後疫情時代的數位創新學習── 以國立臺灣科學教育館「結合適性回饋機制之自主科學DIY數位創新學習」為例

資料來源
60-05
文/陳香微、賴秋琳、吳書豪、李致翔

 前言


隨著十二年國教的推動後,108課綱的實施,以「素養導向」教學取代「能力導向」目標;鼓勵學生自發主動的學習,培養與自己能力或興趣相符之專長(洪詠善,2020)。同時,透過特色選修與加深加廣課程,培養學生達到學習目標,徹底改變教育的目的及學習的方法。學習越來越強調適性及個別化的需求,而自主學習也提升了以學生為中心學習的需求。

在自然科學領域課程中,增加了「探究與實作」課程。可知自然科學領域核心素養的內涵包含:提供學生探究學習、問題解決並養成相關知識與技能的探究能力。在博物館服務中,經常用科學手作(又名科學DIY)活動來提供民眾探究與實作的機會。在國立臺灣科學教育館,科學DIY活動以科學教具套件包為基礎,讓民眾從套件的組裝中體驗科學實作樂趣,進而引發對科學原理的探究,培養解決問題能力。

該活動自創辦以來既以團體為對象預約,體驗完成之作品,學生可以帶回家延續探究學習,每年參與人數約15000人,是本館受歡迎的活動項目之一。套件組裝內容有複雜及簡單之區分,但團體預約每次只可以擇一項目挑選,團體中之個人無法依個別興趣、適性或程度做個別選擇,在團體體驗時間內你必須完成套件組裝,但團體中恐有動作較緩慢的個人,勢必影響團體活動或耽誤行程。如果民眾非以團體形式報名,難以參加該活動並體驗。另一方面,因活動時間的限制,難提供民眾個人化的學習內容與完整科學學習時間。

隨著科技的發展,學習可以透過網際網路、以虛擬實境或擴增實境方式學習,教學方式也能更有彈性及變化(Wu等人,2021)。尤其,在疫情肆虐的情況下,民眾對於線上學習資源的需求越來越高。而教學者認為,因疫情而轉變的遠距教學,更需要重視「自主學習」、「探究能力」以及「實作能力」(Klein等人,2021;Jiang等人,2021)。因此,教學者乃至於博物館應提供更多元且更適性的課程活動(如探究教學、科普實作活動等),協助民眾了解科學知識產生方式和養成應用科學思考與探究科學的本質。

在此契機底下,本館「科學DIY活動」從實作的探究中培養解決問題能力,及吻合當今的教育理念,可以如何依循原本科學DIY活動本質且更重視個別化及互動需求,利用科技突破時空的限制,開創數位創新教學,以更符合現代人學習,是後疫情時代下之教學改變的契機。

 壹、「DIY數位創新學習計畫」理念


「結合適性回饋機制之自主科學DIY數位創新學習計畫」是我們改變的開始,獲教育部的支持,計畫導入大學學術研究能量,透過產官學合作與永續推廣發展機制,利用既有 DIY活動優勢及機會並克服困難,本原有DIY教學材料及本館資源為素材,建置整合學習系統「DIY互動式電子書」,以幫助學習者透過載具及套件包運用,隨時能在館內與館外學習,並針對學習狀況之進度與差異,提供適性回饋。

本計畫之學習模式參照混合式學習模式設計。這是一種正式的教育模式(Rasheed等人,2020),學生會有一部分的時間是在線上進行學習活動。以某種程度來說,學生能自己控制學習的時間、地點、途徑以及進度。同時,需要有另一部分是在實體場所進行的學習活動,這些活動多半是在有監督的環境下,搭配人機互動、實作、討論等形式進行(Cheng等人,2020;Luo等人,2017)。Boelens等人(2017)分析了640篇關於混合式學習的研究,指出混合式學習的優勢在於提升教學靈活度、刺激師生互動、提升學生學習品質與學習氛圍。例如,Akgunduz與Akinoglu (2017)設計混合式學習活動,來支援學生的科學學習。他們的研究結果證實,透過該學習模式能提高學生的科學學術成績以學習動機。而Stockwell等人(2015)的研究,更提供了關於混合式學習導入科學學習的重要步驟。例如,安排學生個人化的線上學習活動,可以提高學生的參與度與滿意度;而在教室內的面對面實作活動,將有助於提高學生的學業成績。換言之,混合式學習活動對於提升學生科學學科學習有益。基於這樣的概念,本計畫學習模式設計概念如下

一、活動前(線上學習):引發學習動機,啟動科學大哉問
本計畫在活動前,先整合本館各項學習資源,以提供民眾在家或在館外能獲取相關科學新知。當使用者登入後,系統會先提供使用者科學知識故事,以激發學習興趣。 問

二、科學DIY活動(面對面活動):手作科學,探究學習
在民眾進行科學DIY手作體驗時,民眾不僅與本館提供之實體素材(套件包)互動,更使用本館提供之載具進行輔助學習。如果民眾是在館外體驗,可以逕行自本館網站下載電子書,配合宅配的套件包學習,不受時空限制。

三、活動後(線上延伸學習):跨領域整合,培育科學素養
在民眾完成套件組裝後,系統可以推播推薦課程資訊以及相關科學新知,以幫助民眾將活動前、中以及後的學習連結在一起,如圖1。同時,本計畫在活動前與後提供的學習內容有所分級,活動前提供初步的概論,活動後提供該方面與生活連結的例子或者較深度的科學知識;幫助民眾進行深度學習以及科學應用,藉此養成民眾的科學素養。


圖1.學習情境流程


 貳、「DIY互動式電子書」範例說明


基於上述的學習模式概念,本計畫將該模式導入於12套課程中;即為每一套活動設計活動前之線上活動、科學DIY活動以及活動後之線上延伸學習。各活動內容與教學重要觀念如表1。而在科學DIY活動的學習中,本計畫除了採用本館原本的科學DIY教材包外,更開發互動式電子書,來輔助民眾進行個人化之實作學習。換言之,民眾來到館內實驗室進行實作課程,亦可以進行自主學習,完成科學玩具。

表1. 互動式電子書文本科學概念彙整表


為了讓民眾在活動前了解科學基本概念,並引發學習動機,本計畫採用互動式故事設計模式,讓民眾在參與活動前可先行了解該科學知識。除此之外,本計畫設計之互動式故事更導入適性回饋機制,在教材中不時有提示詢問學生是否想要獲得更進階的知識,如圖2所示。


圖 2.互動式故事與適性回饋機制

以回聲筒DIY互動式電子書為例,民眾透過互動式故事了解回聲的原理;故事內提供動態提示,讓民眾得知回聲的原理;若民眾想要知道更多,可以點擊燈泡(補充資料)得知聲速的公式與人們聽得到回音的原因。又如空氣電池為例,互動式故事導入賈法尼的青蛙解剖活動,讓民眾知道電位差原理。此外,亦可以在問號(補充資料)中,獲得賈法尼發現電位差的進階知識。

在了解基本科學知識後,DIY互動式電子書會引導民眾進行手作學習。民眾可以在館內或電子書上將學到的科學知識應用,並實際做出成品。以魔術相機為例,在手作學習過程,民眾可以配合實作課程就現場材料中挑選適合者;當民眾手邊有了教材後,電子書會先帶領民眾做虛實整合互動活動。例如魔術相機,請民眾將凸透鏡放置於平板電腦上,觀察凸透鏡放置在系統指定位置時,呈現的影像為何。藉由讓民眾觀察,了解凸透鏡的原理;另外,提示機制也幫助民眾確認科學知識是否正確。在手作過程中,電子書會引導民眾觀看影片與導引進行模式相機製作。當民眾製作完成,電子書亦會引導將製作出來的成品與現場物體或平板上之資訊互動;如圖3所示。


圖3. 魔術相機互動式電子書活動

在民眾完成手作課程後,電子書會推薦民眾可進行進階學習的教材。例如,提供互動式知識測驗,讓民眾可以檢核自己的科學知識是否正確。除此之外,電子書會提供動態或非動態之細節提示,將虛擬的科學概念具象化。

最後,電子書還會推薦民眾參訪館內相似學習內容之館藏。同時,提供虛擬實境的引導內容,讓民眾可以獲得館藏資訊,增加民眾參觀館藏之興趣;並提升館內虛擬內容與實體館藏之整合性(如圖4)。


圖4. 館內資源連結延伸學習

 參、成果與展望


計畫於2021年2月結束,為博物館的數位學習達成下列幾項里程碑。

一、建構結合適性回饋機制之學習環境,整合館內科學DIY活動資源,引導學習者進行科學實作,提供適性的學習內容,打造終身學習與親子學習環境。

二、透過科技輔助科學DIY以及示範活動,培養學習者核心能力素養、問題解決能力以及批判思考能力等高層次認知能力,使其所學得應用於生活中。

三、建構產官學合作與永續發展推廣機制,透過長期互利合作方式,持續建構智慧科學實驗教室,有效支持中小學教育,更推廣至成人教育,使科教館成為大眾生活中科學陶冶與親子養育之樂園。

四、研發自主科學DIY數位創新學習數位教案12件。

五、為進一步運用DIY 實作活動導入設計導向學習方法,鼓勵學習者進行科學DIY玩具創新,擬續提「青少年科學DIY玩具開發創意競賽計畫」。


計畫結束正當全面推廣之計,隨即碰到COVID-19疫情肆虐,在學校停課、博物館休館的期間,為了提供學生停課不停學的居家教育,DIY互動式電子書的開發成了超前佈署機制。目前,透過材料包的寄送及互動式電子書的開放下載,學生、家長可以跟著電子書的引導,輕意居家自主學習,透過適性回饋機制,引導自主加深、加廣探究。未來DIY互動式電子書意也將於館內常態經營,以滿足親子散客的客製化需求。
 

 參考文獻
洪詠善(2020)。停課不停學:當自主學習成為日常。課程研究,15(1),15-33。

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Boelens, R., De Wever, B., & Voet, M. (2017). Four key challenges to the design of blended learning: A systematic literature review. Educational Research Review, 22, 1-18.

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陳香微
國立臺灣科學教育館研究助理
賴秋琳
國立臺北教育大學教育學系助理教授
吳書豪
國立臺灣師範大學資訊教育研究所博士生
李致翔
國立臺灣科學教育館行政專員