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STEM 課程統整模式運用於國中生活科技教學對學生學習成效影響之行動研究

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Academic year: 2021

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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. STEM 課程統整模式運用於國中生活科技 教學對學生學習成效影響之行動研究. 研 究 生:郭 家 良 指導教授:朱 益 賢. 中 華 民 國 一 O 三 年 八 月 四 日.

(2)

(3) 謝. 誌. 回顧這幾年的研究所生涯,從考上研究所、修選課程、以及撰寫與 完成論文,過程中雖然有許多意外,但幸虧有更多的貴人幫助,使我研 究所能夠踏實圓滿畫下句點。 這篇論文的完成,首先要感謝我的指導教授。謝謝朱老師能夠包容、 督促並鼓勵我,記得當時因為要到高雄教書,突來的變卦,我以為要因 此休學一年,感謝朱老師的體諒與耐心指導,讓我能夠從無到有順利完 成論文。 在論文的修訂上,感謝高震峰主任、賴志樫老師提供了寶貴且專業 的意見,使得論文的內容更加完備充實。 感謝任教學校的林月盛校長、林萬福主任在行政上的幫助,讓我能 夠專心的教學與撰寫論文。謝謝志峰組長幫我把課與監考排開,讓我在 星期四的下午能夠北上與朱老師討論論文。 感謝大學同學的幫助,謝謝羿遠、佳宏,你們的協助讓我能夠順利 完成學業。 感謝上天,讓我能夠遇到這麼多貴人,並指引我許多明燈。 最後,要謝謝我的家人,感謝你們給我的支持與鼓勵,讓我能夠順 利畢業。 謹以此獻給我的師長、朋友與家人 郭家良 謹誌 2014 年 8 月. i.

(4) ii.

(5) STEM 課程統整模式運用於國中生活科技 教學對學生學習成效影響之行動研究 研 究 生:郭 家 良 指導教授:朱 益 賢. 中文摘要 本研究目的主要在探討 STEM( Science, Technology, Engineering, Mathematics) 課程統整模式對國中學生在學習科學、科技、工程與數學 之學習活動接受度與學習成效。研究目的有三:(1)發展 STEM 學習活 動並探討其接受度;(2)探討 STEM 課程統整模式實施於國中生活科技 教學後,對學生學科知識學習的影響;(3)探討 STEM 課程統整模式實 施於國中生活科技教學後,對學生學科學習態度的影響。採用的研究方 法為行動研究與問卷調查法,選取高雄市某國中九年級學生為研究對象, 兩個班級,人數共 60 人,進行為期 6 週共 6 節課的「STEM 學習活動」。 本研究工具為自編之 STEM 學習活動接受度與學習成效及態度問 卷,並以 SPSS for Windows 進行平均數、標準差、t 檢定等分析。本研 究歸納之結論包括:一、設計 STEM 學習活動的原則為:(1)主題;(2) 統整;(3)學生中心;(4)多元;(5)務實;二、學生對於 STEM 學習活動 的安排表示能接受且肯定;三、STEM 課程統整模式對學生學習科學與 工程的學習成效有正向的影響;四、STEM 課程統整模式對學生學習科 技與數學的學習成效無顯著的影響;五、STEM 課程統整模式對低分組 學生學習科技與數學的學習成效有正向的影響;六、STEM 課程統整模 式可以提升學生學習科技與工程的意願;七、STEM 課程統整模式未能 提升學生學習科學與數學的意願。 最後本研究提出的建議如下:一、STEM 學習活動內容廣泛,教學 iii.

(6) 前須先瞭解學生先備知識;二、實施活動前測驗,以對於低分組與高分 組學生進行因材施教;三、讓學生先藉由實作過程來瞭解科學與數學相 關原理。. 關鍵詞:STEM、課程統整、生活科技、學習成效。. iv.

(7) Action Reserch of the Impact on Student Learning Effectiveness by Applying STEM Curriculum Integration Model to Junior High School Living Technology Course Author: Kuo, Chia-Liang Adviser: Chu, Yih-Hsien. Abstract The aim of this study was to explore the impact on students learning effectiveness and courses acceptance by applying STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) curriculum integration model tothe learning activities which included physics, technology, Engineering and mathematics. This research planned to accomplish the following purposes: (1) to develop a STEM learning activity for junior high school living technology course and explore its acceptance, (2) to explore the impact on students learning of subject knowledge after STEM curriculum integration model implemented to junior high school living technology learning activities (3) to explore the impact on students learning attitude after STEM curriculum integration model implemented to junior high school living technology learning activities. The research method adopted action research and questionnaire survey, selected 60 students of grade 9 in Kaohsiung for the study. The study lasted for six weeks, that is, a total of six lessons of “STEM integrated curriculum learning activities”. This research tool were self-designed STEM courses acceptance, learning effectiveness and attitudes questionnaire, and used SPSS for Windows to analyze the mean, standard deviation and t test. The major findings of the study were listed below: 1. STEM learning activities design principles: (1) theme, (2) integration, v.

(8) (3) student center, (4) multiple, (5) pragmatic. 2. Students were willing to accept using the STEM instruction. 3. STEM curriculum integration model had positive impact on students learning of physics and engineering. 4. STEM curriculum integration model had no impact on students learning of technology and mathematics. 5. STEM curriculum integration model had positive impact on low-level students learning of technology and mathematics. 6. STEM curriculum integration model could promote students' willingness to learning of technology and engineering. 7. STEM curriculum integration model could not promote students' willingness to learning of science and mathematics.. Keywords: STEM, curriculum integration, living technology, learning effectiveness. 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 .................................................................................. 8 第二章 文獻探討 ....................................................................................... 11 第一節 課程統整的意涵 .................................................................... 11 第二節. STEM 課程統整模式的意涵................................................ 20. 第三節 生活科技與運輸科技 ............................................................ 30 第四節 學習成效與評量 .................................................................... 35 第三章 研究設計與實施 ........................................................................... 41 第一節 概念性研究架構 .................................................................... 41 第二節 研究方法與步驟 .................................................................... 43 第三節 研究對象 ................................................................................ 49 第四節 研究工具 ................................................................................ 50 第五節 資料分析 ................................................................................ 54 第四章 結果與討論 ................................................................................... 57 vii.

(10) 第一節 STEM 學習活動接受度 ....................................................... 57 第二節 STEM 學科知識學習測驗分析 ........................................... 60 第三節 STEM 學科學習態度問卷分析 ........................................... 74 第五章 結論與建議 ................................................................................... 79 第一節 研究結論 ................................................................................ 79 第二節 建議 ........................................................................................ 82 參考文獻 ....................................................................................................... 85 一、中文部分 ........................................................................................ 85 二、外文部分 ........................................................................................ 89 附. 錄 ....................................................................................................... 93 附錄一 STEM 學習活動 ................................................................... 95 附錄二 STEM 學科知識學習測驗 ................................................. 110 附錄三 STEM 學習活動接受度與 STEM 學科學習態度問卷 ... 117. viii.

(11) 表. 次. 表 2-1. STEM 學習活動的組織範例 ................................................... 27. 表 2-2. STEM 學習活動設計之主要內容對照表 ............................... 35. 表 3-1. 研究對象分析 ............................................................................ 49. 表 3-2. STEM 學習活動對照表 ........................................................... 50. 表 3-3. STEM 學科知識學習測驗審查教師資料 ............................... 51. 表 3-4. STEM 學科知識學習測驗的信度分析 ................................... 51. 表 3-5. 學習活動接受度與學科學習態度問卷之信度 ........................ 52. 表 3-6. STEM 學科學習態度各項之信度 ........................................... 53. 表 3-7. STEM 學科知識學習測驗分數分析表 ................................... 55. 表 3-8. 學生佐證文本編碼說明 ............................................................ 55. 表 4-1. STEM 學習活動接受度之答題分析表 ................................... 58. 表 4-2. 前測和後測個別檢定資料表 .................................................... 61. 表 4-3. 前測分數分佈資料表 ................................................................ 61. 表 4-4. 後測分數分佈資料表 ................................................................ 62. 表 4-5. 前測和後測綜合檢定統計表 .................................................... 63. 表 4-6. 科學(理化)前測和後測個別檢定資料表 ............................ 63. 表 4-7. 科學(理化)前測分數分佈資料表 ........................................ 64. 表 4-8. 科學(理化)後測分數分佈資料表 ........................................ 64. 表 4-9. 科學(理化)後測和前測綜合檢定統計表 ............................ 65. 表 4-10 生活科技前測和後測個別檢定資料表 .................................... 65 表 4-11 生活科技前測分數分佈資料表 ................................................ 66 表 4-12 生活科技後測分數分佈資料表 ................................................ 66 表 4-13 生活科技後測和前測綜合檢定統計表 .................................... 66 ix.

(12) 表 4-14 生活科技低分組學生前測和後測個別檢定資料表 ............... 67 表 4-15 生活科技低分組學生前測和後測綜合檢定統計表 ............... 67 表 4-16 工程前測和後測個別檢定資料表............................................ 68 表 4-17 工程前測分數分佈資料表........................................................ 69 表 4-18 工程後測分數分佈資料表........................................................ 69 表 4-19 工程後測和前測綜合檢定統計表............................................ 70 表 4-20 數學科前測和後測個別檢定資料表........................................ 70 表 4-21 數學科前測分數分佈資料表.................................................... 71 表 4-22 數學科後測分數分佈資料表.................................................... 71 表 4-23 數學科前測和後測綜合檢定統計表........................................ 72 表 4-24 數學低分組學生前測和後測個別檢定資料表 ....................... 72 表 4-25 數學低分組學生後測和前測綜合檢定統計表 ....................... 72 表 4-26 STEM 學科知識學習測驗後測和前測綜合檢定統計表....... 73 表 4-27 STEM 學科學習態度問卷之答題分析表 ............................... 75 表 4-28 STEM 學科學習態度分析表 ................................................... 77. x.

(13) 圖. 次. 圖 2-1 學科角度的課程統整的類型 ..................................................... 18 圖 2-2. STEM 的整合模式...................................................................... 24. 圖 2-3. STEM 連結型模式...................................................................... 25. 圖 2-4. STEM 課程統整模式.................................................................. 25. 圖 3-1 概念性研究架構 ......................................................................... 41 圖 3-2 行動研究流程圖 ......................................................................... 44 圖 4-1 學生手擲機草稿 ......................................................................... 74 圖 4-2 學生手擲機作品 ......................................................................... 74. xi.

(14) xii.

(15) 第一章. 緒論. 本研究旨在探討 STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) 課程統整模式實施於國中生活科技教學後,對學生學習 成效的影響。 本章共分為四節,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限制,第四節為重要名詞解釋,以 下在各節詳述。. 第一節. 研究背景與動機. 教育的目的在於協助人們習得並運用知識,以解決在生活上遇到 的問題,使生活更加便利舒適。皮亞傑的認知發展階段論認為學生一 開始會習得一些基礎的知識與能力,當學生累積足夠的學習經驗,並 將習得的知識加以整合,進而能發展出較高層次的思考,使得成功解 決問題的能力增加(許瑛玿、洪榮昭,2003)。因此,如能將課堂上 所學到的知識內容加以整合運用,能夠提升問題解決的機會。 目前台灣的科技教育,在國中階段,是將生活科技與自然整合成 為「自然與生活科技」領域,強調國中生的科學與技術之基本能力。 依據其屬性和層次,可分為八項分段能力指標,其中與科技較為相關 的能力指標為「過程技能」 、 「科學與技術認知」 、 「科學與技術本質」 、 「科技的發展」、 「思考智能」、以及「設計與製作」等。課程目標為 學生學習科學與科技的探究方法和基本知能,並能應用所學於當前和 未來的生活(教育部,2008)。因此將在課堂中習得的知識運用於日 常生活中是很重要的。 雖然九年一貫強調學習領域統整教學,將各科目的單元主題及其 內容,盡量以協同教學與合作學習的方式來實施教學(江文鉅,2007) , 1.

(16) 使學生能夠習得較為統整的概念。但是研究者在國中自然與生活科技 領域教學現場中發現,教學還是普遍以分科教學為主。學生透過分科 教學所學習到的知識都是片段的知識,當學生遇到問題時,無法將所 有學到的片段知識加以統整運用,加上有些知識與日常生活脫節,造 成學生的學習意願不高。久而久之,學生對於學習生活科技失去興趣, 造成學習成就低落。 STEM 課程統整模式就是將科學、科技、工程、數學相互整合 的一種教學方式,而整合的部份包括課程目的、內容、活動與評量。 運用 STEM 學習活動,能夠讓科學、科技、工程、數學相互結合, 培養學生問題解決的能力,學生在遇到生活中的問題能夠進行思考及 探究,進而設計出對應的解決方式(羅希哲、陳柏豪、石儒居、蔡華 齡及蔡慧音,2009)。 STEM 課程統整模式的整合課程與教學特色,與九年一貫自然 與生活科技領域的課程統整目的是一致的,因此,運用 STEM 課程 統整模式可以發揮其課程統整的特色,能夠增加學生將理論與現實生 活連結的機會,更可激發學生學習動機、促進學生在活動過程中瞭解 到科學、科技、數學與工程的應用,若能以統整性的概念來設計課程, 將可使原本學生只是學到各學科的片段知識,透過統整性的教學活動 而加以整合(李博宏,2006)。 科技教育強調讓學生動手做,從學習的過程中培養創意思考與問 題解決能力,以運用於在日常生活中(朱益賢,2006)。生活科技教 師應提供一個能讓學生習得問題解決能力的環境,並且從中提供具體 現實的解決的問題方法,使學生能透過問題解決的過程,提升其科技 問題解決的能力(鍾一先,1997) 。因此,可以運用 STEM 課程統整 模式引導學生藉由探討生活中的問題而產生興趣,有效率運用科學、 2.

(17) 數學及其他學科的知識與技能以解決問題,也同時讓學生印證他們所 學的知識,達到學用一體,此乃自然與生活科技合為同一學習領域之 本意。 運輸科技是人類利用各種運送工具及通路與其設施,將人或貨物 從甲地運送至乙地的一種活動,在運送的過程必須藉由人類所製造之 工具,如車、飛機,以達到運送之目的。在運輸科技學習活動的實施 上,藉由實作做出相關的車輛或飛機,讓學生從過程中習得許多自然、 科技、工程與數學的原理及知識內容,因此運輸科技適合用來發展 STEM 學習活動,並進行相關研究。 本研究以 STEM 課程統整模式導入生活科技教學,發展 STEM 學習活動,讓學生學習由更多面向來分析問題,而發展出多元化的解 決策略,目的在於探討對學生學習成效的影響。. 3.

(18) 第二節. 研究目的與待答問題. 根據前節所述研究背景與動機,本研究探討 STEM 課程統整模 式實施於國中生活科技課程後,對學生學習成效的影響,研究目的與 待答問題如下: 一、研究目的 (一) 發展STEM 課程統整模式之國中生活科技學習活動。 (二) 探討STEM 課程統整模式實施於國中生活科技教學後,對 學生學科知識學習的影響。 (三) 探討STEM 課程統整模式實施於國中生活科技教學後,對 學生學科學習態度的影響。 二、待答問題 依據研究目的,本研究提出的待答問題如下: (一) 發展STEM 課程統整模式之國中生活科技學習活動。 1. STEM 學習活動的設計原則為何? 2. 學生對於STEM 學習活動接受度如何? (二) 探討STEM 課程統整模式實施於國中生活科技教學後,對 學生學科知識學習的影響。 1. STEM 學習活動後,學生對於自然科知識內容的理解是否 增加? 2. STEM 學習活動後,學生對於生活科技科知識內容的理解 是否增加? 3. STEM 學習活動後,學生對於工程知識內容的理解是否增 加? 4. STEM 學習活動後,學生對於數學科知識內容的理解是否 增加? 4.

(19) (三) 探討STEM 教學模式實施於國中生活科技課程後,對學生 學科學習態度的影響。 1. STEM 學習活動後,學生是否同意本活動可以提升學習自 然科的意願? 2. STEM 學習活動後,學生是否同意本活動可以提升學習生 活科技科的意願? 3. STEM 學習活動後,學生是否同意本活動可以提升學習工 程的意願? 4. STEM 學習活動後,學生是否同意本活動可以提升學習數 學科的意願?. 5.

(20) 第三節. 研究範圍與限制. 為達成本研究目的,研究者以國中生活科技運輸科技範疇為教學 範圍,以此內容發展 STEM 學習活動,以瞭解學生在學習活動進行 後,其學習成效的改變。研究範圍與限制說明如下: 一、研究範圍 (一) 本研究對象為高雄市立國民中學九年級學生,因考慮到七年 級學生為剛接觸國中生活科技,而八年級學生的生活科技基 礎不夠穩固,故選擇九年級為本研究對象。 (二) 本研究以運輸科技為主,配合科學、科技、工程及數學等學 科知識,作為 STEM 學習活動課程內容,進行為期 6 週, 每週 1 節課,共 6 節課的教學。本研究針對 STEM 課程統 整模式對於國中學生學習成效的影響,進行探討。 二、研究限制 (一) 本研究為行動研究,目的在於協助教師解決課堂上之問題, 故研究結果不適合做廣泛性推論。 (二) 本研究僅針對國中學生對於 STEM 課程統整模式的學習成 效的影響,結果不能類推至其他方面。 (三) 本研究之教學課程乃以國中生活科技課程之運輸科技的空 中運輸系統為範圍,其結果未必能適用在其他的科技教學活 動。 (四) 本研究之教學活動進行時,考量教室規劃、學生安全、作品 難易度、加工便利性等條件之下,學習活動所使用之加工工 具均以手工具為限。 (五) 由於 STEM 課程統整模式是跨學科的統整,在臺灣的教學 運用才剛起步不久,故本研究對於學生學習成效的評量,僅 6.

(21) 限於學科知識學習與學科學習態度部分。 (六) 本研究在自然科的部分僅探討理化科的力學部分,故以下所 提及的自然科僅限於理化部分,生活科技部分探討運輸科技 系統的空中運輸部分,工程部分探討製圖、問題解決步驟與 原理,數學科的部分僅探討重心與比例計算,其研究結果無 法類推至全部範圍。 (七) 本研究之學習活動僅 6 週共 6 節課,對於學生學習成效的影 響有限,故研究結果無法類推至長時間教學的學習活動。. 7.

(22) 第四節. 名詞解釋. 一、課程統整(Curriculum integration) 本研究定義課程統整是以一種主題為中心,不考慮學科的界限, 將與該主題有關的知識、經驗、活動等組織起來,而發展出主題式學 習活動。統整的原則為主題、學生中心、多元及務實。 二、STEM 課程統整模式(STEM curriculum integration model) STEM 課程統整模式,意指在進行教學活動時,針對工程問題 解決及配合自然科學、科技和數學等相關知識,進行主題式教學活動, 內容包括生活科技的基礎知識、如何與自然科學和工程問題解決與原 理之間的連結及計算的能力增強。 三、生活科技(Living technology) 透過課程的實施,使學生學習到瞭解科技、善用科技、評估科技 的科技素養,並且能適應未來科技社會的生活(李隆盛,2005)。生 活科技課程的內涵又可分為:科技的本質與演進、傳播科技、製造科 技、營建科技、運輸科技以及能源與動力科技等項目。 四、運輸科技(Transportation technology) 本研究將運輸科技定義為人類利用交通工具及通路,將人員、產 品、貨物、材料由甲地運送到乙地,以獲得時間和空間的有效利用, 運輸科技系統,依據載具的不同,可以分為陸路運輸、水路運輸、空 中運輸與太空運輸等四個類型(王光復,2005)。 五、學習成效(Learning effectiveness) 學習成效是衡量學生學習過程中達成學習目標的程度;在學習的 活動後,利用評量的方式來評估學習活動所達成的效果,以瞭解學習 者在知識、技能及態度等方面的改變,作為課程設計或教學品質改進 的參考。本研究對於學生學習成效的評量,僅限於學科知識學習與學 8.

(23) 科學習態度部分,故以下所指的學習成效,是指學科知識學習與學科 學習態度兩部分。. 9.

(24) 10.

(25) 第二章. 文獻探討. 本章就所探討之相關文獻,說明本研究之理論基礎,第一節說明 課程統整的意涵;第二節說明 STEM 課程統整模式之意涵;第三節 說明生活科技課程與運輸科技的內涵;第四節介紹學習成效與學習評 量。. 第一節. 課程統整的意涵. 本節對課程之定義、課程統整的定義與課程統整的發展進行文獻 探討,以瞭解課程統整的內涵與發展。 一、課程的意涵 「課程」(curriculum) 一詞,源自於拉丁文詞根,原意為跑道 (Race-course),意指如同賽馬選手要駕馭馬匹沿著跑道才能達到目標, 因此學生也必須要沿著學習的路徑前進才能達到預期的學習目標。黃 政傑(2012)認為學習如同旅行一般,按照既有的路徑和方法,可能 較為便捷和安全。英國哲學家 H. Spencer 在 1859 年於《教育論》中 第一個提出”課程”用語,同時也主張透過課程的安排使學生學習到相 關的知識與能力,為未來美好的生活作準備(伍振鷟、林逢祺、黃坤 錦、蘇永明,2010)。 然而對於課程一詞卻從未有一個明確的定義,於是各專家學者便 提出自己對於課程的定義。總歸各專家學者所提出之定義可以觀察到 課程有幾個不同的面向,有主張課程是學科科目及教材;有的主張課 程是學習經驗;有的主張課程是學習目標;有的主張課程是學習計畫; 有的主張課程是研究假設(黃光雄、蔡清田,2009)。 本研究將諸位學者對於課程的定義,整理如下: (一) 課程即科目或教材 11.

(26) 1. 黃光雄與楊龍立(2000)認為課程為學習領域的科目知識 內容、系統架構與學科教材大綱。 2. 黃政傑(2003)定義課程為學校所提供的學習科目、教學 內容的統整、教材的組織與設計、教學的方式與學習者的 反饋等。 3. 王文科(2000)認為課程與學習進程有關,即所謂的學程, 意指教師講授的內容進度、學生學習的進度引導、教材綱 要或教科書。 由此可知,課程被定義為科目或教材,大部分認為課 程即是學校教學的科目內容,而在科目之間有明確的劃分, 因此學習內容的選擇與組織較容易進行系統的安排與設 計。 (二) 課程即學習經驗 1. Eisner(2002)重視學習者的學習歷程發展,強調要有效 安排課程內容,以提供學習者思考和自我實現的經驗。 2. 黃光雄與蔡清田(1999)認為課程為學生藉由學校課程與 學校生活所得到的學習經驗、學習歷程以及學習成果。 3. 黃政傑(2003)認為課程是學習者與周遭的事物、環境所 產生的交互作用,以及交互作用所產生的結果。 課程被定義為學習經驗,意即學習者在教育的學習過 程中,所得到的經驗。課程即是學習者、學習內容與教學 環境之間的交互作用,以及教學活動後所產生的經驗歷程 與結果。 (三) 課程即學習目標. 12.

(27) 1. Oliver(1978)認為課程是協助某些學習者達成目標,而有系 統地安排的若干學習進程(王文科,2000)。 2. Schubert(1986)認為課程如有意圖的學習成果,為了讓學習 者達到特定的目標,而設計安排的相關學程。 3. 黃光雄與蔡清田(1999)認為課程是一系列目標的組合, 包含教育宗旨、教育目標、一般目標、具體目標、行為目 標與表現目標等,目的在於藉由課程教育改變學生的行為, 呈現的教育結果。 4. 楊龍立(2006)認為課程是為了達成教育目的之工具,而 施教者企圖要教的教材或教育內容。 課程被定義為目標,認為課程是一系列目標的組合, 透過具體目標的制定,便於教育績效管理與控制。 (四) 課程即學習計畫 1. Oliva(2001)認為課程是由學校人員所計劃進行的任何 事。 2. Connelly & Lantz(1991)認為課程是學校為了使學生得到 學科的內容和特殊知識而作出相關的計劃。 3. 黃政傑(2000)將課程定義為學生的學習計畫,包含學習 目標、內容、活動與評量的程序。 因此,課程是事先可以加以規劃的,是一種教學計畫 或學習計畫,經由周密的計畫,規劃相關的學習的內容與 方法,以達成預期的學習結果。 (五) 課程即研究假設 英國學者 Stenhouse 認為課程是為了驗證學程是否具有 教育價值、是否在實際教學情境中具有可行性,有待教師在 13.

(28) 教學情境脈絡中加以考驗與驗證的一套研究假設(何薇玲, 2013) 。因此,課程即是透過教學實務,以驗證課程理論;藉 由課程研究發展與實施過程,改進教學歷程與教學結果。 從古至今,課程有諸多的定義,但是大家對課程的定義仍未達成 共識。對於課程的定義,通常都是藉由課程設計者或研究者以自己思 考的方向或實際教學的心得,提出自己的理念。我國課程設計的發展, 由學科為中心的設計取向逐漸轉變為以學生為中心的學生取向課程 設計方式,九年一貫課程設計的理念,採取學生取向的課程設計理念, 主張學校課程應該是統整的,而非零散或是片段的。統整課程要讓學 生學到具有整體性、連貫性的知識,以解決生活上的實務問題(周淑 卿,2002)。故由此可見將課程進行統整在當代課程設計上是非常重 要的。 二、課程統整的意義 「課程統整」是連(connections,已知的或正在形成的聯繫、關 係或交互作用)與結(nodes,兩端已知的知識或觀念)的一種動態、 運作或行動,而「統整課程」可以說是這些動態、運作或行動所呈現 之各種連結的結構、層次或圖像(黃譯瑩,1999)。透過連結將課程 連結起來,強調橫向的聯繫,希望能夠將特定的課程內容和其他的課 程內容融合並建立一致的關係,讓學生能夠把各種所學的課程內容貫 串起來,了解不同課程彼此的關連性(黃政傑,1997)。 課程統整意指對於學生學習內容進行有效組織,打破現有學科內 容界限,讓學生獲得較深入且完整的知識(吳清山、林天祐,1999)。 而課程統整方向的不只有課程知識內容,呂錘卿(2001)認為課程統 整有三個方向:第一是知識的統整;第二是學生經驗的統整,意指將 學校所學的知識和學生的生活經驗結合起來,使學生能將知識運用在 14.

(29) 日常生活的經驗中,並透過生活經驗的驗證,使知識具有意義;第三 是社會的統整,意指課程的內容和學習活動,必須和社會生活關聯起 來,使學生能夠關心他能力所及的社會問題與現象。因此,將統整的 觀念運用在課程設計中,讓學生學習完整的知識內容,與其生活經驗 作結合並運用統整的知識與經驗在解決問題的層面上,達到學以致用 的效果。 三、課程統整的發展 近代課程統整的發展,可追溯至 1892 年所創立的赫爾巴特 (Herbart)學會,該學會主張學生學習的內容應該具有學科統整性,認 為學生的學習應該與生活息息相關,而非與現實生活脫節,故應該重 視學科與學科之間相關的連結(吳清山、林天佑,2001)。近代美國 的教育家杜威(Dewey)所提倡的「教育即生活」 ,意即教育是生活、生 長和經驗改造的歷程,它是輔助學生使之生長、發展、改造經驗的活 動(劉芳文,2006) ,故課程教學的內容,應該與學生生活經驗有關, 將有助於學生的知識建構與發展。而台灣目前的課程實施是以分科教 育為主,雖然九年一貫的課綱精神強調課程與學科的統整,但是在實 際的教學現場中,還是領域中的各科目獨立教學,由於分科愈來愈細, 學生也偏重在各學科的學習,無法將相關的知識做連接,所學的大部 分都是破碎的知識。 所以目前的學生只是填鴨式的學習將課本的知識內容塞到腦中, 無法消化整理成自己的知識,也無法提升創造與思考的能力(柳志達, 2006),然而學習是要能夠融會貫通,有一完整系統的概念,使所學 知識能夠活用,因此分科式學習受到了批判,認為學習內容過於分散、 零碎與缺乏實用,和實際生活經驗不符,於是學科課程統整的理念再 度受到重視,所以主題統整教學模式又再次興起。 15.

(30) 四、課程統整的型態 關於課程統整的類型可依據內容、設計者、學科與實施方式等四 個角度來加以探討: (一) 內容 從內容的角度來探究,若在學科內,為了將科目的知識 內容更加有系統的教授給學生,減少支離破碎、片段知識的 情形,教師將相關的單元、概念連結在一起,說明其間的關 係以及比較它們的異同,或將其連結在一起並以主題式統整 方式呈現,都可以說是內容的統整(黃譯瑩,1999b)。 (二) 設計者 從參與課程設計者的角度來看,統整的類型分為專家設 計、教師設計、師生共同設計、學生設計等四種類型(游家 政,2000)。 1. 專家設計 專家進行統整設計的課程,即由校外的專家編寫成教 科用書,提供教師和學生使用。 2. 教師設計 由教師設計的統整課程,意即由學校教師自行設計教 材與內容,其中可能結合不同專長教師、家長,或校外的 專家諮詢,但學生並未參與。 3. 師生共同設計 由教師與學生共同設計的統整課程,學習方案是由教 師和學生共同合作、協商設計而來的。 4. 學生設計. 16.

(31) 學生自行設計的統整課程,學生根據自己的需求或興 趣設計的學習主題,教師僅提供相關諮詢或協助。 前兩者,由專家或教師所主導的課程設計,為成人本位 課程,屬於被統合的課程(integrated curriculum);後二者由學 生參與或學生主導的自我統合課程(integrative curriculum)和 超越自我統整的課程(beyond integrative curriculum),屬於學 生本位課程(游家政,2000)。 (三) 學科 從學科的角度來探究,統整的類型可分為單一學科的統 整、跨學科的統整、科際融合的統整、超學科的統整,將分 別敘述如下(游家政,2000): 1. 單一學科統整 指將學科內的個別統整,例如將生活科技內容相關的 幾個概念加以統整,設計為較大的學習單元或統合式的學 習活動。 2. 跨學科統整 跨學科統整意指學科間的統整,但仍維持分科教學, 採取大單元設計教學的精神,以某一科的單元主題為中心, 其餘學科則配合教授相關的主題以連結各學科的教學內 容。 3. 科際融合統整 係指打破原有學科界限,設計統整的學習內容。科際 融合課程應是系統地統合各學科內容,並設計相關的學習 活動,而不是僅將內容的併列混合。 4. 超學科統整 17.

(32) 意即統整的範圍不以學科為限,擴大到學生的生活世 界、興趣和需求,設計主題學習活動讓學生進行自由探 索。. 圖 2-1. 學科角度的課程統整的類型. 資料來源:修改自游家政(2000). (四) 實施方式 統整課程的實施方式有:連絡式統整、附加式統整、局 部式統整、全面式統整等四種(游家政,2000) 。茲分別敘述 如下: 1. 連絡式統整:仍然維持傳統的分科教學,但在個別學科內 以主題將相關的內容組成有意義的學習單元;或者數個學 科同時教授相關的主題,將學習內容相互連絡或貫串起 來。 2. 附加式統整:由於分科教學不容易改變,或基於教師專長 的需要,仍然必須採取分科教學。為了讓學生能將分科所 學的知識加以統整,因此在課程實施時,可以每週提供一 段時間做為綜合活動,讓學生能透過主題單元活動來統合 或運用各科所學的知識。 3. 局部式統整:採部份科目分科教學,而其餘科目採統整教 學。因為有些工具學科,特別強調基本能力的學習,必須 有單獨練習的時間,例如生活科技學習技能。但是,在統 18.

(33) 整教學的設計中,亦可以將科技相關基本能力的運用包含 其中。 4. 全面式統整:打破所有學科界限,將課程目標、學科教材 內容加以分析和統整,去除重複的和瑣碎的教材內容,並 整合相關學科內容與學生真實生活經驗,透過主題式活動 來引導學習。 由上述探討課程實施的四種方式,可將課程統整分為三大型態: 學科內統整、學科間統整、及主題式統整(呂錘卿,2001),分別敘 述如下: (一) 學科內統整:意指各學科彼此獨立且分科教學。課程統整的 工作是由教師將相關教材的知識、概念連結起來,有時需要 縱向的連結,有時需要橫向的連結,增加課程內容的連貫性 與統整性。 (二) 學科間統整:指由兩個學科或兩個以上的學科進行課程統整, 學科間的課程統整有三種形式:第一種形式為連絡式統整, 第二種形式為附加式統整,第三種形式為局部式統整。 (三) 主題式統整:亦稱為超學科統整。是以一種主題為中心,不 考慮學科的界限,將與該主題有關的知識、經驗、活動等組 織起來,而發展出主題式學習的教材與教學活動。而主題式 統整的主題,可以是學生應該學習的某種能力、可以是與學 生生活相關的問題、可以是社會重要的議題、可以是學生有 興趣的活動。 從上述可知,課程統整有諸多的定義,本研究將採用呂錘卿(2001) 的解釋,將本研究探討的課程統整定義為主題式課程統整,是以一種. 19.

(34) 主題為中心,不考慮學科的界限,將與該主題有關的知識、經驗、活 動等組織起來,而發展出主題式的學習活動。 小結:透過課程統整將有機會讓學生參與課程設計,成為主動的 建構者,老師也藉此瞭解學生的需求與興趣,而發展設計出適合學生 學習的統整教學活動。學生在統整課程中可以學到與實際生活經驗較 貼近的知識內容,學習到生活中問題的解決,這對於學生日後的學習 有相當大的助益。 STEM 課程統整模式就是屬於主題式課程統整的方式,將科學、 科技、工程及數學等相關課程整合在一起學習,讓學生學習到的是完 整的知識,而不是片斷的資訊,讓學生更能將所學的知識和日常生活 中的真實世界相互結合起來,進而對日常生活中的生活難題能進行思 考,尋求解決的方法,並將所學習的知識應用在日常生活中。. 第二節. STEM 課程統整模式的意涵. 課程統整類型中的主題式統整,就是以一種主題為中心,不考慮 學科的界限,將與該主題有關的知識、經驗、活動等組織起來,而發 展出主題式之學習活動。STEM 課程統整模式屬於主題式課程統整 的方式,將科學、科技、工程及數學等相關課程整合在一起學習,使 學生學習到統整且完整的知識,並期望能運用課堂所學於日常生活 中。 本節將對 STEM 課程統整模式之定義、STEM 課程統整模式的 發展以及 STEM 課程統整模式的型態進行文獻探討,以瞭解 STEM 課程統整模式的定義與型態。 一、STEM 課程統整模式的定義. 20.

(35) STEM 課程統整模式是一種強調科際合作的課程統整模式,其 中 science 代表科學,technology 代表科技,engineering 代表工程, mathematics 代表數學,故 STEM 課程統整模式就是將科學、科技、 工程、數學互相整合的一種整合課程,而整合的部份包括課程內容、 教學活動,讓學生能夠學習到系統化的知識,並讓學生從中培養知識 統整與問題解決的能力。 STEM 課程統整模式是融合科學探索、科技方法、工程設計與 數學計算之課程統整模式,整合的部分包含課程內容、教學活動。其 中「科學」(science, S) 注重探討「為什麼」,是追求及探索大自然的 原理; 「科技」(technology, T) 注重在「如何做」,是將在工程中所設 計的工具,真實地製造來以便利人們的生活; 「工程」(engineering, E) 是利用科學的發現,而去設計所需要的相關工具; 「數學」(mathematics, M) 是獲取科學知識的基礎,是進行分析統計的工具(蔡蕙文,2008; Massachusetts Department of Education, 2001)。 然而科學、科技、工程與數學各科之間彼此有強烈的關係,科學 倚靠科技發展、測試來驗證諸多自然的現象、定律與原則;而科技也 藉由科學來瞭解自然世界各種物質的功能與結構;工程則是利用科學 的發現去設計實際生活所需要的工具;最後在科學的研究需要數學作 為工具、需要某些數學的定理作為基礎,而許多的科學定律最終目的 在於導出一項數學公式。 因此,運用 STEM 課程統整模式對國中學生在科學(自然) 、科 技、工程與數學之課程統整學習的學習態度與學習成效上會有正面的 功效(羅希哲、陳柏豪、石儒居、蔡華齡及蔡慧音,2009)。學生可 以藉由 STEM 課程統整模式以瞭解複雜的科技、工程的概念,以及 解決在科技、工程方面所遇到的複雜問題(National Academy of 21.

(36) Education [NAE], 2014)。因此透過 STEM 的課程統整模式,學生可 以更容易理解複雜的工程、科技的概念,並將所習得的概念,用以解 決所遇到的科技、工程問題。Poth, Barger, and Gilbert(2005)在進行 STEM 學習活動以後發現學生能夠進行解析問題以及有系統地的將 作品完成。故透過 STEM 課程統整模式的學習活動可以使得學生在 思考問題時更加有邏輯,並且能夠有系統地將老師所指派的工作任務 完成。 本研究對 STEM 課程統整模式發展的主題式學習活動,針對工 程問題解決及配合自然科學、科技和數學等相關知識,進行主題式教 學活動,內容包括生活科技的基礎知識、如何與自然科學和工程問題 解決與原理之間的連結及計算的能力增強。 二、STEM 課程統整模式的發展 依據文獻資料,美國麻州最早實施 STEM 課程統整模式之課程, 麻州教育單位於 1995 年批准了麻州 STEM 課程統整模式的課程架構, 並於 1998 年在四年級、八年級及十年級開始實施。在 2001 年 12 月 麻州教育單位再次修改 1995 年的課程架構,並將學習階段分為二年 級以前、三至五年級、六至八年級及中學階段等四個階段,簡稱為 K-12 科學、科技、工程和數學教育,並將學習內容組合成四個學習 的科目,(1)地球科學;(2)生物;(3)物理與化學;(4)工程與科技 (Massachusetts Department of Education, 2006)。 近年來美國相關研究報告書(National Governors Association [NGA], 2007)指出 STEM 課程統整模式的學科整合之素養與能力的 培育,對於美國保持未來經濟競爭力與創新能力有密切相關。歐巴馬 於 2009 年就任美國總統之時,在《美國振興及再投資法案》 (American Recovery and Reinvestment Act,ARRA) ,以及「奔向顛峰」(Race to the 22.

(37) Top, RttT)中強調 STEM 課程統整模式的重要性,並多次公開指出: STEM 課程統整模式教育是國家經濟強勁復甦的關鍵因素(張佳琳, 2013)。 歐巴馬於 2013 年發表國情咨文時,再次提到 STEM 課程統整模 式的重要性,鼓勵學校採納能讓學生準備好就業的課程,讓學校培育 的畢業生更具備高科技經濟需求的能力,以及創造能聚焦在科學、科 技、工程、數學課程整合教學的學校,這些是當前雇主所需要用以補 足現在及未來職缺人力所需之能力(The White House, 2013)。 因此,美國教育界近年來興起一股 STEM 課程統整模式教育熱 潮,STEM 課程統整模式變得越來越重要,不僅全美各地有關 STEM 課程統整模式的教育機構、協會、組織不斷地成立,各州也都積極成 立相關的諮詢委員會,投入強化 STEM 課程統整模式之課程及師資 的政策規劃與執行,以加強 STEM 課程統整模式的教育推展成效 (Dugger Jr., 2010)。 主導美國科技教育之國際科技教育學會(International Technology Education Association, ITEA)大力推動融入工程教育與 STEM 課程 整合之教育,甚至於 2010 年正式將學會名稱更改為國際科技與工程 教育學會(International Technology and Engineering Educators Association, ITEEA) ,以顯示 STEM 課程統整模式之教育理念的重要 性。因此藉由美國政府的推動與學會的宣導,到目前為止,已經有許 多的學校從小學、中學、以致大學,都實施 STEM 課程統整模式的 整合式課程,讓學生提早對科學、數學、工程和科技產生興趣進而加 入並進行相關研究。 美國現在正大力推廣 STEM 課程統整模式之課程,而在臺灣目 前的課程架構雖然為科際統整的學習領域架構,但在課程實施上,大 23.

(38) 多還是回歸傳統的分科教學,因此本研究將試著將 STEM 課程統整 模式導入生活科技教學中,探討其對於學生學習成效的影響。 三、STEM 課程統整模式的型態 STEMTEC 教育協會(Science, Technology, Engineering, and Mathematics Teacher Education Collaborative)指出教師必須能夠利用 在各方面學科知識和技能的相關概念進行課程設計,以求學生在學習 時能夠主動思考並建構出科學、科技、工程與數學間彼此的相互關係, 而達到系統整合與應用的目標(The New York State Systemic Initiative, 1997)。因此在學生學習的過程中,希望能打破學科間彼此的界限, 妥善地運用課程統整的方式,將科學、科技、工程與數學學科之間的 內容做連結,以強化學生知識的統整。 所以教師在進行 STEM 課程統整設計時,必須要打破各學科間 的界限,進行主題式統整課程設計,將與選定主題有關的知識、經驗、 活動等組織起來,而發展出主題式學習活動。 蔡蕙文(2008)認為 STEM 統整課程設計可以分為連結型與整 合型,如圖 2-2 所示:. 圖 2-2. STEM 的整合模式. 資料來源:出自蔡蕙文(2008:29). 24.

(39) 其中,連結型的方式能更細分成不同型態,如:STEM、TSEM、 ESTM 及 MSTE,如圖 2-3 所示:. 圖 2-3. STEM 連結型模式. 資料來源:出自蔡蕙文(2008:29). 本研究參考 STEM 整合模式,並發展成 STEM 課程統整學習活 動,針對工程問題解決及配合自然科學、科技和數學等相關知識,進 行教學活動,內容包括生活科技的基礎知識、如何與自然科學和工程 問題解決與原理之間的連結及計算的能力增強,將四種概念統整學習, 如圖 2-4 STEM 課程統整模式所示:. 圖 2-4. STEM 課程統整模式. STEM 取向的科技課程則以工程之問題解決為主軸,再輔以科 技設計、數學與科學相關知識,發展整合教學活動,以工程的問題解 決為活動之主軸,並期望學生在活動中能整合運用科學與數學相關知 識。 25.

(40) 四、STEM 課程統整的實施 STEM 課程統整的實施其中包含了實施方式、學習目標及教學評 量三個項目,以下就這三個項目作探討。 (一) 實施方式 教師在教學實施的同時須針對課程目標做到以下的事項 (The New York State Systemic Initiative, NYSSI,1997):課程的 實施以整合式活動進行為主要教學方式,利用主題方式來整 合科學、科技、工程與數學等學科知識與學習態度。而 STEM 學習活動組織範例,如下表 2-1 所示:. 26.

(41) 表 2-1. STEM 學習活動的組織範例. 活動主題. 大小與比例. 人的基因. 是否應禁止 在新英格蘭 海岸外捕魚. 活動(STEM) 學生製作太陽 系比例模型, 過程中利用計 算器及測量工 具,測定模型 中各行星大小 與位置. 科學(S) 學生學習 行星的相 對大小和 與太陽的 相對距離. 科技(T) 學生學習科 技裝置如何 能用以觀察 行星、測量 其大小和太 陽之距離. 學生建構其家 譜,顯示其特 徵(如眼睛顏 色)的傳承,分 析核形相片以 分辨特定染色 體狀況,擠壓 洋蔥球瓣以觀 察和抽取染色 體 學生參與各種 政策影響漁口 量的模擬. 學生學習 遺傳的基 本孟德爾 型態,並用 以分析人 的遺傳型 態. 學生學習用 在產前基因 狀況診斷的 科技. 學生學習 野生動物 的動態. 學生學習近 年內科技如 何改變捕魚 產業,及如 何用以估計 漁量. 工程(E) 學生學習 如何解決 科技裝 置、如何應 用數學分 析計算行 星和太陽 距離 學生學習 提出基因 相關問 題,並試著 找出解決 方式. 數學(M) 學生利用行 星對地球的 比例描述行 星大小,並利 用指數描述 行星和太陽 的距離. 學生學習 如何制定 漁獲量的 政策. 學生繪製新 英格蘭海岸 外水域的漁 獲資料,學習 漁獲成長的 方程式. 學生應用機 率預測後代 特徵. 資料來源:修改自蔡蕙文(2008:31). (二) 學習目標 本研究藉由實施 STEM 學習活動,目的要讓學生學到各 種的學習目標,本研究整理出 STEM 學習活動之學習目標, 以下將分科分項描述(蔡蕙文,2008;Massachusetts Department of Education, 2001;New York State Education Department, NYSED, 2001): 1. 科學:(1)科學探索的主要目的在於一個持續且創造性的過 程中培養對自然現象的解釋;(2)在使用推論及全體意見之 外,科學的探索還牽涉到結果測試、傳統技巧及程序使用, 而且經常需要透過設計的方式;(3)地球與天體的現象能夠 27.

(42) 靠著相關設計的方式和展望描述出來;(4)我們在地球上所 觀察到的現象,牽涉到空氣、水和土地等三元素之間的交 互作用;(5)瞭解物體是由許多粒子所組成的,其特性決定 了物體的可觀察的特徵和它的反應;(6)能源和物體經由力 量交互作用時,結果將在物體上產生變化。 2. 科技:(1)瞭解生活科技之運輸科技系統的內涵;(2)能夠 進行有效率的解決問題工作;(3)收集和處理訊息資訊:由 印刷的媒介中取得資訊、電子資料的基礎、社區資源並使 用資訊以發展對問題可能的解決方法;(4)產生和分析構想: 為了解決問題而發展構想、調查構想、收集資料和顯示資 料間的各種關係與型式;(5)概念實現:實際做出並建構要 素或模型,發展解決方法或者與評估結果;(6)表達結果: 善用不同的媒體以表達解決方法和傳達結果。 3. 工程:(1)確認並解釋工程設計過程,即確認問題、研究問 題、發展可能的解決方案、選擇最佳解決方案、製作原型、 測試並且評估、發表這個解決方案或重新設計;(2)瞭解製 圖和多視圖的知識(例如:正投影多視圖、等角圖、斜視 圖)並配合使用適當的技術;(3)學會使用紙張和鉛筆的製 圖技術,當有需要時也會使用電腦輔助設計系統;(4)運用 畫圖的比例和尺寸;(5)製作原型時,解釋工作計畫、圖解 與工作圖,同時必須附上尺度標註;(6)確認製作一個工程 設計的原型所需的材料、工具與機具;(7)解釋會影響製作 原型的設計特徵,例如:尺寸、形狀、重量、功能與花費 的限制等;(8)選擇最佳解決方案時,在設計標準和限制條 件下,用文件方式來表達想法,並解釋人類價值、經濟學、 28.

(43) 人類工程學與環境考慮等因素,如何影響這個解決方案。 4. 數學:(1)數學上的理解:學生使用數學理解去分析數學上 的狀況,收集證據並做推測且建構一項論點;(2)數與計算: 學生使用數的概念和計算法,以培養對於在真實世界中重 複使用數的概念、在數學上與數溝通的使用,以及數在數 學上發展理念的使用等;(3)運算、演算:學生能夠使用數 學上的運算和彼此間的關係,且藉此瞭解數學;(4)測量: 為了能瞭解且比較物體和資料,學生必須能以英制或公制 系統測量,以成為數學上抽象概念和真實世界的主要連 結。 因此本研究發展與實施 STEM 學習活動時,將依照上述 的學習目標發展學習活動,並於活動結束後,透過評量的方 式檢核是否有達到預期的學習目標。 (三) 學習評量 利用適當的評量方式以瞭解學生的學習成效,診斷學生 學習困難與潛能、增強學生學習動機和教師的教學動機、瞭 解教師教學效率,作為調整課程和改進教材教法參考。其中 包含了三個層面:(1)課程標準的實現;(2)課程設計的改進; (3)教學方式的改進。教師需以三個層面作為評量的根本,以 學生為教學、課程的中心,利用多元評量的方式進行教學評 量,以收集學生對於課程的反應、知識的學習、技能的養成 及情意的培養(NYSED, 1999)。學習評量若實施得好,將有助 於提升學生學習成效,如同教學方法一般,評量方式越是多 元化,則學生學習經驗越豐富。. 29.

(44) STEMTEC(Science, Technology, Engineering, and Mathematics Teacher Education Collaborative) 指出 STEM 課 程統整模式是利用合作學習、探索學習課程與多元的評量方 式,以培養學生能透過小組合作的方式,培養學生團隊合作 與溝通的技巧(羅希哲、陳柏豪、石儒居、蔡華齡及蔡慧音, 2009)。 STEM 課程統整模式的實施方式可由四個學科各自進行共同主 題的相關知識,再透過科技活動進行知識與活動的整合。在活動的設 計方面,以問題解決過程為學習活動主要的進行步驟,結合分組的方 式促進學生合作與分工的能力,並透過活動的學習單引導學生進行學 習,以培養學生問題解決的能力(ITEA, 2003)。 因此,STEM 課程統整模式能夠讓學生能利用工程設計的方式, 將自己的想法與和組員討論,經過討論以後,能夠設計出解決問題的 對策,或生產出相關的作品,以解決所遇到的問題。本研究發展的 STEM 學習活動,學習目標是藉由讓學生解決實際的問題,而學習並 強化各學科知識內涵的連結。 所以 STEM 課程統整模式以問題解決為主之精神,剛好符合本 研究的主旨,故本研究將應用 STEM 課程統整模式實施於國中生活 科技課程,探討在進行教學活動後,對學生學習成效的影響。. 第三節. 生活科技與運輸科技. 本研究發展的 STEM 學習活動是以生活科技課程中的運輸科技 作為主要內容。因此,為了瞭解運輸科技的內涵與本質,本節將透過 文獻探討生活科技課程與運輸科技的內涵。 一、科技教育的定義 30.

(45) 科技的發展日新月異,在近幾年的的發展更是突發猛進,人們在 生活的各方面都享受著科技帶來的便利與益處。ITEA(1996)定義科技 為人類在行動方面的創新,包含一般的知識與方法,用以發展解決問 題與伸展人類能力的系統,而科技素養(technology literacy)就是瞭解、 使用和管理科技的能力。我們瞭解既然科技素養是每個人皆必須具備 的基本能力,所以科技素養的教育就必須納入正式課程當中(ITEA, 2005)。我國在國中階段的科技教育,根據九年一貫課程綱要,生活 科技課程的教學宗旨在於培養國民具備瞭解科技、善用科技、評估科 技的科技素養,使能適應未來科技社會的生活(李隆盛,2005)。 本研究將參考李隆盛(2005)的解釋,將生活科技定義為透過課 程的實施,使學生學習到瞭解科技、善用科技、評估科技的科技素養, 並且能適應未來科技社會的生活。 二、科技教育的內涵 科技教育主要是為了培養學生的科技素養,ITEA 為科技教育設 計完整的課程架構。ITEA 在 1996 年出版的美國人應具備的科技素 養(Technological literacy for All Americans)中認為科技是由知識 (knowledge)、程序處理(process)與系統內容(context)所組合而成,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 技的關係;(3)科技的概念。程序部份則包含了(1)科技系統的設計與 發展;(2)科技系統的控制與特性;(3)科技系統的使用;(4)科技系統 使用後的後果與影響評估。系統內容包含了(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、程序處理與系統內容。而科技素養標準的要項包含 科技的本質(The Nature of technology)、科技與社會(Technology and 31.

(46) Society)、設計(Design)、在科技世界中應具備的能力(Abilities for a technological world)與設計的世界(The Designed world)。 ITEA 更進一步指出具有科技素養的人是:(1)考慮不同的觀點和 系統的問題解決者;(2)瞭解科技包含各種系統及使用強調系統導向 的方法;(3)使用科學、數學、社會科學和人文的概念管理科技系統; (4)能認清適切解決方法和預測解決方法執行的結果;(5)瞭解主要的 科技概念;(6)整合來自工程、藝術、設計、技藝、技術、機械和社 會人員的特性;(7)瞭解和領會基本科技發展的重要性;(8)組合巧思 與資源以滿足人的需求與欲求;(9)使用和瞭解各種分類系統;(10) 能看到社會正如何被發明和創新塑造;(11)能評估科技系統的影響與 後果(李隆盛,1999)。 由以上可知科技教育在於培養國民具備科技素養,科技素養教育 包含了認知(科技相關知識)、情意(科技與社會的關聯、處理科技 的態度)與技能(問題解決的能力)部分。 台灣的科技教育課程名稱為生活科技,在國民中學階段,生活科 技課程的內涵又可分為:科技的本質與演進、傳播科技、製造科技、 營建科技、運輸科技以及能源與動力科技等項目。 本研究發展的學習活動將融入 STEM 課程統整模式,並將運輸 科技知識、理化相關知識、工程繪圖及數學計算加入活動中,觀察在 學習活動實施後,對學生學習成效的影響。 参、運輸科技的意義與內涵 運輸(Transportation)是指利用各種運送工具(載具)及通路,將 人或者貨物從甲地運送至乙地,是人類的經濟活動之一(唐富藏, 1983)。Goetsch & Nelson(1987)認為運輸是一種科技性的活動,騎 腳踏車、開車、坐飛機、乘船都是一種運輸,能將人員、產品、貨物、 32.

(47) 材料由某地運送到另ㄧ地。也有人主張運輸是一種技術性的適應系統, 此系統是人類透過載具與人們位置的移動,以獲得時間和地點的方便, 使人們與社會機構相互間,獲得直接的接觸與交換的目的,而致力於 資源的有效利用(Jackson’s Mill, 1981)。 綜合上述,運輸科技為人類利用各種運送工具及通路與其設施, 將人或貨物從甲地運送至乙地的一種經濟活動。因為運輸必須藉由人 類所製造之運送工具,如車、船、飛機等及其運送系統如公路、鐵路、 航空等運輸系統等來達到將人或貨物運送之目的。本研究將運輸科技 定義為人類利用交通工具及通路,將人員、產品、貨物、材料由甲地 運送到乙地,以獲得時間和空間的有效利用。 運輸科技系統,依據載具的不同,可以分為陸路運輸、水路運輸、 空中運輸與太空運輸等四個類型(王光復,2005): (一) 陸路運輸 陸路運輸是指藉由陸地上的通路,將人員或貨物運送到 目的地的過程。它是人類最早的運輸方式,人類以自己為載 具,用手提、背負等方式搬運食物或生活用品。接著利用動 物馱運來減輕人類的負擔,後來輪子與車輛的發明使得陸路 運輸更加便利。陸路運輸系統主要可分為公路運輸、軌道運 輸與管路運輸 (二) 水路運輸 水路運輸是以水道為通路,將人員或貨物運送到目的地 的過程。水道通常是天然形成的通路,利用木頭的浮力是人 類最早的水運方式,隨後獨木舟、帆船、蒸汽船等載具的發 明,使得水路運輸更為蓬勃發展。水路運輸系統主要可分為 內陸及沿岸運輸與海洋運輸。內陸及沿岸運輸屬短程,運輸 33.

(48) 量較小,使用小的船隻,而海洋運輸屬長程,運輸量較大, 則使用較大的船艦。 (三) 空中運輸 空中運輸是以天空為通路,在空氣中(在大氣層內,仍 受地心引力的作用) ,將人員或貨物運送到目的地的過程。由 於地球上的陸地不一定都相連接,所以使用空中運輸不但可 以跨越海洋,再配合其他運輸方式,便能更快速地將人員或 貨物送達世界上的各個角落。航空器歷經熱氣球、飛船、滑 翔機、飛機等演進過程,帶給人類愈來愈舒適和快速的運輸 工具。 (四) 太空運輸 太空運輸是以太空為通路,利用太空運輸載具穿過大氣 層,在地球軌道周圍或與其他星球之間進行人員或貨物的移 動,如:太空梭。目前太空運輸的功能主要為科學研究和衛 星發射,等將來科技更為成熟時,人類也可以在星際間穿梭 航行。 本研究發展的 STEM 學習活動,將 STEM 課程統模式的精神導 入生活科技中的運輸科技系統之空中運輸課程,其對照表如表 2-2 所 示:. 34.

(49) 表 2-2. STEM 學習活動設計之主要內容對照表. 運輸科技 主題 學習活動 (STEM) 運輸科技 學生製作 之 手擲機,過 空中運輸 程中利用 各種工具 製作手擲 機,並計算 其重心,與 估計手擲 機在空中 受力的情 形. 科學(S). 科技(T). 工程(E). 數學(M). 學生學 習飛機 在空中 飛行時 的受力 作用,與 力學基 本原理. 學生學習 空中運輸 的相關知 識,以及 運用各種 工具製作 手擲機. 學生學 習如何 解決手 擲機的 飛行問 題(問題 解決步 驟、分析 原理、製 圖). 學生利用 重心的原 理規劃手 擲機的重 心,並進 行相關的 數學計算. 小結:本研究針對生活科技課程中的運輸科技系統,發展空中運 輸的主題式學習活動,並導入 STEM 課程統整的精神,目的在於瞭 解學生在學習活動進行後,其學習成效的改變,而 STEM 學習活動 的成效如何評量,將在下一節進行深入探討。. 第四節. 學習成效與評量. 本節對學習評量的定義、學習成效的意涵進行文獻探討,以瞭解 如何評量 STEM 課程統整模式融入運輸科技學習活動的學生學習成 效。 一、學習成效 任何教學活動均需要透過不同形式的評鑑機制,以瞭解學習者在 活動過程中或活動結束後之學習成果,以對於學習者學習狀況進行評 估,以及學習目標的達成程度,作為自我學習之調整與課程設計改進 之參考依據。 35.

(50) 黃政傑(1997)指出學習是經轉化環境刺激為習得知心能力的認 知歷程;學習成效是一種經由練習而使個體在行為上產生較為持久改 變的歷程。王宗斌(1999)主張學習成效是指在學習的動作告一段落 之後,對學習者實施各種類型的評量測驗,由評量測驗的結果便可瞭 解到學習者對於學習內容的理解度多寡。除此之外,還包括了學習者 本身的學習認知及經由學習後能應用於工作上的程度。 綜合整理上述學者對學習成效的論述,可以瞭解,學習成效是衡 量學生學習過程中達成學習目標的程度;在學習的活動後,利用評量 的方式來評估學習活動所達成的效果,以瞭解學習者在知識、技能及 態度等方面的改變,作為課程設計或教學品質改進的參考。 二、評量的定義 評量(Evaluation)是指收集、綜合和解釋學生學習資料,做各種教 學決定的歷程(郭生玉,2004)。凃金堂(2009)認為,評量是透過 系統化的測驗或其他評量方式,獲得學習者的學習狀況,並對學習狀 況進行價值判斷的歷程。 評量實施必須依據教學目標、學生先備知識,以達成教學目標。 彭森明(2006)認為教學評量對教師而言,是一項重要的工作。凃金 堂(2009)認為評量的意義在藉由測驗或其他有系統的評量方式,蒐 集、整理和解釋有關學生成果的資料,以瞭解和評價學生的學習表現 與成效。所以教學評量是教師依據課程的學習目標,蒐集、整理和分 析學生相關的資料,以瞭解學生的先備知識與學習成效。 三、評量的目的 評量的目的,以前多著重於如何準確測量學生的學習成就、分類 與排名(江文慈,2007),而近代評量的發展,更著重在如何運用評. 36.

(51) 量來促進學習。評量不僅是用來測驗學生現在過或去的成就而已,評 量更要能夠支持學習。 陳文典(2002)主張教學活動與教學評量就好比工作與觀測兩項 工作要同時進行,且兩項工作要相互支援,才能把事情做好。教學的 目的,要能夠激發和促進學生「學習」 ,所以教學評量與「教學」是 同步進行的。蘇敏龍(2005)說明評量是一種教學工具,讓學生、家 長、教師瞭解學生的學習狀況與困難,激發和促進學生學習。同時, 評量具有診斷和回饋功能,作為教師改進教學之依據,進而改善教學 的成效,促進教學目標的達成。綜合上述各研究者的看法,教學評量 的目的,大致上可分為以下七項(黃佳音,2011): (一) 協助學生瞭解自己學習成果的機會。 (二) 提供學生升學或就業等生涯輔導的資料。 (三) 促進學生的學習動機,樂於參與學習。 (四) 協助教師瞭解學生起點行為,作為教學計劃參考。 (五) 提升教師教學效能,掌握學生學習狀況。 (六) 提供教師省思,進而調整或修正課程內容。 (七) 提供家長瞭解子女的學習成就與學習狀況。 本研究試圖瞭解 STEM 課程統整模式實施於國中生活科技教學 後,對學生學習成效的影響,而對於學習成效影響的探討僅限於學科 知識學習與學科學習態度的部分。 四、學科知識評量 關於學生的學科知識評量,一般是採用傳統的紙筆測驗,紙 筆測驗是將測驗的試題印成文字,受測者按題意在答案紙上用筆寫作 答,亦稱文字測驗(郭生玉,2004)。目前實施於各校的學科測驗多 半採用紙筆測驗的方式,而應用在科學教育研究上的紙筆測驗有開放 37.

(52) 或半開放式問答題、選擇題。選擇題紙筆測驗,容易記分,信度高, 且可提供教師有價值的診斷(Treagust, 1986),進行學習診斷,評估 學生的學習困難。開放或半開放式問答題,是研究者提供問題給受試 者自行構思自由發揮,從而按自己意願答出問題的問答題型為主。其 特點是答案比較沒有嚴格的結構形式,受試者可以根據自己對於問題 的理解作答,可以幫助研究者收集到範圍比較廣泛的資料。 本研究對於學生學科知識學習的評量,依據主題學習活動的內容, 以及參考教科書內容與「電腦輔助機械設計製圖丙級技術士技能檢定 學科測驗」歷屆試題(勞委會,2013),發展出「STEM 學科知識學 習測驗」 ,以紙本測驗為主,題目類型以選擇題搭配半開放式選擇題, 以瞭解學生學科知識學習的情形。 五、學習態度評量 情意是指人與個人、社會發展有關的感情、知覺、情緒、態度等 特質(歐用生,1998)。鍾聖校(1999)則認為情意是對情緒主體性 的認知意識,而情意是透過感受(feelings)、態度(attitude)、品味(flavor)、 偏好(preference)、性格(character)及價值觀而表現於外。學生的情意 評量,主要在評測學生的興趣、態度、價值觀、及鑑賞力的強弱,一 般有幾種不同的方式,如問卷法、直接觀察、面談法等。 本研究考量到時間與人力的因素,以及國中生心智發展上未完全 成熟,可能較不適合用面談法,故學生的學科學習態度與學習活動接 受度之評量,以問卷法為主,輔以教師上課直接觀察相關資料。 李嘉峰(2011)指出問卷設計時,應該注意幾個部分,如下所述: (1)題意簡潔、清楚、易懂;(2)儘量避免使用時下流行語、學術術語、 行話或俚語,例如 Orz、3Q;(3)一個題項只能包含一個概念,例如, 同學間常常因為某人功課不好、長得難看就排擠他。這到底是因為功 38.

(53) 課不還是長相而排擠;(4)避免暗示性的題目,例如,孔子主張因材 施教,因此能力分班比常態分班好;(5)避免受試者不願回答的問題, 包含社會禁忌或威脅性問題;(6)避免情緒化的字句;(7)避免雙重否 定句,例如,我沒有不討厭主任的領導風格;(8)題項要受試者有能 力回答,例如對於艱澀難懂的字須加註注音或註解。 此外,題項出現的順序會影響問卷的信、效度,因此敏感性的 問題不要放卷首,以避免受試者不願填答或對於填答有所顧慮;再 者,重要的問題不要放在卷尾端,而且封閉問題在開放問題之前,以 免受試者失去耐心(李茂能 2002)。 因此本研究參考蔡蕙文(2008)所設計之「STEM 課程統整在自 然生活與科技領域教學之學習態度意見調查表」為主進行修改,並遵 照上述問卷設計要點,發展本研究之學習活動接受度與 STEM 學習 態度問卷。 小結:為了評量學生在進行 STEM 學習活動後的學科知識學習 成效、學習活動接受度與學科學習態度,本研究收集相關文獻進行探 討,並與相關專家學者討論,發展 STEM 學科知識學習測驗與學習 活動接受度與學科學習態度問卷等研究工具。. 39.

(54) 40.

(55) 第三章. 研究設計與實施. 本研究旨在探討 STEM 課程統整模式實施於國中生活科技教學 後,對學生學習成效的影響。本章分節說明概念性研究架構、研究方 法與步驟、研究對象、研究工具與資料分析等,詳細說明如下:. 第一節. 概念性研究架構. 本研究使用之學習活動內容以生活科技的運輸科技領域為範疇, 發展 STEM 學習活動,並評估活動之學習成效。本研究主要探討 STEM 課程統整模式運用於國中生活科技教學對學生學習成效影 響。. 圖 3-1. 概念性研究架構. 一、STEM 統整課程模式 本研究主要是將 STEM 課程統整模式融入到生活科技教學中, 統整的方面包含課程內容統整與教學方法統整,並以實際問題解決為 主題引導學生,一步一步協助學生學習並解決問題。. 41.

(56) 二、運輸科技學習活動內容 本研究以運輸科技為主要教學領域,內容包括運輸科技內涵、空 中運輸介紹。 三、學生學習成效 本研究主要探討 STEM 課程統整模式實施於運輸科技教學活動 後,對學生學習成效的影響。藉由學習活動接受度與 STEM 學科學 習態度問卷以及 STEM 學科知識學習測驗等相關資料進行分析,以 瞭解 STEM 課程統整模式對於學生學習成效的影響。. 42.

(57) 第二節. 研究方法與步驟. 本研究主要採用行動研究以及問卷調查法,觀察學生在進行 STEM 課程統整模式之學習活動後,其學習成效的改變。研究方法 與研究步驟分述如下: 一、研究方法 (一) 行動研究 行動研究將實務工作者的「行動」與研究者的「研究」兩者加以 結合,強調實務工作者應該進行研究,以改進本身的實務工作(蔡清 田,2007),因此,從事研究亦為實務工作者份內工作。 行動研究的目的是透過實務工作者實際行動,以改進實務問題與 改善工作情境。行動研究的進行,勢必明顯地導致社會現象情境當中 所發生的事件之改變,所以,傳統的實證研究所強調的變項控制方法, 可能不適用於行動研究,因為如果以保持距離來進行無關脈絡情境之 探究,則可能會誤解實務工作第一現場實際問題的影響因素(蔡清田, 2011)。 另一方面,行動研究更是實務工作者對實務工作的專業檢討與反 省,行動研究的理想旨在引導實務工作的變革與改進,企圖解決實際 問題,最後並增進實務工作者本身的理解(蔡清田,2011)。所以行 動研究應用於教學研究,透過教師本身在教學現場所發現的問題,研 擬相關的解決問題方案,並實施於教學現場中,最後對於教學結果進 行評鑑與檢討。 所以得知行動研究法具有解決教學現場的問題之特色,恰好符合 本研究之動機-學生對於學到的學科內容無法關聯運用,故本研究以 行動研究法為主要的研究方法。 行動研究的程序,包括指出確定所要研究的問題,規劃解決問題 43.

(58) 的方案,找尋合作對象、採取行動,並進行評鑑與回饋(蔡清田,2000) , 流程圖如圖 3-2 所示:. 圖3-2. 行動研究流程圖. (二) 問卷調查法 問卷調查法是調查者運用統一設計的問卷向被選取的調查對象 瞭解情況或徵詢意見的調查方法。問卷調查是以書面提出問題的方式 搜集資料的一種研究方法。研究者將所要研究的問題編製成問題表格, 以郵寄方式、當面作答或者追蹤訪問方式填答,從而瞭解受試者對某 一現象或問題的看法和意見。 就問卷的結構性來說,可區分為開放性問題及封閉性問題(蔡清 田,2010)。封閉式問題固定選項問題,應答者只要從這些題目中, 做標記、簡短之反應,或從所提供之一列答案中,選出一個正確之答 案,與其填答是受既定答案之限制,只能從中進行選擇,故又稱限制 式問題。開放式問題又稱非限制式問題,各題要求應答者按自己之語 44.

參考文獻

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