概念構圖教學法運用在國小運輸科技教學活動設計

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概念構圖教學法運用在國小運輸科技教學活動設計—

以「簡易手擲機」製作為例

鄭憲聰國立高雄師範大學工業科技教育學系研究生/高雄縣忠孝國小教師壹、前言二十一世紀是知識經濟的時代，在知識經濟的社會中，教育所扮演之角色將不同於傳統。教育部推行九年一貫課程，著重培養學生帶得走、貼近生活的能力(教育部,2003)，為了配合九年一貫課程改革的推動，教育部鼓勵教育現場的工作者，特別是學校教師，提倡教師即研究者，鼓勵教師能自己動手做研究，針對所面臨的教育問題，擬定解決實際問題的方法，並付諸實行，進而加以評鑑、省思、回饋、修正，以解決實際面臨的教育問題(蔡清田，2000)。有鑑與此，遂激發筆者嘗試著將各種教學策略應用於生活科技的教學上，以期能夠促進教學上的創新。在探討與研究各種教學策略之際，發覺概念構圖法是一種能夠幫助學生快速且有效率的學習方法。也因此，讓筆者興起將概念構圖教學法運用在生活科技教學上的想法，期望能讓學習者將學習內容透過本身的認知架構重新組織後，使得學習更統整、更有脈絡，也能讓學習者更了解學習內容的意義。因此，本文以簡易手擲機製作為例，先探討概念構圖的相關理論，再將概念構圖教學法運用於運輸科技教學上，並設計簡易手擲機教學活動，提供教師作為日後教學參考。 貳、概念構圖（concept mapping）的理論與教學應用 一、概念構圖簡介概念是人類思考和瞭解的工具，亦是學習的基本單位，只有配合學生能力與經驗的教學，學生們才會產生有意義的學習(張春興，1996)。概念構圖是由Novak 與Gowin（1984）所發展，強調概念間具有階層性，概

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線上的聯繫詞則表示兩個概念之間的關係。概念節點按照階層由上而下排列，居於結構上層者為上層概念（superordinate concept），代表個人對事物的整體知識，可以維持較久的記憶；居於結構下層者為附屬概念（suborordinate concept），代表個人對事物的細部記憶。概念圖的優點是可以幫助學習及教學成效提升，也可作為補救教學的輔助工具，因此，（一）概念圖也是一種教學指導工具。（二）概念構圖可以視為另一種可行的評量學習成效之工具。（三）有超過80%的學生認為概念圖可以幫助整合概念（邱垂昌、陳瑞斌，2000）。學習心理學家Ausubel(1968) 認為，概念與概念學習者「先備知識」(prior knowledge)，在「有意義的學習」(meaningful learning)上有關鍵因素。依此學習理論康乃爾大學學者Novak及其同事經過多年研究，提出「概念構圖」(concept mapping)，不僅可作為教學，更可用於評量。其最大優點在於不像傳統機械式學習只記住原理原則而已，更是要求學習者針對學習內容做概念分類及聯結。具有促進學習遷移與增加學習保留的效果,有助於學生成為一個有效而主動的學習者。余民寧(2002)認為概念構圖就是在教學前後各給予受試者一組概念，再要求受試者將這些概念運用適當的聯結語將其聯結起來，以成為一幅概念圖，可針對不同的年齡層次、不同認知需求和不同先備知識的學生實施。綜上所述，概念構圖是一種有意義的學習。學習者在製作概念圖的過程中，能夠更加清楚地將各種相關概念連結成一個完整的知識，意即將新知識與認知結構中既存的相關概念做聯結。最後使構成完整的概念網絡，即建構出所謂的概念圖。二、概念構圖的教學應用筆者經由文獻探討發現，概念構圖是指繪製概念圖的整個歷程，其步驟為： 1.篩選重要概念；2.依抽象度、從屬關係、或反應先後排列概念；3.以適當連結語說明概念關係；4.進行概念分支間的交叉連結關係；5.舉出具體的例子（Donovan, 1983）。再者，參酌何治鈴（2002）、Novak與Gowin（1984）、Alaiyemola（1990）等相關文獻，發現「概念構圖科學教學模式」主要步驟有五個階段：1.引導學習者瞭解概念圖各重要成分階段；2. 教學者示範概念構圖步驟階段；3.教學者批閱及

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修正學習者錯誤階段；4.進階構圖階段；5.回饋評量階段。概念構圖可說是學習者或教學者將教材裡的主概念和次概念，加以組合而成。概念構圖往往以一個或若干個「核心概念」為主題，再與其他相關的概念延伸連結，形成某一主題知識的結構圖。此構圖可以內隱在學習者心中，也可以外顯地用圖示的方式表現出來。學習者透過對概念圖的自我建構與組織歷程，就是一種知識學習的過程。本活動設計乃依循上述原則，以促使學習者能將所要學習的各種概念聯結成一個完整的知識。參、概念構圖教學法運用在國小運輸科技之教學活動設計一、活動名稱：飛行夢想—簡易手擲機的製作二、教學對象：國小三年級學生三、授課時間：共八節課320分鐘(每節40分鐘) 四、教學目標：（一）學習本課程，學生可達成下列目標： 1.會利用電腦搜尋科技知識，並提昇科學思考能力 2.會主動學習並充實科學和科技知識內容 3.會思考和解決科學和技術問題 4.會實際製作簡易手擲機，試飛並發現問題、解決問題（二）分段能力指標：本教學活動的實施，主要可達成九年一貫課程的分段能力指標，如表1所描述：表1 本教學活動可達成之能力要項與能力指標對照表能力要項能力指標過程技能 1-3-4-1能由一些不同來源的資料，整理出一個整體性的看法 1-3-5-4願意與同儕相互溝通，共享活動的樂趣 1-4-5-6善用網路資源與人分享資訊

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科技的發展 4-3-2-4認識國內、外的科技發明與創新 4-3-3-1了解社區常見的交通設施、休閒設施等科技科學應用 7-3-0-2把學習到的科學知識和技能應用於生活中 7-3-0-4察覺許多巧妙的工具常是簡單科學原理的應用設計與製作 8-3-0-3認識並設計基本的造型 8-3-0-4了解製作原型的流程資料來源：教育部，2003 五、教學活動所需工具及設備工具或設備名稱相關說明黑板教師解說如何運用概念構圖發展概念 A4影印紙做為簡易手擲機的型版美工刀、切割墊切割珍珠板，防止桌面割傷剪刀剪裁用直尺畫線用鉛筆繪圖用珍珠板做機身和機翼材料雙面膠、透明膠帶連接機身和機翼吸管當機身雙尾夾調整重心飛機模型觀摩解說用六、課前準備（一）教學者： 1、課前上網收集各種飛機的資料、圖片。

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2、熟悉概念構圖的教學模式與簡易手擲機的製作。 3、準備飛機模型、A4影印紙。 4、事先做好一駕簡易手擲機，供學生參考。（二）學習者： 1、上網或到圖書館收集、閱讀、瞭解飛機的資料。使學生先具備足夠的先備知識和概念。 2、準備所需材料與工具：美工刀、切割墊、剪刀、直尺、鉛筆、雙面膠、透明膠帶、機身材料（如：珍珠板、吸管、雙尾夾）。七、教學活動流程及時間分配節次時間教學活動內容學生活動一 15 10 15 一、引起動機教師拿出模型飛機吸引學生的注意，並讓學生輪流上台把玩。二、發展活動 1.教師講述萊特兄弟的故事，及飛機發明演化史。 2.教師拿出飛機模型來介紹飛機的結構和各部位功能。例如：機身、主翼、副翼、垂直安定翼、方向舵、水平安定翼、升降舵…等及飛機的種類和用途。上台把玩模型飛機專心聽講專心聽講

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二 20 20 3.教師提出問題，引導學生討論回答： (1).副翼做什麼用的？方向舵做什麼用的？升降舵做什麼用的？ (2).飛機為什麼能飛上天？ (3).飛機的動力有幾種？ (4).飛機在空中如何轉彎？ (5).什麼是伯努力原理？ (6).早期的飛機與現代飛機有哪些不一樣的地方？ (7).順風、頂風、亂流是什麼？ (8).飛機起飛時應該順風飛？還是頂風飛呢？ 4. (1)教師在黑板上示範如何繪製概念圖。如下圖： (2)教師向學生說明構圖法中各個概念的關係和意義。例如：飛機的機尾(核心概念)有水平安定翼、垂直安定翼、方向舵、升降舵等(相關概念)。以及這些部位的功能。互相討論並正確回答老師提出的問題專心聽講

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三 5 20 15 5.教師向學生拋出「飛機由哪些機件所組成」的問題，並請學生嘗試用畫概念圖的方式表達出來。 6.指導學生在畫紙上畫出飛機結構概念圖。 7.教師批閱和修正學生所畫的概念圖。聆聽、發表運用概念構圖法畫出飛機結構概念圖修正所畫的概念圖四五 10 20 50 8.小小設計師(採個別製作) (1)教師拿出事先做好的簡易手擲機供學生參考。並說明如何製作。 (2)引導學生，讓學生嚐試設計出具獨特造型的簡易手擲機。 (3)讓學生實際利用珍珠板開始製作簡易手擲機。 (教師則在旁指導並評量學生)。聆聽、觀察學生開始動手設計開始利用珍珠板製作手擲機

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六 40 9.試飛 (1)教師帶領學生到操場試飛，看手擲機在飛行時，機身是否能平穩。 (2)教師指導學生調整雙尾夾的位置，來控制重心，確保飛機飛行時能夠平穩。試飛手擲機，調整重心位置七 40 10.創作發表教師請每一位小朋友都上台發表創作理念，以及在製作時所遭遇到的困難。 11.教師評量學生上台發表情形。發表創作理念和遇到的困難八 40 12.飛行大賽教師帶領全班小朋友到操場進行飛行大賽，看誰飛得最遠。 (飛得越遠的手擲機，表示其水平和垂直穩定都很好。) 13.教師評量學生作品創意、品質、及飛行性能。擲遠比賽八、活動評量「飛行夢想」的教學活動評量，主要為瞭解學生的學習狀況，做為教師改進教學的參考。本教學活動評量兼重形成性評量及總結性評量，主要以「課堂參與」、「完成作品」、「實際操作」和「心得分享」作為評量依據，強調學生認知、情意及技能三部分的學習。內容敘述如下：（一）形成性評量教師依據學生課堂參與及上台發表情形，於每次上課時記錄與評量。

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（二）總結性評量教師依據本教學活動目標，及相關能力指標實施評量。另根據完成的作品創意、品質、及飛行性能，進行評量。另外，敎師在評量時可搭配九年一貫「自然與生活科技」領域所列八項「科學與科技素養」而設計如下表2的評量表。並可依據表2的評量內容，將學生的評量結果記錄在附錄一的「學生單元學習活動評量記錄表」中。表2 科學與科技素養評量表科學與科技素養評量內容解說過程技能 z 會利用筆、尺等工具設計簡易手擲機樣式。 z 會利用美工刀切割材料。 z 會利用平衡概念將機翼安裝好。科技的發展 z 能認識飛行器的發展。 z 能了解機具、材料、能源。科學應用 z 能應用科學原理於製作簡易手擲機上。設計與製作 z 能認識並設計簡易手擲機基本的造型。 z 能了解簡易手擲機製作的流程。 z 能正確、安全地使用日常生活的科技產品，並處理其廢棄物。 z 能運用聯想、腦力激盪、概念圖等程序發展創意及表現自己對產品改變的想法。

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肆、簡易手擲機製作過程步驟相片說明 1 先將A4紙從中間對折。 2 畫上飛機的造型。 3 將圖案剪下來。 4 轉繪到珍珠板上。 5 用美工刀切割下來。 6 找出飛機的中線。在距中線2公分和10公分的地方畫一直線。 7 用直尺壓在線上折出上反角。

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8 底部中線的位置用雙面膠和透明膠帶黏上吸管。 9 用美工刀切出2片垂直安定翼。 10 在垂直安定翼底部1公分處，用美工刀輕輕畫一條直線，並將2片垂直安定翼黏在一起，做成如相片中的樣子。 11 將垂直安定翼黏在飛機尾端上。並在吸管前端夾上雙尾夾，然後裝飾圖案。 12 測試飛行(1)。 13 測試飛行(2)。

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伍、活動照片

飛機構造概念圖飛機構造概念圖

飛機構造概念圖觀察飛機模型

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實作活動實作活動

創作發表創作發表

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試飛擲遠比賽陸、結語當學生經過繪製概念圖後，不但可以提升學生本身的思考和統整的能力，還可以幫助學生自己更容易記住要學習的內容。不過，在運用概念構圖法於教學時，學生必須有足夠的先備知識和概念。所以，教師在運用概念構圖法於教學前，應先提供學生相關的知識和概念。教師可事先讓學生上網或到圖書館蒐集相關資料。等學生具備了相關的知識和概念後，再運用概念構圖法教學。如此，效果會比較好。本教學活動以概念構圖法，融入設計與製作的教學方法，讓學生藉由問題解決的方式，思考並設計一簡易的手擲機，除了可以了解飛行器的結構和飛行原理外，更可激發學生追求更好、更完美的設計結果，並從實際製作過程中體會到如何將科學原理運用到科技產品的製作上。達到手腦並用和寓教於樂的教學效果。最後，經由這次教學活動所獲得的一些心得，在此提出來供大家參考。由於教學對象為國小三年級的學生，在使用美工刀的技巧上較生疏，因此用薄的珍珠板會比較容易切割。再者，薄的珍珠板可以輕易折出線條，厚的珍珠板在折的時候容易裂開。當在選擇製作的材料和工具時也要考慮教學對象的年齡，符合該年齡容易操作和加工為原則，如此學生在製作時才不會有挫折感。此外，機身採用吸管，除了可以減輕飛機整體重量和便宜易取得外，最大的好處是當手擲機失速墜地時，也不會斷裂。總之，學生在這次的活動中不僅學到與飛機相關的知識和簡易手擲機的製作技能外，還有獲得了投擲手擲機的飛行樂趣。

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學生單元學習活動評量記錄表學年度第學期班級：年班單元名稱：飛行夢想—簡易手擲機的製作學習情形作品飛行性能 30% 作品展示與發表 10% 製作過程用心程度及完成度 20% 創意、美觀、堅固 20% 課堂參與 20% 座號姓名學習成績極佳佳尚可差極差極佳佳尚可差極差極佳佳尚可差極差極佳佳尚可差極差 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27