高中工程设计实作教学活动之设计与发展

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1、科技與人力教育季刊2016，3(1)，12-31高中工程設計實作教學活動之設計與發展─以乒乓球發射器為例DesignandDevelopmentofSeniorHighSchoolEngineeringDesignPracticalTeachingActivities–TakingTableTennisLauncherLessonasanExample姚經政、林呈彥國立臺灣師範大學科技應用與人力資源發展學系Jing-JhengYao、Cheng-YenLinDepartmentofTechnologyApplicationandHumanResourceDevelopment,Nat

2、ionalTaiwanNormalUniversity摘要隨著十二年國教即將上路，科技領域課綱將工程設計視為高中階段的主軸，其立意良好，但由於大多數的中學教師對工程教育的教學方法和教材不甚熟悉，可能會導致課綱實施的困難。因此，本文依照Atman(2007)的工程設計流程為基礎，以乒乓球發射器為例，提供中等教師一個適切的工程教育教學活動，幫助教師進一步設計工程教育教案。此外，也針對乒乓球發射器提出省思與建議如下：（一）應適當的控制變因數量，不可過多導致學生學習意願降低。（二）工程設計流程能夠整合知識與技能，為高中工程教育所重視的教學方法。（三）和傳統生活科技課程不同，工程教育強調透過適

3、當的教學策略加入工程相關知識，進而提升學生的工程興趣，在生活上不僅具實用價值，並且注重學生的思考能力，為生活科技未來的主軸。（四）本活動強調機構的設計，建議教師應於實作前先與學生進行討論並且實施建模，此外，也應鼓勵學生進行評估與分析，而非單純的嘗試錯誤。關鍵字：工程教育、STEM、工程設計流程、乒乓球發射器12科技與人力教育季刊2016，3(1)，12-31壹、前言臺灣即將上路的十二年國教科技領域課綱將工程設計視為高中階段的主軸，希望學生面對問題時，運用所學過的數學、科學知識搭配工程設計流程，如模擬、評估、最佳化等步驟進行動手實作，提供學生知識與技能並重的課程。工程教育的立意良好，但

4、問題也在推動前夕伴隨而來，目前最緊迫的問題是工程教育首次在臺灣推動，大部分的中學老師對其並不熟悉，若希望工程教育能在未來順利推動，需要開發適當的教學範例，提供生活科技教師參考，如此才能將有效落實新課綱的教育理念。本文主要以工程教育理念為基礎，結合Atman等人（2007）提出的工程設計思考流程，以乒乓球發射器做為主題，設計一工程教育實作活動，提供生活科技教師參考，藉此培育高中生的工程態度以及工程設計思考的能力。貳、文獻探討一、十二年國教科技領域之工程教育內涵在2015年《十二年國教科技領域課程綱要草案》中，提到高中生活科技課程的主軸著重在工程教育，強調藉由工程設計的專題製作活動，提供

5、學生跨學科、STEM知識整合的學習。林坤誼（2014）提到STEM的科際整合教育議題在近年來受到許多的關切與重視，顯示工程教育的重要性不容忽視，各國皆盼望透過這樣的教育有效活用學生的知識與技能，並藉此發展學生在科技與工程領域的設計、創新、批判思考等高層次思考能力。提倡工程教育的原因主要有兩點，由於臺灣各大專院校皆有以工程為元素之科系，但高中生選填志願時卻從來不知道何為工程，為改善這樣的情況，我們必須在高中階段就將工程的教育帶入，協助學生了解工程的意涵。另一點則是以往科技教育的形式以「嘗試錯誤」最為普遍，但欲整合知識，在活動的設計上就應該有其脈絡與邏輯性，因此導入工程的教育並藉機培養學

6、生跨科整合的能力，希望老師提供活動中的重要變項，學生透過模擬、預測來得知自己將會得到怎麼樣的成果，改善過往的科技教育。在上述理念之下，臺灣的科技教育學習內容分為四個主題：科技的本質、設計與製作、科技的應用、科技與社會，工程的部分為高中必修課程，其學習內容整理如下表1所示（十二年國民基本教育科技領域課程綱要委員會，2015）。13科技與人力教育季刊2016，3(1)，12-31表1十二年國教科技教育學習內容簡述表一、科技的本質工程的概述介紹科技、科學與工程關係，使學生能理解重要且兼具實用性的重要工程概念知識。工程的內涵介紹現代社會中重要的工程內涵，包含機械、機電、電子、土木、環境以及建

7、築等領域。工程、科技、科學與數學的統整與應用藉由STEM科際整合進行教學，綜合工程、科技、科學與數學4大領域的學習與應用二、設計與製作工程設計與實作學生能夠了解並應用工程設計流程，包含界定問題與條件、解決方案與策略、預測分析、最佳化。電腦輔助設計與製造培養學生透過電腦進行繪圖、設計並進行製造的能力。三、科技的應用結構設計與材料工程以設計能力為培養主軸，包含空間與結構工程、產品設計與製造工程。機電整合與系統控制工程學習機電以及自動化控制，包含機械與機電控制工