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STEAM之小學科技教學活動設計與實施－以抖抖外星人為例

資料來源
科學研習月刊57-08

文/
張玉山/臺灣師大科技系教授
李姿儀/臺灣師大科技系碩班研究生
 
近年來，世界各國積極推動科學-科技-工程-數學（簡稱STEM）教育，或融入藝術（Arts）的STEAM教育，以滿足其未來的人才需求，提升其國家的競爭力。從台灣升學制度來看，學生時常是獲得很多概念性知識，但是並不會應用於生活當中，如此面對未來新世紀的發展，將會面臨很大的危機。目前，我國國小教育中，並沒有STEAM教育教學時數，教師僅能以社團或課外時間來呈現，並無法呈現出課程精髓；但是綜觀其他國家，很多皆從小學開始實施跨域教學，主因就是看準未來社會並無法僅用單科知識來適應，因此期盼我國也能從國小實施STEAM教育。

本文以抖抖外星人為例，發展一個國小STEAM教學活動，希望在國小可透過這樣的簡單的實作活動，帶入這些知識結合的運用，亦培養學生動手實作之習慣，期盼未來學生能將相關知識及所學應用於生活當中。

 教學活動
 

一、活動簡介
以故事情節鋪陳，讓學生有想像空間及引起他們學習動機，帶入抖抖外星人迷路了需要學生們的幫忙來尋找同伴。講解直流馬達、偏心原理、重心原理、對稱，再進入實作，讓學生發揮創意設計自己的抖抖外星人，並思考怎麼樣才能讓抖抖外星人直線前進。過程中學生能夠直接體會到科學、科技、工程、藝術、數學之結合。

二、本活動應用之STEAM概念

三、教學目標

四、教學對象:某台北市公立國小二年級學生
五、教學時間:五節課，每節40分鐘，共200分鐘。
六、教學活動

七、實作材料

(1)工具


(2)每人所需材料表
(3)作品製作流程

1.將電池裝於刀式電池盒上(因教學對象為中低年級，因此這個步驟教師不能忽略) 。


2.將正負引線固定於直流馬達鐵片上。


3.使用熱熔膠槍將偏心輪固定於直流馬達軸徑上。


4.使用熱熔膠槍將馬達固定於電池上。


5.使用尖嘴鉗將迴紋針折彎及剪成自己所想要腳的長度及造型。


6.使用熱熔膠槍將迴紋針固定於電池座下方。


7.使用電工膠布將電池盒正負引線固定於馬達上。


8. 利用教師所準備的卡典西德紙設計屬於自己抖抖外星人的外觀。


9. 繪製完成後，將身體及頭部剪下，並使用雙面膠黏貼於電池盒上。


10.將所準備要裝飾的物品(例如:以棉花棒做為尾巴)黏於作品上。


11.進行直線測試及修正作品。


 教學成果與教學建議

本教學活動於台北市某公立小學二年級共30名學生，進行STEAM實作活動--抖抖外星人，經過5節課的實施，學生皆能完成自己獨一無二的作品，也十分期待下次課程的安排。這個抖抖外星人實作體驗活動，不只是學生做完一個作品就結束，而是在活動過程中，融入了STEAM知識、工具操作、學生設計、及強化學生自我效能。

透過實作活動，首先，學習到重心的科學原理、工程方面的偏心輪結構，教師是以生活中的實例，像是重心原理即請一位學生出列，站著跟蹲著的時候，若有一個力量推動，那一個會比較容易跌倒?全班學生異口同聲回答，站著會比較容易跌倒，教師進而解釋因為站著的時候，重心較高。接著，偏心輪結構則以生活中的實物，手機震動為例，並搭配影片，及本實作活動的馬達配上偏心輪，讓學生體驗一下馬達加上偏心輪是什麼樣的感覺，加深印象。另外學生運用自身所學過的藝術觀念，運用於抖抖外星人身上，各以不同的線條、圖案，及加法原理-裝飾品的黏貼，設計出屬於自己獨一無二的作品，展現創意(如圖1、2)。再來，工具操作方面，由於學生才小學二年級，因此在使用方法、步驟要講解十分清楚，並請學生注意安全，透過實作，可以具體實踐自己的想法。若可以的話，實施年級可以提高到中高年級，因為二年級在工具操作上，可能還是有一點困難。最後，學生實作過程中，遇到問題會想辦法解決，例如:熱熔膠不會使用，會詢問老師；另外完成後，經過直線比賽(如圖3)，發現自己的作品無法前進時，會發現問題，並想辦法解決，或許是詢問教師，但是對小二學生來說，這是一個很好的開始，甚至學生還會詢問同儕，一起討論如何修改會跑得比較快。

圖1. 學生運用線條設計之作品


圖2. 學生運用加法原理裝飾自己作品


圖3. 學生進行直線比賽

每個教學活動皆有其對應之教學目標，而更重要的是教學活動結束後，該如何評定教學成效--認知、情意、技能、能力？認知部分可用測驗卷的方式，得知學生獲得的概念性知識；技能和能力部分，可由學生實作活動過程中，工具的使用及最後成品的呈現，進行分數評比；但是對教師來說情意最為困擾，常不知該如何進行評量，本活動在學習單當中有這樣的問題「你最欣賞誰的作品?為什麼?」學生透過小組比賽中，觀賞到每個人的作品及作品功能，並講出欣賞誰的作品及原因(如圖4)，透過這樣的問題，對應到這個活動中的情意教學目標，經由學生的回答，發現學生能欣賞同學的作品，傾聽他人想法，並能提出己見或建議，在此教學活動中，情意目標可應用此方式來進行評量。


李o翊，因為他把棉花棒黏在偏心輪上，偏心輪黏在馬達上，所以馬達連著偏心輪讓棉花棒轉，就會有風會跑得很快。
 

我最欣賞張o恩，因為她的顏色很鮮豔，而且配色很美麗。
 
我覺得池o怡的作品很穩定，因為她的身體有的關節做很好也很可愛。

學生透過一個這樣動手實作的課程，不但讓他們發揮創意，也培養他們動手實作、嘗試解決問題的習慣，這會是我國未來人才扎根教育的基礎(朱耀明，2017)。國小目前雖然未有STEAM教育課程，但是可以透過社團、亦或彈性課程，培養學生動手實作的習慣、及實作體驗式學習。否則現階段的教育氛圍偏重於學科知識方面的學習，導致學生可能會缺乏實作與應用知識的能力(林坤誼，2014)，這對國家競爭力有很大影響。透過STEAM教育，學生不再局限於單一學科，而是跨域整合，這樣可以培養學生適應未來的能力，因為未來不再能用單一學科知識來適應。期盼STEAM抖抖外星人這個實作活動，能提供其他教師進行教學之參考，亦期盼學生由這個活動學來的知識，能應用在未來生活中。

 參考文獻

朱耀明（2017)。【投書】別再幫孩子做作業了！自造教育培養軟實力。獨立評論＠天下。
林坤誼（2014）。STEM 科技整合教育培養整合理論與實務的科技人才。科技與 人力教育季刊，1(1)，1。
駐紐約辦事處教育組（2016）。紐約州推動STEM激勵計畫，培養及留住高科技人才。國家教育研究院國際教育訊息電子報，107。

 附件