談樂高組件導入科技創新教學活動設計

談樂高組件導入科技創新教學活動設計

施能木 國立臺東大學美術產業學系副教授兼系主任 壹、前言 隨著資訊科技產業從企業主機（Mainframe）時代、個人電腦（Personal Computer）時代、網際網路（Internet）時代，演進至內容（Content）時代， 內容時代即是以「知識經濟」為主軸的資訊社會。知識經濟體系是一個以知識 生產與傳播、運用以成為國家財富累積的主要經濟體系，其所指涉的知識是包 括人類迄今為止所創造、累積的全部知識，其中最重要的部分是科學技術、經 營管理和行為科學的知識（羅於陵，2001）。因此，知識經濟體系所著重的是 知識創新的重要性，也就是利用既有知識加以創新，產生全新且高附加價值的 商品，以獲取知識創新的高效能。結合「創意」與「技術」以達成商品化的歷 程，即是所謂「技術創新」，它是國家創新動力體系與知識經濟間重要的樞鈕。 然而，效率與速度在知識的價值具有其關鍵性的地位，因為知識的轉化速率和 轉化周期的長短，決定一個國家經濟發展速度與社會財富累積的倍數。知識透 過技術創新而產生新能量，並且進一步轉化成生產力，以產生出新製程、新設 備、新產品，創造出知識的附加價值及使用效率，使企業在市場中具備對的競 爭優勢。同時，隨著資訊技術的應用，使得科學研究的生產力有長足的進步。 這也就是：由於現代科學與電腦運用能力的結合，使得人們在技術創新可以多 樣化與急遽發展。然而，教育仍是一切創新歷程的基礎，它必須更有活力與創 新的能力，如此社會的教育水準日益提高，資訊日漸豐富，人民直接擁有的權 力愈來愈多，國家的競爭力同時可提昇。 再者，在全球化的趨勢下，世界各國均在尋求國家競爭力的最佳利基，且 競爭的核心內涵已由傳統的「體力」競賽轉為「腦力」競賽。換言之，新世紀 的國力競賽就是以品質、創意與速度為主的競爭，而非傳統價格與數量的競 賽。因此，政府因應此創新競爭的潮流中，便提出「知識經濟」、「科技矽島」

等政策走向，其目的在於確保台灣經濟領先的優勢地位。然而，在知識與創新 能力的加速提昇卻是有賴於各級學校教育階段的養成，有鑑於此，政府致力於 教育改革而推動「創新教學九年一貫課程」，期以整體提升國民之素質及國家 競爭力。而現今的國民中小學積極推動的「創新教學九年一貫課程」，其主要 精神在於以學生為主體，以生活經驗為重心，培養學生具備現代國民所需的基 本能力，也就是：1.瞭解自我與發展潛能；2.欣賞、表現與創新；3.生涯規劃 與終身學習；4.表達、溝通與分享；5.尊重、關懷與團隊合作；6.文化學習與 國際瞭解；7.規劃、組織與實踐；8.運用科技與資訊；9.主動探索與研究；10. 獨立思考與解決問題等十項基本能力。其中七至十項的基本能力係與知識的 「科技創新」有關，透過這些基本能力的養成，可讓學生獲得較佳的創意發展 與問題解決的能力，因而提昇國家整體的競爭力。因此，本文試從知識創新的 意涵、教育是創新的動力、樂高組件的特性、創新教學的設計等方面，探討樂 高組件導入科技創新的教學設計。 貳、知識創新的意涵 根據經濟合作與發展組織（OECD）的定義，「知識經濟」是指「以知識 資源的擁有、配置、產生和使用，為最重要生產因素的經濟型態」。OECD 將 知識經濟中「知識」分為四類（曾銘深，1998）： 1.有關事實的知識（Know-what）； 2.知道為什麼的知識（know-why）； 3.知道如何去做的知識（know-how）； 4.知道誰擁有所需要的知識（know-who）。 上述各類知識中，知道一些事實的知識（know-what）和知道為什麼的知 識（know-why）具有公共財的特質，可由書本、文獻、資料庫取得。資訊科 技的發展，則是為滿足更有效蒐、整理、傳播此兩類知識的需要，透過資訊科 技與通訊網路架構的建置，可以加速此兩類知識的流通。Know-how 的知識又 可稱為「技能知識」，係指作某事的技術和能力；它也是一種「內在知識」（tacit knowledge），亦即是們由經驗、認知和學習所獲知的重要知識，內在知識並沒 有被寫下來或記錄起來供人使用，它只存於個人的記憶中。在經濟體系內為鼓 勵個人或企業利用 know-what 和 know-why 的知識，以發明可以增進整體社會

福址的 know-how 創新知識。 根據上述的說法，我們可以將知識區分為兩種：即內在知識與外在知識。 換句話說，內在知識是只能意會的知識，外在知識則是言辭可說明的知識。外 在知識比內在知識容易傳播，但是較不豐富有趣。通常內在無法明言的知識只 在可以向大眾傳播時才有價值，它必須被轉化成明確、可傳播的形式：即深刻 的理解要能被解釋與說明，心得訣竅要寫成作業程序。但從無法明言轉化成清 楚的說明，許多重要的細微關鍵點可能會流失。當人們接收到已轉化的明確知 識時，就必須反過來再將它轉化成資訊的知識，並且吸收以成為個人的知識， 如此才能應用到生活上，而這樣的知識即又被轉變成內在知識。 然而，創意通常是在內在的知識轉變成外在的知識、再轉變回去的過程中 出現。無法明言的知識是透過學徒從旁觀察師父學來的，是一種人際互動的社 會化過程，例如日本公司的員工大多透過人際關係學習知識。再者，產品是知 識實際表現的形式，產品的價值－即使不是全部也是大部份－在其內含的知 識。 人類有分配、儲存與取用智慧的能力，將智力放在文字與環境中的工具， 腦筋就有更多空間從事更複雜的工作：思索、選擇、決定、分析與學習，這便 是人類知識創新的根源。同樣，不論人類所潛存的內在知識，或已傳播的外在 知識皆是技術創新的原動力，亦可使知識經濟具有爆炸性的發展。所有的學科 領域，無論是科學、藝術與商業，知識分享與創造是創新的中心，而創新是創 新財富的驅動力，這不是抽象的過程，它需要人類採取主動。資訊可以大量傳 輸，不需要任何理解或產生任何知識；知識卻無法傳輸，只能透過理解的過程， 或是透過以資訊為基礎，解釋與判斷資訊而吸收。 參、教育是創新的動力 美、日、德等大國長期經濟成表率，主要來自其本國的研究發展，而開發 中國家長期經濟成長率，主要來自各國人民學習新技術的能力（也就是人力資 本）、技術移轉及技術傳遞。這也就是說受教育程度較高的勞動力，可以提高 實質資本報酬率，使得技術與資本具有互補性。再者，創新過程育常通是科學 家或受高等教育的工程人員所完成。因此，教育則提供勞動力運用創新的基本 能力，加快技術擴散效果，也使得開發中國家有參與創新的機會（李仁芳，

1998）。 資訊與通訊的普及，是推動教育與科學結合最主要的力量。電腦普及之 後，從科學研究到銷售保險，各種資訊都可以蒐集、分析、取得與再利用。因 此，新的網路形態教育制度，比較能配合現代的目標，在設計上是為了願意投 資在自我學習的人，而不是全國性的強制教育。 日本與德國是很傑出的知識經濟體，他們的教育制度培養出訓練有素的工 人，能在公司裡和諧工作，不斷改善品質與生產力，弱點是擅長漸進式的創新， 較少激進式創新。德國與日本是漸進式的創新者，加州則是激進知識創造文化 的代表。過去十年，由於鼓勵激進的自由思考，加州出現許多新行業與新公司。 加州的法律鼓勵多樣化與實驗，缺點就是糟透了的基本教育制度，在美國各州 的績效排名很差。加州的基本教育制度缺乏效率，只好用外來的人才彌補。我 們可從上述事例瞭解：教育的重點不應該是灌輸知識，而是發展能力：基本的 語文與數學能力，對他人負責的行為能力，以及培養創造與合作的能力。最重 要的，也是傳統教育做得最差的，就是培養對學習的興趣與能力。如此，便可 使教育成為促進技術創新的根本與動力（林秀英，1998）。 肆、樂高組件的特性 LEGO Mindstorms（機器人組合）是樂高公司與麻省理工學院經過十五年 的研發工作，於 1998 年秋季在英國及美國開始正式上市發售。由它的命名 「Mindstorms」可看出樂高公司及麻省理工學院對該項產品的信心，他們相信 孩童經由玩這套產品，能夠對其認知與學習引發一場強烈的心智激盪。台灣在 1999 年的元月份也引進此產品，也是第一個發行該產品的非英系語系國家。 這套產品包括圖形化控制軟體（Robolab）、教案、紅外線程式傳輸器（IC，Infrared

Transmitter）、可程式控制積木（RCX，computer based programmable brick 或稱

Intelligent brick）及各類型的零件組。

LEGO Mindstorms RIS 2.0 計有 141 種零組件，716 個零件（如附錄一），

這些零件組包含：齒輪、軸、連接管、輪胎、積木等；還有一些智慧的輸入、 輸出裝置。輸入裝置有光源感應器、觸控感應器及溫度感應器；輸出裝置有馬 達及燈泡等。這些輸出、入裝置與可程式控制積木搭配後，可以依據程式的指 定及輸入裝置所傳回的數值，做一些控制的動作，例如：使用者可以在軟體上

設計程式，當光源的降到某一程度時，馬達就開始運作。依其功能大致可區分 為下列七種類別： 1.基本組件：此類零組件包括平板、投擲臂、橫桿、有孔積木、積木等，此類 積木主要功能在於組裝機器人時，以作為組裝主體結構的零組件。 2.連接組件：此類零組件包括插銷、連接器。插銷用於連結橫桿與橫桿、橫桿 與投擲臂，以形成穩固 LEGO 結構。連接器用於連結軸與軸、軸與橫桿， 如此可延伸軸的結構。 3.傳動組件：此類零組件包括齒輪、滑輪與皮帶、軸、軸襯。齒輪包括一般齒 輪、冠狀齒輪、雙面斜齒輪、斜齒輪、離合齒輪、直齒條、蝸桿、差速器等， 它們功能主要在於傳送動力、改變力傳送方向、改變機械速度等。滑輪、皮 帶的功能是與齒輪非常類似，只是滑輪與皮帶之間可能會打滑，但優點在於 滑輪尺寸不受限制且皮帶具有彈性，以至於在軸位置的安排提供靈活運用。 軸、軸襯是用於將齒輪、滑輪、輪等零組件固定於橫桿之上，而形成穩定的 機械傳動結構。 4.車輪組件：此類零組件包括各類輪圈、輪胎、履帶等。此類零組件可組合出 各種類型的車輪，用於機器人移動時使用。 5.動力組件：此類零組件包括 9V 馬達、連接線等。此類零組件透過連接線以 連接到 RCX（提供電力），以產生動力而驅動「傳動機構」，使機器人移動 及動作。 6.感測組件：此類零組件包括觸控感測器、測光感測器、連接線等。觸控感測 器用於感測機器人相關結構的碰觸訊號，以啟動機器人後續的動作。測光感 測器用於測量光的強度（包括可見光和紅外光），藉由判斷光的強度程度而 啟動機器人後續的動作。

7.控制組件：此類零組件包括 RCX、IR 傳輸器等。RCX（Robotic Command Explorer）是 LEGO Mindstorms 組件之大腦，在 RCX 上有六個端子：上面 三個端子（1、2、3）是輸入端，用於連接感應器；下面三個端子（A、B、

C）是輸出端，用於連接馬達和其他輸出設備。RCX 上具有液晶顯示器，可 顯示有用的訊息。同時，有四個控制按鈕，及一個可播放音樂的內置喇叭和 一個紅外線通信埠。撰寫在個人電腦裡的程式，必須透過 IR 傳輸器將程式 傳送到 RCX，如此便可控制機器人的動作。

田耐青（1999）認為：LEGO Mindstroms 可讓學習者在課堂上中使用到高 層次認知技巧，例如：設計程式、創造模型、分析錯誤之所在、思考如何修改 及評鑑自己與他人的成品、進行二度及三度空間的轉換（看圖示組合模型）等。 換句話說，學習者可藉由具體操作 LEGO Mindstroms 的積木組件建立模型， 然後透過程式設計賦與模型動作，經過不繼的修正與改進以尋求最佳方案，進 而學習創造、問題解決的能力，這可說 LEGO Mindstorms 的學習環境更適合 於科技創新的學習環境。 伍、創新教學的設計 「創意發展」是一種創造、創新的歷程，通常優秀作品是高度創意發展歷 程的具體展現結果。陳龍安（1998）認為：創造力是指個體在支持的環境下結 合敏覺、流暢、變通、獨創、精進的特性，透過思考的歷程，對於事物產生分 歧性觀點，賦予事物獨特新穎的意義，其結果不但使自己也使別人獲得滿足。 由上述內容可知當提及「創意發展」一詞時，一定會相關聯想到創新、創造力 的表現。 在創新教學的設計過程中，我們可運用下列各種啟發創造思考的策略，使 教學更生動活潑，有助於培養學生創造思考的能力（陳龍安，1998）： 1.解凍或暖身。 9.分合法。 2.提供創造的線索。 10.目錄檢查法。 3.鼓勵與讚美。 11.自由聯想技術。 4.腦力激盪。 12.檢核表技術。 5.屬性列舉法。 13.六六討論法。 6.形態分析法。 14.六三五默寫式激盪法。 7.六 W 檢討法。 15.創造十二談。 8.單字詞聯想。

利用 LEGO Mindstorms RIS 2.0 組件導入科技創新教學活動設計時，除需 要瞭解前述「LEGO Mindstorms RIS 2.0」零組件特性與功能、「ROBOLAB 軟 體」的使用與程式撰寫等知識與技能外，整體學習過程最主要的流程在於：學 童們必須將教師所指定的待解決問題加以定義與釐清，然後再透過腦力激盪方

式將創意發展出來，再經過機器人的設計與組裝、撰寫程式與下載到 RCX、 測試機器人、改良機器人的設計、向他人展示完成的機器人等流程。透過不斷 地改良以累積 know-how 的內在知識，透過向他展示及說明的同時，讓創新的 知識得以傳播而有價值。 因此，有關樂高組件導入科技創新教學設計的設計流程大致可區分為七個 階段（如圖 1 所示）：1.定義問題；2.腦力激盪以產生創意；3.設計與組裝；4. 撰寫 ROBOLAB 程式；5.下載 ROBOLAB 程式到 RCX；6.測試機器人的設計； 7.向他人展示完成機器人。其中階段 3-6 是一個改良的循環，必須透不斷的修 正與測試的過程，讓所設計的作品達成既定的目標，同時解決預設的問題而達 成知識的創新。

圖 1 樂高組件導入科技創新教學設計的流程 2.腦力激盪以產生創意 1.定義問題 3.設計與組裝 4.撰寫 ROBOLAB 程式 5.下載 ROBOLAB 程式到 RCX 6.測試機器人的設計 7.向他人展示完成機器人

陸、結語 創新（innovation）可說是一系列生產知識、利用知識和擴散知識的過程， 著名的經濟學家熊彼得（Schumpeter）即將「創新」視為一種創造性的破壞 （creative destruction），他認為不斷的創新，乃是維持經濟成長的關鍵所在。 創新是知識經濟創造財富的主要過程，尤其是將構想轉變成產品。現代經濟的 真正資產來自人腦的概念、知識、技術、才華與創意，而不是來自土地。然而， 樂高組件可以提供科技創新的教學環境，讓學童盡情地將知識加以創新、內 化，使得教育成為一切創新歷程的基礎與動力。

參考書目 田耐青（1999），由「電腦樂高」談新世紀的學習：一個「科技支援之建構學 習環境」實例。教學科技與媒體，44，24-35。 李仁芳(民 88)：打造台灣的創新競爭力－孕育技術創新的組織平台。能力雜 誌，，108-111。 林秀英(民 87)：建構國家創新系統新概念。台灣經濟研究月刊，21(11)，19-31。 陳龍安(1998)：創造思考教學的理論與實際。臺北市：心理。 曾銘深（1998）。知識經濟體系下的新思維。台灣經濟研究月刊，21(11)，13-18。 羅於陵（2001）。國家創新體系：向知識經濟轉化。台北市：國家實驗研究院 科學資料中心。

附錄一