運用問題導向學習來提升學生研究發展能力
吳承瑋 國立台灣師範大學工業科技教育學系研究生 壹、前言 九年一貫課程，是最近年來重要的教育改革方案之一。教育部依據九年一貫 課程改革，公佈十大課程目標與十項基本能力為指標，其課程目標之一即在培養 獨立思考與解決問題的能力，而獨立思考與解決問題都是研究發展能力中相當重 要的部分。在科技發達與社會快速變遷的時代裡，社會越來越複雜與多元，發展 學生問題解決能力與提升研究發展能力，以適應瞬息萬變的科技社會更顯得相當 重要。 問題導向學習是由教師設計一個現實生活中常發生的問題，作為學習的起 點，在進行教學前提出問題，由學生主動進行問題解決的過程，讓學生從中學習 知識與技能。學生不但可以透過討論而反映出不同學習型態的學習特質，更可以 透過意見的交換，記錄所見所聞、驗證自己對於問題的了解（林麗娟，2002）。 以下本文將針對生活科技課程能提升學生研究發展能力、問題導向學習能有 效提升學生研發能力來進行探討，並以一教案「創意太陽能車教學活動」為例， 探討如何實施問題導向的學習。 貳、生活科技課程能提升學生研究發展能力 依據教育部公佈的「九年一貫課程綱要」，自然與生活科技為國民教育的基 礎課程。自然與生活科技的學習應以探究及實作的方式來進行，強調手腦並用、 活動導向、設計與製作兼顧、知能與態度並重。 在民國九十二年修訂的國民中小學九年一貫課程自然與科技學習領域課程綱要中，課程目標與分段能力指標重點敘述如下：(教育部，2007) 一、課程目標 (一) 培養探索科學的興趣與熱忱，並養成主動學習的習慣。 (二) 學習科學與技術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。 (三) 培養愛護環境、珍惜資源及尊重生命的態度。 (四) 培養與人溝通表達、團隊合作及和諧相處的能力。 (五) 培養獨立思考、解決問題的能力，並激發開展潛能。 (六) 察覺和試探人與科技的互動關係。 二、分段能力指標 為了提示教師經由學校教育，安排適當的課程設計與教學情境，以促進學生 有效的學習與培養解決問題的能力，因此依據所培養之國民科學與科技素養的屬 性和層次，制定了學生在學習各階段所應學到的能力指標。在生活科技方面的分 段能力指標為：(教育部，2007) (一) 過程技能：科學探究過程之心智運作能力的增進。 (二) 科學與技術認知：科學概念與技術的培養訓練。 (三) 科學本質：對科學本質之認識。 (四) 科技的發展：了解科技如何創生與發展的過程。 (五) 科學態度：處事求真求實、感受科學之美與威力及喜愛探 究等之科學 精神與態度。 (六) 思考智能：資訊統整、對事物能夠做推論與批判、解決問題等整合性 的科學思維能力。 (七) 科學應用：應用科學探究方法、科學知識以處理問題的能力。 (八) 設計與製作：運用個人與團體合作的創意來製作科技的產品。 1.閱讀組合圖及產品說明書。 2.利用口語、影像、文字與圖案、繪圖或實物表達創意與構想。 3.了解設計的可用資源與分析工作。 4.設計解決問題的步驟。
5.模擬大量生產過程。 6.執行製作過程中及完成後的機能測試與調整。 其中「設計與製作」，主要是使學生瞭解如何運用個人與團體合作的創意來 製作科技的產品，這正是科技研究發展的重要內涵。研究發展是把科技創意透過 設計與製作，發展出解決方案，再經過反覆測試與修改，再朝向商品化去研究改 良後產生新產品。因此，「設計與製作」對於研究發展能力的培養是很重要的一 環。國際科技教育學會(ITEA)所訂的科技能力標準中也指出，學生在設計方面的 科技能力，應透過解決問題的活動，體驗如何進行：故障檢出、研究發展、創新 改良、以及實驗(ITEA，2003)。 参、問題導向學習能有效提升研發能力 問題導向學習是由教師設計安排一個問題或任務，再交由學生去解決問題或 達成任務而在解決問題的過程著中在經由與他人合作時而發展出自己建構的知 識和技能（計惠卿、張杏妃，2001）。問題導向學習是以學生為學習的中心，老 師只提供適時的指引，讓學生藉由分組討論及實作，習得知識並完成作品。問題 導向學習中包含了「實作」能力的培養，而「實作」是研究發展中重要的一個環 結。「實作」具有動手做的特色，透過生活科技教學活動中的實作性技能的訓練， 培養學生動手做的習慣，更能增進學生對科技研發的能力。 問題導向學習的出發點為真實情境中的問題，引導學生進行探究，最後設定 教學目標為問題解決。這樣不但能提高學生的興趣與動機，還能與原本的概念與 生活經驗作結合，讓學生自我探索，自我學習，進而能將學習概念應用在日常生 活中，而問題導向學習也能將上課內容和教學方法融入實際的生活情境，學生也 能就此培養主動學習與主動察覺問題的態度這對於提升學生的研究發展能力有 很大的幫助。 問題導向學習有助於提升「實作」與「問題解決」能力。而「實作」與「問 題解決」的過程中充滿創新與克服困難的歷程，而創新與克服困難正是研究發展 的重要特質。因此藉由「實作」與「解決問題」能力的培養是有助於提升學生的
研究發展能力。問題導向學習以生活中會發生的問題為學習的起點，以問題解決 為學習的動機，如此不僅能增強學生的問題解決能力也能提升學生研究發展能 力。問題導向學習也能配合九年一貫課程所要培養的十大基本能力「主動探索與 研究」、「獨立思考」與「問題解決能力」。 肆、教案分享 —「創意太陽能車」 一、教學目標 (一)單元名稱：製作創意太陽能車 (二)適用對象：國中一年級 (三)教學節數：八 節 (四)教學目標 : 1.認知方面 (1) 能認識太陽能車的各項配件。 (2) 瞭解產品設計的原理與步驟。 (3) 培養學生創造思考與解決問題的能力。 (4) 了解基本手工具的使用方法及其功用。 (5) 能觀察太陽能車如何利用力的作用與傳動現象來運動。 (6) 能和同學討論如何著手進行製作太陽能車並根據結果進行製作。 2.技能方面 (1) 學會正確使用基本手工具。 (2) 能更安全並正確的配合手工具的使用完成太陽能車。 (3) 在實作的過程中，培養學生的研究發展能力。 3.情意方面 (1) 培養學生創造思考的能力。 (2) 培養學生分析解決的能力。 (3) 培養學生團隊合作的精神。 (4) 激發其對科技產品的探究興趣。
(5 ) 對於不同於自己的意見或想法能虛心接受並相互溝通。 二、教學器材 每組所需工具與材料： 編號 名稱 數量 詳細介紹 1 太陽能晶片 一片 發電用 2 齒輪 數顆 傳動用 3 軸 2 根 傳動用 4 手提電鑽 一把 車身鑽孔用 5 鑽頭 數根 車身鑽孔，配合電鑽使用 直徑為：1mm ~6mm 各一支 6 剪刀 一把 製作車身剪裁用 7 美工刀 一把 製作車身切割用 8 金工弓鋸 一把 切割厚珍珠板用 9 直尺 一把 製作車身劃線用 10 筆 一隻 劃線用 11 熱熔槍 一把 接合車身 12 雙面膠 一捆 接合車身 13 珍珠板 一大片 2*15*10(cm) 製作車的外殼(身) 14 潤滑油 一瓶 潤滑用 15 厚紙板 一片 製作外型 16 彩色筆 一組 上色塗裝
三、教學實施流程 節次 教學活動 活動內容 評鑑 第一節 第二節 一、發現問題 學生觀察太陽能車無法前進的可能原 因，小組討論後將所有可能記錄下來。 二、學生思考學習議題 小組討論，太陽能車和行進的相關因素與 太陽能車所需的各項零組件。 三、決定適合的設計與製作 1.分組討論如何組合和設計出最完美的 太陽能車，並詳細紀錄流程和想法。 2.完成各組的組合流程。 教師提供數台故障之太陽車，讓 學生觀察其可能的故障原因，小 組討論並以口頭發表。 經由同學彼此之間的經驗享，小 組成員的之間的分析和討論，可 驅使學生澄清模糊概念，知識再 統整應用。 透過小組成員的討論和評估，並 參考相關網站的資訊，以小組的 共識決定設計與組合太陽能車。 製作流程與 設計圖 第三節 第四節 一、呈現結果： 1.根據決定的流程和設計製作太陽能車。 2.測試製作結果。 3.觀察太陽能車動力的傳動情形。 二、透過問題進行探究 1.為什麼有些人的太陽能車動不了？提 出可能的原因？ 2.根據可能的影響的原因設計實驗 控制 變因逐一解決問題。 3.問題探討結果分享 請學生將討論結果作成自己的 紀錄。 教師要求小組經由腦力激盪， 探究原因提出意見，並設計實 驗以解決問題。
第五節 第六節 一、分組提出製作過程中所遭遇的問題與 解決方案 二、自我指引研究 學生觀察太陽能車的運動情形，太陽能車 為什麼會運動的原因？ 三、學生透過問題進行探究 1. 什麼是摩擦力？ 2. 摩擦力在生活上有何作用？ 3. 如何增加或減少摩擦力 ？ 四、學生討論 1.車子行進時的受力情形?包含哪些力? 小 組 討 論 並 以 口 頭 發 表 的 方 式，提出製作過程中所遭遇的問 題並提出多個決方案。 據舊經驗和實際觀察，小組共同 討論和分析太陽能車運動的因 素。 小組討論並以口頭發表的式，提 出如何降低或增加車子行進時 的摩擦力。 小組討論並以口頭發表的方式 提出意見。 第七節 第八節 一、改良和試驗 各小組經由充份討論和詳細評估，並依據 製作太陽能車之學習經驗，針對場地進行 太陽能車的最佳改良和試驗。 二、呈現結果 各小組經過測試表呈現改良方法和試驗 結果，最後進行各組公開比賽 1.計時賽。 2.障礙賽。 能製作完成 太陽能車 評鑑 團隊合作 (20%) 競賽成績 (40%) 創意與設計 (40%) 四、創意太陽能車設計與製作－學生作品:
伍、結語 問題導向學習需把學習目標轉化為與真實生活經驗相關的問題，如此學生所 學習的知識與技能才不會因為與生活脫節而無法運用在現實生活中。教師應鼓勵 學生積極參與發言，勇敢提出自己對事情的看法，並且能使每個學生都能持續不 斷的學習。最重要的是，希望讓學生在學習活動中，始終都是保持對課程內涵的 積極參與，主動產生學習的意願與解決問題的企圖心，最終能達到提升學生研究 發展的能力。
參考文獻 林麗娟（2002）。「問題導向學習」在網路資源式學習之應用。教學科技與媒體， 60，42-53。 計惠卿、張杏妃（2001）。全方位的學習策略－問題導向學習的教學設計模式。 教學科技與媒體，55，58-71。 教育部（2007）。九年一貫課程綱要。2009年5月21日，取自 http://www.edu.tw/EDU _WEB/EDU_MGT/EJE/EDU5147002/9CC/9CC.html
ITEA(2003). Advancing excellence in technological literacy: Student assessment， professional development， and program standards. International Technology Education Association. Reston， VA: Author.
