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動手做科學教育中心之設計與實踐

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動手做科學教育中心之設計與實踐

李賢哲

1

*

陳皇州

1

陳存仁

1

林曉雯

2

李文仁

3

許華書

3

賴岦俊

4 1國 立 屏 東 大 學 應 用 化學 系 2國 立 屏 東 大 學 數 理 教育 研 究 所 3國 立 屏 東 大 學 應 用 物理 系 4國 立 屏 東 大 學 電 腦 與智 慧 型 機 器人 學 士 學 位學 程

壹、前言

培 育 學 生 具 科 學 探 究 的 精 神 是 科 學 教 育 強 調 的 重 點 , 教 育 部 (2008) 在 國民 中 小 學 九 年 一 貫 課 程 綱 要 「 自 然 與 生 活 科 技 學 習 領 域 」 的 基 本 理 念 指 出 :「 學 習 科 學 , 讓 我 們 學 會 如 何 去 進 行 探 究 活 動 ; 學 會 觀 察、詢 問、規 劃、實 驗、歸 納、研 判 , 也 培 養 批 判 、 創 造 等 能 力 。 特 別 以 實 驗 或 實 地 觀 察 的 方 式 進 行 學 習 , 使 我 們 獲 得 處 理 事 務 、 解 決 問 題 的 能 力 , 也 了 解 到 探 究 過 程 中 , 細 心 、 耐 心 與 切 實 的 重 要 性 。 」 學 生 是 國 家 未 來 的 主 人 翁 , 國 民 創 造 力 向 上 提 升 , 有 助 於 國 家 整 體 競 爭 力 的 發 展 , 其 扮 演 於 未 來 之 重 要 角 色 , 自 是 不 可 言 喻 。 以 目 前 國 民 教 育 課 程 而 言 , 主 要 著 眼 於 培 養 國 民 應 具 備 之 基 本 能 力 , 而 於 自 然 與 生 活 科 技 學 習 領 域 , 其 課 程 目 標 著 重 : 「 培 養 能 運 用 工 具 、 設 備 , 動 手 實 做 的 能 力 和 習 慣 , 並 進 而 能 培 養 獨 立 思 考 、 解 決 問 題,激 發 學 生 創 造 潛 能 」。有 鑑 於 此,教 育 部 更 進 一 步 建 議 於 設 計 教 學 活 動 時 , 應 在 教 學 中 達 成 七 項 分 段 能 力 指 標 , 首 項 即 *為本 文 通 訊 作 者 在 於 教 導 學 生「 過 程 技 能 」,藉 以 培 養 學 生 之 基 本 動 手 做 能 力 , 並 以 發 展 學 生 創 造 性 思 考 與 解 決 問 題 的 能 力 , 來 面 對 未 來 的 問 題 , 而 這 也 是 目 前 許 多 國 家 政 府 強 調 的 重 要 教 育 目 標 之 一 。 美 國 國 家 研 究 委 員 會 (National Research Council, 1996) 在其 國 家 科 學 教 育 標 準 (National Science Education Standard)提 到 「探 究 」 是 科學 教 育 的 根 本 , 主 張 學 生 要 獲 得 有 關 科 學 與 自 然 世 界 的 知 識 , 應 熟 悉 科 學 探 究 的 形 式 、 使 用 證 據 、 形 成 問 題 和 提 出 問 題 等 方 式 進 行 學 習 。 研 究 顯 示 , 鼓 勵 學 生 「 動 手 做 」 的 科 學 教 育 模 式 , 可 以 有 效 激 發 學 生 的 學 習 興 趣( 李 賢 哲 , 2001 ; 李 賢 哲 和 李 彥 斌 , 2002)。由於 學 生對 動 手 操 作學 習 的 事 物充 滿 興 趣 , 能 夠 積 極 主 動 與 專 注 的 投 入 學 習 並 完 成 任 務 , 進 而 學 生 的 學 習 成 效 獲 得 顯 著 提 昇(李 賢 哲、李 彥 斌,2005;李 賢 哲 、 邱 炳 勳,2007;Haury&Rillero, 1994;Lee, 2007)。於動 手 做的 學 習 過 程設 計,大 多需 要 同 儕 互 助 合 作 以 求 順 利 完 成 , 因 此 學 生 可 體 驗 人 際 互 動 及 訓 練 溝 通 的 技 巧 。 以 動 手 做 科 學 的 學 習 為 例(邱 炳 勳 等 , 2006),

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過 程 中 學 生 會 遇 到 問 題 , 例 如 實 驗 器 材 組 裝 、 流 程 確 認 等 , 可 由 討 論 或 老 師 協 助 , 使 問 題 獲 得 解 決 , 這 學 習 過 程 中 , 可 培 養 學 生 解 決 問 題 的 能 力 , 以 激 發 學 生 的 創 造 力(李賢 哲,1999;李 賢 哲,2000;李 賢 哲、 樊 琳 、 李 彥 斌 ,2001)。 為 借 鏡 理 論 研 究 與 教 育 實 務 應 用 , 教 育 部 師 資 培 育 暨 藝 術 教 育 司 於 2013 年 9 月 辦 理 師 資 培 育 大 學 德 國 參 訪 團 , 訪 察 位 於 德 國 柏 林 市 郊 之 兒 童 動 手 做 學 習 中 心 (Kinderforscherzentrum HELLEUM),發 現 此 中 心 成 立 之 理 念 與 運 作 經 營 方 式 , 可 為 國 內 師 資 培 育 之 借 鏡 。 國 立 屏 東 大 學 ( 屏 東 教 育 大 學 與 屏 東 商 業 技 術 學 院 於 2014 年 8 月 1 日 整 合成 立 , 以 下簡 稱 本 校 )理 學 院 有 感 於 傳 統 「 教 師 站 在 講 台 講 課 、 學 生 坐 在 教 室 內 座 位 聽 課 」 的 教 學 模 式 , 或 有 機 會 進 行 翻 轉 , 發 展 以 學 生 動 手 做 之 學 習 模 式 , 邀 集 科 學 領 域 專 長 之 教 師 , 在 教 育 部 支 持 和 本 校 配 合 之 下 , 設 立 「 動 手 做 科 學 教 育 中 心(Hands-on Science Learning Center) 」。參 考德 國 鼓 勵 自主 學 習 所 規劃 之「 工 作 站 學 習 法 」(林 吟 霞,2009) ,依 據 學 科 領 域 , 中 心 設 置 五 個 工 作 站 , 如 圖 一 所 示 , 各 站 主 持 人 就 其 學 習 內 容 設 計 動 手 做 課 程 模 組 , 並 引 進 相 關 在 職 與 業 界 師 資 修 訂 , 以 進 行 教 學 與 推 廣 。 而 中 心 之 任 務 除 提 供 校 內 師 資 培 育 相 關 活 動 使 用 , 亦 提 供 做 為 教 師 在 職 進 修 和 辦 理 各 階 段 學 校 科 學 營 隊 之 場 地 。 圖 一 :國 立 屏 東 大 學 動 手 做 科 學 教 育 中 心 的 五 個 工 作 站 動 手 做 科 學 教 育 中 心 (Hands-on Science Learning Center)

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貳、中心規劃與設置

本 校 動 手 做 科 學 教 育 中 心 設 置 之 學 習 工 作 站 , 依 學 習 領 域 分 為 生 物 、 化 學 、 航 空 、 永 續 經 營 和 創 意 樂 高 機 器 人 等 , 各 站 設 置 之 構 想 簡 短 說 明 如 下 , 其 中 學 習 內 容 之 較 詳 細 規 劃 以 樂 高 機 器 人 為 例 , 如 附 錄 一 。

一、生物領域:生物奧秘工作站

生 物 的 起 源 、 發 展 與 多 樣 , 可 建 立 學 生 瞭 解 息 息 相 關 的 生 態 系 統 , 培 養 對 環 境 與 周 遭 的 尊 重 。 隨 著 科 技 之 發 展 與 進 步 , 地 球 上 多 樣 的 物 種 與 生 態 環 境 之 平 衡 , 影 響 人 類 生 存 之 關 係 密 切 , 如 何 與 各 生 態 系 統 保 持 平 衡 並 永 續 經 營(sustainability),成 為 重 要 的 課 題 。 目 前 世 界 上 每 天 有 一 百 種 以 上 的 物 種 滅 絕,若 持 續,到 了2050 年 , 有 1/4 以 上 的 物種 會 從 地 球消 失 , 因 此學 者 疾 呼 現 代 人 類 正 加 速 引 起 第 六 次 的 大 滅 絕(Ceballos 等 , 2015), 直 接 影 響 人 類 之 生 存 。 爰 此 , 本 工 作 站 之 學 習 模 組 設 計 , 如 圖 二 所 示 , 內 容 聚 焦 探 索 生 物 構 造 、 功 能 、 行 為 與 生 活 環 境 等 , 強 調 生 物 棲 息 地 之 維 護 與 物 種 之 永 續 發 展 。

二、化學領域:化學超能小子工作站

聯 合 國 於 1972 年 6 月發 表「 人 類 環 境 宣 言 」(Stockholm Declaration on the Human Environment), 促 使世 界 各 國 關注 人 類 與 自 然 環 境 之 間 良 性 互 動 與 環 境 保 護 的 議 題 , 如 何 在 兼 顧 環 境 保 護 的 主 軸 下 維 持 經 濟 的 發 展 。 本 工 作 站 著 眼 於 建 立 新 世

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代 學 子 關 於 環 境 永 續 發 展 議 題,運 用 預 測 -觀 察-解 釋( POE)之 教 學 活動 流 程,規 劃 系 列 的 學 習 內 容 , 如 圖 三 所 示 , 搭 配 環 境 化 學 議 題 , 以 學 生 動 手 做 與 教 師 演 示 傳 達 造 成 空 氣 污 染 之 途 徑 , 建 立 學 生 融 入 與 環 境 相 處 的 應 變 與 瞭 解 。

三、航空飛行領域:藍天遨翔工作站

人 類 自 從 觀 察 鳥 類 如 何 遨 翔 天 際 以 來 , 飛 行 即 成 為 是 長 久 的 夢 想 之 一 , 萊 特 兄 弟 於1903 年,發明 能 被 操 控之 動 力 飛 行 器 , 進 入 二 十 一 世 紀 , 人 類 持 續 於 飛 行 相 關 創 意 的 展 現 , 正 考 驗 著 各 國 於 科 學 動 手 做 教 育 的 實 踐(Holt 等 , 2015)。 本 工 作 站 結 合 科 學 教 育 學 者 與 具 備 實 際 模 型 飛 行 經 驗 之 教 學 者 ( 簡 稱 飛 行 教 師 ), 規 劃 適 合 國 中 小 學 生 階 段 之 飛 行 教 材 , 透 過 模 擬 航 空 飛 行 與 實 際 動 手 做 相 輔 相 成 , 使 參 與 之 學 生 , 能 藉 著 移 動 式 數 位 化 科 技 之 模 擬 飛 行 系 統 , 體 會 藍 天 遨 翔 , 培 養 對 未 來 挑 戰 之 正 向 態 度 ; 並 以 無 人 航 空 載 具 動 力 機 械 之 展 示 與 學 生 實 際 動 手 做 滑 翔 機 之 教 學 , 對 學 生 科 學 過 程 技 能 的 養 成 , 提 供 一 個 實 驗 基 地 。 遨 翔 藍 天 之 教 學 與 動 手 做 課 程 如 圖 四 所 示 , 包 括 : 飛 行 教 師 以 靜 態( 科 技 藝 術 )與 動 態( 機 械 震 撼 ) 展 示 多 種 垂 直 起 降 之 無 人 航 空 載 具 , 設 置 移 動 式 數 位 飛 行 模 擬 系 統 , 提 供 參 與 學 生 體 驗 頗 具 挑 戰 性 之 場 景 遨 翔 , 透 過 學 生 動 手 做 航 空 模 型 ( 西 卡 紙 飛 機 與 巴 爾 沙 輕 木 飛 機 ),進 行 測 量、試 飛、修 正 與 分 享;以 激 發 學 生 對 科 學 之 興 趣 、 好 奇 心 , 並 主 動 的 學 習 , 展 現 多 元 之 歷 練 與 膽 識 , 以 為 激 發 科 學 創 造 潛 能 的 基 石 。 圖 三:化 學 超 能 小 子 工 作站 之 內 容 主題

化學超能小子工作站

化 學 反 應 環 境 化 學 化 學 原 理 純 物 質 與 混 合 物 大 氣 組 成 與 三 相 變 化 酸 鹼 性 與 指 示 劑 分 離 技 術 反 應 速 率 量 測 大 氣 污 染 物 質 觀 察 與 發 現 水 污 染 物 質 觀 察 與 發 現 層 析 現 象 應 用 土 壤 污 染 物 質 觀 察 與 發 現

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圖 四 :藍 天 翱 翔 工 作 站 學 習 內 容 規 劃

四、永續經營:綠色能源工作站

環 境 與 永 續 經 營 為 自 然 與 生 活 科 技 的 重 要 課 題 之 一 , 例 如 再 生 能 源 、 提 昇 能 源 使 用 效 率 、 節 能 減 碳 和 京 都 議 定 書 等 , 顯 示 綠 色 能 源 教 育 於 人 類 永 續 經 營 扮 演 之 角 色 , 而 提 供 國 內 能 源 教 育 及 相 關 師 資 培 育 參 考 資 源 是 本 工 作 站 之 重 要 任 務 。 以 地 理 位 置 而 言 , 屏 東 縣 恆 春 鎮 區 域 的 核 能 三 廠 和 風 力 發 電 設 施 已 成 為 南 部 地 區 能 源 教 育 顯 著 資 源 ; 南 部 地 區 日 照 充 足 , 太 陽 光 發 電 發 展 相 對 迅 速 , 以 屏 東 加 工 出 口 區 為 例 , 太 陽 光 電 更 成 為 地 方 產 業 發 展 主 軸 之 一 。 在 政 府 對 綠 色 能 源 政 策 的 支 持 , 許 多 林 邊 地 區 農 田 及 魚 塭 , 快 速 由 「 種 田 」 及 「 養 魚 」變 成「 種 電 」及「 養 水 」;屏 東 縣 餉 潭 國 小 附 近 也 有 數 十 座 追 日 太 陽 能 發 電 系 統 , 提 供 在 地 綠 色 能 源 學 習 資 源 。 這 許 多 的 教 育 資 源 , 正 可 作 為 激 發 學 習 者 對 與 綠 色 能 源 之 學 習 興 趣 , 並 提 供 動 手 做 親 身 體 驗 的 基 地 。 綠 色 能 源 工 作 站 之 主 要 教 育 目 標 , 透 過 實 作 認 識 能 量 轉 換 的 基 本 概 念 與 生 活 應 用 , 以 動 手 做 瞭 解 綠 色 能 源 的 種 類 及 原 理 。 學 習 內 容 規 劃 如 圖 五 所 示 , 包 含 主 要 綠 色 能 源 的 科 學 概 念 內 容 介 紹 , 並 規 劃 設 計 系 列 動 手 做 教 學 活 動 , 以 傳 達 學 習 者 關 於 綠 色 能 源 的 知 識 、 態 度 、 技 能 及 實 務 經 驗,以 建 立 綠 色 能 源 與 永 續 發 展 間 之 關 連。

五、創意與體驗:樂高機器人工作站

近 年 科 技 發 展 快 速 , 國 內 外 產 官 學 界 競 相 投 入 自 動 化 智 慧 型 機 器 人(Jarvis, 2008)之 研 發 與 生 產 , 歐 盟 、 美 國 、 日 本 及 韓 國 等 已 將 此 領 域 納 入 國 家 高 優 先 發 展 順 序 , 投 入 大 量 資 源 推 動 進 行 研 發 , 其 中 以 服 務 型 機 器 人 的 發 展 最 為 顯 著 , 於 美 國 已 推 出 許 多 應 用 產 品 , 例 如 機 器 人 手 術 系 統 、 家 電 機 器 人、導 遊 機 器 人 等。鑒 於 此 電 路(IC)、

調整

線控

模型

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家 電 、 農 林 漁 牧 、 教 育 和 娛 樂 等 等 , 尤 其 是 工 業 自 動 化(Jazdi, 2014)、軍 事 航 太、醫 療 照 護 等 。 有 鑑 於 此 , 本 工 作 站 運 用 樂 高 機 器 人 套 件 與 相 關 零 件 之 配 置 , 規 劃 一 系 列 之 學 習 內 容 , 如 圖 六 所 示 , 在 樂 高 機 器 人 軟 硬 體 、 組 合 與 相 關 應 用 的 介 紹 , 期 能 引 發 國(中 )小 及 高 中 學 生 學 習 機 器 人 之 興 趣 , 藉 動 手 做 而 成 為 創 新 設 計 的 基 本 能 力。較 為 詳 細 之 規 劃 內 容,請 參 閱 附 錄 一。 圖 五 :永 續 經 營 綠 色 能 源 工 作 站 之 學 習 內 容 規 劃 圖 六 :樂 高 機 器 人 工 作 站 學 習 內 容 架 構 樂 高 機 器 人 工 作 站 硬 體 簡 介 軟 體 簡 介 應 用 組 裝 與 修 正 機 器 人 發 展 與 應 用 樂 高 機 器 人 模 組 基 本 零 組 件 與 機 構 圖 形 化 介 面 連 結 自 動 控 制 系 統 邏 輯 概 念 撰 擬 基 本 組 裝 程 序 調 整 PID 控 制 最 佳 化

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鑒 於 一 般 機 器 人 套 件 價 格 不 斐 , 其 外 貌 構 型 確 定 完 成 後 , 較 不 易 依 使 用 者 需 求 再 行 變 動 修 改 , 且 其 控 制 程 式 之 撰 寫 對 於 初 學 者 或 學 童 , 跨 入 之 學 習 門 檻 較 高 。 隨 著 1998 年 丹 麥樂 高(LEGO)公 司 和 麻 省理 工 學 院 合 作 開 發 , 推 出MINDSTORMS 系 列 產 品 後 , 圖 形 化 的 可 程 式 控 制 介 面 簡 化 了 傳 統 程 式 設 計 的 流 程 ; 而 積 木 式 模 組 , 機 構 造 型 可 彈 性 組 成 並 重 複 使 用 , 專 屬 之 電 腦 輔 助 設 計 軟 體 , 採 用 視 覺 化 圖 形 介 面 , 以 「 資 料 流 」 的 概 念 進 行 控 制 程 式 的 撰 擬 , 對 於 學 童 或 未 具 程 式 設 計 基 礎 者 , 程 式 語 言 學 習 負 擔 較 為 減 輕 , 學 生 也 可 以 團 隊 合 作 模 式 , 於 科 學 領 域 、 藉 邏 輯 分 析 及 程 式 運 用 , 就 達 成 任 務 設 計 , 展 現 學 生 創 意 。

參、動手做中心活動之辦理

本 中 心 自 2014 年 5 月成 立以 來 , 提 供 相 關 活 動 辦 理 檢 視 硬 體 規 劃 與 學 習 內 容 設 計 , 參 與 人 員 對 於 中 心 「 請 動 手 」 之 口 號 有 別 於 「 請 勿 動 手 」 感 到 新 鮮 , 也 對 於 中 心 之 移 動 組 合 式 之 桌 椅 設 置 印 象 深 刻 , 如 圖 七 。 關 於 各 工 作 站 之 學 習 內 容 設 計 , 參 與 者 表 示 親 自 動 手 做 之 後 , 對 於 該 特 別 領 域 之 議 題 感 到 有 趣 且 印 象 較 為 深 刻 , 活 動 人 員 回 饋 之 寶 貴 意 見 已 成 為 本 中 心 精 進 之 重 要 參 考 。 截 至 目 前 , 已 相 繼 辦 理 過 學 術 研 討 會 , 工 作 坊 , 科 學 營 隊 等 活 動 如 表 一 , 並 持 續 支 援 所 在 偏 鄉 學 校 辦 理 科 學 營 活 動,例 如 愛 迪 生 到 校 服 務 公 益 學 習 活 動 等。 我 們 動 手 做 中 心 基 於 大 學 使 命 , 對 於 未 來 科 學 人 才 之 扎 根 以 永 續 經 營 為 最 終 目 標 。 而 今 年(2015)教 育 部 推 動 「 創 新 自 造 者 教 育 計 畫 」,涵 蓋 了 師 資 培 育 大 學、科 技 大 學 與 各 級 學 校 參 與 , 也 期 盼 能 引 發 更 廣 的 支 持 與 回 響 , 為 國 民 科 學 素 養 之 提 昇 共 同 努 力 。 圖 七 :本 校 動 手 做 中 心 之 內 部 規 劃

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表 一 : 本 校 動 手 做 科 學 教 育 中 心 辦 理 之 活 動 序 號 時 間 活 動 名 稱 地 點 對 象 1 2014.07.14 偏 鄉 能 源 夏 令 營 海 豐 國 小 國 小 學 童 2 2014.07.15~16 樂 高 機 器 人 動 手 做體 驗 營 聖 功 基 金 會 向 陽 家 國 小 學 童 3 2014.08.04~05 樂 高 機 器 人 動 手 做 體 驗 營 屏 東 海 豐 國 小 國 小 學 童 4 2014.09.27 綠 色 魔 法 科 學 營 屏 東 加 工 區 國 小 學 童 5 2014.10.18 動 手 作 科 學 課 程 與 教 學 學 術 研 討 會 國 立 屏 東 大 學 國 小 教 師 、 幼 教 教 師、相 關 領 域 之 教 師 及 學 生 6 2014.10.15 2014.10.17 2014.10.22 『 愛 』 迪 生 到 校 服 務 公 益 學 習 活 動 社 團 法 人 台 灣 關 懷 急 難 救 助 協 會 國 小 學 童 7 2014.10.24 2014.11.07 2014.11.08 『 愛 』 迪 生 到 校 服 務 公 益 學 習 活 動 高 雄 市 木 柵 國 小 國 小 學 童 8 2014.12.17 校 慶 科 普 擺 攤 國 立 屏 東 大 學 大 眾 9 2015.01.17~18 樂 高 機 器 人 動 手 做體 驗 營 五 溝 國 小 國 小 學 童 10 2015.02.03~05 原 住 民 植 物 與 生 態營 隊 霧 台 國 小 國 小 學 童 11 2015.02.06 桌 遊 設 計 工 作 坊 國 立 屏 東 大 學 本 校 理 學 院 師 生 12 2015.05.30 期 末 成 果 展 國 立 屏 東 大 學 國 小 在 職 教 師、師 資 生 、 本 校 師 生

肆、動手做中心的服務對象與使用

本 校 動 手 做 中 心 規 劃 與 執 行 過 程 中 , 已 陸 續 辦 理 「 動 手 做 科 學 教 育 」 相 關 活 動 , 若 以 參 加 對 象 可 分 為 科 學 營 隊 和 學 術 研 討 會 兩 大 類 , 說 明 如 下 : 一 、 動 手 做 科 學 營 隊 : 以 研 發 之 動 手 做 科 學 學 習 模 組 進 行 展 示 講 解 與 實 務 操 作 , 以 國 中 小 學 生 為 參 與 對 象 。 二 、 動 手 做 科 學 教 學 與 學 習 研 討 會 和 研 習 營 : 就 中 心 團 隊 研 發 之 動 手 做 科 學 學 習 模 組 如 何 展 示 講 解 與 實 務 操 作 , 進 行 理 念 之 傳 導 與 技 能 之 熟 練 , 提 供 各 師 資 培 育 機 構 之 師 長 與 師 資 培 育 生 、 各 級 在 職 教 師 與 各 相 關 領 域 教 學 或 研 究 之 專 家 學 者 運 用 參 考 。 動 手 做 中 心 之 永 續 經 營 除 了 持 續 申 請 各 相 關 單 位 之 經 費 補 助 , 活 動 之 辦 理 以 使 用 者 付 費 為 原 則 , 研 發 教 材 之 推 廣 持 續 以 提 供 校 內 外 動 手 做 科 學 相 關 活 動 使 用 , 並 鼓 勵 與 教 育 相 關 業 界 共 同 努 力 , 以 收 更 大 推 展 之 效 。

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伍、後記

本 校 動 手 做 中 心 定 位 與 學 習 者 能 「 勇 於 動 手 操 作、快 樂 體 驗 科 學 」,已 逐 漸 成 為 各 級 參 與 學 生 印 象 深 刻 的 科 學 學 習 園 地 ; 基 於 本 校 師 資 培 育 之 傳 統 使 命 , 中 心 同 時 提 供 國 中 小 教 師 與 學 校 師 資 培 育 生 , 以 為 開 發 引 導 孩 子 動 手 做 科 學 的 知 識 與 專 業 能 力 的 培 訓 基 地 。 期 盼 在 各 界 的 支 持 與 指 導 , 本 中 心 持 續 建 構 並 推 廣 國 內 動 手 做 科 學 之 教 育 理 念 , 落 實 屏 東 偏 鄉 地 區 之 科 學 教 育 , 期 繼 而 能 提 供 社 區 科 學 學 習 之 資 源 而 努 力 。

致謝

本 中 心 之 成 立 感 謝 教 育 部 之 經 費 補 助 與 各 界 之 支 持 , 整 體 計 畫 之 順 利 執 行 感 謝 本 校 秘 書 室 蘇 于 真 助 理 與 理 學 院 吳 宜 霙 助 理 之 協 助 。

參考文獻

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附錄一:樂高機器人工作站之 學習內容以三期規劃之說明

第一期基礎設置

本 工 作 站 之 設 計 規 劃 「 引 發 學 生 學 習 動 機 」 及 「 培 養 科 學 學 習 興 趣 」 為 主 , 鼓 勵 學 生「 做 中 學 」,讓 學 生 從 實 做 經 驗 中 累 積、建 構 對 學 習 內 容 之 瞭 解。為 激 發 學 生 之 學 習 興 趣 與 設 計 創 意 , 因 此 選 擇 樂 高 機 器 人 作 為 實 作 器 材 , 由 於 樂 高 較 容 易 組 裝 , 組 合 變 化 之 多 樣 性 , 亦 可 展 現 創 意 ; 並 藉 競 賽 活 動 , 鼓 勵 學 生 以 其 設 計 來 完 成 一 台 智 慧 型 樂 高 機 器 人 。 學 習 內 容 如 圖 八 所 示 , 說 明 如 下: 1、機 器 人 簡 介 及應 用 首先 介 紹 機 器人 的 由 來 及未 來 市 場 需求 , 如 民 生使 用 之 掃 地和 居 家 看 護機 器 人 , 娛樂 方 面 之 格 鬥 機 器 人 與 足 球 機 器 人 , 軍 事 之 掃 雷 機 器 人 和 偵 查 機 器 人 等 , 引 發 學 生 對 機 器 人 之 興 趣 。 2、樂 高 機 器 人 模組 簡 介 使用 之 樂 高 機器 人 模 組 EV3 如圖 九 所示,含 主 機、馬 達、各 種 感 測 器,如 超 音 波、顏 色 RGB、 電 子 羅盤 、 接 觸 開關 , 並 介 紹數 種 基 本 零件 模 組 和 功能 。 3、基 本 零 組 件 裝配 以動 手 做 方 式將 馬 達 與 基本 零 件 模 組, 裝 配 成 為四 連 桿 機 構帶 動 機 器 人行 走 , 使 學生 更 熟 悉 零 件 功 能 及 基 本 機 械 結 構 之 組 裝 。 4、圖 形 化 介 面 軟體 撰 寫 國小 學 生 較 少接 受 撰 寫 程式 結 構 訓 練, 但 已 具 邏輯 能 力 , 使用 圖 形 化 介面 撰 寫 程 式之 軟 體 , 如 圖 十 , 較 容 易 訓 練 學 生 展 現 其 邏 輯 能 力 , 並 建 立 與 機 械 之 連 結 。 5、基 本 樂 高 機 器人 組 裝 程 序圖 學習 成 果 之 展現 以 自 行 參考 手 冊 裝 配一 台 樂 高 機器 人 為 主 ,例 如 循 跡 機器 人 或 相 撲機 器 人 , 並 運 用 競 賽 方 式 , 啟 發 學 生 創 意 思 考 能 力 , 期 以 改 裝 為 自 動 化 智 慧 型 機 器 人 作 為 進 階 的 發 展 呈 現 。

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圖 八 :樂 高 機 器 人 工 作 站 學 習 內 容 架 構 圖 九 :樂 高 機 器 人 EV3 模 組 (取 自 http://education.lego.com)

學習項目

基本零組件組裝

簡單機構

圖形化介面軟體

撰寫

基本樂高機器人

組裝程序圖

樂 高 機 器 人 模 組 簡 介 機 器 人 簡 介 及 應 用

使用馬達及零件模

組連結成基本四連

圖形化介紹及配合

邏輯概念撰寫程式

組裝一台智慧型樂

高機器人(循跡機器

人、相撲機器人等)

介紹主機、馬達、感

測器及多種常用零

介紹機器人由來及

未來應用(民生、娛

動手做組裝簡單機

訓練學生邏輯能力

撰寫程式

啟發學生創意思考

能力組裝一台智慧

型樂高機器人

認識及瞭解零組件

功能

引起學生興趣

學習內容

學習成效

(12)

圖 十 :圖 形 化 介 面 撰 寫 視 窗 。

第二期豐富化

植 基 於 第 一 期 活 動 辦 理 經 驗 與 學 習 內 容 之 修 訂 , 第 二 期 加 入 基 本 原 理 教 學 , 使 學 生 能 多 瞭 解 感 測 器 及 零 件 特 性,服 務 對 象 提 升 至 國、高 中 生,活 動 規 劃 以DIY 動 手 實 做一 台 智 慧 型 樂 高 機 器 人 之 製 作 組 裝 , 並 完 成 機 器 人 自 走 、 定 位 等 活 動 , 使 學 員 能 藉 活 動 參 與 , 探 索 、 學 習 及 成 長 。 加 入 理 論 內 容 包 括 製 作 所 運 用 之 機 械 原 理 、 感 測 器 原 理 、 馬 達 控 制 、 自 動 化 控 制 系 統 等 , 簡 短 說 明 如 下: 1、機 械 原 理 介 紹 馬 達 與 齒 輪 之 結 合,以 增 加 機 器 人 行 走 速 度 或 帶 動 特 定 的 負 載,搭 配 介 紹 履 帶 及 輪 子 之 差 異 , 作 為 機 器 人 能 克 服 地 形 障 礙 以 進 行 任 務 之 應 用 基 礎 。 2、感 測 器 原 理 包 含 超 音 波 發 射 及 接 收 原 理 、RGB 顏 色感 測 、 電 子羅 盤 及 接 觸開 關 使 用 特性 與 相 關 運 用 。 3、馬 達 控 制 介 紹 馬 達 轉 動 原 理,搭 配 編 碼 器 控 制 馬 達 旋 轉 角 度,以 控 制 機 器 人 行 走 的 距 離 及 定 位。 4、自 動 控 制 系 統 介 紹 比 例-積 分-微分(PID)控 制法 則,以 如何 讓 機 器 人能 快 速 並 穩定 完 成 指 定任 務,並 藉 由 圖 形 化 介 面 來 實 現PID 控 制 。

第三期在地與推廣

結 合 前 二 期 之 學 習 內 容 , 擴 大 辦 理 服 務 對 象 至 偏 鄉 地 區 學 校 , 包 含 國 中 小 及 高 中 生 的 樂 高 機 器 人 體 驗 營 , 以 平 衡 各 地 區 的 學 習 機 會 。 同 時 為 擴 大 辦 理 相 關 營 隊 與 提 升 學 員 之 機 械 接 觸 層 面 , 運 用 3D 列印 技 術 ,自 行 研 發 教學 模 組 零 件, 以 掌 握 其靈 活 特 性 ,並 申 請 辦 理 在 職 教 師 研 習 營 , 拓 展 機 器 人 相 關 教 學 活 動 於 各 級 學 校 。

數據

圖 二 : 生 物 奧 秘 工 作 站 活 動 主 題 內 容 規 劃
圖 四 :藍 天 翱 翔 工 作 站 學 習 內 容 規 劃   四、永續經營:綠色能源工作站  環 境 與 永 續 經 營 為 自 然 與 生 活 科 技 的 重 要 課 題 之 一 , 例 如 再 生 能 源 、 提 昇 能 源 使 用 效 率 、 節 能 減 碳 和 京 都 議 定 書 等 , 顯 示 綠 色 能 源 教 育 於 人 類 永 續 經 營 扮 演 之 角 色 , 而 提 供 國 內 能 源 教 育 及 相 關 師 資 培 育 參 考 資 源 是 本 工 作 站 之 重 要 任 務 。 以
表 一 : 本 校 動 手 做 科 學 教 育 中 心 辦 理 之 活 動  序 號  時 間   活 動 名 稱 地 點  對 象 1 2014.07.14  偏 鄉 能 源 夏 令 營 海 豐 國 小 國 小 學 童 2 2014.07.15~16  樂 高 機 器 人 動 手 做 體 驗 營 聖 功 基 金 會 向 陽 家園 國 小 學 童 3 2014.08.04~05  樂 高 機 器 人 動 手 做 體 驗 營 屏 東 海 豐 國 小  國 小 學 童 4 2014.09.27  綠 色 魔 法
圖 八 :樂 高 機 器 人 工 作 站 學 習 內 容 架 構   圖 九 :樂 高 機 器 人 EV3 模 組 (取 自 http://education.lego.com) 學習項目 基本零組件組裝簡單機構 圖形化介面軟體撰寫 基本樂高機器人組裝程序圖 樂 高 機 器 人 模 組 簡 介機 器 人 簡 介 及 應 用  使用馬達及零件模組連結成基本四連圖形化介紹及配合邏輯概念撰寫程式 組裝一台智慧型樂高機器人(循跡機器人、相撲機器人等) 介紹主機、馬達、感測器及多種常用零介紹機器人由來及未來應用(民生
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參考文獻

相關文件

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