前言

科學源起於人類對生活周圍的好奇或需要，人類觀察研究自然界各種現象與變化，巧妙地運用科學來解決問題、適應環境及改善生活，整體而言，科學在文明演進過程中持續累積，而成為文化重要內涵。

108課綱中提到科學的學習方法，可從刺激發展學生在對科學的主動學習的意願和好奇心為開始，引導學生從現在已有經驗，進行主動的探索、實驗操作和多元學習，讓學生能擁有科學的核心知識、探究學習實作和科學論證及溝通能力。各學習的階段需重視並徹底執行「探究與實作」精神和方法，給予學生統合整理的學習經驗（教育部，2018）；那麼，要如何實踐探究與實作呢?Nguyen, Nguyen和Tran (2020)指出STEM(科學Science、科技Technology、工程Engineering、以及數學Mathematics）是創新且具備前瞻性的跨領域整合素養，透過以學習者為中心的學習模式，引導學習者發展自我導向問題解決、小組合作、任務管理等層面，就是一種探究實作的實踐；而奠基在STEM基礎上再加入A(Art藝術)的層面，就形成近年來常被討論的STEAM教育內涵，STEAM除了包含上述STEM教育的精神外，更是將Art(藝術)廣義的解釋為提升學習者藝術涵養與創造力思維的重要理念(Thuneberg, Salmi & Bogner, 2018)。整合上述，STEAM教育的本質在引導學生跨領域思維、提升創意與問題解決能力，其教育理念與108課綱的目標方針十分一致。

為了將上述的教育理念具象化，落實於真正的課堂教育中，本團隊近年來致力於開發整合STEAM概念的教具與教材教法，逐步將理論實踐於教育實務應用上；有鑑於此，在本文中也將以上述的理念作為研發團隊精神，設計出實作教具--「恐龍鎖」，期許透過恐龍鎖的原理釐清、動手組裝與拆解等過程，讓學生綜整STEAM跨領域自主學習，並將所學的認知、態度與技能活用，並強化學生的好奇心與想像力。

本文以「鎖」為主題，是因為鎖在日常生活中非常容易接觸到，也是古今中外人們都會接觸到的生活用品，但人們對鎖的內部構造卻十分陌生，因此恐龍鎖教具，將引導學生透過觀察平日熟悉的事物，進而引發好奇心與科學問題，接著再以實作方式協助學生建構跨領域STEAM統整概念。在實作過程中，學生將自行依循說明圖紙上將各部零件以榫卯接合方式，在閱讀說明書到組裝的過程中，也在引導學生思考平面(2D, 2 Dimension)到立體(3D, 3-Dimension)的過程中，達到科學探究學習與找到解決問題的方法進而養成科學素養。

 恐龍鎖製作步驟

表1 恐龍鎖製作步驟

在恐龍鎖教具的教學策略上，本團隊配合STEAM的跨域精神，設計相互搭配的課程活動，活動主要架構如表2所示。

表2. STEAM概念與課程核心

 結合STEAM概念與探究實作的恐龍鎖教具教學設計

本課程的教學設計採用「引發動機」、「探究與實作」、「反思回饋」三階段進行。課程一開始先透過故事講解引發動機：首先講述一段鎖具的歷史發展讓學生產生興趣，例如講解中世紀歐洲常用的凸塊鎖，並運用投影片方式呈現多元鎖具讓學生更加了解。接著，再將鎖具與日常生活經驗進行強連結，引發學生對生活周遭的物件感到好奇，最後，再用問題式的引導讓學生思考我們何時會使用到鎖及鑰匙，並探討如何利用鑰匙打開鎖具的原理。

課程透過認識了解鎖具的發展歷程，讓同學能對鎖匙有初步的了解，並對於鎖具的結構及如何開啟鎖具有初步構思，引發學生對此產生興趣與學習動機，在授課過程中，講師也將引導學生透過觀察鎖具的照片，思考一座鎖具的組成需要哪些結構，例如：為什麼能將鎖順利打開而每個鎖頭都只對應一支鑰匙。最後，藉由恐龍鎖教具的自主實作組裝，讓學生學習工具的使用和建構出STEAM相關的知能。

本教具可引導學生透過組裝恐龍凸塊鎖的過程了解凸塊鎖原理，並可覺察到鎖具跟鑰匙共可產生3種排列組合；換句話說，小恐龍鎖該怎麼開，可以由學生在組裝時發揮創意進行決定。


圖1.恐龍鎖課程由實際授課來統整學生STEAM概念
(圖為本團隊恐龍鎖教學實況照片)

恐龍鎖組裝完成之後，講師將引導學生利用鑰匙打開鎖，並討論爲什麼能將鎖打開；接著，引導學生再次仔細觀察凸塊鎖與鑰匙的配對原理，並理解為何凸塊鎖可以防止其他鑰匙撬開的風險原理。

在實作的課程中，本課程主要均是讓學生自己閱讀組裝說明書、探究其原理並親自動手組裝，若有窒礙難行之處才舉手詢問講師。學生在組裝的過程並非想像中簡單，除了需要分辨正確零件外，還需要具備立體空間感以及細膩的邏輯思維。在立體空間感上，本教具可強化學生從2D的圖轉為3D立體物件之拼裝，藉此逐步建構學生的空間轉換概念；而在邏輯思維上，則希望學生在閱讀說明書後，可以有邏輯的排序自己的組裝步驟；此外，本課程也可以訓練學生的問題解決能力與耐心，在組裝過程中，學生如果發生困難或問題，講師均會先引導學生反覆思考與嘗試，盡可能自行排除問題，若無法排除問題，才由講師介入協助。綜整而言，本實作課程其中一個目的在於觸發學生探究思考與問題解決能力，並期待全面培養孩子的跨領域STEAM認知、正向態度與技能。


圖2.學生自行閱讀說明書後動手組裝(圖為本團隊教學實況照片)
(圖為本團隊恐龍鎖教學實況照片)

 課程實施經驗與結論

進行恐龍鎖課程時，部分學生在組裝過程中可能失去耐心，而未能確實依照說明書步驟安裝，部件組裝會出現位置錯置、部件組裝不夠確實或跳步驟安裝等問題。為了使成品的結構穩固，恐龍鎖教具各部件接合處均設計得十分密合，若學生在組裝的過程中無法將零件組裝確實，將可能導致作品不夠牢固，而產生在開鎖過程中零件散落等問題，因此教師必須提醒學生有耐心的了解每一個步驟，並落實組裝程序，且教師也需要先說明可能會遇到的狀況、鼓勵學生並建立信心。組裝時，除了確實要求學生組完一個部分後就要檢查是否安裝正確之外，也可由同學作品互相討論差異性。

本課程在部件組裝中發現，大部分的國小中、高年級學生均順利組成，且在課堂的實作中，發現學生對於鎖的內部構造都充滿好奇，成果令人欣喜。能將將看似簡單的生活鎖具概念結合STEAM教學，不但可以培養學生應用科學的思考、探究習慣與科學的態度和本質外，也能強化國小學生的手部靈巧與技能經驗，將STEAM教育內涵具體落實，達到提升學生全面素養之目標。