應用實作風帆車推動國小STEAM統整課程之探討(第三章)
第三章 研究方法
本章共分為四節，第一節為研究場域與人員介紹；第二節以研究課程流程圖與研究流程圖呈現；第三節針對資料蒐集與整理分析做說明；第四節為研究課程說明與實施規劃。
第一節 研究場域與參與人員
本節針對研究者學校概述、研究學習場域，及參與研究人員等說明概要。
壹、研究者學校概述
研究者研究場域在屏東縣佳冬鄉某國小，創建於民國前十三年，至今120年，學校鄰近佳冬鄉傳統市場、古蹟、火車站及政府機關。由於少子化與鄉村人口外流，目前全校班級數為14班，目前全校學生人數309人。歷屆校長致力於辦學不僅爭取學校成為3D列印理念學校，在2017年世界R4M機器人大賽中更勇奪冠軍。學校鼓勵多元發展，106學年屏東縣運中本校舞龍隊榮獲冠軍、客家戲劇表現在全國賽中獲得亞軍。
貳、研究學習場域
研究現場依課程所需設備與環境考量安排於原班教室，研究者教室現有設備為：桌上型電腦、遠距單槍設備、喇叭一對，本研究課程實施時，亦使用研究者自型編制教學簡報檔做為上課教材，研究對象訪作風帆車時亦透過投影方式讓研究對象了解風帆車的實際運作情形。教室課桌椅的使用情形則按課程情形隨時調整，按照組別，變化成一到四組的小組方式進行課程討論與風帆車製作。風帆車的測試場地為教室後方走道。
參、研究參與人員
一、研究者
研究者畢業於國立屏東教育大學教育系，剛到學校代課時擔任高雄市某國小中年級自然教師，研究者自身對與自然科學領域非常有興趣除了利用課餘時間參加各類自然科學研習，也協助學校參加高雄市第31屆與32屆中小學科學園遊會皆獲得特優。研究者認為分科教育有其一定限制，如果授課教師的背景知識深厚，能夠在現行的領域教學不足之處適時的為學生補足所需要之學識，讓自己成為孩子的巨人，作為讓孩子站上的巨人肩上一直是研究者對自己工作者生涯的期盼，完成研究所學業亦是對自己期盼的一種實踐，期待自己成為那盞燈，把燈提高照亮更多的人。
二、協同研究者
本次研究主題從發想到設計課程實施課程皆透過指導教授林教授悉心指導，林教授也在研究者面臨窘境進退不得時，適時提點方向，臻至研究完成，林教授與研究者皆付出相當心力。
(一)STEAM研究領域專長-陳老師
協同研究者陳老師，研究領域涉獵STEAM相關議題，在研究者論文發想、實施過程義不容辭幫忙解答疑義，對於研究資料的分析也不吝分享自己研究過程經驗提供研究者參考。
(二)綜合領域課程-劉老師
本次研究課程是與班上綜合課教師劉老師協同合作實施十節課，在上課的過程中劉老師也提出自己的意見幫助研究者由另一角度省思課程的實行。對於研究對象課堂中表現，劉老師也給予自己觀察到的具體回饋供研究者分析資料參考用。
三、研究對象
本研究以研究者所任教之屏東縣某國小五年級學童為研究對象。班級人數為男童八人，女童十一人，其中女童一人為身體贏弱不列入研究對象，共十八人。以「一路順風！奔跑吧！風帆車」實作課程結合STEAM統整課程融入國小高年級綜合與彈性課程中教學。
本研究選取對象為研究者任教之五年級學生，9月開始接手新班級對於研究對象的能力也在觀望階段，所幸經過兩次月考師生逐漸培養出默契，研究者在進行本次行動研究前為試探學生合作學習的情形，特別運用四節國語課做兩次小組分組討論活動，研究者皆藉機觀察學生在分組活動的適應情形，藉由觀察結果將部分研究對象組別微調，完成本次課程分組。
本研究對象對與上台發表之事極為排斥，因此設計上台只有簡單的介紹各組成品與自我介紹，本次的行動研究對研究對象是一個全新的開始，希望透過這樣的課程安排，研究對象在往後的學習能有更多不同層面的體會，更期望能藉由這堂課讓學生體驗統整式教學魅力，在學習上也朝向統整發展。
第二節 研究架構與流程
在初步課程規劃與課程活動設計方面，融合了動手做與STEAM的相關議題。透過指導教授與研究小組共同檢核課程活動教案、課程活動實施學習單及回饋單。課程實施階段由研究者與協同研究者，視研究對象學習的過程立即調整課程實施方式，以達成學生作品呈現與學習單及回饋單之資料蒐集之階段性任務。最後回饋及反思階段依據學生作品呈現與學習單及回饋單之資料進行學生學習成果之歸納討論，佐以科學素養評分量表量化數據檢視評估該課程實施於研究對象之實際成效，針對最後歸納後之分析結果修改原始課程教案與評估研究者自身專業成長。
壹、研究課程實施流程圖
本研究採行動研究法為主，輔以科學素養評分量表前後測為量化佐證。依課程實施階段分為課程規劃設計、課程活動實施、課程結束後檢視學習成果與課程回饋及省思部分進行。
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貳、研究流程
本研究分為準備規劃階段、課程實施階段、教學成果分析階段、研究撰寫階段。
一、研究規劃階段
研究者從暑假得知下學年教授高年級學生便開始思索研究課程設計，與指導教授與研究小組討論，反覆思索幾個主題後，總算確定主題。開始參考關於動手做的相關文獻，與理解十二年國教科技領域大綱，規劃出課程雛型。最後將完成的STEAM課程統整模式學生回饋單前後測量表與課程教案與指導教授及研究小組討論，視研究對象生活經驗修改後，開始進行本研究課程。
二、研究課程實施階段
「一路順風-奔跑吧！風帆車」課程實施階段，研究者遵循行動研究歷程將研究課程實施階段所面臨問題，自己讓學生嘗試解決問題、研究者自己就面臨課程實施問題修改、對於研究者無法解決的問題，則常與指導教授與研究小組討論、蒐集研究資料文獻找出問題解決可能方法，於課堂中再次嘗試。透過課程實施過程觀察研究對象學習情形，並且不斷的修正教學方式以臻研究對象更適學習的方式，邊實施課程邊修改課程實施。
三、研究資料分析階段
透過研究課程實施過程所蒐集的質性資料，進行資料整理與編碼，透過分析質性資料與編碼加以三角檢核校正，漸漸歸納出研究結論。
四、研究資料撰寫階段
針對STEAM統整課程的核心概念，分析研究過程所蒐集的質性資料，完成研究結果與討論及研究建議書寫。
第三節 資料蒐集與整理分析
本研究旨在探討國小高年級學生透過動手做「一路順風！奔跑吧！風帆車」之STEAM統整課程，讓學生經驗學習科學知識，運用所學的科學與數學知識討論設計出各組的風帆車，並且透過動手操作，完成風帆車成品。研究對象在製作過程當中也是研究者檢驗此課程實施狀況評估的同時，藉由學生的學習回饋，在施作過程當中的問題發現以及研究過程的動態與靜態紀錄，作為教師自我省思與下次實施課程之再修正依據。本節針對研究資料的蒐集與編碼進行說明，同時探究與分析本研究的信效度做說明。
壹、資料蒐集與編碼
本研究採質量並重，來檢視本研究之信效度。量化部分採用前測問卷與後測回饋單來蒐集數據，並繪製長條圖，做作前後測差異描述分析。關於資性資料取得為蒐集問卷上的開放式問題，參照研究實施課程錄影、研究者撰寫課程省思札記、研究對象訪談等資料予以編碼、分析整合歸納。編碼方式如下列說明：
一、學生部分
(一)前後測
甫進行課程時為了解研究對象對與課程目標對照的大概狀況，設計了前測問卷，藉由填答的情況掌握研究對象的先備經驗。透過後測問卷了解研究對象經過課程實施學習與前測相比多學會了那些觀念，利用長條圖的方式呈現前測與後測學習歷程成長的表現。針對後測的開放式問題編碼為「測」加上研究對象(S)及座號，例如一號研究對象的編碼方式為「測S1」。
(一)學習單
在課程實施過程當中，為確保研究對象理解課程內容，並且有所本與組員做討論、在每次的實作物品完成後能夠秉持紀錄內容做討論與再修正、課程完成後學生能欣賞各組作品與自己組別作品做歸納比較，在本次的課程當中共設計了九張學習單。編碼方式為，「單」加上第幾張學習單編號再加上學生(S)座號，例如第一章學習單一號學生撰寫標示為「單一S1」。
(二)回饋單
完成動手做風帆車之後會給各組填寫回饋單，讓各組思考風帆車的成品與設計時有哪些地方經過修改，有什麼因素是事先能設想到而避免的，那些因素是完成成品後才發現不合用的，透過回饋單記錄。編碼方式為「饋」加上第幾次編號再加上組別，例如第一次第一組的回饋單編碼方式為「饋一組1」。
一、教師部分
(一)課程活動錄影錄音
錄影內容是研究者初次上課引導學生進入本研究主題的課堂錄影，部分錄影內容為課程實際製作時研究者與研究對象互動對話與現場製作紀錄。編碼方式為「錄」再加上日期，例如第一次上課的日期為20171128編碼為「錄20171128」。
(二)課程影像紀錄
影像記錄部分為研究者與實作課程當中所拍攝之影像，一方面也用與記錄各小組互動情形，與各組的風帆車修正前與修正後之紀錄。編碼方式按在本文中出現順序編列為圖片目次。
(三)教學省思札記
研究者與每次課程過後記錄下自己的課程實施省思，同時觀察各組製作過程一併寫入教學省思札記。編碼方式為「思」加上日期，如2017年11月28日的教學省思編為「思20171128」。
二、協同者部分
本研究從主題發想、研究架構成型、教案設計、課程實施皆不定期與指導教授、研究小組成員與協同教師劉老師透過通訊軟體、電子郵件與定期會談等方式討論與檢核。編碼方式指導教授為「授」加上日期；協同劉老師為「協劉」加上日期；研究團隊為「團」加上日期。
三、家長部分
107年3月10日適逢班親會，藉機詢問家長對於孩子製作風帆車的意見。家長多給予正面意見，大部分家長雖然不知道自己的孩子在做什麼，但是仍然願意協助孩子找材料，想辦法幫助孩子認為做得對的部分。針對家長給的回饋意見部分編碼為研究對象(S)號碼家長，例如一號研究對象家長提出的建議編碼為「S1家長」。
貳、資料分析與三角檢核
一、資料分析
研究者把課程實施活動過程當中錄影錄音資料、影像紀錄、教學省思札記與學生的回饋單與學習單，逐一轉錄、編碼和歸納分析。在分析驗證資料之過程，透過反思、審視與理解，最後用客觀角度呈現本研究結果。
二、三角檢核
本研究的三角檢核包含了研究者自身的教學省思、專家學者的檢視意見與協同研究者的回饋意見交互參考檢核。透過三方面觀點整合，力求呈現研究資料驗證分析之完整性。
參、研究信效度之探討
一、研究效度之探討
質性的研究效度是指研究的真實性、有效性、準確性和可概括性，關注研究的結果是否屬於因果關係(王文科，1999)。本研究在研究效度的資料呈現方面採以下方法：
(一) 詳細記載本研究過程中教學省思札記、研究者回饋單、學習單；協同教學者提供建議；教學影像紀錄等，提供完善且詳盡之具體描述，用以判斷研究結果遷移至其他研究的可行性。
(二) 研究期間就學習單部分與觀察小組成員互動與實際製作風帆車情況做形成性評量，並使用學習單做形成性評量。
(三) 透過文獻資料蒐集、與專家學者對談及研究者個人省思做成三角檢核，檢核研究過程及歸納出結論之可靠性，增進本研究之效度。
(四) 本研究量表之效度採專家內容效度建構，經由研究者、專家學者、兩位協同教學者將問卷逐步修正，正式施測。
二、研究信度之探究
質的研究之信度可分為外在信度與內在信度。內在信度是指在相同條件下，蒐集、分析和解釋資料的一致程度；外在信度則是指處理研究結果的可信度，當研究者使用跟前一項研究相同方法、條件時，能獲得相同的結果，是以質性研究的信度係以可重複性為焦點(王文科，1994)。
本研究將透過以下方式來提升研究信度：
(一)多方涉獵期刊、論文和STEAM相關文獻，對於研究主題深入的了解和確認研究脈絡。
(二)與研究小組和指導教授多方討論，以幫助研究者撰寫研究論文時能以多角度層面下筆，概括整體完成研究論文。
(三)課間使用錄影機協助紀錄本研究之教學現場，課後詳實撰寫教學省思札記，與協同研究者對談紀錄。
(四)定期與研究小組討論研究進度，並悉心接受研究小組提供之建議，力求研究全面禁得起檢視。
(五)透過學習單與回饋單與行為觀察訪談等方式，多方蒐集研究對象在研究過程中所有的行為、反應與反饋意見。
肆、小結
質性研究資料完全來自於真實的、開放的、不加操弄的、未與控制的情境中，自然流露的資料(林生傳，2003)。質性研究所關切的主題並不在於客觀測量、尋找普遍法則或確切因果關係，而在於社會事實的建構，以及被研究者在其特有脈絡情境下原始經研究與深度詮釋之呈現(陳惠邦，1999)。本研究在研究者針對第一手資料的詳實記錄下，做嚴謹的檢核期所詮釋出的研究成果能俾利於後續對與本研究類似研究脈絡之研究者有實用性的參考價值。
第四節 研究設計與實施
本節主要說明研究者在風帆車的課程設計製作課程之發展歷程，風帆車的設計與製作課程為本研究課程實施部分，本節紀錄研究者從活動設計初始、修正到實際教學按照時間脈絡整理整份研究設計。
壹、研究設計課程設計緣起
本研究設計主題誕生前已經確定好要設計一門動手做課程在課堂上實施。在106年九月參加教育部能源科技人才培育能源科技教育種子教師培訓時，了解到綠色能源對於地球發展的重要性，希望能融入課程當中成為學生未來在科技教育領域學習時能將綠色能源的概念融入核心素養中，與指導教授面談當中認識STEAM主題統整課程，認為該課程能將我想要的動手做、綠色能源、科技教育結合成一個課程。原本的構想是想要做出外燃機-史特林引擎，但是研究者經過兩個星期實際製做都無法成功，更遑論課程實施對象將是一群未接觸過手做課程的小學高年級學生。
外燃機的教學活動看起來很有趣，但是對於國小生來說難度是否稍難？如果能克服製作問題及教學耗材等問題不失為一項精彩的課程。授-20171005
與指導教授討論後教授給予課程方向設計概念，參考高雄市104學年度國民中小學生活科技創意競賽的風帆車作為主軸，以STEAM統整課程模式開始設計課程教案最後發展出10節課「一路順風-奔跑吧！風帆車」。配合十二年國民基本教育課程綱要科技領域於國民小學之課程規劃，將課程安排利用綜合領域課程與彈性課程時間進行教學。
建議將高雄市104學年度國民中學生活科技創意競賽-風帆車結合台師大張玉山開發的鼠夾車，用小學科展模式作為發展課程的主軸，設計出適合班級實施的課程教案。授-20171030
貳、課程活動設計歷程
一、 研究對象舊經驗分析
研究對象為屏東縣佳冬鄉某國民小學五年級學童。在進行「一路順風-奔跑吧！風帆車」的統整課程前學生具備有自然與生活科技領域相關的概念為中年級的自然與生活科技課程中「運輸工具與能源」單元有動手做橡皮筋動力車的課程安排，學生在本單元中已初步了解車體基本構造有車輪、車體、輪軸；在數學領域則於五年級上學期時有「線對稱圖形」，在課程當中學生學習到沿著對稱軸對折，則對稱軸兩邊圖形可以完全疊合。
二、 研究課程融入議題
本研究課程主軸為風帆車，使用風力為風帆車主要動力來源，符合融入能源科技議題學習主題中能源概念、能源使用與行動參與。本研究運用在國小的綜合領域課程，推動結合STEAM統整課程的手做科普奠基學童對能源科技的核心素養，並埋下學童認識綠色能源與愛護環境的種子。
三、 STEAM統整課程重要概念分析
本研究課程設計採STEAM統整課程作為規劃整體課程之模式。參考十二年國民基本教育課程綱要科技領域實施要點中建議科技領域之教學內容宜與其它數學、科學、社會、藝術等領域進行橫向聯繫，促進協同教學之實施推展。「一路順風-奔跑吧！風帆車」課程以動手做風帆車為主軸，緊扣STEAM統整課程模式概念推展整體課程。
(一) 科學領域：
1. 作用力與反作用力：以電風扇吹出風的作用力與風帆車的風帆接受到電扇的反作用力引出牛頓第三運動定律。
2. 摩擦力：車輪前進時與地面的摩擦力。
3. 能量轉換：風力轉換成風帆車前進的動力。
(二) 科技領域：
1. 工具使用：製作風帆車時學生需要了解各種材料(紙板、保麗龍、塑膠片、竹筷子、布)與各種工具(美工刀、剪刀、熱熔膠槍、手動鑽孔機)正確使用方式，指導學生用正確的方式使用這些工具與材料。
2. 基本圖學：製作風帆車時，初步需先繪製風帆車設計圖，標出風帆車各部位的尺寸，才能正確地製作出來。
(三) 工程領域：
1. 機構應用：使用合頁構造設計風帆收合；在車輪部分加上軸承增加車體實際可運動距離。
2. 材料選用：車體材料的選用會影響整體運行的平衡，車輪材料的選用會影響實際運行的穩定度，風帆材料的選用需考量實際作用的效能。研究對象需就材料有一定的認識，仔細評估選出最適合展現設計構造的材料。
(四) 藝術領域：
1. 設計能力：風帆車設計的美感須配合主題，好的產品必需搭配良好設計才能真正獲得消費者喜愛。
(五) 數學領域：
1. 對稱：車體的前後與左右重量需對稱，車體才不會在運行中出現偏移或重心不穩的情形。
2. 面積計算：風帆的實際面積需與車體能實際搭配，形狀設計須考慮到哪個較能與風有作用。
3. 角度計算：風帆的角度如何設計才能與風力做出最適合的搭配。
4. 找出圓心：在車輪的正中央找出圓心，才能將第一次的輪軸與第二次的軸承放置正確位置。
肆、 教學目標設定
本研究課程之課程目標設定引導學生動手做的程序兼顧認知、情意、技能與能力四大面向之均衡發展。
(一) 知識面向：藉由本課程運用先備知識與課堂教授知識完成風帆車設計圖；製作風帆車遇到困難時，學生能有發現問題、觀察問題類型、克服問題之能力。
(二) 情意面向：在課堂實際動手操作過程，間接培養研究對象問題解決的核心素養與合作學習能力。
(三) 技能面向：藉由研究課程認識不同工具操作的技巧，熟悉不同材料的加工方法。
(四) 能力面向：藉由本研究課程習得風帆車的設計與動手製作能力。
伍、 教學活動規劃與實施
參考高雄市104學年度國民中小學生活科技創意競賽的風帆車作為主軸，以STEAM統整課程模式開始設計課程教案最後發展出10節課「一路順風-奔跑吧！風帆車」。配合十二年國民基本教育課程綱要科技領域於國民小學之課程規劃，將課程安排利用綜合領域課程與彈性課程時間進行教學。
| 表格 3‑3風帆車分次教學活動綱要 | |||
| 週次 | 日期 | 教學時間 | 活動內容 |
| 一 | 11月 28日 | 第1、2節 | 1. 介紹風帆車作用力原理 2. 完成學習單一-觀賞風帆車影片討論單 3. 初步設計風帆車草圖 |
| 二 | 12月 05日 | 第3、4節 | 1. 完成學習單二-風帆車設計圖 2. 完成學習單三-風帆車設計圖思考問題 3. 動手製作風帆車 |
| 三 | 12月 12日 | 第5、6節 | 1. 製作風帆車 2. 完成學習單四-風帆車第一次測試學習單 3. 預告學習單五-主題風帆車競賽辦法 |
| 四 | 12月 19日 | 第7、8節 | 1. 介紹軸承與合頁運用於風帆車安裝部位 2. 完成學習單六-找出圓心 3. 完成學習單七-主題風帆車設計圖 4. 製作風帆車 |
| 五 | 12月 26日 | 第9、10節 | 1. 製作風帆車 2. 完成學習單八-風帆車第二次測試學習單 3. 完成學習單九-風帆車製作小組專題報告 |
課程開始時間為106學年上學期第十五週至第十八週，運用每週二的兩節綜合活動課程實施，每節課為四十分鐘，初步規畫十節課完成。
六、 科學素養評分量表
進行課程時為了解學生對與課程目標對照的大概狀況，參考鄭雯文(2017)國小高年級推動STEM課程統整之行動研究與蔡釋鋒(2016)STEAM課程統整模式運用於國中生活科技教學對於學生知識整合應用之研究設計了前後測問卷，希望藉由填答的情況掌握研究對象的先備經驗與參與課程後的實際成長。
前後測量表選項建議改為「四點量表」提供學生勾選，例如：「非常不同意」、「不同意」、「同意」、「非常同意」，以免多數學生勾「沒意見」。授-20171116
科學素養評分量表編制時採用李克特式五點量表做評估，指導教授指出無意見選項對於研究對象在填答時容易造成混淆，因此決定將五點量表改成四點量表，減少研究對象無效做答。
| 表格 3‑4科學素養評分量表(前測)
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