綠色設計融入製造科技教學之行動研究

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(1)國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系碩士論文. 綠色設計融入製造科技教學之行動研究. 研究生：田籃惇指導教授：朱益賢. 中. 華. 民. 國. 一. Ｏ. 一. 年. 六. 月.

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(3) 謝. 誌. 桃園、台北，每次 1.5 小時的旅程填滿了這兩年讀書的日子。這段旅程裡，好多人走入我的人生，也有好多人離開了我的人生。感謝走入我人生的師長與朋友，也感謝離開我人生的長輩。謝謝指導教授朱益賢老師。從大學時期上老師的課到碩班接受老師的指導，老師的嚴謹與有條不紊是我學習的楷模。謝謝老師的悉心指導，雖然我常常會有突如其來的事情打亂了步調，老師卻總是能用最大的耐心包容我。課業上不免要面對我經常性的無知，老師也總能在瞬間點醒我。同時也要感謝口試委員高震峰教授與賴志樫所長。從計畫審查到最後的論文口試，謝謝老師們給予我的指導與鼓勵。懵懂學習的過程中，幸好有老師們的指引，讓我能順利且正確的完成我的論文。此外，也要感謝系上老師們的指導與鼓勵，余鑑老師、黃能堂老師、楊錦心老師、蘇照雅老師、游光昭老師、上官百祥老師、張玉山老師。感謝老師這六年學業上的指導，老師們給予我的不只是課業上的協助，更是人生的啟蒙。謝謝我在研究所時期認識的同學與朋友們，感謝大家的相挺，讓總是要兩地跑的我可以得到最快的訊息。謝謝虹均和乃瑜，這兩年你們給我的幫忙真是太多太多了，一點一滴都深藏在我心。也要謝謝偉順哥、子榕哥和建億，我們是最老的一群，感謝你們的大力相助。謝謝任教學校的校長、主任、組長與同事們。感謝陳勝利校長、盧宗台主任、許菀玲主任與張景惠主任，感謝校長與主任用最大的耐心包容我為了念研究所辭去行政職，讓我能夠專心的教學與讀書。謝謝郁慧組長、健倫與怡君組長的幫忙，總能幫我將課與監考排開，讓 i.

(4) 我能夠順利的到台北上課。謝謝我的同事們總要不斷的聽我抱怨功課、論文寫不完，也謝謝你們總是不斷的跟我說：快了，快可以畢業了。最後，要謝謝我的家人，感謝你們讓我從小到大都可以義無反顧的向前走。當我累了，倦了總給我最大的支持。謝謝你們總是這樣默默的支持我。謹以此獻給我的師長、朋友與最愛的家人田籃惇謹誌 2012 年 7 月. ii.

(5) 綠色設計融入製造科技教學之行動研究研究生：田籃惇指導教授：朱益賢. 中文摘要本研究旨在發展綠色設計融入製造科技之教學活動，用以了解其對於學生在作品設計與實作的影響。研究目的有三：(1)探討與發展綠色設計融入製造科技教學活動；(2)評估綠色設計教學對學生作品設計的影響；(3)評估綠色設計教學對學生實作作品的影響。採用的研究方法為行動研究法，研究對象為研究者任教學校中接受生活科技課程之學生，兩個班級共 85 人，進行為期 7 週共 14 小時的「綠色設計教學活動」。教學活動過程中讓學生利用回收之光碟片進行產品的綠色設計，以「綠色設計學習單」與研究者課堂觀察與紀錄作為研究分析用之資料，對學生在設計與實作兩方面與綠色設計符合程度進行整理與分析。經過資料蒐集、整理與分析後，得到以下研究發現：一、綠色設計概念適合融入製造科技領域，且適用於增進學生對能源與資源的善用與珍惜。其中可融入教學中之綠色設計原則可分為材料選擇、產品功能與加工過程三大項。綠色設計融入製造科技教學適合以多元評量方式評量學生之學習成效。二、綠色設計教學活動對學生作品設計時材料選擇方面的「再生及豐富的資源」與「單一材料」等項目之得分上有顯著的成長。三、綠色設計教學活動對學生作品設計之產品功能方面，「重複使用與」與「易拆解設計」子項目上之得分有顯著的成長，而「增加 iii.

(6) 產品耐久性」項目上之得分僅略為成長。四、綠色設計教學活動對學生作品實作方面在「低耗能」、「減少使用材料」與「表面處理」等子項目上之得分有顯著成長，而「最佳化生產技術」上之得分則略為退步。最後，本研究依據研究結論提出建議：一、對教師教學的建議：(1)教學內容部分可以善用短片輔助教學；綠色設計原則所提供的例子可更生活化；(2)實作活動部分在材料選擇上可選擇其他材料進行加工，在產品功能上能增加結構與重心內容之教學，在加工過程上教師可設計適合的模具以輔助學生進行精密的加工;(3)教學活動部分可增加同儕互動的機會；給予學生足夠的時間進行設計與實作。二、對未來研究的建議：(1)可將其他教學法列為研究變項；(2)從其他科技領域中觀察學生綠色概念；(3)進行行動研究時，教學過程可與同科教師進行協同教學，以增加資料之蒐集。. 關鍵詞：製造科技、綠色設計、節能減碳、節能減碳教育. iv.

(7) Action Reserch of Integrating Green Design Principles into the Manufacturing Technology Learning Activities Author: Tien, Lan-Tun Adviser: Chu, Yih-Hsien. ABSTRACT The present study aimed to develop a learning activity adopting green design into the manufacturing technology, and to understand its influence on the students in their work design and implementation. This research planned to accomplish the following purposes: (1) to develop and to assess a learning activity adopting green design in manufacturing technology setting ;(2) to assess the impact of learning activity on the students’ capability of designing products; (3) to assess the impact of the learning activity on the students’ capability of implementing products. The research method adopted action research. Two intact classes of 85 senior high school students participated in the study. The study lasted for seven weeks, that is, a total of 14 hours of "green design" learning activities. During the process of teaching and learning activities, the students used the recycled CDs to design their products. The data for research analysis was collected through the use of worksheets and researcher classroom observation, and was further analyzed to see whether the students’ design and products were in accordance with the principle of green design. The major findings of the study were listed below: v.

(8) 1. The concept of green design was suitable for integration into the manufacturing field of science and technology and for enhancing students' use of energy resources and cherishing it. Three major sections can be integrated into the teaching of green design principles , including material selection, product features, and product processing. The evaluation sheet of green design and implementation can be used to assess the effects of these three major sections on the use of energy resources. 2. The results of students’ selecting the sections of “renewable resources” and “single material” showed a significant effect of the green design teaching activity on material selection. 3. The results of students’ selecting the sub-sections of “reusability” and “the design of easy disassemblage” showed a significant effect of the green design learning activities on product design, while the result of students’ selecting “the increase in product durability” was not salient. 4. The results of students’ selecting the sub-sections of “low energy consumption,” “reducing the use of materials,” and “surface treatment” showed a significant effect of the green designlearning activities on student practical work, while the result of students’ selecting “optimizing production technology” was on a slight step backward.. Keywords: manufacturing technology, green design, energy conservation and carbon reduction, the education of energy conservation and carbon reduction vi.

(9) 目謝. 錄. 誌. ...................................................................................................... i. 中文摘要. .................................................................................................. iii. ABSTRACT .................................................................................................... v 目. 錄. ................................................................................................... vii. 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 第三節研究範圍與限制 ..................................................................... 6 第四節名詞解釋 ................................................................................. 7 第二章. 文獻探討 ..................................................................................... 9. 第一節節能減碳與教育 ..................................................................... 9 第二節綠色設計 ............................................................................... 15 第三節製造科技 ............................................................................... 28 第四節相關研究探討 ....................................................................... 40 第三章. 研究設計與實施 ....................................................................... 47. 第一節概念性研究架構 ................................................................... 47 第二節研究對象 ............................................................................... 49 第三節研究方法與步驟 ................................................................... 50 第四節研究工具 ............................................................................... 57 第五節資料分析.................................................................................. 67 vii.

(10) 第四章. 研究結果與討論 ....................................................................... 69. 第一節課程設計與實施 ................................................................... 69 第二節綠色設計與實作評量表分析 ............................................... 85 第三節綠色設計融入製造科技教學對材料選擇的影響 ............... 88 第四節綠色設計融入製造科技教學對產品功能的影響 ............... 91 第五節綠色設計融入製造科技教學對加工過程的影響 ............. 100 第六節綠色設計教學活動分析 ..................................................... 111 第五章. 結論與建議 ............................................................................. 115. 第一節結論 ..................................................................................... 115 第二節建議 ..................................................................................... 119 參考文獻. ................................................................................................. 123. 一、中文部分 ..................................................................................... 123 二、外文部分 ..................................................................................... 129 附. 錄. ................................................................................................. 133. 附錄一綠色設計融入製造科技領域之教學方案 ......................... 135 附錄二教學活動呈現方式 ............................................................. 137 附錄三綠色設計學習單 ................................................................. 142 附錄四綠色設計與實作評量表 ..................................................... 148 附錄五綠色設計課後討論學習單 ................................................. 149 附錄六綠色設計融入製造科技領域之教學方案〈修正版〉 ..... 149. viii.

(11) 表. 次. 表 2-1 節能減碳年主要行動計畫 .............................................................. 11 表 2-2 綠色設計定義 .................................................................................. 17 表 2-3 ISO14062 環境化設計方法 ............................................................ 24 表 2- 4 美國科技素養教育課程標準 .......................................................... 30 表 2-5 科技素養內涵綱領與細目 .............................................................. 31 表 2-6 普通高級中學生活科技課程架構 .................................................. 32 表 2-7 國內節能減碳教育相關研究.......................................................... 41 表 2-8 綠色設計方法/策略之國內相關研究 ............................................ 44 表 2-9 綠色設計的創作研究 ...................................................................... 45 表 3-1 各項目之評分者信度 ...................................................................... 66 表 4-1 第一週教學記要表 .......................................................................... 73 表 4-2 第二週教學記要表 .......................................................................... 74 表 4-3 第三週教學記要表 .......................................................................... 76 表 4-4 第四週教學記要表 .......................................................................... 77 表 4-5 第五週教學記要表 .......................................................................... 79 表 4-6 第六、七週教學記要表 .................................................................. 81 表 4-7 新舊教學方案對照表 ...................................................................... 84 表 4-8 前、後測各項目得分之相依樣本 t 檢 .......................................... 85 表 4-9 再生及豐富的資源各層次得分人數與比例.................................. 88 表 4-10 單一材料項目各層次得分人數與比例 ......................................... 90 表 4-11 重複使用項目各層次得分人數與比例 ......................................... 91 表 4-12 易拆解設計項目各層次得分人數與比例 ..................................... 93 ix.

(12) 表 4-13 產品耐久性項目各層次得分人數與比例 ..................................... 96 表 4-14 最佳化的生產程序項目各層次得分人數與比例 ....................... 100 表 4-15 低耗能項目各層次得分人數與比例 ........................................... 102 表 4-16 減少使用材料項目各層次得分人數與比例 ............................... 104 表 4-17 表面處理項目各層次得分人數比例 ........................................... 107 表 4-18 學生對綠色設計之解釋概念人數 ............................................... 111 表 4-19 教學目標與學習成果對照表 ....................................................... 114. x.

(13) 圖. 次. 圖 2-1. 綠色生命週期設計 ....................................................................... 18. 圖 2-2. 生命週期評估法設計程序 ........................................................... 23. 圖 2-3. 泛用系統模式 ............................................................................... 34. 圖 2-4. 科技系統模式 ............................................................................... 35. 圖 2-5. 製造科技的系統架構圖 ............................................................... 36. 圖 3-1. 研究概念性架構 ........................................................................... 47. 圖 3-2. 教學流程 ....................................................................................... 54. 圖 3-3. 研究步驟流程圖 ........................................................................... 56. 圖 3-4. 研究工具使用時機與相關性 ....................................................... 57. 圖 3-5. 教學活動簡易流程圖 ................................................................... 60. 圖 3-6. 教學段落運用輔助媒體與工具之連結圖 ................................... 61. 圖 3-7. 綠色設計學習單示例 ................................................................... 62. 圖 3-8. 評分方式示例 ............................................................................... 65. 圖 4-1. 教學活動簡易流程圖 ................................................................... 71. 圖 4-2. A27 成品 ....................................................................................... 89. 圖 4-3. A35 成品 ....................................................................................... 89. 圖 4-4. A25 設計圖與成品 ....................................................................... 90. 圖 4-5. A29 成品 ....................................................................................... 92. 圖 4-6. B40 成品........................................................................................ 92. 圖 4-7. B21 作品........................................................................................ 93. 圖 4-8. B13 成品........................................................................................ 94. 圖 4-9. B23 成品........................................................................................ 94 xi.

(14) 圖 4-10 B12 成品........................................................................................ 95 圖 4-11 A22 作品 ....................................................................................... 95 圖 4-12 B03 設計圖.................................................................................... 96 圖 4-13 A26 作品 ....................................................................................... 96 圖 4-14 A31 成品、 B01 成品.................................................................. 97 圖 4-15 A25 成品 ....................................................................................... 98 圖 4-16 B21 成品 ....................................................................................... 98 圖 4-17 A18 成品 ..................................................................................... 101 圖 4-18 A 25 前設計圖與成品 ................................................................ 102 圖 4-19 B33 前設計圖.............................................................................. 103 圖 4-20 B33 後設計圖.............................................................................. 103 圖 4-21 B24 前、後設計圖 ..................................................................... 104 圖 4-22 B09 成品...................................................................................... 105 圖 4-23 B15 設計圖與成品 ..................................................................... 105 圖 4-24 A10 作品 ..................................................................................... 105 圖 4-25 B16 前設計圖與成品 ................................................................. 106 圖 4-26 B03 成品與設計圖 ..................................................................... 106 圖 4-27 B32 成品...................................................................................... 108 圖 4-28 A17 成品 ..................................................................................... 108 圖 4-29 A13 成品 ..................................................................................... 109 圖 4-30 B29、A20 成品........................................................................... 109 附圖 1. 教學進度表 ................................................................................. 137. 附圖 2. 製造科技系統概念圖 ................................................................. 138 xii.

(15) 附圖 3. 材料種類 ..................................................................................... 138. 附圖 4. 加工方法 ..................................................................................... 138. 附圖 5. 光碟片塑料特性介紹 ................................................................. 139. 附圖 6. 第一週教學活動—光碟片去金屬膜 ......................................... 139. 附圖 7. 加工方法介紹投影片 ................................................................. 140. 附圖 8. 綠色設計概念介紹 ..................................................................... 140. 附圖 9. 綠色產品實例 ............................................................................. 140. xiii.

(16) xiv.

(17) 第一章緒論本研究旨在探討綠色設計概念融入製造科技領域教學後，對學生在作品設計與實作上的影響。本章主要說明研究背景與動機、研究目的、待答問題、研究範圍、研究限制與名詞解釋。. 第一節. 研究背景與動機. 地球上的環境生態隨著科技進步而遭受破壞，暖化效應持續蔓延，使得全球氣候出現異常現象。哥本哈根氣候變遷高峰會於 2009 年 12 月召開，召集世界各國討論全球暖化問題。本次會議要求各國承諾保持全球平均溫度較前工業化時代的升幅不超過攝氏 2 度，這足以了解各國已將減碳視為重要議題，因此，「節能」與「減碳」已經是全球必須共同努力的目標。台灣為因應全球節能減碳趨勢，行政院訂定了「永續能源政策綱領」。此政策提倡永續能源發展應兼顧「能源安全」、「經濟發展」與「環境保護」，以滿足未來世代發展的需要（行政院經濟部， 2009a）。同時從能源、產業、運輸、環境與生活各方面的具體行動著手，以達到節能減碳的社會。因此，為使「節能減碳」的具體行為落實在生活當中，在教育方面我們應該將「節能減碳」的觀念向下紮根至中等教育裡。透過相關的議題討論讓學生能意識到節能減碳的重要，進而使我們的學生養成節能減碳的生活習慣。生活科技課程目標之一是培養具有科技素養的公民（李隆盛，2005）。未來的公民必須能藉由科技方法來解決生活中的問題，而我們期望這些解決問題的科技方法不會在解決問題時又衍生出更多的問題。因此，不僅要培養學生提出解決問題的方法，而且還必須要是符合「節能」與「減碳」的方法， 1.

(18) 這才是長久之計。節能減碳包含「能源節約」與「二氧化碳減量」二大概念（宋佳芳，2009a；陳瑞榮，2008；黃月純，2008；劉聰桂、柳中明、洪志誠， 2010）。宋佳芳（2009a）認為節能減碳教育宜從能源教育著手。目前各國在探討節能減碳教育的議題上，也多以能源做為教育的主軸。行政院經濟部（2009b）在<無悔節能減碳十大宣言>中提到，除了節約能源外，同時也要愛惜地球資源。在節能減碳國家總計劃中（行政院經濟部，2010a）也提到，推動節能減碳生活社會運動應該營造綠色消費潮流，以形塑節能減碳生活。由此可知為了要形塑節能減碳生活除了了解能源相關知識外，更應該要讓公民產成綠色消費的行為，使其在使用與購買商品時也能選擇能夠節能減碳的產品。而綠色消費指的是消費者在進行消費行為時能夠考慮到產品對環境的影響（李保寧， 1999）。當我們期望學生進行綠色消費前，更應協助他們對綠色產品有相當程度的認識。因此，本研究希望將綠色設計與綠色製造的觀念融入製造科技領域中，期望藉由綠色產品的設計與製造增加學生對綠色產品的認識。透過實作活動讓學生更了解綠色設計的原則，使其在進行作品設計與製作時能將綠色設計概念融入其中，將節能減碳轉化成行為。另外，研究者從教學現場發現，學生在進行實作課程時往往因為設計上與製作流程上的不注意，造成使用材料與機具時產生材料與能源浪費的情況。研究者認為這樣的情況應該要進一步改善。因此，如果在學生進行設計與製作前能加入能源與資源利用概念的傳遞，是否能有效的減少能源與資源的浪費，進而表現出節能減碳的行為。為了 2.

(19) 讓學生能夠更珍惜資源並能做有效率的加工，希望透過綠色設計的教學提升學生節能減碳的行為，使資源與能源能發揮其最大的效用。. 3.

(20) 第二節. 研究目的與待答問題. 根據前節所述研究動機與背景，本研究探討綠色設計概念融入製造科技領域之教學對學生在作品設計與實作上之影響，研究目的與待答問題如下：一、研究目的 (一) 探討與發展綠色設計融入製造科技之教學活動。 (二) 評估綠色設計教學對學生作品設計產生的影響。 (三) 評估綠色設計教學對學生作品實作產生的影響。二、待答問題根據上述的研究目的，本研究提出的待答問題為： (一) 綠色設計概念是否適合融入製造科技領域中? 1. 製造科技領域中可融入的綠色設計原則為何？ 2. 製造科技領域中可做為綠色設計的教學評量方法為何？ (二) 綠色設計教學後，學生作品設計上是否能符合綠色設計原則？ 1. 綠色設計教學後，學生作品設計上之材料選擇是否能符合綠色設計原則？ 2. 綠色設計教學後，學生作品設計上之產品功能是否能符合綠色設計原則？ (三) 綠色設計教學後，學生作品實作是否更能符合節能減碳？ 1. 學生在作品實作時是否能規劃最佳化生產技術？ 2. 學生在作品實作時是否能減少材料的使用？ 3. 學生在作品實作時是否能考慮低耗能？ 4.

(21) 4. 學生在作品實作時是否能選擇適合的加工處理方式？. 5.

(22) 第三節. 研究範圍與限制. 為達成本研究目的，研究者以高中生活科技製造科技領域做為教學範圍。以此課程範圍發展融入綠色設計之教學活動，以了解學生在活動前、後之作品設計與實作上的改變。研究範圍與限制說明如下：一、研究範圍本研究之綠色設計教學活動主要以高中生活科技之課程大綱與製造科技領域範疇之教學目標編寫。將綠色設計融入製造科技領域之主要原因為，綠色設計概念來自於設計師在進行產品設計時能將綠色概念列入設計考量。因此，在製造科技領域中加入綠色設計概念讓學生在進行產品設計時多考慮資源與能源的運用是本研究主要探討的問題。由於製造科技領域所包含的內容廣泛，而教室內之設備有限，本研究以塑膠做為教學主要內容與實作材料，加工方法也以塑膠可進行之加工方法為主。二、研究限制 (一) 本研究為行動研究，其目的是協助教師解決課堂上之問題，因此研究結果不適宜做一般廣泛性推論。 (二) 態度是個體對外在事物的認知與評價，因此需要通過長時間自身與社會化的過程逐漸形成。本研究計畫之教學活動僅 7 週共 14 節課，因此對於態度的改變無法正確的進行評估，因此節能減碳態度不在本研究討論範圍。 (三) 本研究主要探討學生在產品設計時如何融入綠色設計概念。因此，本研究不對產品設計過程之創造歷程進行討論。 6.

(23) 第四節. 名詞解釋. 一、綠色設計（Green design）綠色設計是一個有系統的設計方法，以降低產品從原料到廢棄過程中對環境的衝擊。（Giudice, Rosa & Risitano, 2006）。因此要進行綠色設計必須將產品從設計、製做、使用到回收整個過程中皆將產品對環境的影響列入重要考量，其中除了產品本身外，同時也考量到製作的過程是否能夠同時達到低汙染與省能源。二、製造科技（Manufacturing technology）製造科技是一知識體，是人類為了解決問題，運用知識、工具和技術來改變材料性質，以達到提升產品價值滿足需求。同時製造科技是人類運用資源轉化成工業和消費產品的技術性調適系統，是科技的一個子系統（蔡錫濤，2005）。三、節能減碳（Energy conservation and carbon reduction）節能減碳包含「能源節約」與「二氧化碳減量」二大概念（宋佳芳，2009a；陳瑞榮，2008；黃月純，2008；劉聰桂等，2010）。本研究中所指的節能減碳為學生在作品設計與實作時能透過材料選擇、產品功能與加工過程達到使用最少的能源與資源的具體行為。四、節能減碳教育（Education of energy conservation and carbon reduction）節能減碳教育是為了培養學生具備節約能源與減少碳排放的相關素養。本研究中所指的節能減碳教育是藉由了解綠色產品的設計與製作過程，進而形成節能減碳的行為。. 7.

(24) 8.

(25) 第二章文獻探討依據研究目的發展綠色設計概念融入製造科技領域之教學活動，並根據教學來評估其對學生之作品設計與實作之影響。以下分別就節能減碳教育、綠色設計、製造科技教學內涵等之相關研究進行文獻探討。. 第一節. 節能減碳與教育. 本節對節能減碳之定義、節能減碳政策、節能減碳教育進行文獻探討，以了解目前節能減碳在教育領域的實施狀況。一、節能減碳的定義節能減碳包含「能源節約」與「二氧化碳減量」二大概念（宋佳芳，2009a；陳瑞榮，2008；黃月純，2008；劉聰桂等，2010）。蕭代基、陳筆、温麗琪、林俊旭、蘇顯揚（2009）對節能減碳下了一個定義，其指出節能的涵義包括提升能源效率與減少能源消費量。能源效率指的是每使用一單位的商品所消耗的能量，例如：單位小時所消耗的電力度數。一般在國際間為了統一不同商品所採計的單位，便以能源消費量與 GDP 之比來代表經濟體的能源效率。國際間在比較節能成果的方式便是使用經濟體的能源效率。減碳的涵義包括降低二氧化碳的排放係數、降低二氧化碳的排放密集度與減少二氧化碳的排放總量。二氧化碳的排放係數是每單位能源消費的二氧化碳排放量，例如：一度電所排放的二氧化碳量。二氧化碳的排放密集度指的是每一 GDP 所排放的二氧化碳。. 9.

(26) 二、節能減碳政策行政院經濟部（2009a）在永續能源政策綱領中提到其政策目標是能源、環保與經濟三贏，期望能夠提高能源效率、發展潔淨能源與確保能源供應穩定。基本原則是建構在提高能源效率、增加能源利用價值、降低污染排放與降低對化石能源與進口能源依賴的能源消費型態與能源供應系統。具體行動由淨源與節流做起。 1. 淨源部分：推動能源結構改造與提升能源效率。 2. 節流部分：推動各部門的節能減碳措施，分為產業部門、運輸部門、住商部門、政府部門與社會大眾五大群。其中產業部門著重在產業結構需朝高附加價值與低耗能發展，核配碳排放額度、提供中小企業節能減碳的能力，並獎勵綠色能源產業；運輸部門重點在發展大量運輸與智慧型運輸系統，並提升私人運具之效率；住商部門強調綠化造林、綠建築、提升電器與照明之能源效率；政府部門要求政府機關學校用電用油能呈現負成長、規劃符合碳中和的政策；社會大眾部分則強調全民節能減碳運動與推動無碳消費習慣以建構低碳及循環型社會。行政院經濟部（2010a）國家節能減碳總計劃中提到主要的行動計畫分為(1)改造低碳能源系統、(2)打造低碳社區與社會、(3)全方位部門節能減碳行動，以及(4)建構全民節能減碳風潮，詳述如表 2-1。. 10.

(27) 表 2-1 節能減碳年主要行動計畫標竿方案. 推動項目 1. 推動再生能源新紀元計畫. 改造低碳能源系統. 2. 降低發電系統碳排放 3. 推動智慧電網 4. 建構低碳社區 5. 打造低碳城市. 打造低碳社區與社會. 6. 建設低碳島 7. 營造綠色消費潮流，形塑節能減碳生活低碳產業 8. 推動產業節能減碳. 主要行動計畫. 9. 推動綠能產業旭生方案低碳運輸 10. 建構智慧便捷低碳運輸系統全方位部門節能減碳行動. 11. 建構人本導向交通運輸 12. 全面提升新車效率水準 13. 獎勵電動汽、機車上路低碳建築 14. 普及綠建築 15. 推動節能減碳公共工程 16. 深化節能減碳教育. 建構全民節能減碳風潮. 17.全民節能減碳溝通與宣導 18.節能減碳績效指標發布與評比競爭機制規劃. 資料來源：行政院經濟部（2010b：3）. 其中打造低碳社區與社會中提到營造綠色消費潮流，於政策中所訂定之計畫目標是充分提供用電器具能源使用資訊。綠色消費指的是消費者在購買商品時能嘗試選擇生產過程對環境衝擊最小的商品,以達到永續與負起社會責任（Ottman, 1994）。而綠色消費的概念有三層含義，其分別為(1)倡導消費者進行消費時能選擇有助於公眾健康的綠 11.

(28) 色產品；(2)消費過程中注重垃圾的處理；(3)引導消費者轉變消費觀念，注重環保、節約資源和能源（彭蘭晴、王懋雯，2004）。綠色消費的教學對學生的綠色消費行為有影響（劉佳雨，2007），因此本研究透過綠色設計的教學讓學生了解綠色產品的形成，使學生具備綠色消費的概念，以期能讓節能減碳概念更深入教育中。三、節能減碳教育節能減碳的概念能夠體現在能源教育中，所以很多學者在定義節能減碳的教學目標時會以能源教育的教學目標來說明。能源科技教育的主要目標是培養國人的能源素養，透過教育國人認識能源、了解能源，進而正確使用能源而提高能源效率、節約能源來因應能源問題與提升生活品質（陳瑞榮，2008）。宋佳芳（2009a）則提出節能減碳教育宜從能源教育為出發點，透過了解能源內涵、拓展科學新知、刺激創造思考，以養成節約能源的態度與習慣為目標。而陳楊林（2009）認為節能減碳教育的目標有四個能力指標，分別為「能意識到生態環境的變遷」、「能反思現有生活的耗能」、「能建立友善環境的責任感」與「能追求人與環境的和諧相處」。歐洲聯盟的能源與運輸總局 (Directorate-General for Energy and Transport)（2006）提出了節能減碳的三項共通性目標，分別為(1)能指出社會與個人所能採取的行動；(2) 提高對節能減碳議題的意識與對其背景的了解；(3)能說明節能減碳行動的好處。然而，有一些學者從消費形態的教學來了解是否對學生的綠色消費行為有所影響。蘇宛蕎（2009）其研究發現消費者的綠色知識越高對於其綠色消費態度與行為有正向的影響。羅秀萍（2010）針對高職生的綠色消費知識、綠色消費態度與綠色消費行為意圖的相關研究， 12.

(29) 其發現高職生的綠色消費知識、態度對綠色消費行為意圖的預測是有意義的。邱慧珍（2010）認為具有環保意識、環保知識的消費者對綠色產品有較正向的態度，其可影響消費者的綠色消費意圖。李懿婷（2010）綠色消費課程能提升學生之綠色消費知識。當消費者在綠色產品購買過程中會涉及對產品環保屬性或特徵的理解與判斷，若消費者的綠色知識越豐富，消費者越有可能購買綠色產品（何嘉薇，2009）。由上述之研究結果整理得到，綠色知識包含了環保意識、對綠色產品的認識等皆能提高綠色消費的意願。因此綠色知識的學習能夠影響綠色消費的意願。綜合上述不同角度之研究結果，節能減碳教育除了從能源教育角度來探討外，亦可從綠色消費形態進行探討。上述的研究結果發現綠色知識與綠色消費知識皆能對綠色消費行為與意圖產生影響，而綠色消費課程的教學能對綠色知識與綠色消費知識產生影響。因此，本研究從綠色知識的學習，讓學生了解能源的正確使用、反思生活中的耗能與建立友善環境的責任感。從教學之實作活動中，讓學生養成節能減碳的習慣，進而認同並願意從事綠色消費。四、小結節能減碳教育是為了培養學生具備節約能源與減少碳排放的相關素養。節能減碳教育可以完全體現在能源教育中。然而，節能減碳教育若能從綠色消費形態角度進行探討，藉由綠色知識的教學與綠色產品實作，讓學生體會能源與資源的重要，進而影響綠色消費行為與意圖，讓學生將節能減碳的概念落實在生活中。因此，本研究藉由綠色設計的教學建立學生的綠色知識，讓學生 13.

(30) 了解綠色產品的設計與生產過程，並透過體驗活動了解綠色產品的生產與能源與資源的重要，進而形成節約能資源的行為，提升其綠色消費的意願。. 14.

(31) 第二節. 綠色設計. 節能減碳教育的教學活動多以能源為主軸。然而節能減碳應該落實在生活中的每一件事情上，更包括了我們平常所使用的產品。產品的製造必須依據設計圖來進行，因此要有節能減碳的綠色產品，就必須從設計的階段就納入綠色的概念。為了讓學生更能了解綠色產品的發展歷程，因此本研究藉由教學活動讓學生認識綠色設計。為了將綠色設計融入製造科技教學，使學生能夠從活動性課程中了解綠色設計在設計階段所進行的評估，進而運用現有的材料與工具加以製作成品。因此針對綠色設計理論進行文獻探討，以發展適合高中生的綠色設計教學。以下分別就設計的定義、綠色設計的定義、設計原則、設計方法、評估與檢核等項目進行文獻探討，以了解綠色設計融入製造科技課程的方式與其可行性。一、設計的定義「設計」（Design）一詞隨著全球經濟型態從大量製造的技術導向到知識經濟的創新思考導向逐漸受到重視。Archer 於 1965 年提出設計是一種以目標導向為主的問題解決過程（引自邱宗成，2007）。透過問題發生之際，運用創造力與程序以求取最佳解決方案的活動（鄧成連，2001）。而 Michael McCoy 在 1996 年提出設計的目的是在考量當時的社會文化狀況之下，將產品本身的意義轉換，讓使用者明瞭且可以輕易地使用產品（引自林崇宏，2008）。因此，設計是以社會文化為基礎，進而有目的的解決問題。一般將設計的領域歸納為工業設計、視覺設計、空間設計與數位媒體設計等四大領域，其中的工業設計是本研究要探討的範圍。人類生存在自然之中，為了生存必須與自然對抗；為了躲避猛獸 15.

(32) 與獵食，人類發明了箭；為了遮風避雨建造了房子；為了增加移動的速度創造了車。這種有計畫、有意識地改變自然現象的方法稱之為「技術」。透過這樣的技術，人類對某種目的有意識地改造自然，創造出自我本體以外的物質，即為「產品設計」（佐口七朗，1990）。因此，產品設計是為了解決人類生活中的一些問題而創造出來的物品。二、綠色設計的定義自工業革命以來，透過機械進行產品的大量生產滿足了人類的需求。這些產品在使用時已對環境造成重大的影響，然而使用後的產品往往在不具使用價值時便被丟棄，而這些被丟棄的產品也因此成了一系列的環境問題（Mackenzie, 1997）。不少產品設計師開始正視環境保護問題，希望其所設計的產品在滿足人類需求的同時也能同時考量到生態環境問題，因此興起了「綠色設計」（Green Design）的概念。與「綠色設計」同義的詞有許多，其又稱為「生態設計」（Eco-design）、永續產品設計（Sustainable Product Design,SPD）、環境設計（Design for Environment, DfE）、生態設計（Ecological Design）、為拆卸而設計（Design for Disassembly, DfD）、生命週期設計（Life-Cycle Design, LCD）（Lewis, Gertsakis, Grant, Morelli & Sweatman , 2001）。綠色設計的概念最早出現在 1985 年，由 Papanek 於其著作《為真實世界而設計》（Design for the real world）中提出。許多學者皆對綠色設計下定義，研究者將其整理如表 2-2。. 16.

(33) 表 2-2 綠色設計定義研究者（年代） Burall（1991）. 定義綠色世界的原則即是永續。綠色設計即設計師具備了環境意識，在開發產品時能將材料、加工過程與最後的丟棄皆能考量到環境問題。. 張光民（1995）. 綠色設計即產品設計從企劃開始便針對材料的選擇、產品的結構設計、產品的功能設計、製造過程、包裝、運輸、使用者購買與使用產品，到最後的廢棄回收都必須考慮產品對環境的影響，. Huang（1996）. 綠色設計是一個協助設計師將環境問題納入其產品設計中，其考量完整的產品生命週期並不是從「搖籃到墳墓」，而是「搖籃到搖籃」。. Mackenzie （1997）綠色設計是一個好的產品設計，需要包含環境意識，亦即產品設計要使產品在使用年限內降低其對環境的衝擊。李保寧（1999）. 綠色設計是產品在構思階段，把降低能源耗損、容易拆卸，能再生使用和保護生態環境列入設計指標，所設計出的產品是可以進行拆卸、分解，產品上所使用的零組件可以更換和重複使用。. Lewis 等人（2001）定義其為產品設計時考量環境問題，盡可能的減少其對環境直接與間接的影響 Charter 和 Tischner. 綠色設計是一個將環境納入考慮的產品開發設計的策略，其包. （2001）. 含了對生命週期的思考。. 杜瑞澤（2002）. 綠色設計是設計師於產品設計開發上偏重生活環境中的健康、安全需求、低汙染、易整潔、省能源、易操作、易回收、零件少、易分解組合之產品，使其在製造過程與使用後對環境所造成的影響減至最低. Giudice 等人（2006）綠色設計是一個有系統的方法，以降低產品從原料到廢棄過程中對環境的衝擊。資料來源：本研究整理. 從上述的學者對綠色設計所下的定義可知，綠色設計的概念源於對環境問題的考量。為了讓環境所遭受的破壞與汙染降低，我們所使用的產品從設計、製做、使用到回收整個過程中皆將產品對環境的影 17.

(34) 響列入重要考量。其中除了產品本身可回收外，同時也應考量到製作的過程是否能夠同時達到低汙染與省能源。當產品設計師考慮到產品的永續發展時，最常從產品壽命角度切入，因此「綠色生命週期設計」（Life-Cycle Design）是綠色設計的中心思想。產品的生命（product life）包含了四個時期，原料、生產、使用與丟棄，為了達到廢棄減少，產品生命有必要透過再利用、再製造與回收等方式形成一個封閉的週期（Giudice et al., 2006），綠色生命週期的示意圖如圖 2-1。生產. 再製造原料. 使用. 再使用. 回收廢棄. 圖 2-1. 綠色生命週期設計. 資料來源：Giudice 等人（2006:19）. 因此，綠色設計是指產品從設計、製做、使用到回收整個過程中皆將產品對環境的影響列入重要考量，其中除了產品本身外，同時也考量到製作的過程是否能夠同時達到低汙染與省能源。而本研究目的在使學生透過綠色設計的學習進而影響其在作品設計與實作上的表現，因此本研究所談的綠色設計將重點著重在生產的階段。 18.

(35) 二、綠色設計原則張光民（1995）將綠色設計原則從產品的上游—原料，中游—製造程序，下游—使用與回收再生三階段來探討綠色設計原則。（一）原料方面：材料的選擇是綠色設計的重心，其選用的原則為： 1. 減量使用：使用最低原料需求來設計，並使用單一材質。 2. 採用回收原料：採用回收材質。 3. 原料的適配性：注意零組件的適配性以利日後的回收再使用。另外，在張瑩瑩（2008）所譯 McDonough 與 Braungart 的《從搖籃到搖籃》一書中提到永續性的產品應該要就地取材，一方面可增加在地產業的繁榮，另一方面也能避免生物入侵問題。（二）製造程序方面：分為三個程序，分別為原料製成材料程序、材料製成半成品程序、半成品製成產品程序。在原料製成材料程序需選用能源消耗較少的材料，如：PP 的能源回收比例較高，則較合乎「綠色材料」的選用標準。能源回收比例為「燃燒所得能源」與「原料提煉製造過程耗損能源」的比值；在材料製成半成品程序與半成品製成產品程序會因不同的加工方式有不同的能源消耗，因此此程序的設計原則以不違反單一材料設計，若無法避免也以易拆卸、易組裝為前提，以降低回收的困難。（三）使用、回收與再生方面：Burall（1991）提出綠色產品設計基本上是建構在環保 4R 的理念之上，其分別為減量（Reduction）、重複使用（Reuse）、再生（Recycle）、回收 19.

(36) （Recovery）。 1. 減量（Reduce） (1) 在不影響產品功能的前提下減少產品的體積和用料。 (2) 在產品設計時應力求結構之單純精簡及外觀的簡單樸實。 (3) 減少電鍍、印刷、燙金，以咬花等方法替代。 (4) 減少不必要之功能。 (5) 減少產品製造和使用時之能量消耗。 2.. 重複使用（Reuse） (1) 延長產品壽命，產品外型改變長期化。 (2) 產品功能模組化。 (3) 零件規格化，容易取得，設計意替換零件之結構。 (4) 加強售後服務及維修體系。. 3. 再生（Recycle） (1) 簡化表面加工程序。 (2) 盡量多使用回收二次料。 (3) 多利用回收材特性於新產品設計。 (4) 將產品設計成易回收或再利用的特性，即長時間使用後可以容易拆卸、維修。 4. 回收（Recovery） (1) 設計時設計師必須使產品易於拆卸分類。 (2) 原料的使用盡量單一化，避免不相容之複合使用。 20.

(37) (3) 最好標示每一種原料，以利於分類再處理、利用。另外，Brewer 在 1991 年提出 KISS 原則（Keep It Smiple Stupid）（引自陳維鈞、楊裕富，1997），其意義在產品設計、製造、行銷過程時必須使設計維持單純的原則，盡量使用較少的材料、包裝及複雜的設計，使使用後的廢棄產品可輕易進行再生工作或被自然生態所分解。杜瑞澤（2002）在《產品永續設計：綠色設計理論與實務》一書中整理出綠色設計原則有：1.永生設計； 2.模組化設計；3.易維修設計；4.多功能設計；5.材料使用簡化設計；6.回收再生設計 Lewis 等人（2001）提出綠色設計的原則有： 1. 選擇低衝擊的材料 2. 避免有毒或有害的材料 3. 選擇無汙染的加工程序 4. 提高能源與水的使用效益 5. 最少廢棄物的設計綜合上述綠色設計原則，為了讓學生能夠清楚明瞭的了解綠色設計原則與運用，本研究所引用的綠色設計原則以 4R 為主軸，將各項目整理如下： 1. 減量（Reduction） (1)在不影響產品功能的前提下減少產品的體積和用料。 (2)在設計時力求結構之單純精簡及外觀的簡單樸實。 (3)減少電鍍、印刷、燙金，以咬花等方法替代。 (4)減少產品製造和使用時之能量消耗。 21.

(38) 2. 再使用（Reuse） (1) 延長產品壽命，產品外型改變長期化。 (2) 多功能設計。 3. 再生（Recycle） (1)盡量多使用回收二次料。 (2)簡化表面加工程序。 (3)多利用回收材特性於新產品設計。 (4)將產品設計成易容易拆卸、維修。 4. 回收（(Recovery） (1)使產品易於拆卸分類。 (2)原料的使用盡量單一化。三、綠色設計方法 (一)生命週期評估法（Life Cycle Assessment）綠色產品設計是依綠色生命週期的產品階段觀念加以分析，從產品的誕生到廢棄分別評估產品所帶給環境的影響，將之減至最低限度（杜瑞澤，2002）。其設計程序如圖 2-2 所示。. 22.

(39) 生命週期之架構與目標管理最新設計、小組團隊、生命週期品質、政策與策略、成功之衡量需求分析技術發展中. 環境狀況. 顯著需求、範圍與目的、底線中止. 修正規範環境、功能、成本、文化、法規. 生命週. 中止. 評估修正. 設計. 期策略. 環境、成本、決策. 概念、初步構想、細節中止. 修正執行生產、使用與服務、終止使用. 圖 2-2 生命週期評估法設計程序資料來源：張光民（1995：44）. (二) 經濟部工業局（無日期）產業永續發展整合資訊網上的企業永續發展應用中提到，ISO 國際認證組織制訂了關於產品環境化設計的指導性技術報告：ISO14062 整合環境考量面於產品之設計及開發」（Integrating Environmental Aspects into Product Design and Development, IEAPD），主要是將環境考量整合在產品設計與發展中其設計方法如表 2-3。 23.

(40) 表 2-3 ISO14062 環境化設計方法設計方法. 設計考量項目說明. 改進材質效能. 考慮於材質選用上降低環境衝擊，並善加利用再生及資源化原料，例如減少使用物質、使用低衝擊材料、使用可重覆更新的材質及（或）使用回收材質。. 改善能源效率. 考慮產品的能源使用效率（包括使用階段）、減少耗能、使用再生性能源等。. 有效利用土地. 考量有效利用生產系統必要的基礎建設，例如交通、物流、建築物、原始原料擷取、產品的面積等；另應注意再生資源的部分。. 為清潔生產及使使用清潔生產技術、避免使用有害的消耗品及輔助物質，並分析用設計系統整體，避免以單一的環境準則做為決策之標準。耐久性設計. 考慮產品的使用壽命、修理、維護，並且注重能改進環境績效的新科技。. 最佳功能化設計. 考量多功能、模組化、自動控制及最佳化的機會，並可針對特別需求而量身定做。. 再使用/ 再循環考慮容易拆解、減少材料複雜性的機會，在產品中使用可回收的設計材質、零組件、元件及材料。避免用危害性物檢視人體健康、安全及環境的考量。質材料減少包裝/運輸. 儘量降低包裝物質及運輸的衝擊。. 資料來源：經濟部工業局（無日期）. 整合上述設計方法，本研究所採用之設計方法以生命週期評估法為主軸，讓學生在實作過程須經過需求分析、設計與執行等步驟，並於第一次設計後進行評估與修正，最後加工完成其作品。四、綠色設計評估與檢核綠色設計的評估與檢核在業界的使用主要為了檢核產品是否符合綠色設計而發展的評估方法。本研究為了瞭解學生在經過教學活動後，其設計是否滿足綠色設計的原則，因此探討綠色設計的評估與檢核方式，以發展合適的評量工具。目前常使用的綠色設計評估方法如下： 24.

(41) (一) 綠色設計檢核綠色設計檢核是設計師進行綠色產品設計開發時，依照產品生命週期觀念所做的綠色設計程序檢核。主要從設計程序導入綠色設計原則與方法，以確保理想的綠色環保產品產生。檢核表主要根據產品生命週期列出 13 項設計原則，如下：(1)提升環境效率/提供最佳功能； (2)省資源；(3)使用可再生及豐富的資源；(4)增加產品耐久性；(5)產品設計成能重複使用；(6)設計時考慮材料能再利用；(7)為拆解而設計； (8)有害物質降到最低；(9)友善環境的生產；(10)使用產品時對環境衝擊最小；(11)使用友善環境的包裝；(12)無法回收的物質能夠環保地處理掉；(13)友善環境的物流。每個原則依據需求可發展若干檢核細項，每細項分為 A 符合、B 尚可與 C 需改進三個等級，由設計者自行評估勾選（杜瑞澤、丁祥、李嘉祥、劉威廷，2005）。 (二) 產品矩陣分析（MET , Materials, Energy and Toxic emissions Matrix）其分析內容分為材料週期、能源使用、毒素釋出。此分析方法目的在統計產品生命週期過程中所外流的物質與排放量（杜瑞澤， 2002）。 (三) 生命週期設計策略環此種評估方式主要根據 33 條綠色設計法則，同時參照產品開發的生命週期各階段，進而歸納出八個綠色設計策略，分別為：(1)發展新概念；(2)選擇低環境衝擊材料；(3)減少使用材料；(4)最佳化生產技術； (5)高效物流系統；(6)降低使用階段環境衝擊；(7)最理想的服務週期； (8)產品再利用。將八個策略的分析評估結果以環狀雷達圖表示，目的 25.

(42) 是了解產品設計改良前後的差異與未來的改善重點（杜瑞澤，2002）。綜合上述檢核方法，本研究於教學活動中之綠色設計評量表採用綠色設計檢核的方式，配合加工材料的特性與加工方法，採用之檢核項目，如下： 1. 材料選擇 (1) 可再生及豐富的資源 (2) 單一材料 2. 產品功能 (1) 能重複使用 (2) 易拆解 (3) 增加產品耐久性 3. 加工過程 (1) 最佳化生產技術 (2) 減少使用材料 (3) 低耗能 (4) 表面處理五、小結綠色設計是指產品從設計、製作、使用到回收整個過程中，將產品對環境的影響列入重要考量，其中除了產品本身外，同時也考量到製作的過程是否能夠同時達到低汙染與省能源。而本研究目的在使學生透過綠色設計的學習進而影響其在節能減碳方面的具體表現。因此，本研究所談的綠色設計將重點著重在產品的設計與製作上。綠色設計原則以 4R 作為教學內容主軸，以條列式方式介紹，並輔以目前市面上有的綠色產品幫助學生對設計原則的了解。綠色設計評量表採用的 26.

(43) 檢核項目有(1)材料選擇；(2)產品功能；(3)加工過程。. 27.

(44) 第三節. 製造科技. 教學是指擁有特定知識、技能、態度等內容的人，為了傳達給缺乏這些內容的人，在有意識的情況下所建立的互動關係（黃政傑，1997）。教學應是有目的的活動，教學內容應符合認知意義與價值。本研究所要發展的教學活動是以生活科技課程中的製造科技做為教學主軸。因此，為了了解製造科技的內涵與本質，透過文獻探討了解製造科技教學之教學目標與教學內容。以下分別就科技教育、科技教育課程內涵與架構、製造科技定義、製造科技系統、教學目標、教學內容進行分項說明。一、科技教育美國國際科技教育學會（International Technology Education Association, ITEA）於 2002 年提出科技是創新、改變、修正自然環境以滿足人類需求與欲求的行為。隨著時代的進步，科技活動不斷的在我們生活當中發生。為了讓我們能夠適應科技世界的生活，每一個人皆必須具備使用、管理與了解科技的基本能力，此即為我們所謂的「科技素養」(technology literacy)（ITEA,1996）。我們可以知道，既然科技素養是每個人皆必須具備的基本能力，那麼科技素養的教育就必須納入正式課程當中（ITEA, 2005）。因此，在國中小與高中階段的科技教育課程主要以培養全民的科技素養，以協助學生學習與科技世界互動所需的知能（李隆盛，2005）。二、科技教育課程內涵與架構科技教育主要是為了培養學生的科技素養，因此 ITEA 針對科技教育提出了完整的課程架構。在 1996 年所發行的美國人應具備的科技 28.

(45) 素養（Technological literacy for All Americans）中分析科技是由知識（knowledge）、程序（process）與系統脈絡（context）交織而成，其中知識部分包含了(1) 科技的本質與演進；(2) 個人、社會、文化與科技間的關聯；(3) 科技的概念與原則。程序部份則包含了(1) 科技系統的設計與發展；(2) 科技系統特性的決定與控制；(3) 科技系統的使用； (4) 科技系統使用後的後果與衝擊評估。系統脈絡則包含了(1)資訊系統；(2)物質系統；(3) 生物系統。2002 年 ITEA 於科技素養標準（ Standards for Technological Literacy）中說明科技素養教育的學習重點在於科技的基本要素，即知識、程序與系統脈絡。因此將其發展成一份標準，其包含了科技的本質（The Nature of technology）、科技與社會（Technology and Society）、設計（Design）、在科技世界中應具備的能力（Abilities for a technological world）與設計世界（The Designed world），其課程架構如表 2-4。. 29.

(46) 表 2- 4 美國科技素養教育課程標準科技素養. 細目 1.科技的特徵與範圍. 科技的本質. 2.科技的核心概念 3.科技間的關係以及科技與其他領域間的連結 4.科技對文化、社會、政治的影響. 科技與社會. 5.科技對環境的影響 6.在科技的使用與發展中社會所扮演的角色 7.科技在歷史上的影響 8.設計的屬性. 設計. 9.工程設計 10.在問題解決中除錯、研究與發展、創新與演進、實驗的角色. 在科技世界中應具備的能力. 11.運用設計程序 12.使用及保養科技產品和系統 13.評估產品和系統的影響 14.醫療科技 15.農業與相關生物科技 16.能源與動力科技. 設計世界. 17.資訊與傳播科技 18.運輸科技 19 製造科技 20.營建科技. 資料來源：修改自 ITEA（2002:15）. 李大偉、游光昭（1994）在「國民中學教科書技學素養教育內涵」中所發展出的科技素養內涵架構如表 2-5。. 30.

(47) 表 2-5 科技素養內涵綱領與細目科技素養內含綱領科技的範圍與內涵. 科技的演進. 細目科技的範圍科技的內涵科技史科技的發展趨勢科技運用的整體流程. 科技的程序. 科技軟硬體的了解科技軟硬體的使用科技產品的維護與保養科技應用的相關知識科技評估的相關知識. 科技的應用與評估. 科技應用的價值判斷及評估的態度將科技應用在生活中的實作能力科技評估的相關能力科技與社會的互動. 科技的影響與衝擊. 科技與文化的互動科技與環境的互動人類因應科技衝擊的應變措施. 資料來源：李大偉、游光昭（1994：80）. 台灣的科技教育課程名稱為生活科技，高中生活科技課程綱要中之課程目標為(1)引導學生理解科技與其對個人、社會、環境與文化的影響；(2)發展學生善用科技知能、創造思考與解決問題的能力；(3) 培養學生正確的科技觀念、態度與工作習慣，並啟發其科技研究與發展的興趣，進而從事生涯試探。在教育部（2008）所提出之生活科技課程綱要上將課程分為核心 31.

(48) 課程與進階課程兩大部分。核心課程架構分為(1)科技發展；(2) 科技世界；(3)創新設計與製作三大部分，主要內容如表 2-6。表 2-6. 主題. 普通高級中學生活科技課程架構主要內容. 說明 1-1 科技的本質與意義. 1.科技的演進. 1-2 科技發展的進程 1-3 台灣的科技發展現況. 科技發展. 2-1 科技與生活、社會、文化的關係 2-2 科技與工業、經濟發展及國家競爭力的關係 2.科技的影響. 2-3 科技引發的環境變化及汙染，環境保護意識的培養 2-4 科技引發的道德與法律的問題 1-1 製造科技的材料、加工方法及應用 1-2 營建科技的材料、施工方法及應用. 科技世界. 1-3 傳播科技的原理及應用 1.科技的範疇. 1-4 運輸科技的原理及應用 1-5 新興科技（如能源科技、資訊科技、生物科技等）的原理及應用. 1.創新設計原理. 創新設計與製作. 1-1 創新設計的方法與程序 2-1 需求分析. 2. 創新設計實務. 2-2 構念與設計 2-3 實作知能 2-4 效益評估. 3.設計與製作專題. 3-1 製造、傳播、營建、運輸科技領域的相關專題. 資料來源：教育部（2008：329-330）. 由上述文獻可知，科技素養教育包含了認知（相關知識）、情意（與社會的關聯）、技能（設計與解決問題的能力）。科技素養教育除了幫 32.

(49) 助學生了解科技相關知識、科技與環境、社會的關聯，除了知識外更著重動手實作。本研究所發展的教學活動將融入環境議題，並將科技相關知識與設計實作加入活動中。因此，將教學活動內容鎖定製造科技與設計實作部分。三、製造科技定義 Lindbeck、Williams 和 Wygant（1990）將製造（manufacturing）定義為轉化自然資源為產品的過程。Wright（1990）將製造定義為轉化自然資源成為工業標準材料，在轉化為產品的過程。石延平等人（1994）認為製造是將材料轉化為有用產品的歷程。ITEA（2002）定義製造是實體物品的生產過程。綜合學者對製造的定義，製造是一個過程，有效的將自然資源轉化成產品的過程。石延平等人（1994）認為製造科技的定義可以透過特徵描述、相關學科比較與知識體屬性來探討。其定義製造科技是一知識體，是人類為了解決問題，運用知識、工具和技術來改變材料性質，以達到提升產品價值滿足需求，同時製造科技是人類運用資源轉化成工業和消費產品的技術性調適系統，是科技的一個子系統（蔡錫濤，2005）。四、製造科技系統傑克森坊課程理論利用泛用系統模式（general system model）提出了科技系統架構與內涵，包含了(1)輸入（Input）；(2)處理（Process）； (3)輸出（Output）；(4)回饋（Feedback）四大階段（引自石延平等，1994），關係圖如圖 2-3 。. 33.

(50) 回饋輸入. 處理. 輸出. 圖 2-3 泛用系統模式資料來源：修改自石延平等人（1994：100）. Wright（1990）提出科技系統包含了五個基本元素，這五個基本元素分別為(1)輸入（Input）；(2)處理（Process）；(3) 輸出（Output）； (4)回饋（Feedback）；(5)目標（Goals）。「輸入」階段包含了六項，分別為人力資源、自然資源、設備、資金、知識、能源；「處理」階段包含了轉化程序與管理程序，轉化程序包含了完整的生產程序，亦即將自然資源轉化成標準的工業材料後，再進一步轉化成產品，轉化的過程稱為加工。管理程序的部分則是為了管理人所建立的系統，大致上將人力分成研發人員、生產人員、行銷人員、工業關係、財務管理人員等；「輸出」階段除了產品，尚有噪音、汙染、液態化學廢料等；「回饋」階段則是一個適應系統，可提供給自己資訊加以控制整個程序。關係如圖 2-4。. 34.

(51) ------ 目標 ------回饋. 輸入人力資源知識材料. 能源廠房設施資金. 處理. 輸出. 生產程序. 管理程序. 產品廢料. 自然資源 ↓ 一次加工工業材料 ↓二次加工. 研究發展. 垃圾. 生產管理. 汙染源. 財務管理. 產品. 銷售管理人力管理. 圖 2-4 科技系統模式資料來源：修改自 Wright（1990:20）. 石延平、蔡錫濤、李建嶠、林麗萍（1996）更進一步說明各元素中的次系統，其中投入要素中包含了人力資源、知識、材料、能源、廠房設施、資金與時間；生產程序中則包含了取得資源、轉化資源及生產產品三項；管理程序包含了產品研發、生產管理、銷售管理、財務管理與勞工關係等五項；產出要素中則包含了產品、廢料與汙染源；衝擊與影響則包含了對社會、文化、個人的正負面、立即或延遲的改變、衝擊與影響。如圖 2-5。. 35.

(52) 回饋. 投入. 人力資源. 生產程序. 取得資源. 管理程序. 產出. 研究發展. 廢料. 知識材料. 能源廠房設施資金. 產品. 轉化資源. 生產管理. 垃圾. 生產產品. 財務管理. 汙染源. 銷售管理工業關係. 時間. 圖 2-5 製造科技的系統架構圖資料來源：修改自石延平等人（1996：37）. 綜合國內外學者對製造科技系統的研究，本研究做為教學內容之製造科技系統採泛用模式做為主軸。投入階段為七要素，分別為人力、知識、材料、廠房設施、能源、資金、時間；處理階段則採用 Wright 所提之轉化與管理程序，其中轉化程序為兩階段，管理程序包含研究發展、生產管理、行銷管理、人力管理與財務管理五大項；輸出階段則包含了產品、汙染、廢料與垃圾等；以及最後的回饋階段。 36.

(53) 五、製造科技素養教學目標透過教學，教師能夠啟發學習者的潛能，經由對學習外在條件的安排使學習者達成目標（黃政傑，1997）。因此，進行教學活動設計前，應先為此教學活動設定其教學目標，以預期學生透過此教學後的學習成果。本段透過國內外的文獻了解製造科技素養教學應達成之教學目標，同時蒐集學生相關之起點行為，進而發展綠色設計融入製造科技之教學內容。蘇錦頓（1994）提出製造科技素養教育的意義與目標在於(1)了解製造科技素養的內涵；(2)了解製造科技與社會的關係；(3)了解製造科技的各項資源；(4)了解製造科技的行業類別；(5)了解製造科技中生產規劃、設計、零件加工等技術系統的工作原理；(6)了解製造科技與其他科技領域的關係；(7)了解製造科技的演進與未來發展趨勢；(8)了解製造科技的產品行銷與服務相關行業；(9)了解製造科技的職業生涯； (10)能評估製造科技對人類社會文化環境的衝擊；(11)有能力去了解和適應製造科技所帶來的社會現象。蔡錫濤（1999）將製造科技素養教育目標分成 29 項，分別為(1) 了解製造的意義；(2)了解製造的重要性；(3)了解製造工業的領域；(4) 了解製造科技的起源；(5)了解製造科技的演進；(6)了解製造科技史上的重要事蹟與發明；(7)了解台灣地區製造業發展歷程；(8) 了解台灣地區製造業發展趨勢；(9)了解製造科技投入要素（人力資源、材料、廠房與機具、資金、能源）；(10)熟悉一次加工方法；(11)熟悉二次加工方法（鑄造及模塑、成形加工、切削加工、熱處理及其他調質方法、接合組裝、表面塗裝）；(12)熟悉尺寸量測；(13)了解製造自動化；(14) 37.

(54) 了解製造企業的設立；(15)了解製造企業的組織；(16)了解產品的設計與研發；(17)了解生產管理（製程規劃、工廠佈置、安全管理、品質管理、物料管理、排成及派工）；(18)了解產品銷售；(19)了解財務管理；(20)了解人力資源管理；(21)了解製造科技應用實例；(22)了解我國主要的勞工法令；(23)能評估製造業的產品責任與風險；(24)能評估製造業的社會責任；(25)了解製造夜的生涯機會；(26)了解製造對社會的衝擊與影響；(27)了解製造對文化的衝擊與影響；(28)了解製造對環境的衝擊與影響；(29)了解如何善用製造科技。以上的教育目標可以將其歸納為三大類，(1)讓學習者了製造科技的本質、發展現況與演進；(2)讓學習者了解製造科技系統；(3)讓學習者了解製造科技對個人、社會、文化與環境之衝擊與影響。 ITEA（2002）提出 9-12 年級的學生應從製造科技課程教學中建立 7 項能力，包含了(1)能夠讓產品維持在最佳的使用狀況；(2)了解不同的材料有不同的特性，其可分為自然的、合成的與複合的；(3)瞭解依據預期的使用期限會製造出耐用程度不同的產品；(4)製造系統可分成不同的類型，例如：大量生產與連續生產；(5)了解具互換性的零件能提高製造過程的有效性；(6)化工技術提供人類一種變更與修改材料以製做化學製品的方法；(7)行銷包含建立產品的地位、了解其潛能、宣傳、市場區隔與販售。從上述文獻可了解到，一個完整的製造科技素養教育必須能將製造科技的本質、製造科技的系統與製造科技對生活週遭的影響對學生進行完整但精簡的傳達。因此，本研究之教學目標包含了本質、系統與生活影響三大項，輔以認知、情意與技能方式呈現。 38.

(55) 六、小結製造科技是科技的子系統。製造科技是人類為了解決問題，運用知識、工具和技術改變材料性質，轉化成工業和消費產品的技術（蔡錫濤，2005）。製造科技的教學透過製造科技系統模式介紹，分別就輸入、過程、輸出與回饋四項要素說明，並將製造科技加工過程中之材料特性、加工方法等知識與技術傳達給學生。綠色設計是產品的永續設計，在產品設計與製作的過程中能考量其產品對環境的影響。因此，在製造科技教學中融入綠色設計的概念，不僅僅只是讓學生學習製造科技相關的知識與技能，同時也能將科技對生態環境的影響之議題融入課程中，進而促進學生在進行設計與實作時都能符合節能減碳的行為。. 39.

(56) 第四節. 相關研究探討. 本節主要探討國內外節能減碳教育、綠色設計與製造科技教學等相關之研究，以了解目前的研究現況。一、節能減碳教育節能減碳為能源節約與二氧化碳減量兩大概念所組成，因此對於節能減碳教育也以能源教育做為教學的方向。透過能源教育能了解能源與其使用狀況，以教導學生節能減碳的知識並轉化為節減碳的行為。然而節能減碳教育除了從能源教育做為探討主題外，也能從綠色消費的角度探討。有許多的研究從綠色消費與綠色產品探討其對環境的覺知，進而透過綠色消費的行為達到節能減碳的意圖。因此關於節能減碳教育的相關研究搜尋，研究者以節能減碳教育、綠色消費、綠色產品、永續課程…等關鍵字進行資料檢索並摘要於表 2-7 中。. 40.

(57) 表 2-7 國內節能減碳教育相關研究研究者論文名稱（年代）洪婷靖情境教學融入（2011）碳足跡課程對七年級學生碳足跡知識之學習成效與節能減碳態度與行為之影響. 研究方法工具及對象準實驗研究法國中七年級實驗組 98 人控制組 175 人. 研究結果及建議 1.. 2. 3. 4.. 劉千禎國小學童節能（2011）減碳教學活動與學習成效之研究. 準實驗研究法國小六年級實驗組 27 人控制組 27 人. 1.. 2.. 3.. 王裕宏、張美珍、洪昱雅、朱耀明（2010）. 從科技創意競賽活動探知參賽學生對綠色能源的認知理解. 參加生活節能競賽活動之高中職學生. 1. 2. 3.. 毛榆涵花蓮地區國小（2010）學童全球暖化及節能減碳教學之研究. 實驗研究法五年級學生實驗組一班控制組一班. 1.. 張玉節能減碳之山、林建 TRIZ 設計教學志活動設計（2010）. 高中生. 1.. 2. 3.. 2.. 41. 教材單元. 情境教學組學生在碳足跡知識學習效益顯著優於講述教學組與無教學組。節能減碳態度方面實驗組與控制組並未達顯著差異。課程感受問卷上實驗組有良好的課程感受，且顯著優於控制組。學生透過填寫碳足跡日記能覺知自己的碳足跡大小、省思其碳排放量和產生低碳的行為意圖。實驗組學童的節能減碳知識、態度與行為之前後測結果有顯著差異，後者優於前者。實驗組與控制組在知識、態度與行為有顯著差異，實驗組得分優於控制組。節能減碳課程教學可提升學生之節能減碳知識、態度與行為。. 學生在競賽活動後，在心智結構上有進步的變化。能源教育課程活動安排上應較有創意，較能啟發學生思考。創意活動有助於學生在過程中了解科技的本質，可培養學生主動探索學習與提升問題解決能力與創意思考能力。節能減碳覺知與知識在教學後有顯著差異。節能減碳態度與行為沒有顯著差異在 STS 教學下，學生在覺知與知識上有提升，但態度與行為並未顯著。. TRIZ 是有效知識創新的工具與手法，可培養學生有效的創造性科技問題解決與科技創新方法。 TRIZ 的科技創新思考模式，輔以節能減碳的觀念與態度，可營造學生有效的問題解決方式，亦能對節能減碳理念的培養有嶄新的效果。. 太陽能車設計.