. 0.872. 解決學習困難. 30-35. 0.860. 總量表之 α 值. 0.955. 資料來源：王淳葦（2016）。翻轉教室應用於高職電機科電工機械課程之行動研究（未出版之碩士論文）。國立臺北科技大學，臺北市。. 研究者參考上述量表後，擬訂定題目共 35 題，其內涵可分為五大構面：自我認知、學習動機、主動學習、學習習慣與解決學習困難。學習態度範指在學習過程中，學習者對其學習內容上的認知與看法，或對其科目上的喜好，進而產生一種反應在學習行為上的心理狀態。而效度和信度建立說明如下。（一）效度建立內容效度採用專家審查的方式建立，於初稿完成後，與指導教授討論再進行專家意見審查，專家名單 4 名，詳如附錄三，分別針對量表中的各構面與各題項是否與本研究相符, 進行調整並提供建議。（二）信度建立如表 3-3 所示，為使量表有內部一致性信度，通常 α 係數介於 0 至 1 之間，若 α 係數接近 0 代表同一構面信度越低，若 α 係數接近 1 代表同一構面信度越高（吳明隆，2009）。. 32.

(45) 表 3- 3 Cronbach's α 係數舆可信程度之關係表 Cronbach’s α. .9 以上 .80〜.90 .70〜.80 .60〜.70 .50〜.60 .50 以下非常. 可信程度. 勉強理想. 佳. 理想. 普通. 剔除可信. 資料來源：吳明隆（2009）。SPSS 操作與應用：問卷統計分析實務（二版）。臺北市：五南. 研究對象為三年級之另一班學生，全班人數 30 名，基於研究倫理，願意參與並繳交家長同意書的學生數量為 25 名，因此發出量表為 25 份，回收 25 份，有效回收率為 100%。預試結果經 SPSS 進行各構面之 Cronbach’s α 系數信度分析後，由表 3-4 至表 3-9，瞭解各構面之值為（1）自我認知、分量表 Cronbach’s α 為 0.833，（2）學習動機、分量表 Cronbach’s α 為 0.866，（3）主動學習、分量表 Cronbach’s α 為 0.877 （4）學習習慣、分量表 Cronbach’s α 為 0.830 以及（5）解決學習困難、分量表 Cronbach’s α 為 0.740，而總分量表之 Cronbach’s α 值為 0.951。整理如表 3-4 所示。並利用 Cronbach’s α 值判斷試題是否一致，若 Cronbach’s. α 值未達到標準則將刪除該題目。而在 SPSS 的數據分析. 中可得知，各題目刪除後之 α 值大於所在構面之 α 值的共有 3 題，分別是 6、18、25 題，經研究者考量這 3 題和各構面之 α 值相差不大外，總受測人數也較少，因此決定此 3 題予以保留，形成正式量表（附錄六）。. 33.

(46) 表 3- 4 學習態度量表各構面之包含題項及信度分析構面. 包含題項. 各構面之 α 值. 自我認知. 1-7. 0.833. 學習動機. 8-14. 0.866. 主動學習. 15-22. 0.877. 學習困難. 23-29. 0.830. 解決學習困難. 30-35. 0.740. 包含題項. 刪除題項. 總量表之 α 值. 0.951. 表 3- 5 自我認知之信度分析構面. 各構面之 α 值. 各構面之 α 值. 自我認知. 1. 0.789. 2. 0.794. 3. 0.802. 4. 0.829. 5. 0.814. 6. 0.839. 7. 0.804. 34. 0.833.

(47) 表 3- 6 學習動機之信度分析構面. 包含題項. 刪除題項. 各構面之 α 值. 各構面之 α 值. 學習動機. 8. 0.842. 9. 0.850. 10. 0.865. 11. 0.859. 12. 0.856. 13. 0.815. 14. 0.834. 包含題項. 刪除題項. 0.866. 表 3- 7 主動學習之信度分析構面. 各構面之 α 值. 各構面之 α 值. 主動學習. 15. 0.855. 16. 0.865. 17. 0.863. 18. 0.893 0.877. 19. 0.841. 20. 0.857. 21. 0.839. 22. 0.876. 35.

(48) 表 3- 8 學習習慣之信度分析構面. 包含題項. 刪除題項. 各構面之 α 值. 各構面之 α 值 23. 0.801. 24. 0.798. 25. 0.833. 26. 0.789. 27. 0.811. 28. 0.798. 29. 0.815. 包含題項. 刪除題項. 學習習慣. 0.830. 表 3- 9 解決學習困難之信度分析構面. 各構面之 α 值. 各構面之 α 值. 解決學習困難. 30. 0.649. 31. 0.690. 32. 0.707. 33. 0.729. 34. 0.708. 35. 0.732. 0.740. 36.

(49) 二、小組自評表及互評表本研究中小組自評表及互評表設置的目的，在於藉由小組成員參與討論，透過 PPT 或小論文來進行簡報，一方面可讓大家瞭解彼此的研究動機、研究目的及專題的進展程度，並就各組狀況，每組給予一個優點或建議作講評，並為他人評分。另一方面，也可以在過程中，瞭解組員們是否有確實融入專題討論，有無認真聽他人報告或在上課的時間偷偷的玩手機，並設計問答，讓學生適時的給予教學者有效建議，最後利用互評表（每人一份）幫其它小組評分，自評表為自己組員幫自己評分（一組一份），每人最低 60 分，最高 90 分來作為學生評分之依據。三、學生晤談紀錄表研究者在教學實驗結束後，依學生學習的狀況，瞭解他們對探究式教學應用於專題製作上，對其學習態度是否產生變化，將晤談內容對課堂上的建議，整理為學生晤談紀錄表，有助於修正並改善之後研究者的教學內容。四、研究者自製學習單研究者自製學習單，主要是補充課堂之教學內容則依序規劃為六個單元，介紹如下：（一）單元一「認識 Arduino」，進行 Arduino IDE 介紹，並撰寫簡單 I/O 控制程式，例如：LED 燈號控制，按扭常按加 1 減 1 歸 0 及按扭放開後加 1 減 1 歸 0。（二）單元二「認識感測器」，進行感測器模組的介紹，介紹溫溼度感測器模組、物體移動感知模組與蜂鳴器模組等。（三）單元三「認識 App Inventor」，介紹 App Inventor 的開發方式，並撰寫簡易程式，例如：BMI 體重設計，碼錶中斷計時。. 37.

(50) （四）單元四「Temboo 介紹」，結合 Temboo 將蒐集到的資訊傳送到 Google 試算表與 Dropbox 中。（五）單元五「無線傳輸控制介紹」，進行藍牙與紅外線控制的介紹，並結合 App Inventor 的介面設計進行手機端的控制，如 LED 燈亮滅，溫溼度回傳數值至手機。（六）單元六「網頁控制智慧家電」，撰寫網頁程式，透過網頁進行家電的控制，控制 LED 燈亮滅。. 貮、研究實施流程本研究之研究實施流程將分成研究準備期、研究實施期、資料總結期三階段說明，如圖 3-3 所示一、研究準備期（一）時間安排：2018 年 1 月 31 日至 2018 年 08 月 30 日（二）執行重點：發現問題、確定研究方向與解決策略、蒐集相關文獻資料並確定研究對象、改編高職電機科專題製作學習態度量問卷。二、研究實施期（一）時間安排：2018 年 8 月 31 日至 2019 年 03 月 31 日（二）執行重點：先蒐集高職電機科專題製作學習態度量問卷前測，實施為期一學年的探究式教學法，並於下學期報告截止日後蒐集相關資料及檢討問題，反省後修正教學，再實施學習態度問卷後測。三、資料總結期（一）時間安排：2019 年 4 月 01 日至 2019 年 05 月 31 日（二）執行重點：統計並分析高職電機科專題製作學習態度量表前後測差異，進行量化資料整理，並透過學生晤談表、專題互評表及小組自評表進行、質的研究，整理後提出研究結果與建議。. 38.

(51) 動機：發現問題. 研究準備期. 確定研究目的. 文獻探討. 實施高職電機科專題製作學習態度量表前測研究實施期. 實驗組實施探究式教學控制組實施講述教學. 教學修正. 研究工具 1.小組互評表、自評表 2.學生晤談記錄表. 整理資料、分析資料. 實施高職電機科專題製作學習態度量表後測. 資料總結期. 整理研究結果 1.量化統計資料分析 2.撰寫研究報告 3.依據學生晤談記錄表，撰寫質的研究. 圖 3- 3 研究實施程序. 39. 教學反思.

(52) 第四節參與人員本研究參與人員，包含參與學生和授課教師等。以下說明參與本次行動研究的人員背景。. 壹、參與學生台北市立內湖高級工業職業學校電機三仁的學生，將學生人數為 39 人，扣除 2 名特教生和一名建教生後，全班參與實驗的人數為 36 人，依學號順序排列，分成 A 組（18 人）及 B 組（18 人），全班都是男生。學生來源以臺北市立各行政區為主，部分則來自新北市金山、板橋、中和等地。還有兩位來自基隆的學生。此班學生沒有自主設計 APP 程式的相關經驗，但全班在二年級多元選修課程中，有上過 Arduino 的課程，內容為課本的前七章和直流馬達控制。. 貮、授課教師研究者現職為臺北市立內湖高工電機科專任教師兼電機三仁導師，運用專題製作課程，實施探究式教學和傳統教學法之比較，運用於內湖高工電機三仁學生。. 40.

(53) 第五節教學規劃與實施壹、教學單元主題與進度本研究採等組前後測準實驗設計，探討探究式教學法和講述教學法以提升學習態度的探究教學策略實驗成效，教學活動上是採用台科大出版社出版之 ARDUINO 微電腦應用實習，再配合研究者自編學習單補充專題製作所需之 APP 設計能力，因二年級全班學生皆有上過 Arduino 中級檢定，因此前七章及直流馬達都己經上過，故教學進度規劃及課程單元內容規劃如表 3-10 所示。表 3- 10 教學進度規劃及課程單元內容規劃週次. 日期. 章節. 教學內容. 107-1 上學期一. 2018.08.31（五）工業安全教育、（Ａ組）. 配合學習單 CH1 的教學，利. CH8-LCD 液晶顯示用三顆按扭在 LCD 上面顯示器. 加 1、減 1、歸 0，並學會顯示自己的學號、顯示中英文字幕等。. 二. 2018.09.07（五）工業安全教育、（Ｂ組）. 配合學習單 CH1 的教學，利. CH8-LCD 液晶顯示用三顆按扭在 LCD 上面顯示器. 加 1、減 1、歸 0，並學會顯示自己的學號、顯示中英文字幕等。（續下頁） 41.