創意積木於青少年節能減碳教育推廣之研究

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創意積木於青少年節能減碳教育推廣之研究

黃文良1_、陳冠寧1_、葉增雄1_、王貳瑞2 1_{國立高雄應用科技大學電機工程系} 2_{國立屏東科技大學工業管理系} E-mail：[email protected]

摘要

本文針對節能減碳教育議題深入探討，研擬創意積木輔助教學活動設計，目的希望使用新穎具有創意的教學模式，讓學生寓教於樂可以輕鬆自在地學習，從中獲得正確的節能減碳觀念。文中開發出許多具有創意的積木輔助教具及相關教學活動教案，對於國內學校日益重視的節能減碳教育工作，可提供教師實質的教學參考。關鍵詞：能源教育、節能減碳教育、創意積木、LEGO、做中學

1. 前言

這幾年經由世界各國許多單位、組織、媒體的大力報導與呼籲之下，全球暖化與氣候變遷已是現今國際關注的二個重大議題。由各國頂尖科學家組成之聯合國政府間氣候變遷問題小組（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）[1]在 1990、1995、2001 及 2007 年分別召開會議，其中第四次「氣候變遷評估報告」內容中，特別指出人類使用化石燃料所排放的溫室氣體如二氧化碳等，是造成全球暖化的主要原因。另外，前美國副總統高爾[2]所參與製作的氣候變遷紀錄片「不願面對的真相」（An Inconvenient Truth），亦清楚說明工業化對全球暖化與人類生存的影響，其與 IPCC 共同獲得 2007 年的諾貝爾和平獎，理由是「喚醒了人們對由氣候變遷所帶來的危機意識」。此外，世界各國媒體開始關注氣候變遷現象，多方報導世界各地的異常氣候以及有關南極冰棚融化之現象，讓此議題開始廣為一般民眾所知，而人們也因為受到異常氣候的劇烈天災影響，生命與財產飽受損害及威脅，更間接地讓此議題快速加溫。目前世界各國已逐漸將全球暖化及氣候變遷議題的重要性，提升至國家安全層級，因此節約能源、發展再生能源及減少二氧化碳排放量等工作，已經不是「要不要做」的問題，而是「何時開始才不會太遲」的議題。我國順應國際情勢，於 2008 年行政院核定通過永續能源政策綱領，推動淨源節流政策；並於同年 9 月通過節能減碳行動方案，開始大力宣導「節能減碳」政策。從此與其相關之人、事、物，在短時間內即如雨後春筍般的出現，不管是節能減碳無悔十大宣言、節能減碳達人或是節能減碳的產品，一下子似乎所有東西都與節能減碳相關。行政院隨後成立節能減碳推動會[3]，其中下設節能減碳教育組，由教育部負責推動，因此節能減碳之風開始吹進校園，各級學校紛紛重視節能減碳教育及相關活動，瞬時之間國內節能減碳已經成為全民運動。節能減碳風氣來的如此迅速，我國民眾似乎理所當然地接受此一新的能源政策，但對此名詞意涵及具體行動，大多數僅知其中大概，至於詳細內容卻難說個明白。對於節能減碳教育的內容，多數教師普遍還以為是能源教育或環境教育之延伸課題。一般民眾觀念不甚清楚，因此需要廣加宣導，至於學校教育單位更需有積極作為，將此議題融入既有課程之中。其中青少年時期為培養觀念、態度及行為的最佳教育階段，因此是推廣節能減碳教育的理想實施階段。不過由於我國國情極為注重升學，關於正規學業外的教學活動缺乏重視，一些節能減碳相關的教學活動設計寥寥無幾，無法提供相關資料給有興趣的教師作為教學參考。

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有鑑於此，本研究針對節能減碳教育之內涵做一深入探討，試圖由青少年熟悉的創意積木玩具延伸思考，設計符合節能減碳教育推廣之教學活動教案，並實際至國中小學推廣測試，一方面希望藉由本研究呼籲學校及教師重視節能減碳教育，另方面期能做為實際教學活動之參考範例。

2. 青少年節能減碳教學活動設計

節能減碳教育的內涵應以能源教育之節約能源理念，加上環境教育的愛護地球思維，此外為了符合解決全球暖化核心問題，應加強對於「二氧化碳與碳足跡」、「全球暖化所造成的生態衝擊」以及「節約能源的方法與技術」等項目特別加以說明。因此，節能減碳教育的內涵應該包含：全球暖化之現象及防範、能源基礎、節能方法與技術、低碳生活、綠色能源、碳足跡、及永續地球等議題。節能減碳教育的目標，主要促使人們認識全球暖化的現象，體認其對人類社會與自然生態威脅之迫切性與嚴重性，並提供有關能源節約及減少碳排放的知識與技術，期使人們取得共識及為減緩全球暖化盡一份心力，以維護地球之氣候及生態平衡。本文針對青少年節能減碳教育的範疇，特別設計出積木輔助教學活動，此教學活動是以創意積木為主要教學工具，利用積木的高可塑性，製作出各種不同之教具，讓一些抽象之節能減碳教學觀念，可藉由創意積木教具讓學生明白的更透徹。活動內容分成老師講解與學生實作兩個部分。老師講解的部分是以做好的積木教具來做解說，依照不同的教具可以做不同的觀念說明。學生實作的部分則是讓學生分組，並給予分配好之積木材料，讓學生依照說明書來製作指定的項目，完成後再進行對應觀念之說明。例如我們可以利用積木教具來做基礎觀念的強化教學，像是介紹能量、能源比較抽象或不容易看到的觀念，針對能量轉換進一步解說，也可以解釋電能如何地產生，並說明講解簡單的機械結構。本文強調之輔助教學活動是依據杜威做中學的原理，讓學生在動手製作的過程中學習主題觀念，其特色是積木的組裝具有很大的靈活性，可以製作出非常多種的教具，並可讓學生盡情發揮創意，而且由於教具看的到、摸的到，也可以實際動作，因而大幅地增添學生的學習興趣。設計製作一個良好的教學活動並不簡單，其良窳程度通常需要衡量參考許多因素，以下列出流程並說明如下： 1. 選訂教學主題 首先決定教學的內容方向，然後訂出單元主題，內容部份可分成多個小主題，但是要考量彼此的關連性，才能讓學生連貫地學習，並且要斟酌單元內容的份量，才不致於造成授課時間不足的現象。 2. 訂定教學目標 決定教學內容方向後，依照內容訂定出該單元之教學目標，訂定時要考量預設對象的年級程度，避免無法達成實際教學。設定教學目標後，教師對於該單元教學重點將會一目了然，且製作成單元教案時，可作為其他老師的參考。 3. 設計積木教具 根據單元教學主題，設計對應的積木教具，輔助教學活動進行。設計積木教具時，避免過於龐大、複雜，造成學生組裝不易。對於比較複雜的教具，則可考慮當作教師示範教學使用，提供教學輔助加深學習印象。

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4. 規劃競賽活動 針對不同的單元積木教具，可規劃出不同的比賽活動，目的是在競賽過程中，讓學生學到不同的知識，增加學習的趣味性及多元性。規劃比賽活動時，可以依照單元的教學目標，進行活動設計。活動規劃時要注意避免準備過程複雜而不易執行的活動，盡量以簡單、有趣的方式作為設計方向。另外，比賽活動盡量設計成表格紀錄之方式，方便活動進行及容易掌握時間。例如，辦理太陽能車的競賽活動，若要同時一起比賽，則因各組完成組裝時間可能不同，將造成比賽執行的困難；若改為記錄各組於固定距離的耗費時間方式，則先組裝完成之組別即可先行測量，並不會影響整個活動的進行。 5. 製作補充教材 以單元主題範圍尋找相關資料，並製作成多媒體教學投影片，可作為該單元的補充教材。由於積木呈現的知識內容比較有限，故利用預先製作之補充教材輔助教學，可強化課程相關知識傳授。此部份需要注意的是，教材製作盡量要以該單元主題為中心，學生學習印象會比較清楚。 6. 設計學習評量 完成一個教學過程後，透過回饋機制方可知道學習成效，並作為教學方法之改進與修正，此回饋機制即學習評量。學習評量設計可分為兩類，學生部份係針對單元之重要觀念作測驗，確認學生有無掌握該單元之重點；另一為教師部份針對該單元或教學模式之評量，因此種教學模式相當新穎，希望藉由評量進一步明白學生對該課程的接受程度，及作為將來是否繼續施行之參考。 7. 實際施行 透過課程的實際執行，可以檢視出該單元教案的問題所在，不管是課程份量或是活動安排恰當與否，皆可經由實際教學獲得驗證，並作為修正單元教案之重要依據。 8. 檢討及修正 經過實際執行之後，將執行教學活動所遇到的問題彙整，並列出相關解決方案，然後再進行單元教案內容之修整。 9. 編撰正式單元教案 經過實測且修正後之教案，即可將其正式編撰成一完整單元，日後如要上相同課程，或是其他教師要執行此課程時，即可參照正式單元教案來執行。在編撰正式單元教案時，需要將教學內容詳細描述及解說，像是除了原本的單元主題與教學目標之外，單元之主要觀念及活動進行方式均需詳細說明，另外，關於積木教具則需要列出材料清單以及組裝步驟等。

3. 創意積木之教學應用

坊間有許多積木商品曾經伴隨許多人走過孩童快樂時光，傳統木製積木屬於建構式玩具，而創意積木則屬於組合式玩具。二者不同之處在於前者是透過堆疊、搭蓋、建構等遊戲方式，在技巧上著重積木平衡，讓孩童透過抓、握、拍、扔等動作來訓練肢體協調能力；至於組合式積木則除了堆疊、搭蓋及建構等方式相同以外，因積木之間的組裝，需要對準並出力才可以結合，故可更容易增加孩童的肢體協調性，此外組合式積木在創意的表現上也較建構式積木容易發揮，是一種很適合遊樂及學習的玩具。文中採用的創意積木是知名 LEGO 公司[4]產品，該公司起初只是單純提供孩童堆疊組合的積木玩具而已，但後來推出有別於傳統四方形的積木，出現齒輪、轉軸、輪胎、鏈條、連接桿等工程結構的積木，甚至還開發出馬達、電線、電燈、太陽能電池等特殊組件，結果讓 LEGO 積木的變化性及教育性大幅度提升，

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因孩童可以透過積木學習機械結構原理，以及應用馬達真帶動機械結構，此外還可以從馬達了解電的現象，並利用太陽能電池來認識再生能源，原本只是讓孩童從遊戲中訓練基本的身體協調發展，結果變成非常具有科學教育性質的玩具，這對於培育孩童將來的科學基礎具有相當好的幫助，也因此使得 LEGO 積木跳脫傳統玩具的範疇，變成一種非常富有寓教於樂的玩具。創意積木極富教育屬性值得當作教具材料，以下整理出它的優缺點，可以提供教學活動設計者的參考。 優點： 1. 豐富且具有鮮豔顏色的積木，提供視覺刺激的效果，可增進色彩辨識之能力。 2. 組裝積木的過程中，可以訓練小肌肉群，促進孩童肢體的協調發展。 3. 觀看組裝手冊時，透過眼睛及大腦的協調，可訓練兒童的空間感。 4. 積木彼此之間相容性極高，變化性增加且具有新鮮感，使兒童不易厭倦。 5. 積木樣式及種類眾多，提供許多組裝的選擇性，容易使孩童發揮創造力。 6. 齒輪、鏈條、轉軸及輪胎等工程結構積木，可以讓孩童初步認識簡單的機械結構。 7. 馬達、電燈、電線及太陽能電池等特殊積木，可讓學生認識電的現象。 8. 積木製作精良、耐用且不易損毀，再加上高可塑性，使其壽命較普通玩具長。 缺點： 1. 某些積木零件體積過小，容易遺失或是不小心造成誤食。 2. 只有單一塑膠材質，讓孩童欠缺多樣化材質的認識機會。 3. 積木樣式過多，有時候反而造成孩童不容易發揮創意。 4. 積木價格昂貴，想要大量推廣並不容易。 LEGO 公司多年的研究開發下，其生產的積木已經跳脫傳統玩具的範疇，不但具有娛樂性，也富有教育性。國內教育界已有一些學者利用 LEGO 組件對孩童學習生活科技課程應用探討[5,6]。本研究主要是以「創意積木教學教具」來輔助「節能減碳教育」課程的進行，以創意積木為教學素材，依照不同之教學主題，開發設計出各種積木教具，用來輔佐課程單元的進行，並依照不同的教學單元，讓學生動手組裝不同主題之創意積木，在組裝的過程中提供團體合作的機會，讓孩童學習與他人合作互動，然後學習到該單元的重要知識，藉此達到做中學、及寓教於樂之目的。

4. 青少年創意積木節能減碳教學活動推廣

4.1 教學活動教案 針對青少年節能減碳教育，本文設計出五種積木輔助教學之單元活動(參考表 1)，並且編撰出詳細之教學教案(參考圖 1)，目的希望能夠透過此活動的實施，讓學生在組裝積木的過程中，學習到節能減碳的相關知識，並達成教育推廣之目的。在這些單元活動中，內容主要著重於能量與能源的部份，因為能量與能源知識屬於節能減碳教育的基礎，藉由強化基本認識及觀念，得以落實節能減碳的實際行動。此外，單元活動教材亦將碳足跡觀念融入，希望學生體驗低碳新生活。關於創意積木教學活動之各單元活動目標分述如下：

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表 1 積木輔助教學之單元活動單元活動名稱 1. 滑車實驗－誰偷了我的能量？ 2. 太陽能風力機－地球的電風扇 3. 太陽能車－太陽加滿，免打統編 4. 碳足跡介紹－凡走過，必留下碳足跡 5. 碳為觀止－綠色房子 1. 單元一：滑車實驗－誰偷了我的能量？ 活動目標：(1) 了解能量不滅定律 (2) 認識摩擦力及產生之原因 (3) 明白位能、動能、風阻與摩擦力之間的關係 (4) 能量的各種形式介紹 (5) 積木的專有名稱介紹圖 1 單元一之教案範例 2. 單元二：太陽能風力機－地球的電風扇 活動目標：(1) 能源的種類介紹 (2) 能區分再生能源與非再生能源 (3) 馬達與太陽能板的介紹與使用 (4) 了解動能與電能的轉換 (5) 學會簡單的機械、齒輪結構

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3. 單元三：太陽能車－太陽加滿，免打統編 活動目標：(1) 學會區分能源與能量 (2) 認識車輛基本結構，並對齒輪結構有更多認識 (3) 了解電流是有方向的 (4) 研究如何讓太陽能車跑得更快更遠 (5) 討論太陽能有什麼優缺點 (6) 太陽能跟其他再生能源有甚麼關係 4. 單元四：碳足跡介紹－凡走過，必留下碳足跡 活動目標：(1) 動手組裝一台腳踏車並學習區分各種車輛消耗的能源有何不同 (2) 了解二氧化碳以及它對地球有什麼影響 (3) 明白二氧化碳跟溫室效應、全球暖化的關係 (4) 碳足跡的觀念介紹 (5) 知道碳足跡的功用 5. 單元五：碳為觀止－綠色房子 活動目標：(1) 讓學生動手蓋一座綠色能源屋 (2) 加深學生能量、能源的觀念 (3) 知道為什麼我們要計算碳足跡 (4) 學會如何計算自己的碳足跡 (5) 了解哪些日常用品的碳足跡最大 (6) 學習怎樣有效的降低我們的碳足跡 4.2 積木輔助教學教具 為了讓創意積木教學活動的內容更豐富、活潑且有趣，本研究特別設計出數個積木輔助教具，如圖 2 所示，可提供教師於節能減碳教學活動進行時，視單元之實際需要斟酌使用及輔助教學。圖 2 創意積木教具各教具之應用說明如下： 1. 太陽能車 太陽能車是項很基本又很好的教具，教導學生動手做，並透過競賽讓學生思考，如何在一樣的光源下，讓自己的車子跑的更快、更遠，進而學習到能量的知識。 1 2 3 5 6 7 8 4

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2. 雙電源太陽能車 學生對太陽能車有一定的認識之後，透過雙電源太陽能車教具，可以讓學生了解由於太陽能板吸收能量，產生更多電力驅動馬達，因此可以跑得更快、更遠。 3. 腳踏車 對學生來說腳踏車是比較熟悉的車輛，因為他們的年紀能夠駕馭的車輛就是腳踏車。透過這個模型可以讓學生了解它的運作方式，並設法讓學生知道，他們吃進的食物中含有許多化學能，因此他們才有力氣騎乘腳踏車。 4. 太陽能摩托車 透過不一樣的物件，可以持續刺激學生對能源知識的興趣，此教具讓小朋友能夠了解太陽能車不一定是汽車，也可以是摩托車，如此也可以啟發學生的創造性思考。 5. 迷你坦克 使用太陽能板對電容器充電後，再將電容器裝在車輛上讓它移動，並向學生解釋其工作原理為太陽能轉換為化學能，然後化學能再轉為電能，並讓車輛移動，藉此讓學生了解能量之間的轉換觀念，另外也可直接裝上太陽能板讓車輛移動。 6. 機器狗 本教具是太陽能車之複雜變化版本，使用非傳統之輪胎移動方式，有較為複雜的機械原理，所以具有刺激學生創意思考的功能，且設計成會步行的機器，動作起來比較有趣，可增加學生之學習興趣。 7. 綠色能源屋 家是每個人的歸宿，以家為中心製作出一棟能源屋，可以讓學生產生親切的感覺，覺得這些再生能源也可以跟他們的生活如此地親近，另外以家為主軸，引導學生以碳足跡的觀念去查核家中所有的電器耗能情形。 8. 摩天輪 大部分學生都對摩天輪並不陌生，甚至很喜歡，因此設計此造型之積木教具，讓學生用手搖發電來帶動摩天輪轉動，一方面體會發電的辛苦，另方面藉此讓學生知道電是有方向性的，例如當手搖的方向改變時，摩天輪也將跟著反轉。 4.3 教學活動推廣成果 本研究曾至兩間國小實施，其中之一對象為整班五年級之學生，另一對象則為四、五、六年級混合之學生。實施方式皆按照積木活動之標準過程，活動時間為兩個小時，實施之教學單元為太陽能車。由於積木的組裝方式種類繁多，且組裝起來之太陽能車利用陽光可以驅動，故學生在組裝積木的過程中，會產生高度的注意力及興趣。教師在學生組裝積木之後，馬上講解能量、能源及碳足跡的觀念知識，將可加深學生印象；且因學生親手製作太陽能車，所以藉由太陽能車引導至節能減碳的知識，學生印象更加深刻，特別容易吸收學習。一些研究推廣之相關照片，如圖 3、4 所示。

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圖 3 積木教學推廣成果一圖 4 積木教學推廣成果二

5. 結論

本研究針對青少年節能減碳教育，提供極富創意之積木輔助教學活動，目的是希望利用有別於傳統的教學模式，讓學生以更輕鬆且主動的方式學習，可迅速地獲得正確節能減碳基礎觀念。根據本研究成果，作出以下幾點重要的結論： 1. 節能減碳教育風氣方興未艾，國內教育學者需要集思廣益，釐清教學重點並且及早投入相關教學活動設計，俾能順應國際情勢及跟上教育潮流。 2. 本文率先應用創意積木於青少年節能減碳教育，經由實際教學後證明此模式具有優良之教學成效，尤其是將積木輔助教具使用於基礎能量與能源觀念方面，其教學效果更優於傳統教學模式。 3. 研究中曾多次至國中小學實施，教學活動經驗將可在其他學校推廣節能減碳教育時做為改進參考。

參考資料

[1] Intergovernmental Panel on Climate Change, http://www.ipcc.ch/, 2010

[2] Al Gore 原著，張瓊懿、欒欣譯，不願面對的真相，商周，2007

[3] 經濟部能源局節能減碳推動會，http://www.moeaboe.gov.tw/Policy/ReduceCO2Emission/default.html，2010 [4] LEGO education, http://education.lego.com/, 2010

[5] 施能木，樂高組件對國小學童學習生活科技課程簡單機械單元之影響研究，生活科技教育，42 卷 2 期，3-26 頁， 2009

[6] Hansen M. W., The Lego business model, Keynote Speech for the IDC07, Interaction design and children, June 6-8, DK, Aalborg, 2007.

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