應用實作風帆車推動國小STEAM統整課程之探討(第一章)

 應用實作風帆車推動國小STEAM統整課程之探討

A study on the implementation of STEAM integrate courses using hands-on sailing car in the elementary school

指導教授：林玄良 博士

研究生：尤嬿琇 撰

中華民國一百零七年八月

摘  要

本研究主要以STEAM(科學、科技、工程、藝術、數學)統整課程教學為核心，連結十二年國教科技領域核心素養之實作課程。研究方法以行動研究為主軸，並以國小高年級18位學童為研究對象。本研究透過文獻蒐集、教學課程活動設計，擬定出適合研究對象學習之課程，並動手設計及實作一輛靠風力前進之風帆車，後續輔以撰寫學習單、學生回饋單，研究者與研究對象對談等，歸納整理本研究之教學成效，期改善研究者教學過程面臨困境，及提升研究者專業成長。研究結果顯示，實施STEAM統整課程有效提升研究對象的問題解決能力、與他人互動及合作態度，以及了解藝術應用在科技產品之貢獻。另外，研究者可透過本研究的教學活動設計，提升課程計畫的設計能力，以及教學專業的成長。

關鍵字：STEAM、實作活動課程、課程統整、科技教育、能源教育概念

第一章      緒論

本章共分四節，說明研究者進行本研究的緣由及研究方向。第一節為研究背景；第二節是研究動機；第三節為研究目的與待答問題；第四節研究範圍與限制。分別敘述如下：

第一節  研究背景

美國為改善其國家競爭力於2006年即提出「美國競爭力計畫（American Competitiveness Initiative, ACI）」倡導所謂STEM的教育，認為STEM人才的培養是現今知識經濟時代的目標，亦是影響國家競爭力的重要關鍵（United States Domestic Policy Council, 2006）。科學、科技、工程與數學（Science, Technology, Engineering, Mathematics, 簡稱STEM）的科際整合教育議題在近年來受到許多的關切與重視（林坤誼，2014），Bybee（2013）更直接點出高品質的STEM教育與培養21世紀關鍵能力與維持全球競爭力之間有密切關聯。張玉山、楊雅茹(2014)我們發現學生在解決問題時，不一定一開始就知道怎麼整合及應用所學的技能，而常以自己的經驗或是嘗試錯誤的方式來解決問題，但是面對科技社會的快速變動，科技學習已無法再依循過去的「試誤學習」模式，或是「手工訓練」模式，而是必須嘗試統整與設計製作產品的相關數學或科學原理，以作為其改良或創新的依據。因此當學生面對問題時，運用所學過的數學、科學知識搭配規劃程序、動手實作，便是訓練學生整合理論與實作能力的機會，這是STEM重要的核心理念之一，更是生活科技學科的主軸。

簡佑宏、朱柏穎、簡爾君(2017)九十年代美國意識到科技教育的不足會造成科技人才的短缺，降低國家競爭力與經濟成長動能。因此美國國家科學委員會提出推動STEAM教育，(葉栢維，2017)美國在小學階段就有規劃STEM教育的課程，藉由生活中常見的議題進行科學、科技、工程與數學知識的整合與活用。簡佑宏、朱柏穎、簡爾君(2017)在臺灣，學生數學與科學表現雖然頗佳，但是最常為人所關切的是學生擁有科學、數學等學科知識，但是缺乏實務應用這些學科知識的能力與經驗。學生面臨問題解決常憑直覺進行，而非應用科學、數學等學科知識進行問題解決。葉栢維(2017)STEAM教育綜合五大學科的優點，將課程基礎知識、操作方法、工具使用、創新生產流程、創意思考與準確測量，進行有系統的統一與綜合應用，學生在培養創新和實作能力的同時，也展現出跨學科整合創新的展現。

第二節  研究動機

九年一貫課程主張以課程綱要代替課程標準，提出七大學習領域為破除學科分立之缺失進而成就全人教育理念。十二年國民教育的基本願景是成就每一個孩子，在生活科技領域的基本理念為「做、用、想」：培養學生動手做的能力；透過使用科技產品而能駕馭之的科技素養；發展出設計科技產品與批判科技產品想的能力。

現在的孩子處於科技發達的時代，科技產品觸手可及，手機、平板、多媒體教學、遠距線上自主學習等，有許多接觸科技產品的機會，卻少了主導科技產品的科技素養，更遑論跳脫出使用者的角色主動思考能利用科技產品為生活中的問題做解決，促進生活便利以及有機會實際動手實作。

௢范斯淳、游光昭(2016)自1990年代以來，許多美國的研究報告均警告，STEM學科分科教學的方式對培養學生知識整合及解決問題能力是不適切的，換言之，在長期分立的學科教學且缺乏將學科知識與生活連結的情境下，實難培養學生具備解決真實世界問題的能力，更喪失其對STEM領域學習的興趣。林坤誼(2016)建議STEM專題製作活動應該以培養學生對科學或數學或科技或工程的態度為主，讓學生有機會試探其對於這些領域的興趣，才可能有機會解決科技或工程人才短缺的問題。

依照十二年國民教育生活科技領域理念在國民中學階段要著重學生創意設計的能力，在高級中等學校要培養學生工程設計上的能力。羅馬非一日造成，學生的創意設計與工程設計能力也非一蹴可及，研究者認為在國民小學階段能透過接觸、試探等方式幫助學生培養與科技教育相關的興趣，連接國民中學與高級中學之課程規劃，培養學生動手實作的能力，引發學生在科技教育上的興趣進一步導出學生的探究的精神，未來在科技教育的人才培育路上就不愁缺乏人才了。如此一來一路延伸能培育出擁有基本科技素養可與先進國家德國提出的工業4.0、美國提出的先進製造等相抗衡的國民。

張玉山、楊雅茹(2014)目前我國還是主要以不同的科目進行教學，然而分科教學可以便利教師教學及學生學習，但卻不容易讓學習者了解學科與學科之間的關聯，且對知識統整性的應用形成了障礙，不利於思考能力的養成。未來的課程趨勢，在於整合不同課程間的教學。教學的最終目標是要使學生能自主地解決各種問題，強調「帶著走的能力」，而非「背不動的書包」，這也是科際整合STEM存在的意義。

在國小階段是引發學童各式學習經驗的好時機，研究者認為透過在國小階段為學生埋下一顆動手實作的種子，培育孩子動手實作的能力有助於孩子在未來的世界裡面對問題時，有不逃避問題的能力，透過動手實作的經驗過程，能挺身面對問題進而解決之。如此一來，未來這顆種子發芽後，所培養的不只是動手實作的能力而已，更進一步透過課程帶給孩子問題解決的能力，以及面臨問題不逃避的正面學習態度。採用行動研究法進行動手實作的課程研究時，研究者更期望能透過研究過程當中紀錄研究對象對於問題解決能力的歷程，透過課程看見研究對象合作能力提升的過程，將這些過程當中研究對象的感受與改變做研究結果紀錄，給予未來有機會進行類似研究的研究者做為參考。研究者更期許透過本研究提升自己的跨領域課程規畫能力。未來STEAM統整課程將是一個科技教育或者能源教育或者新興議題課程發展的一個重要模式之一，透過這篇應用以實作風帆車推動STEAM統整課程的研究做為一個前導研究之一，希望帶動更多有志者多將不同領域的課程導入STEAM統整課程模式做教學研究。

第三節  研究目的與待答問題

壹、      研究目的

在十二年國民基本教育科技領域的教學課綱中表示教學內容宜同數學、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STEAM統整性課程實施。應用實作風帆車本於十二年國教科技領域教學綱要中在國民小學階段以生活應用為主軸搭配STEAM統整課程設計「一路順風！奔跑吧！風帆車」動手做課程，探求對於國民小學階段學生實施手作課程配合STEAM統整課程能否為學生在科技學習上奠定基礎引發學習興趣，以銜接十二年國教科技領域未來國高中課程學習領域。本研究目的如下：

一、瞭解動手實作風帆車課程結合STEAM統整課程在國小實施之實況。

二、分析動手實作風帆車課程結合STEAM統整課程在國小實施之成效。

三、探討實施動手實作風帆車課程結合STEAM統整課程提升國小學童科教教育學習興趣的實施成效。

貳、待答問題

依據上述研究動機與目的，本研究提出以下待答問題：

一、 STEAM課程在國小實施所需面對之教學問題

二、 透過STEAM課程，研究對象的感受與改變

三、 透過STEAM課程，研究對象的問題解決能力是否提升

四、 透過STEAM課程，研究對象的合作學習能力是否提升

五、 STEAM課程規劃執行與研究過程中研究者的專業成長與省思

六、 STEAM課程在國小階段實施成效

第四節  研究範圍與限制

壹、研究範圍

一、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。

二、研究方法

本研究採行動研究法為主，以實作風帆車課程配合STEAM統整課程實施。課程實施階段依行動研究的流程分為研究課程規劃設計、課程實施觀察階段、課程學習成果反省階段與研究課程修正再行動階段實施。

在初步課程規劃與課程活動設計方面，融合了風帆車動手實做與STEAM統整課程的相關議題。透過指導教授與研究小組共同檢核研究課程活動教案、研究課程活動實施方式，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，並以科學素養評分量表前後測所蒐集量化數據檢視評估該研究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。

貳、研究限制

(一)研究對象限制

本研究之研究對象為屏東縣佳冬鄉某國小高年級學童，研究過程所蒐集之相關文獻、量化數據及回饋單訪談等資料皆以本研究對象為主。後續研究者應考量城鄉差距與研究對象之不同，不宜過度推論本研究。

(二)研究方法限制

本研究採行動研究法為主採「一路順風！奔跑吧！風帆車」」實作課程融入國小高年級課程中，由於研究對象、研究場域與研究方法不盡相同，後續研究者參考本研究之結果不宜過度推論。